WO1994001564A1 - Yeast strain for the co-expression of a plant cytochrome p450 mono-oxygenase activity and an endogenous or heterologous nadph-cytochrome p450-reductase, and use thereof in bioconversion - Google Patents

Yeast strain for the co-expression of a plant cytochrome p450 mono-oxygenase activity and an endogenous or heterologous nadph-cytochrome p450-reductase, and use thereof in bioconversion Download PDF

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Claudia Mignotte Vieux
Hermann Teutsch
Danielle Werk-Reichart
Michel Renaud
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    • C12Y114/13011Trans-cinnamate 4-monooxygenase (1.14.13.11)

Definitions

  • the present invention relates to a strain of yeast allowing the co-expression of a microsomal cytochrome P450 mono-oxygenase activity of the plant and of an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase.
  • the present invention also relates to a method of co-expression in a yeast of a mono-oxygenase activity of plant microsomal cytochrome P450 and of endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase.
  • the present invention also relates to the use for bioconversion purposes of a yeast strain according to the invention. More specifically, the present invention relates to a bioconversion process intended for specific monoxygenation, in particular for stereospecific hydroxylation, of a substrate compound of a cytochrome P450.
  • the present invention finally relates to a cDNA sequence coding for cytochrome P450 catalyzing the hydroxylase of trans-cinnamate or or CA4H in the tubers of Jerusalem artichoke or in seedlings of Arabidopsis thaliana.
  • Cytochromes P450 are membrane proteins most often associated with the endoplasmic reticulum, some forms being mitochondrial. Their intervention in humans and animals in the early stages of the metabolism of xenobiotic substances such as drugs or pollutants, as well as their involvement in important pathways of endogenous metabolism of membrane and hormonal steroids, bile acids, pheromones , vitamin B, fatty acids, prostaglandins have made cytochromes P450 an object of keen interest (Nebert and Gonzales, 1987, Ann. Rev. Biochem. 56, pp 945-993).
  • the cDNA sequence of a plant cytochrome P450, CA4H, which catalyzes the hydroxylation at position 4 of trans-cinnamate is claimed.
  • the product thus formed is trans-coumarate.
  • Oxidations of endogenous substrates in plants, catalyzed by P450 cytochromes, include hydroxylations of aliphatic and aromatic compounds, epoxidation, demethylation and intramolecular rearrangements.
  • Forty enzyme activities catalyzed by P450 cytochromes have been characterized so far in plants. They are involved in the metabolism of phenylpropanoids, terpenes, lipids and also participate in the synthesis of phytoalexins, anthocyanins, tannins, flavors, hormones, membrane sterols, alkaloids and cutins and suberins.
  • cytochromes P450 Given their participation in the synthesis of this large number of plant metabolites, some of which are of great industrial interest as food additives or natural pigments, the cloning and coordinated overexpression of cytochromes P450 in a microorganism suitable for carrying out bioconversion reactions are of great interest and much sought after.
  • cinnamate 4-hydroxylase to P450 Due to its key position in the secondary metabolism of the plant, cinnamate 4-hydroxylase to P450, which is the common starting point for the synthesis of a very large number of metabolic pathways, the end products of which have crucial roles either as a structural support for the cell (lignins, phenols in the wall), either as a support for surface protection (suberins), or as a defense substance for the plant cell against pathogens (flavonoids, isoflavonoids, stilbenes, phenolic acids, tannins ), or as UV radiation filters.
  • pathogens flavonoids, isoflavonoids, stilbenes, phenolic acids, tannins
  • UV radiation filters a number of compounds from these metabolic pathways are highly sought after in the food industry as a natural flavor or color.
  • vanillin the first stage of biosynthesis in the pod of Vanilla planifolia is the transformation of trans-cinnamate into trans-coumarate.
  • the world market for vanillin is currently estimated at 5,000 tonnes
  • the present invention relates to a yeast strain allowing the co-expression of a mono-oxygenase activity of plant cytochrome P450 and an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase, characterized in that one of the genes NADPH-cytochrome P450-reductase or cytochrome P450 is integrated into the chromosome of said strain, and the strain is transformed by a vector carrying an expression cassette for the other gene.
  • Said vector may or may not be an integration vector.
  • said vector is an integration vector in the chromosome of the strain, the two genes are therefore in fact integrated in the genome of the strain.
  • the present invention therefore in particular relates to a yeast strain allowing the co-expression of the mono-oxygenase activity of plant cytochrome P450 and of an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase, characterized in that the gene NADPH-cytochrome P450-reductase is integrated into the chromosomal genome of said strain and the strain is transformed by a vector carrying an expression cassette for the plant cytochrome P450 gene.
  • microsomal cytochrome P450 gene will be used.
  • microsomal is understood here to mean the fractions of intracellular membranes, in particular of the endoplasmic reticulum, rough or smooth, of the Golgi apparatus.
  • said vector is not an integration vector but a replicative vector, in particular a plasmid vector.
  • the term "heterologous gene” means a gene originating from an organism other than a yeast.
  • the cytochrome P450 gene is integrated into the chromosome of a strain. More preferably, the two genes of cytochrome P450 and of NADPH-cytochrome-P450 respectively are integrated into the chromosomal genome of the strain.
  • microsomal cytochrome P450 is more particularly cited as the protein catalyzing the transcinnamate hydroxylase, also called the CA4H protein, in particular originating from Jerusalem artichoke tubers Heliantus tuberosus or young seedlings of Arabidopsis thaliana.
  • said gene of said cytochrome P450 is the cDNA sequence coding for said cytochrome P450.
  • Said gene of said cytochrome P450 may be a hybrid gene.
  • hybrid gene is understood to mean a gene which may result from homologous recombinations between two cytochrome P450 genes of different origins, in particular from different organisms, or which may result from fusions of parts of cytochrome P450 genes from different origins, in particular d 'different organisms, at least one being of plant origin.
  • the NADPH-cytochrome P450-reductase is the endogenous yeast NADPH-cytochrome P450-reductase.
  • said NADPH-cytochrome P450-reductase gene consists of the cDNA sequence coding for heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase.
  • This efficient process for cloning a DNA sequence coding for a plant NADPH-Cytochrome P45 Reductase comprises the following steps: 1- A yeast strain transformed with plasmids from a total cDNA library of said plant is subjected , and having a NADPH-Cytochrome P450 activity deficiency phenotype
  • Endogenous reductase to treatment with a cytochrome P450 d inhibitor, in particular ketoconazole, at a dose which makes the absence of NADPH-Cytochrome P450 activity lethal
  • NADPH-cytochrome P450-reductase genes of plant origin, in particular the genes of NADPH-cytochrome P450-reductase from Arabidopsis thaliana or Jerusalem artichoke Helianthus tuberosus.
  • ATR1 Helianthus tuberosus
  • ATR2 Arabidopsis thaliana
  • NADPH-cytochrome P450-reductase gene when the NADPH-cytochrome P450-reductase gene is heterologous, it is of the same genus and of the same species as the heterologous cytochrome P450.
  • the gene (s) for NADPH-cytochrome P450-reductase and / or cytochrome P450 is (or are) integrated (s) in the locus of NADPH - endogenous cytochrome P450-reductase on dredge allele of the chromosome.
  • the yeast strain can be chosen in particular from the genera Saccharomvces. Hansenula. Kluvveromvces. Pichia and Yarrowia. Mention is more particularly made of yeasts of the genus Saccharomvces cerevisiae.
  • the cytochrome P450 gene is placed under the control of an inducible promoter.
  • the vector pYEDP60 described below was used.
  • the natural promoter of NADPH-cytochrome P450-reductase was replaced, which was placed under the control of an inducible heterologous promoter.
  • the NADPH-cytochrome P450-reductase gene and the cytochrome P450 gene are placed under the control of the same inducible promoter, in particular, the GAL10 CYC1 promoter inducible in galactose medium.
  • said strain is obtained from the PES 1-3-U strain deposited at the National Collection of Cultures of Microorganisms (CNCM) under the number 1-1187. This strain has been described in French patent applications No. 92 04491 and PCT / FR No. 93/00367.
  • This strain expresses, when used on a medium containing galactose, a level of NADPH-cytochrome P450-reductase which is 20 to 30 times higher than the level present in the parental strain containing the natural promoter. Conversely, in the absence of galactose, the level of reductase present is extremely low, in fact undetectable, that is to say at least 100 times lower than the level present in the parental strain.
  • said strain is the WRCA strain obtained by transformation of the PES 1-3-U strain with the vector pCA4H / YeDP60.
  • the strain co-expresses NADPH-cytochrome P450-reductase and cytochrome P450 in an optimum NADPH-cytochrome P450-reductase / cytochrome P450 molar ratio between 1/3 and 1/10 , especially 1/5.
  • the variation in the respective expression levels can be obtained by varying the number of copies of the respective genes and / or by using different and more or less strong promoters and / or by shifting the induction time of the respective promoters.
  • the choice of the microorganism best suited for the expression of the cytochrome P450 / P450 reductase complex is essential.
  • a recombinant yeast strain has been constructed which ensures an optimal level for the expression of the first plant cytochrome P450 with known function. More specifically, for a level of expression comparable to that found in the literature of 100 picomoles per mg of microsomal proteins, the specific activity is of the order of 400 min-1, the highest value ever measured for a cytochrome P450 microsomal. This activity also remains stable over time.
  • a recombinant yeast strain is therefore described which, on the productivity criteria, is entirely suitable for the bioconversion of trans-cinnamate into tr-coumarate by the Jerusalem artichoke CA4H.
  • the present invention therefore also provides a method of co-expression in a yeast of the mono-oxygenase activity of plant microsomal cytochrome P450, characterized in that a strain according to the invention is cultivated in an appropriate culture medium.
  • the present invention also relates to the use for bioconversion purposes of a yeast strain according to the invention.
  • the present invention relates, in particular, to a bioconversion process intended for the specific monoxidation of a substrate compound of a cytochrome P450, characterized in that a medium containing said compound or a precursor is converted with one of the strains according to the invention expressing the monoxygenase activity of said cytochrome P450 and in that the monoxygenated product is recovered.
  • the culture medium of the strain is used as the conversion medium.
  • the substrate is contained in the medium, it enters the cells where it is converted, then is released into the medium.
  • the medium may contain only a precursor of the substrate, the substrate only appearing inside after transformation of the precursor.
  • the mono-oxidation can be, for example, a stereospecific hydroxylation, in particular when the cytochrome P450 is CA4H, in which case the substrate compound is trans-cinnamate and the trans-coumarate is recovered.
  • the present invention also relates to the cDNA sequences coding respectively for the cytochrome P450 CA4H of Arabidopsis thaliana and the cytochrome P450 CA4H of Helianthus tuberosus. in particular the cDNA sequences as represented in FIGS. 1 and 12 or the cDNA sequences hybridizing under weakly stringent conditions at 50 ° C. and / or having at least 60% homology with one of the sequences previously described, or the same reformatted sequences including only the open reading phase.
  • FIG. 1 represents the cDNA of the cytochrome P450 gene of Jerusalem artichoke Helianthus tuberosus CA4H,
  • FIG. 2 represents the cloning diagram of the reformatted cDNA comprising only the open reading phase of the Jerusalem artichoke CA4H in the vector of pYED P60
  • - Figure 3 shows, schematically, the strain of lecure WRCA simultaneously overexpressing in galactose medium an exogenous CA4H and the endogenous NADPH-cytochrome P450-reductase (hereinafter abbreviated as "P450-reductase”)
  • P450-reductase represents the spectrum difference in absorption in the presence of carbon monoxide of a microsomal fraction of WRCA strain
  • FIG. 5 represents the type I perburbation spectrum following the addition of trans-cinnamic acid to the microsomes from the induced culture of the WRCA strain
  • FIG. 6 represents a chromatogram for the detection of trans-cinnamate after conversion of the trans-cinnamate by a culture of WRCA in galactose medium
  • FIG. 7 represents the variation in the amplitude of absorption in a type I perturbation spectrum as a function of the trans-cinnamate added in increasing amounts to oxidized microsomes originating from an induced culture of the WRCA strain
  • FIG. 8 represents the coupling efficiency between the yeast NADPH P450-reductase and the Jerusalem artichoke CA4H in the microsomes of the WRCA strain
  • FIG. 9 shows a representation according to Lineweaver-Burk giving the inverse of the CA4H activities measured as a function of the inverse of the concentration of added trans-cinnamate allowing the determination of the maximum rate of conversion of CA4H in yeast microsomes as well as the Km,
  • FIG. 10 represents the kinetics of p-coumarate formation on WRCA microsomes
  • FIG. 11 represents the kinetics of p-coumarate formation from trans-cinnamate on whole cells containing the Jerusalem artichoke CA4H,
  • FIG. 12 shows the complete cDNA of the CA4H gene of Arabidopsis thaliana.
  • FIG. 13A is illustrated the PCR amplification of the 5 'and 3' non-coding regions which border the open reading phase of the genomic locus of the NADPH cytochrome P450 reductase yeast. Are also illustrated the restriction sites created at the edge of the amplified fragments.
  • FIG. 13B is shown the replacement of the PGK terminator by the 3 ′ non-coding region of a yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene in the vector pYEDPS 1.
  • FIG. 13A is illustrated the PCR amplification of the 5 'and 3' non-coding regions which border the open reading phase of the genomic locus of the NADPH cytochrome P450 reductase yeast. Are also illustrated the restriction sites created at the edge of the amplified fragments.
  • FIG. 13B is shown the replacement of the PGK terminator by the 3 ′ non-coding region of a yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene in the vector pYEDPS 1.
  • 13C is shown the replacement of the origin of replication 2 microns of yeast by the 5 ′ non-coding region of the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene in the vector pYEDPlOO.
  • the integrative vector thus obtained is called "pYEDPl lO"
  • FIG. 14 represents the physical structure of the Yred locus in the different strains
  • FIG. 15 represents a summary table in which the resistances of the different strains to ketoconazole are reported, the NADPH cytochrome P450 reductase activities measured (in nmoles reduced cyte / min / mg of microsomal proteins) on microsome preparations, as well as ability to convert tr-cinnamate to coumarate. +++ assessment indicates that the bioconversion reaction is complete in 30 minutes,
  • FIGS. 16A to 16D show HPLC separations of the metabolites obtained after the incubation of the Cil, C21, Cl 00 and 21/21 strains in the presence of 10 ⁇ M of tr-cinnamate.
  • the paracetamol present on the chromatograms is added to the samples analyzed as an internal control of the extraction efficiency.
  • CA4H cinnamate4-hvdroxylase.ECl14.13.1.
  • the CA4H cloning procedure uses conventional methods of molecular biology known to those skilled in the art.
  • the purification protocol, as well as obtaining a specific anti-CA4H antibody using the purified protein, is described in the scientific literature (Gabriac et al. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1991, Vol 288 , pp 302-309) and is not repeated in detail here.
  • This cDNA can be identified as that of the Jerusalem artichoke CA4H for the following reasons: a) the isoelectric pH of the purified protein and that calculated of the polypeptide derived from the cDNA, are both close to pH 9.0 b) the anti-CA4H antibody recognizes in the expression library a fusion polypeptide having sequences characteristic of P450 c) the 5 'terminal part of the polypeptide deduced from the cDNA isolated by immunological logic screening with a specific antibody CA4H is completely identical to the N-terminal sequence of purified CA4H.
  • clone pATCA4H2 has a plant insert of approximately 1.8 kb, compatible with a complete cDNA coding for a cytochrome P450. This insert was then subcloned into the sequence vector pKSII provided by Stratagene.
  • the entire sequence of the insert was read on both strands by the creation of progressive deletions utilal to exonuclease III by following the standard conditions described in the scientific literature.
  • the T7 polymerase Sequencing Kit supplied by Pharmacia was used according to the recommended conditions.
  • the 1,735 bp sequence contains an open reading phase of 505 amino acids, which has 85.9% homology with the Jerusalem artichoke CA4H sequence.
  • the cDNA sequence coding for cinnamate 4-hydroxylase with cytochrome P450 from a different plant source was thus identified by cross-species cross-hybridization. The entire sequence is shown in Figure 12.
  • pYEDP 60 the replicative vector in Saccharomyces cerevisiae pYEDP 60.
  • This vector allows expression under the control of the inducible promoter GAL10-CYC1 of heterologous DNA in yeast.
  • the construction of pYEDP 60 has been described in the scientific literature (URBAN, CULLINET, POMPOM, 1990, Biochemistry, 72, pp. 463-472) and a schematic description is shown in Figure 3;
  • Step 1 PCR amplification of the 5 'and 3' regions flanking the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene, which will serve as homologous recombination terminals during targeted integration.
  • the template used is the plasmid pGP1 which is characterized by the insertion of a Hind III fragment of approximately 9 kbp from the yeast genomic DNA containing the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene into the vector pUC 19
  • the oligonucleotides serving as primers for PCR amplification were designed in such a way that the amplified DNA fragments are bordered by restriction sites useful during future subcloning.
  • the PCR fragments with blunt ends are abod subcloned into the vector pUC19, before recovering the DNA fragments with compatible ends by digestion. enzymatic of circular DNA. More precisely, the non-coding 5 'part (638 bp upstream of the initiating ATG) is recovered in the form of a Bgl II-Hind III fragment, the non-coding 3' part (410 bp downstream of the TAA containing the terminator YRed) in the form of an EcoRI-Pvu II fragment. Step 1 is schematically illustrated in FIG. 13A.
  • Step 2 Subcloning of the EcoRI-PvuII fragment into the expression vector pYEDP51.
  • the vector pYEDP51 (FIG. 13B) is a precursor of the published vector pYEDP60, which lacks the genetic marker ADE2. Double digestion with EcoRI and PvuII results in a linear DNA fragment of XXXX bp corresponding to the vector pYEDP51 from which part of the unique cloning sites (SmaI and SacI), the PGK terminator and part of the sequence sequences have been removed. pUC between the terminator and the PvuII site. After purification on agarose gel, the vector is recircularized by ligation in the presence of the EcoRI-PvuII fragment.
  • the vector pYEDPlOO thus constructed is characterized in that the PGK terminator has been replaced by 410 bp of the 3 ′ non-coding region of the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene containing its terminator.
  • Step 3 Subcloning of the Bgl II-HindIII fragment into the expression vector pYEDP 100.
  • the double digestion with Bgl II and HindIII of the vector pYEDPlOO results in three linear fragments of 4,561 respectively M bp.
  • the fragment of 4561 bp corresponds to the vector pYEDPlOO, except for the origin of autonomous replication of the yeast, which was excised during double digestion.
  • This linear fragment is recircularized by ligation in the presence of the Bgl II-HindIII fragment, comprising 638 bp of the non-coding region of the NADPH cytochrome P450 reductase gene upstream of the promoter.
  • the 5,200 bp pYEDPl lO vector thus constructed (see FIG.
  • the 4 plant cDNAs taken into consideration for subcloning into the yeast expression vectors pYEDP60 and pYEDPl 10 with a view to the coexpression of a plant cytochrome P450 activity in Saccharomyces cerevisiae are: - Jerusalem artichoke
  • the cloning method shown diagrammatically in FIG. 2 calls for a step d amplification by PCR, which by a judicious choice of oligonucleotides serving as primers for PCR, results in the selective amplification of the coding region of CA4H, rids the amplified cDNA of the 5 'and 3' non-coding borders and also introduces suitable restriction sites for further subcloning.
  • the plasmid pCA4H thus obtained is then digested with suitable restriction enzymes flanking the cDNA fragment, which were previously introduced by PCR.
  • the yeast vector pYEDP ⁇ O is then digested at the multicloning site located between the promoter GAL1 0 / CYC1 and the terminator PGK so as to generate a linear vector comprising ends compatible with the fragment of cDNA containing the coding region of CA4H. Then we proceed to recircularization in a reaction medium - nel comprising the linearized vector, the cDNA fragment containing CA4H and ligase.
  • the recirculated vector thus obtained contains the sequences necessary for propagation in E. coli (origin of replication and the bla gene conferring resistance to ampicillin in E. coli), in propagation in S. cer (origin of fold - cation in S.
  • the vectors thus obtained are: - pYEDP60 / CA4H (CA4H Jerusalem artichoke)
  • CA4HAT CA4H from Arabidopsis
  • the vectors pYEDP110 / CA4H, pYEDPHO / ATR1, pYEDP110 / ATR2 are subjected to exhaustive digestion with NotI.
  • the digestion mixture is then precipitated and used without any treatment for the transformation of the strain W303. 1B.
  • only the fragment carrying the heterologous sequences behind the GAL10 / CYC1 promoter can give the transformed strain a Ura 3 + phenotype after the expression cassette has been inserted into the yeast NADPH cytochrome P450 reductase locus using the 5 'and 3' non-coding borders for homologous recombination.
  • the transformation mixture is spread on ura- boxes, the clones capable of growing in the absence of uracil are then analyzed by genomic southern blot to verify whether there has been integration of the heterologous sequences in the right place. .
  • a second control of the integration event consists in measuring the resistance of the recombinant strains to ketoconazole, an antifungal inhibitor of the yeast cytochrome P450 C14-demethylase. Indeed, it has been shown that the loss of the NADPH cytochrome P450 reductase gene induces the hypersensitivity phenotype to ketoconazole (Sutter and Loper, 1989, Biochem. Biophys. Res. Comm., 160, pp. 1257-1266) .
  • Table 1 clearly illustrates that, when the Jerusalem artichoke CA4H gene has been integrated in place of the yeast NADPH cytochrome P450 reductase, the strain WCA41 becomes hypersensitive to ketoconazole.
  • the strains WAT11 and WAT21 having acquired the cDNAs of ATR1 (WAT11) or ATR2 (WAT21) by homologous recombination are resistant to ketoconazole, but to a lesser degree than the parental strain W303. 1B, which reflects the less efficient coupling of plant cytochrome P450 reductases NADPH with yeast cytochrome P450 compared to endogenous cytochrome p450 reductase NADPH.
  • This phenotype of resistance to ketoconazole is induced in galactose medium, which proves that the resistance is due to the activity of the heterologous NADPH cytochrome P450 reductase under the control of the promoter GAL10 / CYC1.
  • WAT11 This strain is characterized in that the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene is replaced by that of Arabidopsis. which is under the control of the promoter GAL10 / CYC1.
