KR102076214B1 - Piperonal synthase and method for producing piperonal using it - Google Patents

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김수언
김철호
이아름
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서울대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a piperonal synthase capable of producing piperonal by biological methods, and to 3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid (3,4-MDCA) hydratase-lyase PnMCHL having substrate specificity towards 3,4-MDCA.

Description

피페로날 합성 효소 및 이를 이용한 피페로날의 제조방법{Piperonal synthase and method for producing piperonal using it}Piperonal synthase and method for producing piperonal using it

본 발명은 피페로날 합성 효소의 발굴 및 이를 이용한 피페로날의 제조방법으로서, 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]의 측쇄 C7-C8 이중 결합을 절단하는 3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid hydratase-lyase(피페로날 합성효소)를 이용한 생물학적 피페로날 합성방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for the discovery of piperonal synthase and the production of piperonal using the same, wherein the side chain C7-C8 double bond of 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid] is cleaved. The present invention relates to a biological piperonal synthesis method using-(methylenedioxy) cinnamic acid hydratase-lyase.

후추는 로마 시대부터 '향신료의 왕'으로 불리우는 세계에서 가장 중요한 향신료 중 하나이다. 후추는 고대부터 중세에 이르기까지 매우 가치 높은 상품으로써 통화로도 사용되어왔으며, 현재는 전세계에서 제일 흔하게 사용되는 향신료 중 하나이다. 1819 년에 Hans Christian Ψrsted는 후추의 매운맛 성분을 순수 분리하였으며, 이를 피페린(piperine)으로 명명하였다. 피페린 자체는 현저한 생물학적 활성을 갖고 있지 않지만, 최근 인체의 간에 존재하는 cytochrome P450 3A4(CYP3A4)를 억제하여 약물의 생체이용성을 상승시키는 효능이 밝혀져 주목을 받고 있다. Pepper is one of the world's most important spices, called the "King of Spices" since Roman times. Pepper is a very valuable commodity from ancient times to the Middle Ages and has been used as a currency and is now one of the most commonly used spices in the world. In 1819 Hans Christian Ψrsted purely isolated the hot flavors of pepper and named it piperine. Piperin itself has no significant biological activity, but recently, attention has been shown to increase the bioavailability of the drug by inhibiting cytochrome P450 3A4 (CYP3A4) present in the liver of the human body.

피페린을 염기성 조건에서 가수분해하면 피페르산(piperic acid)과 고리형아민인 피페리딘(piperidine)이 생성된다. 식물에서 피페리딘 생합성 메커니즘은 잘 확립되어 있으나, 아직까지 피페르산의 생합성 메커니즘에 관해서는 전혀 밝혀진 바가 없고 몇가지 가설만 존재한다.Hydrolysis of pipelin under basic conditions produces piperic acid and piperidine, a cyclic amine. Although the mechanism of piperidine biosynthesis in plants is well established, there is no clear explanation about the mechanism of piperic acid biosynthesis, and only a few hypotheses exist.

현대교과서는 피페르산(C6C5)이 전형적인 페닐프로파노이드(phenylpropanoid, C6C3)인 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]로부터 생성된다고 추측설명한다. 즉, 후추식물에 존재하는 Type III polyketide synthase(PKS III)가 3,4-MDCA 전구체에 한 개의 2-탄소(C2) 단위를 첨가해 C6C5 피페르산 골격을 형성할 것이라고 설명한다(도 10 화학식 참조).Modern textbooks speculate that piperic acid (C 6 C 5 ) is produced from 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid], a typical phenylpropanoid (C 6 C 3 ). That is, the description that if a Type III polyketide synthase (PKS III) present in the pepper plant, the addition of one 2-carbon (C 2) 3,4-units to MDCA precursor to form a C 6 C 5 P FER acid skeleton (See FIG. 10 formula).

그러나 교과서에 없는 또 하나의 피페르산 생합성 메커니즘 가설은, PKS III가 벤조산(benzoic acid)과 같은 C6C1화합물에 두 개의 2-탄소(C2) 단위를 첨가하여 피페르산 골격을 생성하는 것이다.However, another piper acid biosynthesis mechanism hypothesis not found in the textbook is that PKS III adds two 2-carbon (C 2 ) units to a C 6 C 1 compound, such as benzoic acid, to produce the piperic acid backbone. It is.

본 발명자들은 아직까지 가설 수준인 피페르산의 생합성 메커니즘을 구체적으로 밝히는 연구를 수행하였으며, 상기 두 가지의 사슬 연장의 가능성 중, 첫번째 가설의 전구체는 앞서 기재한 바와 같이, 전형적인 페닐프로파노이드인 페룰산(ferulic acid)에서 유래한 3,4-MDCA가 될 것이고, 두번째 가설의 전구체는 바닐산(vanillic acid) 또는 피페로닐산 (piperonylic acid)이 될 것이라고 추측하였으며. 상기 벤조산 동족체들은 바닐린(vanillin)이나 피페로날[piperonal 또는 3,4-(methylenedioxy)benzaldehyde]과 같은 벤즈알데히드(benzaldehyde) 동족체의 산화를 통하여 유래할 수 있을 것이라 예측하였다. The inventors have conducted studies that specifically reveal the biosynthetic mechanism of piperic acid, which is still hypothesized. Among the possibilities of the two chain extensions, the precursor of the first hypothesis is a typical phenylpropanoid, as described above. It is assumed that 3,4-MDCA derived from ferulic acid will be used, and the precursor of the second hypothesis will be vanillic acid or piperonylic acid. It was predicted that the benzoic acid homologs could be derived from oxidation of benzaldehyde analogs such as vanillin or piperonal (piperonal or 3,4- (methylenedioxy) benzaldehyde).

상기 피페로날은 일명 3,4-(methylenedioxy)benzaldehyde 또는 헬리오트로핀(heliotropin)은 보통 후추 정유의 약 1% 내외로 존재하는 주요 후추향 성분이며, 또한 바닐라(vanilla)와 딜(dill)에서도 존재한다. 피페로날은 향기로운 버찌나 꽃 향기를 지니기 때문에 음식, 화장품 및 향수에 광범위하게 첨가되어 왔고 또한 발기 부전 치료제 Clarium(CialisTM) 및 항파키슨 병 치료제 등 다양한 의약품의 합성 전구체로 이용되고 있다. The piperonal is also known as 3,4- (methylenedioxy) benzaldehyde or heliotropin (heliotropin) is a major pepper constituent usually present in about 1% of the pepper essential oil, and also in vanilla (dilla) and dill (dill) exist. Piperonal has been widely used in foods, cosmetics and fragrances because of its aromatic cherry or floral scent, and has been used as a synthetic precursor for various medicines such as Clarium (Cialis ) and anti-Pakison disease.

현재 식물에서의 피페로날 합성 과정은 전혀 알려지지 않았고, 생물학적인 방법으로 피페로날의 합성을 증가시키는 방법에 관해 추가적인 연구가 필요한 실정이다. 본 발명자들은 아직까지 가설 수준인 피페르산의 생합성 메커니즘을 구체적으로 밝히기 위해 식물체에서 피페르산의 전구체로 예상되는 피페로날을 합성할 수 있는 새로운 피페로날 합성효소를 밝혔으며, 상기 피페로날 합성효소를 이용해 생물학적인 방법으로 식물체내에서 피페로날의 제조방법을 밝히기 위한 연구를 수행함으로써 본 발명을 완성하였다.The current process of piperonal synthesis in plants is not known at all, and further studies are needed on how to increase the synthesis of piperonal by biological methods. The present inventors have uncovered a new piperonal synthetase capable of synthesizing piperonal, which is expected to be a precursor of piperic acid in plants, to elucidate the biosynthetic mechanism of piperic acid, which is still hypothetical. The present invention has been completed by conducting research to identify a method for producing piperonal in a plant by biological methods using raw synthase.

구체적으로, 최근에 페룰산에서 바닐린을 생성하는 효소를 합성하는 vanillin synthase 유전자(VpVAN)가 바닐라 식물에서 분리되어 보고된 바 있다. 이 효소는 아미노산의 일차구조가 잘 보존된 식물 시스테인 단백질분해효소 군(cysteine proteinase superfamily)의 일원으로 알려져 있다. 본 발명자들은 비록,후추에서 바닐린이 검출된 적은 없으나 바닐린에서 3,4-(methylenedioxy) 고리를 형성한 피페로날(piperonal)은 후추 정유의 수 퍼센트를 차지한다는 사실에 기반해, 피페르산의 형성에 피페로날에서 유래한 산화물인 피페로닐산이 관여할 가능성이 높을 것으로고 판단하였다. 즉, 본 발명자들은 후추에서의 피페르산의 생합성 과정에 관여할 것으로 추측되는 피페로날 합성효소를 찾아 밝혀냄으로써 본 발명을 완성했다.Specifically, the vanillin synthase gene ( VpVAN ), which synthesizes an enzyme that produces vanillin from ferulic acid, has been reported to be isolated from vanilla plants. The enzyme is known to be a member of the plant cysteine proteinase superfamily, which maintains the primary structure of amino acids. Although the inventors have found no vanillin in pepper, piperonal, which forms a 3,4- (methylenedioxy) ring in vanillin, accounts for a few percent of pepper essential oil. It was judged that piperonyl acid, an oxide derived from piperonal, was likely to be involved in the formation. In other words, the present inventors completed the present invention by finding and identifying piperonal synthase, which is thought to be involved in the biosynthesis process of piperic acid in pepper.

본 발명은 생물학적인 방법으로 피페로날을 생성하는 피페로날 합성효소 및 이를 이용한 피페로날 합성방법의 제공을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a piperonal synthase that produces piperonal by a biological method, and a piperonal synthesis method using the same.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 미성숙 후추 열매(peppercorn)로부터 전사체의 차세대 시퀀싱(NGS) 데이터를 얻은 후, 이로부터 VpVAN 동종체의 유전자 정보를 얻었으며, 중합효소연쇄반응(PCR)을 사용하여 피페로날(piperonal) 합성효소 유전자를 분리하고 이 효소의 기질선택성 등의 생화학적 특성을 규명함으로써 본 발명을 완성했다.The present inventors obtained next-generation sequencing (NGS) data of transcripts from immature peppercorn, and obtained genetic information of VpVAN isoforms from them , using piperonal polymerase chain reaction (PCR). The present invention was completed by separating the synthase gene and identifying biochemical properties such as substrate selectivity of the enzyme.

본 발명자들은 피페로날과 바닐린(vanillin)의 구조의 유사성, 즉 피페로날은 benzaldehyde 모체에 3,4-methylenedioxy 고리를 가지고 바닐린은 고리가 열린 3-methoxy-4-hydroxy 기를 가진다는 것이 유일한 차이점일 만큼 두 화합물의 구조가 유사한 점을 바탕으로, 바닐린 생합성 경로(Gallage et al., Nature Communication 2014, 5:4037)와 유사하게, 피페로날이 3,4-MDCA로부터 직접 합성될 것이라 가정하였다. 따라서, 바닐린 합성효소인 VpVAN(Genbank accession No. AKG47593)의 아미노산 서열을 이용해, 전사체 데이터베이스에서 동종 유전자 콘티그(homologous gene contig)를 조사하였고, 이를 이용한 일련의 선발 과정을 통해 후추에서의 피페로날(piperonal) 합성효소를 새로이 밝혀냈으며, 상기 효소를 간단히 피페로날 합성효소(piperonal synthase) 또는 더 적합하게 Piper nigrum 3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid hydratase-lyase(PnMCHL)로 명명하였다. The inventors found that the similarity between the structure of piperonal and vanillin, namely that piperonal has a 3,4-methylenedioxy ring in the benzaldehyde matrix and vanillin has an open 3-methoxy-4-hydroxy group Based on the similar structure of the two compounds by day, it was assumed that piperonal would be synthesized directly from 3,4-MDCA, similar to the vanillin biosynthetic pathway (Gallage et al., Nature Communication 2014, 5: 4037). . Therefore, homologous gene contig was investigated in the transcript database using the amino acid sequence of VpVAN (Genbank accession No. AKG47593), a vanillin synthase, and pipero in pepper through a series of selection procedures. A new piperonal synthase was identified, which was briefly named piperonal synthase or more suitably piper nigrum 3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid hydratase-lyase (PnMCHL).

본 발명의 일 예는 표1의 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 피페로날 합성효소(PnMCHL)를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a piperonal synthase (PnMCHL) having an amino acid sequence that is at least 70% homologous to the amino acid sequence of SEQ ID NO.

