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JP4606604B2 - Isomultiphlorenol synthase and the enzyme gene - Google Patents
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JP4606604B2 - Isomultiphlorenol synthase and the enzyme gene - Google Patents

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JP4606604B2 JP2001011612A JP2001011612A JP4606604B2 JP 4606604 B2 JP4606604 B2 JP 4606604B2 JP 2001011612 A JP2001011612 A JP 2001011612A JP 2001011612 A JP2001011612 A JP 2001011612A JP 4606604 B2 JP4606604 B2 JP 4606604B2
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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はイソマルチフロレノールの生合成酵素であるイソマルチフロレノールシンターゼ、該酵素をコードするDNAおよびイソマルチフロレノールおよび/またはこのイソマルチフロレノールから生合成される各種テルペノイドを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブリオノール酸は、トリテルペノイドに分類される植物二次代謝産物の一種で、ウリ科ヘチマ属植物のヘチマ(Luffa cylindrica Roem.)、カラスウリ属植物のキカラスウリ(Trichosanthes kirilowii var. japonica)、スイカ属植物のスイカ(Citrullus lanatus)、ブリオニア属植物のブリオニア・ディオイカ(Bryonia dioica)などウリ科植物の根に含有されていることが明らかになっている。ブリオノール酸およびその誘導体は他の植物由来のトリテルペノイドとは異なった構造を有しており、他にはない生理活性を持つことが期待されるとともに、医薬用の原料としても注目されている。
【0003】
しかしながら、ブリオノール酸およびその誘導体を製造する場合、植物体を原料として用いる場合は、栽培に多額のコストがかかるとともに、その生産性は極めて低いものとならざるを得ない。そのため、ヘチマの細胞培養によるトリテルペノイドの生産に関する研究がなされ、ヘチマのカルスがブリオノール酸およびその誘導体を生産することを報告している[Plant and Cell Physiology 25,1571-1574(1984); Organic Magnetic Resonance 22,93-100(1984)]。
また、ブリオノール酸の生合成経路についても幾つか研究がなされており、メバロン酸経路により生成した2,3−オキシドスクワレンが環化することにより生成したイソマルチフロレノールが生合成前駆体と考えられ、生成したイソマルチフロレノールが酸化されることでブリオノール酸が生成するものと考えられる。天然には90以上の異なったタイプのトリテルペン骨格が存在すると言われており、2,3−オキシドスクワレンを環化するβ―アミリンシンターゼ、ルペオールシンターゼなど幾つかのトリテルペン合成酵素が知られている[Eur. J. Biochem. 256 ,238-244 (1998) ; Eur. J. Biochem. 266 ,302-307 (1999)]。しかし、2,3−オキシドスクワレンからブリオノール酸の前駆体であるイソマルチフロレノールの生成を触媒するイソマルチフロレノールシンターゼに関する研究はなされていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、イソマルチフロレノールシンターゼをコードするDNAをクローン化し、その塩基配列を決定し、更にクローン化した組換えDNAを発現させた細胞を用いてイソマルチフロレノールシンターゼ、該酵素をコードするDNAおよびイソマルチフロレノールおよび/またはこのイソマルチフロレノールから生合成される各種テルペノイドを製造することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、カンゾウのβ―アミリンシンターゼcDNAをプローブとしてヘチマ培養細胞のcDNAをスクリーニングし、1種類のオキシドスクワレン環化酵素cDNAをクローニングした。本cDNAの全長のORFを酵母発現ベクターに組込み、ラノステロールシンターゼを欠く酵母に形質転換して機能解析をした結果、該酵母において本来生合成されないイソマルチフロレノールの生産が認められたことから、本cDNAがイソマルチフロレノールシンターゼをコードしていることを確認した。
