JP4012383B2 - Method for producing modified α-glucosidase and oligosaccharide - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実質的に加水分解活性を示さないように改変したα−グルコシダーゼ、およびこの改変したα−グルコシダーゼを用いたオリゴ糖の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
α−グルコシダーゼは、微生物から動植物まで広く天然界に存在する酵素であり、基質の非還元性末端のα−グルコシド結合を水解してα−D−グルコースを生成する酵素である。
このα−グルコシダーゼは、B.ヘンリサット(B. Henrissat)による酵素の一次配列による分類では、ファミリー13とファミリー31とに分類されている(B. Henrissat, Biochem. J. : 280, 309-316(1991))。また、千葉らは、α−グルコシダーゼの基質特異性に着目し、ファミリー1とファミリー2に分類している(Chiba et al., Biosci. Biotech. Biochem. : 61, 1233-1239 (1997))。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
α−グルコシダーゼは、水解(加水分解)反応のみならず、糖転移反応をも触媒し、様々なオリゴ糖や配糖体の酵素合成にも用いられている。しかし、糖転移反応により生成されたオリゴ糖は、再度α−グルコシダーゼの基質となって水解されるために、生成されるオリゴ糖は糖転移反応の進行に伴い増加するものの、ある極大値をとった後に減少していく。そのために、あるオリゴ糖を糖転移反応により合成しようとしても30〜50%程度が限度であった。上記の現象は、糖転移反応を用いてオリゴ糖を合成する際に、α−グルコシダーゼのみならず、β−グルコシダーゼをはじめとする様々なグリコシダーゼで認められる。
【0004】
このような状況の中で、マケンジー(Mackenzie)らとワン(Wang)らは、アグロバクテリウム属(Agrobacterium sp.)の生産するβ−グルコシダーゼについて、活性解離基の一つで解離型のカルボキシル基であるグルタミン酸358をアラニンに置換した改変酵素を調製し、α−グルコシルアジドやα−グルコシルフロライドをグルコシル供与体として、β−グルコシド結合を有するオリゴ糖の合成を報告している(Mackenzie et al., J. Am. Chem. Soc. : 116, 11594-11595 (1994),Wang et al., J. Am. Chem. Soc. : 120, 5583-5584 (1998))。
メイヤー(Mayer)らは、グルタミン酸358をセリンに置換した改変酵素を調製し、α−グルコシルフロライド及びα−ガラクトシルフロライドをグリコシル供与体として、β−グリコシド結合を有するオリゴ糖の合成を行っている(Mayer et al., FEBS Letters : 466, 40-44 (2000))。モラッシ(Moracci)らも、マケンジー(Mackenzie)らとワン(Wang)らと同様な結果を、スルホロバス・ソルファタリカス(Sulfolobus solfataricus)起源のβ−グリコシダーゼの改変酵素(グルタミン酸387→グリシン)とα−グルコシルアジドやα−グルコシルフロライドを用いて報告している。
【0005】
しかしながら、これらの酵素はいずれもβ−グリコシド結合を加水分解する酵素であり、α−グリコシド結合を加水分解する酵素ではこのような改変酵素は知られていなかった。また、マケンジー(Mackenzie)らとワン(Wang)ら、及びモラッシ(Moracci)らが得た改変酵素を用いてオリゴ糖を合成した際のグルコシル供与体は、いずれもα−グルコシド型のものであり、生成されるオリゴ糖はβ−グルコシド結合を有するオリゴ糖に限られていた。
【0006】
また、これらのオリゴ糖の生成率が80%以上となり得ることが、米国特許第5,716,812号に示されている。しかるに、ここで示された生成率は、オリゴ糖混合物としての数値であり、2糖類誘導体としての生成率は最大でも54%でしかなかった。これに対して、2糖類誘導体の生成率を上昇させるためには、α−ガラクトシルフロライドなどの糖鎖の再延長を起こさないグリコシル供与体を用いることが必要である。しかし、再延長を起こさないグリコシル供与体を用いると、得られるオリゴ糖がヘテロオリゴ糖になるという問題点があった。
【0007】
そこで本発明の目的は、α−グリコシド結合を加水分解する酵素であって、転移反応活性は維持しつつ、水解(加水分解)反応を弱めたか、あるいは実質的に消滅させた改変酵素を提供することにある。さらに本発明は、このような改変酵素を用いて、2糖類誘導体の生成率が高い、オリゴ糖の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、α−グルコシダーゼについて鋭意研究し、通常水解反応に必須である解離型カルボキシル基を含むアミノ酸を、側鎖にカルボキシル基を含まないアミノ酸に置換し、水解活性を示さないように改変したα−グルコシダーゼを見出し、さらにこの改変したα−グルコシダーゼとグルコシル供与体としてβ−グルコシルフロライドを用いたオリゴ糖の製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。
ここで、「水解活性を示さない」とは、改変前の酵素をマルトースやp-フェニルα−グルコシド等を基質として生成するグルコース量と比較して、生成するグルコース量が10000分の1以下であることを示す。
【0009】
上記本発明の目的を達成する本発明は、以下の通りである。
[請求項1]配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列の481番目のアスパラギン酸をグリシンに置換したアミノ酸配列からなるα−グルコシダーゼ。
[請求項2]配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列の481番目のアスパラギン酸をグリシンに置換し、前記置換に加えて、それ以外の1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ配列番号2に示されたアミノ酸配列からなるα−グルコシダーゼに比較して転移反応活性は維持し、加水分解活性は10000分の1以下に低下したことを特徴とするα−グルコシダーゼ。
[請求項3]請求項1または2に記載のα−グルコシダーゼの存在下、グリコシド誘導体とβ−グルコシルフロライドを反応させることを含むオリゴ糖の製造方法。
[請求項4]グリコシド誘導体が、pNP−β−グルコシド、pNP−α−キシロシド、pNP−α−マンノシド、pNP−α−マルトシドである請求項3に記載の製造方法。
[請求項5]オリゴ糖が2糖類誘導体である請求項3または4に記載の製造方法。
【0010】
【発明の実施の態様】
本発明の改変α−グルコシダーゼは、配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼであって、前記アミノ酸配列の481番目のアスパラギン酸をグリシンに置換したことを特徴とする。アミノ酸が改変されていない配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼは、ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼである。そして、配列番号2に示されたアミノ酸配列の481番目のアスパラギン酸を他のアミノ酸に置換する。アミノ酸の置換は、転移反応活性を維持し、加水分解活性が配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼに比較して10000分の1以下に低下するようにおこなう。具体的には、481番目のアスパラギン酸を側鎖にカルボキシル基を含まないアミノ酸に置換する。そして、側鎖にカルボキシル基を含まないアミノ酸は、グリシンである。
【0011】
本発明のα−グルコシダーゼは、配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼであって、前記アミノ酸配列の481番目のアスパラギン酸をグリシンに置換したことを特徴とする。
【0012】
本発明の改変α−グルコシダーゼは、ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼであって、該α−グルコシダーゼの活性解離基のうち解離型カルボキシル基を含むアミノ酸を、転移反応活性を維持し、加水分解活性が野生型の酵素に比較して10000分の1以下に低下するように側鎖にカルボキシル基を含まないアミノ酸に置換したことを特徴とする。
【0013】