상기 효소는 바람직하게는 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 것일 수 있으나, 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]를 피페로날(piperonal)로 생성할 수 있는 활성이 유지되는 한, 이에 한정되지 않고 서열번호 1의 아미노산 중 일부가 치환, 삽입 또는 소실된 경우 등을 모두 포함한다. 바람직하게는 상기 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90%이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 것을 포함한다. 이러한 상동성의 비교는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 2개 이상의 서열간의 상동성을 백분율(%)로 계산하여 수행될 수 있다.The enzyme may preferably have an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, but the activity of generating 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid] as piperonal is maintained. However, the present invention is not limited thereto and includes all of the amino acids of SEQ ID NO: 1 when substituted, inserted or deleted. Preferably, the amino acid sequence having at least 70%, more preferably at least 80%, and even more preferably at least 90% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. This comparison of homology can be performed by calculating the homology between two or more sequences as a percentage using a computer program.

상기 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 효소는 측정된 단량체의 분자량이 35 내지 45 kDa 일 수 있으며, 바람직하게는 37 내지 40 kDa, 더욱 바람직하게는 38 내지 39 kDa 일 수 있다.The enzyme having an amino acid sequence having at least 70% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 may have a molecular weight of 35 to 45 kDa, preferably 37 to 40 kDa, more preferably 38 to 39 kDa.

상기 효소가 활성을 갖는 최적온도는 10℃ 내지 50℃, 바람직하게는 20℃ 내지 40℃, 더욱 바람직하게는 25℃ 내지 35℃, 예를 들어 30℃일 수 있으며, 최적 pH는 5.0 내지 10.0, 바람직하게는 pH 5.5 내지 pH 8.5, 더욱 바람직하게는 pH 6.0 내지 pH 8.0, 가장 바람직하게는 pH 6.5 내지 pH 7.5 조건일 수 있다.The optimum temperature for the enzyme activity is 10 ℃ to 50 ℃, preferably 20 ℃ to 40 ℃, more preferably 25 ℃ to 35 ℃, for example 30 ℃, the optimum pH is 5.0 to 10.0, Preferably pH 5.5 to pH 8.5, more preferably pH 6.0 to pH 8.0, most preferably pH 6.5 to pH 7.5 conditions.

명칭designation 서열order 서열
번호
order
number
PnMCHL아미노산서열PnMCHL amino acid sequence masrltliplfvvilaaaaagslsdeenpirlvtdkareaesaihrtlgaahhvmafarfarrfgkqyssvdeirkrfdifvenlelihstnkrglsyklginkfadlsweefkahhlgaaqncsatrgthkltqailpetkdwreegivspvknqghcgscwtfsttgaleaaytqatgksislseqqlvdcasgfnnfgcngglpsqafeyikynggldteesypyagvngicgykienigvkvaesvnitegaedelkhavalvrpvsiafqvvhdfrsykggvytsqecgsapmdvnhavlavgygvengvpywlvknswgndwgvdgyfkielgknmcgvatcasypilslmasrltliplfvvilaaaaagslsdeenpirlvtdkareaesaihrtlgaahhvmafarfarrfgkqyssvdeirkrfdifvenlelihstnkrglsyklginkfadlsweefkahhlgaaqncsatrgthkltqailpetkdwreegivspvknqghcgscwtfsttgaleaaytqatgksislseqqlvdcasgfnnfgcngglpsqafeyikynggldteesypyagvngicgykienigvkvaesvnitegaedelkhavalvrpvsiafqvvhdfrsykggvytsqecgsapmdvnhavlavgygvengvpywlvknswgndwgvdgyfkielgknmcgvatcasypilsl 1One PnMCHL염기서열PnMCHL Base Sequence atggcgtctcgcctcactctcatcccactcttcgtcgtcatcctcgccgccgccgccgctgggtccctatcagatgaggagaatccgatccggcttgtcaccgacaaggcgcgggaagccgagtcggccattcaccggaccctcggcgccgcccaccatgtcatggcctttgcccggttcgcccgaaggttcggcaagcaatacagctctgtggacgaaatcaggaagaggttcgacatctttgtggagaacttggagctcattcactccaccaacaagcgaggcctctcttataagcttggcatcaacaaatttgcggatttgagctgggaggagttcaaggctcatcacttgggcgccgcacaaaattgttcagctacgaggggcacccacaagctcacacaagctattcttcctgagacgaaagactggagggaagaaggtatagtaagtcctgtcaaaaaccaaggccattgtggatcttgctggacctttagtaccactggcgcgttggaagcagcttacactcaagcaacgggaaagagcatctccctttcggagcagcagcttgtggactgcgccagtggatttaacaattttggctgcaatggaggtcttccttcccaggcattcgagtacatcaaatacaacggtggtctcgacacagaggagtcctatccatacgccggtgtcaatggcatctgcggatacaagatagaaaacattggtgtcaaggtcgctgagtccgtgaatatcacagagggcgccgaagatgaattgaaacatgcagtcgctttggtccgtcccgtcagtattgcgttccaggttgtgcacgacttccgctcatacaaaggaggggtttacacaagtcaagagtgtggtagcgctcccatggatgtaaaccatgctgttctggctgtcggttatggtgtggagaatggcgtgccatattggctggtcaagaattcatggggaaatgattggggggttgatggttattttaagatcgagctcggaaagaacatgtgtggtgttgctacttgtgcatcttatcctattctctctctgtaaatggcgtctcgcctcactctcatcccactcttcgtcgtcatcctcgccgccgccgccgctgggtccctatcagatgaggagaatccgatccggcttgtcaccgacaaggcgcgggaagccgagtcggccattcaccggaccctcggcgccgcccaccatgtcatggcctttgcccggttcgcccgaaggttcggcaagcaatacagctctgtggacgaaatcaggaagaggttcgacatctttgtggagaacttggagctcattcactccaccaacaagcgaggcctctcttataagcttggcatcaacaaatttgcggatttgagctgggaggagttcaaggctcatcacttgggcgccgcacaaaattgttcagctacgaggggcacccacaagctcacacaagctattcttcctgagacgaaagactggagggaagaaggtatagtaagtcctgtcaaaaaccaaggccattgtggatcttgctggacctttagtaccactggcgcgttggaagcagcttacactcaagcaacgggaaagagcatctccctttcggagcagcagcttgtggactgcgccagtggatttaacaattttggctgcaatggaggtcttccttcccaggcattcgagtacatcaaatacaacggtggtctcgacacagaggagtcctatccatacgccggtgtcaatggcatctgcggatacaagatagaaaacattggtgtcaaggtcgctgagtccgtgaatatcacagagggcgccgaagatgaattgaaacatgcagtcgctttggtccgtcccgtcagtattgcgttccaggttgtgcacgacttccgctcatacaaaggaggggtttacacaagtcaagagtgtggtagcgctcccatggatgtaaaccatgctgttctggctgtcggttatggtgtggagaatggcgtgccatattggctggtcaagaattcatggggaaatgattggggggttgatggttatt ttaagatcgagctcggaaagaacatgtgtggtgttgctacttgtgcatcttatcctattctctctctctgtaa 22

본 발명의 일 예에 따르면, 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 피페로날 합성효소는 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid] 기질특이성을 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the piperonal synthase having an amino acid sequence having at least 70% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid] substrate specificity It may be to have.

아래 실험예 2에서 확인한 바와 같이, 본 발명의 피페로날 합성효소는 phenylpropenoic acid(페닐프로펜산) 동족체인 신남산(cinnamic acid), 쿠마르산(coumaric acid), 카페산(caffeic acid), 페룰산(ferulic acid), 및 피페르산(piperic acid) 을 기질로 사용할 경우, 해당되는 수화-분해 물질이 생성되지 않았으며, 3,4-MDCA 기질 특이성을 갖는다.As confirmed in Experimental Example 2 below, the piperonal synthase of the present invention is a phenylpropenoic acid (phenylpropene acid) homologue, cinnamic acid, coumaric acid, caffeic acid, ferulic acid, and ferulic acid. (ferulic acid) and piperic acid as substrates did not produce the corresponding hydration-decomposable substance and had 3,4-MDCA substrate specificity.

본 발명의 일 예에 따르면, 상기 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 피페로날 합성효소는 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]의 측쇄 C7-C8 이중 결합을 절단하여 피페로날을 합성하는 것일 수 있다. 상기 C7-C8 이중 결합의 분해는 수화-역알돌(hydration-retro-aldol)반응에 의해 촉매되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the piperonal synthetase having an amino acid sequence having at least 70% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid] Side chain C7-C8 The double bond may be cleaved to synthesize piperonal. C7-C8 The decomposition of the double bond may be catalyzed by a hydration-retro-aldol reaction.

본 발명의 피페로날 합성 효소는 시스테인 단백질분해효소 군내에 속하는 단백질일 수 있으며, 기능적으로 수화효소(hydratase) 및 분해효소(lyase) 기능을 함께 갖고 있는 것이 바람직하다.The piperonal synthetase of the present invention may be a protein belonging to a cysteine protease group, and it is preferable to have a hydrase and a lyase function functionally.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 본 발명의 피페로날 합성효소는 도 3에 나타낸 메커니즘으로 피페로날을 합성할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 피페로날 합성효소는 수화효소 기능으로써 3,4-MDCA 기질에 물(H2O)을 첨가하여 수화시킨 후, 분해효소 기능으로써 역알돌 반응을 일으켜 피페로날과 아세트산(acetic acid)을 생성할 수 있다. According to one embodiment of the invention, the piperonal synthase of the present invention can synthesize piperonal by the mechanism shown in FIG. Specifically, the piperonal synthase of the present invention is a hydratase function, hydrated by adding water (H 2 O) to the 3,4-MDCA substrate, and then undergoes a reverse aldol reaction as a degrading enzyme function, resulting in piperonal and acetic acid. (acetic acid) can be produced.

본 발명의 일 예에 따르면, 상기 피페로날 합성효소는 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 피페로날 합성효소일 수 있으며, 바람직하게는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 피페로날 합성효소일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the piperonal synthetase may be a piperonal synthetase comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, preferably a piperonal synthetase consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 Can be.

또 다른 구체예에 따르면, 상기 피페로날 합성효소는 표 1 서열번호 2의 염기서열에 의해 암호화되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. According to another embodiment, the piperonal synthetase may include an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of Table 1 SEQ ID NO: 2.

본 발명의 일 예는, 앞서 설명한 본 발명의 피페로날 합성효소를 암호화하는 염기서열을 포함하는, 재조합 발현벡터를 제공한다.One example of the present invention provides a recombinant expression vector comprising a base sequence encoding the piperonal synthase of the present invention described above.

상기 본 발명의 피페로날 합성효소는 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 피페로날 합성효소, 바람직하게는 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 효소일 수 있다.The piperonal synthetase of the present invention may be an enzyme including a piperonal synthetase having an amino acid sequence having at least 70% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, preferably an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 .

상기 피페로날 합성효소를 암호화하는 염기서열은 바람직하게는 서열번호 2의 염기서열일 수 있으나, 상기 염기서열에 대하여 실질적인 동일성을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기 실질적인 동일성은, 본 발명의 염기서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우, 70% 이상의 상동성을 나타내는 뉴클레오티드 서열 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상의 상동성을 나타내는 뉴클레오티드 서열을 의미한다. The base sequence encoding the piperonal synthase may be preferably the base sequence of SEQ ID NO: 2, but is also interpreted to include a sequence showing substantial identity to the base sequence. The substantial identity indicates 70% or more homology when aligning the nucleotide sequence of the present invention with any other sequence to the maximum correspondence, and analyzing the aligned sequence using algorithms commonly used in the art. Nucleotide sequence means a nucleotide sequence that exhibits at least 80% homology, more preferably at least 90% homology.

상기 피페로날 합성효소를 암호화하는 유전자는 그 자체로, 또는 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터의 형태로 사용될 수 있다. 상기 재조합 벡터란 목적 유전자 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동 가능하게 연결된 상기 유전자 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 핵산 분자를 의미하며, 상기 적정 핵산 서열은 전사 및 번역 종결인자(terminator), 전사 및 번역 개시 서열, 및 특정 표적 핵산의 발현의 조절에 유용한 프로모터일 수 있다. 또한, 상기 유전자는 예를 들면, 화학물질 유도성 요소(inducible element) 및 온도 민감성 요소(temperature sensitive element)등과 작동 가능하게 연결된 것일 수 있다.The gene encoding the piperonal synthase may be used by itself or in the form of a recombinant vector comprising the gene. The recombinant vector refers to a recombinant nucleic acid molecule comprising a target gene sequence and a suitable nucleic acid sequence essential for expressing the gene sequence operably linked in a specific host organism, wherein the appropriate nucleic acid sequence is a transcription and translation terminator. , Transcriptional and translation initiation sequences, and promoters useful for the regulation of expression of specific target nucleic acids. In addition, the gene may be operably linked to, for example, a chemical inducible element and a temperature sensitive element.