【0006】
すなわち、本発明の第1の態様は、イソマルチフロレノールシンターゼの酵素活性を有するポリペプチドおよび/または配列番号1に記載のアミノ酸配列を含むポリペプチドである。また、第2の態様は、イソマルチフロレノールシンターゼ酵素活性を有するポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含むDNAおよび/または配列番号1に記載のアミノ酸配列を含むポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含むDNAであり、配列番号2に記載のヌクレオチド配列を含むDNAが挙げられる。本発明の第3の様態は、第1の様態に記載のDNAを含むベクターである。本発明の第4の様態は、上記ベクターで形質転換された細胞である。また、本発明の第5の様態は、上記形質転換細胞を用いて、植物二次代謝産物を製造する方法である。この植物二次代謝産物はイソマルチフロレノールから生合成されるテルペノイドであってもよい。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、ブリオノール酸の生産性が高いヘチマ培養細胞よりcDNAライブラリーを作成し、カンゾウのβ―アミリンシンターゼ(GgbAS1) cDNAをプローブとしてスクリーニングを行い、1種類のオキシドスクワレン環化酵素cDNAをクローニングした。得られたcDNAの全長ORFを酵母発現ベクター(pYES2)に組み込み、ラノステロールシンターゼを欠く酵母(GIL77)に形質転換して機能解析をした結果、本cDNAがイソマルチフロレノールシンターゼをコードしていることが確認された。新規に得られたイソマルチフロレノールシンターゼのアミノ酸配列はプローブとして用いたカンゾウのβ―アミリンシンターゼとは67%の相同性があったが、既知のクローンの中にこれ以上高い相同性のものは認められなかった。
【0008】
本発明に係るイソマルチフロレノールシンターゼとは、2,3−オキシドスクワレンからイソマルチフロレノールを生成する反応を触媒する酵素を指しており、その起源は特に限定されないが、好ましくは植物由来であり、そのようなものとしてたとえば以下の実施例に記載のものを挙げることが出来る。
【0009】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1 ヘチマ培養細胞株の作成および培養
ヘチマ(Luffa cylindrica)の種子を無菌処理し、無菌発芽させた実生から子葉および茎の切片を切り取り、これを2,4-Dを10-6Mとなるように添加したリンスマイヤー・スクーグ(LS)の寒天培地に移植し、27℃暗所下で培養した。5-7週間後に得られたヘチマのカルスを2,4-Dを10-7Mになるように添加したLSの液体培地に移植し、27℃、暗所にて振盪培養を行い、3年間以上継代培養を行った後、この細胞を2,4-DをNAAに変更したLSの液体培地、27℃、暗所下で継代培養を行った。
【0010】
実施例2 cDNAライブラリーの作成
このようにして得られた培養10日目のヘチマ細胞から、グアニジンチオシアネート/ホットフェノール法により全RNAを抽出し、更にmRNA精製キット(Pharmacia製)を用い、製造者の説明書に従ってPoly(A)+RNAを精製した。精製したPoly(A)+RNAを用い、ZAP-cDNA合成キット(Stratagene製)を用いて製造者の説明書に従ってヘチマcDNAライブラリーを作成した。
【0011】
実施例3 プローブの作成
イソマルチフロレノールシンターゼのクローニングに用いるプローブにはG.glabra由来のGgbAS1β-アミリンシンターゼのアミノ酸残基353-729に相当する1227-bpジオキシゲニン(DIG)ラベルDNAプローブを用いた。本プローブは、GgbAS1をテンプレートとし、配列番号2および配列番号3に示す2種のプライマー、Taq DNAポリメラーゼ、DIG-dNTPミクスチャーを用いて製造者の説明書に従い、PCR法により調製した。
【0012】
実施例4 cDNAライブラリーのスクリーニング
このようにして調製したDIGラベルプローブを用いてヘチマcDNAライブラリーを低ストリンジェンシー条件下でスクリーニングした結果、cDNAライブラリーの200,000プラークから陽性クローンを1種取得し、pBluescript SK(-)ベクターにサブクローニングした。このクローンを両ストランド共にシークエンスした結果、本クローンは2277塩基からなるオープンリーディングフレーム(ORF)を含む2551塩基からなり、分子量87.7kDの759アミノ酸からなる翻訳産物ポリペプチドが想定された。cDNA配列中には、既知のオキシドスクワレン環化酵素配列中に繰り返し認められるQWモチーフ[Trends Biochem. Sci. 19 ,157-158 (1994)]やオキシドスクワレン環化酵素の活性部位であることが指摘されているDCTAEモチーフ[J. Biol. Chem. 269 ,802-804 (1994)]が存在した。