  • this strain overexpresses the NADPH cytochrome P450 reductase ATI activity when it is cultured in galactose medium.
  • WAT21 This strain is characterized in that the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene is replaced by that of Arabidopsis. which is under the control of the promoter GAL10 / CYC1. Thus this strain overexpresses the NADPH cytochrome P450 reductase ATR2 activity when it is cultivated in galactose medium.
  • WCA41 This strain is characterized in that the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene is replaced by that of the Jerusalem artichoke CA4H, which is under the control of the GAL10 / CYC1 promoter.
  • this strain overexpresses CA4H when it is cultivated in galactose medium, but no activity is measurable in the absence of NADPH cytochrome P450 reductase capable of transferring the reducing equivalents to cytochrome P450, necessary for its activity.
  • FIG. 14 A schematic illustration of the NADPH cytochrome P450 reductase locus of the parental strain, as well as of the recombinant strains constructed, is given in FIG. 14.
  • the WAT21 strain is transformed by the vector pYEDP1 10 / CA4H so as to simultaneously overexpress in galactose medium the Jerusalem artichoke CA4H on plasmid and the NADPH cytochrome P450 reductase from Arabidopsis ATR2 to constitute an active hydroxylating complex of entirely vegetable origin.
  • the replicative plasmid is maintained by selection of the Ura + or Ade + phenotype, provided by the replicative plasmid.
  • This strain is subsequently named WAT21 / CA4H.
  • the transformation is carried out according to a standard lithium chloride method (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp.
  • the PES 1-3U strain is transformed by the vector pYEDP1 10 / CA4H so as to simultaneously overexpress in galactose medium the Jerusalem artichoke CA4H on plasmid and the endogenous NADPH cytochrome P450 reductase to constitute an active hydroxylating complex of mixed origin.
  • This strain is subsequently named "WRCA”.
  • the strain WCA41 is transformed by the vector pYEDPHO / ATR1 so as to simultaneously overexpress in galactose medium the integrated Jerusalem artichoke CA4H and the NADPH cytochrome P450 reductase from Arabidopsis ATR1 on plasmid to constitute an active hydroxylating complex of entirely vegetable origin.
  • the replicative plasmid is maintained by selection of the Ura + or Ade + phenotype, provided by the replicative plasmid.
  • This strain is subsequently named "WCA41 / ATR1".
  • the transformation is carried out according to a standard lithium chloride method (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293).
  • the WCA41 strain is transformed by the vector pYEDPHO / ATR1 so as to simultaneously overexpress in galactose medium the integrated Jerusalem artichoke CA4H and the NADPH cytochrome P450 reductase from Arabidopsis ATR2 on plasmid to constitute an active hydroxylating complex of entirely vegetable origin.
  • the replicative plasmid is maintained by selection of the Ura + or Ade + phenotype, provided by the replicative plasmid.
  • This strain is subsequently named "WCA41 / ATR2".
  • the transformation is carried out according to a standard method with lithium chloride (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293).
  • the transformed yeast strains described above must be maintained in a selective medium, in order to ensure the persistence of the plasmid which provides one of the compounds of the active hydroxylating complex.
  • this selection pressure is overcome by the construction of strains which have stably integrated a copy of each of the cDNAs coding for CA4H, in particular Jerusalem artichoke and a NADPH cytochrome P450 reductase in particular from Arabidopsis.
  • Such strains are easily obtained by crossing two haploid strains of opposite sexual sign.
  • strains WAT11, WAT21 and WCA41 are of sexual sign (mating type) a. Thanks to the Ho plasmid technique applied according to the published method (Methods in Enzymology, vol.
  • the sexual sign is exchanged into ⁇ .
  • the WATl l ⁇ , WAT21 ⁇ , WCA41 ⁇ strains are therefore completely isogenic (with the exception of the sexual locus) to the WATl 1, WAT21 and WCA41 strains.
  • the diploid test of the WAT1 x WCA41 ⁇ and WAT21 x WCA41 ⁇ crosses is carried out according to the conventional methods of yeast genetic engineering well known to those skilled in the art. As internal controls during bioconversion measurements implementing the CA4H activity are also included the crossings WAT11 x WAT11 (11/11), WAT21 x WAT21 (21/21) and WCA x W100 (integration of the empty expression cassette , see figure 15). No CA4H activity should be detectable in these strains.
  • the diploid strains thus obtained named C11 (WAT1 1 x CWA41) and C21 (WAT21 x WCA41) completely isogenic on the alleles except for the yeast NADPH cytochrome P450 reductase loci which respectively carry a copy of the cytochrome NADPH gene P450 Arabidopsis reductase and a copy of the Jerusalem artichoke CA4H gene.
  • CA4H cytochrome P450 ubiquitous in the plant kingdom, catalyzes the hydroxylation of cinnamate in position 4 to give coumarate.
  • the substrate enters without any apparent restriction in the biocatalyst and the product of the reaction to Cytochrome P450 does not accumulate in the cell but is exported to the medium where it can be easily recovered.
  • it is ensured that neither substrate nor product is toxic to the cell at concentrations compatible with a bioconversion process.
  • Table 1 shows the bioconversion measures.
  • the WRCA strain which has been constructed so as to overexpress simultaneously in a gala ctosed medium the exogenous CA4H and the endogenous P450 Reductase.
  • the WRCA strain is obtained by transformation of the PES 1-3U strain with the plasmid pCA4H / YeDP ⁇ O described above.
  • the PES 1-3U strain which carries as known mutations Ura3, Ade2, His1, and Leu2, was transformed according to a standard method with lithium chloride (Pompon, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp 285 -293), followed by a selection for the restoration of the Ade + phenotype which is brought in the presence of the plasmid.
  • P450 in the microsomal fraction of the WRCA strain A preculture (150 ml) of the WRCA strain is carried out in SW5 medium at 28 ° C. with moderate stirring (100 rpm) up to a cell density of 3 OD, then 1 vol is added. / theft of YPGAL medium (induction of CA4H and P450 Reductase) and the culture is continued up to a cell density of 10 OD. The culture is stopped by centrifuging the cells and then the microsomes are prepared according to a standard process involving mechanical breakage of cells (Cullin and Pompon, 1988, Gene, 65, pp 203-217). A homogeneous microsome solution of 2.8 ml is thus obtained, stored at -80 ° C.
  • two spectrophotometric cuvettes are distributed in equal amounts of the stock solution of microsomes (approximately 2 mg of protein proteins) diluted 10 times in a buffer composed of 50 mM Tris-Hcl pH 7.4 and 1 mM EDTA and to which a few seeds of sodium dithionite were added beforehand in order to completely reduce the P450 cyto ⁇ chromes present in the microsomes and to consume any free oxygen dissolved in the solution.
  • the two cuvettes containing equal amounts of reduced microsomes are used to make the baseline between 400 and 500 nm.
  • P450 cyto-chromes One of the most interesting properties of P450 cyto-chromes is the possibility of being able to monitor the interaction of different molecules with the active site. Indeed, the strength of the ligand field determines typical and well-coded spectra (type I, II or I in ⁇ versed).
  • the type I spectra generally characterizing the interaction of a P450 with its specific substrate, are defined by the formation of a negative peak around 420 nm and a positive peak around 390 nm following the fixation of the substrate cytochrome P450. In order to provide additional proof that the peak at 453.5 nm observed in FIG.
  • a baseline is made between 370 and 490 nm with the two identical cuvettes. Then tr-cinnamate is added to the test tank at a concentration of 100 micromolar, and a differential absorption spectrum is produced (oxidized cytochrome P450 versus oxidized cytochrome P450 plus specific substrate) between 370 and 490 nm.
  • FIG. 5 is shown the obtaining of a type I disturbance spectrum characteristic of a P450 after fixing of its substrate, using the same stock solution of microsomes as in 6.2 which clearly shows the formation of an important negative peak at 418 nm and a positive peak at 390 nm after the addition of tr-cinnamate.
  • the cells are centrifuged and 1 ml of the supernatant is removed, to which 1 ml of a solution saturated with NaCl and 1 ml of ethyl acetate are added.
  • 1 ml of a solution saturated with NaCl and 1 ml of ethyl acetate are added.
  • the organic and aqueous phases are separated by centrifugation, and an aliquot of the organic phase (ethyl acetate) is removed. Evaporated in air and taken up in a 10% methanol solution. 20 microliters of the sample are separated by HPLC on column C18 using a linear gradient.
  • polypeptide derived from the cloned plant cDNA is indeed a cytochrome P450 enzyme on the basis of its spectral properties and that its catalytic activity is the hydroxylation of tr-cinnamate in position four to form the tr -coumarate, without appearance of secondary products. Tr-cinnamate is apparently accessible to intracellular cytochrome P450, while the transformation product is found in the supernatant. Neither the substrate nor the product of the conversion are apparently toxic to yeast.
  • Cytochromes P450 are not self-sufficient to perform the hydroxylation of their substrates.
  • the active enzyme complex consists of two components, cytochrome P450 and P450 Reductase, which provides the electron transport chain necessary for the hydroxylation of NADPH to Cytochrome P450.
  • cytochrome P450 and P450 Reductase which provides the electron transport chain necessary for the hydroxylation of NADPH to Cytochrome P450.
  • the maximum speed of conversion of plant cytochrome P450 measured in yeast microsomes is a very important value to assess whether S. Cer is an interesting industrial tool for carrying out bio ⁇ conversions using cytochromes P450, the speed of enzymatic reaction being one of the main criteria. This is all the more so since the mammalian cytochrome P450 are known to be so-called "slow" enzymes. In the same experiment, the Michaelis constant will also be determined, which gives the substrate concentration necessary for the CA4H to operate at 50% of its maximum speed. In 3.6 it was shown that the coupling efficiency between the yeast P450 Reductase and the CA4H expressed by the relation of NADPH consumed for converted substrate is very close to 1.
  • a reaction mixture consisting of a 200-fold dilution (final concentration of CA4H is 6 nM), is carried out of the stock solution of microsomes in a 50 mM phosphate buffer at pH 7.4 and NADPH reduced to excess to 0.1 mg / ml.
  • This mixture is distributed in equal parts in two spectrophoto etric cuvettes, increasing concentrations of tr-cinnamate are added at time zero, then the decrease in initial absorption at 350 nm over time is followed by differential etrop spectrophoto in the test tank compared to the control tank.
  • a 200 ml culture in a 1 L Erlenmeyer flask of the WRCA strain is incubated at 27 ° C. with vigorous stirring (200 rpm) in YPGAL medium up to 5 DO (stationary saturation phase).
  • cinnamate is added to a final concentration of 100 microM, then the incubation is continued.
  • Samples of 100 microliters are taken at the time of the addition of the tr-cinnamate and then 1, 10, 30, and 100 minutes after the addition. Then the extraction is carried out according to the methods described in 3.3, and the samples are analyzed by HPLC chromatography (see 3.3).
  • the analysis wavelength is voluntarily chosen at 314 nm, a wavelength where the absorption of tr-coumarate is almost maximum while tr-cinnamate absorbs very little.
  • the amplitude of the absorption peaks is therefore not identical for the same concentration of tr-cinnamate and tr-cou ⁇ marate.
  • the aim of this experiment being to quantify the evolution of the amount of tr-coumarate found in the culture medium as a function of time, a scale of known concentrations of tr-coumarate was used for the calibration, making it possible to translate the amplitude of the coumarate peak in concentration or in number of molecules of tr-coumarate formed.

Abstract

A yeast strain for the co-expression of a plant cytochrome P450 mono-oxygenase activity and an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase, wherein one of the NADPH-cytochrome P450-reductase or cytochrome P450 genes is integrated into the chromosome of said strain, and the strain is transformed by a vector having an expression cassette for the other gene. The use of said yeast strain, as well as a cDNA sequence coding for cytochrome P450 CA4H of the Jerusalem artichoke Helianthus tuberosus or Arabidopsis thaliana, for bioconversion purposes, is also disclosed.

Description

"SOUCHE DE LEVURE PERMETTANT LA CO-EXPRESSION D'UNE ACTIVITE MONO-OXYGENASE DE CYTOCHROME P450 DE PLANTE ET D'UNE NADPH- CYTOCHROME P450-REDUCTASE ENDOGENE OU HETEROLOGUE ET SON UTILISATION A DES FINS DE BIOCONVERSION " La présente invention concerne une souche de levure permettant la co-expression d'une activité mono-oxygénase de cytochrome P450 microsomal de plante et d'une NADPH-cytochrome P450-réductase endogène ou hétérologue. "YEAST STRAIN ALLOWING THE CO-EXPRESSION OF A MONO-OXYGENASE ACTIVITY OF PLANT CYTOCHROME P450 AND AN ENDOGENOUS OR HETEROLOGOUS NADPH- CYTOCHROME P450-REDUCTASE AND ITS USE FOR BIOCONVERSION PURPOSES" The present invention relates to a strain of yeast allowing the co-expression of a microsomal cytochrome P450 mono-oxygenase activity of the plant and of an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase.
La présente invention concerne également un procédé de co- expression chez une levure d'une activité mono-oxygénase de cytochrome P450 microsomal de plante et de la NADPH-cytochrome P450-réductase endogène ou hétérologue.The present invention also relates to a method of co-expression in a yeast of a mono-oxygenase activity of plant microsomal cytochrome P450 and of endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase.
La présente invention concerne également l'utilisation à des fins de bioconversion d'une souche de levure selon l'invention. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de bioconversion destiné à la monoxygénation spécifique, notamment à l'hydroxylation stéréospécifique, d'un composé substrat d'un cytochrome P450.The present invention also relates to the use for bioconversion purposes of a yeast strain according to the invention. More specifically, the present invention relates to a bioconversion process intended for specific monoxygenation, in particular for stereospecific hydroxylation, of a substrate compound of a cytochrome P450.
La présente invention concerne enfin une séquence d'ADNc codant pour le cytochrome P450 catalysant l'hydroxylase du trans-cinnamate ou ou CA4H dans les tubercules de topinambour ou dans des plantules d'Arabidopsis thaliana.The present invention finally relates to a cDNA sequence coding for cytochrome P450 catalyzing the hydroxylase of trans-cinnamate or or CA4H in the tubers of Jerusalem artichoke or in seedlings of Arabidopsis thaliana.
Les cytochromes P450 sont des protéines à activité mono-oxygénase qui constituent une des plus grandes superfamilles de gènes connue chez les eucaryotes supérieurs. Ils sont capables d'oxyder une très grande variété de substrats généralement hydrophobes en se servant de l'oxygène moléculaire dissous dans le cytoplasme, ainsi que des équivalents réducteurs fournis par la NADPH-cytochrome P450-réductase. Ces réactions sont le plus souvent caractérisées par l'insertion d'un atome d'oxygène dans des liaisons C-H, C=C, N=N, soit par l'oxydation d'un hétéroatome ou encore dans des cas plus rares par une réduction de groupes nitro ou une déshalogénation (Guengerich et Macdonald, 1990, FASEB J. 4, pp 2453-2459).Cytochromes P450 are proteins with mono-oxygenase activity which constitute one of the largest superfamilies of genes known in higher eukaryotes. They are able to oxidize a very wide variety of generally hydrophobic substrates using molecular oxygen dissolved in the cytoplasm, as well as reducing equivalents provided by NADPH-cytochrome P450-reductase. These reactions are most often characterized by the insertion of an oxygen atom in CH, C = C, N = N bonds, either by the oxidation of a heteroatom or even in rarer cases by a reduction nitro groups or dehalogenation (Guengerich and Macdonald, 1990, FASEB J. 4, pp 2453-2459).
Les cytochromes P450 sont des protéines membranaires associés le plus souvent au reticulum endoplasmique, quelques formes étant mitochondriales. Leur intervention chez l'homme et les animaux dans les premières étapes de la métabolisation de substances xénobiotique telles que les médicaments ou des polluants, ainsi que leur implication dans des voies importantes du métabolisme endogène des stéroïdes membranaires et hormonaux, des acides biliaires, des phéromones, de la vitamine B, des acides gras, des prostaglandines ont fait des cytochromes P450 un objet d'un vif intérêt (Nebert et Gonzales, 1987, Ann. Rev. Biochem. 56, pp 945- 993).Cytochromes P450 are membrane proteins most often associated with the endoplasmic reticulum, some forms being mitochondrial. Their intervention in humans and animals in the early stages of the metabolism of xenobiotic substances such as drugs or pollutants, as well as their involvement in important pathways of endogenous metabolism of membrane and hormonal steroids, bile acids, pheromones , vitamin B, fatty acids, prostaglandins have made cytochromes P450 an object of keen interest (Nebert and Gonzales, 1987, Ann. Rev. Biochem. 56, pp 945-993).
Les intenses efforts de recherche se sont traduits par le développement d'un grand nombre d'outils biochimiques, immunologiques et génétiques qui ont permis l'isolement d'environ 200 séquences d'ADN (génomique ou ADNc) à ce jour.The intense research efforts have resulted in the development of a large number of biochemical, immunological and genetic tools which have made it possible to isolate approximately 200 DNA sequences (genomics or cDNA) to date.
Par rapport au nombre rapidement croissant des séquences connues de nombreuses isoformes de cytochromes P450 chez l'homme et chez les animaux, aucune séquence d'ADN d'un cytochrome P450 de plante avec une fonction bien définie n' a été isolée.Relative to the rapidly increasing number of known sequences of many isoforms of cytochrome P450 in humans and animals, no DNA sequence from a plant cytochrome P450 with a well-defined function has been isolated.
Dans le cadre de la présente invention, est revendiquée la séquence d'ADNc d'un cytochrome P450 végétal, la CA4H, qui catalyse Phydroxylation en position 4 du trans-cinnamate. Le produit ainsi formé est le trans-coumarate.In the context of the present invention, the cDNA sequence of a plant cytochrome P450, CA4H, which catalyzes the hydroxylation at position 4 of trans-cinnamate, is claimed. The product thus formed is trans-coumarate.
D'une manière générale, les progrès de la recherche dans le domaine des cytochromes P450 de plantes ont été retardés en raison de leur faible teneur dans les tissus végétaux et des grandes difficultés auxquelles on se heurte lors de leur purification. Les oxydations de substrats endogènes dans les plantes, catalysées par des cytochromes P450, comprennent des hydroxylations de composés aliphatiques et aromatiques, des époxydations, des déméthylations et des réarrangements intramoléculaires. Une quarantaine d'activités enzymatiques catalysées par des cytochromes P450 ont été caractérisées jusqu'à présent chez les végétaux. Elles sont impliquées dans les métabolismes des phénylpropanoïdes, des terpènes, des lipides et participent aussi à la synthèse des phytoalexines, des anthocyanes, des tannins, des arômes, des hormones, des stérols membranaires, des alcaloïdes et des cutines et suberines. Compte tenu de leur participation à la synthèse de ce grand nombre de métabolites végétaux dont certains présentent un grand intérêt industriel en tant qu'additifs alimentaires ou pigments naturels, le clonage et la surexpression coordonnée de cytochromes P450 dans un microorganisme adapté afin d'y effectuer des réactions de bioconversion sont d'un grand intérêt et très recherchés.In general, research progress in the field of plant P450 cytochromes has been delayed due to their low content in plant tissues and the great difficulties encountered in their purification. Oxidations of endogenous substrates in plants, catalyzed by P450 cytochromes, include hydroxylations of aliphatic and aromatic compounds, epoxidation, demethylation and intramolecular rearrangements. Forty enzyme activities catalyzed by P450 cytochromes have been characterized so far in plants. They are involved in the metabolism of phenylpropanoids, terpenes, lipids and also participate in the synthesis of phytoalexins, anthocyanins, tannins, flavors, hormones, membrane sterols, alkaloids and cutins and suberins. Given their participation in the synthesis of this large number of plant metabolites, some of which are of great industrial interest as food additives or natural pigments, the cloning and coordinated overexpression of cytochromes P450 in a microorganism suitable for carrying out bioconversion reactions are of great interest and much sought after.
Il a été également rapporté la déalkylation de substances xénobiotiques (Fonné et al., 1988, Plant Sci., 55, pp 9-20). On constate un net regain d'intérêt en agronomie pour les cytochromes P450 de plantes puisqu'ils interviennent dans les premières étapes de la métabolisation de certains pesticides ou herbicides tels que le diclofop ou le chlortoluron (Zimmerlin et Durst, 1990, Phytochemistry, 29, pp 1729-1732, Fonne-Pfister et Kreuz, 1990, Phytochemistry 29, pp 2793-2797) ce qui leur confère une résistance sélective à ces produits. La maîtrise et la compréhension de leur fonction est donc de première importance pour l'industrie agronomique.The dealkylation of xenobiotics has also been reported (Fonné et al., 1988, Plant Sci., 55, pp 9-20). There is a clear revival of interest in agronomy for plant P450 cytochromes since they are involved in the first stages of the metabolism of certain pesticides or herbicides such as diclofop or chlortoluron (Zimmerlin and Durst, 1990, Phytochemistry, 29, pp 1729-1732, Fonne-Pfister and Kreuz, 1990, Phytochemistry 29, pp 2793-2797) which gives them selective resistance to these products. Mastering and understanding their function is therefore of primary importance for the agricultural industry.
De part sa position clé dans le métabolisme secondaire de la plante, la cinnamate 4-hydroxylase à P450, qui est le point de départ commun à la synthèse d'un nombre très important de voies métaboliques, dont les produits finals ont des rôles cruciaux soit comme support structural de la cellule (lignines, phénols de la paroi), soit comme support à la protection superficielle (suberines), soit comme substance de défense de la cellule végétale contre des agents pathogènes (flavonoïdes, isoflavonoïdes, stilbènes, acides phénoliques, tannins), soit comme filtres de rayonnement UV. Outre ces fonctions vitales, un certain nombre de composés issus de ces voies métaboliques sont très recherchés dans l'industrie alimentaire comme arôme ou colorant naturels. Pour exemple, on peut citer la vanilline, dont la première étape de la biosynthèse dans la gousse de Vanilla planifolia est la transformation du trans-cinnamate en trans-coumarate. Le marché mondial de la vanilline est actuellement estimé à 5 000 tonnes/an.Due to its key position in the secondary metabolism of the plant, cinnamate 4-hydroxylase to P450, which is the common starting point for the synthesis of a very large number of metabolic pathways, the end products of which have crucial roles either as a structural support for the cell (lignins, phenols in the wall), either as a support for surface protection (suberins), or as a defense substance for the plant cell against pathogens (flavonoids, isoflavonoids, stilbenes, phenolic acids, tannins ), or as UV radiation filters. In addition to these vital functions, a number of compounds from these metabolic pathways are highly sought after in the food industry as a natural flavor or color. For example, we can cite vanillin, the first stage of biosynthesis in the pod of Vanilla planifolia is the transformation of trans-cinnamate into trans-coumarate. The world market for vanillin is currently estimated at 5,000 tonnes / year.
