WO2012124639A1 - 改変型アミノ基転移酵素、その遺伝子、およびそれらを利用した光学活性アミノ化合物の製造方法 - Google Patents
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- the ketone compound represented by the formula (1) is 1-tetralone, 2-tetralone, 5-methoxy-2-tetralone, 6-methoxy-2-tetralone, 7-methoxy-2-tetralone, 8-methoxy-2.
- -Tetralone 1-benzyl-3-pyrrolidinone, 1-Boc-3-pyrrolidinone, 1-Cbz-3-pyrrolidinone, 1-benzyl-3-piperidinone, 1-Boc-3-piperidinone, 1-Cbz-3-piperidinone, Item 12.
- Item 15 is one or more ketone compounds selected from the group consisting of acetophenone and 3,4-dimethoxyphenylacetone.
- a modified aminotransferase having a high activity for 7-methoxy-2-tetralone is a relative activity with the activity of the above-described evaluation of 100% of the wild type, which is 101%. This means that it is preferably 105% or more, more preferably 110% or more, and most preferably 120% or more.
- Site-directed mutagenesis methods include, for example, Olfert Landt et al. (Gene 96 125-128 1990), Smith et al. (Genetic Engineering 3 1 Setlow, J. and Hollaender, A Plenum: New York), Vlasuk et al. (Experimental Manipulation of Gene Expression, Inouye, M .: Academic Press, New York), Hos. N. Hunt et al. (Gene 77 51 1989), and use of a commercial kit of QuikChange II Kit (Stratagene).
- a DNA encoding the target polypeptide of the present invention can be obtained by repeating the method according to the above method.
- Host vector systems such as Lactobacillus, Rhodococcus, and Streptomyces, actinomycetes that have been developed host vectors such as Saccharomyces (Saccharomyces) Saccharomyces), Kluyveromyces s), Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Yarrowia, Trichosporon, Rhodosporidia, Rhodosporidia )
- Host vector systems such as yeast, Neurospora genus, Aspergillus genus, Cephalosporum genus, and Trichoderma genus have been developed. Mold, etc.
- the microorganism capable of producing the polypeptide of the embodiment of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a transformant introduced with the vector containing the DNA of the embodiment.
- the above organic solvent can be added to have a solubility in water or higher to carry out the reaction in a two-phase system.
- the coexistence of an organic solvent in the reaction system often improves the selectivity, conversion rate, yield, and the like.
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Abstract
Description
そのため、現有の酵素では目的の化合物に対する立体選択性が充分でない事や、基質の物性に適した温度条件やpH条件での反応において酵素の安定性が低いなど、工業的な利用に課題を有することも多い。
このように目的の化合物に対する反応において、立体選択性が高く、安定性の高いアミノ基転移酵素を提供することができれば、光学活性アミノ化合物を工業的に生産する上で有用である。
(i)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列と配列同一性が85%以上であり、
(ii)アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、
(iii)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高い、
の性質を示すポリペプチド。
項2.以下の(A)から(C)のいずれかに示すポリぺプチド。
(A)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、161、420、17、84、171、176、262、302、421、435、29、42、116、153、190、284、209、235、236、408、418、434、442、3、11、および151番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(B)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、161、420、17、84、171、176、262、302、421、435、29、42、116、153、190、284、209、235、236、408、418、434、442、3、11、および151番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列において、前記アミノ酸部位以外のアミノ酸の1個もしくは複数個が置換、付加、挿入もしくは欠失されてなり、かつ、アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高いポリペプチド、
(C)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、161、420、17、84、171、176、262、302、421、435、29、42、116、153、190、284、209、235、236、408、418、434、442、3、11、および151番目、から選択される1つもしくは複数個のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列において、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記アミノ酸部位を除いた配列同一性が85%以上であり、かつ、アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高いポリペプチド。
項3.配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、次のアミノ酸置換の群;
161番目が、非電荷アミノ酸または非極性アミノ酸に置換、
420番目が、プロリン、グリシン、システイン、およびスレオニン以外のアミノ酸に置換、
17番目が非極性アミノ酸に置換、
84番目が非電荷アミノ酸に置換、
171番目が塩基性アミノ酸に置換、
176番目が非電荷アミノ酸に置換、
262番目が、非極性アミノ酸に置換、
302番目が、非極性アミノ酸に置換、
421番目が、非電荷アミノ酸に置換、
435番目が、非極性アミノ酸に置換、
29番目が、塩基性アミノ酸に置換、
42番目が、非電荷アミノ酸に置換、
116番目が、非極性アミノ酸に置換、
153番目が、非極性アミノ酸に置換、
190番目が、非極性アミノ酸に置換、
284番目が、非電荷アミノ酸に置換、
209番目が、非極性アミノ酸に置換、
235番目が、非極性アミノ酸に置換、
236番目が、非極性アミノ酸に置換、
408番目が、非電荷アミノ酸に置換、
418番目が、非電荷アミノ酸に置換、
434番目が、非極性アミノ酸に置換、
442番目が、非極性アミノ酸に置換。
3番目が、塩基性アミノ酸に置換、
11番目が、非電荷アミノ酸に置換、および
151番目が、塩基性アミノ酸に置換、
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されている、項1または2に記載のポリペプチド。
項4.配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列において、次のアミノ酸置換の群;
161番目が、スレオニン、またはバリンに置換、
420番目が、ヒスチジン、セリン、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、グルタミン、アスパラギン、リジン、バリン、またはトリプトファンに置換、
17番目が、イソロイシン、またはロイシンに置換、
84番目が、システインに置換、
171番目が、アルギニンに置換、
176番目が、セリンに置換、
262番目が、バリンに置換、
302番目が、イソロイシンに置換、
421番目が、スレオニンに置換、
435番目が、アラニンに置換、
29番目が、リジンに置換、
42番目がチロシンに置換、
116番目が、ロイシンに置換、
153番目が、フェニルアラニンに置換、
190番目が、チロシンに置換、
284番目がイソロイシン、
209番目が、アラニンに置換、
235番目が、バリンに置換、
236番目が、イソロイシンに置換、
408番目が、スレオニンに置換、
418番目が、ロイシンに置換、
434番目が、アラニンに置換、
442番目が、バリンに置換、
3番目が、アルギニンに置換、
11番目が、グリシンに置換、および
151番目が、ヒスチジンに置換、
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されている、項1または2に記載のポリペプチド。
項5.配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列において、下記の(1)~(15);
(1)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;17番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ420番目が、ヒスチジン、セリン、アラニン、アスパラギン酸、またはグルタミン酸に置換、
(2)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ418番目が、非電荷アミノ酸に置換、
(3)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;236番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ442番目が、非極性アミノ酸に置換、
(4)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ434番目が、非極性アミノ酸に置換、
(5)11番目が、非電荷アミノ酸に置換;151番目が、塩基性アミノ酸に置換;161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(6)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;209番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ235番目が、非極性アミノ酸に置換、
(7)42番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ408番目が、非電荷アミノ酸に置換、
(8)17番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ153番目が、非極性アミノ酸に置換、
(9)29番目が、塩基性アミノ酸に置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸に置換、
(10)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ284番目が、非電荷アミノ酸に置換、
(11)3番目が塩基性アミノ酸に置換;17番目が、非極性アミノ酸に置換;116番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ190番目が、非極性アミノ酸に置換、
(12)84番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ420番目が、スレオニン以外の非電荷アミノ酸に置換、
