JP4884733B2 - D-Lactate dehydrogenase - Google Patents
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Description
本発明は、ラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質、前記タンパク質をコードする核酸、前記タンパク質の製造方法に関する。 The present invention relates to a D-lactate dehydrogenase protein of Lactobacillus bacteria, a nucleic acid encoding the protein, and a method for producing the protein.
乳酸脱水素酵素は、特に臨床検査において、アラニンアミノトランスフェラーゼ活性測定に共役酵素としての有用性が着目されている。乳酸には、D体とL体の天然の光学異性体が知られており、D−乳酸脱水素酵素はD体の乳酸にのみ、そして、L−乳酸脱水素酵素はL体にのみ作用する。 Lactate dehydrogenase has attracted attention as a conjugate enzyme for measuring alanine aminotransferase activity, particularly in clinical examination. Natural optical isomers of D-form and L-form are known for lactic acid, D-lactate dehydrogenase acts only on D-form lactic acid, and L-lactate dehydrogenase acts only on L-form. .
従来既知のD−乳酸脱水素酵素(EC1.1.1.28)はL−乳酸脱水素酵素(EC1.1.1.27)と比較して、アラニンアミノトランスフェラーゼ活性測定試薬におけるα−ヒドロキシグルタレートデヒドロゲナーゼ(α−Hydroxyglutarate dehydrogenase)活性に由来すると考えられるブランク反応がほとんど無い点で優れている。しかしながら、従来公知のD−乳酸脱水素酵素は溶液中における安定性が低く、臨床検査用試薬として使用する場合において溶液中での長期保存が難しかった。更に、ピルビン酸に対するKm値が高いことから、高濃度域が測定できなかった。 The conventionally known D-lactate dehydrogenase (EC 1.1.1.28) is more α-hydroxyglutarate in the reagent for measuring alanine aminotransferase activity than L-lactate dehydrogenase (EC 1.1.1.27). It is excellent in that there is almost no blank reaction that is considered to be derived from the activity of α-hydroxyglutarate dehydrogenase. However, conventionally known D-lactate dehydrogenase has low stability in solution, and long-term storage in solution is difficult when used as a clinical test reagent. Furthermore, since the Km value for pyruvic acid is high, a high concentration range could not be measured.
以上のことから、溶液中での長期保存安定性に優れており、好ましくは、ピルビン酸に対するKm値が低いD−乳酸脱水素酵素が望まれてきた。
本願発明は、変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸を提供することを目的とする。ここにおいて、前記変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、天然のアミノ酸配列において1またはそれより多くのアミノ酸残基が別のアミノ酸残基に置換されており、そして、溶液における保存安定性が向上しているタンパク質である。 An object of the present invention is to provide a nucleic acid encoding a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein. Here, in the mutant D-lactate dehydrogenase protein, one or more amino acid residues are substituted with another amino acid residue in the natural amino acid sequence, and the storage stability in a solution is high. It is an improved protein.
本発明の1態様において、変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、配列番号1の9番目、156番目、195番目、275番目、286番目及び340番目に相当するアミノ酸残基からなるグループから選択される1またはそれより多くのアミノ酸残基が、天然のアミノ酸残基とは別のアミノ酸残基に置換されている。 In one embodiment of the present invention, the mutant D-lactate dehydrogenase protein is selected from the group consisting of amino acid residues corresponding to the ninth, 156th, 195th, 275th, 286th and 340th positions of SEQ ID NO: 1. One or more selected amino acid residues are replaced with amino acid residues other than natural amino acid residues.
本発明において、好ましくは、前記変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、配列番号1の195番目に相当するアミノ酸残基グリシンがシステインに置換されている。
本発明はまた、上記本発明の核酸を含む発現ベクター、当該発現ベクターで形質転換された形質転換体、を提供することを目的とする。
In the present invention, preferably, in the mutant D-lactate dehydrogenase protein, the amino acid residue glycine corresponding to position 195 of SEQ ID NO: 1 is substituted with cysteine.
Another object of the present invention is to provide an expression vector containing the nucleic acid of the present invention, and a transformant transformed with the expression vector.
本発明はさらに、変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質の製造方法、を提供することを目的とする。本発明の製造方法は、上記本発明の核酸を含む発現ベクターで宿主細胞を形質転換し、そして、核酸の発現を可能にする条件下で形質転換細胞を培養する、ことを含む。 Another object of the present invention is to provide a method for producing a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein. The production method of the present invention includes transforming a host cell with an expression vector containing the nucleic acid of the present invention, and culturing the transformed cell under conditions that allow expression of the nucleic acid.
本発明はさらにまた、上記本発明の方法によって製造された変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質を提供することを目的とする。
本発明はまた、変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質であって、天然のアミノ酸配列において1またはそれより多くのアミノ酸残基が別のアミノ酸残基に置換されており、そして、溶液における保存安定性が向上している、前記変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質を提供することを目的とする。本発明のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、好ましくは以下のpH安定性及び/又は熱安定性を示す
pH安定性:5.5−8.5(25℃、7日間)
熱安定性:<37−55℃(pH9.0、15分)。
Another object of the present invention is to provide a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein produced by the method of the present invention.