Il a été décrit dans la littérature l'expression dans une levure d'un cytochrome P450 de mammifère (rat, boeuf) et de NADPH-cytochrome P450 réductase endogène ou de rat sur des vecteurs non-intégratifs.It has been described in the literature the expression in yeast of a mammalian cytochrome P450 (rat, beef) and of endogenous or rat NADPH-cytochrome P450 reductase on non-integrative vectors.
Ni la possibilité d'expression, transport et maturation de protéines membranaires d'origine végétale dans un contexte cellulaire de levure, ni la fonctionnalité d'un couplage entre cytochrome P450 de plante et NADPH-P450 réductase de levure n'ont pu être établies avant la présente invention.Neither the possibility of expression, transport and maturation of membrane proteins of plant origin in a yeast cell context, nor the functionality of a coupling between plant cytochrome P450 and NADPH-P450 yeast reductase could not be established before the present invention.
La présente invention a pour objet une souche de levure permettant la co-expression d'une activité mono-oxygénase de cytochrome P450 de plante et d'une NADPH-cytochrome P450-réductase endogène ou hétérologue, caractérisée en ce que l'un des gènes de la NADPH-cytochrome P450-réductase ou du cytochrome P450 est intégré dans le chromosome de ladite souche, et, la souche est transformée par un vecteur portant une cassette d'expression de l'autre gène. Ledit vecteur peut être un vecteur d'intégration ou non.The present invention relates to a yeast strain allowing the co-expression of a mono-oxygenase activity of plant cytochrome P450 and an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase, characterized in that one of the genes NADPH-cytochrome P450-reductase or cytochrome P450 is integrated into the chromosome of said strain, and the strain is transformed by a vector carrying an expression cassette for the other gene. Said vector may or may not be an integration vector.
Lorsque ledit vecteur est un vecteur d'intégration dans le chromosome de la souche, les deux gènes se trouvent donc en fait intégrés dans le génome de la souche.When said vector is an integration vector in the chromosome of the strain, the two genes are therefore in fact integrated in the genome of the strain.
La présente invention a donc en particulier pour objet une souche de levure permettant la co-expression de l'activité mono-oxygénase de cytochrome P450 de plante et d'une NADPH-cytochrome P450-réductase endogène ou hétérologue, caractérisée en ce que le gène de la NADPH- cytochrome P450-réductase est intégré dans le génome chromosomique de ladite souche et la souche est transformée par un vecteur portant une cassette d'expression du gène de cytochrome P450 de plante.The present invention therefore in particular relates to a yeast strain allowing the co-expression of the mono-oxygenase activity of plant cytochrome P450 and of an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase, characterized in that the gene NADPH-cytochrome P450-reductase is integrated into the chromosomal genome of said strain and the strain is transformed by a vector carrying an expression cassette for the plant cytochrome P450 gene.
On utilisera, de préférence, un gène de cytochrome P450 microsomal.Preferably, a microsomal cytochrome P450 gene will be used.
On entend ici par "microsomal" les fractions de membranes intracellulaires, notamment du reticulum endoplasmique, rugueux ou lisse, de l'appareil Golgi.The term “microsomal” is understood here to mean the fractions of intracellular membranes, in particular of the endoplasmic reticulum, rough or smooth, of the Golgi apparatus.
Dans un mode de réalisation particulier, ledit vecteur n'est pas un vecteur d'intégration mais un vecteur réplicatif, notamment plasmidique.In a particular embodiment, said vector is not an integration vector but a replicative vector, in particular a plasmid vector.
Dans la présente demande de brevet, on entend par "gène hétérologue" un gène provenant d'un organisme autre qu'une levure. De préférence, le gène du cytochrome P450 est intégré dans le chromosome d'une souche. De préférence encore, les deux gènes de cytochrome P450 et respectivement de NADPH-cytochrome-P450 sont intégrés dans le génome chromosomique de la souche.In the present patent application, the term "heterologous gene" means a gene originating from an organism other than a yeast. Preferably, the cytochrome P450 gene is integrated into the chromosome of a strain. More preferably, the two genes of cytochrome P450 and of NADPH-cytochrome-P450 respectively are integrated into the chromosomal genome of the strain.
On cite plus particulièrement comme cytochrome P450 microsomal selon l'invention la protéine catalysant l'hydroxylase du trans- cinnamate, encore appelée protéine CA4H, notamment provenant des tubercules de topinambour Heliantus tuberosus ou de jeunes plantules d 'Arabidopsis thaliana.The microsomal cytochrome P450 according to the invention is more particularly cited as the protein catalyzing the transcinnamate hydroxylase, also called the CA4H protein, in particular originating from Jerusalem artichoke tubers Heliantus tuberosus or young seedlings of Arabidopsis thaliana.
De façon appropriée, ledit gène dudit cytochrome P450 est la séquence d'ADNc codant pour ledit cytochrome P450. Ledit gène dudit cytochrome P450 peut être un gène hybride.Suitably, said gene of said cytochrome P450 is the cDNA sequence coding for said cytochrome P450. Said gene of said cytochrome P450 may be a hybrid gene.
On entendu par "gène hybride" un gène pouvant résulter de recombinaisons homologues entre deux gènes de cytochrome P450 d'origines différentes, notamment d'organismes différents, ou pouvant résulter de fusions de parties de gènes de cytochrome P450 d'origines différentes, notamment d'organismes différents, l'un au moins étant toutefois d'origine végétale.The term “hybrid gene” is understood to mean a gene which may result from homologous recombinations between two cytochrome P450 genes of different origins, in particular from different organisms, or which may result from fusions of parts of cytochrome P450 genes from different origins, in particular d 'different organisms, at least one being of plant origin.
En particulier on cite la séquence d'ADNc codant pour la CA4H telle que représentée à la figure 1.In particular, the cDNA sequence encoding CA4H as shown in FIG. 1 is cited.
Dans un mode de réalisation particulier, la NADPH-cytochrome P450-réductase est la NADPH-cytochrome P450-réductase endogène de levure.In a particular embodiment, the NADPH-cytochrome P450-reductase is the endogenous yeast NADPH-cytochrome P450-reductase.
Dans un autre mode de réalisation, ledit gène de la NADPH- cytochrome P450-réductase consiste dans la séquence d'ADNc codant pour la NADPH-cytochrome P450-réductase hétérologue. Le clonage de gènes de NADPH-cytochrome P450-réductase hétérologues, en particulier de plantes, a été décrit dans la demande de brevet français nβ 92 04491 et la demande de brevet PCT/FR93/00367, au 2nd International Symposium on Cytochrome P450 of Microorganisms and Plants de Tokyo - 13-17 Juin 1993, dans la communication "Yeast as a Cloning and Expression Host for Plant P450s and Reductases" de Denis Pompon, C. Mignotte, S. Régnier, P. Urban, G. Truan, et M. Kazmaier.In another embodiment, said NADPH-cytochrome P450-reductase gene consists of the cDNA sequence coding for heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase. Gene Cloning of NADPH-cytochrome P450 reductase heterologous, especially of plants, was described in the French patent application No. β 92 04491 and the patent application PCT / FR93 / 00367, the 2nd International Symposium on Cytochrome P450 of Microorganisms and Plants de Tokyo - June 13-17, 1993, in the communication "Yeast as a Cloning and Expression Host for Plant P450s and Reductases" by Denis Pompon, C. Mignotte, S. Régnier, P. Urban, G. Truan, and Mr. Kazmaier.
Ce procédé performant de clonage d'une séquence d'ADN codant pour une NADPH-Cytochrome P45 Réductase de plantes comporte les étapes suivantes : 1- On soumet une souche de levure transformée avec des plasmides d'une banque d'ADNc total de ladite plante, et ayant un phénotype de déficience en activité NADPH-Cytochrome P450This efficient process for cloning a DNA sequence coding for a plant NADPH-Cytochrome P45 Reductase comprises the following steps: 1- A yeast strain transformed with plasmids from a total cDNA library of said plant is subjected , and having a NADPH-Cytochrome P450 activity deficiency phenotype
Réductase endogène, à un traitement avec un inhibiteur de cytochrome P450 d, notamment le kétoconazole, à une dose qui rend léthale l'absence d'activité NADPH-Cytochrome P450Endogenous reductase, to treatment with a cytochrome P450 d inhibitor, in particular ketoconazole, at a dose which makes the absence of NADPH-Cytochrome P450 activity lethal
Réductase endogène, à savoir 10 à 50 μg/ml de milieu de culture, puis 2- On récupère les clones survivants et on en extrait les plasmides permettant l'expression d'une activité NADPH-Cytochrome P450 Réductase qui correspond à la NADPH-Cytochrome P450 de ladite plante. On peut citer en particulier, de façon appropriée, comme gène deEndogenous reductase, namely 10 to 50 μg / ml of culture medium, then 2- The surviving clones are recovered and the plasmids are extracted therefrom allowing the expression of a NADPH-Cytochrome P450 Reductase activity which corresponds to the NADPH-Cytochrome P450 of said plant. Mention may in particular be made, as appropriate, as a gene for
NADPH-cytochrome P450-réductase, les gènes d'origine végétale, notamment les gènes de NADPH-cytochrome P450-réductase d' Arabidopsis thaliana ou de topinambour Helianthus tuberosus.NADPH-cytochrome P450-reductase, genes of plant origin, in particular the genes of NADPH-cytochrome P450-reductase from Arabidopsis thaliana or Jerusalem artichoke Helianthus tuberosus.
Les séquences d'ADNc codant pour ces gènes d'origine végétale ont été représentées dans les demandes de brevet français n°92 04491 etThe cDNA sequences encoding these genes of plant origin have been represented in French patent applications No. 92 04491 and
PCT/FR n° 93/00367. Les séquences ATR1 ( Helianthus tuberosus ) et ATR2 (Arabidopsis thaliana ) ont été introduites dans la banque EMBL sous les références suivantes : Pour ATR1 : Accession number Y66016PCT / FR No. 93/00367. The sequences ATR1 (Helianthus tuberosus) and ATR2 (Arabidopsis thaliana) were introduced into the EMBL bank under the following references: For ATR1: Accession number Y66016
Identification number ATATR1G; Pour ATR2 :Identification number ATATR1G; For ATR2:
Accession number X66017 Identification number ATATR2M. Dans un mode de réalisation particulier, lorsque le gène de NADPH- cytochrome P450-réductase est hétérologue il est du même genre et de la même espèce que le cytochrome P450 hétérologue.Accession number X66017 Identification number ATATR2M. In a particular embodiment, when the NADPH-cytochrome P450-reductase gene is heterologous, it is of the same genus and of the same species as the heterologous cytochrome P450.
De manière à obtenir une intégration la plus stable possible, de préférence le(s) gène(s) de la NADPH-cytochrome P450-réductase et/ou du cytochrome P450 est (ou sont) intégré(s) dans le locus de la NADPH- cytochrome P450-réductase endogène sur drague allèle du chromosome.In order to obtain the most stable integration possible, preferably the gene (s) for NADPH-cytochrome P450-reductase and / or cytochrome P450 is (or are) integrated (s) in the locus of NADPH - endogenous cytochrome P450-reductase on dredge allele of the chromosome.
Selon l'invention, la souche de levure peut être choisie notamment parmi les genres Saccharomvces . Hansenula. Kluvveromvces . Pichia et Yarrowia . On cite plus particulièrement les levures du genre Saccharomvces cerevisiae.According to the invention, the yeast strain can be chosen in particular from the genera Saccharomvces. Hansenula. Kluvveromvces. Pichia and Yarrowia. Mention is more particularly made of yeasts of the genus Saccharomvces cerevisiae.
Avantageusement, pour permettre une bonne modulation et une régulation de l'expression du cytochrome P-450 dans ledit vecteur, le gène de cytochrome P450 est mis sous le contrôle d'un promoteur inductible. Dans un mode de réalisation particulier, on a utilisé le vecteur pYEDP60 décrit ci-après. Avantageusement également, on a remplacé le promoteur naturel de la NADPH-cytochrome P450-réductase, laquelle a été mise sous le contrôle d'un promoteur hétérologue inductible.Advantageously, to allow good modulation and regulation of the expression of cytochrome P-450 in said vector, the cytochrome P450 gene is placed under the control of an inducible promoter. In a particular embodiment, the vector pYEDP60 described below was used. Advantageously also, the natural promoter of NADPH-cytochrome P450-reductase was replaced, which was placed under the control of an inducible heterologous promoter.
Avantageusement encore, le gène de NADPH-cytochrome P450- réductase et le gène de cytochrome P450 sont placés sous le contrôle d'un même promoteur inductible, en particulier, le promoteur GAL10 CYC1 inductible en milieu galactose.Advantageously also, the NADPH-cytochrome P450-reductase gene and the cytochrome P450 gene are placed under the control of the same inducible promoter, in particular, the GAL10 CYC1 promoter inducible in galactose medium.
Dans un mode de réalisation particulier, ladite souche est obtenue à partir de la souche PES 1-3-U déposée à la Collection Nationale de Cultures de Microorganismes (CNCM) sous le n° 1-1187. Cette souche a été décrite dans les demandes de brevet français n° 92 04491 et PCT/FR n° 93/00367.In one particular embodiment, said strain is obtained from the PES 1-3-U strain deposited at the National Collection of Cultures of Microorganisms (CNCM) under the number 1-1187. This strain has been described in French patent applications No. 92 04491 and PCT / FR No. 93/00367.
Cette souche exprime, lorsqu'elle est utilisée sur un milieu contenant du galactose, un niveau de NADPH-cytochrome P450-réductase qui est 20 à 30 fois supérieur au niveau présent dans la souche parentale comportant le promoteur naturel. A l'inverse, en l'absence de galactose, le niveau de réductase présent est extrêmement faible, en fait indétectable, c'est-à-dire au moins 100 fois inférieur au niveau présent dans la souche parentale.This strain expresses, when used on a medium containing galactose, a level of NADPH-cytochrome P450-reductase which is 20 to 30 times higher than the level present in the parental strain containing the natural promoter. Conversely, in the absence of galactose, the level of reductase present is extremely low, in fact undetectable, that is to say at least 100 times lower than the level present in the parental strain.
Des niveaux d'expression intermédiaires entre ces deux extrêmes sont possibles en utilisant des durées limitées d'induction par le galactose (0 à 12 heures).Intermediate levels of expression between these two extremes are possible using limited durations of galactose induction (0 to 12 hours).
Dans l'exemple de réalisation détaillé qui va suivre ladite souche est la souche WRCA obtenue par transformation de la souche PES 1-3-U par le vecteur pCA4H/YeDP60. De préférence, pour obtenir les taux d'expression maximum, la souche co-exprime la NADPH-cytochrome P450-réductase et le cytochrome P450 dans un rapport molaire NADPH-cytochrome P450- réductase/cytochrome P450 optimum entre 1/3 et 1/10, notamment 1/5.In the detailed embodiment which follows, said strain is the WRCA strain obtained by transformation of the PES 1-3-U strain with the vector pCA4H / YeDP60. Preferably, to obtain the maximum expression levels, the strain co-expresses NADPH-cytochrome P450-reductase and cytochrome P450 in an optimum NADPH-cytochrome P450-reductase / cytochrome P450 molar ratio between 1/3 and 1/10 , especially 1/5.
La variation des taux d'expression respectifs peut être obtenue en variant le nombre de copies des gènes respectifs et/ou en employant des promoteurs différents et plus ou moins forts et/ ou en décalant le temps d'induction des promoteurs respectifs.The variation in the respective expression levels can be obtained by varying the number of copies of the respective genes and / or by using different and more or less strong promoters and / or by shifting the induction time of the respective promoters.
Dans le but d'obtenir de grandes quantités d'une molécule d'intérêt industriel par un procédé de bioconversion, le choix du microorganisme le mieux adapté pour l'expression du complexe cytochrome P450/P450 réductase est primordial. A cet égard, selon la présente invention, on utilise la levure Saccharomvces cereviae. recombinée dans l'optique de conférer au P450 hétérologue un environnement optimal pour l'expression efficace de son activité.In order to obtain large quantities of a molecule of industrial interest by a bioconversion process, the choice of the microorganism best suited for the expression of the cytochrome P450 / P450 reductase complex is essential. In this regard, according to the present invention, we uses the yeast Saccharomvces cereviae. recombined in order to give the heterologous P450 an optimal environment for the efficient expression of its activity.
Selon la présente invention, une attention particulière a été portée à la co-expression à un haut niveau de la CA4H et de la P450 réductase associée. La P450 réductase ayant un cycle catalytique plus rapide que les cytochromes P450, il est important de respecter un rapport molaire particulier essentiel au bon fonctionnement dans la levure. En effet, un rapport molaire réductase/P450 hétérologue trop bas conduit à une faible activité spécifique du fait du défaut en réductase. Un rapport molaire réductase/P450 hétérologue trop élevé conduit à la desctruction d'une fraction importante du P450 du fait du fort accroissement de cycles abortifs . C'est pourquoi, afin de respecter au mieux un rapport molaire optimal réductase/P450 on a utilisé, selon l'invention, une levure recombinante chez laquelle le promoteur naturel du gène endogène de la P450 réductase a été remplacé par le promoteur inductible GAL10/CYC1. Puisque la séquence de la C4AH sur plasmide est sous contrôle du même promoteur on peut raisonnablement admettre que le rapport molaire final est donné par le nombre de copies du plasmide par rapport à la copie simple du gène de la réductase.According to the present invention, particular attention has been paid to the high-level coexpression of CA4H and of the associated P450 reductase. Since P450 reductase has a faster catalytic cycle than P450 cytochromes, it is important to respect a particular molar ratio essential for proper functioning in yeast. In fact, a too low heterologous reductase / P450 molar ratio leads to a low specific activity due to the reductase defect. A too high heterologous reductase / P450 molar ratio leads to the destruction of a large fraction of P450 due to the strong increase in abortive cycles. This is why, in order to best respect an optimal reductase / P450 molar ratio, a recombinant yeast was used according to the invention in which the natural promoter of the endogenous P450 reductase gene has been replaced by the inducible promoter GAL10 / CYC1. Since the sequence of C4AH on plasmid is under the control of the same promoter, it can reasonably be assumed that the final molar ratio is given by the number of copies of the plasmid compared to the single copy of the reductase gene.
Selon la présente invention, on a construit une souche recombinante de levure qui assure un niveau optimal pour l'expression du premier cytochrome P450 de plante à fonction connue. Plus précisément, pour un niveau d'expression comparable à celui trouvé dans la littérature de 100 picomoles par mg de protéines microsomales, l'activité spécifique est de l'ordre de 400 min-1, la valeur la plus élevée jamais mesurée pour un cytochrome P450 microsomal. Cette activité reste de surcroît stable dans le temps. En particulier, selon la présente invention on décrit donc une souche recombinante de levure qui sur les critères de productivité est tout à fait adaptée à la bioconversion du trans-cinnamate en tr-coumarate par la CA4H de topinambour.According to the present invention, a recombinant yeast strain has been constructed which ensures an optimal level for the expression of the first plant cytochrome P450 with known function. More specifically, for a level of expression comparable to that found in the literature of 100 picomoles per mg of microsomal proteins, the specific activity is of the order of 400 min-1, the highest value ever measured for a cytochrome P450 microsomal. This activity also remains stable over time. In particular, according to the present invention, a recombinant yeast strain is therefore described which, on the productivity criteria, is entirely suitable for the bioconversion of trans-cinnamate into tr-coumarate by the Jerusalem artichoke CA4H.
La présente invention fournit donc également un procédé de co- expression chez une levure de l'activité mono-oxygénase de cytochrome P450 microsomal de plante, caractérisé en ce qu'on cultive dans un milieu de culture approprié une souche selon l'invention.The present invention therefore also provides a method of co-expression in a yeast of the mono-oxygenase activity of plant microsomal cytochrome P450, characterized in that a strain according to the invention is cultivated in an appropriate culture medium.
La présente invention a également pour objet l'utilisation à des fins de bioconversion d'une souche de levure selon l'invention. La présente invention a, en particulier, pour objet un procédé de bioconversion destiné à la monoxydation spécifique d'un composé substrat d'un cytochrome P450, caractérisé en ce qu'on convertit un milieu contenant ledit composé ou un précurseur avec l'une des souches selon l'invention exprimant l'activité monoxygénase dudit cytochrome P450 et en ce qu'on récupère le produit monoxygéné.The present invention also relates to the use for bioconversion purposes of a yeast strain according to the invention. The present invention relates, in particular, to a bioconversion process intended for the specific monoxidation of a substrate compound of a cytochrome P450, characterized in that a medium containing said compound or a precursor is converted with one of the strains according to the invention expressing the monoxygenase activity of said cytochrome P450 and in that the monoxygenated product is recovered.
De préférence, on utilise comme milieu de conversion le milieu de culture de la souche. Néanmoins, il est possible de prévoir, lorsque la masse de levure initialement cultivée est suffisante, d'effectuer la conversion dans un milieu qui n'est pas un milieu de culture.Preferably, the culture medium of the strain is used as the conversion medium. However, it is possible to provide, when the mass of yeast initially cultivated is sufficient, to carry out the conversion in a medium which is not a culture medium.
En général, le substrat est contenu dans le milieu, il rentre dans les cellules où il est convertit, puis est relargué dans le milieu. Toutefois, dans certains cas, le milieu peut contenir uniquement un précurseur du substrat, le substrat n'apparaissant qu'à l'intérieur après transformation du précurseur.In general, the substrate is contained in the medium, it enters the cells where it is converted, then is released into the medium. However, in certain cases, the medium may contain only a precursor of the substrate, the substrate only appearing inside after transformation of the precursor.