(13)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ17番目が、非極性アミノ酸に置換、
(14)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸に置換、および
(15)17番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸に置換、
から選択されるいずれかのアミノ酸置換が導入されている、項1または2に記載のポリペプチド。
項6.配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列において、下記の(16)~(30);
(16)17番目がイソロイシンに置換;161番目がスレオニンに置換;かつ420番目がヒスチジンに置換、
(17)161番目がスレオニンに置換;かつ418番目がロイシンに置換、
(18)161番目がスレオニンに置換;かつ236番目がイソロイシンに置換;かつ442番目がバリンに置換、
(19)161番目がスレオニン置換;かつ434番目がアラニンに置換、
(20)11番目がグリシンに置換;151番目がヒスチジンに置換;161番目がスレオニンに置換;かつ262番目がバリンに置換、
(21)161番目がスレオニンに置換;209番目がアラニンに置換;かつ235番目がバリンに置換、
(22)42番目がチロシンに置換;かつ408番目がスレオニンに置換、
(23)17番目がロイシンに置換;かつ153番目がフェニルアラニンに置換、
(24)29番目がリジンに置換;かつ262番目がバリンに置換、
(25)161番目がスレオニンに置換;かつ284番目がイソロイシンに置換、
(26)3番目がアルギニンに置換;17番目がロイシンに置換;116番目がロイシンに置換;かつ190番目がチロシンに置換、
(27)84番目がシステインに置換;かつ420番目がセリンに置換、
(28)17番目がイソロイシンに置換;かつ161番目がスレオニンに置換、
(29)161番目がスレオニンに置換;かつ420番目がヒスチジンに置換、および
(30)17番目がイソロイシンに置換;かつ420番目がヒスチジンに置換、
から選択されるいずれかのアミノ酸置換が導入されている、項1または2に記載のポリペプチド。
項7.項1~6のいずれかに記載のポリペプチドをコードする単離されたDNA。
項8.項7に記載のDNAを含むベクター。
項9.項8に記載のベクターにより宿主細胞を形質転換して得られる形質転換体。
項10.項1~6のいずれかに記載のポリペプチド、または、項7に記載の形質転換体および/またはその処理物を、アミノ基供与体の存在下、ケトン化合物に作用させることを特徴とする、光学活性アミノ化合物の製造方法。
項11.前記ケトン化合物が、下記式(1):
項12.項1~6のいずれかに記載のポリペプチド、または、項7に記載の形質転換体および/またはその処理物を、アミノ基受容体の存在下、アミノ化合物のエナンチオマー混合物に作用させることを特徴とする、光学活性アミノ化合物の製造方法。
項13.前記アミノ化合物のエナンチオマーが、下記式(3):
項14.前記式(1)で表されるケトン化合物が、1-テトラロン、2-テトラロン、5-メトキシ-2-テトラロン、6-メトキシ-2-テトラロン、7-メトキシ-2-テトラロン、8-メトキシ-2-テトラロン、1-ベンジル-3-ピロリジノン、1-Bocー3-ピロリジノン、1-Cbzー3-ピロリジノン、1-ベンジルー3-ピペリジノン、1-Bocー3-ピペリジノン、1-Cbzー3-ピペリジノン、アセトフェノン、3,4-ジメトキシフェニルアセトン、からなる群から選ばれる1以上のケトン化合物である、項11に記載の製造方法。
項15.前記式(3)で表されるアミノ化合物が、1-アミノテトラリン、2-アミノテトラリン、5-メトキシ-2-アミノテトラリン、6-メトキシ-2-アミノテトラリン、7-メトキシ-2-アミノテトラリン、8-メトキシ-2-アミノテトラリン、1-ベンジルー3-アミノピロリジン、1-Bocー3-アミノピロリジン、1-Cbzー3-アミノピロリジン、1-ベンジルー3-アミノピペリジン、1-Bocー3-アミノピペリジン、1-Cbzー3-アミノピペリジン、1-フェネチルアミン、3,4-ジメトキシアンフェタミン、からなる群から選ばれる1以上のアミノ化合物である、項13に記載の製造方法。
項16.アミノ基供与体が、1-フェネチルアミン、2-ブチルアミン、2-ペンチルアミン、2-ヘプチルアミン、3-ヘプチルアミン、n-エチルアミン、n-プロピルアミン、n-ブチルアミン、n-アミルアミン、イソプロピルアミン、イソブチルアミン、グリシン、アラニン、グルタミン酸、3-アミノ-1-フェニルブタン、ベンジルアミン、β-フェネチルアミン、シクロヘキシルアミンおよびそれらの光学活性体からなる群より選ばれる1以上の化合物である、項10または11に記載の製造方法。
項17.アミノ基受容体が、ピルビン酸またはグリオキシル酸である項12または13に記載の製造方法。
項18.項10~17のいずれかに記載の製造方法であって、反応温度を35℃以上に保つことを特徴とする、光学活性アミノ化合物の製造方法。
A=Ala=アラニン、C=Cys=システイン、
D=Asp=アスパラギン酸、E=Glu=グルタミン酸、
F=Phe=フェニルアラニン、G=Gly=グリシン、
H=His=ヒスチジン、I=Ile=イソロイシン、
K=Lys=リシン、L=Leu=ロイシン、
M=Met=メチオニン、N=Asn=アスパラギン、
P=Pro=プロリン、Q=Gln=グルタミン、
R=Arg=アルギニン、S=Ser=セリン、
T=Thr=スレオニン、V=Val=バリン、
W=Trp=トリプトファン、Y=Tyr=チロシン、
本発明において、変異を導入する前の野生型酵素は、配列表の配列番号1で表される454個のアミノ酸残基からなり、アミノ基供与体の存在下でケトン化合物から光学活性アミノ化合物(例えば7-メトキシ-2-テトラロンから(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン)を生成する活性を有するポリペプチドである。当該ポリペプチドは野生型酵素と記載されるものである。
本発明のポリペプチドの一態様として、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列と配列同一性が85%以上であり、かつ、アミノ基供与体の存在下で7-メトキシ-2-テトラロンから(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、さらに、野生型酵素よりその反応性が高いポリペプチドが挙げられる。
(a)7-メトキシ-2-テトラロンに対する立体選択性が高い
(b)熱安定性が高い
(c)(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン存在下での安定性が高い
(d)7-メトキシ-2-テトラロンに対する活性が高い
(e)(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンによる拮抗阻害が緩和されている
(A)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、3、11、17、29、42、84、116、151、153、161、171、176、190、284、209、235、236、262、302、408、418、420、421、434、435、および442番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(B)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、3、11、17、29、42、84、116、151、153、161、171、176、190、284、209、235、236、262、302、408、418、420、421、434、435、および442番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列において、前記アミノ酸部位以外のアミノ酸の1個もしくは複数個が置換、付加、挿入もしくは欠失されてなり、かつ、アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高いポリペプチド、
(C)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、3、11、17、29、42、84、116、151、153、161、171、176、190、284、209、235、236、262、302、408、418、420、421、434、435、および442番目、から選択される1つもしくは複数個のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列において、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記アミノ酸部位を除いた配列同一性が85%以上であり、かつ、アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高いポリペプチド。
(f)7-メトキシ-2-テトラロンに対する立体選択性が同等又は高い
(g)熱安定性が同等又は高い
(h)(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン存在下での安定性が同等又は高い
(i)7-メトキシ-2-テトラロンに対する活性が同等又は高い
(j)(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンによる拮抗阻害の緩和作用が同等又は高い
本発明のペプチドにおいて、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、3、11、17、29、42、84、116、151、153、161、171、176、190、284、209、235、236、262、302、408、418、420、421、434、435、および442番目において置換するアミノ酸の種類については、特に制限されないが、反応性の向上の観点から、下記の(1a)~(26a)に示すアミノ酸置換の内、1つまたは複数が導入されていることが好ましい。
(1a)3番目が、好ましくは塩基性アミノ酸、更に好ましくはアルギニンに置換、
(2a)11番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはグリシンに置換、
(3a)17番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはイソロイシンまたはロイシン、特に好ましくはイソロイシンに置換、
(4a)29番目が、好ましくは塩基性アミノ酸、更に好ましくはリジンに置換、
(5a)42番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはチロシンに置換、
(6a)84番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはシステインに置換、
(7a)116番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはロイシンに置換、
(8a)151番目が、好ましくは塩基性アミノ酸、更に好ましくはヒスチジンに置換、
(9a)153番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはフェニルアラニンに置換、
(10a)161番目が、好ましくは非電荷アミノ酸または非極性アミノ酸、更に好ましくは非電荷アミノ酸、特に好ましくはスレオニンまたはバリンに置換、
(11a)171番目が、好ましくは塩基性アミノ酸、更に好ましくはアルギニンに置換、
(12a)176番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはセリンに置換、
(13a)284番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはイソロイシンに置換、
(14a)190番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはチロシンに置換、
(15a)209番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはアラニンに置換、
(16a)235番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはバリンに置換、
(17a)236番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはイソロイシンに置換、
(18a)262番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはバリンに置換、
(19a)302番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはイソロイシンに置換、
(20a)408番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはスレオニンに置換、
(21a)418番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはロイシンに置換、
(22a)420番目が、好ましくはプロリン、グリシン、システイン、およびスレオニン以外のアミノ酸、更に好ましくはアスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、ヒスチジン、グルタミン、アスパラギン、リジン、アラニン、バリン、トリプトファン、セリン、より好ましくはアラニン、セリン、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、特に好ましくはアラニン、セリン、ヒスチジン、最も好ましくはヒスチジンに置換、
(23a)421番目が、好ましくは非電荷アミノ酸、更に好ましくはスレオニンに置換、
(24a)434番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはアラニンに置換、