The present invention is also a mutant Lactobacillus D-lactate dehydrogenase protein, wherein one or more amino acid residues are replaced with another amino acid residue in the native amino acid sequence, and An object of the present invention is to provide a D-lactate dehydrogenase protein of the bacterium belonging to the genus Lactobacillus, which has improved storage stability in a solution. The D-lactate dehydrogenase protein of the present invention preferably exhibits the following pH stability and / or thermal stability: pH stability: 5.5 to 8.5 (25 ° C., 7 days)
Thermal stability: <37-55 ° C. (pH 9.0, 15 minutes).
本発明また、上記本発明の変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質、使用説明書を含む、アラニンアミノトランスフェラーゼ活性測定用キットを提供することを目的とする。
本発明は別の一態様において、天然型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸を提供することを目的とする。本発明の核酸は、
以下の:
(a) 配列番号1のアミノ酸配列を含むタンパク質をコードする核酸;
(b) 配列番号2の塩基配列を含む核酸;
(c) (a)又は(b)の核酸にストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸;及び
(d) 配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%同一のアミノ酸配列含むタンパク質であって、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸
からなる群から選択される。
Another object of the present invention is to provide a kit for measuring alanine aminotransferase activity, comprising the mutant D-lactate dehydrogenase protein of the present invention and instructions for use.
Another object of the present invention is to provide a nucleic acid encoding a natural D-lactate dehydrogenase protein. The nucleic acid of the present invention comprises
below:
(A) a nucleic acid encoding a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence of SEQ ID NO: 2;
(C) a nucleic acid capable of hybridizing under stringent conditions to the nucleic acid of (a) or (b) and encoding a protein having D-lactate dehydrogenase activity; and (d) the amino acid of SEQ ID NO: 1 A protein comprising an amino acid sequence at least 80% identical to the sequence and selected from the group consisting of nucleic acids encoding proteins having D-lactate dehydrogenase activity.
本発明の核酸は好ましくは、Lactobacillus sp. NBRC14511由来のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする。
本発明はまた、本発明の核酸を含む発現ベクター、本発明の発現ベクターによって形質転換された形質転換体を提供することを目的とする。
The nucleic acid of the present invention is preferably Lactobacillus sp. It encodes a D-lactate dehydrogenase protein derived from NBRC14511.
Another object of the present invention is to provide an expression vector containing the nucleic acid of the present invention and a transformant transformed with the expression vector of the present invention.
本発明はさらにまた、以下の:
(a) 配列番号1のアミノ酸配列を含むタンパク質をコードする核酸;
(b) 配列番号2の塩基配列を含む核酸;
(c) (a)又は(b)の核酸にストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸;及び
(d) 配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%同一のアミノ酸配列含むタンパク質であって、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸
からなる群から選択される核酸によってコードされる、天然のD−乳酸脱水素酵素タンパク質を提供することを目的とする。
The present invention further includes the following:
(A) a nucleic acid encoding a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence of SEQ ID NO: 2;
(C) a nucleic acid capable of hybridizing under stringent conditions to the nucleic acid of (a) or (b) and encoding a protein having D-lactate dehydrogenase activity; and (d) the amino acid of SEQ ID NO: 1 A natural D-lactate dehydrogenase encoded by a nucleic acid selected from the group consisting of a nucleic acid encoding a protein having an amino acid sequence at least 80% identical to the sequence and having D-lactate dehydrogenase activity The object is to provide a protein.
本発明者は、上記問題解決のために鋭意・研究に努めた結果、本願発明を想到した。
具体的には、先ず、既知の乳酸菌10種を選択し比較検討した結果、D−乳酸脱水素酵素よりピルビン酸に対するKm値が低い酵素が得られる菌の候補として、Lactobacillus sp. NBRC14511(独立行政法人 製品評価技術基盤機構(NITE) 菌株登録番号、同法人より入手可能)(Suzuki, K., Benno, Y., Mitsuoka, T., Takebe, S., Kobashi, K. & Hase, J. (1979).Appl. Environ. Microbiol. 37 :379-382)を採用した。
The present inventor has come up with the present invention as a result of diligent efforts and research to solve the above problems.
Specifically, first, as a result of selecting and comparing 10 known lactic acid bacteria, Lactobacillus sp. Was selected as a bacterium candidate for obtaining an enzyme having a lower Km value for pyruvate than D-lactate dehydrogenase. NBRC14511 (National Institute of Technology and Evaluation (NITE) strain registration number, available from the same corporation) (Suzuki, K., Benno, Y., Mitsuoka, T., Takebe, S., Kobashi, K. & Hase , J. (1979). Appl. Environ. Microbiol. 37: 379-382).