La mono-oxydation peut être, par exemple, une hydroxylation stéréospécifique, notamment lorsque le cytochrome P450 est la CA4H, auquel cas le composé substrat est le trans-cinnamate et on récupère le trans-coumarate. Enfin, la présente invention a aussi pour objet les séquences d'ADNc codant respectivement pour le cytochrome P450 CA4H d'Arabidopsis thaliana et le cytochrome P450 CA4H d'Helianthus tuberosus. notamment les séquences d'ADNc telles que représentées aux figures 1 et 12 ou les séquences d'ADNc s'hybridant dans des conditions faiblement stringentes à 50°C et/ou présentant au moins 60 % d'homologie avec l'une des séquences précédemment décrites, ou les mêmes séquences reformatées ne comprenant que la phase de lecture ouverte.The mono-oxidation can be, for example, a stereospecific hydroxylation, in particular when the cytochrome P450 is CA4H, in which case the substrate compound is trans-cinnamate and the trans-coumarate is recovered. Finally, the present invention also relates to the cDNA sequences coding respectively for the cytochrome P450 CA4H of Arabidopsis thaliana and the cytochrome P450 CA4H of Helianthus tuberosus. in particular the cDNA sequences as represented in FIGS. 1 and 12 or the cDNA sequences hybridizing under weakly stringent conditions at 50 ° C. and / or having at least 60% homology with one of the sequences previously described, or the same reformatted sequences including only the open reading phase.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée du(des) mode(s) de réalisation qui va suivre, illustrée par les dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will appear in the light of the detailed description of the embodiment (s) which follows, illustrated by the appended drawings in which:
- la figure 1 représente l'ADNc du gène de cytochrome P450 de topinambour Helianthus tuberosus CA4H,FIG. 1 represents the cDNA of the cytochrome P450 gene of Jerusalem artichoke Helianthus tuberosus CA4H,
- la figure 2 représente le schéma de clonage de l'ADNc reformaté ne comprenant que la phase de lecture ouverte de la CA4H de topinambour dans le vecteur de lecure pYED P60, - la figure 3 représente, schématisée, la souche de lecure WRCA surexprimant simultanément en milieu galactose une CA4H exogène et la NADPH-cytochrome P450-réductase endogène (ci-après abrégé par "P450- réductase"), - la figure 4 représente le spectre de différence d'absorption en présence de monoxyde de carbone d'une fraction microsomale de souche WRCA,FIG. 2 represents the cloning diagram of the reformatted cDNA comprising only the open reading phase of the Jerusalem artichoke CA4H in the vector of pYED P60, - Figure 3 shows, schematically, the strain of lecure WRCA simultaneously overexpressing in galactose medium an exogenous CA4H and the endogenous NADPH-cytochrome P450-reductase (hereinafter abbreviated as "P450-reductase"), - Figure 4 represents the spectrum difference in absorption in the presence of carbon monoxide of a microsomal fraction of WRCA strain,
- la figure 5 représente le spectre de perburbation de type I suite à l'ajout de l'acide trans-cinnamique aux microsomes à partir de la culture induite de la souche WRCA,FIG. 5 represents the type I perburbation spectrum following the addition of trans-cinnamic acid to the microsomes from the induced culture of the WRCA strain,
- la figure 6 représente un chromatogramme de détection du trans- cinnamate après conversion du trans-cinnamate par une culture de WRCA en milieu galactose,FIG. 6 represents a chromatogram for the detection of trans-cinnamate after conversion of the trans-cinnamate by a culture of WRCA in galactose medium,
- la figure 7 représente la variation de l'amplitude d'absorption dans un spectre de perturbation de type I en fonction du trans-cinnamate ajouté en quantités croissantes à des microsomes oxydés issus d'une culture induite de la souche WRCA,FIG. 7 represents the variation in the amplitude of absorption in a type I perturbation spectrum as a function of the trans-cinnamate added in increasing amounts to oxidized microsomes originating from an induced culture of the WRCA strain,
- la figure 8 représente l'efficacité de couplage entre la NADPH P450-réductase de levure et la CA4H de topinambour dans les microsomes de la souche WRCA,FIG. 8 represents the coupling efficiency between the yeast NADPH P450-reductase and the Jerusalem artichoke CA4H in the microsomes of the WRCA strain,
- la figure 9 montre une représentation selon Lineweaver-Burk donnant l'inverse des activités CA4H mesurées en fonction de l'inverse de la concentration de trans-cinnamate ajouté permettant la détermination de la vitesse maximale de conversion de la CA4H dans les microsomes de levure ainsi que le Km,- Figure 9 shows a representation according to Lineweaver-Burk giving the inverse of the CA4H activities measured as a function of the inverse of the concentration of added trans-cinnamate allowing the determination of the maximum rate of conversion of CA4H in yeast microsomes as well as the Km,
- la figure 10 représente la cinétique de formation de p-coumarate sur des microsomes de WRCA,FIG. 10 represents the kinetics of p-coumarate formation on WRCA microsomes,
- la figure 11 représente la cinétique de formation de p-coumarate à partir du trans-cinnamate sur cellules entières contenant la CA4H de topinambour,FIG. 11 represents the kinetics of p-coumarate formation from trans-cinnamate on whole cells containing the Jerusalem artichoke CA4H,
- la figure 12 représente l'ADNc complet du gène de la CA4H d'Arabidopsis thaliana.- Figure 12 shows the complete cDNA of the CA4H gene of Arabidopsis thaliana.
- les figures 13 A, 13B et 13C représentent respectivement les 3 étapes (A, B, C) nécessaires à la construction du vecteur intégratif pYEDPllO. A la figure 13A est illustrée l'amplification par PCR des régions 5' et 3' non-codantes qui bordent la phase ouverte de lecture du locus génomique de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure. Sont illustrés également les sites de restriction créées en bordure des fragments amplifiés. En figure 13B est montré le remplacement du terminateur PGK par la région 3' non-codante d'un gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de la levure dans le vecteur pYEDPS l. En figure 13C est montré le remplacement de l'origine de réplication 2 microns de levure par la région 5' non-codante du gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de la levure dans le vecteur pYEDPlOO. Le vecteur intégratif ainsi obtenu est nommé "pYEDPl lO",- Figures 13 A, 13B and 13C respectively represent the 3 steps (A, B, C) necessary for the construction of the integrative vector pYEDPllO. In FIG. 13A is illustrated the PCR amplification of the 5 'and 3' non-coding regions which border the open reading phase of the genomic locus of the NADPH cytochrome P450 reductase yeast. Are also illustrated the restriction sites created at the edge of the amplified fragments. In FIG. 13B is shown the replacement of the PGK terminator by the 3 ′ non-coding region of a yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene in the vector pYEDPS 1. In FIG. 13C is shown the replacement of the origin of replication 2 microns of yeast by the 5 ′ non-coding region of the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene in the vector pYEDPlOO. The integrative vector thus obtained is called "pYEDPl lO",
- la figure 14 représente la structure physique du locus Yred dans les différentes souches,FIG. 14 represents the physical structure of the Yred locus in the different strains,
- la figure 15 représente un tableau récapitulatif dans lequel sont rapportées les résistances des différentes souches au kétoconazole, les activités NADPH cytochrome P450 réductase mesurées (en nmoles cyte réduit/min/mg de protéines microsomales) sur des préparations de microsomes, ainsi que l'aptitude à effectuer la conversion du tr-cinnamate en coumarate. L'appréciation +++ indique que la réaction de bioconversionest complète en 30 minutes,FIG. 15 represents a summary table in which the resistances of the different strains to ketoconazole are reported, the NADPH cytochrome P450 reductase activities measured (in nmoles reduced cyte / min / mg of microsomal proteins) on microsome preparations, as well as ability to convert tr-cinnamate to coumarate. +++ assessment indicates that the bioconversion reaction is complete in 30 minutes,
- les figures 16A à 16D représentent des séparations en HPLC des métabolites obtenues après l'incubation des souches Cil, C21, Cl 00 et 21/21 en présence de 10 μM de tr-cinnamate. Le paracétamol présent sur les chromatogrammes est ajouté dans les échantillons analysés comme contrôle interne de l'efficacité d'extraction. - Figures 16A to 16D show HPLC separations of the metabolites obtained after the incubation of the Cil, C21, Cl 00 and 21/21 strains in the presence of 10 μM of tr-cinnamate. The paracetamol present on the chromatograms is added to the samples analyzed as an internal control of the extraction efficiency.
I ) ISOLEMENT d'ADNc CODANT POUR DES CYTOCHROMES P450 DU TYPE COUMARATE 4-HYDROXYIASE (E.C. 1.14. 3.1) D'ORIGINE VEGETALEI) ISOLATION of cDNA ENCODING FOR P450 CYTOCHROMES OF THE COUMARATE 4-HYDROXYIASE TYPE (E.C. 1.14. 3.1) OF PLANT ORIGIN
1.1) Isolement de l'ADNc du Cvtochrome P450 catalysant hvdroxylation du tr-cinnamate dans les tubercules de topinambour(CA4H= cinnamate4-hvdroxylase.E.C.l.14.13.1). La procédure de clonage de la CA4H met en oeuvre des méthodes classiques de la biologie moléculaire connues de l'homme de l'art. Le protocole de purification, ainsi que l'obtention d'un anticorps anti-CA4H spécifique à l'aide de la protéine purifiée, est décrit dans la litté¬ rature scientifique (Gabriac et al. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1991, Vol 288, pp 302-309) et n'est pas repris en détail ici. Brièvement, des tran- ches de tubercules de topinambour, incubés dans un milieu contenant du manganèse pour induire la synthèse de 1'acti¬ vité enzymatique de la CA4H, constitue le matériel de dé¬ part pour la préparation de la fraction microsomale. Il suit une première étape d'enrichissement en CA4H par une partition de phases en triton X-114, et deux étapes de chro atographie sur DEAE-Trisacryl et sur Hydroxylapatite. La protéine ainsi purifiée, qui montre un poids molécu¬ laire apparent de 57KD en gel SDS-Acryla ide, a été utilisé pour la fabrication d'anticorps polyclonaux..Ces anti- corps réagissent de manière sélective avec un polypeptide de 57 KD en Western blot et inhibent aussi fortement l'activité CA4H dans des microsomes de différentes es¬ pèces, végétales. Leur utilisation pour cribler une banque d'ADNc de topinambour dans le phage lambda gt11, obtenue à partir de tubercules induits pour la surexpression de la CA4H, a permis d'isoler un fragment d'ADNc de 1130 bp présentant des séquences caractéristiques de cytochromes P450 bactériens, fongiques ou animaux. Ce fragment a été ensuite utilisé comme sonde pour cribler une deuxième banque d'ADNc de topinambour dans le phage lambda gt10 construite par amorçage à l'oligodT. Ceci a permis d'iso¬ ler un clone de 1608 bp qui présente toutes les séquences caractéristiques d ' un P450 et la séquence complète est montré en figure 1 . Cet ADNc peut être identifié comme étant celui de la CA4H de topinambour pour 1 es raisons suivantes : a) les pH isoélectriques de la protéine pu¬ rifiée et celui calculé du polypeptide issu de l ' ADNc , sont tous deux voisins de pH 9 , 0 b ) l ' anticorps anti- CA4H reconnaît dans la banque d ' expression un polypeptide de fusion présentant des séquences caractéristiques de P450 c ) la partie 5 ' terminale du polypeptide déduit de l ' ADNc isolé par criblage immuno logique avec un anticorps spécifique anti-CA4H est totalement identique à la sé¬ quence N-terminale de la CA4H purifiée .1.1) Isolation of the cvtochrome P450 cDNA catalyzing the hydroxylation of tr-cinnamate in Jerusalem artichoke tubers (CA4H = cinnamate4-hvdroxylase.ECl14.13.1). The CA4H cloning procedure uses conventional methods of molecular biology known to those skilled in the art. The purification protocol, as well as obtaining a specific anti-CA4H antibody using the purified protein, is described in the scientific literature (Gabriac et al. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1991, Vol 288 , pp 302-309) and is not repeated in detail here. Briefly, slices of Jerusalem artichoke tubers, incubated in a medium containing manganese to induce the synthesis of the enzymatic activity of CA4H, constitutes the starting material for the preparation of the microsomal fraction. It follows a first stage of enrichment in CA4H by a phase partition in triton X-114, and two stages of chromatography on DEAE-Trisacryl and on Hydroxylapatite. The protein thus purified, which shows an apparent molecular weight of 57KD in SDS-Acryla ide gel, was used for the manufacture of polyclonal antibodies. . These antibodies react selectively with a 57 KD polypeptide in Western blot and also strongly inhibit CA4H activity in microsomes of different plant species. Their use to screen a Jerusalem artichoke cDNA library in phage lambda gt11, obtained from tubers induced for the overexpression of CA4H, made it possible to isolate a cDNA fragment of 1130 bp having sequences characteristic of cytochrome P450 bacterial, fungal or animal. This fragment was then used as a probe to screen a second Jerusalem artichoke cDNA library in the phage lambda gt10 constructed by priming with oligodT. This made it possible to isolate a clone of 1608 bp which presents all the sequences characteristics of a P450 and the complete sequence is shown in figure 1. This cDNA can be identified as that of the Jerusalem artichoke CA4H for the following reasons: a) the isoelectric pH of the purified protein and that calculated of the polypeptide derived from the cDNA, are both close to pH 9.0 b) the anti-CA4H antibody recognizes in the expression library a fusion polypeptide having sequences characteristic of P450 c) the 5 'terminal part of the polypeptide deduced from the cDNA isolated by immunological logic screening with a specific antibody CA4H is completely identical to the N-terminal sequence of purified CA4H.
Nous disposons donc de la première séquence nucléo- tidique codant pour un cytochrome P450 d ' origine végétale de fonction connue , déterminée à ce jour .We therefore have the first nucleotide sequence coding for a cytochrome P450 of plant origin of known function, determined to date.
1.2) Isolement de l'ADNc du cytochrome P450 catalysant hvdroxylation du tr-cinnamate dans des ieunes plantules d'Arabidopsis thaliana. La faisabilité de l'isolment d'un ADNc codant pour la CA4H dans une banque d'ADNc totale d'une autre espèce végétale, et plus particulièrement dans une banque d'ADNc totale faite à partir de jeunes plantules d'Arabidopsis thaliana, en utilisant la région codante de la CA4H topinambour comme sonde pour une cross-hybridation inter-espèces, se fonde sur deux hypothèses: a) les ADNc codant pour une protéine à fonction identique sont suffisamment conservés dans le règne végétal pour permettre leur détection par cross-hybridation inter-espèces à stringence réduite; b) la CA4H étant un cytochrome P450 ubiquitaire dans le règle végétal, dont les produites finals de métabolisation ont des rôles cruciaux pour la plante entière (support structural des cellules, protection superficielle, défense contre les pathogènes, protection contre les rayonnements UN), les ADΝc codant pour cette enzyme doivent être enrichis dans une banque d'ADNc faite à partir de jeunes plantules en pleine phase de croissance. Comme matériel de départ pour le clonage inter-espèce par cross-hybridation, on a choisi une banque d'ADNc d'Arabidopsis thaliana faite à partir de jeunes plantules au stade deux feuilles, bien connue e l'homme de métier, et publiée dans la littérature scientifique (MINET et al., 1992, Plant 2, pp 417-422). La complexité de cette banque a été estimée à 2,5 106 de clones indépendants.1.2) Isolation of the cDNA of cytochrome P450 catalyzing the hydroxylation of tr-cinnamate in young seedlings of Arabidopsis thaliana. The feasibility of isolating a cDNA coding for CA4H in a total cDNA library of another plant species, and more particularly in a total cDNA library made from young seedlings of Arabidopsis thaliana, in using the coding region of Jerusalem artichoke CA4H as a probe for cross-species cross-hybridization, is based on two hypotheses: a) the cDNAs coding for a protein with identical function are sufficiently conserved in the plant kingdom to allow their detection by cross- interspecies hybridization with reduced stringency; b) CA4H being a cytochrome P450 ubiquitous in the plant rule, whose final metabolic products have crucial roles for the whole plant (structural support of cells, surface protection, defense against pathogens, protection against UN radiation), ADΝc encoding this enzyme must be enriched in a cDNA bank made from young seedlings in full growth phase. As starting material for inter-species cloning by cross-hybridization, a cDNA library of Arabidopsis thaliana made from young seedlings at the two-leaf stage, well known to those skilled in the art, was chosen. scientific literature (MINET et al., 1992, Plant 2, pp 417-422). The complexity of this library has been estimated at 2.5 × 10 6 of independent clones.
100 000 clones du stock original glycérolé de cette banque d'ADNc ont été étalés sur 20 boîtes pétri ( 12 cm x 12 cm) LB/ampicilline à raison de 500 clones/boîte. Après 8 heures d'incubation à 37°C, les colonies bactériennes sont transférées sur membrane Hybond N (Amersham) selon les méthodes classiques préconisées par le fabricant. La préhybridation, ainsi que l'hybridation ont été conduits en conditions standard bien connues de l'homme du métier, mais à une température de 55°C pour tenir compte de l'utilisation d'une sonde hétérologue. 200 ng de l'ADNc de la CA4H topinambour décrit sous 1.1 ont été marqués au 32P en se servant du random priming kit fourni par Biolabs et 108 cmp sont utilisés lors des hybidations. 12 clones montrant un signal d'hybridation lors du premier tour de criblage ont été ensuite soumis à 2 cycles d'amplification, résultant en deux clones indépendants, pATCA4H2 et pATCA4H9, à très fort signal d'hybridation. Le clone pATCA4H2 possède un insert végétal d'environ 1,8 kb, compatible avec un ADNc complet codant pour un cytochrome P450. Cet insert a été ensuite sous-cloné dans le vecteur de séquence pKSII fourni par Stratagène. La séquence enière de l'insert a été lue sur les deux brins par la création de délétions progressives utilatérales à l'exonucléase III en suivant les conditions standard décrites dans la littérature scientifique. Pour le séquençage de l'ADN double-brin, le T7 polymérase Sequencing Kit fourni par Pharmacia a été utilisé selonles conditions préconisées. La séquence de 1 735 bp contient une phase ouverte de lecture de 505 acides aminés, qui présente 85,9% d'homologie avec la séquence de la CA4H de topinambour. On a ainsi identifié la séquence d'ADNc codant pour la cinnamate 4-hydroxylase à cytochrome P450 d'une source végétale différente par cross-hybridation inter-espèces. La séquence entière est montrée en figure 12. I I ) CLONAGE DANS DES VECTEURS D'EXPRESSION REPLICATIFS OU INTEGRATIFS DE SACCHAROMYCES CEREVISIAE D'ADNc CODANT POUR DES CYTOCHROMES P450 VEGETAUX ET DE CYTOCHROME P450 REDUCTASES VEGETAUX100,000 clones of the original glycerolated stock of this cDNA library were spread on 20 LB / ampicillin petri dishes (12 cm × 12 cm) at the rate of 500 clones / dish. After 8 hours of incubation at 37 ° C., the bacterial colonies are transferred to a Hybond N membrane (Amersham) according to the conventional methods recommended by the manufacturer. The prehybridization, as well as the hybridization, were carried out under standard conditions well known to those skilled in the art, but at a temperature of 55 ° C. to take account of the use of a heterologous probe. 200 ng of the CA4H Jerusalem artichoke cDNA described in 1.1 were labeled with 32P using the random priming kit provided by Biolabs and 108 cmp are used during hybridizations. 12 clones showing a hybridization signal during the first round of screening were then subjected to 2 amplification cycles, resulting in two independent clones, pATCA4H2 and pATCA4H9, with very strong hybridization signal. The clone pATCA4H2 has a plant insert of approximately 1.8 kb, compatible with a complete cDNA coding for a cytochrome P450. This insert was then subcloned into the sequence vector pKSII provided by Stratagene. The entire sequence of the insert was read on both strands by the creation of progressive deletions utilal to exonuclease III by following the standard conditions described in the scientific literature. For the sequencing of double-stranded DNA, the T7 polymerase Sequencing Kit supplied by Pharmacia was used according to the recommended conditions. The 1,735 bp sequence contains an open reading phase of 505 amino acids, which has 85.9% homology with the Jerusalem artichoke CA4H sequence. The cDNA sequence coding for cinnamate 4-hydroxylase with cytochrome P450 from a different plant source was thus identified by cross-species cross-hybridization. The entire sequence is shown in Figure 12. II) CLONING IN REPLICATIVE OR INTEGRATIVE EXPRESSION VECTORS OF SACCHAROMYCES CEREVISIAE OF CDNA ENCODING PLANT P450 CYTOCHROMS AND PLANT REDUCED CYTOCHROME P450
Afin de pouvoir coexprimer de façon très efficace l'activité de cytochrome P450 végétaux chez Saccharomyces cerevisiae, les outils suivants ont été mis en oeuvre :In order to be able to very effectively coexpress the plant cytochrome P450 activity in Saccharomyces cerevisiae, the following tools have been used:
- la souche haploïde de Saccharomyces cerevisiae PES 1-3U. Cette souche est totalement isogénique à la souche parentale W 303.1B, à l'exception du promoteur naturel du gène endogène de la P450 réductase, qui a été avantageusement remplacé par le promoteur inductible GAL10/CYC1. De cette façon, la souche PES 1-3U surproduit sa propre P450 réductase lorsqu'elle est cultivée en milieu galactose. Son obtention et sa description détaillée fait l'objet d'une demande de brevet PCT/FR 91 08884 et est également publiée dans la littérature scientifique (TRUAN et al., 1993, Gène 125, pp. 49-55);- the haploid strain of Saccharomyces cerevisiae PES 1-3U. This strain is completely isogenic with the parental strain W 303.1B, with the exception of the natural promoter of the endogenous P450 reductase gene, which has been advantageously replaced by the inducible promoter GAL10 / CYC1. In this way, the PES 1-3U strain overproduces its own P450 reductase when it is grown in galactose medium. Its obtaining and its detailed description is the subject of a patent application PCT / FR 91 08884 and is also published in the scientific literature (TRUAN et al., 1993, Gene 125, pp. 49-55);
- le vecteur réplicatif chez Saccharomyces cerevisiae pYEDP 60. Ce vecteur permet l'expression sous le contrôle du promoteur inductible GAL10-CYC1 d'ADN hétérologues dans la levure. La construction de pYEDP 60 a été décrite dans la littérature scientifique (URBAN, CULLINET, POMPOM, 1990, Biochimie, 72, pp. 463-472) et une description schématique est montrée en figure 3;- the replicative vector in Saccharomyces cerevisiae pYEDP 60. This vector allows expression under the control of the inducible promoter GAL10-CYC1 of heterologous DNA in yeast. The construction of pYEDP 60 has been described in the scientific literature (URBAN, CULLINET, POMPOM, 1990, Biochemistry, 72, pp. 463-472) and a schematic description is shown in Figure 3;
- le vecteur intégratif chez Saccharomyces cerevisiae pYEDP 100. Sa construction se fait en deux étapes qui seront reprises plus en détail ici :- the integrative vector in Saccharomyces cerevisiae pYEDP 100. Its construction is done in two stages which will be repeated in more detail here:
Etape 1 : l'amplification par PCR des régions 5' et 3' flanquantes du gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure, qui serviront de bornes de recombinaison homologue lors de l'intégration ciblée. Comme matrice, on utilise le plasmide pGPl qui est caractérisé par l'insertion d'un fragment Hind III d'environ 9 kbp de l'ADN génomique de levure contenant le gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure, dans le vecteur pUC 19. Les oligonucléotides servant d'amorces pour l'amplification par PCR ont été conçus de façon à ce que les fragments d'ADN amplifiés soient bordés par des sites de restrictions utiles lors de futres sous-clonages. Pour plus d'aisance, les fragments de PCR à bouts francs sont d'abod sous-clonés dans le vecteur pUC19, avant de récupérer les fragments d'ADN aux bouts compatibles par digestion enzymatique de l'ADN circulaire. Plus précisément, on récupère la partie 5' (638 bp en amont de l'ATG d'initiation) non codante sous forme de fragment Bgl II-Hind III, la partie 3' non-codante (410 bp en aval du TAA contenant le terminateur YRed) sous forme de fragment EcoRI-Pvu II. L'étape 1 est schématiquement illustrée en figure 13A.Step 1: PCR amplification of the 5 'and 3' regions flanking the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene, which will serve as homologous recombination terminals during targeted integration. The template used is the plasmid pGP1 which is characterized by the insertion of a Hind III fragment of approximately 9 kbp from the yeast genomic DNA containing the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene into the vector pUC 19 The oligonucleotides serving as primers for PCR amplification were designed in such a way that the amplified DNA fragments are bordered by restriction sites useful during future subcloning. For greater ease, the PCR fragments with blunt ends are abod subcloned into the vector pUC19, before recovering the DNA fragments with compatible ends by digestion. enzymatic of circular DNA. More precisely, the non-coding 5 'part (638 bp upstream of the initiating ATG) is recovered in the form of a Bgl II-Hind III fragment, the non-coding 3' part (410 bp downstream of the TAA containing the terminator YRed) in the form of an EcoRI-Pvu II fragment. Step 1 is schematically illustrated in FIG. 13A.
