WO2019230614A1 - Improvement of glucose dehydrogenase - Google Patents
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Definitions
- [5] A primary structure in which the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 in which 173 lysine is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 linked via a peptide linker, or SEQ ID NO:
- Glucose dehydrogenase is Glucose dehydrogenase.
- modified glucose dehydrogenase is an enzyme in which an existing glucose dehydrogenase (typically a wild-type enzyme) is mutated or modified.
- modified glucose dehydrogenase is used interchangeably with the term “mutant enzyme”.
- glucose dehydrogenase may be abbreviated as “GDH”.
- an amino acid sequence in which the 128th lysine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 is replaced with valine, isoleucine, proline or glutamine or a homologous sequence thereof is used.
- Insertion of the nucleic acid of the present invention into a vector, insertion of a selectable marker gene (if necessary), insertion of a promoter (if necessary), etc. are performed using standard recombinant DNA techniques (for example, Molecular Cloning, Third Edition, 1.84, Cold Spring Harbor Laboratory Press and New York, which can be referred to, are known methods using restriction enzymes and DNA ligases).
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Abstract
The present invention addresses the problem of providing a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase having further improved substrate specificity and/or low-temperature reactivity and having higher practically value. Disclosed is a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase having reduced xylose reactivity, which is produced utilizing a circular permutation (CP) mutation.
Description
本発明はグルコースデヒドロゲナーゼ(グルコース脱水素酵素)に関する。詳しくは、特性(基質特異性、低温反応性)が改善されたフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(E.C.1.1.5.9)及びその遺伝子等に関する。本出願は、2018年5月29日に出願された日本国特許出願第2018-102829号に基づく優先権を主張するものであり、当該特許出願の全内容は参照により援用される。
The present invention relates to glucose dehydrogenase (glucose dehydrogenase). More specifically, the present invention relates to a flavin adenine dinucleotide (FAD) -dependent glucose dehydrogenase (E.C.1.1.5.9) having improved properties (substrate specificity, low temperature reactivity) and its gene. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-102829 filed on May 29, 2018, the entire contents of which are incorporated by reference.
糖尿病患者は年々増加しており、糖尿病患者、特にインスリン依存性の患者は血糖値を日常的に監視し血糖をコントロールする必要がある。近年、酵素を用いてリアルタイムで簡便にかつ正確に測定できる自己血糖測定器で糖尿病患者の血糖値をチェック出来るようになった。グルコースセンサ(例えば、自己血糖測定器に使用されるセンサ)用として、グルコースオキシダーゼ(E.C.1.1.3.4)、PQQ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(E.C.1.1.5.2)(例えば特許文献1~3を参照)が開発されたが、酸素反応性、マルトース、ガラクトースへの反応性が問題となった。この問題を解決すべく、FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(以下、「FAD-GDH」と略称する)が開発された(例えば特許文献4、5、非特許文献1~4を参照)。
Diabetes patients are increasing year by year, and diabetic patients, particularly insulin dependent patients, need to monitor blood glucose levels on a daily basis to control blood sugar levels. In recent years, it has become possible to check the blood glucose level of diabetic patients with an auto-blood glucose meter that can easily and accurately measure in real time using an enzyme. Glucose oxidase (EC1.1.3.4) and PQQ-dependent glucose dehydrogenase (EC1.1.5.2) (see, for example, Patent Documents 1 to 3) have been developed for glucose sensors (for example, sensors used in self blood glucose meters). However, oxygen reactivity, maltose and galactose reactivity became problems. In order to solve this problem, FAD-dependent glucose dehydrogenase (hereinafter abbreviated as “FAD-GDH”) has been developed (see, for example, Patent Documents 4 and 5 and Non-Patent Documents 1 to 4).
一般に、糖尿病判定検査時には、経口グルコース負荷試験だけでなく、経口キシロース負荷試験、経静脈キシロース負荷試験が実施される。FAD-GDHは概してキシロースへ反応することが知られており、FAD-GDHを用いた場合、上記負荷試験時に血糖値へ影響することが問題となる。一方、FAD-GDHを利用した血糖測定器の測定精度は環境温度に影響を受けることが知られている。また、特に重要な問題として、センサに使用するFAD-GDHの反応性が低下する低温環境で測定した場合、血糖値が低い領域において実際の血糖値よりも測定値が低くなることが指摘されている。本出願人は、これらの問題に対する解決策として、キシロースへの反応性が低い、即ち基質特異性に優れたFAD-GDH及びその改良型酵素を報告している(特許文献6、7)。尚、特許文献8には、キシロースに対する反応性が低いFAD-GDHが報告されているが、グルコースセンサに応用した場合に特に重要となるpH安定性等の特性は明らかにされておらず、その実用的価値は不明である。
In general, not only oral glucose tolerance test but also oral xylose tolerance test and intravenous xylose tolerance test are performed at the time of diabetes determination test. FAD-GDH is generally known to react with xylose, and when FAD-GDH is used, there is a problem in that it affects blood glucose levels during the above-mentioned load test. On the other hand, it is known that the measurement accuracy of a blood glucose meter using FAD-GDH is affected by environmental temperature. In addition, it has been pointed out that when measured in a low-temperature environment where the reactivity of FAD-GDH used in the sensor decreases, the measured value is lower than the actual blood glucose level in the low blood glucose region. Yes. As a solution to these problems, the present applicant has reported FAD-GDH having low reactivity to xylose, that is, excellent substrate specificity, and its improved enzyme (Patent Documents 6 and 7). Patent Document 8 reports FAD-GDH having low reactivity to xylose, but characteristics such as pH stability that are particularly important when applied to a glucose sensor have not been clarified. The practical value is unknown.
上記の通り、キシロースへの反応性が低いFAD-GDHが開発されているが、基質特異性は未だ改善の余地がある。低温反応性についても同様であり、更なる改善が望まれる。そこで本発明は、基質特異性及び/又は低温反応性が更に改善された、より実用的価値が高いFAD-GDHを提供することを課題とする。
As described above, FAD-GDH, which has low reactivity with xylose, has been developed, but there is still room for improvement in substrate specificity. The same applies to the low temperature reactivity, and further improvement is desired. Therefore, an object of the present invention is to provide FAD-GDH having further improved substrate specificity and / or low-temperature reactivity and higher practical value.
上記課題を解決すべく検討を進める中で本発明者らは、Circular Permutation(CP)変異に着眼し、先の特許出願(特許文献6、7)で報告したFAD-GDHの改良を試みた。CP変異はタンパク質の構造を維持しつつ、標的タンパク質のN末端およびC末端を変える手法である(非特許文献5)。この方法は活性部位の構造を大きく変化させることなく、酵素活性や基質特異性を改変できる可能性があることが報告されている(非特許文献6、7)。
In the course of studying to solve the above-mentioned problems, the present inventors focused on Circular Permutation (CP) mutation and attempted to improve FAD-GDH reported in the previous patent applications (Patent Documents 6 and 7). CP mutation is a technique for changing the N-terminus and C-terminus of a target protein while maintaining the protein structure (Non-patent Document 5). It has been reported that this method may be able to modify enzyme activity and substrate specificity without significantly changing the structure of the active site (Non-Patent Documents 6 and 7).
設計した変異酵素の網羅的なスクリーニング及び評価の末、基質特異性が向上した複数の変異酵素が同定された。これらの変異酵素の低温反応性を調べたところ、低温反応性の向上も認められた。このように本発明者らは、特に血糖測定用グルコースセンサへの利用に適した、実用性の高いFAD-GDHの創出に成功した。以下の発明は当該成果に基づく。
[1]配列番号4のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第1配列と、配列番号5のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第2配列がペプチドリンカーを介して連結した一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第3配列と、配列番号7のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第4配列がペプチドリンカーを介して連結した一次構造を有し、配列番号1のアミノ酸配列からなる野生型酵素に比較して、D-キシロースに対する反応性が低い、及び/又はグルコースデヒドロゲナーゼ活性の低温反応性が向上している、グルコースデヒドロゲナーゼ。
[2]前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が80%以上である、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[3]前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が85%以上である、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[4]前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が90%以上である、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[5]配列番号4のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列と、配列番号5のアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造を有する、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[6]配列番号6のアミノ酸配列の125番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列の160番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列の144番チロシンがシステインに置換され、且つ184番グリシンがシステインに置換されたたアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造を有する、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[7]前記ペプチドリンカーを構成するアミノ酸の数が5~30である、[1]~[6]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[8]前記ペプチドリンカーがESSSGTSSSSGTSESSS(配列番号23)又はGTSSS(配列番号25)である、[7]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[9](a)配列番号8のアミノ酸配列、
(b)配列番号8のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
(c)配列番号9のアミノ酸配列、
(d)配列番号9のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
(e)配列番号32のアミノ酸配列、又は
(f)配列番号32のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
を有し、配列番号1のアミノ酸配列からなる野生型酵素に比較して、D-キシロースに対する反応性が低い、及び/又はグルコースデヒドロゲナーゼ活性の低温安定性が向上している、グルコースデヒドロゲナーゼ。
[10](b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が80%以上である、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[11](b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が85%以上である、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[12](b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が90%以上である、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[13]配列番号8のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、又は配列番号9のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列からなる、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[14]配列番号36又は37のアミノ酸配列からなる、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[15]D-グルコースに対する反応性を100%としたときのD-キシロースに対する反応性が8%以下である、[1]~[14]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[16][1]~[15]のいずれかのグルコースデヒドロゲナーゼをコードするグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子。
[17]以下の(A)~(C)からなる群より選択されるいずれかのDNAからなる、[14]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子:
(A)配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードするDNA;
(B)配列番号10~13、38~43のいずれかの塩基配列からなるDNA;
(C)配列番号10~13、38~43のいずれかの塩基配列と等価な塩基配列を有し、且つグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。
[18][16]又は[17]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換えDNA。
[19][18]に記載の組換えDNAを保有する微生物。
[20]以下のステップ(1)~(3)を含む、グルコースデヒドロゲナーゼの調製法:
(1)[16]又は[17]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を用意するステップ;
(2)前記遺伝子を発現させるステップ;及び
(3)発現産物を回収するステップ。
[21][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを用いて試料中のグルコースを測定することを特徴とする、グルコース測定法。
[22][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコース測定用試薬。
[23][22]に記載のグルコース測定用試薬を含む、グルコース測定用キット。
[24][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコースセンサ。
[25][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含有する酵素剤。 After comprehensive screening and evaluation of the designed mutant enzymes, multiple mutant enzymes with improved substrate specificity were identified. When the low-temperature reactivity of these mutant enzymes was examined, the low-temperature reactivity was also improved. As described above, the present inventors have succeeded in creating FAD-GDH having high practicality suitable for use in a glucose sensor for blood glucose measurement. The following invention is based on the results.
[1] The first sequence consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or an amino acid sequence having an identity of 70% or more with the amino acid sequence and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 or the identity of the amino acid sequence is 70% or more A primary structure in which a second sequence comprising an amino acid sequence is linked via a peptide linker, or a third sequence comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 or an amino acid sequence having an identity with said amino acid sequence of 70% or more, and SEQ ID NO: 7 Or a fourth sequence consisting of an amino acid sequence having an identity of 70% or more with the amino acid sequence has a primary structure linked through a peptide linker, and is compared with the wild-type enzyme consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Thus, glucose dehydrogenase having low reactivity to D-xylose and / or improved low-temperature reactivity of glucose dehydrogenase activity.
[2] The glucose dehydrogenase according to [1], wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence, and the fourth sequence is 80% or more.
[3] The glucose dehydrogenase according to [1], wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence, and the fourth sequence is 85% or more.
[4] The glucose dehydrogenase according to [1], wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence, and the fourth sequence is 90% or more.
[5] A primary structure in which the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 in which 173 lysine is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 linked via a peptide linker, or SEQ ID NO: The amino acid sequence according to [1], wherein the amino acid sequence of No. 128 of 6 amino acid sequence is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 is linked via a peptide linker. Glucose dehydrogenase.
[6] The amino acid sequence in which the 125th serine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 was replaced with cysteine and the amino acid sequence in which the 160th serine of the amino acid sequence in SEQ ID NO: 7 was replaced with cysteine were linked via a peptide linker. The primary structure or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 and the amino acid sequence in which amino acid sequence 144 of tyrosine No. 7 was replaced with cysteine and amino acid sequence 184 of glycine was replaced with cysteine were linked via a peptide linker. The glucose dehydrogenase according to [1], which has a primary structure.
[7] The glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [6], wherein the number of amino acids constituting the peptide linker is 5 to 30.
[8] The glucose dehydrogenase according to [7], wherein the peptide linker is ESSSGTSSSSGTSESSS (SEQ ID NO: 23) or GTSSS (SEQ ID NO: 25).
[9] (a) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(b) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(c) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9,
(d) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9,
(e) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, or (f) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32,
A glucose dehydrogenase having a low reactivity to D-xylose and / or improved low-temperature stability of glucose dehydrogenase activity as compared to the wild-type enzyme consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
[10] The glucose dehydrogenase according to [9], wherein the identity defining the amino acid sequence of (b), the amino acid sequence of (d), and the amino acid sequence of (f) is 80% or more.
[11] The glucose dehydrogenase according to [9], wherein the identity defining the amino acid sequence of (b), the amino acid sequence of (d) and the amino acid sequence of (f) is 85% or more.
[12] The glucose dehydrogenase according to [9], wherein the identity defining the amino acid sequence of (b), the amino acid sequence of (d) and the amino acid sequence of (f) is 90% or more.
[13] An amino acid sequence in which the lysine 173 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine, or a lysine 128 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine The glucose dehydrogenase according to [9], comprising the amino acid sequence.
[14] The glucose dehydrogenase according to [9], comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 36 or 37.
[15] The glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [14], wherein the reactivity to D-xylose is 8% or less when the reactivity to D-glucose is 100%.
[16] A glucose dehydrogenase gene encoding the glucose dehydrogenase of any one of [1] to [15].
[17] The glucose dehydrogenase gene according to [14], comprising any one of DNAs selected from the group consisting of the following (A) to (C):
(A) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36 or 37;
(B) DNA comprising any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 10 to 13 and 38 to 43;
(C) DNA encoding a protein having a nucleotide sequence equivalent to any one of SEQ ID NOs: 10 to 13 and 38 to 43 and having glucose dehydrogenase activity.
[18] A recombinant DNA comprising the glucose dehydrogenase gene according to [16] or [17].
[19] A microorganism having the recombinant DNA according to [18].
[20] A method for preparing glucose dehydrogenase, comprising the following steps (1) to (3):
(1) A step of preparing a glucose dehydrogenase gene according to [16] or [17];
(2) expressing the gene; and (3) collecting the expression product.
[21] A glucose measurement method comprising measuring glucose in a sample using the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
[22] A glucose measurement reagent comprising the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
[23] A glucose measurement kit comprising the glucose measurement reagent according to [22].
[24] A glucose sensor comprising the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
[25] An enzyme agent comprising the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
[1]配列番号4のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第1配列と、配列番号5のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第2配列がペプチドリンカーを介して連結した一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第3配列と、配列番号7のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第4配列がペプチドリンカーを介して連結した一次構造を有し、配列番号1のアミノ酸配列からなる野生型酵素に比較して、D-キシロースに対する反応性が低い、及び/又はグルコースデヒドロゲナーゼ活性の低温反応性が向上している、グルコースデヒドロゲナーゼ。
[2]前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が80%以上である、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[3]前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が85%以上である、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[4]前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が90%以上である、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[5]配列番号4のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列と、配列番号5のアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造を有する、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[6]配列番号6のアミノ酸配列の125番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列の160番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列の144番チロシンがシステインに置換され、且つ184番グリシンがシステインに置換されたたアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造を有する、[1]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[7]前記ペプチドリンカーを構成するアミノ酸の数が5~30である、[1]~[6]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[8]前記ペプチドリンカーがESSSGTSSSSGTSESSS(配列番号23)又はGTSSS(配列番号25)である、[7]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[9](a)配列番号8のアミノ酸配列、
(b)配列番号8のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
(c)配列番号9のアミノ酸配列、
(d)配列番号9のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
(e)配列番号32のアミノ酸配列、又は
(f)配列番号32のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
を有し、配列番号1のアミノ酸配列からなる野生型酵素に比較して、D-キシロースに対する反応性が低い、及び/又はグルコースデヒドロゲナーゼ活性の低温安定性が向上している、グルコースデヒドロゲナーゼ。
[10](b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が80%以上である、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[11](b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が85%以上である、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[12](b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が90%以上である、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[13]配列番号8のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、又は配列番号9のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列からなる、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[14]配列番号36又は37のアミノ酸配列からなる、[9]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[15]D-グルコースに対する反応性を100%としたときのD-キシロースに対する反応性が8%以下である、[1]~[14]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。
[16][1]~[15]のいずれかのグルコースデヒドロゲナーゼをコードするグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子。
[17]以下の(A)~(C)からなる群より選択されるいずれかのDNAからなる、[14]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子:
(A)配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードするDNA;
(B)配列番号10~13、38~43のいずれかの塩基配列からなるDNA;
(C)配列番号10~13、38~43のいずれかの塩基配列と等価な塩基配列を有し、且つグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。
[18][16]又は[17]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換えDNA。
[19][18]に記載の組換えDNAを保有する微生物。
[20]以下のステップ(1)~(3)を含む、グルコースデヒドロゲナーゼの調製法:
(1)[16]又は[17]に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を用意するステップ;
(2)前記遺伝子を発現させるステップ;及び
(3)発現産物を回収するステップ。
[21][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを用いて試料中のグルコースを測定することを特徴とする、グルコース測定法。
[22][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコース測定用試薬。
[23][22]に記載のグルコース測定用試薬を含む、グルコース測定用キット。
[24][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコースセンサ。
[25][1]~[15]のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含有する酵素剤。 After comprehensive screening and evaluation of the designed mutant enzymes, multiple mutant enzymes with improved substrate specificity were identified. When the low-temperature reactivity of these mutant enzymes was examined, the low-temperature reactivity was also improved. As described above, the present inventors have succeeded in creating FAD-GDH having high practicality suitable for use in a glucose sensor for blood glucose measurement. The following invention is based on the results.
[1] The first sequence consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or an amino acid sequence having an identity of 70% or more with the amino acid sequence and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 or the identity of the amino acid sequence is 70% or more A primary structure in which a second sequence comprising an amino acid sequence is linked via a peptide linker, or a third sequence comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 or an amino acid sequence having an identity with said amino acid sequence of 70% or more, and SEQ ID NO: 7 Or a fourth sequence consisting of an amino acid sequence having an identity of 70% or more with the amino acid sequence has a primary structure linked through a peptide linker, and is compared with the wild-type enzyme consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Thus, glucose dehydrogenase having low reactivity to D-xylose and / or improved low-temperature reactivity of glucose dehydrogenase activity.
[2] The glucose dehydrogenase according to [1], wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence, and the fourth sequence is 80% or more.
[3] The glucose dehydrogenase according to [1], wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence, and the fourth sequence is 85% or more.
[4] The glucose dehydrogenase according to [1], wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence, and the fourth sequence is 90% or more.
[5] A primary structure in which the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 in which 173 lysine is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 linked via a peptide linker, or SEQ ID NO: The amino acid sequence according to [1], wherein the amino acid sequence of No. 128 of 6 amino acid sequence is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 is linked via a peptide linker. Glucose dehydrogenase.
[6] The amino acid sequence in which the 125th serine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 was replaced with cysteine and the amino acid sequence in which the 160th serine of the amino acid sequence in SEQ ID NO: 7 was replaced with cysteine were linked via a peptide linker. The primary structure or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 and the amino acid sequence in which amino acid sequence 144 of tyrosine No. 7 was replaced with cysteine and amino acid sequence 184 of glycine was replaced with cysteine were linked via a peptide linker. The glucose dehydrogenase according to [1], which has a primary structure.
[7] The glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [6], wherein the number of amino acids constituting the peptide linker is 5 to 30.
[8] The glucose dehydrogenase according to [7], wherein the peptide linker is ESSSGTSSSSGTSESSS (SEQ ID NO: 23) or GTSSS (SEQ ID NO: 25).