当該菌から、新規のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする遺伝子(核酸)を単離した(配列番号2)。さらに、当該核酸を用いて、D−乳酸脱水素酵素タンパク質(配列番号1)を遺伝子工学的に発現させて活性を確認し、本発明を想到した。Lactobacillus sp. NBRC14511由来の新規D−乳酸脱水素酵素タンパク質は、ピルビン酸に対するKm値が公知のタンパク質よりも低いという利点を有するものである。 A gene (nucleic acid) encoding a novel D-lactate dehydrogenase protein was isolated from the bacterium (SEQ ID NO: 2). Furthermore, using the nucleic acid, D-lactate dehydrogenase protein (SEQ ID NO: 1) was expressed by genetic engineering to confirm the activity, and the present invention was conceived. Lactobacillus sp. The novel D-lactate dehydrogenase protein derived from NBRC14511 has the advantage that the Km value for pyruvate is lower than that of known proteins.
さらに、本発明者らは、D−乳酸脱水素酵素の溶液における保存安定性を向上させるために本研究を続けた。そして、D−乳酸脱水素酵素の天然のアミノ酸配列より、ランダムに1個もしくは2個以上のアミノ酸を別のアミノ酸に置換させることで、溶液中における安定性が向上した変異型D−乳酸脱水素酵素活性を有する蛋白質を得ることに成功し、本発明を想到した。 Furthermore, the present inventors continued this research in order to improve the storage stability in the solution of D-lactate dehydrogenase. And, from the natural amino acid sequence of D-lactate dehydrogenase, one or two or more amino acids are randomly substituted with another amino acid, thereby improving mutant D-lactate dehydrogenation in solution. The present invention was conceived by successfully obtaining a protein having enzyme activity.
変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸
よって、本発明は一側面において、変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸であって、ここにおいて、前記変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、天然のアミノ酸配列において1またはそれより多くのアミノ酸残基が別のアミノ酸残基に置換されており、そして、溶液における保存安定性が向上しているタンパク質である、前記核酸、を提供する。
In one aspect, the present invention provides a nucleic acid encoding a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein, wherein the nucleic acid encodes a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein, In the mutant D-lactate dehydrogenase protein, one or more amino acid residues are replaced with another amino acid residue in the natural amino acid sequence, and the storage stability in solution is improved. And the nucleic acid is a protein.
「D−乳酸脱水素酵素タンパク質」とは、D−乳酸から水素を除く触媒活性を有する酵素タンパク質であり、一般に以下のような反応を可逆的に促進する。
反応: D−乳酸 + NAD+ ⇔ ピルビン酸 + NADH + H+
また、限定されるわけではないが、以下のような生化学的性質を有する。
The “D-lactate dehydrogenase protein” is an enzyme protein having catalytic activity for removing hydrogen from D-lactic acid, and generally promotes the following reaction reversibly.
Reaction: D-lactic acid + NAD + ⇔ pyruvic acid + NADH + H +
Moreover, although it is not necessarily limited, it has the following biochemical properties.
分子量: 約43,000−45,000(好ましくは、約44,000)
(SDS−PAGE サブユニットあたり)
Km値: ピルビン酸 約0.14−約0.30mM
NADH 約0.10−約0.15mM
至適pH: 約6.5−約7.5
「D−乳酸脱水素酵素タンパク質」の酵素活性の測定方法は限定されず、公知の方法を用いて調べることができる。限定するわけではないが、例えば、測定温度25℃、測定波長340nmで、この反応条件における1分間あたりの1μmolのNAD+生成量を1単位とし、上記酵素活性をD−乳酸脱水素酵素活性と定義してもよい。これにより、上記反応式の逆反応により生成される、NAD+の量が測定される。
Molecular weight: about 43,000-45,000 (preferably about 44,000)
(Per SDS-PAGE subunit)
Km value: pyruvate about 0.14-about 0.30 mM
NADH about 0.10 to about 0.15 mM
Optimum pH: about 6.5 to about 7.5
The method for measuring the enzyme activity of “D-lactate dehydrogenase protein” is not limited and can be examined using a known method. Although not limited, for example, at a measurement temperature of 25 ° C. and a measurement wavelength of 340 nm, 1 μmol of NAD + produced per minute under the reaction conditions is defined as 1 unit, and the enzyme activity is defined as D-lactate dehydrogenase activity. It may be defined. Thereby, the amount of NAD + produced by the reverse reaction of the above reaction formula is measured.
活性測定用の反応液としては、例えば、基質としてピルビン酸及びNADHを含む、リン酸カリウムバッファーを用いることができる。バッファーの組成は特に限定されず、実施例では下記の組成が採用された。 As a reaction solution for activity measurement, for example, a potassium phosphate buffer containing pyruvic acid and NADH as substrates can be used. The composition of the buffer is not particularly limited, and the following composition was employed in the examples.
LDH活性測定用バッファー組成 最終濃度
リン酸カリウムバッファー 0.1M
(pH7.0)
ピルビン酸 2mM
NADH 0.22mM
または、酵素活性は、NAD+と同様に逆反応により生成されるD−乳酸の量を測定してもよい。あるいは、正反応によるピルビン酸又はNADHを測定してもよい。当業者は公知の測定方法を適宜採用することが可能である。
Buffer composition for LDH activity measurement Final concentration potassium phosphate buffer 0.1M
(PH 7.0)
Pyruvate 2mM
NADH 0.22mM
Alternatively, the enzyme activity may be determined by measuring the amount of D-lactic acid produced by a reverse reaction in the same manner as NAD + . Alternatively, pyruvic acid or NADH by a positive reaction may be measured. Those skilled in the art can appropriately adopt known measurement methods.