Etape 2 : Sous-clonage du fragment EcoRI-PvuII dans le vecteur d'expression pYEDP51.Step 2: Subcloning of the EcoRI-PvuII fragment into the expression vector pYEDP51.
Le vecteur pYEDP51 (figure 13B) est un précurseur du vecteur publié pYEDP60, auquel manque le marqueur génétique ADE2. La double digestion par EcoRI et PvuII résulte en un fragment d'ADN linéaire de XXXX bp correspondant au vecteur pYEDP51 auquel ont été enlevés une partie des sites uniques de clonage (Smal et Sacl), le terminateur PGK ainsi qu'une partie des séquences de pUC entre le terminateur et le site PvuII. Après purification sur gel d'agarose, le vecteur est recircularisé par ligation en présence du fragment EcoRI- PvuII. Le vecteur pYEDPlOO ainsi construit est caractérisé en ce que le terminateur PGK a été remplacé par 410 bp de la région 3' non-codante du gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure contenant son terminateur.The vector pYEDP51 (FIG. 13B) is a precursor of the published vector pYEDP60, which lacks the genetic marker ADE2. Double digestion with EcoRI and PvuII results in a linear DNA fragment of XXXX bp corresponding to the vector pYEDP51 from which part of the unique cloning sites (SmaI and SacI), the PGK terminator and part of the sequence sequences have been removed. pUC between the terminator and the PvuII site. After purification on agarose gel, the vector is recircularized by ligation in the presence of the EcoRI-PvuII fragment. The vector pYEDPlOO thus constructed is characterized in that the PGK terminator has been replaced by 410 bp of the 3 ′ non-coding region of the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene containing its terminator.
Etape 3 : Sous-clonage du fragment Bgl II-HindIII dans le vecteur d'expression pYEDP 100.Step 3: Subcloning of the Bgl II-HindIII fragment into the expression vector pYEDP 100.
La double digestion par Bgl II et HindIII du vecteur pYEDPlOO résulte en trois fragments linéaires de 4 561 respectivement M bp. Le fragment de 4 561 bp correspond au vecteur pYEDPlOO, hormis l'origine de réplication autonome de la levure, qui a été excisé lors de la double digestion. Ce fragment linéaire est recircularisé par ligation en présence du fragment Bgl II-HindIII, comprenant 638 bp de la région non-codante du gène de la NADPH cytochrome P450 réductase en amont du promoteur. Le vecteur pYEDPl lO de 5 200 bp ainsi construit (voir figure 13C) peut être propagé chez E coli grâce à l'origine de réplication bactérien, par contre il ne peut plus se répliquer chez la levure. De plus, lors d'une digestion Notl (deux sites créés par PCR) du vecteur pYEDPllO libère un fragment d'ADN bordé de régions 5' et 3' non-codantes du gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure, qui serviront de bornes de recombinaison pour recombinaison homologue. Entre ces deux régions d'homologie se trouvent le marqueur génétique URA 3 et le promoteur GAL10/CYC1 sivi de sites de restriction uniques, utiles lors du clonage des séquences hétérologues à exprimer. Les 4 ADNc végétaux pris en considération pour le sous-clonage dans les vecteurs d'expression de levure pYEDP60 et pYEDPl lO en vue de la coexpression d'une activité cytochrome P450 végétale dans Saccharomyces cerevisiae sont : - CA4H de topinambourThe double digestion with Bgl II and HindIII of the vector pYEDPlOO results in three linear fragments of 4,561 respectively M bp. The fragment of 4561 bp corresponds to the vector pYEDPlOO, except for the origin of autonomous replication of the yeast, which was excised during double digestion. This linear fragment is recircularized by ligation in the presence of the Bgl II-HindIII fragment, comprising 638 bp of the non-coding region of the NADPH cytochrome P450 reductase gene upstream of the promoter. The 5,200 bp pYEDPl lO vector thus constructed (see FIG. 13C) can be propagated in E coli thanks to the origin of bacterial replication, on the other hand it can no longer replicate in yeast. In addition, during a NotI digestion (two sites created by PCR) of the vector pYEDPllO releases a DNA fragment bordered by 5 'and 3' non-coding regions of the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene, which will serve as recombination terminals for homologous recombination. Between these two regions of homology are the genetic marker URA 3 and the promoter GAL10 / CYC1 sivi of unique restriction sites, useful during the cloning of the heterologous sequences to be expressed. The 4 plant cDNAs taken into consideration for subcloning into the yeast expression vectors pYEDP60 and pYEDPl 10 with a view to the coexpression of a plant cytochrome P450 activity in Saccharomyces cerevisiae are: - Jerusalem artichoke
- CA4H d'Arabidopsis thaliana- CA4H of Arabidopsis thaliana
La séquence entière de ces deux ADNc est donnée dans les figures 1 et 12 :The entire sequence of these two cDNAs is given in Figures 1 and 12:
- ATR1- ATR1
- ATR2 Ce sont deux ADNc codant pour deux NADPH cytochrome P450 réductase isolés par complémentation fonctionnelle dans une banque d'Arabidopsis thaliana bien décrite dans la littérature scientifique (MINET et al., 1992, Plant J. 2, pp. 417-422). Leur obtention et leur caractérisation sont décrites dans la demande de brevet en France n° 92 04491. Le sous-clonage des phases de lectures ouvertes, à l'exception des séquences non-codantes, afin de donner le meilleur environnement pour la transcription efficace, se faisant de manière identique pour les deux vecteurs en question, on ne reprend ici en détail que le clonage de la CA411 de topinambour dans le vecteur pYEDP60, illustré en figure 2. La méthode de clonage schématisée en figure 2 fait appel à une étape d' amplification par PCR, qui par un choix judicieux des oligonucléotides servant d ' amorces pour la PCR, résulte en l ' amplification sélective de la région codante de la CA4H , débarrasse l ' ADNc amplifié des bordures 5 ' et 3 ' non-codantes et introduit également des sites de restriction convenables pour la suite du sous- clonage . Après un passage du fragment d' ADNc amplifié possédant des bouts francs dans pUC 1 9 digéré par Smal , le plasmide pCA4H ainsi obtenu est ensuite digéré par des enzymes de restriction adéquats flanquant le fragment d' ADNc , qui ont été préalablement introduits par PCR. Le vecteur de levure pYEDPβ O est ensuite digéré au niveau du site de multiclonage situé entre le promoteur GAL1 0/ CYC1 et le terminateur PGK de façon à générer un vecteur linéaire comprenant des bouts compatibles avec le frag¬ ment d' ADNc contenant la région codante de la CA4H . Puis on procède à la recircularisation dans un milieu réaction- nel comprenant le vecteur linéarisé, le fragment d'ADNc contenant la CA4H et de la ligase. Le vecteur recircula¬ risé ainsi obtenu contient les séquences nécessaires à la propagation chez E. coli (origine de réplication et le gène bla conférant la résistance à l'ampicilline chez E. coli), à la propagation chez S. cer (origine de repli- cation chez S. cer et les gènes URA3 et ADE2 permettant de complementer les auxotrophies de la souche hôte) , ainsi que les signaux de régulation permettant l'induction de l'expression de l'ADNc codant pour la CA4H en milieu ga¬ lactos (figure 2) . Toutes les méthodes utilisées afin de réaliser ce clonage sont des méthodes standard et bien décrites dans des livres de référence (Sambrook, Fritsch and Maniatis, 1989, Molecular Cloning, 2 éd., CSH Labora- tory Press) . La construction du vecteur de levure pYEDP 60 a été décrit dans la littérature (Urban, Cullin et Pompon, 1990, Biochimie, 72, pp 463-472) .- ATR2 These are two cDNAs coding for two NADPH cytochrome P450 reductase isolated by functional complementation in a library of Arabidopsis thaliana well described in the scientific literature (MINET et al., 1992, Plant J. 2, pp. 417-422). Their obtaining and their characterization are described in the patent application in France n ° 92 04491. The subcloning of open reading phases, with the exception of non-coding sequences, in order to give the best environment for efficient transcription, being done identically for the two vectors in question, we only repeat in detail here the cloning of the Jerusalem artichoke CA411 in the vector pYEDP60, illustrated in FIG. 2. The cloning method shown diagrammatically in FIG. 2 calls for a step d amplification by PCR, which by a judicious choice of oligonucleotides serving as primers for PCR, results in the selective amplification of the coding region of CA4H, rids the amplified cDNA of the 5 'and 3' non-coding borders and also introduces suitable restriction sites for further subcloning. After passage of the amplified cDNA fragment having blunt ends in pUC19 digested with SmaI, the plasmid pCA4H thus obtained is then digested with suitable restriction enzymes flanking the cDNA fragment, which were previously introduced by PCR. The yeast vector pYEDPβ O is then digested at the multicloning site located between the promoter GAL1 0 / CYC1 and the terminator PGK so as to generate a linear vector comprising ends compatible with the fragment of cDNA containing the coding region of CA4H. Then we proceed to recircularization in a reaction medium - nel comprising the linearized vector, the cDNA fragment containing CA4H and ligase. The recirculated vector thus obtained contains the sequences necessary for propagation in E. coli (origin of replication and the bla gene conferring resistance to ampicillin in E. coli), in propagation in S. cer (origin of fold - cation in S. cer and the URA3 and ADE2 genes making it possible to complement the auxotrophies of the host strain), as well as the regulatory signals allowing the induction of the expression of the cDNA coding for CA4H in ga¬ lactos medium (figure 2). All the methods used in order to carry out this cloning are standard methods and well described in reference books (Sambrook, Fritsch and Maniatis, 1989, Molecular Cloning, 2 ed., CSH Laboratory Press). The construction of the yeast vector pYEDP 60 has been described in the literature (Urban, Cullin and Pompon, 1990, Biochemistry, 72, pp 463-472).
Les vecteurs ainsi obtenus sont : - pYEDP60/CA4H (CA4H topinambour)The vectors thus obtained are: - pYEDP60 / CA4H (CA4H Jerusalem artichoke)
- pYEDP60/CA4HAT (CA4H d'Arabidopsis)- pYEDP60 / CA4HAT (CA4H from Arabidopsis)
- pYEDP60/ATRl- pYEDP60 / ATRl
- pYEDP60/ATR2- pYEDP60 / ATR2
- pYEDP110/CA4H - pYEDP110/CA4HAT- pYEDP110 / CA4H - pYEDP110 / CA4HAT
- pYEDPHO/ATRl- pYEDPHO / ATRl
- pYEDP110/ATR2- pYEDP110 / ATR2
I I I ) CONSTRUCTION D'UN ENSEMBLE DE SOUCHES EXPRIMANT EXCLUSIVEMENT LES ACTIVITES CA4H OU NADPHI I I) CONSTRUCTION OF A SET OF STRAINS EXCLUSIVELY EXPRESSING CA4H OR NADPH ACTIVITIES
CYTOCHROME P450 REDUCTASE D'ORIGINE VEGETALE.CYTOCHROME P450 REDUCTASE OF PLANT ORIGIN.
Les vecteurs pYEDP110/CA4H, pYEDPHO/ATRl, pYEDP110/ATR2 sont soumis à une digestion exhaustive par Notl. Le mélange de digestion est ensuite précipité et utilisé sans aucun traitement pour la transformation de la souche W303. 1B. En effet, seul le fragment portant les séquences hétérologues derrière le promoteur GAL10/CYC1 peut conférer à la souche transformée un phénotype Ura 3 + après intération de la cassette d'expression dans le locus de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure en se servant des bordures 5' et 3' non-codantes pour la recombinaison homologue. La persistance d'une petite fraction de vecteur non-digéré non décelable en gel d'agarose ne peut pas conduire à un phénotype ura+, le vecteur pYEDPl lO n'étant plus capable de se propager chez la levure en l'absence de l'origine 2 μ (voir figure 13C). Ainsi, on procède par recombinaison homologue au remplacement du gène endogène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure par la cassette d'expression portant le gène hétérologue d'intérêt.The vectors pYEDP110 / CA4H, pYEDPHO / ATR1, pYEDP110 / ATR2 are subjected to exhaustive digestion with NotI. The digestion mixture is then precipitated and used without any treatment for the transformation of the strain W303. 1B. Indeed, only the fragment carrying the heterologous sequences behind the GAL10 / CYC1 promoter can give the transformed strain a Ura 3 + phenotype after the expression cassette has been inserted into the yeast NADPH cytochrome P450 reductase locus using the 5 'and 3' non-coding borders for homologous recombination. The persistence of a small undigested vector fraction undetectable in agarose gel cannot lead to a ura + phenotype, the vector pYEDPl 10 being no longer capable of propagating in yeast in the absence of the 2 μ origin (see Figure 13C). Thus, one proceeds by homologous recombination to the replacement of the endogenous gene of NADPH cytochrome P450 reductase by the expression cassette carrying the heterologous gene of interest.
Le mélange de transformation est étalé sur des boites ura-, les clones capables de pousser en l'absence d'uracile sont ensuite analysés par southern-blot génomique pour vérifier s'il y a bien eu l'inttégration des séquences hétérologues au bon endroit. Un deuxième contrôle de l'événement d'intégration consiste dans la mesure de la résistance des souches recombinantes au kétoconazole, un antifongique inhibiteur du cytochrome P450 C14-déméthylase de la levure. En effet, il a été montré que la perte du gène de la NADPH cytochrome P450 réductase induit le phénotype d'hypersensibilité au kétoconazole (Sutter et Loper, 1989, Biochem. Biophys. Res. Comm., 160, pp. 1257-1266). Le tableau 1 illustre bien que, lorsque le gène de la CA4H de topinambour a été intégré en lieu et place de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure, la souche WCA41 devient hypersensible au kétoconazole. Par contre, les souches WAT11 et WAT21, ayant acquis les ADNc d'ATRl (WAT11) ou d'ATR2 (WAT21) par recombinaison homologue sont résistants au kétoconazole, mais à un degré moindre que la souche parentale W303. 1B, ce qui reflète le couplage moins efficace des NADPH cytochrome P450 reductases végétales avec le cytochrome P450 de la levure par rapport à la NADPH cytochrome p450 réductase endogène. Ce phénotype de résistance au kétoconazole est induit en milieu galactose, ce qui prouve bien que la résistance est due à l'activité de la NADPH cytochrome P450 réductase hétérologue sous contrôle du promoteur GAL10/CYC1.The transformation mixture is spread on ura- boxes, the clones capable of growing in the absence of uracil are then analyzed by genomic southern blot to verify whether there has been integration of the heterologous sequences in the right place. . A second control of the integration event consists in measuring the resistance of the recombinant strains to ketoconazole, an antifungal inhibitor of the yeast cytochrome P450 C14-demethylase. Indeed, it has been shown that the loss of the NADPH cytochrome P450 reductase gene induces the hypersensitivity phenotype to ketoconazole (Sutter and Loper, 1989, Biochem. Biophys. Res. Comm., 160, pp. 1257-1266) . Table 1 clearly illustrates that, when the Jerusalem artichoke CA4H gene has been integrated in place of the yeast NADPH cytochrome P450 reductase, the strain WCA41 becomes hypersensitive to ketoconazole. On the other hand, the strains WAT11 and WAT21, having acquired the cDNAs of ATR1 (WAT11) or ATR2 (WAT21) by homologous recombination are resistant to ketoconazole, but to a lesser degree than the parental strain W303. 1B, which reflects the less efficient coupling of plant cytochrome P450 reductases NADPH with yeast cytochrome P450 compared to endogenous cytochrome p450 reductase NADPH. This phenotype of resistance to ketoconazole is induced in galactose medium, which proves that the resistance is due to the activity of the heterologous NADPH cytochrome P450 reductase under the control of the promoter GAL10 / CYC1.
En résumé, en utilisant les vecteurs intégratifs pYEDP110/CA4H, pYEDPHO/ATRl, pYEDP/ATR2 pour transformer la souche W303.1B, on a obtenu les souches suivantes : WAT11 : Cette souche est caractérisée en ce que le gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure est remplacé par celui d'Arabidopsis. qui est sous contrôle du promoteur GAL10/CYC1. Ainsi cette souche surexprime l'activité NADPH cytochrome P450 réductase ATI lorsqu'elle est cultivée en milieu galactose.In summary, using the integrative vectors pYEDP110 / CA4H, pYEDPHO / ATR1, pYEDP / ATR2 to transform the strain W303.1B, the following strains were obtained: WAT11: This strain is characterized in that the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene is replaced by that of Arabidopsis. which is under the control of the promoter GAL10 / CYC1. Thus, this strain overexpresses the NADPH cytochrome P450 reductase ATI activity when it is cultured in galactose medium.
WAT21 : Cette souche est caractérisée en ce que le gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure est remplacé par celui d'Arabidopsis. qui est sous contrôle du promoteur GAL10/CYC1. Ainsi cette souche surexprime l'activité NADPH cytochrome P450 réductase ATR2 lorsqu'elle est cultivée en milieu galactose. WCA41 : Cette souche est caractérisée en ce que le gène de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure est remplacé par celui de la CA4H de topinambour, qui est sous contrôle du promoteur GAL10/CYC1. Ainsi cette souche surexprime la CA4H lorsqu'elle est cultivée en milieu galactose, mais aucune activité n'est mesurable en l'absence de NADPH cytochrome P450 réductase susceptible de transférer les équivalents réducteurs au cytochrome P450, nécessaires pour son activité.WAT21: This strain is characterized in that the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene is replaced by that of Arabidopsis. which is under the control of the promoter GAL10 / CYC1. Thus this strain overexpresses the NADPH cytochrome P450 reductase ATR2 activity when it is cultivated in galactose medium. WCA41: This strain is characterized in that the yeast NADPH cytochrome P450 reductase gene is replaced by that of the Jerusalem artichoke CA4H, which is under the control of the GAL10 / CYC1 promoter. Thus, this strain overexpresses CA4H when it is cultivated in galactose medium, but no activity is measurable in the absence of NADPH cytochrome P450 reductase capable of transferring the reducing equivalents to cytochrome P450, necessary for its activity.
Une illustration schématique du locus de la NADPH cytochrome P450 réductase de la souche parentale, ainsi que des souches recombinantes construites, est donnée en figure 14.A schematic illustration of the NADPH cytochrome P450 reductase locus of the parental strain, as well as of the recombinant strains constructed, is given in FIG. 14.