本発明の改変α−グルコシダーゼでは、基礎とするα−グルコシダーゼは、配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼに限らず、ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼであればよい。そして、ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼの活性解離基のうち解離型カルボキシル基を含むアミノ酸を側鎖にカルボキシル基を含まない他のアミノ酸で置換する。他のアミノ酸で置換するアミノ酸は、例えば、配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列の481番目のアスパラギン酸に相当するアミノ酸である。配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼも、ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼであることから、配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼ以外のジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼも、配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列と高い相同性を有し、配列表の配列番号2に示されたアミノ酸配列の481番目のアスパラギン酸に相当するアミノ酸は容易に見い出すことができる。
【0014】
アミノ酸の置換は、転移反応活性を維持し、加水分解活性が野生型の酵素、即ち、野生型のジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼに比較して10000分の1以下に低下するようにおこなう。また、側鎖にカルボキシル基を含まないアミノ酸は、グリシンである。
【0015】
上記本発明の改変酵素の調製法は常法により調製することができる。例えば、配列番号2に示されたアミノ酸配列を有するα−グルコシダーゼ遺伝子、または、ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼ遺伝子に、目標とする解離型カルボキシル基を有するアミノ酸残基をポイントミュテーションにより他のアミノ酸に置換することにより調製できる。改変酵素は、これらの改変酵素を、微生物を培養することにより調製し、その上清もしくは菌体破砕物としても利用可能であるが、必要に応じて各種クロマトグラフィーにて精製して用いることもできる。
【0016】
ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼは、すでにその精製方法や酵素化学的諸性質、糖転移反応について千葉らにより報告されている(Chiba et al., Agric. Biol. Chem. : 29, 540-547 (1965)、Chiba et al., Agric. Biol. Chem. : 30, 536-540 (1966))。また、その遺伝子も取得されており、活性解離基の同定も行なわれている(日本農芸化学会誌72巻、1998年度大会講演要旨集p.134)。このジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼの改変酵素の取得方法の具体例は、後述する実施例に示す。
【0017】
本発明は、上記本発明の改変α−グルコシダーゼの存在下、グリコシド誘導体とβ−グルコシルフロライドを反応させることを含むオリゴ糖の製造方法を包含する。
上記製造方法に使用されるβ−グルコシルフロライドは、グルコシル供与体であって、これまでにも酵素反応機構の解明を目的として利用されている。その調製方法についてはペンタアセチルD−グルコースに無水弗化水素を反応させて、2,3,4,6−テトラアセチル− D−グルコシルフロライドを調製し、これから結晶化、シリカゲルカラム、TLCなどを用いてα−体とβ−体を分離し、ナトリウムメトキサイドを用いて脱アセチルして調製する方法や(Arch. Biolchem. Biophys. : 142, 382-393 (1971))、N−グルコシルトリアゾール誘導体を用いる方法(Carbhydr. Res. : 327, 5-14 (2000))等がある。また、試薬としてシグマアルドリッチジャパン(株)より販売されている。
【0018】
グリコシド誘導体は、グルコシル受容体であり、グリコシド誘導体としては、特に限定はない。例えば、非還元性末端側にグリコシル残基を有するものであれば良いが、より好ましくはpNP−グリコシドのようなアグリコンを有するグリコシドが好ましい。
グリコシド誘導体としては、上記以外に例えば、pNP−β−グルコシド、pNP−α−キシロシド、pNP−α−マンノシド、pNP-α−マルトシドを挙げることができる。
【0019】
反応の条件は、例えば、以下のようすることができる。
(1)グリコシド誘導体とβ−グルコシルフロライドのモル比の範囲
グリコシド誘導体とβ−グルコシルフロライドのモル比は、特に限定されるものではないが、グルコシル供与体であるβ−グルコシルフロライドのモル比が高い方が好ましく、例えば、1:3〜1:10などのモル比で反応を行なえばよい。
【0020】
(2)グリコシド誘導体またはβ−グルコシルフロライドに対する改変α−グルコシダーゼ量の範囲
グリゴシド誘導体またはβ−グルコシルフロライドに対する改変α−グルコシダーゼの添加量は、特に限定されるものではなく、ごく少量の改変グルコシダーゼを含む反応液でもその反応条件を調整することにより所望の反応生成物を得ることができる。
【0021】
(3)反応液液中のグリコシド誘導体とβ−グルコシルフロライドの濃度
反応液中のグリコシド誘導体とβ−グルコシルフロライドの濃度は、グリコシド誘導体、β−グルコシルフロライドが溶解する濃度であれば特に限定されるものではない。
【0022】
(4)反応温度及び時間
反応温度は10℃〜60℃が好ましく、さらに好ましくは、20℃〜30℃が好ましい。反応時間は特に限定されるものではない。
(5)生成物の精製方法
成物の精製方法は、ゲルろ過、イオン交換、吸着などのクロマトグラフィーや有機溶媒や塩類を用いた沈殿法など従来より知られている糖質の精製方法を用いることができる。
【0023】
【実施例】
以下に本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0024】
実施例1:改変酵素の調製
α−グルコシダーゼの活性測定法
α−グルコシダーゼの活性測定は、以下の方法によって行った。即ち、氷冷した試験管に0.1M酢酸緩衝液(pH4.5 ) 200μlおよび50mM 酢酸緩衝液(pH4.5),0.05% トリトン(Triton) X-100に溶解した酵素溶液100μl を加え、35℃にて3分間保持した後、0.5%マルトース 200μlを添加することにより反応開始とした。一定時間反応させた後、2M Tris−HCl緩衝液(pH7.0)を1ml加え反応を停止した。基質のマルトースより遊離したグルコースをグルコスタット(Glucostat)試薬(グルコースAR−II発色剤、和光純薬工業(株)製)にて発色させた後、波長505nmの吸収を測定することによりグルコース量を定量した。なお、1分間に1μmolの基質を加水分解する酵素活性を酵素1単位と定義する。
【0025】
SPG (G2444C) の作成
SPG (G2444C)を図5に示すスキームに従って作成した。
変異酵素発現ベクター構築をする際、変異の導入されたDNA断片をベクターへ戻す操作が煩雑であるため、配列番号1に示すジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼ cDNAの2444番目の塩基をアミノ酸置換の起こらないサイレント変異により(469Ser TCG(TCC)グアニンからシトシンに変換することで、BamHI認識部位をメガプライマー PCR法により変異を導入し設けた。
即ちファーストPCRとして、ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)のcDNAのEcoRV (1224 nt)からPstI (2546 nt)のDNA断片をブルースクリプト(Bluescript) II KS (ストラタジーン(STRATAGENE))にサブクローニングしたプラスミド10ngを鋳型として、ポリメラーゼ1単位(東洋紡製、KOD DNA polymerase)、プライマーにはBam (5'- ct ttt gga tcg aat ggt act gt、 センスプライマー)、M13 リバース(reverse)ユニバーサルプライマーをそれぞれ20pmol用い、ポリメラーゼに添付されている緩衝液を用いて、98 ℃、10秒間−53 ℃、2秒間− 74℃、30秒間の反応を20サイクルを行った。PCR産物をQIAクイックPCR精製キット(QIAquick PCR purification kit)(キアゲン(QIAGEN))を用い精製し、メガプライマーとした。