[9] (a) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(b) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(c) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9,
(d) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9,
(e) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, or (f) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32,
A glucose dehydrogenase having a low reactivity to D-xylose and / or improved low-temperature stability of glucose dehydrogenase activity as compared to the wild-type enzyme consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
[10] The glucose dehydrogenase according to [9], wherein the identity defining the amino acid sequence of (b), the amino acid sequence of (d), and the amino acid sequence of (f) is 80% or more.
[11] The glucose dehydrogenase according to [9], wherein the identity defining the amino acid sequence of (b), the amino acid sequence of (d) and the amino acid sequence of (f) is 85% or more.
[12] The glucose dehydrogenase according to [9], wherein the identity defining the amino acid sequence of (b), the amino acid sequence of (d) and the amino acid sequence of (f) is 90% or more.
[13] An amino acid sequence in which the lysine 173 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine, or a lysine 128 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine The glucose dehydrogenase according to [9], comprising the amino acid sequence.
[14] The glucose dehydrogenase according to [9], comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 36 or 37.
[15] The glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [14], wherein the reactivity to D-xylose is 8% or less when the reactivity to D-glucose is 100%.
[16] A glucose dehydrogenase gene encoding the glucose dehydrogenase of any one of [1] to [15].
[17] The glucose dehydrogenase gene according to [14], comprising any one of DNAs selected from the group consisting of the following (A) to (C):
(A) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36 or 37;
(B) DNA comprising any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 10 to 13 and 38 to 43;
(C) DNA encoding a protein having a nucleotide sequence equivalent to any one of SEQ ID NOs: 10 to 13 and 38 to 43 and having glucose dehydrogenase activity.
[18] A recombinant DNA comprising the glucose dehydrogenase gene according to [16] or [17].
[19] A microorganism having the recombinant DNA according to [18].
[20] A method for preparing glucose dehydrogenase, comprising the following steps (1) to (3):
(1) A step of preparing a glucose dehydrogenase gene according to [16] or [17];
(2) expressing the gene; and (3) collecting the expression product.
[21] A glucose measurement method comprising measuring glucose in a sample using the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
[22] A glucose measurement reagent comprising the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
[23] A glucose measurement kit comprising the glucose measurement reagent according to [22].
[24] A glucose sensor comprising the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
[25] An enzyme agent comprising the glucose dehydrogenase according to any one of [1] to [15].
1.用語
本明細書において用語「単離された」は「精製された」と交換可能に使用される。用語「単離された」は、人為的操作が介在することなく産生される物の場合、天然の状態、即ち、自然界において存在している状態のものと区別するために使用され、人為的操作が介在して生産される物の場合、単離工程又は精製工程を経ていないものと区別するために使用される。前者の場合、単離するという人為的操作によって、天然の状態とは異なる状態である「単離された状態」となり、単離されたものは天然物自体と明確且つ決定的に相違する。一方、後者の場合、典型的には、単離工程又は精製工程によって不純物が除去され又はその量が低減され、純度が高まる。単離された酵素の純度は特に限定されない。但し、純度の高いことが要求される用途への適用が予定されるのであれば、単離された酵素の純度は高いことが好ましい。 1. Terminology The term “isolated” is used herein interchangeably with “purified”. The term “isolated” is used to distinguish a product that is produced without human intervention from its natural state, ie, a state that exists in nature. In the case of a product produced through intervening, it is used to distinguish it from those that have not undergone an isolation step or a purification step. In the former case, an artificial operation of isolation results in an “isolated state” that is different from the natural state, and the isolated is clearly and decisively different from the natural product itself. On the other hand, in the latter case, impurities are typically removed or reduced in quantity by the isolation process or purification process, and the purity is increased. The purity of the isolated enzyme is not particularly limited. However, if application to a use requiring high purity is planned, it is preferable that the purity of the isolated enzyme is high.
本明細書において用語「単離された」は「精製された」と交換可能に使用される。用語「単離された」は、人為的操作が介在することなく産生される物の場合、天然の状態、即ち、自然界において存在している状態のものと区別するために使用され、人為的操作が介在して生産される物の場合、単離工程又は精製工程を経ていないものと区別するために使用される。前者の場合、単離するという人為的操作によって、天然の状態とは異なる状態である「単離された状態」となり、単離されたものは天然物自体と明確且つ決定的に相違する。一方、後者の場合、典型的には、単離工程又は精製工程によって不純物が除去され又はその量が低減され、純度が高まる。単離された酵素の純度は特に限定されない。但し、純度の高いことが要求される用途への適用が予定されるのであれば、単離された酵素の純度は高いことが好ましい。 1. Terminology The term “isolated” is used herein interchangeably with “purified”. The term “isolated” is used to distinguish a product that is produced without human intervention from its natural state, ie, a state that exists in nature. In the case of a product produced through intervening, it is used to distinguish it from those that have not undergone an isolation step or a purification step. In the former case, an artificial operation of isolation results in an “isolated state” that is different from the natural state, and the isolated is clearly and decisively different from the natural product itself. On the other hand, in the latter case, impurities are typically removed or reduced in quantity by the isolation process or purification process, and the purity is increased. The purity of the isolated enzyme is not particularly limited. However, if application to a use requiring high purity is planned, it is preferable that the purity of the isolated enzyme is high.
用語「改変型グルコースデヒドロゲナーゼ」とは、既存のグルコースデヒドロゲナーゼ(典型的には野生型酵素)が変異ないし改変された酵素である。用語「改変型グルコースデヒドロゲナーゼ」は用語「変異酵素」と交換可能に用いられる。また、本明細書中ではグルコースデヒドロゲナーゼを「GDH」と略称することがある。
The term “modified glucose dehydrogenase” is an enzyme in which an existing glucose dehydrogenase (typically a wild-type enzyme) is mutated or modified. The term “modified glucose dehydrogenase” is used interchangeably with the term “mutant enzyme”. In the present specification, glucose dehydrogenase may be abbreviated as “GDH”.
2.改変型グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)
本発明の第1の局面は改変型GDH(以下、「本酵素」とも呼ぶ)に関する。本酵素はCP変異を応用した検討によって見出された特徴的な構造を備える。具体的には、本酵素は、野生型酵素のN末端側領域に対応する配列(「N末端側配列」と呼ぶ)と同C末端側領域に対応する配列(「C末端側配列」と呼ぶ)がペプチドリンカーを介して連結した一次構造を備える。本酵素ではN末端からC末端に向かってN末端側配列、ペプチドリンカー及びC末端側配列がこの順序で配置されることになる。 2. Modified glucose dehydrogenase (GDH)
The first aspect of the present invention relates to modified GDH (hereinafter also referred to as “the present enzyme”). This enzyme has a characteristic structure that was found by examination using CP mutation. Specifically, this enzyme has a sequence corresponding to the N-terminal region of the wild-type enzyme (referred to as “N-terminal sequence”) and a sequence corresponding to the same C-terminal region (referred to as “C-terminal sequence”). ) Have a primary structure linked via a peptide linker. In this enzyme, the N-terminal sequence, the peptide linker, and the C-terminal sequence are arranged in this order from the N-terminus toward the C-terminus.
本発明の第1の局面は改変型GDH(以下、「本酵素」とも呼ぶ)に関する。本酵素はCP変異を応用した検討によって見出された特徴的な構造を備える。具体的には、本酵素は、野生型酵素のN末端側領域に対応する配列(「N末端側配列」と呼ぶ)と同C末端側領域に対応する配列(「C末端側配列」と呼ぶ)がペプチドリンカーを介して連結した一次構造を備える。本酵素ではN末端からC末端に向かってN末端側配列、ペプチドリンカー及びC末端側配列がこの順序で配置されることになる。 2. Modified glucose dehydrogenase (GDH)
The first aspect of the present invention relates to modified GDH (hereinafter also referred to as “the present enzyme”). This enzyme has a characteristic structure that was found by examination using CP mutation. Specifically, this enzyme has a sequence corresponding to the N-terminal region of the wild-type enzyme (referred to as “N-terminal sequence”) and a sequence corresponding to the same C-terminal region (referred to as “C-terminal sequence”). ) Have a primary structure linked via a peptide linker. In this enzyme, the N-terminal sequence, the peptide linker, and the C-terminal sequence are arranged in this order from the N-terminus toward the C-terminus.
本酵素は野生型酵素よりも優れた特性を示す。ここでの特性は基質特異性及び/又は低温反応性である。典型的には、本酵素にはこれら二つの特性の向上が認められる。基質特異性が向上しているとD-グルコースに対して選択的に作用し、配列番号1のアミノ酸配列からなる野生型酵素に比較して、D-キシロースに対する反応性は低くなる。基質特異性が向上した本酵素では、D-グルコースに対する反応性を100%としたときのD-キシロースに対する反応性が、好ましくは8%以下であり、更に好ましくは7%以下であり、より一層好ましくは6%以下である。尚、基質特異性が向上した本酵素では、典型的には、マルトースやD-ガラクトースなどに対する反応性も野生型酵素よりも低くなる。
This enzyme exhibits superior properties than the wild type enzyme. The property here is substrate specificity and / or low temperature reactivity. Typically, the enzyme has an improvement in these two properties. When the substrate specificity is improved, it acts selectively on D-glucose, and the reactivity to D-xylose is lower than that of the wild-type enzyme consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. In the present enzyme having improved substrate specificity, the reactivity to D-xylose when the reactivity to D-glucose is 100% is preferably 8% or less, more preferably 7% or less, even more. Preferably it is 6% or less. It should be noted that the present enzyme having improved substrate specificity typically has lower reactivity to maltose, D-galactose, and the like than the wild-type enzyme.
優れた基質特異性を有する本酵素は、試料中のグルコース量を正確に測定するための酵素として好ましい。即ち、本酵素によれば試料中にD-キシロースやマルトース或いはD-ガラクトースなどの夾雑物が存在していた場合であっても目的のグルコース量をより正確に測定することが可能である。従って本酵素は、試料中にこのような夾雑物の存在が予想又は懸念される用途(典型的には血液中のグルコース量の測定)に適したものであるといえ、しかも当該用途も含め様々な用途に適用可能であること、即ち汎用性が高いともいえる。尚、本酵素の反応性及び基質特異性は、後述の実施例に示す方法で測定・評価することができる。
This enzyme having excellent substrate specificity is preferable as an enzyme for accurately measuring the amount of glucose in a sample. That is, according to this enzyme, the target glucose level can be measured more accurately even when impurities such as D-xylose, maltose or D-galactose are present in the sample. Therefore, it can be said that this enzyme is suitable for applications in which the presence of such contaminants is expected or concerned (typically, measurement of the amount of glucose in blood), and there are various applications including such applications. It can be said that it is applicable to various uses, that is, versatility is high. In addition, the reactivity and substrate specificity of this enzyme can be measured and evaluated by the method shown in the below-mentioned Example.
一方、低温反応性の向上は、例えば、50℃での活性に対する20℃での活性(50℃の活性を基準とした20℃での相対活性)に基づき評価できる。低温反応性が向上していると、当該相対活性は、本酵素の方が野生型酵素よりも高くなる。本酵素の当該相対活性は、例えば、野生型酵素の2倍~5倍である。低温反応性が向上した本酵素は、低温環境下での利用が想定される用途(典型的には血糖測定器用のグルコースセンサ)に適する。尚、本発明の特性の理解及び野生型酵素との比較を容易にするため、本明細書における低温は「15℃~25℃」とする。
On the other hand, the improvement in low-temperature reactivity can be evaluated based on, for example, the activity at 20 ° C. relative to the activity at 50 ° C. (relative activity at 20 ° C. based on the activity at 50 ° C.). When the low-temperature reactivity is improved, the relative activity is higher for the present enzyme than for the wild-type enzyme. The relative activity of this enzyme is, for example, 2 to 5 times that of the wild-type enzyme. This enzyme with improved low-temperature reactivity is suitable for applications that are expected to be used in low-temperature environments (typically glucose sensors for blood glucose measuring devices). In order to facilitate understanding of the characteristics of the present invention and comparison with the wild-type enzyme, the low temperature in this specification is “15 ° C. to 25 ° C.”.
本酵素の第1態様ではN末端側配列が配列番号4のアミノ酸配列からなり、C末端側配列が配列番号5のアミノ酸配列からなる。この態様は変異酵素CP-L184(後述の実施例を参照)に対応する。一方、本発明の第2態様ではN末端側配列が配列番号6のアミノ酸配列からなり、C末端側配列が配列番号7のアミノ酸配列からなる。この態様は変異酵素CP-V229(後述の実施例を参照)に対応する。尚、説明の便宜上、第1態様のN末端側配列及びC末端側配列をそれぞれ第1配列及び第2配列と呼び、第2態様のN末端側配列及びC末端側配列をそれぞれ第3配列及び第4配列と呼ぶ。
In the first embodiment of the present enzyme, the N-terminal sequence consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, and the C-terminal sequence consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5. This embodiment corresponds to the mutant enzyme CP-L184 (see Examples below). On the other hand, in the second embodiment of the present invention, the N-terminal sequence consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, and the C-terminal sequence consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7. This embodiment corresponds to the mutant enzyme CP-V229 (see Examples below). For convenience of explanation, the N-terminal sequence and C-terminal sequence of the first aspect are referred to as the first sequence and the second sequence, respectively, and the N-terminal sequence and C-terminal sequence of the second aspect are respectively the third sequence and Called the fourth array.
ところで、一般に、あるタンパク質のアミノ酸配列の一部を変異させた場合において変異後のタンパク質が変異前のタンパク質と同等の機能を有することがある。即ちアミノ酸配列の変異がタンパク質の機能に対して実質的な影響を与えず、タンパク質の機能が変異前後において維持されることがある。この技術常識を考慮すれば、上記の本酵素(第1態様又は第2態様)と比較した場合に、アミノ酸配列の僅かな相違が認められるものの、特性に実質的な差が認められないものは、上記本酵素と実質同一の酵素とみなすことができる。ここでの「アミノ酸配列の僅かな相違」とは、典型的には、アミノ酸配列を構成する1~数十個(上限は例えば20個、30個、50個、90個)、好ましくは1~数個(上限は例えば3個、5個、7個、10個)のアミノ酸の欠失、置換、若しくは1~数十個(上限は例えば20個、30個、50個、90個)、好ましくは1~数個(上限は例えば3個、5個、7個、10個)のアミノ酸の付加、挿入、又はこれらの組合せによりアミノ酸配列に変異(変化)が生じていることをいう。
By the way, in general, when a part of the amino acid sequence of a certain protein is mutated, the protein after the mutation may have the same function as the protein before the mutation. That is, the amino acid sequence mutation does not substantially affect the protein function, and the protein function may be maintained before and after the mutation. In consideration of this technical common sense, a slight difference in the amino acid sequence is recognized but no substantial difference is observed in the characteristics when compared with the above enzyme (first aspect or second aspect). Can be regarded as substantially the same enzyme as the present enzyme. “Slight difference in amino acid sequence” used herein typically means 1 to several tens of amino acid sequences (upper limit is 20, 30, 50, 90), preferably 1 to Several (upper limit is 3, 5, 7, 10) amino acid deletion, substitution, or 1 to several tens (upper limit is 20, 30, 50, 90), preferably Means that the amino acid sequence has been altered (changed) by addition, insertion, or a combination of 1 to several amino acids (the upper limit is 3, 5, 7, 10).
第1態様の場合の実質同一の酵素は、第1配列に対応する配列、即ち、配列番号4のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる配列(「第1相同配列」と呼ぶ)と、第2配列に対応する配列、即ち、配列番号5のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる配列(「第2相同配列」と呼ぶ)が、ペプチドリンカーを介して連結した一次構造を備える。尚、第1相同配列と第2相同配列のいずれか片方が、同一性の基準となる配列(即ち第1配列又は第2配列)と100%同一であってもよい。
The substantially identical enzyme in the case of the first embodiment is a sequence corresponding to the first sequence, that is, a sequence consisting of an amino acid sequence having an identity of 70% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 (“first homologous sequence”) And a sequence corresponding to the second sequence, that is, a sequence consisting of an amino acid sequence having an identity of 70% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 (referred to as “second homologous sequence”) via a peptide linker. Primary structure connected together. Note that either one of the first homologous sequence and the second homologous sequence may be 100% identical to the sequence serving as a reference for identity (that is, the first sequence or the second sequence).
第2態様の場合も同様に、実質同一の酵素は、第3配列に対応する配列、即ち、配列番号6のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる配列(「第3相同配列」と呼ぶ)と、第4配列に対応する配列、即ち、配列番号7のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる配列(「第4相同配列」と呼ぶ)が、ペプチドリンカーを介して連結した一次構造を備える。尚、第3相同配列と第4相同配列のいずれか片方が、同一性の基準となる配列(即ち第3配列又は第4配列)と100%同一であってもよい。
Similarly, in the case of the second embodiment, the substantially identical enzyme is a sequence corresponding to the third sequence, that is, a sequence consisting of an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 (“third homology” A sequence corresponding to the fourth sequence, that is, a sequence consisting of an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 (referred to as a “fourth homologous sequence”) is a peptide It has a primary structure linked through a linker. Note that one of the third homologous sequence and the fourth homologous sequence may be 100% identical to the sequence serving as a reference for identity (that is, the third sequence or the fourth sequence).
「実質同一の酵素」における相同配列(第1相同配列、第2相同配列、第3相同配列、第4相同配列)と、基準となる変異酵素の配列(第1相同配列に対する第1配列、第2相同配列に対する第2配列、第3相同配列に対する第3配列、第4相同配列に対する第4配列)との同一性(%)は、好ましくは80%以上であり、更に好ましくは85%以上、更に更に好ましくは90%以上であり、より一層好ましくは95%以上であり、特に好ましくは97%以上であり、最も好ましくは99%以上である。尚、アミノ酸配列の相違は複数の位置で生じていてもよい。
Homologous sequences in the “substantially identical enzyme” (first homologous sequence, second homologous sequence, third homologous sequence, fourth homologous sequence) and reference mutant enzyme sequence (first sequence relative to the first homologous sequence, first The identity (%) to the second sequence for the second homologous sequence, the third sequence for the third homologous sequence, the fourth sequence for the fourth homologous sequence) is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, Still more preferably, it is 90% or more, still more preferably 95% or more, particularly preferably 97% or more, and most preferably 99% or more. The difference in amino acid sequence may occur at a plurality of positions.
「アミノ酸配列の僅かな相違」は、好ましくは保存的アミノ酸置換により生じている。「保存的アミノ酸置換」とは、あるアミノ酸残基を、同様の性質の側鎖を有するアミノ酸残基に置換することをいう。アミノ酸残基はその側鎖によって塩基性側鎖(例えばリジン、アルギニン、ヒスチジン)、酸性側鎖(例えばアスパラギン酸、グルタミン酸)、非荷電極性側鎖(例えばグリシン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システイン)、非極性側鎖(例えばアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン)、β分岐側鎖(例えばスレオニン、バリン、イソロイシン)、芳香族側鎖(例えばチロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン)のように、いくつかのファミリーに分類されている。保存的アミノ酸置換は好ましくは、同一のファミリー内のアミノ酸残基間の置換である。
“Slight amino acid sequence differences” are preferably caused by conservative amino acid substitutions. “Conservative amino acid substitution” refers to substitution of an amino acid residue with an amino acid residue having a side chain of similar properties. Depending on the side chain of the amino acid residue, a basic side chain (eg lysine, arginine, histidine), an acidic side chain (eg aspartic acid, glutamic acid), an uncharged polar side chain (eg glycine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine) Cysteine), non-polar side chains (eg alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan), β-branched side chains (eg threonine, valine, isoleucine), aromatic side chains (eg tyrosine, phenylalanine, Like tryptophan and histidine). A conservative amino acid substitution is preferably a substitution between amino acid residues within the same family.