3.1 ) Transformation des souches WAT21. WCA41. PES 1-3U : a) La souche WAT1 1 est transformée par le vecteur pYEDP110/CA4H de façon à surexprimer simultanément en milieu galactose la CA4H de topinambour sur plasmide et la NADPH cytochrome P450 réductase d'Arabidopsis ATR1 pour constituer un complexe hydroxylant actif d'origine entièrement végétale. La maintenance du plasmide réplicatif se fait par sélection du phénotype Ura+ ou Ade+, apportés par le plasmide réplicatif. Cette souche est nommée ultérieurement WAT11/CA4H. La transformation est effectuée selon une méthode standard au chlorure de lithium (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). b) La souche WAT21 est transformée par le vecteur pYEDP1 10/CA4H de façon à surexprimer simultanément en milieu galactose la CA4H de topinambour sur plasmide et la NADPH cytochrome P450 réductase d'Arabidopsis ATR2 pour constituer un complexe hydroxylant actif d'origine entièrement végétale. La maintenance du plasmide réplicatif se fait par sélection du phénotype Ura+ ou Ade+, apportés par le plasmide réplicatif. Cette souche est nommée ultérieurement WAT21/CA4H. La transformation est effectuée selon une méthode standard au chlorure de lithium (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). c) La souche PES 1-3U est transformée par le vecteur pYEDP1 10/CA4H de façon à surexprimer simultanément en milieu galactose la CA4H de topinambour sur plasmide et la NADPH cytochrome P450 rérductase endogène pour constituer un complexe hydroxylant actif d'origine mixte. Cette souche est nommée ultérieurement "WRCA". d) La souche WCA41 est transformée par le vecteur pYEDPHO/ATRl de façon à surexprimer simultanément en milieu galactose la CA4H de topinambour intégrée et la NADPH cytochrome P450 réductase d'Arabidopsis ATR1 sur plasmide pour constituer un complexe hydroxylant actif d'origine entièrement végétale. La maintenantce du plasmide réplicatif se fait par sélection du phénotype Ura+ ou Ade+ , apportés par le plasmide réplicatif. Cette souche est nommée ultérieurement "WCA41/ATR1". La transformation est effectuée selon une méthode standard au chlorure de lithium (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). e) La souche WCA41 est transformée par le vecteur pYEDPHO/ATRl de façon à surexprimer simultanément en milieu galactose la CA4H de topinambour intégrée et la NADPH cytochrome P450 réductase d'Arabidopsis ATR2 sur plasmide pour constituer un complexe hydroxylant actif d'origine entièrement végétale. La maintenance du plasmide réplicatif se fait par sélection du phénotype Ura+ ou Ade+, apportés par le plasmide réplicatif. Cette souche est nommée ultérieurement "WCA41/ATR2". La transformation est effectuée selon une méthode standard au chrorure de lithium (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). IV ) CONSTRUCTION DE SOUCHES DP LEVURES DIPLOIDES COEXPRIMANT DE MANIERE STABLE LES ACTIVITES CYTOCHROME P450 HETEROLOGUES ET NADPH CYTOCHROME P450 REDUCTASES HOMOLOGUES OU HETEROLOGUES.3.1) Transformation of WAT21 strains. WCA41. PES 1-3U: a) The strain WAT1 1 is transformed by the vector pYEDP110 / CA4H so as to simultaneously overexpress in galactose medium the CA4H of Jerusalem artichoke on plasmid and the NADPH cytochrome P450 reductase of Arabidopsis ATR1 to constitute an active hydroxylating complex d entirely vegetable origin. The replicative plasmid is maintained by selection of the Ura + or Ade + phenotype, provided by the replicative plasmid. This strain is subsequently named WAT11 / CA4H. The transformation is carried out according to a standard lithium chloride method (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). b) The WAT21 strain is transformed by the vector pYEDP1 10 / CA4H so as to simultaneously overexpress in galactose medium the Jerusalem artichoke CA4H on plasmid and the NADPH cytochrome P450 reductase from Arabidopsis ATR2 to constitute an active hydroxylating complex of entirely vegetable origin. The replicative plasmid is maintained by selection of the Ura + or Ade + phenotype, provided by the replicative plasmid. This strain is subsequently named WAT21 / CA4H. The transformation is carried out according to a standard lithium chloride method (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). c) The PES 1-3U strain is transformed by the vector pYEDP1 10 / CA4H so as to simultaneously overexpress in galactose medium the Jerusalem artichoke CA4H on plasmid and the endogenous NADPH cytochrome P450 reductase to constitute an active hydroxylating complex of mixed origin. This strain is subsequently named "WRCA". d) The strain WCA41 is transformed by the vector pYEDPHO / ATR1 so as to simultaneously overexpress in galactose medium the integrated Jerusalem artichoke CA4H and the NADPH cytochrome P450 reductase from Arabidopsis ATR1 on plasmid to constitute an active hydroxylating complex of entirely vegetable origin. The replicative plasmid is maintained by selection of the Ura + or Ade + phenotype, provided by the replicative plasmid. This strain is subsequently named "WCA41 / ATR1". The transformation is carried out according to a standard lithium chloride method (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). e) The WCA41 strain is transformed by the vector pYEDPHO / ATR1 so as to simultaneously overexpress in galactose medium the integrated Jerusalem artichoke CA4H and the NADPH cytochrome P450 reductase from Arabidopsis ATR2 on plasmid to constitute an active hydroxylating complex of entirely vegetable origin. The replicative plasmid is maintained by selection of the Ura + or Ade + phenotype, provided by the replicative plasmid. This strain is subsequently named "WCA41 / ATR2". The transformation is carried out according to a standard method with lithium chloride (POMPON, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp. 285-293). IV) CONSTRUCTION OF STRAINS DP DIPLOID YEASTS STABLE COEXPRESSING THE ACTIVITIES CYTOCHROME P450 HETEROLOGUES AND NADPH CYTOCHROME P450 HOMOLOGATED OR HETEROLOGOUS REDUCTASES.
Les souches de levures transformées décrites ci-dessus doivent être maintenues en milieu sélectif, afin d'assurer la persistance du plasmide qui apporte l'un des composés du complexe hydroxylant actif. Avantageusement, on s'affrancit de cette pression de sélection par la construction de souches ayant intégré de manière stable une copie de chacun des ADNc codant pour la CA4H, notamment de topinambour et une NADPH cytochrome P450 réductase notamment d'Arabidopsis. De telels souches sont facilement obtenues par croisement de deux souches haploïdes de signe sexuel opposé. Comme leur souche parentale, les souches WATl 1, WAT21 et WCA41 sont de signe sexuel (mating type) a. Grâce à la technique du plasmide Ho appliquée selon la méthode publiée (Methods in Enzymology, vol. 194, pp. 132-146), le signe sexuel est échangé enα. Les souches WATl l α, WAT21 α, WCA41α sont donc totalement isogéniques ( à l'exception du locus sexuel) aux souches WATl 1, WAT21 et WCA41.The transformed yeast strains described above must be maintained in a selective medium, in order to ensure the persistence of the plasmid which provides one of the compounds of the active hydroxylating complex. Advantageously, this selection pressure is overcome by the construction of strains which have stably integrated a copy of each of the cDNAs coding for CA4H, in particular Jerusalem artichoke and a NADPH cytochrome P450 reductase in particular from Arabidopsis. Such strains are easily obtained by crossing two haploid strains of opposite sexual sign. Like their parental strain, strains WAT11, WAT21 and WCA41 are of sexual sign (mating type) a. Thanks to the Ho plasmid technique applied according to the published method (Methods in Enzymology, vol. 194, pp. 132-146), the sexual sign is exchanged into α. The WATl l α, WAT21 α, WCA41α strains are therefore completely isogenic (with the exception of the sexual locus) to the WATl 1, WAT21 and WCA41 strains.
Le test de diploïdie des croisements WATl la x WCA41α et WAT21 x WCA41α se fait selon les méthodes classiques de génie génétique de levure bien connues de l'homme du métier. Comme contrôles internes lors des mesures de bioconversion mettant en oeuvre l'activité CA4H sont également inclus les croisements WAT11 x WAT11( 11/11), WAT21 x WAT21 (21/21) et WCA x W100 (intégration de la cassette d'expression vide, voir figure 15). Aucune activité CA4H ne doit être décelable dans ces souches. Les souches diploïdes ainsi obtenues, nommées Cil (WATl 1 x CWA41) et C21 (WAT21 x WCA41) totalement isogéniques sur les allèles à l'exception des loci de la NADPH cytochrome P450 réductase de levure qui portent respectivement une copie du gène de NADPH cytochrome P450 réductase d'Arabidopsis et une copie du gène de CA4H de topinambour. V ) CARACTERISATION DE L'ACTIVITE CA4H VEGETALE DANS DIFFERENTES SOUCHES DE LEVURE EN PRESENCE DE NADPH CYTOCHROME P450 REDUCTASES VEGETALES ENDOGENES.The diploid test of the WAT1 x WCA41α and WAT21 x WCA41α crosses is carried out according to the conventional methods of yeast genetic engineering well known to those skilled in the art. As internal controls during bioconversion measurements implementing the CA4H activity are also included the crossings WAT11 x WAT11 (11/11), WAT21 x WAT21 (21/21) and WCA x W100 (integration of the empty expression cassette , see figure 15). No CA4H activity should be detectable in these strains. The diploid strains thus obtained, named C11 (WAT1 1 x CWA41) and C21 (WAT21 x WCA41) completely isogenic on the alleles except for the yeast NADPH cytochrome P450 reductase loci which respectively carry a copy of the cytochrome NADPH gene P450 Arabidopsis reductase and a copy of the Jerusalem artichoke CA4H gene. V) CHARACTERIZATION OF PLANT CA4H ACTIVITY IN DIFFERENT YEAST STRAINS IN THE PRESENCE OF ENDOGENOUS VEGETABLE REDUCASES NADPH CYTOCHROME P450.
La CA4H, cytochrome P450 ubiquitaire dans le règne végétal, catalyse l'hydroxylation du cinnamate en position 4 pour donner du coumarate. En vue de l'application de souches de levures recombinantes comme biocatalyseurs afin d'y effectuer des réactions chimiques précises, par la voie de la biotechnologie, il est indispensable de prouver, dans un premier temps, que le substrat ainsi que le produit formé sont stables dans le milieu réactionnel. Avantageusement, le substrat rentre sans aucune restriction apparente dans le biocatalyseur et le produit de la réaction au Cytochrome P450 ne s'accumule pas dans la cellule mais est exporté dans le milieu où l'on peut le récupérer facilement. Avantageusement encore, on s'assure que ni substrat ni produit ne sont toxiques pour la cellule à des concentrations compatibles avec un procédé de bioconversion. A cette fin, on réalise des cultures de Cil et C21 en milieu YPGAL, WRCA, WAT11/CA4H, WAT21/CA4H, WCA41/ATR1 et WCA41/ATR2 en milieu minimum galactose jusqu'à OD=3 (fin de phase de croissance exponentielle); on ajoute 100 μM tr-cinnamate, puis on incube pendant 30 minutes à 30°C sous agitation modérée.CA4H, cytochrome P450 ubiquitous in the plant kingdom, catalyzes the hydroxylation of cinnamate in position 4 to give coumarate. With a view to applying recombinant yeast strains as biocatalysts in order to carry out precise chemical reactions there, by means of biotechnology, it is essential to prove, firstly, that the substrate as well as the product formed are stable in the reaction medium. Advantageously, the substrate enters without any apparent restriction in the biocatalyst and the product of the reaction to Cytochrome P450 does not accumulate in the cell but is exported to the medium where it can be easily recovered. Advantageously again, it is ensured that neither substrate nor product is toxic to the cell at concentrations compatible with a bioconversion process. To this end, cultures of C11 and C21 are carried out in YPGAL, WRCA, WAT11 / CA4H, WAT21 / CA4H, WCA41 / ATR1 and WCA41 / ATR2 medium in minimum galactose medium up to OD = 3 (end of exponential growth phase ); 100 μM tr-cinnamate are added, then incubated for 30 minutes at 30 ° C. with moderate agitation.
Le procédé d'extraction et la séparation par HPLC sont décrits en détail au paragraphe 6.4) ci-après. Au tableau 1 sont indiquées les mesures de la bioconversion.The extraction process and the separation by HPLC are described in detail in paragraph 6 (4) below. Table 1 shows the bioconversion measures.
L'appréciation +++ indique que la bioconversion a été complète, plus aucune trace de cinnamate résiduel peut être décelé. L'ensemble des spectrogrammes montrés en figure 7 montre bien que la conversion cinnamate — > coumarate est due à la présence de la CA4H, puisque les souches contrôle 11/11, 21/21 et Cl 00 ne montrent aucune apparition de pic correspondant au coumarate. Egalement, il est clair qu'en l'absence d'acitvité CA4H, le cinnamate est stable dans le milieu réactionnnel.The +++ assessment indicates that the bioconversion has been complete, no more traces of cinnamate can be detected. All the spectrograms shown in FIG. 7 clearly show that the cinnamate -> coumarate conversion is due to the presence of CA4H, since the control strains 11/11, 21/21 and Cl 00 show no appearance of peak corresponding to the coumarate . Also, it is clear that in the absence of CA4H activity, cinnamate is stable in the reaction medium.
Une caractérisation plus fine de la CA4H végétale exprimée chez la levure est donnée avec l'exemple de la souche WRCA. VI) Caractérisation de l'activité enzymatique de la CA4H chez S. cer.A more detailed characterization of the plant CA4H expressed in yeast is given with the example of the WRCA strain. VI) Characterization of the enzymatic activity of CA4H in S. cer.
6.1) Description de l'environnement génétique de la .souche WRCA En figure 3 est schématiséela souche de levure6.1) Description of the genetic environment of the WRCA strain In Figure 3 is schematic the yeast strain
WRCA qui a été construite de façon à surexprimer simulta¬ nément en milieu gala ctosé la CA4H exogène et la P450 Réductase endogène. La souche WRCA est obtenue par trans¬ formation de la souche PES 1-3U par le plasmide pCA4H/ YeDPβO décrit ci-dessus. La souche PES 1-3U, qui porte comme mutations connues Ura3, Ade2, His1, et Leu2, a été transformée selon une méthode standard au chlorure de li¬ thium (Pompon, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp 285-293), suivie d'une sélection pour la restauration du phénotype Ade+ qui est apporté en présence du plasmide. La souche PES 1-3U, dont la description détaillée fait objet d'une demande de brevet en France n° 91 08884, a été déposée auprès de la Collection Nationale des Cultures et de Microorganismes le 17 mars 1992, sous le numéro de dépôt 1-1187. Cette souche haploïde (mating type alpha) est complètement isogénique à la souche de laboratoire W303.1B, sauf la région promotrice précédant la phase codante de la P450 Réductase endogène, qui est modifiée par recombinaison homologue de façon à remplacer le pro- moteur naturel de la P450 Réductase par le promoteur in¬ ductible GAL10-CYC1. 6.2 Détermination de la concentration en CytochromeWRCA which has been constructed so as to overexpress simultaneously in a gala ctosed medium the exogenous CA4H and the endogenous P450 Reductase. The WRCA strain is obtained by transformation of the PES 1-3U strain with the plasmid pCA4H / YeDPβO described above. The PES 1-3U strain, which carries as known mutations Ura3, Ade2, His1, and Leu2, was transformed according to a standard method with lithium chloride (Pompon, 1988, Eur. J. Biochem., 177, pp 285 -293), followed by a selection for the restoration of the Ade + phenotype which is brought in the presence of the plasmid. The PES 1-3U strain, the detailed description of which is the subject of a patent application in France No. 91 08884, was deposited with the National Collection of Cultures and Microorganisms on March 17, 1992, under deposit number 1 -1187. This haploid strain (mating type alpha) is completely isogenic with the laboratory strain W303.1B, except the promoter region preceding the coding phase of the endogenous P450 Reductase, which is modified by homologous recombination so as to replace the natural promoter of P450 Reductase by the inducible promoter GAL10-CYC1. 6.2 Determination of the Cytochrome concentration
P450 dans la fraction microsomale de la souche WRCA On réalise une préculture (150 ml) de la souche WRCA en milieu SW5 à 28°C sous agitation modérée (100 rpm) jusqu'à une densité cellulaire de 3 OD, puis on ajoute 1 vol/vol de milieu YPGAL (induction de la CA4H et de la P450 Réductase) et on continue la culture jusqu'à une densité cellulaire de 10 OD. On arrête la culture par centrifugation des cellules puis on procède à la prépara¬ tion des microsomes selon un procédé standard impliquant la casse mécanique des cellules (Cullin et Pompon, 1988, Gène, 65, pp 203-217). On obtient ainsi une solution homogène de microsomes de 2,8 ml, conservée à -80°C sous forme d'aliquots de 100 microlitres, et qui sert de solu- tion stock pour toutes les expériences décrites par la suite. Pour mesurer la concentration totale en protéines dans cette solution stock de microsomes on se sert de la méthode de Pierce avec la serumalbumine comme standard. La concentration globale en Cytochrome P450 contenu dans ces microsomes est mesurée par spectrophotométrie diffé¬ rentielle selon la méthode décrite par Omura et Sato (1964, J. Biol. Chem. 239, pp 2379-2387) qui met en évi¬ dence la formation du pic caractéristique d'absorption autour de 450 nm du Cytochrome P450 réduit après fixation d'une molécule de monoxide de carbone sur l'atome fer du chromophore, par rapport à la forme réduite du cytochrome P450 en absence de monoxide de carbone. Plus précisément, on répartit dans deux cuvettes spectrophotométriques des quantités égales de la solution stock de microsomes (environ 2 mg de protéines toales) diluée 10 fois dans un tampon composé de 50 mM Tris-Hcl pH 7,4 et 1 mM EDTA et à laquelle on a ajouté auparavant quelques graines de dithionite de sodium afin de réduire totalement les cyto¬ chromes P450 présents dans les microsomes et de consommer tout oxygène libre dissous dans la solution. Les deux cuvettes contenant des quantités égales de microsomes réduits servent à faire la ligne de base entre 400 et 500 nm. On fait ensuite barboter une dizaine de bulles de monoxide de carbone dans la cuvette d'essai, ce qui mène à la formation du pic d'absorption vers 450 nm dû à la fixation du monoxide de carbone à l'ion fer du groupe hème présent dans le cytochrome P450, par rapport aux microsomes réduits dans la cuve témoin. En se servant du coefficient d'absorption qui est de 91 mM -1.cm-1 pour les cytochromes P450 on peut déduire directement de l'am¬ plitude du pic la concentration totale en cytochromes P450 contenu dans les microsomes. Dans la figure 4 est montré le spectre de différence en présence de monoxide de carbone obtenu avec une solution de microsomes 10 fois diluée de la solution stock. A partir du spectre qui montre le pic caractéristique à 453,5 nm, nous avons dé¬ terminé la concentration globale dans les microsomes après induction est de 1,2 micromolaire. La culture de contrôle (PES 1-3U) ne montrant dans les mêmes conditions expérimentales et les mêmes conditions de sensibilité au- cune trace détectable de cytochromes P450 nous pouvons conclure que le pic observé avec les microsomes de la culture induite de la souche WRCA doit provenir de 1'ex¬ pression de l'ADNc de la CA4H sur le plasmide. 6.3 Obtention d'un spectre de perturbation de type I suite à l'ajout de l'acide tr-cinnamique aux micro¬ somes obtenus à partir de la culture induite de la souche WRCAP450 in the microsomal fraction of the WRCA strain A preculture (150 ml) of the WRCA strain is carried out in SW5 medium at 28 ° C. with moderate stirring (100 rpm) up to a cell density of 3 OD, then 1 vol is added. / theft of YPGAL medium (induction of CA4H and P450 Reductase) and the culture is continued up to a cell density of 10 OD. The culture is stopped by centrifuging the cells and then the microsomes are prepared according to a standard process involving mechanical breakage of cells (Cullin and Pompon, 1988, Gene, 65, pp 203-217). A homogeneous microsome solution of 2.8 ml is thus obtained, stored at -80 ° C. in the form of aliquots of 100 microliters, and which serves as a stock solution for all the experiments described below. To measure the total protein concentration in this stock solution of microsomes we use the Pierce method with serum albumin as standard. The overall concentration of Cytochrome P450 contained in these microsomes is measured by differential spectrophotometry according to the method described by Omura and Sato (1964, J. Biol. Chem. 239, pp 2379-2387) which highlights the formation of the characteristic absorption peak around 450 nm of reduced Cytochrome P450 after fixing a carbon monoxide molecule on the iron atom of the chromophore, compared to the reduced form of cytochrome P450 in the absence of carbon monoxide. More precisely, two spectrophotometric cuvettes are distributed in equal amounts of the stock solution of microsomes (approximately 2 mg of protein proteins) diluted 10 times in a buffer composed of 50 mM Tris-Hcl pH 7.4 and 1 mM EDTA and to which a few seeds of sodium dithionite were added beforehand in order to completely reduce the P450 cyto¬ chromes present in the microsomes and to consume any free oxygen dissolved in the solution. The two cuvettes containing equal amounts of reduced microsomes are used to make the baseline between 400 and 500 nm. A dozen bubbles of carbon monoxide are then bubbled into the test cuvette, which leads to the formation of the absorption peak around 450 nm due to the fixation of carbon monoxide to the iron ion of the heme group present. in cytochrome P450, compared to reduced microsomes in the control tank. By using the absorption coefficient which is 91 mM -1.cm-1 for the cytochromes P450 one can directly deduce from the amplitude of the peak the total concentration in cytochromes P450 contained in microsomes. In Figure 4 is shown the difference spectrum in the presence of carbon monoxide obtained with a solution of microsomes 10 times diluted from the stock solution. From the spectrum which shows the characteristic peak at 453.5 nm, we have determined the overall concentration in the microsomes after induction is 1.2 micromolar. Since the control culture (PES 1-3U) does not show, under the same experimental conditions and the same sensitivity conditions, no detectable trace of cytochromes P450, we can conclude that the peak observed with the microsomes of the culture induced from the WRCA strain must come from the expression of the CA4H cDNA on the plasmid. 6.3 Obtaining a type I perturbation spectrum following the addition of tr-cinnamic acid to the micro¬ somes obtained from the induced culture of the WRCA strain
Une des propriétés les plus intéressantes des cyto¬ chromes P450 est la possibilité de pouvoir monitorer l'interaction de différentes molécules avec le site actif. En effet, la force du champ des ligands détermine des spectres typiques et bien codifiés (type I, II ou I in¬ versé) . Les spectres de type I, caractérisant généralement l'interaction d'un P450 avec son substrat spécifique, sont définis par la formation d'un pic négatif vers 420 nm et d'un pic positif vers 390 nm suite à la fixa¬ tion du substrat au cytochrome P450. Afin de fournir une preuve supplémentaire que le pic à 453,5 nm observé en figure 4 est bien dû à la présence de la CA4H de topinam¬ bour dans les microsomes de levure et que la protéines y est sous une forme active capable de fixer son substrat propre, il a été tenté d'obtenir un tel spectre par l'ad¬ jonction du tr-cinnamate aux microsomes. Plus précisément, on répartit des quantités égales de la solution stock de microsomes (culture induite de la souche WRCA) diluée 10 fois dans un tampon contenant 50 mM Tris-Hcl pH 7,4 et 1 mM EDTA dans deux cuvettes spectrophotométriques. En présence d'oxygène dissous dans le milieu, on peut rai¬ sonnablement supposer que les cytochromes P450 dans les microsomes sont sous leur forme oxydée, ayant fixé de l'oxygène sur le groupe hème. Une ligne de base est faite entre 370 et 490 nm avec les deux cuvettes identiques. Puis on ajoute à la cuve d'essai du tr-cinnamate à une concentration de 100 micromolaire, et on réalise un spectre différentiel absorption (cytochrome P450 oxydé versus cytochrome P450 oxydé plus substrat spécifique) entre 370 et 490 nm. Dans la figure 5 est montré l'ob¬ tention d'un spectre de perturbation de type I caracté¬ ristique d'un P450 après fixation de son substrat, en utilisant la même solution stock de microsomes que sous 6.2 qui montre bien la formation d'un pic négatif impor¬ tant à 418 nm et d'un pic positif à 390 nm après l'ajout du tr-cinnamate. Ce même type de spectre différentiel a été observé après l'ajout du tr-cinnamate à des micro¬ somes de topinambour (Benveniste et Durst, 1974, C.R. Acad. Se. Paris 278D, pp 1487-1490) . Ainsi le polypeptide issu de l'ADNc de la CA4H de topinambour possède toutes __ - les caractéristiques spectrales d'un cytochrome P450 dans les microsomes de levure et est capable de fixer spécifi¬ quement le tr-cinnamate comme substrat. 6.4 Démonstration de la conversion du tr-cinnamate en tr-coumarate par une culture de WRCA en milieu ga¬ lactoseOne of the most interesting properties of P450 cyto-chromes is the possibility of being able to monitor the interaction of different molecules with the active site. Indeed, the strength of the ligand field determines typical and well-coded spectra (type I, II or I in¬ versed). The type I spectra, generally characterizing the interaction of a P450 with its specific substrate, are defined by the formation of a negative peak around 420 nm and a positive peak around 390 nm following the fixation of the substrate cytochrome P450. In order to provide additional proof that the peak at 453.5 nm observed in FIG. 4 is indeed due to the presence of CA4H from topinam¬ bour in the yeast microsomes and that the protein is there in an active form capable of fixing its clean substrate, it has been attempted to obtain such a spectrum by the addition of tr-cinnamate to the microsomes. More precisely, equal amounts of the stock solution of microsomes (induced culture of the WRCA strain) are distributed 10 times diluted in a buffer containing 50 mM Tris-Hcl pH 7.4 and 1 mM EDTA in two spectrophotometric cuvettes. In the presence of oxygen dissolved in the medium can be rai ¬ ably assume that cytochromes P450 in microsomes are in their oxidized form, having attached oxygen on the heme group. A baseline is made between 370 and 490 nm with the two identical cuvettes. Then tr-cinnamate is added to the test tank at a concentration of 100 micromolar, and a differential absorption spectrum is produced (oxidized cytochrome P450 versus oxidized cytochrome P450 plus specific substrate) between 370 and 490 nm. In FIG. 5 is shown the obtaining of a type I disturbance spectrum characteristic of a P450 after fixing of its substrate, using the same stock solution of microsomes as in 6.2 which clearly shows the formation of an important negative peak at 418 nm and a positive peak at 390 nm after the addition of tr-cinnamate. This same type of differential spectrum was observed after the addition of tr-cinnamate to micro¬ somes of Jerusalem artichoke (Benveniste and Durst, 1974, CR Acad. Se. Paris 278D, pp 1487-1490). Thus, the polypeptide derived from the Jerusalem artichoke CA4H cDNA all has the spectral characteristics of a cytochrome P450 in yeast microsomes and is capable of specifically fixing tr-cinnamate as a substrate. 6.4 Demonstration of the conversion of tr-cinnamate to tr-coumarate by a culture of WRCA in a lactose medium
Il est indispensable de prouver que le spectre de perturbation observée suite à l'ajout du tr-cinnamate aux microsomes contenant la CA4H de topinambour est correlé à une activité catalytique de la CA4H qui résulte en la formation de tr-coumarate. Il est également très impor¬ tant de prouver que le tr-cinnamate ne rencontre pas de barrière de diffusion lors d'une culture de cellules en¬ tières et que le coumarate formé sera accumulé dans le milieu de culture, en vue d'une application de bioconver- sion sur cellules entières à l'échelle industrielle. A cette fin l'expérience suivante a été réalisée : 0,5 ml d'une préculture de WRCA en milieu minimum ont été ajoutés à 2 ml de milieu YPGAL frais contenant 10 microM de tr- cinnamate, puis on incube à 27 °C sous agitation modérée. Après 30 minutes, les cellules sont centrifugées et on pré¬ lève 1 mi du surnageant auquel on ajoute 1 ml d'une solu¬ tion saturée en NaCl et 1 ml d'acétate d'ethyle. Après avoir mélangé rigoureusement les deux phases sur vortex, on sépare les phases organique et aqueuse par centrifuga¬ tion, et on prélève un aliquot de la phase organique (acé¬ tate d'ethyle). On évapore à l'air et on reprend dans une solution 10 % méthanol.20 microlitres de l'échantillon sont séparés par HPLC sur colonne C18 en se servant d'un gradient linéaire. It is essential to prove that the spectrum of disturbance observed following the addition of tr-cinnamate to microsomes containing Jerusalem artichoke CA4H is correlated with a catalytic activity of CA4H which results in the formation of tr-coumarate. It is also very important to prove that tr-cinnamate does not meet a diffusion barrier during a culture of whole cells and that the coumarate formed will be accumulated in the culture medium, for application of bioconver- whole cells on an industrial scale. To this end, the following experiment was carried out: 0.5 ml of a WRCA preculture in minimum medium was added to 2 ml of fresh YPGAL medium containing 10 microM trinnamate, then incubated at 27 ° C. moderate agitation. After 30 minutes, the cells are centrifuged and 1 ml of the supernatant is removed, to which 1 ml of a solution saturated with NaCl and 1 ml of ethyl acetate are added. After having rigorously mixed the two phases on a vortex, the organic and aqueous phases are separated by centrifugation, and an aliquot of the organic phase (ethyl acetate) is removed. Evaporated in air and taken up in a 10% methanol solution. 20 microliters of the sample are separated by HPLC on column C18 using a linear gradient.