【0013】
実施例5 機能確認
実施例4で得られたcDNAの機能を明らかにするため、得たcDNAのORFをPCRにより増幅し、酵母での発現プラスミドpYES2(Invitrogen社)に組込んだ。PCRは得られたcDNAを鋳型とし、配列番号4と配列番号5で示される塩基配列のプライマーを用い、94℃で40秒間のディネーチャー、50℃で40秒間のアニール、72℃で2分間の伸長反応を1サイクルとし、25サイクル反応させた。得られたPCR産物は制限酵素KpnIとXbaIで処理し、発現プラスミドpYES2のKpnIとXbaIサイトに組込み、これをpYES2-LcOSC3とした。これによりLcOSC3はGAL1プロモーターの下流にセンス方向に導入される。更に得られたpYES2-LcOSC3プラスミドをラノステロール合成酵素欠損株である酵母変異株GIL77に酢酸リチウム法により導入した。培養条件、がラクトースによる発現誘導、トリテルペンモノアルコール画分の調整方法はKushiro,T. et al.文献に記載されている方法と同様に行った[Eur. J. Biochem. 256, 238-244(1998)]。ガラクトースによる発現誘導後、形質転換酵母から生成物を抽出し、TLCにより精製後、トリテルペンモノアルコール画分をLC-MS/MSにより分析した。LC-MS/MSは以下に示すHPLC条件下、LCQ(Thermo Quest)で測定した。
(HPLC条件)
Column: SUPER-ODS(diameter: 4.6mm, length: 200mm; Tosoh製)
Solvent system: 95% CH3CN aq.、Flow rate: 1ml/min、Column temp.: 40℃、Detection: UV205nm、Retention time for isomultiflorenol: 23.9min.
標準品イソマルチフロレノールのMS/MSフラグメントパターンとの比較から、LC-MS/MSにより同定したトリテルペンモノアルコール画分から得られたピークはイソマルチフロレノールであり、本画分から得られた化合物はイソマルチフロレノールのみであった(図1)。尚、イソマルチフロレノールのMSおよびMS/MS分析の結果、MS m/z 409[M+H-H2O]+、MS/MS (precursor ion at m/z 409) 353(10%), 313(22%), 299(57%), 245(65%), 231(91%), 217(100%), 191(71%)の結果を得た。よって本cDNAは、高等植物から得られたオキシドスクワレン環化酵素の1つに位置づけられるイソマルチフロレノールシンターゼ(IMS1)をコードしているものと結論づけた。
【0014】
ヘチマ由来の3種オキシドスクワレン環化酵素、シクロアルテノールシンターゼ(CAS1)[Plant Physiol. 121,1384 (1999)]、機能不明であるオキシドスクワレン環化酵素(OSC2)[Plant Physiol. 122,1457 (2000)]、イソマルチフロレノールシンターゼ(IMS1)のアミノ酸配列を比較した結果、IMS1のアミノ酸配列はCAS1と51%、OSC2と50%の相同性を示した(図2)。更にIMS1のアミノ酸配列と高等植物からクローン化されたオキシドスクワレン環化酵素のアミノ酸配列から系統樹を作成した(図3)。IMS1はβ−アミリンシンターゼと67-66%の相同性、ルペオールシンターゼと61-57%の相同性を示した。IMS1のアミノ酸配列は他のトリテルペンシンターゼと67-57%の低相同性であったことから、イソマルチフロレノールシンターゼはウリ科植物に認められる新しいクラスのトリテルペンシンターゼに分類される。
【0015】
実施例6 ノーザンブロット分析
DIGラベルRNAプローブはBamHI処理CAS1、EcoRI処理OSC2、BamHI処理IMS1からT7RNAポリメラーゼおよびDIG RNA Labeling Mix (Roche Diagnostic製)を用いて製造者の説明書に従って調製した。全RNAはExtract-A-PlantTM RNA Isolation Kit (Clontech製)を用いて抽出した。レーン当たり5μgの全RNAをホルムアルデヒド含有1%アガロースゲルで分離し、正電荷ナイロンメンブラン(Roche Diagnostic製)にブロットした。メンブラン上のRNAを、50mM Na-Pi buffer(pH7.0)、50% ホルムアミド、0.1% N-ラウリルサルコシン、7% SDS、5xSSC、1mg/ml tRNA(yeast)、blocking reagentを含むハイブリダイゼーションバッファー中50℃で、DIGラベルRNAプローブを用いてハイブリダイズし、DIG Nucleic Acid Detection Kit Mix (Roche Diagnostic製)を用いて製造者の説明書に従って検出した(図4)。