「ラクトバチラス属細菌」は、乳酸杆菌、耐性乳菌、ともいい、種は特に限定されない。例えば、以下に示すラクトバチラス属の種由来のD−乳酸脱水素酵素タンパク質が知られている。 “Lactobacillus bacteria” are also called lactobacilli and resistant lactobacilli, and the species is not particularly limited. For example, the following D-lactate dehydrogenase proteins derived from Lactobacillus species are known.
1)Lactobacillus johnsonii
ACCESSION AF071558
AUTHORS Lapierre,L., Germond,J.E., Ott,A., Delley,M. and Mollet,B.
TITLE D-Lactate dehydrogenase gene (ldhD) inactivation and resulting metabolic effects in the Lactobacillus johnsonii strains La1 and N312
JOURNAL Appl. Environ. Microbiol. 65 (9), 4002-4007 (1999)
PUBMED 10473408
2)Lactobacillus acidophilus NCFM
ACCESSION CP000033
AUTHORS Altermann,E., Russell,W.M., Azcarate-Peril,M.A., Barrangou,R., Buck,B.L., McAuliffe,O., Souther,N., Dobson,A., Duong,T., Callanan,M., Lick,S., Hamrick,A., Cano,R. and Klaenhammer,T.R.
TITLE Complete genome sequence of the probiotic lactic acid bacterium Lactobacillus acidophilus NCFM
JOURNAL Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (11), 3906-3912 (2005)
PUBMED 15671160
3)L.helveticus
ACCESSION X66723
AUTHORS Kochhar,S., Hottinger,H., Chuard,N., Taylor,P.G., Atkinson,T., Scawen,M.D. and Nicholls,D.J.
TITLE Cloning and overexpression of Lactobacillus helveticus D-lactate dehydrogenase gene in Escherichia coli
JOURNAL Eur. J. Biochem. 208 (3), 799-805 (1992)
PUBMED 1396685
4)Lactobacillus delbrueckii (Lactobacillus delbrueckii-2)
ACCESSION M85224
AUTHORS Kochhar,S., Hunziker,P.E., Leong-Morgenthaler,P. and Hottinger,H.
TITLE Primary structure, physicochemical properties, and chemical modification of NAD(+)-dependent D-lactate dehydrogenase. Evidence for the presence of Arg-235, His-303, Tyr-101, and Trp-19 at or near the active site
JOURNAL J. Biol. Chem. 267 (12), 8499-8513 (1992)
PUBMED 1569100
5)L.delbrueckii subsp. Bulgaricus (Lactobacillus delbrueckii)
ACCESSION X60220
AUTHORS Bernard,N., Ferain,T., Garmyn,D., Hols,P. and Delcour,J.
TITLE Cloning of the D-lactate dehydrogenase gene from Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus by complementation in Escherichia coli
JOURNAL FEBS Lett. 290 (1-2), 61-64 (1991)
PUBMED 1915894
6)Lactobacillus plantarum
ACCESSION D90339
AUTHORS Taguchi,H. and Ohta,T.
TITLE D-lactate dehydrogenase is a member of the D-isomer-specific 2-hydroxyacid dehydrogenase family. Cloning, sequencing, and expression in Escherichia coli of the D-lactate dehydrogenase gene of Lactobacillus plantarum
JOURNAL J. Biol. Chem. 266 (19), 12588-12594 (1991)
PUBMED 1840590
7)Lactobacillus sp. MD-1
ACCESSION AY496011
REFERENCE 1 (bases 1 to 996)
AUTHORS Li,J., Liu,R., Liang,F. and Zhang,X.
TITLE Cloning and sequence analysis of D-Lactate dehydrogenase gene in Lactobacillus sp. MD-1
JOURNAL Unpublished
REFERENCE 2 (bases 1 to 996)
AUTHORS Li,J., Liu,R., Liang,F. and Zhang,X.
TITLE Direct Submission
JOURNAL Submitted (05-DEC-2003) Microbiology, College of Life Science, Nankai University, 94 Weijin Road, Tianjin, Tianjin 300071, PRC
8)Lactobacillus sp. MONT4
ACCESSION AY301012
AUTHORS Weekes,J. and Yuksel,G.U.
TITLE Molecular Characterization of Two Lactate Dehydrogenase Genes with a Novel Structural Organization on the Genome of Lactobacillus sp. Strain MONT4
JOURNAL Appl. Environ. Microbiol. 70 (10), 6290-6295 (2004)
PUBMED 15466577
本発明において、「核酸」は、DNA、RNA、cDNAの他に合成DNA、合成RNAを含む。さらにはこれらを含むベクターなども本発明の「核酸」の範囲内である。特に言及しない限り、二本鎖、一本鎖のいずれかの態様も含む。二本鎖の場合、本明細書で塩基配列に言及する場合、その相補的な塩基配列も含めて意図する。1つの好ましい態様において、核酸は、実質的に、混入する内因性成分を含まない。核酸分子は、好ましくは、少なくとも1度は、実質的に純粋な形で、そして標準的生化学法(Sambrookら, Molecular Cloning:A Laboratory Manual, 第2版, Cold Spring Harbor Laboratory, ニューヨーク州コールドスプリングハーバー(1989)に概略されるものなど)によって、その成分ヌクレオチド配列の同定、操作および回収を可能にする量または濃度で単離されているDNAまたはRNAに由来している。
1) Lactobacillus johnsonii
ACCESSION AF071558
AUTHORS Lapierre, L., Germond, JE, Ott, A., Delley, M. and Mollet, B.