COMPOSITION DU GRADIENT HPLCCOMPOSITION OF THE HPLC GRADIENT
TABLEAU 1TABLE 1
TEMPS DEBIT COMPOSITION (min) (ml/min) A(%) B(%)COMPOSITION FLOW TIME (min) (ml / min) A (%) B (%)
0.00 1.00 1000.00 1.00 100
1.00 1.00 90 101.00 1.00 90 10
15.00 1.00 70 3015.00 1.00 70 30
15.10 1.00 0 6015.10 1.00 0 60
17.00 1.00 10017.00 1.00 100
A = 0.01% TFA B = Acetonitrile Un étalonnage préalable avec du tr-cinnamate et du tr-coumarate commercial pur avait démontré que sous les conditions de chromatographie décrites les deux pro¬ duits sont bien séparés. En effet le coumarate sort après 8 minutes environ, tandis que le tr-cinnamate sort après 11,5 min. En figure 6 est montré le chromatogramme de l'échantillon issu de l'expérience décrite ci-dessus. La longueur d'onde de détection choisie de 292 nm est un compromis où les deux substances absorbent bien. Il est clairement visible qu'il ne reste plus que des quantités négligeables et à peine détectables, alors qu'il apparaît un seul pic majeur à la position du tr-coumarate. Ainsi il est démontré que le polypeptide issu de l'ADNc végétal clone est bien une enzyme à cytochrome P450 sur la base de ses propriétés spectrales et que son activité cataly- tique est l'hydroxylation du tr-cinnamate en position quatre pour former le tr-coumarate, sans apparition de produits secondaires. Le tr-cinnamate est apparemment accessible aux cytochromes P450 intracellulaires, tandis que le produit de transformation est retrouvé dans le surnageant. Ni substrat, ni le produit de la conversion sont apparemment toxique pour la levure. 6.5 Détermination de la constante d'affinité de la CA4H pour le tr-cinnamate dans les microsomes de levure L'amplitude totale observée entre le maximum po¬ sitif à 370 nm et le pic négatif à 418 nm dans un spectre de perturbation de type I, varie en fonction du substrat spécifique ajouté , lorsque le substrat est en concentra¬ tion limitante par rapport aux cytochromes P450 capables de fixer ce substrat présents dans les microsomes. Si l'on reporte les valeurs inverses des amplitudes d'absorp¬ tion mesurées dans un spectre de perturbation de type I en fonction de la valeur inverse des concentrations crois¬ santes de substrat ajouté (représentation de Line eaver- Burk) , on obtient une droite et la constante d'affinité du cytochrome P450 considéré pour son substrat spécifique peut être calculé directement à partir du point d'inter¬ section de la droite avec l'axe X. En figure 7 est montrée une représentation de Lineweaver-Burk en reportant la va- riation de l'amplitude d'absorption dans un spectre de type I en fonction du tr-cinnamate ajouté en quantités croissantes à des microsomes oxydés issus d'une culture induite de la souche WRCA. Les conditions expérimentales étant identiques à celles décrites sous 3.3 à l'exception des concentrations en tr-cinnamate utilisées allant de 0,2, 1,0, 3,0, 10,0 à 30,0 icroM, elles ne seront pas reprises ici. La constante d'affinité de la CA4H de topi¬ nambour dans les microsomes de levure en présence de la P450 Réductase endogène de levure ainsi mesurée est de 2,2 microM, ce qui est en excellente concordance avec les valeurs obtenues avec des microsomes de topinambour qui varient entre 1 et 10 microM selon les préparations (F. Durst, communication personnelle) . Il est donc évident que la levure S. cer. fournit l'environnement similaire à celui de la plante pour l'expression efficace de la CA4H. 6.6 Détermination de l'efficacité de couplage entre la P450 Réductase de levure et la CA4H de topinambour dans les microsomes de la souche WRCAA = 0.01% TFA B = Acetonitrile A preliminary calibration with tr-cinnamate and pure commercial tr-coumarate had demonstrated that under the chromatography conditions described the two products are well separated. In fact, the coumarate comes out after about 8 minutes, while the tr-cinnamate comes out after 11.5 min. In Figure 6 is shown the chromatogram of the sample from the experiment described above. The chosen detection wavelength of 292 nm is a compromise where the two substances absorb well. It is clearly visible that there are only negligible and barely detectable quantities left, whereas a single major peak appears at the position of tr-coumarate. Thus it has been demonstrated that the polypeptide derived from the cloned plant cDNA is indeed a cytochrome P450 enzyme on the basis of its spectral properties and that its catalytic activity is the hydroxylation of tr-cinnamate in position four to form the tr -coumarate, without appearance of secondary products. Tr-cinnamate is apparently accessible to intracellular cytochrome P450, while the transformation product is found in the supernatant. Neither the substrate nor the product of the conversion are apparently toxic to yeast. 6.5 Determination of the CA4H affinity constant for tr-cinnamate in yeast microsomes The total amplitude observed between the positive maximum at 370 nm and the negative peak at 418 nm in a type I disturbance spectrum , varies as a function of the specific substrate added, when the substrate is in limiting concentration with respect to the cytochromes P450 capable of fixing this substrate present in the microsomes. If the inverse values of the absorption amplitudes measured in a type I perturbation spectrum are plotted as a function of the inverse value of the increasing concentrations of added substrate (representation of Line eaver-Burk), one obtains a right and the affinity constant of the cytochrome P450 considered for its specific substrate can be calculated directly from the point of intersection of the straight line with the X axis. In FIG. 7 is shown a representation of Lineweaver-Burk by plotting the variation of the amplitude of absorption in a type I spectrum as a function of the tr-cinnamate added in increasing amounts to oxidized microsomes originating from an induced culture of the WRCA strain. The experimental conditions being identical to those described in 3.3 with the exception of the tr-cinnamate concentrations used ranging from 0.2, 1.0, 3.0, 10.0 to 30.0 icroM, they will not be repeated here . The affinity constant of topiambour CA4H in yeast microsomes in the presence of endogenous yeast P450 Reductase thus measured is 2.2 microM, which is in excellent agreement with the values obtained with Jerusalem artichoke microsomes which vary between 1 and 10 microM depending on the preparations (F. Durst, personal communication). It is therefore evident that the yeast S. cer. provides the plant-like environment for efficient expression of CA4H. 6.6 Determination of the coupling efficiency between the yeast P450 Reductase and the Jerusalem artichoke CA4H in the microsomes of the WRCA strain
Les cytochromes P450 ne sont pas autosuffisants pour effectuer 1'hydroxylation de leurs substrats. Le com¬ plexe enzymatique actif est constitué de deux composants, le cytochrome P450 et la P450 Réductase, qui assure la chaîne de transport des électrons nécessaires à l'hydro¬ xylation du NADPH vers le Cytochrome P450. En cas de cou- plage parfait (illustré en figure 8) on observera donc la consommation d'une molécule de NADPH par molécule de produit formé. Aucun cytochrome P450 végétal n'ayant ja¬ mais été exprimé chez la levure, il est primordial de s'assurer que la levure fournit l'environnement réducteur adéquat à l'activité enzymatique de la CA4H de topinambour, Dans ce but l'expérience suivante a été réalisée : un mélange réactionnel constitué de 6 nM de CA4H (dilution 1 pour 200 de la solution stock de microsomes) dans un tampon phosphate 50 mM pH 7,4 et de NADPH réduit 0,1 mg/ml est réparti à parts égales dans deux cuvettes spectropho- tométriques. La quantité de NADPH réduit dans les deux cuves étant identique, l'absorption différentielle ini¬ tiale mesurée à 350 nm est zéro. Puis on ajoute à la cu¬ vette d'essai du tr-cinnamate à la concentration finale de 10 microM. En cas de couplage parfait on doit enregis¬ trer à 350 nm une diminution d'absorption correspondant à la consommation d'une quantité équivalente de NADPH. En figure 8 est montré l'enregistrement de cette expé¬ rience. L'ajout de 10 nmoles de tr-cinnamate résulte en une diminution de l'absorption initiale dans la cuve d'es¬ sai de 0,06 OD.Cytochromes P450 are not self-sufficient to perform the hydroxylation of their substrates. The active enzyme complex consists of two components, cytochrome P450 and P450 Reductase, which provides the electron transport chain necessary for the hydroxylation of NADPH to Cytochrome P450. In the event of perfect coupling (illustrated in FIG. 8), the consumption of one molecule of NADPH per molecule of product formed will therefore be observed. Since no plant cytochrome P450 has ever been expressed in yeast, it is essential to ensure that the yeast provides the reducing environment suitable for the enzymatic activity of Jerusalem artichoke CA4H, For this purpose the following experiment was carried out: a reaction mixture consisting of 6 nM CA4H (dilution 1 to 200 of the stock solution of microsomes) in a 50 mM phosphate buffer pH 7.4 and reduced NADPH 0.1 mg / ml is distributed in equal parts in two spectrophotometric cuvettes. The quantity of reduced NADPH in the two tanks being identical, the initial differential absorption measured at 350 nm is zero. Then tr-cinnamate is added to the test dish at the final concentration of 10 microM. In the event of perfect coupling, a reduction in absorption corresponding to the consumption of an equivalent quantity of NADPH must be recorded at 350 nm. In Figure 8 is shown the recording of this experience. The addition of 10 nmoles of tr-cinnamate results in a reduction of the initial absorption in the es¬ sai tank of 0.06 OD.
En se servant du coefficient molaire du NADPH ré- duit (6200 M -1 cm-1) il est facile de convertir la varia¬ tion d'absorption en moles NADPH oxydés. En effet, après l'ajout de 10 nmoles de tr-cinnamate 9,7 nmoles de NADPH ont été oxydés, ce qui résulte en un facteur de couplage de 1,03. Il est donc évident que la P450 Réductase de la levure est capable de parfaitement assurer la chaîne de transport des électrons vers la CA4H de topinambour afin de le faire fonctionner. 6.7 Détermination de la vitesse maximale de conversion de la CA4H dans les microsomes de levure ainsi que le KmUsing the reduced NADPH molar coefficient (6200 M -1 cm-1), it is easy to convert the absorption variation into moles of oxidized NADPH. Indeed, after the addition of 10 nmoles of tr-cinnamate 9.7 nmoles of NADPH were oxidized, which results in a coupling factor of 1.03. It is therefore obvious that the yeast P450 Reductase is capable of perfectly ensuring the electron transport chain towards the Jerusalem artichoke CA4H in order to make it work. 6.7 Determination of the maximum rate of conversion of CA4H in yeast microsomes as well as the Km
La vitesse maximale de conversion du cytochrome P450 végétal mesurée dans les microsomes de levure est une valeur très importante pour apprécier si S. Cer est un outil industriel intéressant pour y réaliser des bio¬ conversions à l'aide de cytochromes P450, la vitesse de la réaction enzymatique étant un des critères principaux. Ceci d'autant plus que les cytochromes P450 de mammifères sont connus pour être des enzymes dites"lentes" . Dans la même expérience on déterminera également la constante de Michaelis, qui donne la concentration en substrat né¬ cessaire pour que la CA4H fonctionne à 50 % de sa vitesse maximale. Sous 3.6 il a été démontré que l'efficacité de couplage entre la P450 Réductase de levure et la CA4H exprimé par la relation de NADPH consommé pour substrat converti est très voisin de 1. De ce fait il est possible de suivre 1'activité de la CA4H en fonction de la concen- tration du tr-cinnamate ajouté par la vitesse de consomma¬ tion du NADPH. En effet, le NADPH réduit absorbe fortement à une longueur d'onde de 340 nm (coefficient d'absorption molaire = 6200) et la pente de la variation de l'absorp¬ tion dans le temps est directement proportionnelle à la vitesse de la transformation du tr-cinnamate en coumarate par la CA4H. Néanmoins afin d'éviter des interférences avec le coumarate formé qui absorbe faiblement à 340 nm, les mesures seront effectuées à 350 nm, une longueur d'onde ou seul le NADPH réduit montre une forte absorption. Plus précisément, on réalise un mélange réactionnel, constitué d'une dilution 200 fois (concentration finale en CA4H est de 6 nM) de la solution stock de microsomes dans un tampon phosphate 50 mM à pH 7,4 et du NADPH ré¬ duit en excès à 0,1 mg/ml. Ce mélange est réparti à par- ties égales dans deux cuvettes spectrophoto étriques, on ajoute des concentrations croissantes de tr-cinnamate au temps zéro, puis on suit par spectrophoto étrie différen¬ tielle la diminution de l'absorption initiale à 350 nm dans le temps dans la cuve d'essai par rapport à la cuve témoin. On a effectué les enregistrements de cette expé¬ rience pour des concentrations en tr-cinnamate de 0, 0,4, 0,8, 1,6, 3,2, 6,4, 12,6 et 25 microM. A partir des pentes obtenues, il est donc possible de les convertir directement en activité CA4H et de réaliser une représentation selon Linevreaver-Burk en reportant l'inverse des activités CA4H mesurées en fonction de l'inverse de la concentration de tr-cinnamate ajoutée au milieu réactionnel. Le point d'intersection de la droite ainsi obtenue (figure 9 avec l'axe Y donnent la valeur de la vitesse maximum de con- version de la CA4H, tandis que le point d'intersection avec l'axe X donne la valeur du Km. La vitesse maximale in vitro de 400 +/- 50 min est la plus grande obtenue à ce jour pour un P450 eucaryotique ce qui montre bien que dans un contexte génétique où il est possible de surexpri- mer simultanément la P450 Réductase de levure et la CA4H, S. cer. fournit le meilleur environnement connu actuelle¬ ment afin de faire fonctionner de façon très efficace un cytochrome P450 végétal. Sur la base des activités me¬ surées in vitro, la souche WRCA est un excellent candidat pour réaliser la bioconversion du tr-cinnamate en couma¬ rate par la CA4H à l'échelle industrielle. Dans ce sens la valeur très basse du Km de 1,2 microM acquiert toute son importance, puisque de faibles concentrations intra¬ cellulaires en tr-cinnamate de l'ordre micromolaire suf- fisent pour faire tourner la CA4H à plein régime.The maximum speed of conversion of plant cytochrome P450 measured in yeast microsomes is a very important value to assess whether S. Cer is an interesting industrial tool for carrying out bio¬ conversions using cytochromes P450, the speed of enzymatic reaction being one of the main criteria. This is all the more so since the mammalian cytochrome P450 are known to be so-called "slow" enzymes. In the same experiment, the Michaelis constant will also be determined, which gives the substrate concentration necessary for the CA4H to operate at 50% of its maximum speed. In 3.6 it was shown that the coupling efficiency between the yeast P450 Reductase and the CA4H expressed by the relation of NADPH consumed for converted substrate is very close to 1. Therefore it is possible to follow the activity of the CA4H as a function of the concentration of tr-cinnamate added by the rate of consumption of NADPH. Indeed, the reduced NADPH absorbs strongly at a wavelength of 340 nm (molar absorption coefficient = 6200) and the slope of the variation in absorption over time is directly proportional to the speed of the transformation. tr-cinnamate to coumarate by CA4H. However, in order to avoid interference with the coumarate formed which absorbs weakly at 340 nm, the measurements will be made at 350 nm, a wavelength where only the reduced NADPH shows strong absorption. More specifically, a reaction mixture, consisting of a 200-fold dilution (final concentration of CA4H is 6 nM), is carried out of the stock solution of microsomes in a 50 mM phosphate buffer at pH 7.4 and NADPH reduced to excess to 0.1 mg / ml. This mixture is distributed in equal parts in two spectrophoto etric cuvettes, increasing concentrations of tr-cinnamate are added at time zero, then the decrease in initial absorption at 350 nm over time is followed by differential etrop spectrophoto in the test tank compared to the control tank. The recordings of this experiment were made for tr-cinnamate concentrations of 0, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2, 6.4, 12.6 and 25 microM. From the slopes obtained, it is therefore possible to convert them directly into CA4H activity and to perform a representation according to Linevreaver-Burk by reporting the inverse of CA4H activities measured as a function of the inverse of the concentration of tr-cinnamate added to the reaction medium. The point of intersection of the line thus obtained (Figure 9 with the Y axis gives the value of the maximum conversion speed of the CA4H, while the point of intersection with the X axis gives the value of Km The maximum in vitro speed of 400 +/- 50 min is the highest obtained to date for a eukaryotic P450, which clearly shows that in a genetic context where it is possible to simultaneously overexpress the yeast P450 Reductase and the CA4H, S. cer provides the best environment currently known in order to operate a plant cytochrome P450 very efficiently. On the basis of activities measured in vitro, the WRCA strain is an excellent candidate for carrying out the bioconversion of tr-cinnamate in couma¬ rate by CA4H on an industrial scale. In this sense the very low value of Km of 1.2 microM acquires its importance, since low intra¬ cellular concentrations of tr-cinnamate of the order micromolar is enough to run the CA4H at full speed.