【0016】
実施例7 細胞増殖およびブリオノール酸生産のタイムコース
培養開始日後4、8、12、16、20、24日目の細胞増殖およびブリオノール酸の生産の経時変化を示した(図5)。ブリオノール酸の定性分析は以下の方法で行った。培養終了後の細胞を凍結乾燥し、得られた凍結乾燥細胞50mgから酢酸エチル2mlを用いて60℃、1時間の撹拌抽出を2回行った。得られた抽出液に内部標準としてコレステロール1mgを添加し、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を流去した後、乾燥サンプルをピリジン20(l、N,O-ビストリメチルシリルアセトアミド20(lからなる混合溶媒に再溶解し、50℃、1時間インキュベートした。反応後の液1(lを以下に示す条件下、ガスクロマトグラフィーにより分析し、ブリオノール酸の定量を行った。ブリオノール酸の定量は内部標準のTMSi誘導体のピーク面積から算出した。
(ガスクロマトグラフィー分析条件)
Column: Ultra Alloy+-17 capillary column (15m x 0.5mm i.d., film thickness: 1(l, Frontier Lab Ltd.製)、Column temp.: 295℃(isothermal)、 injector and detector temp.: 320℃、Carrier gas: He 3.5ml/min。
ヘチマ培養細胞によるブリオノール酸の生産は対数増殖期の後期から立ち上がる。ブリオノール酸生産のタイムコースとIMS1のmRNAレベル、CAS1のmRNAレベル、OSC2のmRNAレベルを比較した結果、ヘチマ細胞内で3種のオキシドスクワレン環化酵素のmRNAレベルは異なった制御を受けていた(図6)。イソマルチフロレノールシンターゼmRNAレベルは培養16日目、20日目で最も高く、この時点でブリオノール酸合成活性は非常に高い。ところが4、8、24日目ではイソマルチフロレノールシンターゼmRNAレベルは低く、この時点ではブリオノール酸生産はさほど顕著には認められない。一方、シクロアルテノールシンターゼmRNAレベルは4、8日目で高く、この時点では細胞の増殖が顕著に認められる。そして対数増殖期の後期ではmRNAレベルはより低いレベルとなっている。また、オキシドスクワレン環化酵素と推定されるOSC2のmRNAレベルは20、24日目で高く、この時点では細胞は既に安定期に入っている。
【0017】
【発明の効果】
以上記載の如く、イソマルチフロレノールシンターゼをコードするDNAのクローン化に初めて成功し、更にクローン化した組換えDNAを発現させた細胞を用いてイソマルチフロレノールシンターゼ、該酵素をコードするDNAおよびイソマルチフロレノールおよび/またはこのイソマルチフロレノールから生合成される各種テルペノイドを製造することが可能である。
【0018】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】標準品イソマルチフロレノールとpYES2-OSC3形質転換酵母抽出物のHPLCクロマトグラムおよびLC-MS/MSフラグメントを比較した図である。
【図2】CAS1、OSC2、IMS1のアミノ酸配列の比較した図である。相同なアミノ酸を白文字反転で示した。
【図3】高等植物由来オキシドスクワレン環化酵素のアミノ酸配列から作成した系統樹である。方法:UPGMA (Genetyx software)。bAS,β-アミリンシンターゼ;LUS,ルペオールシンターゼ;IMS,イソマルチフロレノールシンターゼ;CAS,シクロアルテノールシンターゼ;CDS,ククルビタジエノールシンターゼ;OSC,オキシドスクワレン環化酵素。
【図4】CAS1,OSC2,IMS1の制限酵素サイトおよびDIGラベルRNAプローブ部位を示す図である。
【図5】細胞増殖およびブリオノール酸生産のタイムコースを示す図である。
【図6】ヘチマ細胞培養時のIMS1 mRNA、CAS1 mRNA、OSC2 mRNA量の変化を示した電気泳動図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to isomultiflorenol synthase which is a biosynthetic enzyme of isomultiflorenol, DNA encoding the enzyme, and isomultiflorenol and / or a method for producing various terpenoids biosynthesized from this isomultiflorenol. .