【0026】
セカンドPCRは、ポリメラーゼ1単位(東洋紡製、KOD DNAポリメラーゼ)、鋳型としてEcoRVからPstIのDNA断片をブルースクリプト(Bluescript) II KS (ストラタジーン(STRATAGENE))にサブクローニングしたものを10 ng、メガプライマーとしてファーストPCR反応液9μl、ポリメラーゼに添付されている緩衝液を用いて94 ℃, 1分間−74℃, 2分間の反応を5サイクル行った。74℃のときアンチセンスプライマーとして、プライマーM13 ?20ユニバーサルプライマー20 pmolを加え、94 ℃, 30 秒間−55 ℃, 30秒間− 74 ℃, 1分間の反応を20サイクルを行った。その結果、得られた増幅断片の変異の導入、即ちBamHIサイトの導入をシーケンスにより確認した。BamHIサイトの導入された断片をBglII (1415 nt)とPstIでジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼのcDNAに戻し、これをSPG (G2444C)と名付けた。サイレント変異による発現への影響のないことをジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)での発現系の粗抽出液のmaltase活性で確認した(SPG/pYES形質転換体 2.6 U/mg、SPG (G2444C)/pYES形質転換体 2.5 U/mg)。
【0027】
D481G 変異型酵素の作成
D481G変異型酵素は、SPG (G2444C)のDNA断片の一部(BamHI,2439 nt ? EcoRI, 3315 nt)をベクター ブルースクリプト(Bluescript) II SK (ストラタジーン(STRATAGENE))のBamHIとEcoRIサイトに連結したプラスミドBamHI ? EcoRI / SKを鋳型として、メガプライマー法により作成した。
即ち、ファーストPCRとしてプラスミドBamHI ? EcoRI / SK 10ngを鋳型として、ポリメラーゼ1単位(東洋紡製、KOD DNA ポリメラーゼ)、センスプライマーM13 reverseユニバーサルプライマー(g gaa aca gct atg acc atg)20 pmol、アンチセンスプライマーD481G(5'-cgc aga acg agc tcg gtt cgt tca ttc cag tcc aaa t) 20 pmolにポリメラーゼに添付されている緩衝液を用いて、98 ℃, 10秒間−55℃, 2秒間− 74℃, 30秒間の反応を20サイクルを行った。尚、プライマーD481Gは、配列番号2(一次配列)の481番目のアスパラギン酸をグリシンに変換するよう、配列番号1(cDNA塩基配列)の2479番目のアデニンをグアニンに変換するようにアンチセンスに設計した。得られた173 bpの増幅断片は、QIAクイックPCR精製キット(QIAquick PCR purification kit)(キアゲン(QIAGEN))を用い精製した。精製した増幅断片は、配列番号1(cDNA塩基配列)から予想されるプライマーの位置関係と一致し、その塩基配列が、配列番号2(一次配列) の481番目のアスパラギン酸をグリシンに変換するよう変換されていたため、メガプライマーとした。
【0028】
セカンドPCRは、ポリメラーゼ1単位(東洋紡製、KOD DNAポリメラーゼ)、鋳型としてBamHI ? EcoRI / SKを10 ng、メガプライマーとしてファーストPCR反応液9μl、ポリメラーゼに添付されている緩衝液を用いて94 ℃, 1分間−74℃, 2分間の反応を5サイクル行った。74℃のときアンチセンスプライマーとして、プライマーM13 ?20ユニバーサルプライマー(gta aaa cga cgg cca gt)20 pmolを加え、94 ℃、30 秒間−55 ℃、30秒間− 74 ℃、1分間の反応を20サイクルを行った。その結果、得られた1084bpの増幅断片は、配列番号1(cDNA塩基配列)から予想されるプライマーの位置関係と一致し、その塩基配列が、配列番号2(一次配列)の481番目のアスパラギン酸をグリシンに変換するようシーケンスにより確認されたため、変異型ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼのcDNA断片と同定した。このcDNA断片と、ベクターpPICZA(インビトロゲン(Invitrogen)製)のAOX1プロモーター下流に野生型ジゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のα−グルコシダーゼのcDNAが連結されたプラスミドSPG / pPICZのcDNA部分のBamHIからEcoRI部分を入れ替えることで、D481G変異型酵素発現ベクターSPG (D481G) / pPICZを得た。
【0029】
形質転換体の培養及び酵素の誘導
発現ベクターpPICZA(インビトロゲン(Invitrogen)製)のAOX1プロモーター下流に野生型α−グルコシダーゼのcDNA断片を連結したプラスミドSPG / pPICZと変異型α−グルコシダーゼのcDNA断片を連結したプラスミドSPG (D481G) / pPICZをピチア・パストリス(Pichia pastoris)GS115株へ電気穿孔法によって導入し、ゼオシン(zeocin)耐性を選択マーカーとしてそれぞれ形質転換体wt SPG / PPとd481g SPG / PPを得た。
【0030】
それぞれの形質転換体の種菌体は、2mlのBMGY培地[1% バクト酵母抽出物(Bacto yeast extract)(ディフコ(Difco))、2% バクトペプトン(Bacto peptone) (ディフコ(Difco))、100mM リン酸カルシウム緩衝液 pH6.0, 1.34% 酵母にトロゲン塩基(yeast nitrogen base)(ディフコ(Difco))、 0.00004% ビオチン、1%グリセロール]に植菌し、30℃で20時間振盪培養して得た。この種菌体800 μlを800 mlのBMGY培地に植菌後、30℃で24時間振盪培養し、菌体濁度(600nm)が8.8になったところで、25℃にて1,500×g、5分間遠心分離することにより集菌し、その一部を1LのBMMY誘導培地[1% バクト酵母抽出物(Bacto yeast extract)、2% ポリペプトン(polypeptone)、100mM リン酸カルシウム緩衝液 pH6.0、1.34% 酵母ニトロゲン塩基(yeast nitrogen base)、0.00004% ビオチン、1%メタノール]に移し、組換え酵素の誘導を行った。なお、BMMY誘導培地に植え換えた直後の菌体濁度(600nm)は3.5であった。24時間ごとに終濃度0.5 %になるよう培地にメタノールを添加し、102時間誘導培養を行った。その後、4℃にて5,500×g、5 分間遠心分離により培養上清を回収した。このときの菌体濁度(600nm)は15.8であった。形質転換体wt SPG / PPの培養上清の活性は、全活性900 U、比活性11.8 U / mgであったのに対して、形質転換体d481g SPG / PPの培養上清には活性が見られなかった。なお、タンパク質の定量をブラッドフォード(Bradford)法によって行った。
【0031】
酵素の精製方法
形質転換体wt SPG / PPおよびd481g SPG / PPの培養上清925 mlに、あらかじめ−20℃に冷やしておいた1,850 mlのエタノールを攪拌しながら徐々に加え、エタノール沈殿を行った。得られた沈殿を4℃にて15,000×g、30分間遠心分離することにより回収し、約100 mlの溶解用緩衝液(500 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5))を加え、一晩攪拌し沈殿を溶解した。溶解後4℃にて15,000×g、30分間の遠心分離により上清を回収した。残った沈殿へ再度溶解用緩衝液約30 mlを添加攪拌し、同様に遠心分離を行い上清を回収した。得られた2つのエタノール沈殿溶解液をそれぞれ20 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5)に対して透析した。野生型酵素の回収した溶解液には、560単位の活性を回収し、比活性は53.8 単位/mgであった。タンパク質の定量をブラッドフォード(Bradford)法により行った。また、変異型酵素は、活性は確認されなかったが、SDS−PAGEにより予想された180 kDaのタンパク質が存在することを確認し、タンパク量 約12 mgであった。これらを粗酵素液とした。
【0032】