5.8 Mesure directe de la vitesse maximale de conversion de la CA4H sur des microsomes de WRCA5.8 Direct measurement of the maximum CA4H conversion speed on WRCA microsomes
La mesure de la consommation de NADPH est certaine¬ ment très appropriée au niveau expérimental, mais ne constitue qu'une preuve indirecte de l'activité enzyma¬ tique de la CA4H. Il reste donc très important de valider les résultats ainsi obtenus sous 3.7 par des mesures d'activité réelle, c'est-à-dire les valeurs comparables pour la vitesse maximale de conversion de la CA4H doivent être retrouvées lorsqu'on suit l'activité enzymatique par la mesure de la quantité de tr-coumarate formé. A cette fin l'expérience suivante a été réalisée : un mélange réactionnel de 1 ml contenant 50 mM tampon phosphate pH 7,4, 50 microM tr-cinnamate, 0,1 mg/ml NADPH et 12 p oles de CA4H (dilution 1 pour 1000 de la solution stock de microsomes) est préparé sur la glace. Les micro¬ somes sont ajoutés en dernier lieu, puis la réaction est démarré en plaçant le milieu réactionnel complet à 37°C. La réaction est arrêtée aux temps indiqués au tableau 2, par prélèvement d'un échantillon de 50 microlitres auquel on ajoute 2,5 microlitres de l'acide trifluoroacétique, puis on sépare par HPLC dans les conditions décrites ci- dessus. La figure 10 montre la cinétique de la formation du coumarate en se servant des valeurs du tableau . En effet dans une initiale de 6 minutes où le substrat est en excès, la formation de tr-coumarate est linéaire dans le temps et décline rapidement ensuite pour atteindre le plateau après 15 minutes seulement. Ceci se traduit par un rapide déclin de la vitesse maximale quand le substrat commence à devenir limitant. Il est très important à noter que la valeur de la vitesse maximale de conversion de laMeasuring the consumption of NADPH is certainly very appropriate at the experimental level, but is only indirect proof of the enzymatic activity of CA4H. It therefore remains very important to validate the results thus obtained under 3.7 by real activity measurements, that is to say the comparable values for the maximum CA4H conversion speed must be found when monitoring the activity. enzymatic by measuring the amount of tr-coumarate formed. To this end, the following experiment was carried out: a reaction mixture of 1 ml containing 50 mM phosphate buffer pH 7.4, 50 microM tr-cinnamate, 0.1 mg / ml NADPH and 12 poles of CA4H (dilution 1 for 1000 of the solution stock of microsomes) is prepared on ice. The micro¬ somes are added last, then the reaction is started by placing the complete reaction medium at 37 ° C. The reaction is stopped at the times indicated in Table 2, by taking a sample of 50 microliters to which 2.5 microliters of trifluoroacetic acid is added, then separation by HPLC under the conditions described above. Figure 10 shows the kinetics of coumarate formation using the values from the table. In fact, in an initial 6 minutes when the substrate is in excess, the formation of tr-coumarate is linear over time and rapidly declines to reach the plateau after only 15 minutes. This results in a rapid decline in maximum speed when the substrate begins to become limiting. It is very important to note that the value of the maximum conversion speed of the
-1 CA4H est de 350 min lorsque le substrat est en excès, une valeur qui est en parfaite concordance avec les va¬ leurs trouvées par test indirect, ce qui renforce les commentaires faits sous 3.7.-1 CA4H is 350 min when the substrate is in excess, a value which is in perfect agreement with the values found by indirect test, which reinforces the comments made under 3.7.
Figure imgf000037_0001
VU) Procédé de bioconversion mettant en oeuyre une souche de levure surexprimant la P450 Réductase endogène ainsi qu'un cytochrome P450 végétal. Exemplification par la production de tr-coumarate à partir du tr- cinnamate sur cellules entières contenant la CA4H de topinambour.
Figure imgf000037_0001
V U ) Bioconversion process using a yeast strain overexpressing endogenous P450 Reductase and a plant cytochrome P450. Exemplification by the production of tr-coumarate from tr-cinnamate on whole cells containing the Jerusalem artichoke CA4H.
Une culture de 200 ml dans un erlenmeyer de 1 L de la souche WRCA est incubée à 27°C sous agitation vi¬ goureuse (200 rpm) dans un milieu YPGAL jusqu'à 5 DO (phase stationnaire de saturation) . A ce moment on ajoute du cinnamate à une concentration finale de 100 microM, puis on continue l'incubation. On prélève des échantillons de 100 microlitres au moment de l'ajout du tr-cinnamate et puis 1, 10, 30, et 100 minutes après l'ajout. Puis on procède à l'extraction selon les méthodes décrites sous 3.3, et on analyse les échantillons par chromatographie HPLC (voir 3.3). La longueur d'onde d'analyse est volon¬ tairement choisie à 314 nm, une longueur d'onde où l'ab¬ sorption du tr-coumarate est presque maximale tandis que le tr-cinnamate n'absorbe que très peu. L'amplitude des pics d'absorption n'est par conséquence pas identique pour une même concentration de tr-cinnamate et du tr-cou¬ marate. Le but de cette expérience étant de quantifier l'évolution de la quantité de tr-coumarate trouvée dans le milieu de culture en fonction du temps, une échelle de concentrations connues de tr-coumarate a été utilisée pour la calibration, permettant de traduire l'amplitude du pic de coumarate en concentration ou en nombre de molé¬ cules de tr-coumarate formé. La superposition de 4 chro- matogrammes a été réalisée sur les 4 échantillons préle¬ vés aux temps indiqués ci-dessus. Il est évident que très vite après l'ajout du tr-cinnamate, on peut déceler des quantités importantes dans le milieu de culture sans appa¬ rition de produits secondaires. Vu la valeur de la cons- tante d'affinité de la CA4H pour le tr-cinnamate qui est de l'ordre micromolaire, il est clair que au moins 95 % du substrat initialement présent dans la culture seront transformés en tr-coumarate avant que la concentration devienne limitante. Le fait de retrouver des quantités importantes de tr-coumarate rapidement dans le milieu de culture laisse supposer que le tr-cinnamate diffuse suf¬ fisamment vite dans la cellule pour que la CA4H puisse fonctionner à plein, régime, et aussi que le produit formé n'est pas retenu ou métabolisé dans la levure mais excrété dans le milieu. Ceci rend faisable la récupération puis la purification du produit lors d'une bioconversion à l'é¬ chelle industrielle, mais explique aussi l'apparente ino- cuité du coumarate pour la cellule. Il est en effet peu probable d'obtenir en grande quantité un produit par bio- conversion s'il est accumulé à l'intérieur de la cellule. Sur labase des pics observés en figure 11 la productivité calculée est de 10 micromoles de coumarate formés/minute. litre de culture. En figure 11 est montrée une cinétique qui reporte le nombre de tr-coumarate formée par cellule de levures (calculé à partir des chromatogrammes) en fonc¬ tion du temps. Il est clair que ce processus de bioconver¬ sion est tout-à-fait stable dans le temps. Ceci est un critère essentiel pour l'application de la souche WRCA pour un procédé industriel d'obtention de tr-coumarate r bioconversion. En extrapolant cette frappante stabili¬ té de la CA4H de topinambour dans la levure par rapport à d'autres cytochromes P450 de mammifères la productivité citée ci-dessus sera d'environ 10 grammes de coumarate formé par jour et par litre de culture dans des conditions de laboratoire. Ces valeurs peuvent raisonnablement être améliorées d'un facteur 5 lors d'un procédé de fermenta¬ tion industriel. A 200 ml culture in a 1 L Erlenmeyer flask of the WRCA strain is incubated at 27 ° C. with vigorous stirring (200 rpm) in YPGAL medium up to 5 DO (stationary saturation phase). At this time, cinnamate is added to a final concentration of 100 microM, then the incubation is continued. Samples of 100 microliters are taken at the time of the addition of the tr-cinnamate and then 1, 10, 30, and 100 minutes after the addition. Then the extraction is carried out according to the methods described in 3.3, and the samples are analyzed by HPLC chromatography (see 3.3). The analysis wavelength is voluntarily chosen at 314 nm, a wavelength where the absorption of tr-coumarate is almost maximum while tr-cinnamate absorbs very little. The amplitude of the absorption peaks is therefore not identical for the same concentration of tr-cinnamate and tr-cou¬ marate. The aim of this experiment being to quantify the evolution of the amount of tr-coumarate found in the culture medium as a function of time, a scale of known concentrations of tr-coumarate was used for the calibration, making it possible to translate the amplitude of the coumarate peak in concentration or in number of molecules of tr-coumarate formed. The superimposition of 4 chromatograms was carried out on the 4 samples taken at the times indicated above. It is obvious that very quickly after the addition of tr-cinnamate, large quantities can be detected in the culture medium without the appearance of secondary products. Given the value of the affinity constant of CA4H for tr-cinnamate which is micromolar, it is clear that at least 95% of the substrate initially present in the culture will be transformed into tr-coumarate before the concentration becomes limiting. The fact of finding large quantities of tr-coumarate quickly in the culture medium suggests that the tr-cinnamate diffuses sufficiently quickly in the cell so that the CA4H can operate at full speed, and also that the product formed n is not retained or metabolized in yeast but excreted in the medium. This makes it possible to recover and then purify the product during bioconversion on an industrial scale, but also explains the apparent inocuity of coumarate for the cell. It is indeed unlikely to obtain a large quantity of a product by bio-conversion if it is accumulated inside the cell. On the basis of the peaks observed in FIG. 11, the calculated productivity is 10 micromoles of coumarate formed / minute. liter of culture. In FIG. 11 is shown a kinetics which reports the number of tr-coumarate formed per yeast cell (calculated from the chromatograms) as a function of time. It is clear that this bioconversion process is completely stable over time. This is an essential criterion for the application of the WRCA strain for an industrial process for obtaining bioconversion tr-coumarate. By extrapolating this striking stability of the Jerusalem artichoke CA4H in yeast compared to other mammalian cytochrome P450, the productivity cited above will be approximately 10 grams of coumarate formed per day per liter of culture under conditions laboratory. These values can reasonably be improved by a factor of 5 during an industrial fermentation process.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Souche de levure permettant la co-expression d'une activité mono-oxygénase de cytochrome P450 de plante et d'une NADPH- cytochrome P450-réductase endogène ou hétérologue, caractérisée en ce que l'un des gènes de la NADPH-cytochrome P450-réductase ou du cytochrome P450 est intégré dans le chromosome de ladite souche, et, la souche est transformée par un vecteur portant une cassette d'expression de l'autre gène.1) Yeast strain allowing the co-expression of a plant cytochrome P450 mono-oxygenase activity and an endogenous or heterologous NADPH- cytochrome P450-reductase, characterized in that one of the genes of NADPH-cytochrome P450-reductase or cytochrome P450 is integrated into the chromosome of said strain, and, the strain is transformed by a vector carrying an expression cassette for the other gene.
2) Souche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gène de cytochrome P450 microsomal d'origine végétale est intégré dans le chromosome de ladite souche de levure.2) A strain according to claim 1, characterized in that the microsomal cytochrome P450 gene of plant origin is integrated into the chromosome of said yeast strain.
3) Souche de levure selon la revendication 1 ou 2 permettant la co- expression d'une activité mono-oxygénase de cytochrome P450 hétérologue et d'une NADPH-cytochrome P450-réductase endogène ou hétérologue, caractérisée en ce que le gène de la NADPH-cytochrome P450- réductase est intégré dans le génome chromosomique de ladite souche et la souche est transformée par un vecteur portant une cassette d'expression du gène de cytochrome P450 de plante.3) Yeast strain according to claim 1 or 2 allowing the co-expression of a heterologous cytochrome P450 monooxygenase activity and an endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase, characterized in that the NADPH gene -cytochrome P450- reductase is integrated into the chromosomal genome of said strain and the strain is transformed by a vector carrying an expression cassette for the plant cytochrome P450 gene.
4) Souche selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit vecteur est un vecteur d'intégration ou un vecteur réplicatif.4) Strain according to one of claims 1 or 2, characterized in that said vector is an integration vector or a replicative vector.
5) Souche selon la revendication 3, caractérisée en ce que les gènes de cytochrome P450 et NADPH-cytochrome -P450-réductase sont intégrés dans le chromosome de ladite souche.5) A strain according to claim 3, characterized in that the cytochrome P450 and NADPH-cytochrome -P450-reductase genes are integrated into the chromosome of said strain.
6) Souche selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le cytochrome P450 est la protéine CA4H d'Helianthus tuberosus.6) Strain according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cytochrome P450 is the CA4H protein of Helianthus tuberosus.
7) Souche selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit cytochrome P450 est la protéine CA4H d'Arabidopsis thaliana.7) Strain according to one of claims 1 to 6, characterized in that said cytochrome P450 is the CA4H protein of Arabidopsis thaliana.
8) Souche selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit gène dudit cytochrome P450 est un gène hybride. 9) Souche selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la NADPH-cytochrome P450-réductase est la NADPH-cytochrome P450- réductase endogène de levure.8) Strain according to one of claims 1 to 7, characterized in that said gene of said cytochrome P450 is a hybrid gene. 9) Strain according to one of claims 1 to 8, characterized in that the NADPH-cytochrome P450-reductase is the endogenous yeast NADPH-cytochrome P450-reductase.
10) Souche selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit gène de la NADPH-cytochrome P450-réductase consiste dans la séquence d'ADNc codant pour la NADPH-cytochrome P450-réductase hétérologue. 11) Souche selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit gène de la NADPH-cytochrome P450-réductase est celui d'une NADPH-cytochrome P450-réductase d'origine végétale.10) Strain according to one of claims 1 to 9, characterized in that said gene of NADPH-cytochrome P450-reductase consists in the cDNA sequence coding for heterologous NADPH-cytochrome P450-reductase. 11) Strain according to one of claims 1 to 10, characterized in that said gene of NADPH-cytochrome P450-reductase is that of a NADPH-cytochrome P450-reductase of plant origin.
12) Souche selon la revendication 11, caractérisée en ce que la NADPH-cytochrome P450- réductase est une NADPH-cytochrome P450- réductase d'Arabidopsis thaliana..12) Strain according to claim 11, characterized in that the NADPH-cytochrome P450-reductase is a NADPH-cytochrome P450-reductase from Arabidopsis thaliana ..
13) Souche selon la revendication 11, caractérisée en ce que la NADPH-cytochrome P450- réductase est une NADPH-cytochrome P450- réductase d'Helianthus tuberosus. 14) Souche selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que les gènes de la NADPH-cytochrome P450-réductase et du cytochrome P450 sont intégrés dans le locus de la NADPH-cytochrome P450-réductase endogène sur des allèles différents.13) A strain according to claim 11, characterized in that the NADPH-cytochrome P450-reductase is a NADPH-cytochrome P450-reductase from Helianthus tuberosus. 14) Strain according to one of claims 1 to 13, characterized in that the NADPH-cytochrome P450-reductase and cytochrome P450 genes are integrated into the locus of the endogenous NADPH-cytochrome P450-reductase on different alleles.
15) Souche de levure selon l'une des revendications 1 à 14, caracérisée en ce que la levure est choisie parmi les genres15) Yeast strain according to one of claims 1 to 14, characterized in that the yeast is chosen from the genera
Saccharomvces. Hansenula. Kluvveromvces. Pichia. et Yarrowia.Saccharomvces. Hansenula. Kluvveromvces. Pichia. and Yarrowia.
16) Souche selon la revendication 15, caractérisée en ce que la levure est du genre Saccharomvces cerevisiae.16) Strain according to claim 15, characterized in that the yeast is of the genus Saccharomvces cerevisiae.
17) Souche l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que dans ledit vecteur d'expression le gène de cytochrome P450 est mis sous le contrôle d'un promoteur inductible.17) Strain one of claims 1 to 16, characterized in that in said expression vector the cytochrome P450 gene is placed under the control of an inducible promoter.
18) Souche selon la revendication 17, caractérisée en ce que ledit vecteur est le vecteur pYEDP60.18) Strain according to claim 17, characterized in that said vector is the vector pYEDP60.
19) Souche selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que le gène de NADPH-cytochrome P450-réductase est placé sous le contrôle d'un promoteur hétérologue inductible.19) Strain according to one of claims 1 to 18, characterized in that the NADPH-cytochrome P450-reductase gene is placed under the control of an inducible heterologous promoter.
20) Souche selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que le gène de NADPH-cytochrome P450-réductase et le gène de cytochrome P450 sont placés sous le contrôle d'un même promoteur inductible.20) Strain according to one of claims 1 to 19, characterized in that the NADPH-cytochrome P450-reductase gene and the cytochrome P450 gene are placed under the control of the same inducible promoter.
21) Souche selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisée en ce que ledit promoteur inductible est le promoteur GAL10/CYC1.21) Strain according to one of claims 17 to 20, characterized in that said inducible promoter is the GAL10 / CYC1 promoter.
22) Souche selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisée en ce que ladite souche est obtenue à partir de la souche PES 1-3-U déposée à la Collection Nationale de Cultures de Microorganismes (CNCM) sous le n' I- 1187. 23) Souche selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisée en ce que ladite souche est la souche WRCA obtenue par transformation de la souche PES 1-3-U par le vecteur pCA4H/YeDP60.22) Strain according to one of claims 1 to 21, characterized in that said strain is obtained from the strain PES 1-3-U deposited in the National Collection of Cultures of Microorganisms (CNCM) under the n 'I- 1187. 23) Strain according to one of claims 1 to 22, characterized in that said strain is the WRCA strain obtained by transformation of the PES 1-3-U strain with the vector pCA4H / YeDP60.
24) Souche de levure selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisée en ce qu'elle permet la co-expression de la NADPH- cytochrome P450-réductase et du cytochrome P450 dans un rapport molaire NADPH-cytochrome P450-réductase/cytochrome P450 optimum qui est entre 1/3 et 1/10.24) Yeast strain according to one of claims 1 to 23, characterized in that it allows the co-expression of NADPH-cytochrome P450-reductase and cytochrome P450 in a NADPH-cytochrome P450-reductase / cytochrome molar ratio P450 optimum which is between 1/3 and 1/10.
25) Procédé de co-expression chez une levure de l'activité mono- oxygénase de cytochrome P450 microsomal de plante et de NADPH- cytochrome P450 endogène ou hétérologue, caractérisé en ce qu'on cultive dans un milieu de culture approprié une souche selon l'une des revendications 1 à 24.25) A method of co-expression in a yeast of the mono-oxygenase activity of microsomal cytochrome P450 of plant and of endogenous or heterologous NADPH-cytochrome P450, characterized in that a strain according to l is cultivated in an appropriate culture medium 'One of claims 1 to 24.
26) Utilisation à des fins de bioconversion d'une souche de levure selon l'une des revendications 1 à 24.26) Use for bioconversion purposes of a yeast strain according to one of claims 1 to 24.
27) Procédé de bioconversion destiné à la monoxydation spécifique d'un composé substrat d'un cytochrome P450, caractérisé en ce qu'on convertit un milieu contenant ledit composé ou un précurseur avec l'une des souches selon P'une des revendications 1 à 24, exprimant l'activité monoxygénase dudit cytochrome P450 et en ce qu'on récupère ledit composé substrat monoxygéné.27) Bioconversion process intended for the specific monoxidation of a substrate compound of a cytochrome P450, characterized in that a medium containing said compound or a precursor is converted with one of the strains according to one of claims 1 to 24, expressing the monoxygenase activity of said cytochrome P450 and in that said monoxygenated substrate compound is recovered.
28) Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que ledit milieu est un milieu de culture.28) Method according to claim 27, characterized in that said medium is a culture medium.
29) Procédé de bioconversion selon l'une des revendications 27 ou 28, caractérisé en ce que la monoxygénation est une hydroxylation stéréospécifique.29) Bioconversion process according to one of claims 27 or 28, characterized in that the monoxygenation is a stereospecific hydroxylation.
30) Procédé selon la revendication 29, caractérisé en ce que le cytochrome P450 est la CA4H, le composé substrat est le trans-cinnamate, et on récupère le trans-coumarate. 31) Séquence d'ADNc codant pour le cytochrome P450 CA4H d'Helianthus tuberosus.30) Method according to claim 29, characterized in that the cytochrome P450 is CA4H, the substrate compound is trans-cinnamate, and the trans-coumarate is recovered. 31) cDNA sequence coding for Helianthus tuberosus cytochrome P450 CA4H.
32) Séquence d'ADNc codant pour le cytochrome P450 CA4H d'Arabidopsis thaliana.32) cDNA sequence coding for the cytochrome P450 CA4H of Arabidopsis thaliana.
33) Séquence d'ADNc selon la revendication 31 telle que représentée à la figure 1.33) cDNA sequence according to claim 31 as shown in Figure 1.
34) Séquence d'ADNc selon la revendication 32 telle que représentée à la Figure 12. 35) Séquence d'ADNc s'hy bridant dans des conditions faiblement stringentes à 50°C et/ou présentant au moins 60 % d'homologie avec l'une des séquences selon l'une des revendications 31 à 34. 34) cDNA sequence according to claim 32 as shown in Figure 12. 35) Sequence of cDNA hybridizing under weakly stringent conditions at 50 ° C and / or having at least 60% homology with one of the sequences according to one of claims 31 to 34.
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