TITLE D-Lactate dehydrogenase gene (ldhD) inactivation and resulting metabolic effects in the Lactobacillus johnsonii strains La1 and N312
JOURNAL Appl. Environ. Microbiol. 65 (9), 4002-4007 (1999)
PUBMED 10473408
2) Lactobacillus acidophilus NCFM
ACCESSION CP000033
AUTHORS Altermann, E., Russell, WM, Azcarate-Peril, MA, Barrangou, R., Buck, BL, McAuliffe, O., Souther, N., Dobson, A., Duong, T., Callanan, M., Lick, S., Hamrick, A., Cano, R. And Klaenhammer, TR
TITLE Complete genome sequence of the probiotic lactic acid bacterium Lactobacillus acidophilus NCFM
JOURNAL Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 (11), 3906-3912 (2005)
PUBMED 15671160
3) L.helveticus
ACCESSION X66723
AUTHORS Kochhar, S., Hottinger, H., Chuard, N., Taylor, PG, Atkinson, T., Scawen, MD and Nicholls, DJ
TITLE Cloning and overexpression of Lactobacillus helveticus D-lactate dehydrogenase gene in Escherichia coli
JOURNAL Eur. J. Biochem. 208 (3), 799-805 (1992)
PUBMED 1396685
4) Lactobacillus delbrueckii (Lactobacillus delbrueckii-2)
ACCESSION M85224
AUTHORS Kochhar, S., Hunziker, PE, Leong-Morgenthaler, P. and Hottinger, H.
TITLE Primary structure, physicochemical properties, and chemical modification of NAD (+)-dependent D-lactate dehydrogenase.Evidence for the presence of Arg-235, His-303, Tyr-101, and Trp-19 at or near the active site
JOURNAL J. Biol. Chem. 267 (12), 8499-8513 (1992)
PUBMED 1569100
5) L. delbrueckii subsp. Bulgaricus (Lactobacillus delbrueckii)
ACCESSION X60220
AUTHORS Bernard, N., Ferain, T., Garmyn, D., Hols, P. and Delcour, J.
TITLE Cloning of the D-lactate dehydrogenase gene from Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus by complementation in Escherichia coli
JOURNAL FEBS Lett. 290 (1-2), 61-64 (1991)
PUBMED 1915894
6) Lactobacillus plantarum
ACCESSION D90339
AUTHORS Taguchi, H. And Ohta, T.
TITLE D-lactate dehydrogenase is a member of the D-isomer-specific 2-hydroxyacid dehydrogenase family.Cloning, sequencing, and expression in Escherichia coli of the D-lactate dehydrogenase gene of Lactobacillus plantarum
JOURNAL J. Biol. Chem. 266 (19), 12588-12594 (1991)
PUBMED 1840590
7) Lactobacillus sp. MD-1
ACCESSION AY496011
REFERENCE 1 (
AUTHORS Li, J., Liu, R., Liang, F. And Zhang, X.
TITLE Cloning and sequence analysis of D-Lactate dehydrogenase gene in Lactobacillus sp. MD-1
JOURNAL Unpublished
REFERENCE 2 (
AUTHORS Li, J., Liu, R., Liang, F. And Zhang, X.
TITLE Direct Submission
JOURNAL Submitted (05-DEC-2003) Microbiology, College of Life Science, Nankai University, 94 Weijin Road, Tianjin, Tianjin 300071, PRC
8) Lactobacillus sp. MONT4
ACCESSION AY301012
AUTHORS Weekes, J. and Yuksel, GU
TITLE Molecular Characterization of Two Lactate Dehydrogenase Genes with a Novel Structural Organization on the Genome of Lactobacillus sp. Strain MONT4
JOURNAL Appl. Environ. Microbiol. 70 (10), 6290-6295 (2004)
PUBMED 15466577
In the present invention, “nucleic acid” includes synthetic DNA and synthetic RNA in addition to DNA, RNA and cDNA. Furthermore, vectors containing these are also within the scope of the “nucleic acid” of the present invention. Unless specifically stated, either double-stranded or single-stranded embodiments are included. In the case of a double strand, when a base sequence is referred to in this specification, it is intended to include its complementary base sequence. In one preferred embodiment, the nucleic acid is substantially free of contaminating endogenous components. The nucleic acid molecule is preferably in a substantially pure form at least once and can be obtained using standard biochemical methods (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring, NY). (Such as those outlined in Harbor (1989)) from DNA or RNA that has been isolated in amounts or concentrations that allow the identification, manipulation, and recovery of its component nucleotide sequences.