得られた野生型の粗酵素液を20 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5)で平衡化したDEAE−セファロース(Sepharose) CL-6Bカラム(φ 1.8 x 30 cm, 76 ml)に供し吸着させた。0〜1 MのNaCl直線濃度勾配により溶出を行うことにより、陰イオン交換カラムクロマトグラフィーを行った。21 mlの活性画分を回収し2 mlにまで濃縮し、50 mM NaClを含む50 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5)に対して透析した。次に、50 mM NaClを含む50 mM 酢酸緩衝液(pH 4.5)で平衡化したSepharose 6Bカラム(φ 1.6 x 102 cm, 204 ml)に濃縮・透析した酵素溶液を供しゲル濾過カラムクロマトグラフィーを行った。得られた20 mlの活性画分を回収し、20 mM 酢酸緩衝液 (pH 4.5)に対して透析した。透析した酵素溶液を20 mM 酢酸緩衝液(pH 4.5)で平衡化したDEAE−セファロース(Sepharose) CL-6Bカラム(φ 1.4 x 9 cm, 14 ml)に吸着させ、0〜0.6 MのNaCl直線濃度勾配により溶出を行うことにより、再度陰イオン交換カラムクロマトグラフィー行った。このとき、タンパク質の溶出パタンは連続した二つのピークとして得られた。活性画分は1つめのピークに含まれ、後半のピークは夾雑タンパクを含むことをSDS-PAGEにより確認した。後半のピーク由来の夾雑タンパクを除くため、活性画分の頂点から前半を比活性を指標に3ml回収した。この精製酵素画分は、204単位の活性を回収し、比活性は104 U/mg、回収率23%であった。
また、変異型の粗酵素液は、野生型酵素と同様なカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、3 mgを回収した。ただし、酵素活性がないため精製の指標はSDS−PAGEにより行った。
なお、いずれの酵素の精製にも、特に記載がない限りタンパク質はUV法により定量した。
【0033】
実施例2:オリゴ糖の調製
1Mの酢酸緩衝液(pH 4.5)0.1ml、260μMの実施例1で調製した改変酵素0.5ml、10mM pNP−α−グルコシド1ml、55mMβ−グルコシルフロライド(シグマアルドリッチジャパン(株)製)0.9mlを混合して、30℃にて2〜20時間反応を行なった。
このサンプルを、薄層クロマトグラフィーにより分析した結果を図1に示した。薄層板はシリカゲル60(メルク(Merck)社製)を用い、標準サンプルとしてグルコースおよびマルトオリゴ糖、pNP−グルコシド及びpNP−マルトシドを、更にグルコシル供与体として用いたβ−グルコシルフロライド、上記反応系のうち改変酵素を除いたものとともに、反応液を添着し、1-ブタノール:2-プロパノール:水=10:5:4(v/v/v)の展開溶媒にて2回展開した後、アニスアルデヒド試薬を用いて発色させた。その結果、反応液においてpNP−マルトシドとほぼ同様な位置に反応生成物のスポットが認められた。そこで、この反応液をODSカラム(YMC-Pack ODS-AP AP-303)を用いて、HPLCにて分析を行った。移動相には9%アセトニトリルを用い、カラム温度50℃、流速1ml/minで、UV検出器を用いて303nmにおける吸収を測定した。その結果を図2に示した。反応液中には3つのピークが認められ、溶出順にピーク1〜3とした。
【0034】
オリゴ糖の解析
上記のHPLC分析で認められたピーク1〜3を分取し、薄層クロマトグラフィーにより分析した結果を図3に示した。薄層板はシリカゲル60(Merck社製)を用い、標準サンプルとしてグルコースおよびマルトオリゴ糖、pNP−グルコシド、pNP−マルトシドおよびpNP−マルトトリオシドを、サンプルとしてピーク1〜3を添着し、1-ブタノール:2-プロパノール:水=10:5:4(v/v/v)の展開溶媒にて2回展開した後、アニスアルデヒド試薬を用いて発色させた。その結果、ピーク3はグルコシル受容体として用いたpNP−グルコシドと、ピーク2はpNP−マルトシドとほぼ同様な移動度を示した。ピーク1については標準サンプルと一致する移動度を示すものはなかった。
【0035】
ピーク1〜3のサンプルに、0.1%TFAを添加して、100℃にて3時間処理を行い、部分加水分解したサンプルを上記と同様に薄層クロマトグラフィーで分析した結果を図4に示した。薄層板はシリカゲル60(Merck社製)を用い、標準サンプルとしてグルコースおよびマルトオリゴ糖、イソマルトース、pNP−グルコシド、pNP−マルトシドおよびpNP−マルトトリオシドを、サンプルとしてピーク1〜3を部分加水分解したものを添着し、2−プロパノール:1−ブタノール:水=12:3:4(v/v/v)の展開溶媒にて添加した後、アニスアルデヒド試薬を用いて発色させた。その結果から、ピーク1はpNP−イソマルトシド、ピーク2はpNP−マルトシド、ピーク3は未反応のpNP−グルコシドと同定された。
以上の構造解析よりピーク1から3の紫外部吸収と分子量の比率、実施例2のHPLC分析より、オリゴ糖生成物の生成量を求めた結果、その生成量は70%であった。
【0036】
図1は、反応液を薄層クロマトグラフィーで分析したものであり、1がグルコースをマルトオリゴ糖の標準サンプルを、2が反応液を、3が反応系から改変酵素を除いた液を、4がグルコシル供与体として用いたβ−グルコシルフロライドを、5がpNP−グルコシドとpNP−マルトシドの標準サンプルを添着して分析したものである。
図2は、ODSカラムを用いてHPLC分析を行った際の、クロマトグラムを示した。
図3は、ピーク1〜3を薄層クロマトグラフィーで分析したものであり、1がグルコースをマルトオリゴ糖の標準サンプルを、2がピーク1を、3がピーク2を、4がピーク3を、5がpNP−グルコシド、pNP−マルトシドとpNP−マルトトリオシドの標準サンプルを添着して分析したものである。
図4は、ピーク1〜3を部分加水分解したものを薄層クロマトグラフィーで分析したものであり、1がグルコースをマルトオリゴ糖の標準サンプルを、2がイソマルトースを、3がピーク1の部分加水分解物を、4がピーク2の部分加水分解物を、5がピーク3の部分加水分解物を、6がpNP−グルコシドの部分加水分解物を、7がpNP−マルトシドの部分加水分解物を、8がpNP−マルトトリオシドの部分加水分解物を、9がpNP−グルコシド、pNP−マルトシドpNP−マルトトリオシドの標準サンプルを添着して分析したものである。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の改変酵素を用いてβ−グルコシルフロライドをグルコシル供与体として用いて、オリゴ糖が合成できることが明らかとなり、この改変酵素は加水分解活性を示さないことから、合成されたオリゴ糖は加水分解されることなく反応系に蓄積される。このような反応によりオリゴ糖や配糖体を合成させることは、工業的な利用価値も高いものである。
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図1】反応液を薄層クロマトグラフィーで分析した結果を示す。
【図2】ODSカラムを用いてHPLC分析を行った際の、クロマトグラムを示した。
【図3】ピーク1〜3を薄層クロマトグラフィーで分析した結果を示す。
【図4】ピーク1〜3を部分加水分解したものを薄層クロマトグラフィーで分析した結果を示す。
【図5】SPG (G2444C)の作成スキーム。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an α-glucosidase modified so as not to substantially exhibit hydrolysis activity, and a method for producing an oligosaccharide using the modified α-glucosidase.
[0002]
[Prior art]
α-Glucosidase is an enzyme that exists in nature from microorganisms to animals and plants, and is an enzyme that hydrolyzes the α-glucoside bond at the non-reducing end of a substrate to produce α-D-glucose.
The α-glucosidase is classified into Family 13 and Family 31 according to the primary sequence of the enzyme by B. Henrissat (B. Henrissat, Biochem. J .: 280, 309-316 ( 1991)). Chiba et al. Classify them into