[0002]
[Prior art]
Bryonolic acid is a type of plant secondary metabolite classified as a triterpenoid. It has been found that it is contained in the roots of cucurbitaceae plants such as watermelon (Citrullus lanatus) and Bryonia dioica (Bryonia dioica). Bryonolic acid and its derivatives have a structure different from that of other plant-derived triterpenoids, and are expected to have a physiological activity not found elsewhere, and are also attracting attention as raw materials for pharmaceuticals.
[0003]
However, when producing bryonolic acid and its derivatives, when a plant body is used as a raw material, it costs a great deal of cultivation and its productivity must be extremely low. Therefore, studies have been conducted on the production of triterpenoids by cell culture of loofah, and it has been reported that loofah callus produces bryonolic acid and its derivatives [Plant and Cell Physiology 25,1571-1574 (1984); Organic Magnetic Resonance 22,93-100 (1984)].
Several studies have also been conducted on the biosynthetic pathway of bryonolic acid, and isomultiflorenol produced by cyclization of 2,3-oxide squalene produced by the mevalonic acid pathway is considered to be a biosynthetic precursor. It is considered that bryonolic acid is produced by oxidation of the produced isomultiphlorenol. It is said that more than 90 different types of triterpene skeleton exist in nature, and several triterpene synthases such as β-amylin synthase and lupeol synthase that cyclize 2,3-oxide squalene are known. [Eur. J. Biochem. 256, 238-244 (1998); Eur. J. Biochem. 266, 302-307 (1999)]. However, there has been no research on isomultiphlorenol synthase that catalyzes the production of isomultiphlorenol, which is a precursor of brionolic acid, from 2,3-oxide squalene.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention clones DNA encoding isomultiphlorenol synthase, determines its nucleotide sequence, and further encodes isomultiphlorenol synthase and the enzyme using a cell expressing the cloned recombinant DNA. The object is to produce DNA and isomultiflorenol and / or various terpenoids biosynthesized from this isomultiflorenol.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research, the present inventors screened cDNA of loofah cultured cells using licorice β-amylin synthase cDNA as a probe, and cloned one kind of oxidosqualene cyclase cDNA. The full-length ORF of this cDNA was incorporated into a yeast expression vector, transformed into yeast lacking lanosterol synthase, and as a result of functional analysis, production of isomultiflorenol that was not originally biosynthesized in the yeast was observed. It was confirmed that the cDNA encodes isomultiphlorenol synthase.
[0006]
That is, the first aspect of the present invention is a polypeptide having the enzyme activity of isomultiphlorenol synthase and / or a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. The second aspect is a DNA comprising a nucleotide sequence encoding a polypeptide having isomultiphlorenol synthase enzyme activity and / or a DNA comprising a nucleotide sequence encoding a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. And a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2. A third aspect of the present invention is a vector containing the DNA described in the first aspect. A fourth aspect of the present invention is a cell transformed with the above vector. Moreover, the 5th aspect of this invention is a method of manufacturing a plant secondary metabolite using the said transformed cell. This plant secondary metabolite may be a terpenoid biosynthesized from isomultiflorenol.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present inventors prepared a cDNA library from cultured hechima cells with high productivity of bryonolic acid, screened using licorice β-amylin synthase (GgbAS1) cDNA as a probe, and one kind of oxidosqualene cyclase cDNA. Was cloned. The full-length ORF of the resulting cDNA was incorporated into a yeast expression vector (pYES2), transformed into yeast lacking lanosterol synthase (GIL77), and functional analysis revealed that this cDNA encodes isomultiflorenol synthase. Was confirmed. The amino acid sequence of the newly obtained isomultiphlorenol synthase was 67% homologous to the licorice β-amylin synthase used as a probe, but some of the known clones have higher homology. I was not able to admit.