本発明は、変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸に関する。ここにおいて、前記変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、1)天然のアミノ酸配列において1またはそれより多くのアミノ酸残基が別のアミノ酸残基に置換されていること、そして、2)溶液における保存安定性が向上していること、を特徴とする。 The present invention relates to a nucleic acid encoding a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein. Wherein the mutant D-lactate dehydrogenase protein is: 1) one or more amino acid residues are replaced with another amino acid residue in the natural amino acid sequence, and 2) a solution The storage stability in is improved.
上述したように、天然の(野生型の)ラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質が知られており、そのアミノ酸配列および塩基配列も公知である。本発明は天然のアミノ酸配列において、1またはそれより多くのアミノ酸残基を、天然のアミノ酸残基とは異なる別のアミノ酸残基に置換することによって、D−乳酸脱水素酵素タンパク質の溶液における保存安定性を向上させることに成功したことに基づく。 As described above, a natural (wild-type) Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein is known, and its amino acid sequence and base sequence are also known. The present invention conserves D-lactate dehydrogenase protein in solution by replacing one or more amino acid residues with another amino acid residue different from the natural amino acid residue in the natural amino acid sequence. Based on success in improving stability.
本明細書において後述する実施例は、ランダム変異導入を用いて、ラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質のアミノ酸配列にランダムに変異が導入された変異型を作成し、熱安定性及び/又はpH安定性を測定し、天然のタンパク質よりも残存活性が高いものを、本発明の好ましい変異体として選択した。このように、ランダム変異導入を用いてより多くの変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質を作成し、溶液における保存安定性が向上している、即ち、熱安定性及び/又はpH安定性が向上しているものを、繰り返し選択することにより、さらに別の変異体を得ることが可能である。実施例4では、40℃、15分の条件下で野生型よりも溶液における保存安定性(溶液安定性)が向上した変異体を選択した。スクリーニングの条件を変更することにより、選定する温度条件を緩める、あるいは保存時間を長くする、等により、さらに変異体を得ることが可能である。当業者は、本明細書の開示により本発明のアミノ酸が置換される部位及び数の好ましい態様を把握することが可能である。 Examples described later in this specification use random mutagenesis to create mutants in which mutations are randomly introduced into the amino acid sequence of the D-lactate dehydrogenase protein of Lactobacillus bacteria, Alternatively, pH stability was measured, and those having higher residual activity than natural proteins were selected as preferred mutants of the present invention. In this way, more mutant D-lactate dehydrogenase proteins are prepared using random mutagenesis, and the storage stability in the solution is improved, that is, the thermal stability and / or the pH stability is improved. It is possible to obtain further mutants by repeatedly selecting those that are improved. In Example 4, a mutant having improved storage stability (solution stability) in a solution compared to the wild type under conditions of 40 ° C. and 15 minutes was selected. By changing the screening conditions, it is possible to further obtain mutants by relaxing the temperature conditions to be selected or increasing the storage time. Those skilled in the art can ascertain the preferred embodiments of the site and number at which the amino acid of the present invention is substituted according to the disclosure of the present specification.
あるいは、配列中の特定の部位を標的して変異体を製造する場合には、公知の部位特異的変異導入を採用することができる。
本発明において、D−乳酸脱水素酵素タンパク質の「熱安定性」が向上したとは、限定されるわけではないが、例えば、実施例6に記載されたように、pH9.0において15分間処理した場合に、残存活性75%が保たれる温度が、野生型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質の場合よりも高くなることを意味する。具体的には、表1に示したように、Lactobacillus sp. NBRC14511由来の野生型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、残存活性75%が保たれる温度(熱安定性)が30℃であった。これに対し、本発明の変異型は、いずれも37℃から55℃まで安定であった。
Alternatively, when a mutant is produced by targeting a specific site in the sequence, known site-directed mutagenesis can be employed.
In the present invention, the “thermal stability” of the D-lactate dehydrogenase protein is not limited, but for example, as described in Example 6, the treatment is performed at pH 9.0 for 15 minutes. This means that the temperature at which the remaining activity of 75% is maintained is higher than that of the wild type D-lactate dehydrogenase protein. Specifically, as shown in Table 1, Lactobacillus sp. The wild type D-lactate dehydrogenase protein derived from NBRC14511 had a temperature (thermal stability) at which the remaining activity of 75% was maintained at 30 ° C. On the other hand, all of the mutants of the present invention were stable from 37 ° C to 55 ° C.