(25a)435番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはアラニンに置換、
(26a)442番目が、好ましくは非極性アミノ酸、更に好ましくはバリンに置換。
立体選択性向上の観点から、配列表の配列番号1に示したアミノ酸配列のうち、好ましくは11、17、29、42、84、151、161、176、284、209、235、236、262、408、418、420、421、434、442番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているポリペプチド、またはこれらのN末端、C末端のいずれかもしくは両方に、1つもしくは複数のアミノ酸が付加されているポリペプチドが好ましい。
(1b)11番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはグリシンに置換、
(2b)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンまたはロイシン、特に好ましくはイソロイシンに置換、
(3b)29番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはリジンに置換、
(4b)42番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはチロシンに置換、
(5b)84番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはシステインに置換、
(6b)151番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、
(7b)161番目が、非電荷アミノ酸または非極性アミノ酸、好ましくはスレオニンまたはバリンに置換、
(8b)176番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはセリンに置換、
(9b)284番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(10b)209番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(11b)235番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(12b)236番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(13b)262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(14b)408番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換、
(15b)418番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(16b)420番目が、プロリン、グリシン、システイン、およびスレオニン以外のアミノ酸、好ましくはアスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、ヒスチジン、グルタミン、アスパラギン、リジン、アラニン、バリン、トリプトファン、セリン、更に好ましくはアラニン、セリン、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、特に好ましくはアラニン、セリン、ヒスチジン、最も好ましくはヒスチジンに置換、
(17b)421番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換、
(18b)434番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、および
(19b)442番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換。
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されているポリペプチドである。
(1c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ418番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(2c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ284番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(3c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;236番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換;かつ442番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(4c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;209番目が、非極性アミノ酸、更に好ましくはアラニンに置換;かつ235番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(5c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ434番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(6c)42番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはチロシンに置換;かつ408番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換、
(7c)29番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはリジンに置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(8c)11番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはグリシンに置換;151番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換;かつ62番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(9c)84番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはシステインに置換;かつ420番目が、スレオニン以外の非電荷アミノ酸、好ましくはセリンに置換、
(10c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(11c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、
(12c)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、および
(13c)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換;かつ、420番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、
から選択されるアミノ酸置換が導入されているポリペプチドであることが好ましい。
熱安定性向上の観点から、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、好ましくは3、17、116、190番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているポリペプチド、またはこれらのN末端、C末端のいずれかもしくは両方に、1つもしくは複数のアミノ酸が付加されているポリペプチドが好ましい。
(1d)3番目が塩基性アミノ酸、好ましくはアルギニンに置換、
(2d)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(3d)116番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、および
(4d)190番目が、非極性アミノ酸、好ましくはチロシンに置換、
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されているポリペプチドである。
さらに、熱安定性をより向上させるという観点から、3番目が、好ましくは塩基性アミノ酸、更に好ましくはアルギニンに置換;17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換;かつ116番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換されたポリペプチドであることが好ましい。
(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン存在下での安定性の向上の観点から、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、好ましくは、3、11、17、29、42、84、116、151、153、161、171、176、284、190、209、235、236、262、302、408、418、420、434、435、442番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているポリペプチド、またはこれらのN末端、C末端のいずれかもしくは両方に、1つもしくは複数のアミノ酸が付加されているポリペプチドが好ましい。
(1e)3番目が塩基性アミノ酸、好ましくはアルギニンに置換、
(2e)11番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはグリシンに置換、
(3e)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンまたはロイシンに置換、
(4e)29番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはリジンに置換、
(5e)42番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはチロシンに置換、
(6e)84番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはシステインに置換、
(7e)116番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(8e)151番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、
(9e)153番目が、非極性アミノ酸、好ましくはフェニルアラニンに置換、
(10e)161番目が、非電荷アミノ酸または非極性アミノ酸、好ましくはスレオニンまたはバリンに置換、
(11e)171番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはアルギニンに置換、
(12e)176番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはセリンに置換、
(13e)284番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(14e)190番目が、非極性アミノ酸、好ましくはチロシンに置換、
(15e)209番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(16e)235番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(17e)236番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(18e)262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(19e)302番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(20e)408番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換、
(21e)418番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(22e)420番目が、非極性アミノ酸、またはスレオニン以外の非電荷アミノ酸、または塩基性アミノ酸、好ましくはアラニン、ヒスチジン、またはセリンに置換、
(23e)421番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換、
(24e)434番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(25e)435番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、および
(26e)442番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されているポリペプチドである。