상기 화학물질 유도성 요소(inducible element)는 lac 오페론 및 T7 프로모터, trc 프로모터 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 T7 프로모터는 바이러스인 T7 파지에서 유래된 것으로 프로모터와 함께 T7 터미네이터를 포함한다. The chemical inducible element may be at least one selected from the group consisting of lac operon, T7 promoter, trc promoter, and the like. The T7 promoter is derived from T7 phage which is a virus and includes a T7 terminator with a promoter.

상기 벡터 시스템은 당업계에 널리 알려진 다양한 방법을 통해 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다(Franηois Baneyx, Current Opinion in Biotechnology 1999, 10:411-421).The vector system can be constructed as a vector for cloning or a vector for expression by various methods well known in the art (Franηois Baneyx, Current Opinion in Biotechnology 1999, 10: 411-421).

상기 벡터에는 예를 들면 플라스미드 또는 바이러스 유래 벡터 등이 포함된다. 플라스미드란 추가의 DNA가 연결될 수 있는 원형의 이중가닥 DNA 고리를 말한다. 본 발명에서 사용되는 벡터에는 예를 들면, 플라스미드 발현벡터, 바이러스 발현벡터 (예, 복제결함 레트로바이러스, 아데노바이러스, 및 아데노 연관 바이러스) 및 이들과 동등한 기능을 수행할 수 있는 바이러스 벡터가 포함되나 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 대장균 내 발현에 적합한 pET, pBR, pTrc, pLex, pUC 벡터 등을 사용할 수 있으나, 상기 효소 단백질을 효율적으로 발현시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.The vector includes, for example, a plasmid or a virus derived vector. Plasmid refers to a circular double stranded DNA ring to which additional DNA can be linked. Vectors used in the present invention include, for example, plasmid expression vectors, viral expression vectors (eg, replication defective retroviruses, adenoviruses, and adeno-associated viruses) and viral vectors capable of performing their equivalent functions, but are not limited to these. It is not limited to. Preferably, pET, pBR, pTrc, pLex, pUC vectors and the like suitable for expression in E. coli may be used, but may be used without particular limitation as long as it can efficiently express the enzyme protein.

본 발명의 일 예에 따르면 상기 벡터는 서열번호 1 의 아미노산 서열을 암호화하는 염기서열을 포함하고 도 7 또는 도 8의 개열지도를 갖는 재조합 발현벡터일 수 있다. 도 7은 대장균에서 PnMCHL을 발현을 위해 제조한 재조합 플라스미드의 개열지도이며, 도 8은 효모에서 PnMCHL을 발현을 위해 제조한 재조합 플라스미드의 개열지도이다. 도 7에 나타낸 플라스미드는 T7 promoter, MBP tag, PnMCHL 유전자, T7 terminator, 항생제 내성 유전자, 및 lacI 를 포함하며,According to an example of the present invention, the vector may be a recombinant expression vector including a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and having a cleavage map of FIG. 7 or 8. FIG. 7 is a cleavage map of a recombinant plasmid prepared for expressing PnMCHL in E. coli, and FIG. 8 is a cleavage map of a recombinant plasmid prepared for expressing PnMCHL in yeast. The plasmid shown in Figure 7 includes a T7 promoter, MBP tag, PnMCHL gene, T7 terminator, antibiotic resistance gene, and lacI,

도 8에 나타낸 플라스미드는, 항생제 내성 유전자, CYC terminator, PnMCHL 유전자, GAL1, 10 프로모터, FLAG, f1 ori terminator, LEU2 promoter, 및 LEU2를 포함한다.The plasmid shown in FIG. 8 includes antibiotic resistance gene, CYC terminator, PnMCHL gene, GAL1, 10 promoter, FLAG, f1 ori terminator, LEU2 promoter, and LEU2.

본 발명의 다른 일 예는, 앞서 설명한 피페로날 합성효소를 암호화하는 염기서열을 포함하는 재조합 발현벡터로 형질전환된, 피페로날 합성효소를 발현하는 재조합 세포를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a recombinant cell expressing piperonal synthase, which is transformed with a recombinant expression vector comprising a nucleotide sequence encoding the piperonal synthase as described above.

상기 피페로날 합성효소는 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 피페로날 합성효소, 바람직하게는 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 효소일 수 있다.The piperonal synthetase may be an enzyme including a piperonal synthetase having an amino acid sequence having at least 70% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, preferably an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명에서 "재조합"은 원래의 세포가 가지고 있던 것과 다른 종류의 유전자가 있는 DNA사슬 조각 또는 플라스미드가 세포들 사이에 침투되어 원래 세포에 존재하던 DNA와 결합, 세포의 유전형질이 변화되는 분자생물학적 현상을 말한다. In the present invention, "recombination" refers to a molecular chain in which DNA chain fragments or plasmids having genes different from those of the original cells are infiltrated between the cells to bind with the DNA present in the original cell, thereby changing the genotype of the cell. Say the phenomenon.

상기 벡터를 안정적이며 연속적으로 복제 및/또는 발현시킬 수 있는 형질전환 대상 세포로는 활성이 있는 상기 효소 단백질을 과발현시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 당업계에 공지되어 있는 어떠한 세포라도 이용할 수 있으며, 예컨대 E. coli 등의 다양한 대장균, 다양한 효모, 식물세포 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 대장균과 효모일 수 있다.As a cell to be transformed capable of stably and continuously replicating and / or expressing the vector, any cell known in the art may be used as long as it is capable of overexpressing the active enzyme protein. For example E. a variety of E. coli, such as coli, and the like can be used various yeast, plant cells. Preferably E. coli and yeast.

상기 벡터를 사용하여 형질전환시키기 위한 방법은 예컨대, 세균 원형질체의 융합, 전기천공법, 추진체 포격(projectile bombardment), 및 바이러스 벡터를 사용한 감염 등 특별히 제한되지 않고 당업계에 공지된 방법을 사용할 수 있다.The transformation method using the vector may be any method known in the art without particular limitation, such as fusion of bacterial protoplasts, electroporation, projectile bombardment, and infection with a viral vector. .

본 발명의 다른 예는, 앞서 설명한 본 발명의 피페로날 합성효소, 상기 합성효소를 발현하는 재조합 세포, 상기 재조합 세포의 배양물, 및 상기 재조합 세포의 파쇄물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 피페로날 생산용 조성물을 제공한다.Another example of the present invention includes at least one selected from the group consisting of the piperonal synthase of the present invention described above, a recombinant cell expressing the synthetase, a culture of the recombinant cell, and a lysate of the recombinant cell. To provide a composition for piperonal production.

상기 피페로날 합성효소는 일 구체예로 서열번호 1의 아미노산 서열과 70% 이상의 상동성이 있는 아미노산 서열을 갖는 피페로날 합성효소, 바람직하게는 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 효소 단백질일 수 있다.In one embodiment, the piperonal synthase is an enzyme protein comprising a piperonal synthetase having an amino acid sequence having at least 70% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, preferably the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 Can be.

상기 피페로날 생산용 조성물은 3,4-MDCA를 기질로 사용하여 피페로날을 제조하는 것일 수 있다. 상기 배양물은 상기 재조합 세포로부터 생산된 효소 단백질을 포함하는 것으로, 상기 재조합 세포를 포함하거나, 세포를 포함하지 않는 cell-free 형태일 수 있다. 상기 파쇄물은 재조합 세포를 파쇄한 파쇄물 또는 상기 파쇄물을 원심분리하여 얻은 상징액을 의미하는 것으로, 상기 재조합 세포로부터 생산된 효소 단백질을 포함하는 것이다. The piperonal production composition may be to prepare piperonal using 3,4-MDCA as a substrate. The culture includes an enzyme protein produced from the recombinant cells, and may be in a cell-free form including the recombinant cells or no cells. The lysate refers to a lysate obtained by crushing a recombinant cell or a supernatant obtained by centrifugation of the lysate, and includes an enzyme protein produced from the recombinant cell.

본 발명의 다른 일 구현예는 앞서 설명한 본 발명의 피페로날 합성효소, 상기 합성효소를 발현하는 재조합 세포, 상기 재조합 세포의 배양물, 및 상기 재조합 세포의 파쇄물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 피페로날 생산방법이 제공된다.Another embodiment of the present invention is a piperonal synthase of the present invention described above, at least one selected from the group consisting of recombinant cells expressing the synthetase, the culture of the recombinant cells, and the lysate of the recombinant cells Provided is a method for producing piperonal for use.

상기 피페로날 생산방법은 상기 효소 등을 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]와 반응시키는 단계를 포함한다. The piperonal production method includes reacting the enzyme with 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid].

상기 3,4-MDCA는 피페로날 생산용 조성물과 반응시키는 단계를 통해 3,4-MDCA의 측쇄 C7-C8 이중 결합이 절단됨으로써 얻어지는 것일 수 있다. The 3,4-MDCA side chain C7-C8 of 3,4-MDCA through the step of reacting with the composition for piperonal production The double bond may be obtained by cleaving.

상기 재조합 세포의 배양은 사용되는 세포의 특성에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 선택되는 배지 및 배양조건하에서 이루어질 수 있다. 배양 방법은 당업계에 알려진 임의의 배양 방법, 예를 들면, 회분식, 연속식 및 유가식 배양 방법 등이 사용될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.Cultivation of the recombinant cells may be carried out under medium and culture conditions readily selected by those skilled in the art according to the characteristics of the cells used. The culture method may be any culture method known in the art, for example, batch, continuous and fed-batch culture methods and the like, but is not limited thereto.

상기 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]와 피페로날 생산용 조성물을 반응시키는 단계는 바람직하게는 상기 효소 단백질의 최적 활성화 조건하에 이루어질 수 있다.The step of reacting the 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid] with the composition for piperonal production may be preferably performed under optimal activation conditions of the enzyme protein.

구체적 일 예로, pH 5 내지 pH 8.5에서 pH 7.0에 비하여 61%의 효소 활성을 나타내며(도 9 참조), 바람직하게는 pH 5.5 내지 pH 8.5, 더욱 바람직하게는 pH 6.0 내지 pH 8.0, 가장 바람직하게는 pH 6.5 내지 pH 7.5 조건에서 가장 효소 활성이 높아 3,4-MDCA를 피페로날으로의 전환 효율이 최대화 될 수 있다.As a specific example, it exhibits an enzyme activity of 61% compared to pH 7.0 at pH 5 to pH 8.5 (see FIG. 9), preferably pH 5.5 to pH 8.5, more preferably pH 6.0 to pH 8.0, most preferably The highest enzymatic activity at pH 6.5 to pH 7.5 can maximize the conversion efficiency of 3,4-MDCA to piperonal.

본 발명의 3,4-MDCA 기질특이성을 갖는 새로운 피페로날 합성효소인 3,4-MDCA hydratase-lyase(PnMCHL) 효소는 생물공학적 방법으로 3,4-MDCA에서 피페로날의 합성을 가능하게 한다.The 3,4-MDCA hydratase-lyase (PnMCHL) enzyme, a novel piperonal synthetase with 3,4-MDCA substrate specificity of the present invention, enables biosynthetic synthesis of piperonal in 3,4-MDCA. do.