ところで、二つのアミノ酸配列又は二つの核酸(以下、これらを含む用語として「二つの配列」を使用する)の同一性(%)は例えば以下の手順で決定することができる。まず、最適な比較ができるよう二つの配列を並べる(例えば、第一の配列にギャップを導入して第二の配列とのアライメントを最適化してもよい)。第一の配列の特定位置の分子(アミノ酸残基又はヌクレオチド)が、第二の配列における対応する位置の分子と同じであるとき、その位置の分子が同一であるといえる。二つの配列の同一性は、その二つの配列に共通する同一位置の数の関数であり(すなわち、同一性(%)=同一位置の数/位置の総数 × 100)、好ましくは、アライメントの最適化に要したギャップの数およびサイズも考慮に入れる。
Incidentally, the identity (%) of two amino acid sequences or two nucleic acids (hereinafter, “two sequences” is used as a term including them) can be determined by the following procedure, for example. First, two sequences are aligned for optimal comparison (eg, a gap may be introduced into the first sequence to optimize alignment with the second sequence). When a molecule (amino acid residue or nucleotide) at a specific position in the first sequence is the same as the molecule at the corresponding position in the second sequence, it can be said that the molecule at that position is the same. The identity of two sequences is a function of the number of identical positions common to the two sequences (ie identity (%) = number of identical positions / total number of positions × 100), preferably the optimal alignment Take into account the number and size of gaps required for conversion.
二つの配列の比較及び同一性の決定は数学的アルゴリズムを用いて実現可能である。配列の比較に利用可能な数学的アルゴリズムの具体例としては、KarlinおよびAltschul (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:2264-68に記載され、KarlinおよびAltschul (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:5873-77において改変されたアルゴリズムがあるが、これに限定されることはない。このようなアルゴリズムは、Altschulら (1990) J. Mol. Biol. 215:403-10に記載のNBLASTプログラムおよびXBLASTプログラム(バージョン2.0)に組み込まれている。本発明の核酸分子に等価なヌクレオチド配列を得るには例えば、NBLASTプログラムでscore = 100、wordlength = 12としてBLASTヌクレオチド検索を行えばよい。本酵素に等価なアミノ酸配列を得るには例えば、XBLASTプログラムでscore = 50、wordlength = 3としてBLASTポリペプチド検索を行えばよい。比較のためのギャップアライメントを得るためには、Altschulら (1997) Amino Acids Research 25(17):3389-3402に記載のGapped BLASTが利用可能である。BLASTおよびGapped BLASTを利用する場合は、対応するプログラム(例えばXBLASTおよびNBLAST)のデフォルトパラメータを使用することができる。詳しくはhttp://www.ncbi.nlm.nih.govを参照されたい。配列の比較に利用可能な他の数学的アルゴリズムの例としては、MyersおよびMiller (1988) Comput Appl Biosci. 4:11-17に記載のアルゴリズムがある。このようなアルゴリズムは、例えばGENESTREAMネットワークサーバー(IGH Montpellier、フランス)またはISRECサーバーで利用可能なALIGNプログラムに組み込まれている。アミノ酸配列の比較にALIGNプログラムを利用する場合は例えば、PAM120残基質量表を使用し、ギャップ長ペナルティ=12、ギャップペナルティ=4とすることができる。
比較 Comparison of two sequences and determination of identity can be achieved using a mathematical algorithm. Specific examples of mathematical algorithms that can be used for sequence comparison are described in Karlin and Altschul (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 226 87: 2264-68; Karlin and Altschul (1993) Proc. Natl. There is a modified algorithm in Acad. Sci. USA 90: 5873-77, but it is not limited to this. Such an algorithm is incorporated in the NBLAST program and XBLAST program (version 2.0) described in Altschul et al. (1990) J. Mol. Biol. 215: 403-10. In order to obtain a nucleotide sequence equivalent to the nucleic acid molecule of the present invention, for example, a BLAST nucleotide search may be carried out with the score = s100 and wordlength = 12 in the NBLAST program. In order to obtain an amino acid sequence equivalent to this enzyme, for example, a BLAST polypeptide search may be performed using the XBLAST program with score = 50 and wordlength = 3. In order to obtain a gap alignment for comparison, Gapped BLAST described in Altschul et al. (1997) Amino Acids Research 25 (17): 3389-3402 can be used. When utilizing BLAST and Gapped BLAST, the default parameters of the corresponding programs (eg, XBLAST and NBLAST) can be used. Please refer to http://www.ncbi.nlm.nih.gov for details. Examples of other mathematical algorithms that can be used for sequence comparison include those described in Myers and Miller (1988) Comput Appl Biosci. 4: 11-17. Such an algorithm is incorporated in the ALIGN program available on, for example, the GENESTREAM network server (IGH (Montpellier, France) or the ISREC server. When using the ALIGN program for comparison of amino acid sequences, for example, a PAM120 residue mass table can be used, with a gap length penalty = 12 and a gap penalty = 4.
二つのアミノ酸配列の同一性を、GCGソフトウェアパッケージのGAPプログラムを用いて、Blossom 62マトリックスまたはPAM250マトリックスを使用し、ギャップ加重=12、10、8、6、又は4、ギャップ長加重=2、3、又は4として決定することができる。また、二つの核酸配列の相同度を、GCGソフトウェアパッケージ(http://www.gcg.comで利用可能)のGAPプログラムを用いて、ギャップ加重=50、ギャップ長加重=3として決定することができる。
The identity of two amino acid sequences, using the Gloss program in the GCG software package, using a Blossom 62 matrix or PAM250 matrix, gap weight = 12, 10, 8, 6, or 4, gap length weight = 2, 3 Or 4 can be determined. In addition, the degree of homology between two nucleic acid sequences can be determined using the GAP program in the GCG software package (available at http://www.gcg.com) with gap weight = 50 and gap length weight = 3. it can.
本酵素が、より大きいタンパク質(例えば融合タンパク質)の一部であってもよい。融合タンパク質において付加される配列としては、例えば、多重ヒスチジン残基のような精製に役立つ配列、組み換え生産の際の安定性を確保する付加配列等が挙げられる。
The enzyme may be part of a larger protein (eg, a fusion protein). Examples of sequences added in the fusion protein include sequences useful for purification, such as multiple histidine residues, and additional sequences that ensure stability during recombinant production.
本酵素の構成要素となる「ペプチドリンカー」とは、直鎖状にアミノ酸が連結したペプチドからなるリンカーである。ペプチドリンカーを構成するアミノ酸は特に限定されない。好ましくは、サイズの小さいアミノ酸(例えばグリシン(G)、セリン(S))が用いられるが、スレオニン(T)、グルタミン酸(E)等を用いてペプチドリンカーを構成してもよい。グリシンやセリン等、サイズの小さいアミノ酸を用いてペプチドリンカーを構成すると、ペプチドリンカーの動きが制限されにくくなり、立体構造形成への影響が少なくなる。
The “peptide linker” that is a constituent element of the enzyme is a linker composed of a peptide in which amino acids are linked in a linear form. The amino acid which comprises a peptide linker is not specifically limited. Preferably, amino acids having a small size (for example, glycine (G), serine (S)) are used, but the peptide linker may be formed using threonine (T), glutamic acid (E), or the like. When a peptide linker is constituted by using a small-sized amino acid such as glycine or serine, the movement of the peptide linker becomes difficult to be restricted, and the influence on the three-dimensional structure formation is reduced.
好ましいペプチドリンカー設計方針の一つは、野生型酵素のアミノ酸配列の一部を利用又は模倣すること、即ち、野生型酵素のアミノ酸配列の一部をそのまま又は部分的に変更(構成アミノ酸の変更、片側若しくは両側又は途中にアミノ酸残基を追加することなど)したものをペプチドリンカーに使用することである。この方針で設計したペプチドリンカーの具体例はESSSGTSSSSGTSESSS(配列番号23)であり、このペプチドリンカーが所望の機能を発揮することが確認されている(後述の実施例を参照)。このペプチドリンカーの他、ペプチドリンカーの具体例としてGTSSSS(配列番号16)、GTEESSS(配列番号17)、SSSGTSSSS(配列番号18)、GTSQPESSS(配列番号19)、GTSWAQPESSS(配列番号20)、GTSAPWAQPESSS(配列番号21)、YLTDTSPTEFESSS(配列番号22)、ESSSGTSSSSGTSESSS(配列番号23)、YVKGSDKNVKPVKGESSS(配列番号24)、GTSSS(配列番号25)、GTSSSSGTS(配列番号26)及びGTSSESSSGTSSSSGTSESSS(配列番号27)を挙げることができる。これらの例が示すように、好ましいリンカー設計方針の例として、G、S及びTのいずれか又はこれらの中の二つ以上を含むようにリンカーを構成すること、並びに、G、S及びTのみでリンカーを構成すること、を挙げることができる。
One of the preferred peptide linker design strategies is to use or mimic a part of the amino acid sequence of the wild type enzyme, that is, to change a part of the amino acid sequence of the wild type enzyme as it is or partially (change of constituent amino acids, The addition of amino acid residues on one or both sides or in the middle) is used for the peptide linker. A specific example of the peptide linker designed by this policy is ESSSGTSSSSGTSESSS (SEQ ID NO: 23), and it has been confirmed that this peptide linker exhibits a desired function (see Examples described later). In addition to this peptide linker, specific examples of peptide linkers include GTSSSS (SEQ ID NO: 16), GTEESSS (SEQ ID NO: 17), SSSGTSSSS (SEQ ID NO: 18), GTSQPESSS (SEQ ID NO: 19), GTSWAQPESSS (SEQ ID NO: 20), GTSAPWAQPESSS (sequence) No. 21), YLTDTSPTEFESSS (SEQ ID NO: 22), ESSSGTSSSSGTSESSS (SEQ ID NO: 23), YVKGSDKNVKPVKGESSS (SEQ ID NO: 24), GTSSS (SEQ ID NO: 25), GTSSSSGTS (SEQ ID NO: 26) and GTSSESSSGTSSSSGTSESSS (SEQ ID NO: 27) can be mentioned. . As these examples show, examples of preferred linker design strategies include configuring the linker to include one or more of G, S, and T, and only G, S, and T. To construct a linker.
ペプチドリンカーの長さ、即ち、構成アミノ酸残基の数は例えば5個~30個、好ましくは5個~25個、更に好ましくは5個~21個である。N末端とC末端の位置関係(配置)を維持するという、CP変異(その構造を維持しつつ、標的タンパク質(酵素)のN末端及びC末端を変える手法)における重要な設計戦略を考慮してペプチドリンカーの長さを決定するとよい。
The length of the peptide linker, that is, the number of constituent amino acid residues is, for example, 5 to 30, preferably 5 to 25, and more preferably 5 to 21. Considering an important design strategy for CP mutation (a method to change the N-terminus and C-terminus of the target protein (enzyme) while maintaining the structure), maintaining the positional relationship (configuration) between the N-terminus and the C-terminus The length of the peptide linker may be determined.
本酵素のアミノ酸配列、即ち、N末端からC末端に向かって、N末端側配列、ペプチドリンカー及びC末端側配列がこの順序で配置されたアミノ酸配列、の例として以下の(a)~(d)を挙げることができる。
(a)配列番号8のアミノ酸配列
(b)配列番号8のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列
(c)配列番号9のアミノ酸配列
(d)配列番号9のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列
(e)配列番号32のアミノ酸配列
(f)配列番号32のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列 Examples of the amino acid sequence of this enzyme, that is, an amino acid sequence in which an N-terminal side sequence, a peptide linker, and a C-terminal side sequence are arranged in this order from the N-terminus to the C-terminus, include the following (a) to (d ).
(a) amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 (b) amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 (c) amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 (d) identical to amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 (E) amino acid sequence of SEQ ID NO: 32 (f) amino acid sequence having identity of 70% or more
(a)配列番号8のアミノ酸配列
(b)配列番号8のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列
(c)配列番号9のアミノ酸配列
(d)配列番号9のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列
(e)配列番号32のアミノ酸配列
(f)配列番号32のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列 Examples of the amino acid sequence of this enzyme, that is, an amino acid sequence in which an N-terminal side sequence, a peptide linker, and a C-terminal side sequence are arranged in this order from the N-terminus to the C-terminus, include the following (a) to (d ).
(a) amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 (b) amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 (c) amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 (d) identical to amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 (E) amino acid sequence of SEQ ID NO: 32 (f) amino acid sequence having identity of 70% or more
(b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性は、好ましくは80%以上であり、更に好ましくは85%以上、更に更に好ましくは90%以上であり、より一層好ましくは92%以上であり、特に好ましくは95%以上であり、最も好ましくは99%以上である。尚、アミノ酸配列の相違は複数の位置で生じていてもよい。
The identity defining the amino acid sequence of (b), the amino acid sequence of (d) and the amino acid sequence of (f) is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more. More preferably 92% or more, particularly preferably 95% or more, and most preferably 99% or more. The difference in amino acid sequence may occur at a plurality of positions.
ところで、本酵素の元になったGDH(アスペルギルス・イイズカエ(Aspergillus iizukae)No.5453株の産生するGDH)については、低温反応性の改善に有効な変異(アミノ酸置換)が見出されている(WO 2018/062103号を参照)。この事実に基づき、当該変異を適用した改変型GDHが提供される。この改変型GDHでは、第1配列(第1態様のN末端側配列)として、配列番号4のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列又はその相同配列が用いられ、第3配列(第2態様のN末端側配列)として、配列番号6のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列又はその相同配列が用いられることになり、例えば、配列番号8のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、又は配列番号9のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列を有することになる。尚、置換対象のアミノ酸残基(配列番号8では173番アミノ酸、配列番号9では128番アミノ酸)は野生型酵素(シグナルペプチドを含み、配列番号2に示される)の354番アミノ酸に対応する。
By the way, a mutation (amino acid substitution) effective for improving low-temperature reactivity has been found for GDH (GDH produced by Aspergillus iizukae No.5453) which is the origin of this enzyme ( (See WO 2018/062103). Based on this fact, a modified GDH to which the mutation is applied is provided. In this modified GDH, an amino acid sequence in which the 173 lysine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine or a homologous sequence thereof as the first sequence (N-terminal sequence of the first embodiment) As the third sequence (N-terminal sequence of the second embodiment), an amino acid sequence in which the 128th lysine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 is replaced with valine, isoleucine, proline or glutamine or a homologous sequence thereof is used. For example, the amino acid sequence in which the 173 lysine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine, or the lysine 128 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine. It will have a substituted amino acid sequence. The amino acid residue to be substituted (SEQ ID NO: 8 for amino acid 173, SEQ ID NO: 9 for amino acid 128) corresponds to amino acid 354 of the wild-type enzyme (including the signal peptide and shown in SEQ ID NO: 2).
尚、アスペルギルス・イイズカエ(Aspergillus iizukae)No.5453株はNBRC 8869株と同一株である。NBRC 8869株は独立行政法人製品評価技術基盤機構(NBRC)(〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8)に保存されており、所定の手続きを経ることによってその分譲を受けることができる。
In addition, Aspergillus iizukae (Aspergillus iizukae) No.5453 strain is the same strain as NBRC-8869 strain. NBRC 8869 shares are stored in the National Institute of Technology and Evaluation (NBRC) (2-5-8 Kazusa-Kamashita, Kisarazu City, Chiba Prefecture 292-0818), and will be sold in accordance with the prescribed procedures. be able to.
一方、CP変異と併用した場合に耐熱性の向上をもたらすアミノ酸置換を見出すことに成功した(詳細は後述の実施例を参照)。この成果に基づき、当該アミノ酸置換を適用した改変型GDHが提供される。この改変型GDHの一例では、第3配列(第2態様のN末端側配列)として、配列番号6のアミノ酸配列の125番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列又はその相同配列が用いられ、第4配列(第2態様のC末端側配列)として、配列番号7のアミノ酸配列の160番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列又はその相同配列が用いられる。当該改変型GDHの具体例(CP-V229-5aa (S186C/S351C))のアミノ酸配列を配列番号36に示す。別の例では、第4配列(第2態様のC末端側配列)として、配列番号7のアミノ酸配列の144番チロシンがシステインに置換され、且つ184番グリシンがシステインに置換されたたアミノ酸配列又はその相同配列が用いられる(第3配列は配列番号6のアミノ酸配列又はその相同配列)。当該改変型GDHの具体例(CP-V229-5aa (Y170C/G210C))のアミノ酸配列を配列番号37に示す。尚、配列番号6のアミノ酸配列の125番アミノ酸(配列番号36では125番アミノ酸)は野生型酵素(シグナルペプチドを含み、配列番号2に示される。以下も同様)の351番アミノ酸に、配列番号7のアミノ酸配列の160番アミノ酸(配列番号36では530番アミノ酸)は野生型酵素の186番アミノ酸に、配列番号7のアミノ酸配列の144番アミノ酸(配列番号37では514番アミノ酸)は野生型酵素の170番アミノ酸に、配列番号7のアミノ酸配列の184番アミノ酸(配列番号37では570番アミノ酸)は野生型酵素の210番アミノ酸に、それぞれ対応する。尚、後述の実施例に示した通り、CP変異を加えていない野生型酵素(配列番号1)に対しても上記の二組のアミノ酸置換が耐熱性向上に有効であることが示された。この知見に基づき本願は、野生型酵素(配列番号1)の170番セリンがシステインに置換され(上記のS186Cに対応する)、且つ335番セリンがシステインに置換され(上記S351Cに対応する)、当該二つのアミノ酸置換によって耐熱性が向上した改変型GDHと、野生型酵素(配列番号1)の154番チロシンがシステインに置換され(上記のY170Cに対応する)、且つ194番グリシンがシステインに置換され(上記のG210Cに対応する)、当該二つのアミノ酸置換によって耐熱性が向上した改変型GDHも提供する。
On the other hand, the inventors succeeded in finding an amino acid substitution that brings about an improvement in heat resistance when used in combination with a CP mutation (for details, see Examples below). Based on this result, a modified GDH to which the amino acid substitution is applied is provided. In an example of this modified GDH, an amino acid sequence in which the 125th serine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 is substituted with cysteine or a homologous sequence thereof is used as the third sequence (N-terminal sequence of the second embodiment). As the 4 sequences (the C-terminal side sequence of the second embodiment), an amino acid sequence in which the 160th serine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 is substituted with cysteine or a homologous sequence thereof is used. The amino acid sequence of a specific example (CP-V229-5aa- (S186C / S351C)) of the modified GDH is shown in SEQ ID NO: 36. In another example, as the fourth sequence (C-terminal sequence of the second embodiment), an amino acid sequence in which the 144th tyrosine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 is replaced with cysteine and the 184th glycine is replaced with cysteine, or The homologous sequence is used (the third sequence is the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 or a homologous sequence thereof). The amino acid sequence of a specific example (CP-V229-5aa- (Y170C / G210C)) of the modified GDH is shown in SEQ ID NO: 37. In addition, the 125th amino acid (125th amino acid in SEQ ID NO: 36) of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 is the same as the 351st amino acid of the wild-type enzyme (including the signal peptide and shown in SEQ ID NO: 2, and the same). In the amino acid sequence of No. 7, the 160th amino acid (530th amino acid in SEQ ID NO: 36) is the 186th amino acid of the wild type enzyme, and the 144th amino acid of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 (the 514th amino acid in the SEQ ID NO: 37) is the wild type enzyme. Amino acid No. 170 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 (amino acid 570 in SEQ ID NO: 37) corresponds to amino acid 210 of the wild-type enzyme. In addition, as shown in the below-mentioned Example, it was shown that said 2 sets of amino acid substitution is effective for heat resistance improvement also with respect to the wild type enzyme (sequence number 1) which has not added CP mutation. Based on this finding, in the present application, serine 170 of the wild type enzyme (SEQ ID NO: 1) is substituted with cysteine (corresponding to S186C above), and serine 335 is substituted with cysteine (corresponding to S351C above), The modified GDH improved in heat resistance by the substitution of the two amino acids, the 154th tyrosine of the wild-type enzyme (SEQ ID NO: 1) is replaced with cysteine (corresponding to Y170C above), and the 194th glycine is replaced with cysteine. (Corresponding to the above-mentioned G210C), a modified GDH having improved heat resistance by the substitution of the two amino acids is also provided.