(1f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ418番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(2f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;236番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換;かつ442番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(3f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ434番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(4f)11番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはグリシンに置換;151番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換;161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(5f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;209番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換;かつ235番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(6f)42番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはチロシンに置換;かつ408番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換、
(7f)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換;かつ153番目が、非極性アミノ酸、好ましくはフェニルアラニンに置換、
(8f)29番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはリジンに置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(9f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ284番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(10f)3番目が塩基性アミノ酸、好ましくはアルギニンに置換;17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換;116番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換;かつ190番目が、非極性アミノ酸、好ましくはチロシンに置換、
(11f)84番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはシステインに置換;かつ420番目が、スレオニン以外の非電荷アミノ酸、好ましくセリンに置換、
(12f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(13f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換
(14f)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、および
(15f)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換;17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、
から選択されるアミノ酸置換が導入されているポリペプチドであることが好ましい。
7-メトキシ-2-テトラロンに対する活性向上の観点から、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、好ましくは17、84、420、421番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているポリペプチド、またはこれらのN末端、C末端のいずれかもしくは両方に、1つもしくは複数のアミノ酸が付加されているポリペプチドが好ましい。
(1g)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(2g)84番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはシステインに置換、
(3g)420番目が、非極性アミノ酸、またはスレオニン以外の非電荷アミノ酸、好ましくはアラニン、またはセリンに置換、および
(4g)421番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニンに置換、
から選択されるアミノ酸置換が導入されているポリペプチドである。
(e)(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンによる拮抗阻害
(1h)11番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはグリシンに置換、
(2h)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンまたはロイシンに置換、
(3h)151番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換、
(4h)153番目が、非極性アミノ酸、好ましくはフェニルアラニンに置換、
(5h)161番目が、非電荷アミノ酸または非極性アミノ酸、好ましくはスレオニンまたはバリンに置換、
(6h)171番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはアルギニンに置換、
(7h)176番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはセリンに置換、
(8h)284番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(9h)209番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(10h)235番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(11h)236番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(12h)262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(13h)302番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
(14h)418番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(15h)434番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(16h)435番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、および
(17h)442番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されているポリペプチドである。
(1i)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニン置換;かつ418番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはロイシンに置換、
(2i)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニン置換;236番目が、非極性アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換;かつ442番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(3i)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニン置換;かつ434番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換、
(4i)11番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはグリシンに置換;151番目が、塩基性アミノ酸、好ましくはヒスチジンに置換;161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニン置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(5i)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニン置換;209番目が、非極性アミノ酸、好ましくはアラニンに置換;かつ153番目が、非極性アミノ酸、好ましくはフェニルアラニンに置換、
(6i)17番目が、非極性アミノ酸、好ましくはロイシンに置換;かつ153番目が、非極性アミノ酸、好ましくはフェニルアラニンに置換、および
(7i)161番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはスレオニン置換;284番目が、非電荷アミノ酸、好ましくはイソロイシンに置換、
から選択されるアミノ酸置換が導入されているポリペプチドであることが好ましい。
[基質溶液組成]
(S)-1-フェネチルアミン 21mM
リン酸カリウム(pH7.5) 0.1M
7-メトキシ-2-テトラロン 14mM
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Crownpak CR(+)(ダイセル化学工業社製)
溶離液:過塩素酸水溶液(pH1.5)/メタノール=85/15(体積比)
流速:1mL/分
検出:220nm
カラム温度:47℃
本明細書において、立体選択性とは、基質であるケトン化合物から生成するアミノ化合物の光学純度のことである。また、ラセミ体のアミノ化合物をケトン化合物の存在下で一方のエナンチオマーのアミノ基を優先的にケトン化合物に移す際の選択性である。
立体選択性は、例えば、以下のように決定し得る。
酵素を含む無細胞抽出液100μLを下記組成を有する基質溶液305μLに添加し、30℃で1時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させる。生成した(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンの光学純度を高速液体クロマトグラフィーで測定する。
[基質溶液組成]
(S)-1-フェネチルアミン 21mM
リン酸カリウム(pH7.5) 0.1M
7-メトキシ-2-テトラロン 14mM
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Crownpak CR(+)(ダイセル化学工業社製)
溶離液:過塩素酸水溶液(pH1.5)/メタノール=85/15(体積比)
流速:1mL/分
検出:220nm
カラム温度:47℃
また、立体選択性は、以下のように決定しうる。
目的のアミノ基転移酵素、WO2007/139255に記載のペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株由来L-乳酸脱水素酵素PALDH、および、バシラス・メガテリウム(Bacillus megaterium)IAM1030株由来のグルコース脱水素酵素GDHをその酵素遺伝子をそれぞれ、あるいは、同一のプラスミドベクター等に挿入し、大腸菌等を形質転換させ、大腸菌内で酵素を発現させる。3つの酵素は一つの大腸菌で発現させても良いし、二つ、ないし、三つの大腸菌でそれぞれ発現させても良い。それぞれの菌体を超音波等で破砕し、無細胞抽出液を調製する。三つの酵素のうち、PALDHおよびGDHはアミノ基転移酵素の活性に対して過剰量となるように混合する。この酵素混合液250μLに下記組成を有する基質溶液250μLを添加し、35℃で1.5時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させる。生成した(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンの光学純度を前記高速液体クロマトグラフィーで測定する。
[基質溶液組成]
リン酸カリウム(pH6.8) 0.2M
L-アラニン 1.12M
D-グルコース 340mM
NADH 0.2mM
ピリドキサルリン酸 0.8mM
7-メトキシ-2-テトラロン 228mM
酵素の熱安定性は、例えば、以下のように決定し得る。
[基質溶液組成]
(S)-1-フェネチルアミン 21mM
リン酸カリウム(pH7.5) 0.1M
7-メトキシ-2-テトラロン 14mM
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mMリン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
生成物(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン存在下での酵素の安定性は、例えば、以下のように決定し得る。
酵素を含む無細胞抽出液100μLに7-メトキシ-2-アミノテトラリン塩酸塩を1%含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH6.3)を900μL加えて35℃、又は45℃でインキュベートする。反応0時間と20時間で100μLずつサンプリングし、それを0.1Mのリン酸カリウム水溶液(pH7.5)で200倍に希釈する。それぞれの希釈液200μLを下記組成を有する基質溶液800μLに添加し、30℃で1時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させる。生成したアセトフェノンの濃度を下記高速液体クロマトグラフィーで測定する。反応0時間を100%としたときの反応20時間の残存活性で決定する。
[基質溶液組成]
(S)-1-フェネチルアミン 25mM
ピルビン酸ナトリウム 25mM
ピリドキサルリン酸 2.5mM
Tris(pH8.5) 0.1M
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mMリン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