도 1은 PnMCHL 효소의 기질 특이성 및 3,4-MDCA 수화-분해효소로서의 기능을 가스크로마토그래피-질량분석(GC-MS)방법을 사용해 확인한 실험 결과이다.
도 2는 대장균에서 발현하여 정제한 PnMCHL 효소를 이용하여 시험관내 반응을 수행하고 반응 산물을 분석한 결과이다. 도 2의 A는 3,4-MDCA를 기질로, 도 2의 B는 페룰산을 기질로 반응에 첨가한 결과이다.
도 3은 PnMCHL 효소반응의 예상 메커니즘 모식도로서 3,4-MDCA 의 측쇄 C7-C8이중결합을 PnMCHL 효소가 수화-분해효소 메커니즘에 따라 절단하여 피페로날을 생성함을 나타낸다.
도 4는 효모돌연변이체 YPH499 ΔPTF 제작방법 및 돌연변이 확인을 나타낸다. 도 4의 A는 페닐아크릴산 탈카복실효소(Phenylacrylic acid decarboxylase, PAD) 와 페룰산 탈카복실효소(ferulic acid decarboxylase, FDC)를 동시에 불활성화하는 전략을 나타내며, 도 4의 B는 DNA 아가로스 젤 이미지로 PAD(P), phenylacrylic acid decarboxylase, FDC(F), ferulic acid decarboxylase, TRP(T) tryptophan synthase를 나타낸다.
도 5는 정제된 말토스결합단백질-PnMCHL(maltose binding protein-PnMCHL, MBP-PnMCHL)의 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동 결과를 나타낸다.
도 6은 후추식물에서 PnMCHL 유전자의 조직별 전사 수준을 나타낸다.
도 7은 대장균에서 PnMCHL을 발현을 위해 제조한 재조합 플라스미드의 개열지도를 나타낸다.
도 8은 효모에서 PnMCHL발현을 위해 제조한 재조합된 플라스미드의 개열지도를 나타낸다.
도 9는 pH에 따른 PnMCHL의 효소 활성 비교결과를 나타낸다.
도 10은 3,4-MDCA, 신남산(cinamic acid), 카페산(caffeic acid), 페룰산(ferulic acid), 피페르산(piperic acid), 피페로날(piperonal), 피페로닐산(piperonylic acid), 바닐린(vanillin) 및 바닐산(vanillic acid)의 화학식 구조를 나타낸다.
1 is an experimental result confirming the substrate specificity of PnMCHL enzyme and its function as 3,4-MDCA hydrate-degrading enzyme using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) method.
2 is In vitro reaction was performed using PnMCHL enzyme expressed and purified in E. coli and the reaction product was analyzed. 2A is the result of adding 3,4-MDCA as a substrate and B in FIG. 2 as a substrate to the reaction.
Figure 3 is a schematic diagram of the expected mechanism of PnMCHL enzyme reaction, showing that the PnMCHL enzyme cleaves the side chain C7-C8 double bond of 3,4-MDCA according to the hydrase-degrading enzyme mechanism to produce piperonal.
4 is Yeast mutant YPH499 Δ PTF production method and mutation identification are shown. 4A shows a strategy of simultaneously inactivating phenylacrylic acid decarboxylase (PAD) and ferulic acid decarboxylase (FDC), and FIG. 4B is a DNA agarose gel image. PAD (P), phenylacrylic acid decarboxylase, FDC (F), ferulic acid decarboxylase, and TRP (T) tryptophan synthase.
5 is Polyacrylamide gel electrophoresis of purified maltose binding protein-PnMCHL (maltose binding protein-PnMCHL, MBP-PnMCHL) is shown.
Figure 6 shows the tissue-specific transcription level of the PnMCHL gene in pepper plants.
7 shows a cleavage map of recombinant plasmids prepared for the expression of PnMCHL in E. coli.
8 shows a cleavage map of the recombinant plasmid prepared for PnMCHL expression in yeast.
Figure 9 shows the results of the enzyme activity of PnMCHL according to the pH.
10 is 3,4-MDCA, cinamic acid (cinamic acid), caffeic acid (caffeic acid), ferulic acid (ferulic acid), piperic acid (piperic acid), piperonal (piperonal), piperonylic acid (piperonylic acid), vanillin and vanillic acid.

이하에서는, 본 발명의 구성을 실시예를 들어 보다 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited only to the following examples.

<실시예 1> 박테리아, 효모 균주 및 배양배지Example 1 Bacteria, Yeast Strains and Culture Medium

유전자 클로닝(gene cloning)을 위해 대장균 DH10B[F-mcrA

Figure 112018089091561-pat00001
(mrr-hsdRMS-mcrBC) Φ80d lacZΔM15 ΔlacX74 deoR recA1 araD139 Δ(ara, leu)7697 galU galK rpsL λ - endA1 nupG]와 단백질 발현을 위해 대장균 Rosetta2(DE3)[F- ompT hsdS B (rB -mB -) gal dcm(DE3) pRARE2(CamR)] 균주를 사용했다. 효모 PAD1FDC1 파괴 돌연변이인 YPH499 ΔPTF(MATa ura3-52 lys2-801 ade2-101 trp1-Δ63 his3-Δ200 leu2-Δ1 Δpad1-fdc1::TRP1)(트립토판 선택성)를 개발하였고 이 돌연변이체를 PnMCHL의 생체내 기능 분석 실험에 사용했다.E. coli DH10B [F-mcrA for gene cloning
Figure 112018089091561-pat00001
( mrr-hsdRMS-mcrBC ) Φ80d lacZ Δ M15 Δ lacX74 deoR recA1 araD139 Δ (ara, leu) 7697 galU galK rpsL λ - endA1 nupG ] and E. coli Rosetta2 (DE3) [F - ompT hsdS B (r B ) for protein expression - m B -) gal dcm ( DE3) pRARE2 (Cam R)] used a strain. The yeast PAD1 and FDC1 disruption mutants YPH499 Δ PTF (MATa ura3-52 lys2-801 ade2-101 trp1- Δ 63 his3- Δ 200 leu2- Δ 1 Δ pad1-fdc1 :: TRP1 ) (tryptophan selectivity) were developed. Sieve was used for in vivo functional assays of PnMCHL .

대장균은 Luria-Bertani(LB) 배지(MBcell, Korea)에서 배양하고 1.5%(w/v) Micor-agar(Duchefa, Netherlands)를 첨가하여 고체 LB 배지 플레이트를 제조했다. 플라스미드-형질전환 균주는 카나마이신(50 μg/ml)이 첨가된 LB 배지에서 배양했다.E. coli was cultured in Luria-Bertani (LB) medium (MBcell, Korea) and a solid LB medium plate was prepared by adding 1.5% (w / v) Micor-agar (Duchefa, Netherlands). Plasmid-transformed strains were cultured in LB medium added with kanamycin (50 μg / ml).

야생형 효모(YPH499)는 YPDA 배지에서 배양하였다(Clontech, USA). 돌연변이 효모는 0.67 g/L 의 트립토판 DO(dropout) Supplement와 26.7 g/L Minimal SD Base(Clonetech, Madison, WI)에서 배양하였다. 형질전환체는 상기 배지에 류신(leucine)과 트립토판(tryptophan) 동시 부족 조건에서 배양하였으며, 고형 배지는 2%의 BactoTM Agar(Becton, USA)를 사용하였다.Wild type yeast (YPH499) was cultured in YPDA medium (Clontech, USA). Mutant yeasts were cultured in a 0.67 g / L tryptophan DO (dropout) supplement and 26.7 g / L Minimal SD Base (Clonetech, Madison, Wis.). Transformants were cultured in the medium under leucine and tryptophan deficient conditions, and 2% of Bacto Agar (Becton, USA) was used as the solid medium.

<실시예 2> 효소 및 화학물질Example 2 Enzymes and Chemicals

제한 효소, T4 DNA ligase, Ex Taq polymerase, 및 Phusion® High-Fidelity DNA Polymerase는 TaKaRa(Japan) 또는 NEB(USA)에서 구입하였다. 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동을 위한 acrylamide/bis 용액(40%)과 Coomassie Blue 단백질 정량 시약은 Bio-Rad(USA)로부터 구입하였다. DO Supplement를 포함한 효모 배양에 사용 되는 배지는 Clontech(USA)에서 구매하였다. Adenine hemisulfate, ATP, DTT(dithiothreitol), IPTG, NAD+, MgCl2, CH2Cl2, Tris-HCl 및 페닐프로펜산(신남산, 쿠마르산, 카페산, 페룰산, 3,4-MDCA)과 피페르산은 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다. Maltose Binding Protein(MBP) 태그된 단백질의 정제를 위한 아밀로스 레진(Amylose resin)은 (NEB, USA)로부터 구입하였다.Restriction enzymes, T4 DNA ligase, Ex Taq polymerase, and Phusion ® High-Fidelity DNA Polymerase were purchased from TaKaRa (Japan) or NEB (USA). Acrylamide / bis solution (40%) and Coomassie Blue protein quantitative reagent for polyacrylamide gel electrophoresis were purchased from Bio-Rad (USA). The medium used for the cultivation of yeast, including the DO Supplement, was purchased from Clontech (USA). Adenine hemisulfate, ATP, dithiothreitol (DTT), IPTG, NAD + , MgCl 2 , CH 2 Cl 2 , Tris-HCl and phenylpropenic acid (cinnamic acid, kumaric acid, caffeic acid, ferulic acid, 3,4-MDCA) Piperic acid was purchased from Sigma-Aldrich. Amylose resin for purification of Maltose Binding Protein (MBP) tagged proteins was purchased from (NEB, USA).

<실시예 3> 올리고뉴클레오타이드(Oligonucleotides)Example 3 Oligonucleotides

중합효소 연쇄반응(PCR)에 사용된 프라이머 쌍은 COSMO Genetech(Seoul, Korea)에서 합성하였고, 실험에 사용한 프라이머 서열목록을 하기 표 2에 제시하였다. 밑줄친 부분은 제한효소 자리이다. Primer pairs used in the polymerase chain reaction (PCR) were synthesized by COSMO Genetech (Seoul, Korea), and a list of primer sequences used in the experiment is shown in Table 2 below. The underlined portion is the restriction enzyme site.

프라이머 명칭Primer Name 염기서열 (5'→3')Sequence (5 '→ 3') 서열번호SEQ ID NO: PnMCHL FPnMCHL F atggcgtctcgcctcactctcatggcgtctcgcctcactctc 33 PnMCHL noER FPnMCHL noER F atggaggagaatccgatccggcttatggaggagaatccgatccggctt 44 PnMCHL RPnMCHL R ttacagagagagaataggataagatgttacagagagagaataggataagatg 55 pESC-Leu2 BamHI noER MCHL FpESC-Leu2 BamHI noER MCHL F cgggatccgatggaggagaatccgatccgcg ggatcc gatggaggagaatccgatccg 66 pESC-Leu2 SalI PnMCHL RpESC-Leu2 SalI PnMCHL R acgcgtcgaccagagagagaataggataagatgacgc gtcgac cagagagagaataggataagatg 77 pMBP noER NdeI FpMBP noER NdeI F cgccatatggaggagaatccgatccggctt cgc catatg gaggagaatccgatccggctt 88 pMBP noER XhoI RpMBP noER XhoI R cccgctcgagcagagagagaataggatacccg ctcgag cagagagagaataggata 99 PnMCHL QRT FPnMCHL QRT F cagcttacactcaagcaacgggcagcttacactcaagcaacggg 1010 PnMCHL QRT RPnMCHL QRT R ggaagacctccattgcagccaggaagacctccattgcagcca 1111 PAD FPAD F atgctcctatttccaagaagaaatgctcctatttccaagaagaa 1212 FDC RFDC R ttatttatatccgtaccttttccattatttatatccgtaccttttcca 1313 TRP SphI FTRP SphI F acatgcatgcaccataaacgacattactatatataacat gcatgc accataaacgacattactatatata 1414 TRP SpeI RTRP SpeI R ggactagtaatttcctgatgcggtattttcgg actagt aatttcctgatgcggtattttc 1515 pET28 MBP NcoI FpET28 MBP NcoI F catgccatggatgaaaatcgaagaaggtaaactcatg ccatgg atgaaaatcgaagaaggtaaact 1616 pET28 MBP NdeI RpET28 MBP NdeI R cgccatatgagtctgcgcgtctttcagg cgc catatg agtctgcgcgtctttcagg 1717

<실시예 4> 피페로날 생합성 관련 유전자 분리Example 4 Isolation of Piperonal Biosynthesis-Related Genes

바닐린 합성효소인 VpVAN(Genbank accession No. AKG47593)의 아미노산 서열을 이용해, Local tBLASTn 방법을 사용하여 전사체 데이터베이스에서 동종 유전자 콘티그(homologous gene contigs)를 조사하였다. 콘티그의 염기서열을 바탕으로 Takara Ex Taq Polymerase(Takara, Japan)를 사용하여 cDNA library로부터 목적 ORF를 클로닝하기 위한 프라이머 쌍 PnMCHL F와 PnMCHL R를 설계 하고(표 2) 중합효소 연쇄 반응을 통하여 상기 ORF를 클로닝하였다. Using the amino acid sequence of vanillin synthase VpVAN (Genbank accession No. AKG47593), homologous gene contigs were examined in the transcript database using the Local tBLASTn method. Based on the sequence of the contigs, primer pairs PnMCHL F and PnMCHL R were designed to clone the target ORF from the cDNA library using Takara Ex Taq Polymerase (Takara, Japan) (Table 2). Was cloned.