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
α-Glucosidase catalyzes not only a hydrolysis (hydrolysis) reaction but also a transglycosylation reaction, and is also used for enzyme synthesis of various oligosaccharides and glycosides. However, since the oligosaccharide produced by the transglycosylation reaction is hydrolyzed again as a substrate of α-glucosidase, the resulting oligosaccharide increases with the progress of the transglycosylation reaction, but takes a certain maximum value. It will decrease after a while. Therefore, even if it tried to synthesize | combine a certain oligosaccharide by transglycosylation reaction, about 30 to 50% was a limit. The above phenomenon is observed not only with α-glucosidase but also with various glycosidases including β-glucosidase when synthesizing oligosaccharides using a glycosyl transfer reaction.
[0004]
Under such circumstances, Mackenzie et al., Wang et al., For β-glucosidase produced by Agrobacterium sp. A modified enzyme in which glutamic acid 358 is substituted with alanine has been prepared, and the synthesis of oligosaccharides having β-glucoside bonds using α-glucosyl azide or α-glucosyl fluoride as a glucosyl donor has been reported (Mackenzie et al , J. Am. Chem. Soc .: 116, 11594-11595 (1994), Wang et al., J. Am. Chem. Soc .: 120, 5583-5584 (1998)).
Mayer et al. Prepared a modified enzyme in which glutamic acid 358 was substituted with serine, and synthesized α-glucosyl fluoride and α-galactosyl fluoride as glycosyl donors to synthesize oligosaccharides having β-glycoside bonds. (Mayer et al., FEBS Letters: 466, 40-44 (2000)). Moracci et al. Also showed similar results to Mackenzie et al. And Wang et al. With a β-glycosidase-modified enzyme (glutamate 387 → glycine) derived from Sulfolobus solfataricus and α- Reported using glucosyl azide and α-glucosyl fluoride.
[0005]
However, these enzymes are all enzymes that hydrolyze β-glycoside bonds, and such modified enzymes have not been known for enzymes that hydrolyze α-glycoside bonds. In addition, the glucosyl donors obtained by synthesizing oligosaccharides using the modified enzymes obtained by Mackenzie et al., Wang et al., And Moracci et al. Are of the α-glucoside type. The oligosaccharide produced was limited to oligosaccharides having a β-glucoside bond.
[0006]
Also, US Pat. No. 5,716,812 indicates that the production rate of these oligosaccharides can be 80% or more. However, the production rate shown here is a numerical value as an oligosaccharide mixture, and the production rate as a disaccharide derivative was only 54% at the maximum. On the other hand, in order to increase the production rate of a disaccharide derivative, it is necessary to use a glycosyl donor that does not cause re-extension of sugar chains such as α-galactosyl fluoride. However, when a glycosyl donor that does not cause re-elongation is used, the resulting oligosaccharide becomes a hetero-oligosaccharide.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an enzyme that hydrolyzes an α-glycoside bond, and maintains a transfer reaction activity while reducing or substantially eliminating the hydrolysis (hydrolysis) reaction. There is. Furthermore, this invention is providing the manufacturing method of an oligosaccharide using such a modified enzyme with the high production rate of a disaccharide derivative.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present inventors have intensively studied α-glucosidase, and substituted amino acids containing dissociable carboxyl groups, which are usually essential for hydrolytic reactions, with amino acids containing no carboxyl groups in the side chains, and do not exhibit hydrolytic activity. The inventors have found an α-glucosidase modified in this way, and have found a method for producing an oligosaccharide using the modified α-glucosidase and β-glucosyl fluoride as a glucosyl donor, thereby completing the present invention.