また、(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン存在下での酵素の安定性は例えば、以下のようにも決定し得る。
培養液5mLを遠心分離し、得られた菌体に0.5mMのピリドキサルリン酸を含む100mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)を1mL加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得る。
600μL、0.46M ピルビン酸ナトリウム水溶液(pH
7.5)100μL、1M MOPS緩衝液(pH7.5) 50μL、50mM PLP水溶液(pH7.5)
10μL、水 190μLを加え、アルゴンガスを注入後密栓し、30℃で4時間、スターラーで攪拌する。200μLをサンプリングし、0.6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させ、生成した7-メトキシ-2-テトラロンの濃度を以下の方法で高速液体クロマトグラフィーで測定する。1.67%の(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン塩酸塩水溶液を用いた場合の活性を100%としたときの、10%水溶液を用いた場合の相対活性を決定する。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mMリン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
7-メトキシ-2-テトラロンに対する活性は、以下のように決定し得る。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mMリン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンによる拮抗阻害は、以下の様に決定し得る。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mMリン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
本発明の改変型アミノ基転移酵素を探索する方法を説明する。
(ライブラリーの作製)
まず、ランダムに変異の導入されたMTA遺伝子を得る。エラープローンPCR法(Leung et al., Technique 1, 11-15, 1989)あるいは同様の原理に基づいたキット、例えばDiversify PCR Random Mutagenesis Kit(Clontech社性)を用いて、Pseudomonas fluorescens KNK08-18株由来のMTA遺伝子全長に(WO2006/126498)に1つ以上の塩基配列の置換、挿入、欠失、がランダムに導入されたDNA断片を得ることができる。この増幅断片を適当なベクター、例えば高発現ベクターpUCNT(WO94/03613)に組み込み、このプラスミドを用いて大腸菌HB101を形質転換する。形質転換した大腸菌を100μg/mLのアンピシリンを含むLBプレート培地に塗布し、シングルコロニーの大腸菌を得る。また、野生型遺伝子の代わりに、前記方法で得られた変異型酵素遺伝子を用いて、同様の操作でさらに変異を導入した変異酵素ライブラリーを作製することもできる。上記ライブラリーから、本発明の改変型アミノ基転移酵素を選抜することができる。選抜方法としては特に限定されないが、好ましくは下記の方法である。
変異酵素ライブラリーの各組み換え大腸菌を100μg/mLのアンピシリンを含むLBプレート培地に塗布し30℃で一晩インキュベートし、菌体を得る。得られた菌体を7-メトキシー2-アミノテトラリン塩酸塩を4%含むLBプレート培地に植菌し、37℃で一晩インキュベートする。野生型は高濃度の(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンによる酵素の阻害あるいは失活により、変色しないが、活性を保持する変異株は不安定な化合物である7-メトキシー2-アミノテトラロンを生成し、黒色に変色する。着色の見られた株のDNA配列を調べることで、改変型のアミノ酸配列を決定できる。
変異酵素ライブラリーの各組み換え大腸菌を、200μg/mLのアンピシリンを含む5mLの2xYT培地(トリプトン1.6%、イーストエキス1.0%、塩化ナトリウム0.5%、pH7.0))に植菌し、30℃で28時間振とう培養する。得られる培養液500μLに1mMピリドキサルリン酸を含む0.2Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)500μLを加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得る。この無細胞抽出液を用いて前述した立体選択性と(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン安定性を調べ、野生型より優れた性質を持つ改変型アミノ基転移酵素を選抜することができる。
得られた改変型アミノ基転移酵素の変異部位について、部位特異的変異導入によって、他のアミノ酸に改変することにより、さらに優れた性質を持つ改変酵素を取得できる。また、得られた複数の改変型アミノ基転移酵素の変異を部位特異的変異導入によって、一方のいくつか、あるいは双方を組み合わせることで、一方の性質の強化あるいは双方の性質を併せ持つ改変型アミノ基転移酵素を作製できる。これらの酵素も本発明の酵素に含まれる。
部位特異的変異導入法としては、例えば、Olfert Landtら(Gene 96 125-128 1990)、Smithら(Genetic Engineering 3 1 Setlow,J.and Hollaender,A Plenum:New York)、Vlasukら(Experimental Manipulation of Gene Expression,Inouye,M.:Academic Press,New York)、Hos.N.Huntら(Gene 77 51 1989)の方法やQuikChange II Kit(ストラタジーン社製)の市販キットの利用等があげられる。なお、2個所以上に変異を導入する場合には上記方法に準じた方法を繰り返すことにより、目的とする本発明のポリペプチドをコードするDNAを得ることができる。
本発明のDNAは、上記方法で取得したポリペプチドをコードするDNAであり、後述する方法に従って導入された宿主細胞内で上記ポリペプチドを発現し得るものであればいかなるものでもよく、任意の非翻訳領域を含んでいてもよい。例えば、配列表1に記載のアミノ酸配列と配列同一性が85%以上であり、かつ、アミノ基供与体の存在下で7-メトキシ-2-テトラロンから(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する活性を有し、さらに、野生型酵素より反応性の向上したポリペプチドをコードし、かつ、配列表の配列番号2に示した塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列を含むDNAと、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAが好ましい。
本発明の実施形態のDNAを宿主微生物内に導入して発現させるために用いるベクターDNAとしては、適切な宿主微生物内で該DNAがコードする遺伝子を発現できるものであればいずれでもよい。このようなベクターDNAとしては、例えば、プラスミドベクター、ファージベクター、コスミドベクターなどが挙げられる。また、他の宿主株との間での遺伝子交換が可能なシャトルベクターも使用され得る。
本発明の実施形態のDNAを発現させるために用いる宿主生物は、各ポリペプチドをコードするDNAを含む発現ベクターにより形質転換され、DNAを導入したポリペプチドを発現することができる生物であれば、特に制限はされない。利用可能な微生物としては、例えば、エシェリヒア(Escherichia)属、バチルス(Bacillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、セラチア(Serratia)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、およびラクトバチルス(Lactobacillus)属など宿主ベクター系の開発されている細菌、ロドコッカス(Rhodococcus)属およびストレプトマイセス(Streptomyces)属など宿主ベクター系の開発されている放線菌、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、クライベロマイセス(Kluyveromyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属、ヤロウイア(Yarrowia)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、ロドスポリジウム(Rhodosporidium)属、ピキア(Pichia)属、およびキャンディダ(Candida)属などの宿主ベクター系の開発されている酵母、ノイロスポラ(Neurospora)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、セファロスポリウム(Cephalosporium)属、およびトリコデルマ(Trichoderma)属などの宿主ベクター系の開発されているカビ、などが挙げられる。また、微生物以外でも、植物、動物において様々な宿主・ベクター系が開発されており、特に蚕を用いた昆虫(Nature315,592-594(1985))や菜種、トウモロコシ、ジャガイモなどの植物中に大量に異種タンパク質を発現させる系が開発されており、好適に利用できる。これらのうち、導入および発現効率から細菌が好ましく、大腸菌が特に好ましい。
次に、本発明の実施形態のポリペプチドまたは当該ポリペプチドの生産能を持つ微生物を用いて光学活性アミノ化合物を製造する方法について説明する。
(製造方法I)
製造方法Iは、ケトン化合物に、アミノ基供与体の存在下、本発明のポリペプチド、あるいは該ポリペプチド生産能を持つ形質転換体の培養物を作用させ、光学活性アミノ化合物を製造する方法である。
アミノ基供与体としては、本発明のポリペプチドが作用するアミノ化合物であればいかなるものでも使用できる。具体例としては、1-フェネチルアミン、2-ブチルアミン、2-ペンチルアミン、2-ヘプチルアミン、3-ヘプチルアミン、n-エチルアミン、n-プロピルアミン、n-ブチルアミン、n-アミルアミン、イソプロピルアミン、イソブチルアミン、グリシン、アラニン、3-アミノ-1-フェニルブタン、ベンジルアミン、β-フェネチルアミン、シクロヘキシルアミンおよびそれらの光学活性体が挙げられる。なかでも、1-フェネチルアミン、アラニンが好ましい。
製造方法Iにおいては、前記ケトン化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記本発明のポリペプチドまたは当該ポリペプチドの生産能を有する微生物の培養物を作用させる。
アミノ基転移反応を用いたアミノ化反応は一般的に可逆反応であるため、一般的に平衡点で見かけ上反応が停止する。これらの反応平衡を解消する公知の方法を組み合わせることで、本発明のポリペプチドを用いた反応を改善することができる。例えば、WO2007/139055公報に記載のように、アミノ基供与体としてアラニンを用いて、副生成するピルビン酸を乳酸脱水素酵素と補酵素再生用のグルコース脱水素酵素を共役させることで乳酸へ変換し、反応平衡を解消する方法が有効である。同様に、アミノ基供与体としてアラニンを用いて、副生成するピルビン酸を、ピルビン酸デカルボキシラーゼで除く方法(WO2007/093372A1公報)、アラニン脱水素酵素を用いる方法(US2009/0117627A1公報、 Evonik Degussa GmbH)、過酸化水素で除く方法(US2008/0213845A1公報)、アセト酪酸合成酵素を用いる方法(Biosci.Biotechnol.Biochem.72(11),3030-3033(2008))なども有効である。
反応に用いる基質の濃度としては、ケトン化合物は、反応液組成中、0.1~80重量%、好ましくは1~50重量%であり、また、アミノ基供与体は、キラルアミンの場合は、ケトン化合物に対し、80~1200モル%、好ましくは100~600モル%の濃度になるように用いることが好ましい。なお、前記アミノ基供与体としてラセミ体のアミノ化合物の場合は、一方の立体が上記の濃度となるように使用することもできる。
本発明のポリペプチドの至適pHは、下限は、好ましくはpH4.0以上であり、より好ましくはpH5.0以上である。上限は、好ましくはpH10.0以下であり、より好ましくはpH9.0以下であることが望ましい。
複数のポリペプチドを共役させる場合には、使用する全てのポリペプチドが安定的かつ高活性に作用するpHを選択することが好ましい。
本発明のポリペプチドの反応温度は、至適温度および熱安定性の観点から、好ましくは25℃以上、より好ましくは30℃以上、さらに好ましくは35℃以上、40℃以上、45℃以上であり、また、好ましくは80℃以下、より好ましくは70℃以下、さらに好ましくは60℃以下である。
複数のポリペプチドを共役させる場合には、使用する全てのポリペプチドが安定的かつ高活性に作用する反応温度を選択することが好ましい
反応溶媒は、通常、イオン交換水、緩衝液等の水性媒体を使用するが、有機溶媒を含んだ系でも反応を行なうことができる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2―プロパノール、1-ブタノール等のアルコール系溶媒、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、その他、アセトニトリル等を適宜使用できる。
必要に応じて、上記の有機溶媒を水への溶解度以上に加えて2相系で反応を行なうこともできる。有機溶媒を反応系に共存させることで、選択率、変換率、収率などが向上する場合も多い。
反応は、通常、1時間~1週間、好ましくは1~72時間であり、そのような時間で反応が終了する反応条件を選択することが好ましい。