소포체 표적화(ER targeting) 펩타이드를 제거하는 클로닝은 PnMCHL noER F와 PnMCHL R 프라이머 쌍을 사용하였다. 반응 조건은 초기 98℃에서 5분, 98℃ 에서 15초, 58℃ 에서 30초, 72℃ 에서 1분 6초를 35사이클 동안 반응시키고, 72℃에서 5분간 반응시킨 후, 마지막으로 16℃로 유지하였다. 다음으로 IncloneTM Gel & PCR 정제 키트 (Inclone Biotech, Korea)를 사용하여 PCR 산물을 정제하였으며, pMD19 T 벡터 (Takara, Japan)에 클로닝하였다.Cloning to remove ER targeting peptides used PnMCHL noER F and PnMCHL R primer pairs. The reaction conditions were initially reacted for 5 cycles at 98 ° C. for 5 minutes, 98 ° C. for 15 seconds, 58 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 1 minute 6 seconds for 35 cycles, followed by 5 minutes at 72 ° C. Maintained. Next, PCR products were purified using the Inclone Gel & PCR Purification Kit (Inclone Biotech, Korea) and cloned into pMD19 T vector (Takara, Japan).

<실시예 5> 효모 Example 5 Yeast PAD1PAD1 , , FDC1FDC1 파괴 돌연변이 Destruction mutation

효모 페닐아크릴산 탈카복실효소(phenylacrylic acid decarboxylase)(PAD1, YDR538W)와 페룰산 탈카복실효소(ferulic acid decarboxylase)(FDC1, YDR539W)는 IV번 염색체상에서 전후로 연결되어있다(도 4). PAD F및 FDC R 프라이머 쌍을 사용하여(표 2), PAD1FDC1 유전자(2.7kbp)를 포함한 DNA 단편을 효모 염색체로부터 클로닝하였다. Yeast phenylacrylic acid decarboxylase (PAD1, YDR538W) and ferulic acid decarboxylase (FDC1, YDR539W) are connected back and forth on chromosome IV (Fig. 4). Using the PAD F and FDC R primer pairs (Table 2), DNA fragments containing the PAD1 and FDC1 genes (2.7 kbp) were cloned from the yeast chromosome.

다음으로 PCR 산물을 pMD19 T 벡터에 연결하였고, DNA 시퀀싱으로 서열을 확인하였다. 이 후 단계에서는 SphI과 SpeI을 사용하여 ATG로부터 각각 368 bp와 996 bp 하류에 있는 PAD1과 FDC1을 각각 이중절단하였고, pESC-TRP 벡터로부터 얻은 트립토판 합성 유전자(1.06kbp)를 SphI 및 SpeI 이중 절단 부위에 연결하였다(도 4).The PCR product was then linked to the pMD19 T vector and sequence confirmed by DNA sequencing. After this step, by using the Sph I and Spe I were each double-cut the PAD1 and FDC1 which the 368 bp and 996 bp downstream, respectively from the ATG, the tryptophan gene synthesis (1.06kbp) obtained from pESC-TRP vector Sph I and Spe I was linked to the double cleavage site (FIG. 4).

다음으로 넉아웃 실험을 위한 유전자 단편을 준비하였다. PAD F 와 FDC R 프라이머 쌍을 사용하여 단편을 증폭시키고, 5μg의 PCR산물을 LiAc/SS carrier DNA/PEG 법(Gietz and Schiestl 2007)을 사용하여 효모 YPH499 균주로 형질 전환시켰다. 마지막으로, YPH499 ΔPTF로 명명한 Δpad1-fdc1돌연변이를 선택하기 위해 형질전환체를 트립토판을 배제한 배지에 도말하였다.Next, gene fragments for knockout experiments were prepared. Fragments were amplified using PAD F and FDC R primer pairs and 5 μg of PCR product was transformed into yeast YPH499 strain using LiAc / SS carrier DNA / PEG method (Gietz and Schiestl 2007). Finally, to select the Δ pad1-fdc1 mutation named YPH499 Δ PTF Transformants were plated in medium excluding tryptophan.

<실시예 6> 이종(Heterologous) 발현 및 단백질 정제Example 6 Heterologous Expression and Protein Purification

유전자의 ORF를 Gibson Assembly® 클로닝 키트(NEB, USA)를 사용하여 C-terminal 6ХHis tag를 갖는 pET28a(+)-MBP 벡터(pMAL-c2x 벡터에서 MBP 서열을 확보)의 NdeI과 XhoI 이중 소화 부위에 클로닝하였다. PnMCHL을 포함 재조합 플라스미드-pET:MBP-PnMCHL(또는 소포체 표적화 펩타이드가 삭제된 pET:MBP-noER-PnMCHL)를 Rosetta? 2(DE3)에 형질전환시켰고, 50μg/ml 카나마이신과 35 μg/ml 클로람페니콜이 첨가된 한천 플레이트에서 37℃로 하룻밤 동안 배양하였다. 다음으로, 선별된 단일 콜로니만 취하여 50μg/ml의 카나마이신과 35 μg/ml 클로람페니콜을 첨가한 5 mL LB 배지에 접종하여 하룻밤 배양하였다. The ORF of the gene was determined by Gibson Assembly ® Cloning Kit (NEB, USA) using the Nde I and Xho I doubles of the pET28 a (+)-MBP vector with C-terminal 6ХHis tag ( obtaining MBP sequence from pMAL-c2x vector). Cloned to digestion site. Recombinant plasmids containing PnMCHL - pET: MBP-PnMCHL (or pET: MBP-noER-PnMCHL from which the endoplasmic reticulum targeting peptide was deleted) were obtained from Rosetta? 2 (DE3) was transformed and incubated overnight at 37 ° C. in an agar plate containing 50 μg / ml kanamycin and 35 μg / ml chloramphenicol. Next, only selected colonies were taken and inoculated in 5 mL LB medium to which 50 μg / ml of kanamycin and 35 μg / ml chloramphenicol were added and incubated overnight.

단백질 발현을 위하여 50 ml LB 배지에 상기 배양액(5 ml LB 배지 배양액) 0.5 ml를 접종하여 OD600 이 0.5에 이를 때 0.1 mM IPTG를 첨가한 후 배양온도를 20℃까지 낮추어 16시간 배양하였다. 이후 세포를 4℃에서 5분동안 5000 rpm(Beckman F1202 rotor)에서 원심분리하여 수집하였다. 다음으로 원심분리하여 얻은 펠렛을 10 ml의 용해 완충액(20 mM Tris-HCl, pH 7.0, 300 mM NaCl 첨가)에 재현탁하였다. 그 후, 현탁액을 3초 작동, 1초 정지 간격으로 총 10분 동안 초음파 처리(Sonic Dismembrator 550, Fisher Scientific)하여 세포를 파쇄하였다.For protein expression, 50 ml LB medium was inoculated with 0.5 ml of the culture solution (5 ml LB medium culture solution), and when OD 600 reached 0.5, 0.1 mM IPTG was added and the culture temperature was lowered to 20 ° C. and incubated for 16 hours. Cells were then collected by centrifugation at 5000 rpm (Beckman F1202 rotor) for 5 minutes at 4 ° C. The pellet obtained by centrifugation was then resuspended in 10 ml of lysis buffer (20 mM Tris-HCl, pH 7.0, 300 mM NaCl added). The suspension was then sonicated (Sonic Dismembrator 550, Fisher Scientific) for a total of 10 minutes at 3 second run, 1 second stop intervals to disrupt cells.

용해 단백질 분획을 6000 rpm(Beckman F1202 rotor), 4℃에서 30분동안 원심분리하였다. 친화성 크로마토그래피 방법으로 상징액 중에서 MBP-태그된 목적 단백질을 아밀로스 레진에 결합시키고 10 mM 말토오스가 첨가된 용해 완충액으로 용출하였다. 정제된 PnMCHL의 SDS-PAGE 결과를 도 5에 나타내었다. PnMCHL의 N-말단에 융합된 MBP(MBP-PnMCHL 융합단백질)는 75 kD의 분자량을 나타냈다 (도 5). The lysed protein fractions were centrifuged at 6000 rpm (Beckman F1202 rotor) at 4 ° C for 30 minutes. MBP-tagged target proteins were bound to amylose resin and eluted with lysis buffer to which 10 mM maltose was added in supernatant by affinity chromatography. SDS-PAGE results of purified PnMCHL are shown in FIG. 5. MBP (MBP-PnMCHL fusion protein) fused to the N-terminus of PnMCHL showed a molecular weight of 75 kD (FIG. 5).

<실시예 7> 시험관 내 분석Example 7 In Vitro Analysis

분석방법은 1 ml Tris-HCl 완충액 (100 mM, pH 7.5)의 총 부피에 0.2 mM 기질(페룰산 및 3,4-MDCA), 2.5 mM DTT, 5 mM MgCl2, 및 1 μg 정제 단백질(PnMCHL)을 가하고 30℃에서 30분간 반응한 후, 반응 혼합물을 100℃에서 3분간 가열하여 반응을 종료했다. 대조군 실험은 열처리한 효소(100℃, 3분)를 사용하는 것만 제외하고, 다른 조건은 동일하게 수행하였다. The assay was performed with 0.2 mM substrate (ferulic acid and 3,4-MDCA), 2.5 mM DTT, 5 mM MgCl 2 , and 1 μg purified protein (PnMCHL) in a total volume of 1 ml Tris-HCl buffer (100 mM, pH 7.5). ) Was added and reacted at 30 占 폚 for 30 minutes, and then the reaction mixture was heated at 100 占 폚 for 3 minutes to terminate the reaction. Control experiments were performed in the same manner, except that the heat treated enzyme (100 ° C., 3 minutes) was used.

<실시예 8> 대사산물 분석Example 8 Metabolite Analysis

생성물질 분석을 위해, 500 μl의 CH2Cl2를 첨가하고 반응물을 1분동안 격렬히 볼텍싱하고 5분간 원심분리(4000g)하여 CH2Cl2 층을 분리하였다. 그후 CH2Cl2 추출과정을 2번 반복하고, CH2Cl2층을 분석 전에 약한 질소가스 흐름 하에서 500 μl로 농축하였다. 이후 실시예 9의 과정에 따라 피페로날(piperonal)을 GC-MS 상에서 분석하였다. For product analysis, 500 μl of CH 2 Cl 2 was added and the reaction was vigorously vortexed for 1 minute and centrifuged (4000 g) for 5 minutes to separate the CH 2 Cl 2 layer. The CH 2 Cl 2 extraction process was then repeated twice, and the CH 2 Cl 2 layer was concentrated to 500 μl under weak nitrogen gas flow before analysis. Thereafter, the piperonal was analyzed on GC-MS according to the procedure of Example 9.

<실시예 9> GC-MS 분석Example 9 GC-MS Analysis

가스크로마토그래프-질량분석기로(Agilent model 6890, USA) 피페로날(piperonal)을 포함한 반응산물을 분석하였다. 가스크로마토그래피 컬럼은 ZB-5MSi 모세관(60 m Х 0.25 mm Х 0.25 μm, Zebron)이었으며 운반 기체로 헬륨을 1 ml/min 유속으로 흘려주었다. 효소 반응 생산물 분석을 위해, CH2Cl2추출물 1 μl을 다음의 온도 프로그램으로 작동하는 가스크로마토그래프에 주입하였다. 220℃에 주입, 초기 온도 70℃, 5℃/min 속도로 220℃까지 증가, 이후 25℃/min 속도로 320℃(1분 유지)까지 상승시켰다. 질량 분석기는 Agilent HP 5973(USA)으로 이송 라인 온도는 320℃, 이온원의 온도는 250℃, 4중극 온도는 150℃, 및 이온화전위는 70 eV 였다. 스캔 범위는 50-200 원자질량 단위였다. 생성물은 MS Search Program v.2.0(NIST Standard Reference Database, USA)을 사용하여 피페로날 표준품과 비교하여 확인 동정하였다.Reaction products including piperonal were analyzed by gas chromatograph-mass spectrometry (Agilent model 6890, USA). The gas chromatography column was ZB-5MSi capillary (60 m Х 0.25 mm Х 0.25 μm, Zebron) and helium was flowed at 1 ml / min flow rate as carrier gas. For enzyme reaction product analysis, 1 μl of CH 2 Cl 2 extract was injected into a gas chromatograph running with the following temperature program. Injection at 220 ° C., initial temperature of 70 ° C., increased to 220 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and then to 320 ° C. (maintained for 1 minute) at 25 ° C./min The mass spectrometer was Agilent HP 5973 (USA) with a transfer line temperature of 320 ° C., an ion source of 250 ° C., a quadrupole temperature of 150 ° C., and an ionization potential of 70 eV. The scan range was 50-200 atomic mass units. The product was identified and identified as compared to the piperonal standard using the MS Search Program v.2.0 (NIST Standard Reference Database, USA).