[0008]
The isomultiphlorenol synthase according to the present invention refers to an enzyme that catalyzes a reaction for producing isomultiphlorenol from 2,3-oxide squalene, and its origin is not particularly limited, but preferably is derived from a plant. Examples of such a material include those described in the following examples.
[0009]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
Seeds of creation and culture loofah Example 1 loofah cell line (Luffa cylindrica) was sterilized, cut sections of the cotyledons and stems from seedlings germinated under aseptic conditions, which the 2,4-D and 10 -6 M It was transplanted to an agar medium of Rinsmeier Skoog (LS) added as described above and cultured in the dark at 27 ° C. After 5-7 weeks, the callus of loofah obtained was transferred to LS liquid medium supplemented with 2,4-D at 10 -7 M, and cultured at 27 ° C in the dark for 3 years. After subculturing as described above, the cells were subcultured in a liquid medium of LS in which 2,4-D was changed to NAA at 27 ° C. in the dark.
[0010]
Example 2 Preparation of cDNA Library Total RNA was extracted by the guanidine thiocyanate / hot phenol method from the thus obtained 10-day cultured hechima cells, and an mRNA purification kit (Pharmacia) was used. Poly (A) + RNA was purified according to the instructions in A purified poly (A) + RNA was used to prepare a loofah cDNA library using a ZAP-cDNA synthesis kit (Stratagene) according to the manufacturer's instructions.
[0011]
Example 3 Preparation of Probe A 1227-bp dioxygenin (DIG) -labeled DNA probe corresponding to amino acid residues 353-729 of GgbAS1β-amylin synthase derived from G.glabra was used as a probe for cloning of isomultiphlorenol synthase. . This probe was prepared by the PCR method using GgbAS1 as a template and using the two primers shown in SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, Taq DNA polymerase, and DIG-dNTP mixture according to the manufacturer's instructions.
[0012]
Example 4 Screening of cDNA Library As a result of screening the loofah cDNA library under low stringency conditions using the DIG-labeled probe thus prepared, one positive clone was obtained from 200,000 plaques of the cDNA library, Subcloned into pBluescript SK (-) vector. As a result of sequencing this clone for both strands, this clone was assumed to be a translation product polypeptide consisting of 2551 bases comprising an open reading frame (ORF) consisting of 2277 bases and a molecular weight of 87.7 kD and consisting of 759 amino acids. It is pointed out that the cDNA sequence is the active site of the QW motif [Trends Biochem. Sci. 19, 157-158 (1994)] and oxidosqualene cyclase that are repeatedly observed in known oxidosqualene cyclase sequences. DCTAE motif [J. Biol. Chem. 269, 802-804 (1994)] existed.
[0013]
Example 5 Function Confirmation In order to clarify the function of the cDNA obtained in Example 4, the ORF of the obtained cDNA was amplified by PCR and incorporated into the expression plasmid pYES2 (Invitrogen) in yeast. PCR was performed using the obtained cDNA as a template, using primers of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5, 94 ° C for 40 seconds, 50 ° C for 40 seconds, and 72 ° C for 2 minutes. The extension reaction was 1 cycle, and 25 cycles were allowed to react. The obtained PCR product was treated with restriction enzymes KpnI and XbaI and incorporated into the KpnI and XbaI sites of the expression plasmid pYES2, which was designated as pYES2-LcOSC3. As a result, LcOSC3 is introduced in the sense direction downstream of the GAL1 promoter. Further, the obtained pYES2-LcOSC3 plasmid was introduced into the yeast mutant GIL77, which is a lanosterol synthetase-deficient strain, by the lithium acetate method. Culture conditions, expression induction by lactose, and preparation of triterpene monoalcohol fraction were carried out in the same manner as described in Kushiro, T. et al. [Eur. J. Biochem. 256, 238-244 ( 1998)]. After induction of expression by galactose, the product was extracted from the transformed yeast, purified by TLC, and analyzed for the triterpene monoalcohol fraction by LC-MS / MS. LC-MS / MS was measured by LCQ (Thermo Quest) under the following HPLC conditions.