上記の反応により、光学活性アミノ化合物が生成する。生成した光学活性アミノ化合物は、反応混合液から抽出、蒸留、再結晶、カラム分離など公知の方法によって単離することができる。
次に本発明の製造方法IIについて説明する。
本製造方法は、アミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、本発明のポリペプチドあるいは該ポリペプチド生産能を持つ形質転換体の培養物を作用させる光学活性アミノ化合物の製造方法である。
本方法においては、ケトン化合物をアミノ基受容体として用いる。
WO2006/126498A1記載のPseudomonas fluorescens KNK08-18株由来のアミノ基転移酵素(MTA)遺伝子を含むプラスミドpNTMTAをテンプレートに、プライマー1:5’-TGGAGTGGCCATATGAACAGCAACAACAAAGC-3’ (配列表の配列番号3)およびプライマー2:5’-TGGTCAGCGAATTCTTACCAGGGGTTGGCAACG-3’ (配列表の配列番号4)を用いてエラープローンPCR法(Leung et al., Technique 1, 11-15, 1989)を用いて、MTA遺伝子にランダムな変異を導入したDNA増幅断片を得た。
実施例1で作製した変異酵素ライブラリーを100μg/mLのアンピシリンを含むLBプレート培地に画線し、生育した大腸菌を、(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン塩酸塩を4%含むLBプレート培地に植菌した。アミノ基転移酵素活性を保持する株は不安定な化合物である7-メトキシ-2-テトラロンを生成し、黒色に変色する。プレートに植菌後、37℃で1晩インキュベートしたところ、野生型酵素は酵素活性を失い変色しなかったが、変異酵素ライブラリーではいくつかの株で着色が見られ、これらの株の持つ改変型酵素は野生型より高い(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン耐性を保持していると考えられた。これらの株は、200μg/mLのアンピシリンを含む2xYT培地に植菌し、得られた菌体からプラスミドを抽出した。抽出したプラスミドはDNA配列を調べることで、改変型のアミノ酸配列を決定した。表1にその結果を示す。
実施例2で得た組み換え大腸菌を、200μg/mLのアンピシリンを含む5mLの2xYT培地に植菌し、30℃で28時間振とう培養した。得られた培養液500μLに1mMピリドキサルリン酸を含む0.2Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)500μLを加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液100μLを下記組成を有する基質溶液305μLに添加し、30℃で1時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させた。生成した(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンの光学純度を下記条件のHPLCで測定した。その結果、表2に示す改変型酵素の立体選択性が野生型より向上していた。
[基質溶液組成]
(S)-1-フェネチルアミン 21mM
リン酸カリウム(pH7.5) 0.1M
7-メトキシ-2-テトラロン 14mM
[高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による測定条件]
カラム:Crownpak CR(+)(ダイセル化学工業社製)
溶離液:過塩素酸水溶液(pH1.5)/メタノール=85/15(体積比)
流速:1mL/分
検出:220nm
カラム温度:47℃
実施例3と同様の方法で各変異株の培養液を得た。培養液5mLを遠心分離し、得られた菌体に0.5mMのピリドキサルリン酸を含む100mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)を1mL加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。
[高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による測定条件]
<定量分析>
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mM リン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
実施例2と同様の方法で各変異株の培養液を得た。培養液8mLを遠心分離し、得られた菌体に0.5mMのピリドキサルリン酸を含む30mMのリン酸カリウム緩衝液(pH6.1)を1mL加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液100μLに(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン塩酸塩を1%含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH6.3)を900μL加えて35℃でインキュベートした。反応0時間と20時間で100μLずつサンプリングし、それを0.1Mのリン酸カリウム水溶液(pH7.5)で200倍に希釈した。それぞれの希釈液200μLを下記組成を有する基質溶液800μLに添加し、30℃で1時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させた。生成したアセトフェノンの濃度を実施例4と同条件のHPLCで測定した。反応0時間を100%としたときの反応20時間の残存活性を下表に示す。表4に示す改変型酵素の(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンに対する耐性が野生型より向上していた。
[基質溶液組成]
(S)-1-フェネチルアミン 25mM
ピルビン酸ナトリウム 25mM
ピリドキサルリン酸 2.5mM
Tris(pH8.5) 0.1M
実施例2と同様の方法で各変異株の無細胞抽出液を得た。試験管に、この無細胞抽出液50μL、1mMのピリドキサルリン酸を含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)150μL、42mMの(S)-1-フェネチルアミンを含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)200μL、7-メトキシ-2-テトラロンを20%含むDMSO溶液5μLを加え、アルゴンガスを注入後密栓し、30℃で1時間、スターラーで攪拌した。6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させ、生成した(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンの濃度を実施例4と同様の方法で高速液体クロマトグラフィーで測定し、活性を決定した。その結果、表5に示す改変型酵素の活性が野生型より向上していた。
実施例2と同様の方法で各変異株の培養液を得た。培養液5mLを遠心分離し、得られた菌体に0.5mMのピリドキサルリン酸を含む100mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)を1mL加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。試験管に、この無細胞抽出液100μL、(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン塩酸塩の10%水溶液600μL、1.13M (S)-1-フェネチルアミン水溶液(pH 7.5)100μL、1M MOPS緩衝液(pH7.5) 50μL、50mM PLP水溶液(pH7.5) 10μL、7-メトキシ-2-テトラロン 10mg、水 130μLを加え、アルゴンガスを注入後密栓し、30℃で1時間、スターラーで攪拌した。200μLをサンプリングし、0.6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させ、生成したアセトフェノンの濃度を実施例4と同条件のHPLCで測定し、活性を決定した。その結果、表6に示す改変型酵素が野生型酵素に比べて生成物(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンによる拮抗阻害が緩和されていた。
実施例1で作製したプラスミド混合物を用いて大腸菌HB101を形質転換し、100μg/mLのアンピシリンを含むLBプレート培地に塗布した。生育したコロニーを滅菌したろ紙に吸着させた。このろ紙を75℃の温水中で5分間加熱した後、室温まで冷却した。このろ紙に下記組成を有する反応溶液に浸し、37℃で5時間反応させ、着色の見られた株は、元のLBプレートの対応するコロニーから取得した。これらの株をLB培地で培養し、抽出したプラスミドのDNA配列を調べることで、改変型のアミノ酸配列を決定した。その結果、表7に示す変異を持つ改変型酵素は耐熱性が野生型酵素より向上していた。
[基質溶液組成]
(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン 56mM
ピルビン酸ナトリウム 84mM
リン酸カリウム(pH7.5) 0.1M
実施例8で得た組み換え大腸菌を、200μg/mLのアンピシリンを含む5mLの2xYT培地に植菌し、30℃で28時間振とう培養した。得られた培養液1mLから遠心分離により菌体を得た。この菌体に0.5mMピリドキサルリン酸を含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)1mLを加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液500μLを75℃で30分間インキュベートした後、4℃に冷却した。この加熱処理した無細胞抽出液と加熱処理をしていないものの活性を実施例5と同様の方法で測定し、酵素の加熱処理による活性残存率を決定した。その結果、表8に示す改変型酵素の耐熱性が野生型より向上していた。
実施例2で取得したプラスミドpNTMTAm04を鋳型として、プライマー2:5’-TGGTCAGCGAATTCTTACCAGGGGTTGGCAACG-3’ (配列表の配列番号4)とプライマー3:5’-GAAGAGCTGGCGTACTGTTCGTTGTTTCCCGGC-3’(配列表の配列番号5)、および、プライマー1:5’-TGGAGTGGCCATATGAACAGCAACAACAAAGC-3’ (配列表の配列番号3)とプライマー4:5’-GCCGGGAAACAACGAACAGTACGCCAGCTCTTC-3’(配列表の配列番号6)を用いてそれぞれPCRを行ないDNA増幅断片を得た。得られたDNA増幅断片を混合し、これを鋳型として、プライマー1、プライマー2を用いてPCRを行い、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうちY84CおよびT420Sのアミノ酸置換を有するポリペプチドをコードする二本鎖DNAを得た。この増幅断片を制限酵素NdeIおよびEcoRIで消化したのち、同酵素で処理したプラスミドベクターpUCNT(WO94/03613)に組み込み、E. coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、Y84C/T420Sのアミノ酸置換を有する改変型酵素を発現する組み換え大腸菌を作成した。
実施例10で得られた組み換え大腸菌の活性を、実施例6と同様の方法で測定した。その結果、表9に示すように、Y84CとT420Sの2重変異酵素は単独変異酵素に比べて高い活性を示した。
WO2006/126498A1記載のPseudomonas fluorescens KNK08-18株由来のMTA遺伝子を含むプラスミドpNTMTAを鋳型に、実施例10と同様の方法でMTAの420番残基を改変した酵素をコードするDNAを含むプラスミドを得た。使用したプライマーのうち、各プラスミド作製時に共通で使用するプライマー1、プライマー2以外のものを以下に示す。
T420F プライマー5 5’-CGGAGTGATGATTCGTTTTATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号7)
プライマー6 5’-CAGCTTGTTGACGATAAAACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号8)
T420L プライマー7 5’-CGGAGTGATGATTCGTCTGATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号9)
プライマー8 5’-CAGCTTGTTGACGATCAGACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号10)
T420I プライマー9 5’-CGGAGTGATGATTCGTATTATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号11)
プライマー10 5’-CAGCTTGTTGACGATAATACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号12)
T420M プライマー11 5’-CGGAGTGATGATTCGTATGATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号13)
プライマー12 5’-CAGCTTGTTGACGATCATACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号14)
T420V プライマー13 5’-CGGAGTGATGATTCGTGTGATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号15)
プライマー14 5’-CAGCTTGTTGACGATCACACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号16)