<실시예 10> 생물 정보학적 분석Example 10 Bioinformatics Analysis

각 유전자에 대한 로컬 tBLASTn 검색은 BioEdit(버전 7.2.0)을 사용하여 수행하였다. tBLASTn 검색의 임계값은 단백질 동일성의 경우 25% 이상으로, e-값의 경우 5×10-20 이하로 설정하였다. 뉴클레오타이드 및 아미노산 서열의 정렬은 Vector NTI Advance® 소프트웨어(Thermo Fisher Scientific, USA)를 사용하여 수행하였다. 유전자 서열번역, 역번역(reverse translation), 단백질 분자량 예측 및 제한효소 작용위치 예측은 www.bioinformatics.org/sms2/에서 수행하였다.Local tBLASTn searches for each gene were performed using BioEdit (version 7.2.0). The threshold for tBLASTn search was set at 25% or higher for protein identity and 5 × 10 −20 or lower for e-value. Alignment of nucleotide and amino acid sequences was performed using Vector NTI Advance ® software (Thermo Fisher Scientific, USA). Gene sequence translation, reverse translation, protein molecular weight prediction and restriction enzyme site prediction were performed at www.bioinformatics.org/sms2/.

<실시예 11> 정량적 실시간 중합효소연쇄반응(quantitative real-time PCR 또는 qRT-PCR)Example 11 Quantitative Real-Time PCR or qRT-PCR

정량적 PCR 반응 조건은 2Х QuantiMix SYBR Kit PCR 시스템(PhileKorea, Korea) 10 μl, 희석된 cDNA 1 μl, 각각 프라이머 0.25 μM 및 이중-증류수로 총 반응 부피를 20 μl로 제조하였다. 정량적 PCR 기기 조건은 95 ℃에서 5 분, 95 ℃에서 15 초, 58 ℃에서 20 초, 72 ℃에서 20 초의 40 사이클의 온도 프로그램으로 Rotor-Gene 2000 Real Time Cycler(Corbett Research, Australia)를 이용하여 수행하였다. 표준 곡선은 102부터 107 copy/μl 범위의 pMD19-PnMCHL 플라스미드를 정량하여 만들었고, cDNA 복제수는 Yin et al., Immunology and Cell Biology (2001)이 기술한 방법으로 계산하였다.Quantitative PCR reaction conditions were prepared with 20 μl total reaction volume with 10 μl of 2Х QuantiMix SYBR Kit PCR system (PhileKorea, Korea), 1 μl of diluted cDNA, 0.25 μM of primer and double-distilled water, respectively. Quantitative PCR instrument conditions were performed using a Rotor-Gene 2000 Real Time Cycler (Corbett Research, Australia) with a temperature program of 40 cycles of 5 minutes at 95 ° C, 15 seconds at 95 ° C, 20 seconds at 58 ° C and 20 seconds at 72 ° C. Was performed. Standard curves were generated by quantifying pMD19-PnMCHL plasmids ranging from 10 2 to 10 7 copy / μl, and cDNA copy numbers were calculated by methods described by Yin et al., Immunology and Cell Biology (2001).

<실험예 1> 피페로날 생합성 연관 유전자의 Experimental Example 1 Pipelinen Biosynthesis-Related Genes in-silicoin-silico 검색 Search

상기 실시예 4의 방법을 사용해 3,4-MDCA 또는 페룰산으로부터 피페로날 또는 바닐린을 합성하는 효소의 유전자 후보를 찾아냈으며, 기능이 확인되기 전 잠정적으로 이를 후추 절단효소(P. nigrum cutting enzyme, PnCuE)로 명명하고 표 3 에 제시하였다. PnCuE의 ORF 서열은 표 1 서열번호 1에 나타냈다. 이와 같이 VpVAN 동종체(homolog)를 차세대 시퀀싱 기술(NGS)을 통하여 덜 익은 후추열매로부터 찾을 수 있다는 것은 바닐린 또는 피페로날이 후추 열매에서 생합성된다는 것을 방증한다.The method of Example 4 was used to find a gene candidate for an enzyme synthesizing piperonal or vanillin from 3,4-MDCA or ferulic acid, and before the function was confirmed, it was tentatively identified as P. nigrum cutting enzyme. , PnCuE) and presented in Table 3. The ORF sequence of PnCuE is shown in Table 1 SEQ ID NO: 1. This finding of VpVAN homologs from less ripe peppercorn through next-generation sequencing technology (NGS) indicates that vanillin or piperonal is biosynthesized from pepper fruit.

우선, 후보 유전자의 염기 및 아미노산 서열을 VpVAN과 비교하여 유사도를 평가하고 in-silico로 서열을 검증한 후, 수화-분해효소로 추정되는 PnCuE 유전자가 암호화하는 효소의 기능 검증을 수행했다.First, the similarity was evaluated by comparing the base and amino acid sequences of candidate genes with VpVAN, and the sequences were verified by in-silico , and then the function verification of the enzyme encoded by the PnCuE gene, which is assumed to be a hydrase, was performed.

하기 표3은 피페로날 또는 바닐린 생합성효소 유전자로 추정되는 PnCuE와 이의 tBLASTn 검색 쿼리로 사용된 VpVAN을 비교하여 나타낸 것이다. 페닐프로펜산 측쇄 절단효소로 추정되는 PnCuE 단백질은 356개의 아미노산 잔기로 이루어졌고 38.7kDa의 분자량을 가지는 것으로 예상되며, VpVAN에 속하는 시스테인 단백질분해효소 군과 72%의 높은 유사도를 나타냈다.Table 3 below shows a comparison of PnCuE, which is presumed to be a piperonal or vanillin biosynthesis gene, and VpVAN used in its tBLASTn search query. The PnCuE protein, believed to be phenylpropenic acid side chain cleavage enzyme, consists of 356 amino acid residues and is expected to have a molecular weight of 38.7 kDa, showing a high similarity of 72% to the cysteine protease group belonging to VpVAN.

명칭designation ORF(bp)ORF (bp) 기능 function 단백질 분자량(kDa)Protein molecular weight (kDa) VpVANVpVAN 1,0711,071 Vanillin synthase(페룰산 측쇄 C7-C8 이중결합 절단)Vanillin synthase (ferulic acid side chain C 7 -C 8 double bond cleavage) 39.039.0 PnCuEPnCuE 1,0711,071 페닐프로펜 산의 측쇄 C7-C8 절단으로 추정Estimated by Side Chain C 7 -C 8 Cleavage of Phenylpropene Acid 38.738.7

상기 VpVAN에 대한 약 72%의 아미노산 서열 상동성을 갖는 완전한 ORF 서열(서열번호 1) 하나를 in-silico로 찾아냈으며, 상기 유전자를 실시예 4의 방법을 사용해 클로닝하였다. One complete ORF sequence (SEQ ID NO: 1) with about 72% amino acid sequence homology to the VpVAN was found in-silico and the gene was cloned using the method of Example 4.

<실험예 2> 분리 효소의 기질 특이성 및 효소 활성 시험Experimental Example 2 Substrate Specificity and Enzyme Activity Test of Enzyme

2-1. 2-1. PAD1PAD1  And FDC1FDC1 유전자가 결손된 효모 돌연변이체 제조 Gene Production of Yeast Mutants Deficient

PnCuE(PnMCHL) 효소의 수화-분해효소 활성을 간편하게 스크리닝하고, PnCuE의 기질 특이성을 확인하기 위해 효모를 이용한 생체내(in vivo) 실험을 수행하였다.Hydration-degrading enzyme activity of PnCuE (PnMCHL) enzymes was conveniently screened, and in vivo experiments with yeast were performed to confirm substrate specificity of PnCuE.

야생형 효모 YPH499는 페룰산 탈카복실효소를 여러 벌 가지고 있어 페룰산을 기질로 제공할 경우 탈카복실 반응산물을 부산물로 만들어 PnMCHL 효소반응 생성물 확인이 불가능하므로 페룰산 탈카복실효소를 불활성화한 변이체가 필요하다. 도 4의 A는 돌연변이체 제작 방법을 나타내며, 페닐아크릴산 탈카복실효소(phenylacrylic acid decarboxylase, PAD)와 페룰산 탈카복실효소(ferulic acid decarboxylase, FDC1)를 동시에 불활성화하는 전략을 나타내고 있다. 도 4A와 같이 제작된 돌연변이체를 YPH499 ΔPTF 로 명명하였으며, 실시예 5에 구체적으로 PAD1, FDC1 파괴 돌연변이 효모 제조 방법을 나타내었다. Since wild type yeast YPH499 has several sets of ferulic acid decarboxylase, when ferulic acid is provided as a substrate, it is impossible to confirm the PnMCHL enzymatic reaction product by making the decarboxyl reaction product as a by-product. Therefore, a variant that inactivates ferulic acid decarboxylase is required. Do. 4A illustrates a mutant manufacturing method, and illustrates a strategy of simultaneously inactivating phenylacrylic acid decarboxylase (PAD) and ferulic acid decarboxylase (FDC1). The mutant prepared as in FIG. 4A was named as YPH499 Δ PTF , and Example 5 shows a method for preparing PAD1 and FDC1 disrupting mutant mutant yeast.

도 4의 B는 DNA 아가로스 젤 이미지를 나타내며, 돌연변이체에서 예상하는 크기의 유전자 조각들을 확인할 수 있었다. PAD(P)는 phenylacrylic acid decarboxylase, FDC(F)는 ferulic acid decarboxylase, TRP(T)는 tryptophan synthase를 나타낸다.4B shows a DNA agarose gel image and could identify gene fragments of expected size in the mutants. PAD (P) represents phenylacrylic acid decarboxylase, FDC (F) represents ferulic acid decarboxylase, and TRP (T) represents tryptophan synthase.

2-2. PnCuE(PnMCHL) 효소의 기질특이성 확인2-2. Confirmation of Substrate Specificity of PnCuE (PnMCHL) Enzyme

상기 YPH499 ΔPTF 돌연변이 효모에 클로닝한 PnCuE 유전자를 형질전환하고 배양한 후, 5종의 페닐프로펜산 동족체(신남산, 쿠마르산, 쿠마르산, 페룰산, 3,4-MDCA) 및 피페르산(piperic acid)을 기질로 첨가하여 반응시킨 후, C7-C8 결합 절단 여부를 실시예 9에 나타낸 가스크로마토그래피-질량분석(GC-MS)으로 검정하였고 그 결과를 도 1에 나타내었다. After transforming and incubating the PnCuE gene cloned in the YPH499 Δ PTF mutant yeast, five phenylpropene homologues (cinnamic acid, kumaric acid, kumaric acid, ferulic acid, 3,4-MDCA) and piperic acid ( piperic acid) was added as a substrate and reacted, and then C7-C8 binding cleavage was assayed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) shown in Example 9, and the results are shown in FIG.

도 1에 나타낸 바와 같이, 기질로 제공한 산 중 3,4-MDCA만이 효소반응 산물인 피페로날을 생성하였으며, 나머지 신남산, 쿠마르산, 카페산, 페룰산, 피페르산을 기질로 사용한 경우에는 해당된는 수화-분해 물질이 생성되지 않았다. 페룰산 반응에서는 바닐린 대신 2-메톡시-4-비닐 페놀만이 검출되었으며, 이는 페룰산에서 유래한 탈카복실 산물으로 효모 내에 잔존하는 페룰산탈카복실효소에 의한 것이다. 상기 특정 이온 크로마토그램(EIC)은 피페로날 분자량인 m/z 150에서 추적하였다.As shown in FIG. 1, only 3,4-MDCA of the acid provided as a substrate produced piperonal as an enzymatic reaction product, and the remaining cinnamic acid, coumaric acid, caffeic acid, ferulic acid, and piperic acid were used as substrates. In that case no hydration-decomposition material was produced. In the ferulic acid reaction, only 2-methoxy-4-vinyl phenol was detected instead of vanillin, which is caused by ferulic acid decarboxylase remaining in yeast as a decarboxyl product derived from ferulic acid. The specific ion chromatogram (EIC) was followed at pipernal molecular weight m / z 150.