本発明において、D−乳酸脱水素酵素タンパク質の「熱安定性」が向上したとは、限定されるわけではないが、例えば、実施例6に記載されたように、25℃で7日間保存した場合に、残存活性90%が保たれるpH範囲が、野生型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質の場合よりも広くなることを意味する。具体的には、表1に示したように、Lactobacillus sp. NBRC14511由来の野生型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、残存活性90%が保たれる範囲(pH安定性)は、pH5.5−8.0であった。これに対し、本発明の変異型は、いずれも少なくともpH5.5−8.5でより高いpHでも安定であった。より好ましくは、pH5.5−9.5で、さらに好ましくはpH5.5−10.0で安定であった。 In the present invention, it is not limited that “thermal stability” of D-lactate dehydrogenase protein has been improved. For example, as described in Example 6, the protein was stored at 25 ° C. for 7 days. In this case, it means that the pH range in which the remaining activity of 90% is maintained is wider than that of the wild type D-lactate dehydrogenase protein. Specifically, as shown in Table 1, Lactobacillus sp. In the wild-type D-lactate dehydrogenase protein derived from NBRC14511, the range in which the residual activity was maintained at 90% (pH stability) was pH 5.5-8.0. In contrast, all of the mutants of the present invention were stable at a higher pH of at least pH 5.5-8.5. More preferably, it was stable at pH 5.5-9.5, and more preferably at pH 5.5-10.0.
また、「溶液における保存安定性」には、「熱安定性」及び/又は「pH安定性」の他に、通常の条件下(例えば25℃、pH7.0等の至適pH)で長時間保存場合の安定性等が含まれる。 In addition to “thermal stability” and / or “pH stability”, “storage stability in solution” includes a long period of time under normal conditions (for example, optimum pH such as 25 ° C. and pH 7.0). This includes stability during storage.
図1及び図2は、本発明の態様として実施例において作製された、Lactobacillus sp. NBRC14511由来の変異型のD−乳酸脱水素酵素の熱安定性及びpH安定性を示す。変異体「G195C」は、配列番号1において195番目のグリシンがシステインに置換されている変異体である。変異体「E9G/E275K/I286V」は、配列番号1において9番目のグルタミン酸がグリシンに、275番目のグルタミン酸がリシンに、そして286番目のイソロイシンがバリンに各々置換されている変異体である。変異体「I286V]は、286番目のイソロイシンがバリンに置換されている変異体である。「K156R/N340K」は、156番目のリシンがアルギニンに、そして340番目のアスパラギンがリシンに置換されている変異体である。いずれの変異体も、同種由来の野生型のD−乳酸脱水素酵素と比較して「熱安定性」及び/又は「pH安定性」が向上している。 1 and 2 show Lactobacillus sp. Prepared in Examples as an embodiment of the present invention. The thermostability and pH stability of a mutant D-lactate dehydrogenase derived from NBRC14511 are shown. The variant “G195C” is a variant in which the 195th glycine in SEQ ID NO: 1 is substituted with cysteine. The mutant “E9G / E275K / I286V” is a mutant in which the ninth glutamic acid is replaced by glycine, the 275th glutamic acid is replaced by lysine, and the 286th isoleucine is replaced by valine in SEQ ID NO: 1. Mutant “I286V” is a mutant in which 286th isoleucine is replaced with valine, and “K156R / N340K” has 156th lysine replaced with arginine and 340th asparagine replaced with lysine. It is a mutant. All the mutants have improved “thermostability” and / or “pH stability” as compared to wild-type D-lactate dehydrogenase derived from the same species.
よって、本発明において、非限定的に、好ましくは、変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、配列番号1の9番目、156番目、195番目、275番目、286番目及び340番目に相当するアミノ酸残基からなるグループから選択される1またはそれより多くのアミノ酸残基が、天然のアミノ酸残基とは別のアミノ酸残基に置換されている。配列番号1は、Lactobacillus.sp.(NBRC14511)の天然型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質のアミノ酸配列である。当該タンパク質は、配列番号2の塩基配列を有する核酸によってコードされている。「配列番号1の9番目、156番目、195番目、275番目、286番目及び340番目に相当するアミノ酸残基」とは、好ましくは配列番号1におけるこれらのアミノ酸残基を意味する。しかしながら、これに限定されず、他のラクトバチラス属の他の種の細菌由来の天然型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質のアミノ酸配列を、配列番号1のアミノ酸配列と並列させた場合に、上記アミノ酸残基に相当する位置に存在するアミノ酸残基を同様に、天然のアミノ酸残基とは別のアミノ酸残基に置換させることにより、本発明の変異体タンパク質を得ることができる。 Therefore, in the present invention, preferably, the non-limiting D-lactate dehydrogenase protein corresponds to the ninth, 156th, 195th, 275th, 286th and 340th positions of SEQ ID NO: 1. One or more amino acid residues selected from the group consisting of amino acid residues are substituted with amino acid residues different from natural amino acid residues. SEQ ID NO: 1 is Lactobacillus. sp. It is the amino acid sequence of the natural type D-lactate dehydrogenase protein of (NBRC14511). The protein is encoded by a nucleic acid having the base sequence of SEQ ID NO: 2. “The amino acid residues corresponding to the 9th, 156th, 195th, 275th, 286th and 340th positions of SEQ ID NO: 1” preferably mean these amino acid residues in SEQ ID NO: 1. However, the present invention is not limited to this. When the amino acid sequence of a natural D-lactate dehydrogenase protein derived from another bacterium of another species of Lactobacillus is aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, Similarly, the mutant protein of the present invention can be obtained by substituting an amino acid residue present at a position corresponding to a residue with an amino acid residue different from the natural amino acid residue.