本酵素は、遺伝子工学的手法によって容易に調製することができる。例えば、本酵素をコードするDNAで適当な宿主細胞(例えば大腸菌)を形質転換し、形質転換体内で発現されたタンパク質を回収することにより調製することができる。回収されたタンパク質は目的に応じて適宜精製される。このように組換えタンパク質として本酵素を得ることにすれば種々の修飾が可能である。例えば、本酵素をコードするDNAと他の適当なDNAとを同じベクターに挿入し、当該ベクターを用いて組換えタンパク質の生産を行えば、任意のペプチドないしタンパク質が連結された組換えタンパク質からなる本酵素を得ることができる。また、糖鎖及び/又は脂質の付加や、あるいはN末端若しくはC末端のプロセッシングが生ずるような修飾を施してもよい。以上のような修飾により、組換えタンパク質の抽出、精製の簡便化、又は生物学的機能の付加等が可能である。
This enzyme can be easily prepared by genetic engineering techniques. For example, it can be prepared by transforming a suitable host cell (for example, E. coli) with DNA encoding the present enzyme and recovering the protein expressed in the transformant. The recovered protein is appropriately purified according to the purpose. Thus, if this enzyme is obtained as a recombinant protein, various modifications are possible. For example, if a DNA encoding this enzyme and another appropriate DNA are inserted into the same vector and a recombinant protein is produced using the vector, the peptide consists of a recombinant protein linked to any peptide or protein. This enzyme can be obtained. In addition, modification may be performed so that addition of sugar chain and / or lipid, or processing of N-terminal or C-terminal may occur. By the modification as described above, extraction of recombinant protein, simplification of purification, addition of biological function, and the like are possible.
3.改変型GDHをコードする核酸等
本発明の第2の局面は本酵素に関連する核酸を提供する。即ち、本酵素をコードする遺伝子、本酵素をコードする核酸を同定するためのプローブとして用いることができる核酸、本酵素をコードする核酸を増幅又は突然変異等させるためのプライマーとして用いることができる核酸が提供される。 3. Nucleic acid encoding modified GDH, etc. The second aspect of the present invention provides a nucleic acid related to the enzyme. That is, a gene encoding the enzyme, a nucleic acid that can be used as a probe for identifying the nucleic acid encoding the enzyme, and a nucleic acid that can be used as a primer for amplifying or mutating the nucleic acid encoding the enzyme Is provided.
本発明の第2の局面は本酵素に関連する核酸を提供する。即ち、本酵素をコードする遺伝子、本酵素をコードする核酸を同定するためのプローブとして用いることができる核酸、本酵素をコードする核酸を増幅又は突然変異等させるためのプライマーとして用いることができる核酸が提供される。 3. Nucleic acid encoding modified GDH, etc. The second aspect of the present invention provides a nucleic acid related to the enzyme. That is, a gene encoding the enzyme, a nucleic acid that can be used as a probe for identifying the nucleic acid encoding the enzyme, and a nucleic acid that can be used as a primer for amplifying or mutating the nucleic acid encoding the enzyme Is provided.
本酵素をコードする遺伝子は典型的には本酵素の調製に利用される。本酵素をコードする遺伝子を用いた遺伝子工学的調製法によれば、より均質な状態の本酵素を得ることが可能である。また、当該方法は大量の本酵素を調製する場合にも好適な方法といえる。尚、本酵素をコードする遺伝子の用途は本酵素の調製に限られない。例えば、本酵素の作用機構の解明などを目的とした実験用のツールとして、或いは酵素の更なる変異体をデザイン又は作製するためのツールとして、当該核酸を利用することもできる。
The gene encoding this enzyme is typically used for the preparation of this enzyme. According to a genetic engineering preparation method using a gene encoding this enzyme, it is possible to obtain the enzyme in a more homogeneous state. This method can also be said to be a suitable method when preparing a large amount of the present enzyme. The use of the gene encoding this enzyme is not limited to the preparation of this enzyme. For example, the nucleic acid can also be used as an experimental tool for elucidating the mechanism of action of the present enzyme, or as a tool for designing or creating a further mutant of the enzyme.
本明細書において「本酵素をコードする遺伝子」とは、それを発現させた場合に本酵素が得られる核酸のことをいい、本酵素のアミノ酸配列に対応する塩基配列を有する核酸は勿論のこと、そのような核酸にアミノ酸配列をコードしない配列が付加されてなる核酸をも含む。また、コドンの縮重も考慮される。
In the present specification, the “gene encoding the enzyme” refers to a nucleic acid from which the enzyme is obtained when it is expressed, not to mention a nucleic acid having a base sequence corresponding to the amino acid sequence of the enzyme. Also included are nucleic acids obtained by adding sequences that do not encode amino acid sequences to such nucleic acids. Codon degeneracy is also considered.
本酵素をコードする遺伝子の配列の例を配列番号10(変異酵素CP-L184をコードする配列。シグナル配列を含まない)、配列番号11(変異酵素CP-L184をコードする配列。シグナル配列を含む)、配列番号12(変異酵素CP-V229をコードする配列。シグナル配列を含まない)、配列番号13(変異酵素CP-V229をコードする配列。シグナル配列を含む)、配列番号38(変異酵素CP-V229-5aaをコードする配列。シグナル配列を含まない)、配列番号39(変異酵素CP-V229-5aa)をコードする配列。シグナル配列を含む)、配列番号40(変異酵素CP-V229-5aa (S186C/S351C)をコードする配列。シグナル配列を含まない)、配列番号41(変異酵素CP-V229-5aa (S186C/S351C)をコードする配列。シグナル配列を含む)、配列番号42(変異酵素CP-V229-5aa (Y170C/G210C)をコードする配列。シグナル配列を含まない)、配列番号43(変異酵素CP-V229-5aa (Y170C/G210C)をコードする配列。シグナル配列を含む)に示す。
Examples of sequences of genes encoding this enzyme are SEQ ID NO: 10 (sequence encoding mutant enzyme CP-L184, not including signal sequence), SEQ ID NO: 11 (sequence encoding mutant enzyme CP-L184, including signal sequence) ), SEQ ID NO: 12 (sequence encoding the mutant enzyme CP-V229, not including the signal sequence), SEQ ID NO: 13 (sequence encoding the mutant enzyme CP-V229, including the signal sequence), SEQ ID NO: 38 (mutant enzyme CP -Sequence encoding V229-5aa (not including signal sequence), sequence encoding SEQ ID NO: 39 (mutant enzyme CP-V229-5aa). Including a signal sequence), SEQ ID NO: 40 (sequence encoding a mutant enzyme CP-V229-5aa (S186C / S351C); not including a signal sequence), SEQ ID NO: 41 (mutant enzyme CP-V229-5aa (S186C / S351C) A sequence encoding a signal sequence), SEQ ID NO: 42 (a sequence encoding a mutant enzyme CP-V229-5aa (Y170C / G210C); no signal sequence), SEQ ID NO: 43 (a mutant enzyme CP-V229-5aa (Sequence encoding Y170C / G210C) including signal sequence).
本発明の核酸は、本明細書又は添付の配列表が開示する配列情報を参考にし、標準的な遺伝子工学的手法、分子生物学的手法、生化学的手法などを用いることによって、単離された状態に調製することができる。
The nucleic acid of the present invention is isolated by using standard genetic engineering techniques, molecular biological techniques, biochemical techniques, etc. with reference to the sequence information disclosed in this specification or the attached sequence listing. Can be prepared.
本発明の他の態様では、本酵素をコードする遺伝子の塩基配列と比較した場合にそれがコードするタンパク質の機能は同等であるものの一部において塩基配列が相違する核酸(以下、「等価核酸」ともいう。また、等価核酸を規定する塩基配列を「等価塩基配列」ともいう)が提供される。等価核酸の例として、本酵素をコードする核酸の塩基配列を基準として1若しくは複数の塩基の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含む塩基配列からなり、本酵素に特徴的な酵素活性(即ちGDH活性)を有するタンパク質をコードするDNAを挙げることができる。塩基の置換や欠失などは複数の部位に生じていてもよい。ここでの「複数」とは、当該核酸がコードするタンパク質の立体構造におけるアミノ酸残基の位置や種類によっても異なるが例えば2~40塩基、好ましくは2~20塩基、より好ましくは2~10塩基である。
In another embodiment of the present invention, a nucleic acid (hereinafter referred to as an “equivalent nucleic acid”) having a base sequence different from that of a protein encoded by the enzyme that is equivalent in function to the base sequence of the gene encoding the enzyme. In addition, a base sequence defining an equivalent nucleic acid is also referred to as an “equivalent base sequence”). As an example of an equivalent nucleic acid, an enzyme characteristic of this enzyme comprising a base sequence including substitution, deletion, insertion, addition, or inversion of one or more bases based on the base sequence of the nucleic acid encoding this enzyme Mention may be made of DNA encoding a protein having activity (ie GDH activity). Base substitution or deletion may occur at a plurality of sites. The term “plurality” as used herein refers to, for example, 2 to 40 bases, preferably 2 to 20 bases, more preferably 2 to 10 bases, although it varies depending on the position and type of amino acid residues in the three-dimensional structure of the protein encoded by the nucleic acid. It is.
等価核酸は、基準となる塩基配列(配列番号10~13、38~43のいずれかの配列)に対して、例えば70%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは85%以上、更に更に好ましくは90%以上、より一層好ましくは92%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有する。
The equivalent nucleic acid is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably, with respect to the base sequence serving as a reference (sequence of any of SEQ ID NOs: 10 to 13, 38 to 43) Has an identity of 90% or more, even more preferably 92% or more, particularly preferably 95% or more, and most preferably 99% or more.
以上のような等価核酸は例えば、制限酵素処理、エキソヌクレアーゼやDNAリガーゼ等による処理、位置指定突然変異導入法(Molecular Cloning, Third Edition, Chapter 13 ,Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York)やランダム突然変異導入法(Molecular Cloning, Third Edition, Chapter 13 ,Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York)による変異の導入などによって得られる。また、紫外線照射など他の方法によっても等価核酸を得ることができる。
Such equivalent nucleic acids include, for example, restriction enzyme treatment, treatment with exonuclease and DNA ligase, position-directed mutagenesis (MolecularMCloning, lonThird Edition, Chapter 13, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York) It can be obtained by introducing mutations by mutation introduction methods (Molecular Cloning, Third Edition, Chapter 13, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York). The equivalent nucleic acid can also be obtained by other methods such as ultraviolet irradiation.
本発明の他の態様は、本酵素をコードする遺伝子の塩基配列に対して相補的な塩基配列を有する核酸に関する。本発明の更に他の態様は、本発明の本酵素をコードする遺伝子の塩基配列、或いはそれに相補的な塩基配列に対して少なくとも約60%、70%、80%、90%、95%、99%、又は99.9%同一な塩基配列を有する核酸を提供する。
Another aspect of the present invention relates to a nucleic acid having a base sequence complementary to the base sequence of the gene encoding this enzyme. Still another embodiment of the present invention is at least about 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99% of the base sequence of the gene encoding the enzyme of the present invention, or a base sequence complementary thereto. A nucleic acid having a nucleotide sequence that is% or 99.9% identical is provided.
本発明の更に別の態様は、本酵素をコードする遺伝子の塩基配列又はその等価塩基配列に相補的な塩基配列に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を有する核酸に関する。ここでの「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。このようなストリンジェントな条件は当業者に公知であって例えばMolecular Cloning(Third Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York)やCurrent protocols in molecular biology(edited by Frederick M. Ausubel et al., 1987)を参照して設定することができる。ストリンジェントな条件として例えば、ハイブリダイゼーション液(50%ホルムアミド、10×SSC(0.15M NaCl, 15mM sodium citrate, pH 7.0)、5×Denhardt溶液、1% SDS、10% デキストラン硫酸、10μg/mlの変性サケ精子DNA、50mMリン酸バッファー(pH7.5))を用いて約42℃~約50℃でインキュベーションし、その後0.1×SSC、0.1% SDSを用いて約65℃~約70℃で洗浄する条件を挙げることができる。更に好ましいストリンジェントな条件として例えば、ハイブリダイゼーション液として50%ホルムアミド、5×SSC(0.15M NaCl, 15mM sodium citrate, pH 7.0)、1×Denhardt溶液、1%SDS、10%デキストラン硫酸、10μg/mlの変性サケ精子DNA、50mMリン酸バッファー(pH7.5))を用いる条件を挙げることができる。
Still another embodiment of the present invention relates to a nucleic acid having a base sequence that hybridizes under stringent conditions to a base sequence of a gene encoding the enzyme or a base sequence complementary to the equivalent base sequence. The “stringent conditions” here are conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Such stringent conditions are known to those skilled in the art, such as Molecular Cloning (Third Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York) and Current protocols in molecular biology (edited by Frederick M. Ausubel et al., 1987) Can be set with reference to. As stringent conditions, for example, hybridization solution (50% formamide, 10 × SSC (0.15M NaCl, 15 mM sodium citrate, pH 7.0), 5 × Denhardt solution, 1% SDS, 10% dextran sulfate, 10 μg / ml denaturation Conditions of incubation at about 42 ° C to about 50 ° C using salmon sperm DNA, 50 mM phosphate buffer (pH 7.5), followed by washing at about 65 ° C to about 70 ° C using 0.1 x SSC, 0.1% SDS Can be mentioned. Further preferable stringent conditions include, for example, 50% formamide, 5 × SSC (0.15M NaCl, 15 mM sodium citrate, pH 7.0), 1 × Denhardt solution, 1% SDS, 10% dextran sulfate, 10 μg / ml as a hybridization solution. Of denatured salmon sperm DNA, 50 mM phosphate buffer (pH 7.5)).
本発明の更に他の態様は、本酵素をコードする遺伝子の塩基配列、或いはそれに相補的な塩基配列の一部を有する核酸(核酸断片)を提供する。このような核酸断片は、本酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有する核酸などを検出、同定、及び/又は増幅することなどに用いることができる。核酸断片は例えば、本酵素をコードする遺伝子の塩基配列において連続するヌクレオチド部分(例えば約10~約100塩基長、好ましくは約20~約100塩基長、更に好ましくは約30~約100塩基長)にハイブリダイズする部分を少なくとも含むように設計される。プローブとして利用される場合には核酸断片を標識化することができる。標識化には例えば、蛍光物質、酵素、放射性同元素を用いることができる。
Still another embodiment of the present invention provides a nucleic acid (nucleic acid fragment) having a base sequence of a gene encoding the present enzyme or a part of a base sequence complementary thereto. Such a nucleic acid fragment can be used for detecting, identifying, and / or amplifying a nucleic acid having a base sequence of a gene encoding this enzyme. The nucleic acid fragment is, for example, a nucleotide portion continuous in the base sequence of the gene encoding the present enzyme (eg, about 10 to about 100 bases in length, preferably about 20 to about 100 bases in length, more preferably about 30 to about 100 bases in length). It is designed to include at least a portion that hybridizes to the. When used as a probe, a nucleic acid fragment can be labeled. For labeling, for example, a fluorescent substance, an enzyme, or a radioactive element can be used.
本発明の更に他の局面は、本発明の遺伝子(本酵素をコードする遺伝子)を含む組換えDNAに関する。本発明の組換えDNAは例えばベクターの形態で提供される。本明細書において用語「ベクター」は、それに挿入された核酸を細胞等のターゲット内へと輸送することができる核酸性分子をいう。
Still another aspect of the present invention relates to a recombinant DNA containing the gene of the present invention (gene encoding the enzyme). The recombinant DNA of the present invention is provided, for example, in the form of a vector. As used herein, the term “vector” refers to a nucleic acid molecule capable of transporting a nucleic acid inserted therein into a target such as a cell.
使用目的(クローニング、タンパク質の発現)に応じて、また宿主細胞の種類を考慮して適当なベクターが選択される。大腸菌を宿主とするベクターとしてはM13ファージ又はその改変体、λファージ又はその改変体、pBR322又はその改変体(pB325、pAT153、pUC8など)等、酵母を宿主とするベクターとしてはpYepSec1、pMFa、pYES2等、昆虫細胞を宿主とするベクターとしてはpAc、pVL等、哺乳類細胞を宿主とするベクターとしてはpCDM8、pMT2PC等、糸状菌を宿主とするベクターとしてはpUC19等を例示することができる。
An appropriate vector is selected according to the purpose of use (cloning, protein expression) and in consideration of the type of host cell. M13 phage or a modified form thereof, λ phage or a modified form thereof, pBR322 or a modified form thereof (pB325, pAT153, pUC8, etc.), etc., as a vector using E. coli as a host, pYepSec1, pMFa, pYES2 Examples of vectors that use insect cells as a host include pAc and pVL, examples of vectors that use mammalian cells as a host include pCDM8 and pMT2PC, and examples of vectors that use filamentous fungi as a host include pUC19.
本発明のベクターは好ましくは発現ベクターである。「発現ベクター」とは、それに挿入された核酸を目的の細胞(宿主細胞)内に導入することができ、且つ当該細胞内において発現させることが可能なベクターをいう。発現ベクターは通常、挿入された核酸の発現に必要なプロモーター配列や、発現を促進させるエンハンサー配列等を含む。選択マーカーを含む発現ベクターを使用することもできる。かかる発現ベクターを用いた場合には、選択マーカーを利用して発現ベクターの導入の有無(及びその程度)を確認することができる。
The vector of the present invention is preferably an expression vector. “Expression vector” refers to a vector capable of introducing a nucleic acid inserted therein into a target cell (host cell) and allowing expression in the cell. Expression vectors usually contain a promoter sequence necessary for the expression of the inserted nucleic acid, an enhancer sequence that promotes expression, and the like. An expression vector containing a selectable marker can also be used. When such an expression vector is used, the presence / absence (and extent) of introduction of the expression vector can be confirmed using a selection marker.
本発明の核酸のベクターへの挿入、選択マーカー遺伝子の挿入(必要な場合)、プロモーターの挿入(必要な場合)等は標準的な組換えDNA技術(例えば、Molecular Cloning, Third Edition, 1.84, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New Yorkを参照することができる、制限酵素及びDNAリガーゼを用いた周知の方法)を用いて行うことができる。
Insertion of the nucleic acid of the present invention into a vector, insertion of a selectable marker gene (if necessary), insertion of a promoter (if necessary), etc. are performed using standard recombinant DNA techniques (for example, Molecular Cloning, Third Edition, 1.84, Cold Spring Harbor Laboratory Press and New York, which can be referred to, are known methods using restriction enzymes and DNA ligases).
宿主細胞としては、取り扱いの容易さの点から、大腸菌(エシェリヒア・コリ)、出芽酵母(サッカロマイセス・セレビシエ)、糸状菌(アスペルギルス・オリゼ)などの微生物を用いることが好ましいが、組換えDNAが複製可能で且つ本酵素の遺伝子が発現可能な宿主細胞であれば利用可能である。大腸菌の例としてT7系プロモーターを利用する場合は大腸菌BL21(DE3)pLysS、そうでない場合は大腸菌JM109を挙げることができる。糸状菌の例としてアスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)RIB40を挙げることができる。また、出芽酵母の例として出芽酵母SHY2、出芽酵母AH22あるいは出芽酵母INVSc1(インビトロジェン社)を挙げることができる。
As host cells, microorganisms such as Escherichia coli (Escherichia coli), budding yeast (Saccharomyces cerevisiae), and filamentous fungi (Aspergillus oryzae) are preferably used from the viewpoint of easy handling, but the recombinant DNA replicates. Any host cell capable of expressing the gene of the present enzyme can be used. Examples of E. coli include E. coli BL21 (DE3) pLysS when T7 promoter is used, and E. coli JM109 otherwise. Examples of filamentous fungi include Aspergillus oryzae RIB40. Examples of budding yeast include budding yeast SHY2, budding yeast AH22, or budding yeast INVSc1 (Invitrogen).