이로써 PnCuE는 3,4-MDCA에 기질 특이성을 가지며, 3,4-MDCA 수화-분해효소(PnMCHL 또는 piperonal synthase)로서의 기능을 수행함을 확인하였다. 잠정적으로 명명한 PnCuE는 효소의 기능이 확인되었으므로 이 후, P. nigrum 3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid hydratase-lygase(PnMCHL) 또는 piperonal synthase(피페로날 합성효소)로 지칭하였다.It was confirmed that PnCuE has substrate specificity to 3,4-MDCA and functions as a 3,4-MDCA hydratase (PnMCHL or piperonal synthase). The tentatively named PnCuE was identified as P. nigrum 3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid hydratase-lygase (PnMCHL) or piperonal synthase.

<실험예 3> 형질전환 대장균으로부터 생성된 PnMCHL의 특성 및 기질 특이성 확인Experimental Example 3 Confirmation of the Characteristics and Substrate Specificity of PnMCHL Produced from Transgenic Escherichia Coli

3,4-MDCA의 C7-C8 결합절단에 의한 피페로날의 생성이 대장균 생체 내 환경에서 발생하는 인위적 산물인지 여부를 확인하고, 이 효소가 상기 HCHL 박테리아 효소와 어떠한 유사성이 있는지 확인하기 위해, 대장균에서 발현된 PnMCHL 효소를 실시예 6의 방법을 사용하여 정제하였다.To determine whether the production of piperonal by C7-C8 binding cleavage of 3,4-MDCA is an artificial product occurring in E. coli in vivo, and to confirm the similarity of this enzyme with the HCHL bacterial enzyme, PnMCHL enzyme expressed in E. coli was purified using the method of Example 6.

도 5는 말토스결합단백질-PnMCHL(maltose binding protein-PnMCHL; MBP-PnMCHL)의 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동 결과를 나타낸다. 정제된 단백질은 거의 100%에 가까운 순도를 나타냈다.Figure 5 shows the results of polyacrylamide gel electrophoresis of maltose binding protein-PnMCHL (MBP-PnMCHL). Purified protein showed nearly 100% purity.

다음으로 정제한 PnMCHL 효소를 앞에서 생체 내 실험으로 확인한 기질인 3,4-MDCA과 함께 실시예 7의 방법을 사용해 시험관 내에서 반응시켰으며 실시예 8과 실시예 9의 방법을 사용해 대사 산물 분석하였다.Next, the purified PnMCHL enzyme was reacted in vitro with the 3,4-MDCA substrate, which was previously confirmed in vivo, using the method of Example 7, and the metabolite was analyzed using the methods of Examples 8 and 9. .

분석 결과를 도 2의 A에 나타냈다. 도 2의 A는 3,4-MDCA를 기질로, 도 2의 B는 페룰산을 기질로 첨가하고 반응시킨 후의 결과를 나타낸다. 도 2의 A 및 도 2의 B에 나타낸 바와 같이, 변성된 PnMCHL(가열한 MCHL)은 활성이 없었으며, 변성되지 않은 PnMCHL 단백질은 페룰산과는 반응하지 않고 3,4-MDCA 만을 기질로 하여 피페로날을 생성함을 확인하였다. 따라서, PnMCHL 효소의 3,4-MDCA에 대한 기질 특이성을 다시 한 번 확립할 수 있었다. 또한, PnMCHL은 P. fluorescens HCHL과 달리 NAD+와 ATP가 존재하지 않더라도 3,4-MDCA를 피페로날로 분해함을 확인하였다(도 2, 도 3). The analysis results are shown in A of FIG. 2. FIG. 2A shows the result after reaction with 3,4-MDCA as the substrate and B in FIG. 2 with the ferulic acid as the substrate. As shown in A of FIG. 2 and B of FIG. 2, denatured PnMCHL (heated MCHL) was inactive, and undenatured PnMCHL protein did not react with ferulic acid, but only with 3,4-MDCA as a substrate. It was confirmed to produce a ronal. Thus, the substrate specificity for 3,4-MDCA of the PnMCHL enzyme could once again be established. In addition, unlike P. fluorescens HCHL, PnMCHL was confirmed to decompose 3,4-MDCA into piperonal even without NAD + and ATP (Fig. 2, Fig. 3).

구체적으로, PnMCHL 효소반응은 도 3에 나타낸 메커니즘과 같이, 3,4-MDCA의 측쇄 C7-C8 이중결합이 PnMCHL 수화-분해효소에 의해 절단되고 피페로날이 생성되는 것임을 확인했다. 이로부터, 상기 효소가 식물 시스테인 단백질분해효소 군내에 속함을 재확인하였다. Specifically, PnMCHL enzymatic reaction is the side chain C7-C8 of 3,4-MDCA, as shown in Figure 3 It was confirmed that the double bond was cleaved by PnMCHL hydrase and produced piperonal. From this, it was again confirmed that the enzyme belonged to the plant cysteine protease group.

<실험예 4> 후추 식물체 조직에서 Experimental Example 4 In Pepper Plant Tissues PnMCHLPnMCHL 유전자의 전사수준 확인 Check transcription level of gene

앞선 실험을 통해 찾아낸 PnMCHL 피페로날 생합성 유전자의 후추 식물체 조직(뿌리, 줄기, 잎 및 열매)에서 전사 수준을 확인하기 위해, 표 2에 나타낸 프라이머 PnMCHL QRT F(서열번호 10)와 PnMCHL QRT R(서열번호 11)쌍을 사용해 qRT-PCR으로 전사수준을 결정하였다. 네 번의 실험적 반복과 다섯 개체의 식물체 조직 검체로 반복 실험하였으며, 그 결과를 도 6에 나타냈다.In order to confirm the level of transcription in the pepper plant tissues (roots, stems, leaves and fruits) of the PnMCHL piperonal biosynthetic gene found through the previous experiments, the primers PnMCHL QRT F (SEQ ID NO: 10) and PnMCHL QRT R ( Transcription levels were determined by qRT-PCR using SEQ ID NO: 11) pairs. Four experimental replicates and five plant tissue specimens were repeated and the results are shown in FIG. 6.

도 6에 나타낸 바와 같이, PnMCHL은 후추 식물 전체에서 발현되며, 잎에서 가장 높은 수준으로, 그리고 열매와 줄기에서도 높은 수준으로 발현되고 뿌리에서도 낮은 수준으로 발현됨을 확인했다. As shown in Figure 6, PnMCHL is expressed in the whole pepper plants, it was confirmed that the highest level in the leaves, and high levels in the fruit and stem and low levels in the roots.

<실험예 5> pH 변화에 따른 piperonal 합성효소 활성Experimental Example 5 piperonal synthase activity according to pH change

상기 실험예 3-1에서 정제한 PnMHL 피페로날 합성 효소의 활성이 최대인 최적 pH조건을 확인하기 위해, 상기 효소에 기질 3,4-MDCA을 처리하고, 실시예 7의 방법을 사용해 pH 6.0, pH 7.0, pH 8.0, pH 9.0, pH 10.0의 각각의 pH 조건에서 세번의 반복 실험을 반응하였다. 실시예 9의 방법으로 GC-MS 분석으로 piperonal peak에 해당되는 각각의 area를 계산하였다. 효소 활성은 piperonal area가 제일 큰 pH 7.0 완충액 조건에서 활성을 100%로 하고 기타 pH조건에서 pH 7.0 조건에 비교하여 효소 활성을 백분율(%)로 나타냈다.In order to confirm the optimum pH condition of the activity of the PnMHL piperonal synthase purified in Experimental Example 3-1 to the maximum, the enzyme was treated with substrate 3,4-MDCA and pH 6.0 using the method of Example 7. Three replicate experiments were reacted at pH conditions of pH 7.0, pH 8.0, pH 9.0, and pH 10.0. In the method of Example 9, the area corresponding to the piperonal peak was calculated by GC-MS analysis. Enzyme activity was 100% in pH 7.0 buffer conditions with the largest piperonal area, and enzyme activity was expressed as a percentage (%) compared to pH 7.0 under other pH conditions.

그 결과, 도 9에 나타낸 바와 같이, pH 6.0 내지 pH 8.0 조건에서 pH 7.0대비 61% 의 효소 활성을 나타냈으며, pH 7.0에서 가장 높은, 즉 100%의 효소 활성을 나타냈다. 이상의 실험으로 pH 7.0 조건이 3,4-MDCA의 피페로날로의 전환 효율을 최대화하는 pH 조건임을 확인하였다.As a result, as shown in Figure 9, it showed 61% of the enzyme activity compared to pH 7.0 at pH 6.0 to pH 8.0 conditions, the highest at pH 7.0, that is, the enzyme activity of 100%. The above experiment confirmed that the pH 7.0 condition is a pH condition maximizing the conversion efficiency of 3,4-MDCA to piperonal.