(HPLC conditions)
Column: SUPER-ODS (diameter: 4.6mm, length: 200mm; manufactured by Tosoh)
Solvent system: 95% CH 3 CN aq., Flow rate: 1ml / min, Column temp .: 40 ℃, Detection: UV205nm, Retention time for isomultiflorenol: 23.9min.
The peak obtained from the triterpene monoalcohol fraction identified by LC-MS / MS based on comparison with the MS / MS fragment pattern of the standard isomultiflorenol is isomultiflorenol, and the compound obtained from this fraction is It was only isomultiflorenol (FIG. 1). As a result of MS and MS / MS analysis of isomultiflorenol, MS m / z 409 [M + HH 2 O] + , MS / MS (precursor ion at m / z 409) 353 (10%), 313 ( 22%), 299 (57%), 245 (65%), 231 (91%), 217 (100%), 191 (71%) were obtained. Therefore, it was concluded that this cDNA encodes isomultiphlorenol synthase (IMS1), which is one of the oxide squalene cyclases obtained from higher plants.
[0014]
Three types of oxide squalene cyclase, cycloartenol synthase (CAS1) [Plant Physiol. 121,1384 (1999)], oxide squalene cyclase (OSC2) [Plant Physiol. 122,1457 (Unknown function) 2000)], comparing the amino acid sequence of isomultiphlorenol synthase (IMS1), the amino acid sequence of IMS1 showed 51% homology with CAS1 and 50% with OSC2 (FIG. 2). Furthermore, a phylogenetic tree was created from the amino acid sequence of IMS1 and the amino acid sequence of oxidosqualene cyclase cloned from a higher plant (FIG. 3). IMS1 showed 67-66% homology with β-amylin synthase and 61-57% homology with lupeol synthase. Since the amino acid sequence of IMS1 is 67-57% less homologous with other triterpene synthases, isomultiphlorenol synthase is classified as a new class of triterpene synthases found in cucurbitaceae plants.
[0015]
Example 6 Northern blot analysis
The DIG-labeled RNA probe was prepared from BamHI-treated CAS1, EcoRI-treated OSC2, and BamHI-treated IMS1 using T7 RNA polymerase and DIG RNA Labeling Mix (Roche Diagnostic) according to the manufacturer's instructions. Total RNA was extracted using Extract-A-Plant RNA Isolation Kit (Clontech). 5 μg of total RNA per lane was separated on a 1% agarose gel containing formaldehyde and blotted onto a positively charged nylon membrane (Roche Diagnostic). RNA on the membrane in hybridization buffer containing 50 mM Na-Pi buffer (pH 7.0), 50% formamide, 0.1% N-lauryl sarcosine, 7% SDS, 5xSSC, 1 mg / ml tRNA (yeast), blocking reagent Hybridization was performed using a DIG-labeled RNA probe at 50 ° C., and detection was performed using DIG Nucleic Acid Detection Kit Mix (Roche Diagnostic) according to the manufacturer's instructions (FIG. 4).
[0016]
Example 7 Time course of cell growth and bryonolic acid production The time course of cell growth and bryonolic acid production on days 4, 8, 12, 16, 20, and 24 after the start of culture was shown (FIG. 5). The qualitative analysis of bryonolic acid was performed by the following method. After completion of the culture, the cells were freeze-dried, and 50 mg of the obtained freeze-dried cells were extracted twice with stirring at 60 ° C. for 1 hour using 2 ml of ethyl acetate. After adding 1 mg of cholesterol as an internal standard to the obtained extract and flushing off the solvent using a rotary evaporator, the dried sample was added to pyridine 20 (l, N, O-bistrimethylsilylacetamide 20 (l mixed solvent). It was redissolved and incubated for 1 hour at 50 ° C. After the reaction, liquid 1 (l was analyzed by gas chromatography under the conditions shown below, and bryonolic acid was quantified. Calculated from the peak area of the derivative.