本発明の更に他の局面は、本発明の組換えDNAを保有する微生物(即ち形質転換体)に関する。本発明の微生物は、上記本発明のベクターを用いたトランスフェクション乃至はトランスフォーメーションによって得ることができる。例えば、塩化カルシウム法(ジャーナル オブ モレキュラー バイオロジー(J.Mol. Biol.)、第53巻、第159頁 (1970))、ハナハン(Hanahan)法(ジャーナル オブ モレキュラー バイオロジー、第166巻、第557頁 (1983))、SEM法(ジーン(Gene)、第96巻、第23頁(1990)〕、チャング(Chung)らの方法(プロシーディングズ オブ ザ ナショナル アカデミー オブ サイエンシーズ オブ ザ USA、第86巻、第2172頁(1989))、リン酸カルシウム共沈降法、エレクトロポーレーション(Potter,H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 81, 7161-7165(1984))、リポフェクション(Felgner, P.L. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 84,7413-7417(1984))等によって実施することができる。尚、本発明の微生物は、本酵素を生産することに利用することができる。
Still another aspect of the present invention relates to a microorganism (that is, a transformant) having the recombinant DNA of the present invention. The microorganism of the present invention can be obtained by transfection or transformation using the vector of the present invention. For example, calcium chloride method (Journal of Molecular Biology (J. Mol. Biol.), Volume 53, pp. 159 (1970)), Hanahan Method (Journal of Molecular Biology, Volume 166, 557) (1983), SEM (Gene, 96, 23 (1990)), Chung et al. (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 86 Vol., P. 2172 (1989)), calcium phosphate coprecipitation method, electroporation (Potter, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 7161-7165 (1984)), lipofection (Felgner, PL et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84,7413-7417 (1984)) etc. The microorganism of the present invention can be used for producing this enzyme. it can.
4.改変型GDHの調製法
本発明の更なる局面は本酵素の調製法に関する。本発明の調製法では、本発明者らが取得に成功した改変型GDHを遺伝子工学的手法で調製する。具体的には、まず本酵素をコードする遺伝子を用意する(ステップ(1))。具体的には、例えば、配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸を用意する。ここで、「配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸」は、それを発現させた場合に当該アミノ酸配列を有するポリペプチドが得られる核酸であり、当該アミノ酸配列に対応する塩基配列からなる核酸は勿論のこと、そのような核酸に余分な配列(アミノ酸配列をコードする配列であっても、アミノ酸配列をコードしない配列であってもよい)が付加されていてもよい。また、コドンの縮重も考慮される。「配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸」は、本明細書又は添付の配列表が開示する配列情報を参考にし、標準的な遺伝子工学的手法、分子生物学的手法、生化学的手法などを用いることによって、単離された状態に調製することができる。ここで、配列番号8のアミノ酸配列、配列番号9のアミノ酸配列、配列番号32のアミノ酸配列、配列番号36のアミノ酸配列及び配列番号37のアミノ酸配列は、アスペルギルス・イイズカエNo.5453株由来GDHのアミノ酸配列が改変されたものである。従って、アスペルギルス・イイズカエNo.5453株由来GDHをコードする遺伝子(配列番号3の塩基配列)を利用することにより、配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸(遺伝子)を得ることができる。尚、配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードするDNAの具体例は配列番号10~13、38~43の塩基配列である。 4). Method for Preparing Modified GDH A further aspect of the present invention relates to a method for preparing the enzyme. In the preparation method of the present invention, modified GDH successfully obtained by the present inventors is prepared by a genetic engineering technique. Specifically, first, a gene encoding this enzyme is prepared (step (1)). Specifically, for example, a nucleic acid encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36, or 37 is prepared. Here, the “nucleic acid encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36 or 37” is a nucleic acid from which a polypeptide having the amino acid sequence can be obtained when expressed, Not only nucleic acids consisting of the corresponding base sequences, but also extra sequences (either amino acid sequence encoding sequences or non-amino acid sequence encoding sequences) may be added to such nucleic acids. Good. Codon degeneracy is also considered. “Nucleic acid encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36, or 37” refers to standard genetic engineering techniques, molecular biology, with reference to the sequence information disclosed in this specification or the attached sequence listing. It can be prepared in an isolated state by using a conventional method, a biochemical method or the like. Here, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 36, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 37 are amino acids of GDH derived from Aspergillus iizukae No.5453 strain The sequence is modified. Therefore, a nucleic acid (gene) encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36 or 37 by using a gene encoding GDH derived from Aspergillus iizukae No. 5453 (base sequence of SEQ ID NO: 3). Can be obtained. Specific examples of DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36, or 37 are the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 10-13 and 38-43.
本発明の更なる局面は本酵素の調製法に関する。本発明の調製法では、本発明者らが取得に成功した改変型GDHを遺伝子工学的手法で調製する。具体的には、まず本酵素をコードする遺伝子を用意する(ステップ(1))。具体的には、例えば、配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸を用意する。ここで、「配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸」は、それを発現させた場合に当該アミノ酸配列を有するポリペプチドが得られる核酸であり、当該アミノ酸配列に対応する塩基配列からなる核酸は勿論のこと、そのような核酸に余分な配列(アミノ酸配列をコードする配列であっても、アミノ酸配列をコードしない配列であってもよい)が付加されていてもよい。また、コドンの縮重も考慮される。「配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸」は、本明細書又は添付の配列表が開示する配列情報を参考にし、標準的な遺伝子工学的手法、分子生物学的手法、生化学的手法などを用いることによって、単離された状態に調製することができる。ここで、配列番号8のアミノ酸配列、配列番号9のアミノ酸配列、配列番号32のアミノ酸配列、配列番号36のアミノ酸配列及び配列番号37のアミノ酸配列は、アスペルギルス・イイズカエNo.5453株由来GDHのアミノ酸配列が改変されたものである。従って、アスペルギルス・イイズカエNo.5453株由来GDHをコードする遺伝子(配列番号3の塩基配列)を利用することにより、配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードする核酸(遺伝子)を得ることができる。尚、配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードするDNAの具体例は配列番号10~13、38~43の塩基配列である。 4). Method for Preparing Modified GDH A further aspect of the present invention relates to a method for preparing the enzyme. In the preparation method of the present invention, modified GDH successfully obtained by the present inventors is prepared by a genetic engineering technique. Specifically, first, a gene encoding this enzyme is prepared (step (1)). Specifically, for example, a nucleic acid encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36, or 37 is prepared. Here, the “nucleic acid encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36 or 37” is a nucleic acid from which a polypeptide having the amino acid sequence can be obtained when expressed, Not only nucleic acids consisting of the corresponding base sequences, but also extra sequences (either amino acid sequence encoding sequences or non-amino acid sequence encoding sequences) may be added to such nucleic acids. Good. Codon degeneracy is also considered. “Nucleic acid encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36, or 37” refers to standard genetic engineering techniques, molecular biology, with reference to the sequence information disclosed in this specification or the attached sequence listing. It can be prepared in an isolated state by using a conventional method, a biochemical method or the like. Here, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 36, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 37 are amino acids of GDH derived from Aspergillus iizukae No.5453 strain The sequence is modified. Therefore, a nucleic acid (gene) encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36 or 37 by using a gene encoding GDH derived from Aspergillus iizukae No. 5453 (base sequence of SEQ ID NO: 3). Can be obtained. Specific examples of DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36, or 37 are the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 10-13 and 38-43.
ステップ(1)に続いて、用意した遺伝子を発現させる(ステップ(2))。例えば、まず上記遺伝子を挿入した発現ベクターを用意し、これを用いて宿主細胞を形質転換する。次に、発現産物である変異酵素が産生される条件下で形質転換体を培養する。形質転換体の培養は常法に従えばよい。培地に使用する炭素源としては資化可能な炭素化合物であればよく、例えばグルコース、シュークロース、ラクトース、マルトース、糖蜜、ピルビン酸などが使用される。また、窒素源としては利用可能な窒素化合物であればよく、例えばペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン加水分解物、大豆粕アルカリ抽出物などが使用される。その他、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カルシウム、カリウム、鉄、マンガン、亜鉛などの塩類、特定のアミノ酸、特定のビタミンなどが必要に応じて使用される。
Following step (1), the prepared gene is expressed (step (2)). For example, first, an expression vector into which the above gene is inserted is prepared, and a host cell is transformed using the expression vector. Next, the transformant is cultured under conditions where a mutant enzyme that is an expression product is produced. The transformant may be cultured according to a conventional method. The carbon source used in the medium may be any assimitable carbon compound. For example, glucose, sucrose, lactose, maltose, molasses, pyruvic acid and the like are used. The nitrogen source may be any nitrogen compound that can be used. For example, peptone, meat extract, yeast extract, casein hydrolyzate, soybean cake alkaline extract, and the like are used. In addition, phosphates, carbonates, sulfates, salts such as magnesium, calcium, potassium, iron, manganese, and zinc, specific amino acids, specific vitamins, and the like are used as necessary.
培養温度は培養対象の形質転換体の生育特性や変異型酵素の産生特性などを考慮して設定することができる。好ましくは30℃~40℃の範囲内(より好ましくは37℃付近)で設定することができる。培養時間は、培養対象の形質転換体の生育特性や変異型酵素の産生特性などを考慮して設定することができる。培地のpHは、形質転換体が生育し且つ酵素が産生される範囲内に調製される。好ましくは培地のpHを6.0~9.0程度(好ましくはpH7.0付近)とする。
The culture temperature can be set in consideration of the growth characteristics of the transformant to be cultured and the production characteristics of the mutant enzyme. Preferably, it can be set within the range of 30 ° C. to 40 ° C. (more preferably around 37 ° C.). The culture time can be set in consideration of the growth characteristics of the transformant to be cultured and the production characteristics of the mutant enzyme. The pH of the medium is adjusted so that the transformant grows and the enzyme is produced. Preferably, the pH of the medium is about 6.0 to 9.0 (preferably around pH 7.0).
続いて、発現産物(改変型GDH)を回収する(ステップ(3))。培養後の菌体を含む培養液をそのまま、或いは濃縮、不純物の除去などを経た後に酵素溶液として利用することもできるが、一般的には培養液又は菌体より発現産物を一旦回収する。発現産物が分泌型タンパク質であれば培養液より、それ以外であれば菌体内より回収することができる。培養液から回収する場合には、例えば培養上清をろ過、遠心処理して不溶物を除去した後、減圧濃縮、膜濃縮、硫酸アンモニウムや硫酸ナトリウムを利用した塩析、メタノールやエタノール又はアセトンなどによる分別沈殿法、透析、加熱処理、等電点処理、ゲルろ過や吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィー等の各種クロマトグラフィー(例えば、セファデックス(Sephadex)ゲル(GEヘルスケアバイオサイエンス)などによるゲルろ過、DEAEセファロースCL-6B (GEヘルスケアバイオサイエンス)、オクチルセファロースCL-6B (GEヘルスケアバイオサイエンス)、CMセファロースCL-6B(GEヘルスケアバイオサイエンス))などを組み合わせて分離、精製を行ことにより改変型GDHの精製品を得ることができる。他方、菌体内から回収する場合には、培養液をろ過、遠心処理等することによって菌体を採取し、次いで菌体を加圧処理、超音波処理などの機械的方法またはリゾチームなどによる酵素d的方法で破壊した後、上記と同様に分離、精製を行うことにより改変型GDHの精製品を得ることができる。
Subsequently, the expression product (modified GDH) is recovered (step (3)). Although the culture solution containing the cultured microbial cells can be used as it is or after concentration, removal of impurities, etc., it can be used as an enzyme solution. In general, the expression product is once recovered from the culture solution or microbial cells. If the expression product is a secreted protein, it can be recovered from the culture solution, and if not, it can be recovered from the fungus body. When recovering from the culture solution, for example, the culture supernatant is filtered and centrifuged to remove insolubles, followed by concentration under reduced pressure, membrane concentration, salting out using ammonium sulfate or sodium sulfate, methanol, ethanol, acetone, etc. Various chromatographic methods such as fractional precipitation, dialysis, heat treatment, isoelectric point treatment, gel filtration, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography (eg, Sephadex gel (GE Healthcare Bioscience)) Separation using a combination of gel filtration, DEAE Sepharose CL-6B (GE Healthcare Bioscience), Octyl Sepharose CL-6B (GE Healthcare Bioscience), CM Sepharose CL-6B (GE Healthcare Bioscience) Purified to obtain a refined modified GDH product Door can be. On the other hand, when recovering from the bacterial cells, the bacterial cells are collected by filtering, centrifuging, and the like, and then the bacterial cells are mechanically treated by pressure treatment, ultrasonic treatment, or enzyme d by lysozyme or the like. After disruption by a conventional method, a purified product of modified GDH can be obtained by separation and purification in the same manner as described above.
酵素の精製度は特に限定されないが、例えば比活性が0.1~1000(U/mg)、好ましくは比活性が1~500(U/mg)の状態に精製することができる。また、最終的な形態は液体状であっても固体状(粉体状を含む)であってもよい。
The degree of purification of the enzyme is not particularly limited. For example, the enzyme can be purified to a specific activity of 0.1 to 1000 (U / mg), preferably 1 to 500 (U / mg). The final form may be liquid or solid (including powder).
上記のようにして得られた精製酵素を、例えば凍結乾燥や真空乾燥或いはスプレードライなどにより粉末化して提供することも可能である。その際、精製酵素を予めリン酸緩衝液、トリエタノールアミン緩衝液、トリス塩酸緩衝液やGOODの緩衝液に溶解させておいてもよい。好ましくは、リン酸緩衝液、トリエタノールアミン緩衝液を使用することができる。尚、ここでGOODの緩衝液としてはPIPES、MES又はMOPSが挙げられる。
It is also possible to provide the purified enzyme obtained as described above by pulverizing it by, for example, freeze drying, vacuum drying or spray drying. At that time, the purified enzyme may be dissolved in a phosphate buffer, triethanolamine buffer, Tris-HCl buffer or GOOD buffer in advance. Preferably, a phosphate buffer or a triethanolamine buffer can be used. In addition, PIPES, MES, or MOPS is mentioned as a GOOD buffer here.
通常は、以上のように適当な宿主-ベクター系を利用して遺伝子の発現~発現産物(改変型GDH)の回収を行うが、無細胞合成系を利用することにしてもよい。ここで、「無細胞合成系(無細胞転写系、無細胞転写/翻訳系)」とは、生細胞を用いるのではく、生細胞由来の(或いは遺伝子工学的手法で得られた)リボソームや転写・翻訳因子などを用いて、鋳型である核酸(DNAやmRNA)からそれがコードするmRNAやタンパク質をin vitroで合成することをいう。無細胞合成系では一般に、細胞破砕液を必要に応じて精製して得られる細胞抽出液が使用される。細胞抽出液には一般に、タンパク質合成に必要なリボソーム、開始因子などの各種因子、tRNAなどの各種酵素が含まれる。タンパク質の合成を行う際には、この細胞抽出液に各種アミノ酸、ATP、GTPなどのエネルギー源、クレアチンリン酸など、タンパク質の合成に必要なその他の物質を添加する。勿論、タンパク質合成の際に、別途用意したリボソームや各種因子、及び/又は各種酵素などを必要に応じて補充してもよい。
Usually, gene expression and expression product (modified GDH) are collected using an appropriate host-vector system as described above, but a cell-free synthesis system may be used. Here, “cell-free synthesis system (cell-free transcription system, cell-free transcription / translation system)” refers to a ribosome derived from a live cell (or obtained by a genetic engineering technique), not a live cell. This refers to the in vitro synthesis of mRNA and protein encoded by a template nucleic acid (DNA or mRNA) using transcription / translation factors. In a cell-free synthesis system, a cell extract obtained by purifying a cell disruption solution as needed is generally used. Cell extracts generally contain ribosomes necessary for protein synthesis, various factors such as initiation factors, and various enzymes such as tRNA. When protein is synthesized, other substances necessary for protein synthesis such as various amino acids, energy sources such as ATP and GTP, and creatine phosphate are added to the cell extract. Of course, a ribosome, various factors, and / or various enzymes prepared separately may be supplemented as necessary during protein synthesis.
タンパク質合成に必要な各分子(因子)を再構成した転写/翻訳系の開発も報告されている(Shimizu, Y. et al.: Nature Biotech., 19, 751-755, 2001)。この合成系では、バクテリアのタンパク質合成系を構成する3種類の開始因子、3種類の伸長因子、終結に関与する4種類の因子、各アミノ酸をtRNAに結合させる20種類のアミノアシルtRNA合成酵素、及びメチオニルtRNAホルミル転移酵素からなる31種類の因子の遺伝子を大腸菌ゲノムから増幅し、これらを用いてタンパク質合成系をin vitroで再構成している。本発明ではこのような再構成した合成系を利用してもよい。
Development of a transcription / translation system that reconstitutes each molecule (factor) necessary for protein synthesis has also been reported (Shimizu, Y. et al .: Nature Biotech., 19, 751-755, 2001). In this synthesis system, three types of initiation factors constituting bacterial protein synthesis system, three types of elongation factors, four types of factors involved in termination, 20 types of aminoacyl-tRNA synthetases that bind each amino acid to tRNA, and Genes of 31 kinds of factors consisting of methionyl tRNA formyltransferase are amplified from the Escherichia coli genome, and the protein synthesis system is reconstructed in vitro using these genes. In the present invention, such a reconstructed synthesis system may be used.
用語「無細胞転写/翻訳系」は、無細胞タンパク質合成系、in vitro翻訳系又はin vitro転写/翻訳系と交換可能に使用される。in vitro翻訳系ではRNAが鋳型として用いられてタンパク質が合成される。鋳型RNAとしては全RNA、mRNA、in vitro転写産物などが使用される。他方のin vitro転写/翻訳系ではDNAが鋳型として用いられる。鋳型DNAはリボソーム結合領域を含むべきであって、また適切なターミネーター配列を含むことが好ましい。尚、in vitro転写/翻訳系では、転写反応及び翻訳反応が連続して進行するように各反応に必要な因子が添加された条件が設定される。
The term “cell-free transcription / translation system” is used interchangeably with a cell-free protein synthesis system, in-vitro translation system or in-vitro transcription / translation system. In an in vitro translation system, RNA is used as a template to synthesize proteins. As the template RNA, total RNA, mRNA, in vitro transcript and the like are used. The other in vitro transcription / translation system uses DNA as a template. The template DNA should contain a ribosome binding region and preferably contain an appropriate terminator sequence. In the in vitro transcription / translation system, conditions to which factors necessary for each reaction are added are set so that the transcription reaction and the translation reaction proceed continuously.
5.改変型GDHの用途
本発明の更なる局面は本酵素の用途に関する。この局面ではまず、本酵素を用いたグルコース測定法が提供される。本発明のグルコース測定法では本酵素による酸化還元反応を利用して試料中のグルコース量を測定する。この反応による変化が利用できる各種用途に本発明を適用可能である。 5. Uses of Modified GDH A further aspect of the invention relates to the use of the enzyme. In this aspect, first, a glucose measurement method using the present enzyme is provided. In the glucose measuring method of the present invention, the amount of glucose in a sample is measured using an oxidation-reduction reaction by this enzyme. The present invention can be applied to various uses in which changes due to this reaction can be used.
本発明の更なる局面は本酵素の用途に関する。この局面ではまず、本酵素を用いたグルコース測定法が提供される。本発明のグルコース測定法では本酵素による酸化還元反応を利用して試料中のグルコース量を測定する。この反応による変化が利用できる各種用途に本発明を適用可能である。 5. Uses of Modified GDH A further aspect of the invention relates to the use of the enzyme. In this aspect, first, a glucose measurement method using the present enzyme is provided. In the glucose measuring method of the present invention, the amount of glucose in a sample is measured using an oxidation-reduction reaction by this enzyme. The present invention can be applied to various uses in which changes due to this reaction can be used.
本発明は例えば血糖値の測定、食品(調味料や飲料など)中のグルコース濃度の測定などに利用される。また、発酵食品(例えば食酢)又は発酵飲料(例えばビールや酒)の製造工程において発酵度を調べるために本発明を利用してもよい。
The present invention is used, for example, for measurement of blood glucose level, measurement of glucose concentration in foods (such as seasonings and beverages), and the like. Moreover, you may utilize this invention in order to investigate a fermentation degree in the manufacturing process of fermented foods (for example, vinegar) or fermented drinks (for example, beer and liquor).
本発明はまた、本酵素を含むグルコース測定用試薬を提供する。当該試薬は上記の本発明のグルコース測定法に使用される。グルコース測定用試薬の安定化や使用時の活性化等を目的として、血清アルブミン、タンパク質、界面活性剤、糖類、糖アルコール、無機塩類等を添加してもよい。
The present invention also provides a glucose measuring reagent containing the present enzyme. The reagent is used in the glucose measurement method of the present invention described above. Serum albumin, proteins, surfactants, saccharides, sugar alcohols, inorganic salts, and the like may be added for the purpose of stabilizing the glucose measuring reagent and activating it during use.