Here, “not exhibiting hydrolytic activity” means that the amount of glucose produced is 1 / 10,000 or less compared to the amount of glucose produced by using the enzyme before modification with maltose, p-phenyl α-glucoside or the like as a substrate. Indicates that there is.
[0009]
The present invention that achieves the object of the present invention is as follows.
[Claims1] Shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listingTaThe aspartic acid at
[Claims2]The aspartic acid at
[Claims3Claim1 or 2A method for producing an oligosaccharide, comprising reacting a glycoside derivative with β-glucosyl fluoride in the presence of α-glucosidase described in 1.
[Claims4The glycoside derivative is pNP-β-glucoside, pNP-α-xyloside, pNP-α-mannoside, pNP-α-maltoside.3The manufacturing method as described in.
[Claims5The oligosaccharide is a disaccharide derivative.3 or 4The manufacturing method as described in.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Modified α-glucosidase of the present inventionIs an α-glucosidase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, wherein 481st aspartic acid in the amino acid sequence isTo glycineIt is characterized by being replaced. The α-glucosidase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in which the amino acid has not been modified is α-glucosidase derived from Schizosaccharomyces pombe. Then, the 481st aspartic acid in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is substituted with another amino acid. Amino acid substitution isMaintains the transfer activity,The hydrolysis activity is performed so as to be reduced to 1 / 10,000 or less as compared with α-glucosidase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. Specifically, the 481st aspartic acid is substituted with an amino acid containing no carboxyl group in the side chain. And amino acids that do not contain a carboxyl group in the side chain are:Glycine.
[0011]
The α-glucosidase of the present invention is an α-glucosidase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, wherein the aspartic acid at
[0012]
Modified α-glucosidase of the present inventionIs an α-glucosidase derived from Schizosaccharomyces pombe, and an amino acid containing a dissociated carboxyl group among the active dissociating groups of the α-glucosidase,Maintains the transfer activity,It is characterized by substitution with an amino acid not containing a carboxyl group in the side chain so that the hydrolysis activity is reduced to 1 / 10,000 or less as compared with the wild-type enzyme.
[0013]
Modified α-glucosidase of the present inventionThen, the basic α-glucosidase is not limited to the α-glucosidase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and may be α-glucosidase derived from Schizosaccharomyces pombe. And the amino acid containing a dissociation-type carboxyl group among the active dissociation groups of (alpha) -glucosidase derived from Schizosaccharomyces pombe is substituted by the other amino acid which does not contain a carboxyl group in a side chain. The amino acid substituted with another amino acid is, for example, the amino acid corresponding to the 481st aspartic acid in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing. Since the α-glucosidase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing is also an α-glucosidase derived from Schizosaccharomyces pombe, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing is used. Α-glucosidase derived from Schizosaccharomyces pombe other than α-glucosidase having high homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing is shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. The amino acid corresponding to the 481st aspartic acid in the amino acid sequence can be easily found.
[0014]
Amino acid substitution isMaintains the transfer activity,The hydrolysis activity is reduced to 1 / 10,000 or less as compared with α-glucosidase derived from wild-type enzyme, ie, wild-type Schizosaccharomyces pombe. In addition, amino acids that do not contain a carboxyl group in the side chain areGlycine.
[0015]
The method for preparing the modified enzyme of the present invention can be prepared by a conventional method. For example, an α-glucosidase gene having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or an α-glucosidase gene derived from Schizosaccharomyces pombe points to an amino acid residue having a target dissociable carboxyl group It can be prepared by substituting with other amino acids by mutation. The modified enzymes are prepared by culturing microorganisms and can be used as supernatants or crushed cells, but can be purified by various chromatographic methods as needed. it can.
[0016]
Chiba et al., Agric. Biol. Chem.: Α-glucosidase derived from Schizosaccharomyces pombe has already been reported for its purification method, enzymatic chemistry, and transglycosylation (Chiba et al., Agric. Biol. Chem. 29, 540-547 (1965), Chiba et al., Agric. Biol. Chem .: 30, 536-540 (1966)). The gene has also been obtained, and the active dissociation group has been identified (Journal of Japanese Society for Agricultural Chemistry, Vol. 72, 1998 Annual Meeting Abstracts p.134). Specific examples of the method for obtaining the α-glucosidase-modified enzyme derived from Schizosaccharomyces pombe are shown in Examples described later.
[0017]
The present invention includes a method for producing an oligosaccharide, which comprises reacting a glycoside derivative with β-glucosyl fluoride in the presence of the modified α-glucosidase of the present invention.
The β-glucosyl fluoride used in the above production method is a glucosyl donor and has been used for the purpose of elucidating the enzyme reaction mechanism. Regarding the preparation method, 2,3,4,6-tetraacetyl-D-glucosyl fluoride is prepared by reacting pentaacetyl D-glucose with anhydrous hydrogen fluoride, from which crystallization, silica gel column, TLC, etc. are prepared. And α-form and β-form are separated and prepared by deacetylation using sodium methoxide (Arch. Biolchem. Biophys .: 142, 382-393 (1971)), N-glucosyltriazole derivatives (Carbhydr. Res .: 327, 5-14 (2000)) and the like. The reagent is sold by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd.
[0018]
The glycoside derivative is a glucosyl receptor, and the glycoside derivative is not particularly limited. For example, any glycoside having a glycosyl residue on the non-reducing terminal side may be used, but a glycoside having an aglycone such as pNP-glycoside is more preferable.
Examples of the glycoside derivative include pNP-β-glucoside, pNP-α-xyloside, pNP-α-mannoside, and pNP-α-maltoside other than the above.
[0019]
The reaction conditions can be as follows, for example.
(1) Range of molar ratio of glycoside derivative and β-glucosyl fluoride
The molar ratio of the glycoside derivative and β-glucosyl fluoride is not particularly limited, but a higher molar ratio of β-glucosyl fluoride, which is a glucosyl donor, is preferable, for example, 1: 3 to 1:10. The reaction may be performed at a molar ratio such as
[0020]
(2) Range of modified α-glucosidase amount for glycoside derivatives or β-glucosyl fluoride
The amount of the modified α-glucosidase added to the glycoside derivative or β-glucosyl fluoride is not particularly limited, and a desired reaction product can be obtained by adjusting the reaction conditions even in a reaction solution containing a very small amount of the modified glucosidase. Obtainable.
[0021]
(3) Concentration of glycoside derivative and β-glucosyl fluoride in the reaction solution
The concentration of the glycoside derivative and β-glucosyl fluoride in the reaction solution is not particularly limited as long as the glycoside derivative and β-glucosyl fluoride are dissolved.