<110> Seoul National University R&DB Foundation <120> Piperonal synthase and method for producing piperonal using it <130> DPP20177471KR <160> 17 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 356 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL Amino acid sequence <400> 1 Met Ala Ser Arg Leu Thr Leu Ile Pro Leu Phe Val Val Ile Leu Ala 1 5 10 15 Ala Ala Ala Ala Gly Ser Leu Ser Asp Glu Glu Asn Pro Ile Arg Leu 20 25 30 Val Thr Asp Lys Ala Arg Glu Ala Glu Ser Ala Ile His Arg Thr Leu 35 40 45 Gly Ala Ala His His Val Met Ala Phe Ala Arg Phe Ala Arg Arg Phe 50 55 60 Gly Lys Gln Tyr Ser Ser Val Asp Glu Ile Arg Lys Arg Phe Asp Ile 65 70 75 80 Phe Val Glu Asn Leu Glu Leu Ile His Ser Thr Asn Lys Arg Gly Leu 85 90 95 Ser Tyr Lys Leu Gly Ile Asn Lys Phe Ala Asp Leu Ser Trp Glu Glu 100 105 110 Phe Lys Ala His His Leu Gly Ala Ala Gln Asn Cys Ser Ala Thr Arg 115 120 125 Gly Thr His Lys Leu Thr Gln Ala Ile Leu Pro Glu Thr Lys Asp Trp 130 135 140 Arg Glu Glu Gly Ile Val Ser Pro Val Lys Asn Gln Gly His Cys Gly 145 150 155 160 Ser Cys Trp Thr Phe Ser Thr Thr Gly Ala Leu Glu Ala Ala Tyr Thr 165 170 175 Gln Ala Thr Gly Lys Ser Ile Ser Leu Ser Glu Gln Gln Leu Val Asp 180 185 190 Cys Ala Ser Gly Phe Asn Asn Phe Gly Cys Asn Gly Gly Leu Pro Ser 195 200 205 Gln Ala Phe Glu Tyr Ile Lys Tyr Asn Gly Gly Leu Asp Thr Glu Glu 210 215 220 Ser Tyr Pro Tyr Ala Gly Val Asn Gly Ile Cys Gly Tyr Lys Ile Glu 225 230 235 240 Asn Ile Gly Val Lys Val Ala Glu Ser Val Asn Ile Thr Glu Gly Ala 245 250 255 Glu Asp Glu Leu Lys His Ala Val Ala Leu Val Arg Pro Val Ser Ile 260 265 270 Ala Phe Gln Val Val His Asp Phe Arg Ser Tyr Lys Gly Gly Val Tyr 275 280 285 Thr Ser Gln Glu Cys Gly Ser Ala Pro Met Asp Val Asn His Ala Val 290 295 300 Leu Ala Val Gly Tyr Gly Val Glu Asn Gly Val Pro Tyr Trp Leu Val 305 310 315 320 Lys Asn Ser Trp Gly Asn Asp Trp Gly Val Asp Gly Tyr Phe Lys Ile 325 330 335 Glu Leu Gly Lys Asn Met Cys Gly Val Ala Thr Cys Ala Ser Tyr Pro 340 345 350 Ile Leu Ser Leu 355 <210> 2 <211> 1071 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL DNA sequence <400> 2 atggcgtctc gcctcactct catcccactc ttcgtcgtca tcctcgccgc cgccgccgct 60 gggtccctat cagatgagga gaatccgatc cggcttgtca ccgacaaggc gcgggaagcc 120 gagtcggcca ttcaccggac cctcggcgcc gcccaccatg tcatggcctt tgcccggttc 180 gcccgaaggt tcggcaagca atacagctct gtggacgaaa tcaggaagag gttcgacatc 240 tttgtggaga acttggagct cattcactcc accaacaagc gaggcctctc ttataagctt 300 ggcatcaaca aatttgcgga tttgagctgg gaggagttca aggctcatca cttgggcgcc 360 gcacaaaatt gttcagctac gaggggcacc cacaagctca cacaagctat tcttcctgag 420 acgaaagact ggagggaaga aggtatagta agtcctgtca aaaaccaagg ccattgtgga 480 tcttgctgga cctttagtac cactggcgcg ttggaagcag cttacactca agcaacggga 540 aagagcatct ccctttcgga gcagcagctt gtggactgcg ccagtggatt taacaatttt 600 ggctgcaatg gaggtcttcc ttcccaggca ttcgagtaca tcaaatacaa cggtggtctc 660 gacacagagg agtcctatcc atacgccggt gtcaatggca tctgcggata caagatagaa 720 aacattggtg tcaaggtcgc tgagtccgtg aatatcacag agggcgccga agatgaattg 780 aaacatgcag tcgctttggt ccgtcccgtc agtattgcgt tccaggttgt gcacgacttc 840 cgctcataca aaggaggggt ttacacaagt caagagtgtg gtagcgctcc catggatgta 900 aaccatgctg ttctggctgt cggttatggt gtggagaatg gcgtgccata ttggctggtc 960 aagaattcat ggggaaatga ttggggggtt gatggttatt ttaagatcga gctcggaaag 1020 aacatgtgtg gtgttgctac ttgtgcatct tatcctattc tctctctgta a 1071 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL forward primer <400> 3 atggcgtctc gcctcactct c 21 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL noER forward primer <400> 4 atggaggaga atccgatccg gctt 24 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL reverse primer <400> 5 ttacagagag agaataggat aagatg 26 <210> 6 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pESC-Leu2 BamHI noER MCHL forward primer <400> 6 cgggatccga tggaggagaa tccgatccg 29 <210> 7 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pESC-Leu2 SalI PnMCHL reverse primer <400> 7 acgcgtcgac cagagagaga ataggataag atg 33 <210> 8 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pMBP noER NdeI forward primer <400> 8 cgccatatgg aggagaatcc gatccggctt 30 <210> 9 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pMBP noER XhoI reverse primer <400> 9 cccgctcgag cagagagaga ataggata 28 <210> 10 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL QRT forward primer <400> 10 cagcttacac tcaagcaacg gg 22 <210> 11 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL QRT reverse primer <400> 11 ggaagacctc cattgcagcc a 21 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAD forward primer <400> 12 atgctcctat ttccaagaag aa 22 <210> 13 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FDC reverse primer <400> 13 ttatttatat ccgtaccttt tcca 24 <210> 14 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TRP SphI forward primer <400> 14 acatgcatgc accataaacg acattactat atata 35 <210> 15 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TRP SpeI reverse primer <400> 15 ggactagtaa tttcctgatg cggtattttc 30 <210> 16 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pET28 MBP NcoI forward primer <400> 16 catgccatgg atgaaaatcg aagaaggtaa act 33 <210> 17 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pET28 MBP NdeI reverse primer <400> 17 cgccatatga gtctgcgcgt ctttcagg 28 <110> Seoul National University R & DB Foundation <120> Piperonal synthase and method for producing piperonal using it <130> DPP20177471KR <160> 17 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 356 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> PnMCHL Amino acid sequence <400> 1 Met Ala Ser Arg Leu Thr Leu Ile Pro Leu Phe Val Val Ile Leu Ala   1 5 10 15 Ala Ala Ala Ala Gly Ser Leu Ser Asp Glu Glu Asn Pro Ile Arg Leu              20 25 30 Val Thr Asp Lys Ala Arg Glu Ala Glu Ser Ala Ile His Arg Thr Leu          35 40 45 Gly Ala Ala His His Val Met Ala Phe Ala Arg Phe Ala Arg Arg Phe      50 55 60 Gly Lys Gln Tyr Ser Ser Val Asp Glu Ile Arg Lys Arg Phe Asp Ile  65 70 75 80 Phe Val Glu Asn Leu Glu Leu Ile His Ser Thr Asn Lys Arg Gly Leu                  85 90 95 Ser Tyr Lys Leu Gly Ile Asn Lys Phe Ala Asp Leu Ser Trp Glu Glu             100 105 110 Phe Lys Ala His His Leu Gly Ala Ala Gln Asn Cys Ser Ala Thr Arg         115 120 125 Gly Thr His Lys Leu Thr Gln Ala Ile Leu Pro Glu Thr Lys Asp Trp     130 135 140 Arg Glu Glu Gly Ile Val Ser Pro Val Lys Asn Gln Gly His Cys Gly 145 150 155 160 Ser Cys Trp Thr Phe Ser Thr Thr Gly Ala Leu Glu Ala Ala Tyr Thr                 165 170 175 Gln Ala Thr Gly Lys Ser Ile Ser Leu Ser Glu Gln Gln Leu Val Asp             180 185 190 Cys Ala Ser Gly Phe Asn Asn Phe Gly Cys Asn Gly Gly Leu Pro Ser         195 200 205 Gln Ala Phe Glu Tyr Ile Lys Tyr Asn Gly Gly Leu Asp Thr Glu Glu     210 215 220 Ser Tyr Pro Tyr Ala Gly Val Asn Gly Ile Cys Gly Tyr Lys Ile Glu 225 230 235 240 Asn Ile Gly Val Lys Val Ala Glu Ser Val Asn Ile Thr Glu Gly Ala                 245 250 255 Glu Asp Glu Leu Lys His Ala Val Ala Leu Val Arg Pro Val Ser Ile             260 265 270 Ala Phe Gln Val Val His Asp Phe Arg Ser Tyr Lys Gly Gly Val Tyr         275 280 285 Thr Ser Gln Glu Cys Gly Ser Ala Pro Met Asp Val Asn His Ala Val     290 295 300 Leu Ala Val Gly Tyr Gly Val Glu Asn Gly Val Pro Tyr Trp Leu Val 305 310 315 320 Lys Asn Ser Trp Gly Asn Asp Trp Gly Val Asp Gly Tyr Phe Lys Ile                 325 330 335 Glu Leu Gly Lys Asn Met Cys Gly Val Ala Thr Cys Ala Ser Tyr Pro             340 345 350 Ile Leu Ser Leu         355 <210> 2 <211> 1071 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> PnMCHL DNA sequence <400> 2 atggcgtctc gcctcactct catcccactc ttcgtcgtca tcctcgccgc cgccgccgct 60 gggtccctat cagatgagga gaatccgatc cggcttgtca ccgacaaggc gcgggaagcc 120 gagtcggcca ttcaccggac cctcggcgcc gcccaccatg tcatggcctt tgcccggttc 180 gcccgaaggt tcggcaagca atacagctct gtggacgaaa tcaggaagag gttcgacatc 240 tttgtggaga acttggagct cattcactcc accaacaagc gaggcctctc ttataagctt 300 ggcatcaaca aatttgcgga tttgagctgg gaggagttca aggctcatca cttgggcgcc 360 gcacaaaatt gttcagctac gaggggcacc cacaagctca cacaagctat tcttcctgag 420 acgaaagact ggagggaaga aggtatagta agtcctgtca aaaaccaagg ccattgtgga 480 tcttgctgga cctttagtac cactggcgcg ttggaagcag cttacactca agcaacggga 540 aagagcatct ccctttcgga gcagcagctt gtggactgcg ccagtggatt taacaatttt 600 ggctgcaatg gaggtcttcc ttcccaggca ttcgagtaca tcaaatacaa cggtggtctc 660 gacacagagg agtcctatcc atacgccggt gtcaatggca tctgcggata caagatagaa 720 aacattggtg tcaaggtcgc tgagtccgtg aatatcacag agggcgccga agatgaattg 780 aaacatgcag tcgctttggt ccgtcccgtc agtattgcgt tccaggttgt gcacgacttc 840 cgctcataca aaggaggggt ttacacaagt caagagtgtg gtagcgctcc catggatgta 900 aaccatgctg ttctggctgt cggttatggt gtggagaatg gcgtgccata ttggctggtc 960 aagaattcat ggggaaatga ttggggggtt gatggttatt ttaagatcga gctcggaaag 1020 aacatgtgtg gtgttgctac ttgtgcatct tatcctattc tctctctgta a 1071 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL forward primer <400> 3 atggcgtctc gcctcactct c 21 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL noER forward primer <400> 4 atggaggaga atccgatccg gctt 24 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL reverse primer <400> 5 ttacagagag agaataggat aagatg 26 <210> 6 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pESC-Leu2 BamHI noER MCHL forward primer <400> 6 cgggatccga tggaggagaa tccgatccg 29 <210> 7 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pESC-Leu2 SalI PnMCHL reverse primer <400> 7 acgcgtcgac cagagagaga ataggataag atg 33 <210> 8 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pMBP noER NdeI forward primer <400> 8 cgccatatgg aggagaatcc gatccggctt 30 <210> 9 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pMBP noER XhoI reverse primer <400> 9 cccgctcgag cagagagaga ataggata 28 <210> 10 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL QRT forward primer <400> 10 cagcttacac tcaagcaacg gg 22 <210> 11 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PnMCHL QRT reverse primer <400> 11 ggaagacctc cattgcagcc a 21 <210> 12 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PAD forward primer <400> 12 atgctcctat ttccaagaag aa 22 <210> 13 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FDC reverse primer <400> 13 ttatttatat ccgtaccttt tcca 24 <210> 14 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TRP SphI forward primer <400> 14 acatgcatgc accataaacg acattactat atata 35 <210> 15 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> TRP SpeI reverse primer <400> 15 ggactagtaa tttcctgatg cggtattttc 30 <210> 16 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pET28 MBP NcoI forward primer <400> 16 catgccatgg atgaaaatcg aagaaggtaa act 33 <210> 17 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pET28 MBP NdeI reverse primer <400> 17 cgccatatga gtctgcgcgt ctttcagg 28

Claims (13)

서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진, 피페로날(piperonal) 합성효소.Piperonal synthetase, consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 제1항에 있어서, 상기 피페로날 합성효소는 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]의 측쇄에 위치하는 C7-C8 이중 결합을 절단하여 피페로날을 합성하는 것인, 피페로날 합성효소.The method of claim 1, wherein the piperonal synthase is C7-C8 located in the side chain of 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid] Piperonal synthase, which is to synthesize a piperonal by cutting a double bond. 제1항에 있어서, 상기 피페로날 합성효소는 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid] 기질특이성을 갖는 것인, 피페로날 합성효소.The piperonal synthetase of claim 1, wherein the piperonal synthase has 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid] substrate specificity. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 피페로날 합성효소는 서열번호 2의 염기서열에 의해 암호화되는, 피페로날 합성효소.The piperonal synthetase of claim 1, wherein the piperonal synthetase is encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. 6. 제1항에 따른 피페로날 합성효소를 암호화하는 염기서열을 포함하는, 발현벡터.An expression vector comprising a nucleotide sequence encoding the piperonal synthase according to claim 1. 제7항에 있어서, 상기 발현벡터는 도 7 또는 도 8의 개열지도를 갖는 것인, 재조합 발현벡터.The recombinant expression vector of claim 7, wherein the expression vector has a cleavage map of FIG. 7 or 8. 제7항에 있어서, 상기 피페로날 합성효소를 암호화하는 염기서열은 서열번호 2의 염기서열로 이루어진, 재조합 발현벡터.The recombinant expression vector of claim 7, wherein the nucleotide sequence encoding the piperonal synthase consists of a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. 9. 제7항에 따른 발현벡터로 형질전환된, 피페로날 합성효소를 발현하는 재조합 세포.  A recombinant cell expressing piperonal synthase, transformed with the expression vector according to claim 7. 제10항에 있어서, 상기 세포는 효모 또는 대장균 세포인 것인, 재조합 세포.The recombinant cell of claim 10, wherein the cell is a yeast or E. coli cell. 상기 제1항 내지 제3항, 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 피페로날 합성효소, 제10항 또는 제11항에 따른 재조합 세포, 상기 재조합 세포의 배양물, 및 상기 재조합 세포의 파쇄물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 피페로날 생산용 조성물.The piperonal synthase according to any one of claims 1 to 3 and 6, the recombinant cell according to claim 10 or 11, the culture of the recombinant cell, and the lysate of the recombinant cell. Comprising one or more selected from the group consisting of, piperonal production composition. 제12항에 따른 피페로날 생산용 조성물을 3,4-MDCA[3,4-(methylenedioxy)cinnamic acid]와 반응시키는 단계를 포함하는, 피페로날을 생산하는 방법.A method for producing piperonal, comprising the step of reacting the composition for producing piperonal according to claim 12 with 3,4-MDCA [3,4- (methylenedioxy) cinnamic acid].
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