グルコース測定用試薬を測定キットの構成要素にすることもできる。換言すれば、本発明は、上記グルコース測定用試薬を含むキット(グルコース測定用キット)も提供する。本発明のキットは必須の構成要素として上記グルコース測定用試薬を含む。また、反応用試薬、緩衝液、グルコース標準液、容器などを任意の要素として含む。尚、本発明のグルコース測定キットには通常、使用説明書が添付される。
A reagent for measuring glucose can also be used as a component of the measurement kit. In other words, the present invention also provides a kit (glucose measurement kit) containing the glucose measurement reagent. The kit of the present invention contains the above-mentioned reagent for glucose measurement as an essential component. In addition, a reaction reagent, a buffer solution, a glucose standard solution, a container and the like are included as optional elements. The glucose measurement kit of the present invention usually includes an instruction manual.
本酵素を利用してグルコースセンサを構成することが可能である。即ち、本発明は、本酵素を含むグルコースセンサも提供する。本発明のグルコースセンサの典型的な構造では、絶縁性基板上に作用電極及び対極を備えた電極系が形成され、その上に本酵素とメディエータを含む試薬層が形成される。参照電極も備えた測定系を用いることにしてもよい。このような、いわゆる3電極系の測定系を用いれば、参照電極の電位を基準として作用電極の電位を表すことが可能となる。各電極の材料は特に限定されない。作用電極及び対極の電極材料の例を示せば、金(Au)、カーボン(C)、白金(Pt)、チタン(Ti)である。メディエータとしてはフェリシアン化合物(フェリシアン化カリウムなど)、金属錯体(ルテニウム錯体、オスミウム錯体、バナジウム錯体など)、キノン化合物(ピロロキノリンキノンなど)などが使用される。尚、グルコースセンサの構成、グルコースセンサを利用した電気化学的測定法については、例えば、バイオ電気化学の実際-バイオセンサ・バイオ電池の実用展開-(2007年3月発行、シーエムシー出版)に詳しい。
It is possible to construct a glucose sensor using this enzyme. That is, this invention also provides the glucose sensor containing this enzyme. In a typical structure of the glucose sensor of the present invention, an electrode system including a working electrode and a counter electrode is formed on an insulating substrate, and a reagent layer containing the present enzyme and mediator is formed thereon. A measurement system that also includes a reference electrode may be used. If such a so-called three-electrode measurement system is used, the potential of the working electrode can be expressed based on the potential of the reference electrode. The material of each electrode is not particularly limited. Examples of the electrode material for the working electrode and the counter electrode are gold (Au), carbon (C), platinum (Pt), and titanium (Ti). As the mediator, a ferricyan compound (such as potassium ferricyanide), a metal complex (such as a ruthenium complex, an osmium complex, or a vanadium complex), a quinone compound (such as pyrroloquinoline quinone), or the like is used. The structure of the glucose sensor and the electrochemical measurement method using the glucose sensor are detailed in, for example, the actual bioelectrochemistry-practical development of biosensors and biobatteries (issued in March 2007, CMC Publishing). .
本酵素を酵素剤の形態で提供することもできる。本発明の酵素剤は有効成分(本酵素)の他、賦形剤、緩衝剤、懸濁剤、安定剤、保存剤、防腐剤、生理食塩水などを含有していてもよい。賦形剤としてはデンプン、デキストリン、マルトース、トレハロース、乳糖、D-グルコース、ソルビトール、D-マンニトール、白糖、グリセロール等を用いることができる。緩衝剤としてはリン酸塩、クエン酸塩、酢酸塩等を用いることができる。安定剤としてはプロピレングリコール、アスコルビン酸等を用いることができる。保存剤としてはフェノール、塩化ベンザルコニウム、ベンジルアルコール、クロロブタノール、メチルパラベン等を用いることができる。防腐剤としてはエタノール、塩化ベンザルコニウム、パラオキシ安息香酸、クロロブタノール等を用いることができる。
This enzyme can also be provided in the form of an enzyme agent. In addition to the active ingredient (the present enzyme), the enzyme agent of the present invention may contain excipients, buffers, suspending agents, stabilizers, preservatives, preservatives, physiological saline and the like. As the excipient, starch, dextrin, maltose, trehalose, lactose, D-glucose, sorbitol, D-mannitol, sucrose, glycerol and the like can be used. As the buffering agent, phosphate, citrate, acetate and the like can be used. As the stabilizer, propylene glycol, ascorbic acid or the like can be used. As preservatives, phenol, benzalkonium chloride, benzyl alcohol, chlorobutanol, methylparaben, and the like can be used. As preservatives, ethanol, benzalkonium chloride, paraoxybenzoic acid, chlorobutanol and the like can be used.
実用的価値が高いFAD-GDHの開発を目指し、以下の検討を行った。具体的には、CP変異を利用してアスペルギルス・イイズカエ由来GDH(AiGDH)の改良(特に、キシロース反応性の低下)を目指した。
The following studies were conducted with the aim of developing FAD-GDH with high practical value. Specifically, we aimed to improve (especially, decrease xylose reactivity) Aspergillus iizukae-derived GDH (AiGDH) using CP mutation.
(1)CP変異酵素のリンカー配列の検討
アスペルギルス・イイズカエ No.5453株由来GDHの野生型遺伝子配列(配列番号3)を元にPCR法でクローニングした遺伝子をサッカロマイセス・セレビシエ発現系pYES2プラスミドに挿入し、酵母発現用のプラスミドを構築した。次に、アスペルギルス・イイズカエ No.5453株由来GDHのアミノ酸配列(配列番号1)からホモロジーモデリングを行い、立体構造を予測した。この際、既知のアスペルギルス・フラバス由来FAD-GDHの立体構造(Yoshida, H., et al. (2015). Sci Rep 5: 13498)を元にした。CP変異酵素を作成するためには、野生型酵素のN末端(又はその近傍)とC末端(又はその近傍)を人工的なリンカー配列で連結する必要がある。そこで、モデリングした立体構造からN末端領域とC末端領域の距離を予測した。27番アミノ酸(Y)と591番アミノ酸(V)が最短距離(約13.5Å)となった。そこで、シグナルペプチド(MLGKLTFFSALSLAVA:配列番号14)と2アミノ酸(AP)(アミノ酸番号1~18)はそのまま残して、アミノ酸番号19~26のペプチドを除去することにした。 (1) Examination of linker sequence of CP mutant enzyme A gene cloned by PCR method based on GDH wild-type gene sequence (SEQ ID NO: 3) derived from Aspergillus iizukae No.5453 was inserted into pYES2 plasmid of Saccharomyces cerevisiae expression system A plasmid for yeast expression was constructed. Next, homology modeling was performed from the amino acid sequence of GDH derived from Aspergillus iizukae No.5453 (SEQ ID NO: 1) to predict the three-dimensional structure. At this time, it was based on the known three-dimensional structure of FAD-GDH derived from Aspergillus flavus (Yoshida, H., et al. (2015). Sci Rep 5: 13498). In order to create a CP mutant enzyme, it is necessary to connect the N-terminus (or vicinity thereof) and the C-terminus (or vicinity thereof) of the wild-type enzyme with an artificial linker sequence. Therefore, the distance between the N-terminal region and the C-terminal region was predicted from the modeled three-dimensional structure. The 27th amino acid (Y) and 591 amino acid (V) were the shortest distance (about 13.5 mm). Therefore, it was decided to remove the peptide of amino acid numbers 19 to 26, leaving the signal peptide (MLGKLTFFSALSLAVA: SEQ ID NO: 14) and 2 amino acids (AP) (amino acid numbers 1 to 18) as they were.
アスペルギルス・イイズカエ No.5453株由来GDHの野生型遺伝子配列(配列番号3)を元にPCR法でクローニングした遺伝子をサッカロマイセス・セレビシエ発現系pYES2プラスミドに挿入し、酵母発現用のプラスミドを構築した。次に、アスペルギルス・イイズカエ No.5453株由来GDHのアミノ酸配列(配列番号1)からホモロジーモデリングを行い、立体構造を予測した。この際、既知のアスペルギルス・フラバス由来FAD-GDHの立体構造(Yoshida, H., et al. (2015). Sci Rep 5: 13498)を元にした。CP変異酵素を作成するためには、野生型酵素のN末端(又はその近傍)とC末端(又はその近傍)を人工的なリンカー配列で連結する必要がある。そこで、モデリングした立体構造からN末端領域とC末端領域の距離を予測した。27番アミノ酸(Y)と591番アミノ酸(V)が最短距離(約13.5Å)となった。そこで、シグナルペプチド(MLGKLTFFSALSLAVA:配列番号14)と2アミノ酸(AP)(アミノ酸番号1~18)はそのまま残して、アミノ酸番号19~26のペプチドを除去することにした。 (1) Examination of linker sequence of CP mutant enzyme A gene cloned by PCR method based on GDH wild-type gene sequence (SEQ ID NO: 3) derived from Aspergillus iizukae No.5453 was inserted into pYES2 plasmid of Saccharomyces cerevisiae expression system A plasmid for yeast expression was constructed. Next, homology modeling was performed from the amino acid sequence of GDH derived from Aspergillus iizukae No.5453 (SEQ ID NO: 1) to predict the three-dimensional structure. At this time, it was based on the known three-dimensional structure of FAD-GDH derived from Aspergillus flavus (Yoshida, H., et al. (2015). Sci Rep 5: 13498). In order to create a CP mutant enzyme, it is necessary to connect the N-terminus (or vicinity thereof) and the C-terminus (or vicinity thereof) of the wild-type enzyme with an artificial linker sequence. Therefore, the distance between the N-terminal region and the C-terminal region was predicted from the modeled three-dimensional structure. The 27th amino acid (Y) and 591 amino acid (V) were the shortest distance (about 13.5 mm). Therefore, it was decided to remove the peptide of amino acid numbers 19 to 26, leaving the signal peptide (MLGKLTFFSALSLAVA: SEQ ID NO: 14) and 2 amino acids (AP) (
次に、N末端領域とC末端領域を連結するリンカー配列を検討した。モデリングした立体構造から、新規N末端を作成可能な領域を予測した。立体構造解析から、FAD-GDHではFAD周辺が酵素活性に重要な領域であることが知られている(Yoshida, H., et al. (2015). Sci Rep 5: 13498)。そこで、FAD周辺のアミノ酸から距離が離れており、且つαへリックス、βシートのような構造を形成しないアミノ酸配列に注目した。具体的には、立体構造上のループ構造にあるアミノ酸から複数の候補点を選択した。更に、候補点の中から、3点のアミノ酸(62番バリン(V)、184番ロイシン(L)、502番プロリン(P))を選ぶとともに、長さの異なる4種類のリンカー配列(3アミノ酸長、4アミノ酸長、6アミノ酸長、7アミノ酸長)を作成した。例えば、184番アミノ酸を新規N末端にした場合は、シグナルペプチド - AiGDH(アミノ酸番号184~591) - リンカー配列 - AiGDH(アミノ酸番号27~183)という変異酵素となる。作成した変異酵素発現用のプラスミドでサッカロマイセス・セレビシエINVsc1を形質転換した後、発現誘導用のガラクトースを含む液体培地で形質転換体を培養し、変異酵素を含む培養液を取得した。
Next, a linker sequence connecting the N-terminal region and the C-terminal region was examined. A region where a new N-terminus could be created was predicted from the modeled three-dimensional structure. From the three-dimensional structure analysis, it is known that the FAD-GDH region around FAD is an important region for enzyme activity (Yoshida, H., et al. (2015). Sci Rep 5: 13498). Therefore, attention was paid to amino acid sequences that are far from the amino acids around FAD and that do not form an α-helix or β-sheet structure. Specifically, a plurality of candidate points were selected from amino acids in a three-dimensional loop structure. In addition, 3 amino acids (62 valine (V), 184 leucine (L), 502 proline (P)) are selected from the candidate points, and 4 different linker sequences (3 amino acids) Long, 4 amino acids, 6 amino acids, 7 amino acids). For example, when the amino acid at position 184 is the new N-terminal, the resulting enzyme is a signal peptide-AiGDH (amino acid numbers 184-591)-linker sequence-AiGDH (amino acid numbers 27-183). After transforming Saccharomyces cerevisiae INVsc1 with the prepared plasmid for expressing the mutant enzyme, the transformant was cultured in a liquid medium containing galactose for inducing expression to obtain a culture solution containing the mutant enzyme.
グルコースに対する酵素活性を指標にスクリーニングを行った。GDHは、電子受容体存在下でグルコースの水酸基を酸化してグルコノ-δ-ラクトンを生成する反応を触媒する。GDH活性の検出は、下記の反応系で行った。
尚、式中の1-Methoxy PMSは1-Methoxy phenazine methosulfateを表し、NTBはNitrotetrazorium blueを表す。
Screening was performed using enzyme activity against glucose as an index. GDH catalyzes a reaction that oxidizes the hydroxyl group of glucose to produce glucono-δ-lactone in the presence of an electron acceptor. GDH activity was detected by the following reaction system.
In the formula, 1-Methoxy PMS represents 1-Methoxy phenazine methosulfate, and NTB represents Nitrotetrazorium blue.
反応(1)において、グルコースの酸化に伴って還元型1-Methoxy PMSが生成し、更に反応(2)において還元型1-Methoxy PMSによるNTBの還元により生成したDiformazanを570nmの波長で測定する。
In reaction (1), reduced 1-Methoxy PMS is generated with the oxidation of glucose, and further, Diformazan generated by reduction of NTB by reduced 1-Methoxy PMS in reaction (2) is measured at a wavelength of 570 nm.
酵素活性は、以下の計算式によって算出される。
尚、式中のVtは総液量を、Vsはサンプル量を、20.1はDiformazanの0.5μ molあたりの吸光度係数(cm2 / 0.5μ mol)を、1.0は光路長(cm)を、dfは希釈倍数をそれぞれ表す。
The enzyme activity is calculated by the following calculation formula.
In the formula, Vt is the total liquid volume, Vs is the sample volume, 20.1 is the absorbance coefficient (cm 2 /0.5 μmol) per 0.5 μmol of Diformazan, 1.0 is the optical path length (cm), and df is Each dilution factor is indicated.
0.1% Triton X-100を含む100 mmol/L PIPES-NaOH pH 7.0 24 mL、1 mol/L 基質溶液 3 mL、3 mmol/L 1-Methoxy PMS溶液 2 mL、6.6 mmol/L NTB溶液 1 mLを混合し、アッセイ用試薬を調製した。各基質を含むアッセイ用試薬1 mL対して培養サンプルを添加し、37℃で反応させた後、吸光度(570 nm)を測定した。
100% mmol / L PIPES-NaOH containing 0.1% Triton X-100 pH 7.0 to 24 mL, 1 mol / L substrate solution 3 mL, 3 mmol / L 1-Methoxy PMS solution 2 mL, 6.6 mmol / L NTB solution 1 mL Mixed to prepare assay reagents. A culture sample was added to 1 mL of the assay reagent containing each substrate, reacted at 37 ° C., and then the absorbance (570 nm) was measured.
上記の酵素活性測定法で各変異酵素を評価した。184番ロイシン(L)を新規N末端にした変異酵素(CP-L184)を評価した結果、6アミノ酸以上の長さのリンカーを導入した場合は活性を示すCP変異酵素が得られた(表1)。一方、62番バリン(V)又は502番プロリン(P)を新規N末端にしたCP変異酵素では、4種類のリンカーのいずれを用いても活性は検出限界以下であった。
Each mutant enzyme was evaluated by the above enzyme activity measurement method. As a result of evaluating a novel N-terminal mutant enzyme (CP-L184) of No. 184 leucine (L), a CP mutant enzyme having activity was obtained when a linker having a length of 6 amino acids or more was introduced (Table 1). ). On the other hand, in the CP mutant enzyme having 62 valine (V) or 502 proline (P) as the new N-terminus, the activity was below the detection limit even when any of the four types of linkers was used.
次に、CP-L184について、リンカーを長くした場合の活性を測定した。その結果、アミノ酸数が6~18のリンカーで酵素活性が検出できた(表1)。以降の検討には、17アミノ酸長のリンカー(ESSSGTSSSSGTSESSS:配列番号23)を用いた。
Next, the activity of CP-L184 when the linker was lengthened was measured. As a result, enzyme activity could be detected with a linker having 6 to 18 amino acids (Table 1). In the subsequent examination, a 17 amino acid long linker (ESSSGTSSSSGTSESSS: SEQ ID NO: 23) was used.
(2)CP変異酵素のスクリーニング
シグナルペプチド - AiGDH(アミノ酸番号27~591) - リンカー配列 - AiGDH(アミノ酸番号27~591)の構造(アミノ酸配列)をコードするテンプレートDNAを作成した。新しく作成するN末端とC末端の位置に対応するようにPCRプライマーを設計した。まず、1次スクリーニング用として、4アミノ酸ずつN末端とC末端の位置をずらしながら、AiGDHを網羅的にカバーできる合計278本のプライマーを作成した。2つのプライマーを組み合わせてPCRを行い、増幅したDNA断片をシグナルペプチド配列を含むプラスミドに組み込むことにより、N末端とC末端の位置を変えたCP変異酵素の発現プラスミドを合計139種類作成した(図1)。これらの変異酵素発現用のプラスミドライブラリーでサッカロマイセス・セレビシエINVsc1を形質転換し、網羅的な変異酵素ライブラリーを作成した。発現誘導用のガラクトースを含む液体培地で各形質転換体を培養し、変異酵素を含む培養液を取得した。グルコースの水酸基を酸化する反応について、還元型1-Methoxy PMSを電子受容メディエータとして、NTBの還元により生成するDiformazanを570nmの波長で測定した。1次スクリーニングでは、グルコースに対する酵素活性を指標に有効な変異点を特定した。1次スクリーニングで活性があった変異点については、その前後で1アミノ酸ずつN末端とC末端の位置をずらすことでサブライブラリーを作成した。上記の酵素活性測定法でサブライブラリーを評価した結果、グルコースに対して活性を示す、16種類のCP変異酵素が得られた(表2)。 (2) Screening of CP mutant enzyme Signal peptide-AiGDH (amino acid numbers 27 to 591)-Linker sequence-Template DNA encoding the structure (amino acid sequence) of AiGDH (amino acid numbers 27 to 591) was prepared. PCR primers were designed to correspond to newly created N-terminal and C-terminal positions. First, for the primary screening, a total of 278 primers capable of comprehensively covering AiGDH were prepared while shifting the positions of the N-terminal and C-terminal by 4 amino acids. PCR was performed using a combination of two primers, and the amplified DNA fragment was incorporated into a plasmid containing a signal peptide sequence to create a total of 139 CP mutant enzyme expression plasmids with different N-terminal and C-terminal positions (Fig. 1). Saccharomyces cerevisiae INVsc1 was transformed with a plasmid library for expression of these mutant enzymes, and an exhaustive mutant enzyme library was prepared. Each transformant was cultured in a liquid medium containing galactose for inducing expression to obtain a culture solution containing the mutant enzyme. Regarding the reaction for oxidizing the hydroxyl group of glucose, Diformazan produced by reduction of NTB was measured at a wavelength of 570 nm using reduced 1-Methoxy PMS as an electron accepting mediator. In the primary screening, effective mutation points were identified using the enzyme activity for glucose as an index. For the mutation points that were active in the primary screening, a sub-library was created by shifting the positions of the N-terminal and C-terminal one amino acid before and after that. As a result of evaluating the sub-library by the above enzyme activity measurement method, 16 types of CP mutant enzymes showing activity against glucose were obtained (Table 2).