[0022]
(4) Reaction temperature and time
The reaction temperature is preferably 10 ° C to 60 ° C, more preferably 20 ° C to 30 ° C. The reaction time is not particularly limited.
(5) Product purification method
As a purification method of the product, conventionally known carbohydrate purification methods such as chromatography such as gel filtration, ion exchange and adsorption, and precipitation using organic solvents and salts can be used.
[0023]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0024]
Example 1: Preparation of modified enzyme
α-Glucosidase activity measurement method
The α-glucosidase activity was measured by the following method. That is, 200 μl of 0.1 M acetate buffer (pH 4.5) and 100 μl of enzyme solution dissolved in 50 mM acetate buffer (pH 4.5), 0.05% Triton X-100 were added to an ice-cooled test tube, After 3 minutes, the reaction was initiated by adding 200 μl of 0.5% maltose. After reacting for a certain period of time, 1 ml of 2M Tris-HCl buffer (pH 7.0) was added to stop the reaction. Glucose released from the substrate maltose was developed with a Glucostat reagent (glucose AR-II color former, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the amount of glucose was measured by measuring absorption at a wavelength of 505 nm. Quantified. The enzyme activity that hydrolyzes 1 μmol of substrate per minute is defined as 1 unit of enzyme.
[0025]
SPG (G2444C) Create
SPG (G2444C) was prepared according to the scheme shown in FIG.
When constructing a mutant enzyme expression vector, the operation of returning the DNA fragment into which the mutation has been introduced to the vector is complicated, so the 2444th of the α-glucosidase cDNA derived from Schizosaccharomyces pombe shown in SEQ ID NO: 1 A BamHI recognition site was introduced by a megaprimer PCR method by converting the base from a silent mutation (469Ser TCG (TCC) guanine to cytosine) with no amino acid substitution.
That is, as a first PCR, 10 ng of a plasmid obtained by subcloning a DNA fragment of PstI (2546 nt) from EcoRV (1224 nt) of cDNA of Schizosaccharomyces pombe into Bluescript II KS (Stratagene) 1 unit of polymerase (Toyobo, KOD DNA polymerase), 20 pmol of Bam (5'-ct ttt gga tcg aat ggt act gt, sense primer) and M13 reverse universal primer for each primer. 20 cycles of reaction at 98 ° C. for 10 seconds at −53 ° C., for 2 seconds at −74 ° C. for 30 seconds were carried out using the buffer attached. The PCR product was purified using a QIAquick PCR purification kit (QIAGEN) to obtain a megaprimer.
[0026]
Second PCR consists of 1 unit of polymerase (Toyobo, KOD DNA polymerase), 10 ng of EcoRV to PstI DNA fragment subcloned as template into Bluescript II KS (Stratagene) as a megaprimer Five cycles of the reaction at 94 ° C. for 1 minute to 74 ° C. for 2 minutes were performed using 9 μl of the fast PCR reaction solution and the buffer attached to the polymerase. Primer M13 as an antisense primer at 74 ° C? 20 pmol of 20 universal primer was added, and 20 cycles of reaction at 94 ° C. for 30 seconds at −55 ° C. and 30 seconds at −74 ° C. for 1 minute were performed. As a result, introduction of mutation in the obtained amplified fragment, that is, introduction of the BamHI site was confirmed by sequencing. The introduced fragment of the BamHI site was converted back to α-glucosidase cDNA derived from Schizosaccharomyces pombe with BglII (1415 nt) and PstI, and this was named SPG (G2444C). It was confirmed by the maltase activity of the crude extract of the expression system in Schizosaccharomyces pombe that there was no effect on the expression due to silent mutation (SPG / pYES transformant 2.6 U / mg, SPG (G2444C) / pYES transformant 2.5 U / mg).
[0027]
D481G Creation of mutant enzyme
The D481G mutant enzyme links part of the SPG (G2444C) DNA fragment (BamHI, 2439 nt? EcoRI, 3315 nt) to the BamHI and EcoRI sites of the Vector Bluescript II SK (Stratagene). Plasmid BamHI? It was prepared by the megaprimer method using EcoRI / SK as a template.
That is, plasmid BamHI as fast PCR? EcoRI / SK 10ng as a template,
[0028]
Second PCR is 1 unit of polymerase (Toyobo, KOD DNA polymerase), BamHI as a template? EcoRI / SK (10 ng), 9 μl of the first PCR reaction solution as a mega primer, and 5 cycles of reaction at 94 ° C. for 1 minute to −74 ° C. for 2 minutes using the buffer attached to the polymerase. Primer M13 as an antisense primer at 74 ° C? 20 pmol of 20 universal primer (gta aaa cga cgg cca gt) was added, and 20 cycles of reaction at 94 ° C. for 30 seconds at −55 ° C. and 30 seconds at −74 ° C. for 1 minute were performed. As a result, the obtained amplified fragment of 1084 bp coincided with the positional relationship of the primer predicted from SEQ ID NO: 1 (cDNA base sequence), and the base sequence was the 481st aspartic acid of SEQ ID NO: 2 (primary sequence). Was identified as a cDNA fragment of α-glucosidase derived from a mutant form of Schizosaccharomyces pombe. BamHI of the cDNA portion of plasmid SPG / pPICZ in which this cDNA fragment and the cDNA of α-glucosidase derived from wild-type Schizosaccharomyces pombe are linked downstream of the AOX1 promoter of vector pPICZA (manufactured by Invitrogen) By replacing the EcoRI part, the D481G mutant enzyme expression vector SPG (D481G) / pPICZ was obtained.
[0029]
Transformant culture and enzyme induction
Plasmid SPG / pPICZ in which cDNA fragment of wild type α-glucosidase is ligated downstream of AOX1 promoter of expression vector pPICZA (Invitrogen) and plasmid SPG (D481G) / pPICZ in which cDNA fragment of mutant α-glucosidase is ligated Was introduced into Pichia pastoris strain GS115 by electroporation, and transformants wt SPG / PP and d481g SPG / PP were obtained using zeocin resistance as a selection marker, respectively.