T420A プライマー15 5’-CGGAGTGATGATTCGTGCGATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号17)
プライマー16 5’-CAGCTTGTTGACGATCGCACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号18)
T420Y プライマー17 5’-CGGAGTGATGATTCGTTATATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号19)
プライマー18 5’-CAGCTTGTTGACGATATAACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号20)
T420H プライマー19 5’-CGGAGTGATGATTCGTCATATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号21)
プライマー20 5’-CAGCTTGTTGACGATATGACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号22)
T420Q プライマー21 5’-CGGAGTGATGATTCGTCAGATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号23)
プライマー22 5’-CAGCTTGTTGACGATCTGACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号24)
T420N プライマー23 5’-CGGAGTGATGATTCGTAACATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号25)
プライマー24 5’-CAGCTTGTTGACGATGTTACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号26)
T420K プライマー25 5’-CGGAGTGATGATTCGTAAAATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号27)
プライマー26 5’-CAGCTTGTTGACGATTTTACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号28)
T420D プライマー27 5’-CGGAGTGATGATTCGTGATATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号29)
プライマー28 5’-CAGCTTGTTGACGATATCACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号30)
T420E プライマー29 5’-CGGAGTGATGATTCGTGAAATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号31)
プライマー30 5’-CAGCTTGTTGACGATTTCACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号32)
T420W プライマー31 5’-CGGAGTGATGATTCGTTGGATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号33)
プライマー32 5’-CAGCTTGTTGACGATCCAACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号34)
T420R プライマー33 5’-CGGAGTGATGATTCGTCGCATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号35)
プライマー34 5’-CAGCTTGTTGACGATGCGACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号36)
T420S プライマー35 5’-CGGAGTGATGATTCGTAGCATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号37)
プライマー36 5’-CAGCTTGTTGACGATGCTACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号38)
実施例12で得られた420番残基を改変した酵素とPALDH、および、GDHを共発現する各組み換え大腸菌を200μg/mLのアンピシリンを含む5mLの2xYT培地に植菌し、30℃で28時間振とう培養した。培養液2mLを遠心分離し、得られた菌体に0.5mMのピリドキサルリン酸を含む100mMのリン酸カリウム緩衝液(pH6.8)を1mL加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液250μLに下記組成を有する基質溶液250μLを添加し、35℃で1.5時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させた。生成した(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンの光学純度を実施例2と同条件のHPLCで測定した。その結果、表10に示す改変型酵素の立体選択性が野生型より向上していた。
[基質溶液組成]
リン酸カリウム(pH6.8) 0.2M
L-アラニン 1.12M
D-グルコース 340mM
NADH 0.2mM
ピリドキサルリン酸 0.8mM
7-メトキシ-2-テトラロン 228mM
実施例2で得られた改変酵素を発現するプラスミドpNTMTAm12(M17I)、および、pNTMTAm19(M161T)を鋳型に実施例10と同様の方法で多重変異を導入したプラスミドを構築した。得られたプラスミドに実施例12と同様の方法でPALDH遺伝子及びGDH遺伝子を挿入し、表11に示すプラスミドを構築した。得られたプラスミドを用いてE. coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、改変酵素、PALDH、および、GDHを共発現する各組み換え大腸菌を取得した。
T420H プライマー19 5’-CGGAGTGATGATTCGTCATATCGTCAACAAGCTG-3’
(配列表の配列番号21)
プライマー20 5’-CAGCTTGTTGACGATATGACGAATCATCACTCCG-3’ (配列表の配列番号22)
M17I プライマー37 5’-GCACAACACGGTGCACATTATGCATCCGATGC-3’ (配列表の配列番号39)
プライマー38 5’-GCATCGGATGCATAATGTGCACCGTGTTGTGC-3’ (配列表の配列番号40)
M161T プライマー39 5’-GAACTTCGGTGGCACGTCCGCCTGTGGCG-3’ (配列表の配列番号41)
プライマー40 5’-CGCCACAGGCGGACGTGCCACCGAAGTTC-3’ (配列表の配列番号42)
実施例14で得られた組み換え大腸菌について、実施例13と同様の方法で培養液を得た。培養液8mLを遠心分離し、得られた菌体に0.5mMのピリドキサルリン酸を含む30mMのリン酸カリウム緩衝液(pH6.1)を1mL加え、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液100μLに(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリン塩酸塩を1%含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH6.3)を900μL加えて45℃でインキュベートした。反応0時間と20時間で100μLずつサンプリングし、それを0.1Mのリン酸カリウム水溶液(pH7.5)で200倍に希釈した。それぞれの希釈液200μLを下記組成を有する基質溶液800μLに添加し、30℃で1時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させた。生成したアセトフェノンの濃度を実施例4と同条件のHPLCで測定した。反応0時間を100%としたときの反応20時間の残存活性を表12に示す。下表の改変型酵素の(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンに対する耐性が野生型より向上していた。
[基質溶液組成]
(S)-1-フェネチルアミン 25mM
ピルビン酸ナトリウム 25mM
ピリドキサルリン酸 2.5mM
Tris(pH8.5) 0.1M
実施例14で得られた組み換え大腸菌について、実施例13と同条件で改変型酵素の立体選択性を調べた。その結果、表13に示す改変型酵素の立体選択性が野生型より向上していた。
実施例14で得られた組み換え大腸菌について、N-ベンジル-3-ピロリジノンに対する立体選択性を調べた。実施例13と同様の方法で得られた無細胞抽出液250μLに下記組成を有する基質溶液250μLを添加し、30℃で1.5時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させた。生成した(S)-N-ベンジル-3-アミノピロリジンの光学純度は以下の分析条件で測定した。その結果、表14に示す変異型酵素が野生型酵素に比べてN-ベンジル-3-ピロリジノンに対する立体選択性が向上していた。
[基質溶液組成]
リン酸カリウム(pH6.8) 0.2M
L-アラニン 1.12M
D-グルコース 340mM
NADH 0.2mM
ピリドキサルリン酸 0.8mM
N-ベンジル-3-ピロリジノン 228mM
[高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による光学純度測定条件]
反応液を適量の炭酸ナトリウムで塩基性にしたのち、ジニトロベンゾイルクロライドで誘導体化した後、以下の条件で分析した。
カラム:Chiralcel IA(ダイセル化学工業社製)
溶離液:ヘキサン/エタノール/ジエチルアミン/アセトニトリル=800/200/1/5(体積比)
流速:0.8mL/分
検出:254nm
カラム温度:30℃
実施例14で得られた組み換え大腸菌について、(S)-N-ベンジルー3-アミノピロリジノンに対する耐性について調べた。実施例13と同様の方法で多重変異株の無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液100μLに(S)-N-ベンジルー3-アミノピロリジノンを0.83%含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH6.3)を900μL加えて35℃でインキュベートした。反応0時間と2.5時間で100μLずつサンプリングし、それを0.1Mのリン酸カリウム水溶液(pH7.5)で200倍に希釈した。それぞれの希釈液200μLを下記組成を有する基質溶液800μLに添加し、30℃で1時間反応させたのち、6規定の塩酸を50μL添加して反応を停止させた。生成したアセトフェノンの濃度を実施例4と同条件のHPLCで測定した。反応0時間を100%としたときの反応2.5時間の残存活性を表15に示す。その結果、表15に示す変異型酵素が野生型酵素に比べて(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンに対する耐性が向上していた。
あらかじめ基質である7-メトキシ-2-テトラロン1.6gと、L-アラニン4.85g、D-グルコース2.45g、NAD6.5mg、ピリドキサルリン酸60.2mgを入れた100mL容の3つ口フラスコに、実施例18で得られた野生型酵素あるいはM161Tのブロス40mLを加えて、3規定のNaOHでpH5.7に調製しながら、アルゴン置換下、35℃において、46時間攪拌しながら反応を行なった。反応終了後、反応液中に生成した7-メトキシ-2-テトラリンを以下のHPLCで分析した。その結果、野生型酵素は変換率35%で反応が停止していたが、M161Tでは変換率90%に達していた。このとき生成した(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンの光学純度は前者が96.7%ee、後者が97.4%e.e.であった。また、残存するアミノ基転移酵素の活性は前者が11%であったのに対し、後者は35%であった。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
<定量分析>
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mM リン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
<光学純度分析>
カラム:Crownpak CR(+)(ダイセル化学工業社製)
溶離液:過塩素酸水溶液(pH1.5)/メタノール=85/15(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:220nm
カラム温度:47℃
あらかじめ基質である7-メトキシ-2-テトラロン2.0gと、L-アラニン6.07g、D-グルコース3.07g、NAD8.14mg、ピリドキサルリン酸75.2mgを入れた100mL容の3つ口フラスコに実施例18で得られた野生型酵素あるいはM161Tのブロス40mLを加えて、3規定のNaOHでpH6.2に調製しながら、アルゴン置換下で、45℃で、攪拌しながら反応を行なった。反応24時間後、反応液を以下のHPLCで分析した。その結果、野生型は変換率85%で反応が停止していたが、M161Tでは変換率96%に達していた。このとき生成した(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンの光学純度は94.2%e.e.および96.2%eeであった。また、残存するアミノ基転移酵素の活性は前者が20%であったのに対し、後者は40%であった。
[高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による測定条件]
<定量分析>