シグナルペプチド - AiGDH(アミノ酸番号27~591) - リンカー配列 - AiGDH(アミノ酸番号27~591)の構造(アミノ酸配列)をコードするテンプレートDNAを作成した。新しく作成するN末端とC末端の位置に対応するようにPCRプライマーを設計した。まず、1次スクリーニング用として、4アミノ酸ずつN末端とC末端の位置をずらしながら、AiGDHを網羅的にカバーできる合計278本のプライマーを作成した。2つのプライマーを組み合わせてPCRを行い、増幅したDNA断片をシグナルペプチド配列を含むプラスミドに組み込むことにより、N末端とC末端の位置を変えたCP変異酵素の発現プラスミドを合計139種類作成した(図1)。これらの変異酵素発現用のプラスミドライブラリーでサッカロマイセス・セレビシエINVsc1を形質転換し、網羅的な変異酵素ライブラリーを作成した。発現誘導用のガラクトースを含む液体培地で各形質転換体を培養し、変異酵素を含む培養液を取得した。グルコースの水酸基を酸化する反応について、還元型1-Methoxy PMSを電子受容メディエータとして、NTBの還元により生成するDiformazanを570nmの波長で測定した。1次スクリーニングでは、グルコースに対する酵素活性を指標に有効な変異点を特定した。1次スクリーニングで活性があった変異点については、その前後で1アミノ酸ずつN末端とC末端の位置をずらすことでサブライブラリーを作成した。上記の酵素活性測定法でサブライブラリーを評価した結果、グルコースに対して活性を示す、16種類のCP変異酵素が得られた(表2)。 (2) Screening of CP mutant enzyme Signal peptide-AiGDH (
(3)CP変異酵素の組換え発現と酵素の精製
サッカロマイセス・セレビシエ発現系では活性評価に使用する培養液の酵素活性が低く、CP変異酵素の詳細な評価が困難であった。そこで、タカアミラーゼ改変CS3プロモーターとアスペルギルス・オリゼ由来FAD-GDHのターミネーター遺伝子の間につながれた発現カセットにCP変異酵素遺伝子を挿入することにした。このプラスミドではアスペルギルス・オリゼ由来オロチジン5'-リン酸デカルボキシラーゼ遺伝子(pyrG遺伝子)がpUC19に挿入されている。アスペルギルス・オリゼRIB40株のpyrG遺伝子欠損株を形質転換し、ウリジン要求性を利用して形質転換株を取得した。得られた形質転換株を、可溶性でんぷんをC源にタカアミラーゼ誘導条件で液体培養し、CP変異酵素を含む培養液を取得した。 (3) Recombinant expression of the CP mutant enzyme and purification of the enzyme In the Saccharomyces cerevisiae expression system, the enzyme activity of the culture medium used for activity evaluation was low, and detailed evaluation of the CP mutant enzyme was difficult. Therefore, we decided to insert the CP mutant enzyme gene into the expression cassette connected between the Takaamylase-modified CS3 promoter and the terminator gene of Aspergillus oryzae-derived FAD-GDH. In this plasmid, the Aspergillus oryzae-derived orotidine 5′-phosphate decarboxylase gene (pyrG gene) is inserted into pUC19. A pyrG gene-deficient strain of Aspergillus oryzae RIB40 strain was transformed, and a transformant was obtained using uridine requirement. The obtained transformed strain was subjected to liquid culture using soluble starch as a C source under takaamylase induction conditions to obtain a culture solution containing CP mutant enzyme.
サッカロマイセス・セレビシエ発現系では活性評価に使用する培養液の酵素活性が低く、CP変異酵素の詳細な評価が困難であった。そこで、タカアミラーゼ改変CS3プロモーターとアスペルギルス・オリゼ由来FAD-GDHのターミネーター遺伝子の間につながれた発現カセットにCP変異酵素遺伝子を挿入することにした。このプラスミドではアスペルギルス・オリゼ由来オロチジン5'-リン酸デカルボキシラーゼ遺伝子(pyrG遺伝子)がpUC19に挿入されている。アスペルギルス・オリゼRIB40株のpyrG遺伝子欠損株を形質転換し、ウリジン要求性を利用して形質転換株を取得した。得られた形質転換株を、可溶性でんぷんをC源にタカアミラーゼ誘導条件で液体培養し、CP変異酵素を含む培養液を取得した。 (3) Recombinant expression of the CP mutant enzyme and purification of the enzyme In the Saccharomyces cerevisiae expression system, the enzyme activity of the culture medium used for activity evaluation was low, and detailed evaluation of the CP mutant enzyme was difficult. Therefore, we decided to insert the CP mutant enzyme gene into the expression cassette connected between the Takaamylase-modified CS3 promoter and the terminator gene of Aspergillus oryzae-derived FAD-GDH. In this plasmid, the Aspergillus oryzae-derived orotidine 5′-phosphate decarboxylase gene (pyrG gene) is inserted into pUC19. A pyrG gene-deficient strain of Aspergillus oryzae RIB40 strain was transformed, and a transformant was obtained using uridine requirement. The obtained transformed strain was subjected to liquid culture using soluble starch as a C source under takaamylase induction conditions to obtain a culture solution containing CP mutant enzyme.
培養液を回収してフィルター濾過と滅菌を行った後、更に疎水性カラムで精製した。精製条件を以下に示す。
精製カラム: HiTrap Phenyl FF (1 ml)
結合バッファー: 50 mM リン酸バッファー, 2 M 硫酸アンモニウム (pH 6.0)
溶出バッファー:50 mM リン酸バッファー (pH 6.0) The culture solution was collected, filtered and sterilized, and further purified with a hydrophobic column. The purification conditions are shown below.
Purification column: HiTrap Phenyl FF (1 ml)
Binding buffer: 50 mM phosphate buffer, 2 M ammonium sulfate (pH 6.0)
Elution buffer: 50 mM phosphate buffer (pH 6.0)
精製カラム: HiTrap Phenyl FF (1 ml)
結合バッファー: 50 mM リン酸バッファー, 2 M 硫酸アンモニウム (pH 6.0)
溶出バッファー:50 mM リン酸バッファー (pH 6.0) The culture solution was collected, filtered and sterilized, and further purified with a hydrophobic column. The purification conditions are shown below.
Purification column: HiTrap Phenyl FF (1 ml)
Binding buffer: 50 mM phosphate buffer, 2 M ammonium sulfate (pH 6.0)
Elution buffer: 50 mM phosphate buffer (pH 6.0)
AKTAプライムを用い、溶出バッファーの濃度をグラジエントで上げていき、カラムに吸着したタンパク質を溶出した。その結果、素通りフラクションには酵素活性はなく、最初のピークに酵素活性が濃縮することが分かった。活性のあるピークを全て回収し、限外濾過によって濃縮した。以上の方法で精製濃縮した各CP変異酵素と、同様の方法で調製した野生型酵素を用い、以下の評価を行った。
AKTA prime was used to increase the concentration of the elution buffer with a gradient, and the protein adsorbed on the column was eluted. As a result, it was found that there was no enzyme activity in the flow-through fraction, and the enzyme activity was concentrated in the first peak. All active peaks were collected and concentrated by ultrafiltration. The following evaluation was performed using each CP mutant enzyme purified and concentrated by the above method and a wild-type enzyme prepared by the same method.
(4)CP変異酵素の基質特異性の評価
アスペルギルス・オリゼRIB40株で発現させたCP変異酵素について基質特異性を評価した。方法は、(1)と同様に、グルコースまたはその他の糖類の水酸基を酸化する反応について、還元型1-Methoxy PMSを電子受容メディエータとして、NTBの還元により生成するDiformazanを570nmの波長で測定した。基質溶液には、最終濃度0.1Mのグルコース、マルトース、ガラクトース、マンノース、キシロース、2-デオキシ-D-グルコースを用いた。 (4) Evaluation of substrate specificity of CP mutant enzyme The substrate specificity of CP mutant enzyme expressed in Aspergillus oryzae RIB40 strain was evaluated. In the same manner as in (1), Diformazan produced by reduction of NTB was measured at a wavelength of 570 nm using reduced 1-Methoxy PMS as an electron accepting mediator for the reaction of oxidizing the hydroxyl group of glucose or other saccharides. As the substrate solution, glucose, maltose, galactose, mannose, xylose and 2-deoxy-D-glucose having a final concentration of 0.1M were used.
アスペルギルス・オリゼRIB40株で発現させたCP変異酵素について基質特異性を評価した。方法は、(1)と同様に、グルコースまたはその他の糖類の水酸基を酸化する反応について、還元型1-Methoxy PMSを電子受容メディエータとして、NTBの還元により生成するDiformazanを570nmの波長で測定した。基質溶液には、最終濃度0.1Mのグルコース、マルトース、ガラクトース、マンノース、キシロース、2-デオキシ-D-グルコースを用いた。 (4) Evaluation of substrate specificity of CP mutant enzyme The substrate specificity of CP mutant enzyme expressed in Aspergillus oryzae RIB40 strain was evaluated. In the same manner as in (1), Diformazan produced by reduction of NTB was measured at a wavelength of 570 nm using reduced 1-Methoxy PMS as an electron accepting mediator for the reaction of oxidizing the hydroxyl group of glucose or other saccharides. As the substrate solution, glucose, maltose, galactose, mannose, xylose and 2-deoxy-D-glucose having a final concentration of 0.1M were used.
各CP変異酵素について、グルコースに対する比活性とキシロースに対する比活性を評価したところ、CP-L184(成熟体のアミノ酸配列及び遺伝子配列をそれぞれ配列番号8及び配列番号10に示す)とCP-V229(成熟体のアミノ酸配列及び遺伝子配列をそれぞれ配列番号9及び配列番号12に示す)がキシロース反応性の低下を示した。
Each CP mutant enzyme was evaluated for specific activity against glucose and specific activity against xylose. CP-L184 (the amino acid sequence and gene sequence of the mature form are shown in SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 10, respectively) and CP-V229 (mature) The amino acid sequence and gene sequence of the body are shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 12, respectively, and showed a decrease in xylose reactivity.
グルコースに対する酵素活性を100%として、他の糖類に対する活性を相対値で評価した。その結果、CP-L184とCP-V229は、キシロースに加えてマンノースの反応性低下を示した(表4)。また、マルトース、ガラクトース、2-デオキシ-D-グルコースの反応性は野生型と同等又は野生型よりも低かった(表3)。この結果は、これら2つのCP変異酵素の基質特異性が野生型よりも優れていることを示している。
The enzyme activity against glucose was taken as 100%, and the activity against other saccharides was evaluated as a relative value. As a result, CP-L184 and CP-V229 showed reduced mannose reactivity in addition to xylose (Table 4). In addition, the reactivity of maltose, galactose and 2-deoxy-D-glucose was equal to or lower than that of the wild type (Table 3). This result indicates that the substrate specificity of these two CP mutant enzymes is superior to the wild type.
(5)CP変異酵素の低温反応性評価
優れた基質特異性を示したCP変異酵素(CP-L184とCP-V229)について低温反応性を検証した。グルコースに対する酵素活性について、50℃の活性を100%にして、反応温度を変えながら相対活性を評価した。その結果、野生型の酵素と比較して、CP変異酵素CP-L184とCP-V229は、15℃から35℃の相対活性が向上していることが示唆された(図2)。この結果は、CP-L184とCP-V229は低温反応性も向上しており、血糖測定用のグルコースセンサとしてより優れた性質を持っていることを示している。 (5) Evaluation of low-temperature reactivity of CP mutant enzymes Low-temperature reactivity of CP mutant enzymes (CP-L184 and CP-V229) that showed excellent substrate specificity was verified. Regarding the enzyme activity against glucose, the activity at 50 ° C. was set to 100%, and the relative activity was evaluated while changing the reaction temperature. As a result, it was suggested that the relative activities of CP mutant enzymes CP-L184 and CP-V229 were improved from 15 ° C. to 35 ° C. compared to the wild type enzyme (FIG. 2). This result indicates that CP-L184 and CP-V229 have improved low-temperature reactivity and have superior properties as glucose sensors for blood glucose measurement.
優れた基質特異性を示したCP変異酵素(CP-L184とCP-V229)について低温反応性を検証した。グルコースに対する酵素活性について、50℃の活性を100%にして、反応温度を変えながら相対活性を評価した。その結果、野生型の酵素と比較して、CP変異酵素CP-L184とCP-V229は、15℃から35℃の相対活性が向上していることが示唆された(図2)。この結果は、CP-L184とCP-V229は低温反応性も向上しており、血糖測定用のグルコースセンサとしてより優れた性質を持っていることを示している。 (5) Evaluation of low-temperature reactivity of CP mutant enzymes Low-temperature reactivity of CP mutant enzymes (CP-L184 and CP-V229) that showed excellent substrate specificity was verified. Regarding the enzyme activity against glucose, the activity at 50 ° C. was set to 100%, and the relative activity was evaluated while changing the reaction temperature. As a result, it was suggested that the relative activities of CP mutant enzymes CP-L184 and CP-V229 were improved from 15 ° C. to 35 ° C. compared to the wild type enzyme (FIG. 2). This result indicates that CP-L184 and CP-V229 have improved low-temperature reactivity and have superior properties as glucose sensors for blood glucose measurement.
(6)リンカーの検討
キシロース反応性の低下が見られたCP-L184及びCP-V229の発現ベクターを改変して、リンカーの長さを変えた発現ベクターを構築した。まず最短のリンカーとして5アミノ酸リンカーを導入したCP変異酵素を作製した。評価を容易にすべく、アミノ酸組成はグリシン(G)、セリン(S)及びスレオニン(T)だけとし、6アミノ酸のものと9アミノ酸のものを作製した。最後に、リンカーをより長くして、上記の検討で用いた17アミノ酸に4アミノ酸を加えた21アミノ酸のリンカーを設計した(表4)。出芽酵母での発現用に、リンカーを変えたCP-L184とCP-V229のプラスミドを構築した。出芽酵母INVsc1に形質転換した後、形質転換体を取得し、ガラクトースを含む培地で培養を行い、培養ブロスを回収して酵素活性を評価した。 (6) Examination of linkers Expression vectors of CP-L184 and CP-V229 in which a decrease in xylose reactivity was observed were modified to construct expression vectors with different linker lengths. First, a CP mutant enzyme in which a 5-amino acid linker was introduced as the shortest linker was prepared. In order to facilitate evaluation, the amino acid composition was limited to glycine (G), serine (S), and threonine (T), and 6 amino acids and 9 amino acids were prepared. Finally, a 21 amino acid linker was designed by adding 4 amino acids to the 17 amino acids used in the above study with a longer linker (Table 4). CP-L184 and CP-V229 plasmids with different linkers were constructed for expression in budding yeast. After transformation into budding yeast INVsc1, transformants were obtained, cultured in a medium containing galactose, and the culture broth was collected to evaluate enzyme activity.
キシロース反応性の低下が見られたCP-L184及びCP-V229の発現ベクターを改変して、リンカーの長さを変えた発現ベクターを構築した。まず最短のリンカーとして5アミノ酸リンカーを導入したCP変異酵素を作製した。評価を容易にすべく、アミノ酸組成はグリシン(G)、セリン(S)及びスレオニン(T)だけとし、6アミノ酸のものと9アミノ酸のものを作製した。最後に、リンカーをより長くして、上記の検討で用いた17アミノ酸に4アミノ酸を加えた21アミノ酸のリンカーを設計した(表4)。出芽酵母での発現用に、リンカーを変えたCP-L184とCP-V229のプラスミドを構築した。出芽酵母INVsc1に形質転換した後、形質転換体を取得し、ガラクトースを含む培地で培養を行い、培養ブロスを回収して酵素活性を評価した。 (6) Examination of linkers Expression vectors of CP-L184 and CP-V229 in which a decrease in xylose reactivity was observed were modified to construct expression vectors with different linker lengths. First, a CP mutant enzyme in which a 5-amino acid linker was introduced as the shortest linker was prepared. In order to facilitate evaluation, the amino acid composition was limited to glycine (G), serine (S), and threonine (T), and 6 amino acids and 9 amino acids were prepared. Finally, a 21 amino acid linker was designed by adding 4 amino acids to the 17 amino acids used in the above study with a longer linker (Table 4). CP-L184 and CP-V229 plasmids with different linkers were constructed for expression in budding yeast. After transformation into budding yeast INVsc1, transformants were obtained, cultured in a medium containing galactose, and the culture broth was collected to evaluate enzyme activity.
野生型酵素とCP-L184及びCP-V229のキシロース反応性を比較した。リンカーの長さが5、6、9、17、21アミノ酸と変えたCO変異酵素を比較すると、キシロース反応性は、野生型の11.4%に対してCP-L184で5.1~5.7%、CP-V229で3.5-4.4%となった(表5)。すなわち、リンカーのアミノ酸数、アミノ酸組成に関係なく、いずれのリンカーを用いても野生型よりも低いキシロース反応性を示した。このことから、リンカーの長さ及び組成は基本的に基質特異性に影響がないと結論付けた。
The xylose reactivity of wild-type enzyme and CP-L184 and CP-V229 was compared. Comparing CO mutant enzymes with linker lengths changed to 5, 6, 9, 17, and 21 amino acids, the xylose reactivity was 5.1-5.7% in CP-L184 vs. 11.4% in wild-type, CP-V229 It was 3.5-4.4% (Table 5). That is, regardless of the number of amino acids in the linker and the amino acid composition, the xylose reactivity was lower than that of the wild type regardless of which linker was used. From this, it was concluded that the linker length and composition basically had no effect on substrate specificity.
リンカーのアミノ酸数を変えたCP変異酵素の基質特異性
Substrate specificity of CP mutant enzyme with different number of amino acids in the linker
(7)耐熱性の検討
CP変異設計の特徴として、アミノ酸置換変異と組み合わせることができる。そこで、アミノ酸置換変異をCP変異酵素に導入して耐熱性の向上を試みた。まずは野生型酵素の立体構造情報を元にして変異点を設計した。尚、アミノ酸変異導入によるFAD-GDHの耐熱性向上について複数の特許が出願・公開されている(例えば、特許第5873796号、特許第4348563号、WO 2015/099112 A1)。 (7) Examination of heat resistance As a feature of CP mutation design, it can be combined with amino acid substitution mutation. Thus, amino acid substitution mutations were introduced into CP mutant enzymes to try to improve heat resistance. First, mutation points were designed based on the three-dimensional structure information of the wild-type enzyme. A plurality of patents have been filed and published for improving the heat resistance of FAD-GDH by introducing amino acid mutations (for example, Patent No. 5873379, Patent No. 4348563, WO 2015/099112 A1).
CP変異設計の特徴として、アミノ酸置換変異と組み合わせることができる。そこで、アミノ酸置換変異をCP変異酵素に導入して耐熱性の向上を試みた。まずは野生型酵素の立体構造情報を元にして変異点を設計した。尚、アミノ酸変異導入によるFAD-GDHの耐熱性向上について複数の特許が出願・公開されている(例えば、特許第5873796号、特許第4348563号、WO 2015/099112 A1)。 (7) Examination of heat resistance As a feature of CP mutation design, it can be combined with amino acid substitution mutation. Thus, amino acid substitution mutations were introduced into CP mutant enzymes to try to improve heat resistance. First, mutation points were designed based on the three-dimensional structure information of the wild-type enzyme. A plurality of patents have been filed and published for improving the heat resistance of FAD-GDH by introducing amino acid mutations (for example, Patent No. 5873379, Patent No. 4348563, WO 2015/099112 A1).
立体構造で距離の近いセリン(S)をシステイン(C)に置換する変異を設計した。導入したシステイン同士でジスルフィド結合を形成する事で、タンパク質の構造安定化が期待できる。以下の8種類の変異酵素を作製した。
(i) S46C/S243C、(ii) S165C/S205C、(iii) S186C/S351C、(iv) S188C/S351C、(v) S308C/S322C、(vi) S436C/S471C、(vii) S482C/S489C、(viii) P417C/C566 A mutation was designed to replace serine (S), which is close in structure, with cysteine (C). By forming a disulfide bond between the introduced cysteines, protein structure stabilization can be expected. The following 8 types of mutant enzymes were prepared.
(i) S46C / S243C, (ii) S165C / S205C, (iii) S186C / S351C, (iv) S188C / S351C, (v) S308C / S322C, (vi) S436C / S471C, (vii) S482C / S489C, viii) P417C / C566
(i) S46C/S243C、(ii) S165C/S205C、(iii) S186C/S351C、(iv) S188C/S351C、(v) S308C/S322C、(vi) S436C/S471C、(vii) S482C/S489C、(viii) P417C/C566 A mutation was designed to replace serine (S), which is close in structure, with cysteine (C). By forming a disulfide bond between the introduced cysteines, protein structure stabilization can be expected. The following 8 types of mutant enzymes were prepared.