[0030]
Seeds of each transformant were 2 ml of BMGY medium (1% Bacto yeast extract (Difco), 2% Bacto peptone (Difco)), 100 mM. Calcium phosphate buffer pH 6.0, 1.34% Yeast nitrogen base (Difco), 0.00004% biotin, 1% glycerol] was inoculated into yeast and cultured by shaking at 30 ° C. for 20 hours. After inoculating 800 μl of this inoculum into 800 ml of BMGY medium, shaking culture was performed at 30 ° C for 24 hours, and when the turbidity (600 nm) reached 8.8, 1,500 xg at 25 ° C for 5 minutes Bacterial cells were collected by centrifugation, and a portion of 1 L BMMY induction medium [1% Bacto yeast extract, 2% polypeptone, 100 mM calcium phosphate buffer pH 6.0, 1.34% yeast nitrogen It was transferred to a base (yeast nitrogen base, 0.00004% biotin, 1% methanol) to induce the recombinant enzyme. The cell turbidity (600 nm) immediately after replanting in the BMMY induction medium was 3.5. Methanol was added to the medium to a final concentration of 0.5% every 24 hours, and induction culture was performed for 102 hours. Thereafter, the culture supernatant was recovered by centrifugation at 5,500 × g for 5 minutes at 4 ° C. The bacterial turbidity (600 nm) at this time was 15.8. The activity of the culture supernatant of the transformant wt SPG / PP was 900 U with a total activity of 11.8 U / mg, whereas the culture supernatant of the transformant d481g SPG / PP showed activity. I couldn't. The protein was quantified by the Bradford method.
[0031]
Enzyme purification method
To 925 ml of the culture supernatant of the transformants wt SPG / PP and d481g SPG / PP, 1,850 ml of ethanol cooled in advance to −20 ° C. was gradually added with stirring to perform ethanol precipitation. The resulting precipitate was recovered by centrifuging at 15,000 xg for 30 minutes at 4 ° C. Add about 100 ml of lysis buffer (500 mM acetate buffer (pH 4.5)) and stir overnight to precipitate. Was dissolved. After dissolution, the supernatant was recovered by centrifugation at 15,000 × g for 30 minutes at 4 ° C. About 30 ml of lysis buffer was added to the remaining precipitate and stirred again, and centrifuged in the same manner to recover the supernatant. The obtained two ethanol precipitation lysates were each dialyzed against 20 mM acetate buffer (pH 4.5). In the lysate collected from the wild-type enzyme, 560 units of activity were recovered, and the specific activity was 53.8 units / mg. Protein quantification was performed by the Bradford method. The activity of the mutant enzyme was not confirmed, but it was confirmed that the 180 kDa protein predicted by SDS-PAGE was present, and the protein amount was about 12 mg. These were used as crude enzyme solutions.
[0032]
The obtained wild-type crude enzyme solution was subjected to adsorption on a DEAE-Sepharose CL-6B column (φ1.8 × 30 cm, 76 ml) equilibrated with 20 mM acetate buffer (pH 4.5). Anion exchange column chromatography was performed by elution with a 0-1 M NaCl linear gradient. 21 ml of the active fraction was collected, concentrated to 2 ml, and dialyzed against 50 mM acetate buffer (pH 4.5) containing 50 mM NaCl. Next, gel filtration column chromatography was performed using the concentrated and dialyzed enzyme solution on a Sepharose 6B column (φ 1.6 x 102 cm, 204 ml) equilibrated with 50 mM acetate buffer (pH 4.5) containing 50 mM NaCl. It was. The obtained 20 ml active fraction was collected and dialyzed against 20 mM acetate buffer (pH 4.5). The dialyzed enzyme solution is adsorbed on a DEAE-Sepharose CL-6B column (φ 1.4 x 9 cm, 14 ml) equilibrated with 20 mM acetate buffer (pH 4.5), and a linear NaCl concentration of 0 to 0.6 M Anion exchange column chromatography was performed again by elution with a gradient. At this time, the protein elution pattern was obtained as two continuous peaks. It was confirmed by SDS-PAGE that the active fraction was contained in the first peak and that the latter half contained contaminating proteins. In order to remove contaminant proteins derived from the latter half of the peak, 3 ml of the first half from the top of the active fraction was collected using specific activity as an indicator. This purified enzyme fraction recovered 204 units of activity, with a specific activity of 104 U / mg and a recovery rate of 23%.
The mutant crude enzyme solution was purified by column chromatography similar to the wild-type enzyme, and 3 mg was recovered. However, since there was no enzyme activity, the purification index was determined by SDS-PAGE.
For purification of any enzyme, proteins were quantified by the UV method unless otherwise specified.
[0033]
Example 2: Preparation of oligosaccharide
0.1 ml of 1M acetate buffer (pH 4.5), 0.5 ml of the modified enzyme prepared in Example 1 of 260 μM, 1 ml of 10 mM pNP-α-glucoside, 55 mM β-glucosyl fluoride (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) ) 0.9 ml was mixed and reacted at 30 ° C. for 2-20 hours.
The results of analyzing this sample by thin layer chromatography are shown in FIG. The thin layer plate uses silica gel 60 (manufactured by Merck), β-glucosyl fluoride using glucose and maltooligosaccharide, pNP-glucoside and pNP-maltoside as standard samples, and further a glucosyl donor, the above reaction system After removing the modified enzyme, the reaction solution was added and developed twice with a developing solvent of 1-butanol: 2-propanol: water = 10: 5: 4 (v / v / v), then anise Color was developed using an aldehyde reagent. As a result, a spot of the reaction product was observed in the reaction solution at substantially the same position as pNP-maltoside. Therefore, this reaction solution was analyzed by HPLC using an ODS column (YMC-Pack ODS-AP AP-303). Absorption at 303 nm was measured using a UV detector at a column temperature of 50 ° C. and a flow rate of 1 ml / min using 9% acetonitrile as the mobile phase. The results are shown in FIG. Three peaks were observed in the reaction solution, and peaks were set to 1 to 3 in the order of elution.
[0034]
Oligosaccharide analysis
The
[0035]
The results obtained by adding 0.1% TFA to the samples of
From the above structural analysis, the ratio of the ultraviolet absorption and the molecular weight of
[0036]
FIG. 1 shows an analysis of a reaction solution by thin layer chromatography. 1 is a standard sample of glucose and maltooligosaccharide, 2 is a reaction solution, 3 is a solution obtained by removing the modified enzyme from the reaction system, 4 is The β-glucosyl fluoride used as a glucosyl donor was analyzed by attaching 5 standard samples of pNP-glucoside and pNP-maltoside.
FIG. 2 shows a chromatogram when HPLC analysis was performed using an ODS column.
In FIG. 3,
FIG. 4 shows a result of partial hydrolysis of
[0037]
【The invention's effect】
As described above, it has been clarified that an oligosaccharide can be synthesized using β-glucosyl fluoride as a glucosyl donor using the modified enzyme of the present invention, and this modified enzyme does not exhibit hydrolytic activity. The resulting oligosaccharide is accumulated in the reaction system without being hydrolyzed. Synthesizing oligosaccharides or glycosides by such a reaction has high industrial utility value.
[Sequence Listing]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the results of analysis of a reaction solution by thin layer chromatography.
FIG. 2 shows a chromatogram when HPLC analysis was performed using an ODS column.
FIG. 3 shows the results of analyzing
FIG. 4 shows the result of analysis of partially hydrolyzed
FIG. 5 is a creation scheme of SPG (G2444C).
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