カラム:Cosmosil 5C8-MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mM リン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
<光学純度分析>
カラム:Crownpak CR(+)(ダイセル化学工業社製)
溶離液:過塩素酸水溶液(pH1.5)/メタノール=85/15(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:220nm
カラム温度:47℃
Claims (18)
- 以下の(i)から(iii);
(i)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列と配列同一性が85%以上であり、
(ii)アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、
(iii)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高い、
の性質を示すポリペプチド。 - 以下の(A)から(C)のいずれかに示すポリぺプチド。
(A)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、161、420、17、84、171、176、262、302、421、435、29、42、116、153、190、284、209、235、236、408、418、434、442、3、11、および151番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(B)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、161、420、17、84、171、176、262、302、421、435、29、42、116、153、190、284、209、235、236、408、418、434、442、3、11、および151番目、から選択される1つもしくは複数のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列において、前記アミノ酸部位以外のアミノ酸の1個もしくは複数個が置換、付加、挿入もしくは欠失されてなり、かつ、アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高いポリペプチド、
(C)配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、161、420、17、84、171、176、262、302、421、435、29、42、116、153、190、284、209、235、236、408、418、434、442、3、11、および151番目、から選択される1つもしくは複数個のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列において、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記アミノ酸部位を除いた配列同一性が85%以上であり、かつ、アミノ基供与体の存在下、7-メトキシ-2-テトラロンに作用して(S)-7-メトキシ-2-アミノテトラリンを生成する反応を行うことができ、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素と比較してその反応性が高いポリペプチド。 - 配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列のうち、次のアミノ酸置換の群;
161番目が、非電荷アミノ酸または非極性アミノ酸に置換、
420番目が、プロリン、グリシン、システイン、およびスレオニン以外のアミノ酸に置換、
17番目が非極性アミノ酸に置換、
84番目が非電荷アミノ酸に置換、
171番目が塩基性アミノ酸に置換、
176番目が非電荷アミノ酸に置換、
262番目が、非極性アミノ酸に置換、
302番目が、非極性アミノ酸に置換、
421番目が、非電荷アミノ酸に置換、
435番目が、非極性アミノ酸に置換、
29番目が、塩基性アミノ酸に置換、
42番目が、非電荷アミノ酸に置換、
116番目が、非極性アミノ酸に置換、
153番目が、非極性アミノ酸に置換、
190番目が、非極性アミノ酸に置換、
284番目が、非電荷アミノ酸に置換、
209番目が、非極性アミノ酸に置換、
235番目が、非極性アミノ酸に置換、
236番目が、非極性アミノ酸に置換、
408番目が、非電荷アミノ酸に置換、
418番目が、非電荷アミノ酸に置換、
434番目が、非極性アミノ酸に置換、
442番目が、非極性アミノ酸に置換。
3番目が、塩基性アミノ酸に置換、
11番目が、非電荷アミノ酸に置換、および
151番目が、塩基性アミノ酸に置換、
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されている、請求項1または2に記載のポリペプチド。 - 配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列において、次のアミノ酸置換の群;
161番目が、スレオニン、またはバリンに置換、
420番目が、ヒスチジン、セリン、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、グルタミン、アスパラギン、リジン、バリン、またはトリプトファンに置換、
17番目が、イソロイシン、またはロイシンに置換、
84番目が、システインに置換、
171番目が、アルギニンに置換、
176番目が、セリンに置換、
262番目が、バリンに置換、
302番目が、イソロイシンに置換、
421番目が、スレオニンに置換、
435番目が、アラニンに置換、
29番目が、リジンに置換、
42番目がチロシンに置換、
116番目が、ロイシンに置換、
153番目が、フェニルアラニンに置換、
190番目が、チロシンに置換、
284番目がイソロイシン、
209番目が、アラニンに置換、
235番目が、バリンに置換、
236番目が、イソロイシンに置換、
408番目が、スレオニンに置換、
418番目が、ロイシンに置換、
434番目が、アラニンに置換、
442番目が、バリンに置換、
3番目が、アルギニンに置換、
11番目が、グリシンに置換、および
151番目が、ヒスチジンに置換、
から選択される1つもしくは複数のアミノ酸置換が導入されている、請求項1または2に記載のポリペプチド。 - 配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列において、下記の(1)~(15);
(1)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;17番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ420番目が、ヒスチジン、セリン、アラニン、アスパラギン酸、またはグルタミン酸に置換、
(2)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ418番目が、非電荷アミノ酸に置換、
(3)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;236番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ442番目が、非極性アミノ酸に置換、
(4)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ434番目が、非極性アミノ酸に置換、
(5)11番目が、非電荷アミノ酸に置換;151番目が、塩基性アミノ酸に置換;161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸、好ましくはバリンに置換、
(6)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;209番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ235番目が、非極性アミノ酸に置換、
(7)42番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ408番目が、非電荷アミノ酸に置換、
(8)17番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ153番目が、非極性アミノ酸に置換、
(9)29番目が、塩基性アミノ酸に置換;かつ262番目が、非極性アミノ酸に置換、
(10)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ284番目が、非電荷アミノ酸に置換、
(11)3番目が塩基性アミノ酸に置換;17番目が、非極性アミノ酸に置換;116番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ190番目が、非極性アミノ酸に置換、
(12)84番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ420番目が、スレオニン以外の非電荷アミノ酸に置換、
(13)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ17番目が、非極性アミノ酸に置換、
(14)161番目が、非電荷アミノ酸に置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸に置換、および
(15)17番目が、非極性アミノ酸に置換;かつ420番目が、塩基性アミノ酸に置換、
から選択されるいずれかのアミノ酸置換が導入されている、請求項1または2に記載のポリペプチド。 - 配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列において、下記の(16)~(30);
(16)17番目がイソロイシンに置換;161番目がスレオニンに置換;かつ420番目がヒスチジンに置換、
(17)161番目がスレオニンに置換;かつ418番目がロイシンに置換、
(18)161番目がスレオニンに置換;かつ236番目がイソロイシンに置換;かつ442番目がバリンに置換、
(19)161番目がスレオニン置換;かつ434番目がアラニンに置換、
(20)11番目がグリシンに置換;151番目がヒスチジンに置換;161番目がスレオニンに置換;かつ262番目がバリンに置換、
(21)161番目がスレオニンに置換;209番目がアラニンに置換;かつ235番目がバリンに置換、
(22)42番目がチロシンに置換;かつ408番目がスレオニンに置換、
(23)17番目がロイシンに置換;かつ153番目がフェニルアラニンに置換、
(24)29番目がリジンに置換;かつ262番目がバリンに置換、
(25)161番目がスレオニンに置換;かつ284番目がイソロイシンに置換、
(26)3番目がアルギニンに置換;17番目がロイシンに置換;116番目がロイシンに置換;かつ190番目がチロシンに置換、
(27)84番目がシステインに置換;かつ420番目がセリンに置換、
(28)17番目がイソロイシンに置換;かつ161番目がスレオニンに置換、
(29)161番目がスレオニンに置換;かつ420番目がヒスチジンに置換、および
(30)17番目がイソロイシンに置換;かつ420番目がヒスチジンに置換、
から選択されるいずれかのアミノ酸置換が導入されている、請求項1または2に記載のポリペプチド。 - 請求項1~6のいずれかに記載のポリペプチドをコードする単離されたDNA。
- 請求項7に記載のDNAを含むベクター。
- 請求項8に記載のベクターにより宿主細胞を形質転換して得られる形質転換体。
- 請求項1~6のいずれかに記載のポリペプチド、または、請求項7に記載の形質転換体および/またはその処理物を、アミノ基供与体の存在下、ケトン化合物に作用させることを特徴とする、光学活性アミノ化合物の製造方法。
- 請求項1~6のいずれかに記載のポリペプチド、または、請求項7に記載の形質転換体および/またはその処理物を、アミノ基受容体の存在下、アミノ化合物のエナンチオマー混合物に作用させることを特徴とする、光学活性アミノ化合物の製造方法。
- 前記式(1)で表されるケトン化合物が、1-テトラロン、2-テトラロン、5-メトキシ-2-テトラロン、6-メトキシ-2-テトラロン、7-メトキシ-2-テトラロン、8-メトキシ-2-テトラロン、1-ベンジル-3-ピロリジノン、1-Bocー3-ピロリジノン、1-Cbzー3-ピロリジノン、1-ベンジルー3-ピペリジノン、1-Bocー3-ピペリジノン、1-Cbzー3-ピペリジノン、アセトフェノン、3,4-ジメトキシフェニルアセトン、からなる群から選ばれる1以上のケトン化合物である、請求項11に記載の製造方法。
- 前記式(3)で表されるアミノ化合物が、1-アミノテトラリン、2-アミノテトラリン、5-メトキシ-2-アミノテトラリン、6-メトキシ-2-アミノテトラリン、7-メトキシ-2-アミノテトラリン、8-メトキシ-2-アミノテトラリン、1-ベンジルー3-アミノピロリジン、1-Bocー3-アミノピロリジン、1-Cbzー3-アミノピロリジン、1-ベンジルー3-アミノピペリジン、1-Bocー3-アミノピペリジン、1-Cbzー3-アミノピペリジン、1-フェネチルアミン、3,4-ジメトキシアンフェタミン、からなる群から選ばれる1以上のアミノ化合物である、請求項13に記載の製造方法。
- アミノ基供与体が、1-フェネチルアミン、2-ブチルアミン、2-ペンチルアミン、2-ヘプチルアミン、3-ヘプチルアミン、n-エチルアミン、n-プロピルアミン、n-ブチルアミン、n-アミルアミン、イソプロピルアミン、イソブチルアミン、グリシン、アラニン、グルタミン酸、3-アミノ-1-フェニルブタン、ベンジルアミン、β-フェネチルアミン、シクロヘキシルアミンおよびそれらの光学活性体からなる群より選ばれる1以上の化合物である、請求項10または11に記載の製造方法。
- アミノ基受容体が、ピルビン酸またはグリオキシル酸である請求項12または13に記載の製造方法。
- 請求項10~17のいずれかに記載の製造方法であって、反応温度を35℃以上に保つことを特徴とする、光学活性アミノ化合物の製造方法。
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