(i) S46C / S243C, (ii) S165C / S205C, (iii) S186C / S351C, (iv) S188C / S351C, (v) S308C / S322C, (vi) S436C / S471C, (vii) S482C / S489C, viii) P417C / C566
次に、立体構造が公開されているアスペルギルス・ニガー由来グルコースオキシダーゼ(GO)またはエリンギ由来アルコールオキシダーゼ(AAO)の構造を参考にして、アミノ酸を置換した変異酵素を設計した。GOのジスルフィド結合を模倣して、(ix) Y170C/G210Cを設計した。また、AAOのジスルフィド結合を模倣して、(x) G273C/G287Cを設計した。
Next, with reference to the structure of Aspergillus niger-derived glucose oxidase (GO) or eringi-derived alcohol oxidase (AAO) whose three-dimensional structure is disclosed, a mutant enzyme in which an amino acid was substituted was designed. (Ix) Y170C / G210C was designed to mimic the disulfide bond of GO. In addition, (x) G273C / G287C was designed by mimicking the disulfide bond of AAO.
上記の10種類の変異点を設計して、PCRとin-fusion反応により野生型遺伝子にアミノ酸変異を導入した。プラスミドの構築、出芽酵母への形質転換、組み換え発現を行った。酵素サンプルを作製し、サーマルサイクラーを用い、30℃から80℃で30分間加熱した。加温後のサンプルを37℃で活性測定して、50%失活温度(T50値)を計測した。その結果、野生型酵素と比較して、(iii) S186C/S351Cと(ix) Y170C/G210Cで耐熱性の向上が見られた(表6)。
The above 10 types of mutation points were designed, and amino acid mutations were introduced into the wild type gene by PCR and in-fusion reaction. Plasmid construction, transformation into budding yeast, and recombinant expression were performed. An enzyme sample was prepared and heated at 30 to 80 ° C. for 30 minutes using a thermal cycler. The activity of the sample after heating was measured at 37 ° C., and the 50% inactivation temperature (T50 value) was measured. As a result, compared to the wild-type enzyme, (iii) S186C / S351C and (ix) Y170C / G210C showed improved heat resistance (Table 6).
アミノ酸置換酵素(野生型酵素に変異を導入)の温度安定性評価
*野生型のT50値を基準として表記
Temperature stability evaluation of amino acid substitution enzyme (mutation introduced into wild type enzyme)
* Indicated based on wild-type T50
次に、耐熱性が向上した変異点であるS186C/S351CとY170C/G210CをCP-V229に導入した。PCRとin-fusion反応によりCP-V229-5aa(アミノ酸配列及び遺伝子配列をそれぞれ配列番号32及び配列番号38に示す)にアミノ酸変異を導入した。プラスミドの構築、出芽酵母への形質転換、組み換え発現を行った。酵素サンプルを作製し、サーマルサイクラーを用い、30℃から80℃で30分間加熱した。加温したサンプルを37℃で活性測定する事で、50%失活温度(T50値)を計測した。その結果、いずれの変異についても、変異導入前(CP-V229-5aa)と比較して、変異導入後(CP-V229-5aa (S186C/S351C)、CP-V229-5aa (Y170C/G210C))で大幅な耐熱性の向上が見られた(表7)。尚、CP-V229-5aa (S186C/S351C)のアミノ酸配列及び遺伝子配列をそれぞれ配列番号36及び配列番号40に示し、CP-V229-5aa (Y170C/G210C)のアミノ酸配列及び遺伝子配列をそれぞれ配列番号37及び配列番号42に示す。
Next, S186C / S351C and Y170C / G210C, mutation points with improved heat resistance, were introduced into CP-V229. Amino acid mutations were introduced into CP-V229-5aa (amino acid sequence and gene sequence are shown in SEQ ID NO: 32 and SEQ ID NO: 38, respectively) by PCR and in-fusion reaction. Plasmid construction, transformation into budding yeast, and recombinant expression were performed. An enzyme sample was prepared and heated at 30 to 80 ° C. for 30 minutes using a thermal cycler. By measuring the activity of the heated sample at 37 ° C., the 50% inactivation temperature (T50 value) was measured. As a result, for all mutations, after mutation introduction (CP-V229-5aaaa (S186C / S351C), CP-V229-5aa (Y170C / G210C)) compared to before mutation introduction (CP-V229-5aa) The heat resistance was greatly improved (Table 7). The amino acid sequence and gene sequence of CP-V229-5aa229 (S186C / S351C) are shown in SEQ ID NO: 36 and SEQ ID NO: 40, respectively, and the amino acid sequence and gene sequence of CP-V229-5aa (Y170C / G210C) are shown in SEQ ID NO: 37 and SEQ ID NO: 42.
アミノ酸置換酵素(CP-V229に変異を導入)の温度安定性評価
*CP-V229のT50値を基準として表記
Temperature stability evaluation of amino acid substitution enzyme (mutation introduced into CP-V229)
* Represented based on T50 value of CP-V229
さらに、キシロース反応性の評価を行った。野生型酵素、変異導入前のCP変異酵素及び変異導入後のCP変異酵素でキシロース反応性を比較したところ、野生型の11.4%に対して、変異導入後のCP変異酵素(CP-V229-5aa (S186C/S351C)、CP-V229-5aa (Y170C/G210C))は5.4 %(CP-V229-5aa (S186C/S351C))及び5.8%(CP-V229-5aa (Y170C/G210C))となった(表8)。即ち、野生型に比較して、変異導入後のCP変異酵素のキシロース反応性はいずれも低く、変異導入前のCP変異酵素(CP-V229-5aa)と同じレベルのキシロース反応性を示した。このように、耐熱性向上に有効な変異の導入後もキシロース反応性が低い性質は維持されていた。
Furthermore, xylose reactivity was evaluated. When xylose reactivity was compared between wild-type enzyme, CP mutant enzyme before mutagenesis, and CP mutant enzyme after mutagenesis, it was found that CP mutant enzyme (CP-V229-5aa after mutagenesis) (S186C / S351C) and CP-V229-5aa (Y170C / G210C)) were 5.4% (CP-V229-5aa (S186C / S351C)) and 5.8% (CP-V229-5aa (Y170C / G210C)) (Table 8). That is, compared to the wild type, the xylose reactivity of the CP mutant enzyme after mutagenesis was low, indicating the same level of xylose reactivity as the CP mutant enzyme (CP-V229-5aa) before mutagenesis. Thus, the property of low xylose reactivity was maintained even after the introduction of a mutation effective for improving heat resistance.
以上の通り、CP変異酵素の耐熱性の向上に成功した。耐熱性が向上したCP変異酵素はキシロース反応性も低く、血糖測定用酵素として極めて有用である。
As described above, we succeeded in improving the heat resistance of CP mutant enzyme. CP mutant enzyme with improved heat resistance has low xylose reactivity and is extremely useful as an enzyme for blood glucose measurement.
本発明のGDHは基質特異性(特にキシロースに対する反応性)が改善されており、特にグルコースセンサへの利用に適したものである。本発明によれば低温反応性の改善も図ることができる。低温反応性が改善されたGDHは低温環境下での利用が想定される用途(典型的には血糖測定器用のグルコースセンサ)に適する。
The GDH of the present invention has improved substrate specificity (particularly reactivity with xylose) and is particularly suitable for use in a glucose sensor. According to the present invention, the low temperature reactivity can also be improved. GDH with improved low-temperature reactivity is suitable for applications that are expected to be used in low-temperature environments (typically glucose sensors for blood glucose measuring devices).
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the above invention. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims. The contents of papers, published patent gazettes, patent gazettes, and the like specified in this specification are incorporated by reference in their entirety.
配列番号4:人工配列の説明:変異酵素CP-L184のN末端側配列
配列番号5:人工配列の説明:変異酵素CP-L184のC末端側配列
配列番号6:人工配列の説明:変異酵素CP-V229のN末端側配列
配列番号7:人工配列の説明:変異酵素CP-V229のC末端側配列
配列番号8:人工配列の説明:変異酵素CP-L184
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配列番号37:人工配列の説明:変異酵素CP-V229-5aa (Y170C/G210C)
配列番号38:人工配列の説明:変異酵素CP-V229-5aa遺伝子
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配列番号40:人工配列の説明:変異酵素CP-V229-5aa (S186C/S351C)遺伝子
配列番号41:人工配列の説明:変異酵素CP-V229-5aa (S186C/S351C)遺伝子
配列番号42:人工配列の説明:変異酵素CP-V229-5aa (Y170C/G210C)遺伝子
配列番号43:人工配列の説明:変異酵素CP-V229-5aa (Y170C/G210C)遺伝子 SEQ ID NO: 4: Description of artificial sequence: N-terminal sequence of mutant enzyme CP-L184 SEQ ID NO: 5: Description of artificial sequence: C-terminal sequence of mutant enzyme CP-L184 SEQ ID NO: 6: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP -V229 N-terminal sequence SEQ ID NO: 7: description of artificial sequence: C-terminal sequence of mutant enzyme CP-V229 SEQ ID NO: 8: description of artificial sequence: mutant enzyme CP-L184
SEQ ID NO: 9 Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229
SEQ ID NO: 10: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-L184 gene SEQ ID NO: 11: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-L184 gene SEQ ID NO: 12: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229 gene SEQ ID NO: 13: Artificial Sequence Description: Mutant Enzyme CP-V229 Gene SEQ ID NO: 14: Artificial Sequence Description: Signal Peptide SEQ ID NO: 15: Description of Artificial Sequence: Linker SEQ ID NO: 16: Description of Artificial Sequence: Linker SEQ ID NO: 17: Description of Artificial Sequence: Linker SEQ ID NO: 18: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 19: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 20: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 21: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 22: description of artificial sequence: Linker SEQ ID NO: 23: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 24: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 25: description of artificial sequence: linker -SEQ ID NO: 26: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 27: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 28: description of artificial sequence: mutant enzyme CP-L184-5aa
SEQ ID NO: 29: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-L184-6aa
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SEQ ID NO: 33: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-6aa
SEQ ID NO: 34: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-9aa
SEQ ID NO: 35: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-21aa
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SEQ ID NO: 37: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (Y170C / G210C)
SEQ ID NO: 38: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa gene SEQ ID NO: 39: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa gene SEQ ID NO: 40: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (S186C / S351C) gene SEQ ID NO: 41: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (S186C / S351C) gene SEQ ID NO: 42: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (Y170C / G210C) gene SEQ ID NO: 43: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (Y170C / G210C) gene
配列番号5:人工配列の説明:変異酵素CP-L184のC末端側配列
配列番号6:人工配列の説明:変異酵素CP-V229のN末端側配列
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配列番号43:人工配列の説明:変異酵素CP-V229-5aa (Y170C/G210C)遺伝子 SEQ ID NO: 4: Description of artificial sequence: N-terminal sequence of mutant enzyme CP-L184 SEQ ID NO: 5: Description of artificial sequence: C-terminal sequence of mutant enzyme CP-L184 SEQ ID NO: 6: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP -V229 N-terminal sequence SEQ ID NO: 7: description of artificial sequence: C-terminal sequence of mutant enzyme CP-V229 SEQ ID NO: 8: description of artificial sequence: mutant enzyme CP-L184
SEQ ID NO: 9 Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229
SEQ ID NO: 10: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-L184 gene SEQ ID NO: 11: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-L184 gene SEQ ID NO: 12: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229 gene SEQ ID NO: 13: Artificial Sequence Description: Mutant Enzyme CP-V229 Gene SEQ ID NO: 14: Artificial Sequence Description: Signal Peptide SEQ ID NO: 15: Description of Artificial Sequence: Linker SEQ ID NO: 16: Description of Artificial Sequence: Linker SEQ ID NO: 17: Description of Artificial Sequence: Linker SEQ ID NO: 18: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 19: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 20: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 21: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 22: description of artificial sequence: Linker SEQ ID NO: 23: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 24: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 25: description of artificial sequence: linker -SEQ ID NO: 26: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 27: description of artificial sequence: linker SEQ ID NO: 28: description of artificial sequence: mutant enzyme CP-L184-5aa
SEQ ID NO: 29: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-L184-6aa
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SEQ ID NO: 33: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-6aa
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SEQ ID NO: 38: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa gene SEQ ID NO: 39: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa gene SEQ ID NO: 40: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (S186C / S351C) gene SEQ ID NO: 41: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (S186C / S351C) gene SEQ ID NO: 42: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (Y170C / G210C) gene SEQ ID NO: 43: Description of artificial sequence: Mutant enzyme CP-V229-5aa (Y170C / G210C) gene
Claims (25)
- 配列番号4のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第1配列と、配列番号5のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第2配列がペプチドリンカーを介して連結した一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第3配列と、配列番号7のアミノ酸配列又は該アミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列からなる第4配列がペプチドリンカーを介して連結した一次構造を有し、配列番号1のアミノ酸配列からなる野生型酵素に比較して、D-キシロースに対する反応性が低い、及び/又はグルコースデヒドロゲナーゼ活性の低温反応性が向上している、グルコースデヒドロゲナーゼ。 A first sequence consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or an amino acid sequence having an identity of 70% or more with the amino acid sequence, and an amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 or an amino acid sequence having an identity of 70% or more of the amino acid sequence A primary structure in which the second sequence is linked via a peptide linker, or a third sequence consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 or an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 Or a fourth sequence consisting of an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence has a primary structure linked via a peptide linker, and compared to a wild-type enzyme consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, Glucose dehydrogenase with low reactivity to D-xylose and / or improved low temperature reactivity of glucose dehydrogenase activity.
- 前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が80%以上である、請求項1に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 1, wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence and the fourth sequence is 80% or more.
- 前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が85%以上である、請求項1に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 1, wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence and the fourth sequence is 85% or more.
- 前記第1配列、前記第2配列、前記第3配列及び前記第4配列を規定する同一性が90%以上である、請求項1に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 1, wherein the identity defining the first sequence, the second sequence, the third sequence and the fourth sequence is 90% or more.
- 配列番号4のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列と、配列番号5のアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造を有する、請求項1に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 A primary structure in which the 173 lysine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 linked via a peptide linker, or the amino acid of SEQ ID NO: 6 The glucose dehydrogenase according to claim 1, which has a primary structure in which the amino acid sequence in which the 128th lysine in the sequence is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 are linked via a peptide linker.
- 配列番号6のアミノ酸配列の125番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列の160番セリンがシステインに置換されたアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造、又は配列番号6のアミノ酸配列と、配列番号7のアミノ酸配列の144番チロシンがシステインに置換され、且つ184番グリシンがシステインに置換されたたアミノ酸配列がペプチドリンカーを介して連結された一次構造を有する、請求項1に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 A primary structure in which an amino acid sequence in which the 125th serine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 is substituted with cysteine and an amino acid sequence in which the 160th serine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 is substituted with cysteine are linked via a peptide linker; Or a primary structure in which the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 and the amino acid sequence in which the 144th tyrosine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 is replaced with cysteine and the 184th glycine is replaced with cysteine are linked via a peptide linker. The glucose dehydrogenase according to claim 1, comprising:
- 前記ペプチドリンカーを構成するアミノ酸の数が5~30である、請求項1~6のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to any one of claims 1 to 6, wherein the number of amino acids constituting the peptide linker is 5 to 30.
- 前記ペプチドリンカーがESSSGTSSSSGTSESSS(配列番号23)又はGTSSS(配列番号25)である、請求項7に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 7, wherein the peptide linker is ESSSGTSSSSGTSESSS (SEQ ID NO: 23) or GTSSS (SEQ ID NO: 25).
- (a)配列番号8のアミノ酸配列、
(b)配列番号8のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
(c)配列番号9のアミノ酸配列、
(d)配列番号9のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
(e)配列番号32のアミノ酸配列、又は
(f)配列番号32のアミノ酸配列との同一性が70%以上のアミノ酸配列、
を有し、配列番号1のアミノ酸配列からなる野生型酵素に比較して、D-キシロースに対する反応性が低い、及び/又はグルコースデヒドロゲナーゼ活性の低温安定性が向上している、グルコースデヒドロゲナーゼ。 (a) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(b) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(c) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9,
(d) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9,
(e) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, or (f) an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32,
A glucose dehydrogenase having a low reactivity to D-xylose and / or improved low-temperature stability of glucose dehydrogenase activity as compared to the wild-type enzyme consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. - (b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が80%以上である、請求項9に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 9, wherein the identity defining the amino acid sequence (b), the amino acid sequence (d) and the amino acid sequence (f) is 80% or more.
- (b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が85%以上である、請求項9に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 9, wherein the identity defining the amino acid sequence (b), the amino acid sequence (d) and the amino acid sequence (f) is 85% or more.
- (b)のアミノ酸配列、(d)のアミノ酸配列及び(f)のアミノ酸配列を規定する同一性が90%以上である、請求項9に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 9, wherein the identity defining the amino acid sequence (b), the amino acid sequence (d), and the amino acid sequence (f) is 90% or more.
- 配列番号8のアミノ酸配列の173番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、又は配列番号9のアミノ酸配列の128番リジンがバリン、イソロイシン、プロリン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列からなる、請求項9に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 An amino acid sequence in which the lysine 173 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine, or an amino acid sequence in which the lysine No. 128 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 is substituted with valine, isoleucine, proline or glutamine The glucose dehydrogenase according to claim 9, comprising:
- 配列番号36又は37のアミノ酸配列からなる、請求項9に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to claim 9, consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 36 or 37.
- D-グルコースに対する反応性を100%としたときのD-キシロースに対する反応性が8%以下である、請求項1~14のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ。 The glucose dehydrogenase according to any one of claims 1 to 14, wherein the reactivity to D-xylose is 8% or less when the reactivity to D-glucose is 100%.
- 請求項1~15のいずれかのグルコースデヒドロゲナーゼをコードするグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子。 A glucose dehydrogenase gene encoding the glucose dehydrogenase according to any one of claims 1 to 15.
- 以下の(A)~(C)からなる群より選択されるいずれかのDNAからなる、請求項14に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子:
(A)配列番号8、9、32、36又は37のアミノ酸配列をコードするDNA;
(B)配列番号10~13、38~43のいずれかの塩基配列からなるDNA;
(C)配列番号10~13、38~43のいずれかの塩基配列と等価な塩基配列を有し、且つグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。 The glucose dehydrogenase gene according to claim 14, comprising any DNA selected from the group consisting of the following (A) to (C):
(A) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 9, 32, 36 or 37;
(B) DNA comprising any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 10 to 13 and 38 to 43;
(C) DNA encoding a protein having a nucleotide sequence equivalent to any one of SEQ ID NOs: 10 to 13 and 38 to 43 and having glucose dehydrogenase activity. - 請求項16又は17に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換えDNA。 A recombinant DNA comprising the glucose dehydrogenase gene according to claim 16 or 17.
- 請求項18に記載の組換えDNAを保有する微生物。 A microorganism having the recombinant DNA according to claim 18.
- 以下のステップ(1)~(3)を含む、グルコースデヒドロゲナーゼの調製法:
(1)請求項16又は17に記載のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を用意するステップ;
(2)前記遺伝子を発現させるステップ;及び
(3)発現産物を回収するステップ。 A method for preparing glucose dehydrogenase comprising the following steps (1) to (3):
(1) providing the glucose dehydrogenase gene according to claim 16 or 17;
(2) expressing the gene; and (3) collecting the expression product. - 請求項1~15のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを用いて試料中のグルコースを測定することを特徴とする、グルコース測定法。 A glucose measuring method comprising measuring glucose in a sample using the glucose dehydrogenase according to any one of claims 1 to 15.
- 請求項1~15のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコース測定用試薬。 A glucose measurement reagent comprising the glucose dehydrogenase according to any one of claims 1 to 15.
- 請求項22に記載のグルコース測定用試薬を含む、グルコース測定用キット。 A glucose measurement kit comprising the glucose measurement reagent according to claim 22.
- 請求項1~15のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含む、グルコースセンサ。 A glucose sensor comprising the glucose dehydrogenase according to any one of claims 1 to 15.
- 請求項1~15のいずれか一項に記載のグルコースデヒドロゲナーゼを含有する酵素剤。 An enzyme agent comprising the glucose dehydrogenase according to any one of claims 1 to 15.
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