(Gas chromatography analysis conditions)
Column: Ultra Alloy + -17 capillary column (15m x 0.5mm id, film thickness: 1 (l, manufactured by Frontier Lab Ltd.), Column temp .: 295 ° C (isothermal), injector and detector temp .: 320 ° C, Carrier gas: He 3.5ml / min.
Production of bryonolic acid by loofah cultured cells rises later in the logarithmic growth phase. Comparison of the time course of bryonolic acid production with the mRNA level of IMS1, the mRNA level of CAS1, and the mRNA level of OSC2, the mRNA levels of the three oxidosqualene cyclases were regulated differently in loofah cells ( FIG. 6). Isomultiphlorenol synthase mRNA levels are highest on the 16th and 20th days of culture, and at this point the bryonolic acid synthesis activity is very high. However, on days 4, 8, and 24, isomultiphlorenol synthase mRNA levels were low, and bryonolic acid production was not so noticeable at this point. On the other hand, the cycloartenol synthase mRNA level is high on the 4th and 8th days, and at this point, the proliferation of the cells is remarkably observed. And in the late phase of the logarithmic growth phase, the mRNA level is lower. In addition, the mRNA level of OSC2, which is presumed to be oxidosqualene cyclase, is high on the 20th and 24th days, and at this point, the cells are already in the stable phase.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, the first successful cloning of DNA encoding isomultiflorenol synthase, and further using the cells expressing the cloned recombinant DNA, isomultiflorenol synthase, DNA encoding the enzyme and It is possible to produce isomultiflorenol and / or various terpenoids biosynthesized from this isomultiflorenol.
[0018]
[Sequence Listing]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram comparing HPLC chromatograms and LC-MS / MS fragments of standard isomultiflorenol and pYES2-OSC3 transformed yeast extract.
FIG. 2 is a comparison of the amino acid sequences of CAS1, OSC2, and IMS1. Homologous amino acids are shown in white letters reversed.
FIG. 3 is a phylogenetic tree created from amino acid sequences of higher plant-derived oxide squalene cyclase. Method: UPGMA (Genetyx software). LAS, lupeol synthase; IMS, isomultiphlorenol synthase; CAS, cycloartenol synthase; CDS, cucurbitadienol synthase; OSC, oxide squalene cyclase.
FIG. 4 is a view showing restriction enzyme sites and DIG-labeled RNA probe sites of CAS1, OSC2, and IMS1.
FIG. 5 is a diagram showing a time course of cell growth and bryonolic acid production.
FIG. 6 is an electrophoretogram showing changes in IMS1 mRNA, CAS1 mRNA, and OSC2 mRNA levels during culture of loofah cells.

Claims (11)

イソマルチフロレノールシンターゼ活性を有し、かつ配列番号1に記載のアミノ酸配列を含むポリペプチド。Isomaltitol flow have a les synthase activity, and a polypeptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. 配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド。 Polypeptide comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. 請求項1記載のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含むDNA。A DNA comprising a nucleotide sequence encoding the polypeptide of claim 1. 請求項2記載のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列からなるDNA。DNA consisting of a nucleotide sequence encoding a polypeptide of claim 2 wherein. 配列番号1に記載のヌクレオチド配列からなるDNA。DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1. 配列表の配列番号1の130〜2409番目のヌクレオチド配列からなるDNA。DNA consisting of 130 to 2409 th nucleotide sequence of SEQ ID No. 1. 請求項3〜6のいずれか一項に記載のDNAを含むベクター。A vector comprising the DNA according to any one of claims 3 to 6. 請求項7に記載のベクターで形質転換された細胞。A cell transformed with the vector according to claim 7. 請求項8記載の細胞を用いて、イソマルチフロレノールシンターゼの酵素活性を有するポリペプチドを製造する方法。A method for producing a polypeptide having the enzyme activity of isomultiphlorenol synthase using the cell according to claim 8. 請求項8記載の細胞を用いてブリオノール酸を製造する方法。A method for producing bryonolic acid using the cell according to claim 8. 前記ブリオノール酸がイソマルチフロレノールから生合成されるテルペノイドである請求項10記載の方法。The method according to claim 10, wherein the brionolic acid is a terpenoid biosynthesized from isomultiflorenol.
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