例えば、図3は、後述の実施例1でクローニングされたLactobacillus.sp.(NBRC14511)の天然型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質のアミノ酸配列と、前記タンパク質をコードする遺伝子を単離するためのプローブ作製時に参照した、公知のラクトバチラス属由来のD−乳酸脱水素酵素タンパク質の5種のアミノ酸配列を、相同性が最大となるように並べたもの(アラインメント)である。図3に示されたように例えば、Lactobacillus.sp.(NBRC14511)の配列番号1の195番目のアミノ酸残基は、他の種由来のD−乳酸脱水素酵素タンパク質では、167番目又は168番目に相当し、いずれもグリシンであることがわかる。 For example, FIG. 3 shows Lactobacillus. sp. The amino acid sequence of (NBRC14511) natural D-lactate dehydrogenase protein and the D-lactate dehydrogenase protein derived from the known genus Lactobacillus, which was referred to when preparing a probe for isolating the gene encoding the protein These five amino acid sequences are aligned so as to maximize homology (alignment). As shown in FIG. 3, for example, Lactobacillus. sp. It can be seen that the 195th amino acid residue of SEQ ID NO: 1 of (NBRC14511) corresponds to the 167th or 168th position in the D-lactate dehydrogenase protein derived from other species, and both are glycine.
図4は、図3にさらに、 Lactobacillus.acidophilus、Lactobacillus.sp. MD−1及びLactobacillus.sp. MONT4のラクトバチラス属由来の3種由来のD−乳酸脱水素酵素タンパク質のアミノ酸配列をアラインして並べたものである。相同性が最大となるようにアラインする都合上、例えば、配列番号1の195番目のアミノ酸残基グリシンは、図4では197番目のアミノ酸残基として表記されている。 FIG. 4 further shows that Lactobacillus. acidophilus, Lactobacillus. sp. MD-1 and Lactobacillus. sp. The amino acid sequences of D-lactate dehydrogenase proteins derived from three species derived from the genus Lactobacillus of MONT4 are aligned and arranged. For the convenience of alignment so that the homology is maximized, for example, the 195th amino acid residue glycine of SEQ ID NO: 1 is represented as the 197th amino acid residue in FIG.
好ましくは、前記変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、以下のいずれかの条件の1またはそれより多くを満たす:
1)配列番号1の9番目に相当するアミノ酸残基がグリシンに置換されている;
2)配列番号1の156番目に相当するアミノ酸残基がアルギニンに置換されている;
3)配列番号1の195番目に相当するアミノ酸残基がシステインに置換されている;
4)配列番号1の275番目に相当するアミノ酸残基がリシンに置換されている;
5)配列番号1の286番目に相当するアミノ酸残基がバリンに置換されている;及び
6)配列番号1の340番目に相当するアミノ酸残基がリシンに置換されている
しかしながら、置換後のアミノ酸残基は上記に限定されない。当業者は本明細書の開示に基づいて、上記以外へのアミノ酸残基への置換も適宜採用することが可能である。
Preferably, said mutant D-lactate dehydrogenase protein satisfies one or more of any of the following conditions:
1) the amino acid residue corresponding to position 9 of SEQ ID NO: 1 is substituted with glycine;
2) the amino acid residue corresponding to position 156 of SEQ ID NO: 1 is substituted with arginine;
3) the amino acid residue corresponding to position 195 of SEQ ID NO: 1 is substituted with cysteine;
4) the amino acid residue corresponding to position 275 of SEQ ID NO: 1 is substituted with lysine;
5) The amino acid residue corresponding to position 286 of SEQ ID NO: 1 is substituted with valine; and 6) The amino acid residue corresponding to position 340 of SEQ ID NO: 1 is replaced with lysine. Residues are not limited to the above. Those skilled in the art can appropriately employ substitutions of amino acid residues other than those described above based on the disclosure of the present specification.
配列番号1の9番目、156番目、195番目、275番目、286番目及び340番目に相当するアミノ酸残基において、置換は1箇所でもよく、あるいは、任意の複数箇所(最大6箇所)で生じてよい。このましい置換箇所の例は、195番目単独、286番目単独、あるいは、9番目/275番目/286番目の組み合わせ、又は、156番目/340番目の組み合わせである。 In the amino acid residues corresponding to the 9th, 156th, 195th, 275th, 286th and 340th positions of SEQ ID NO: 1, the substitution may be performed at one position or may occur at any plural positions (up to 6 positions). Good. Examples of such a preferable replacement location are the 195th single, the 286th single, the 9th / 275th / 286th combination, or the 156th / 340th combination.
好ましくは、配列番号1の195番目に相当するアミノ酸残基が単独で置換されている変異体である。より好ましくは、配列番号1の195番目に相当するアミノ酸残基がシステインに置換されている。最も好ましくは、配列番号1の195番目に相当するアミノ酸残基グリシンがシステインに置換されている。 Preferably, it is a variant in which the amino acid residue corresponding to position 195 of SEQ ID NO: 1 is substituted alone. More preferably, the amino acid residue corresponding to position 195 of SEQ ID NO: 1 is substituted with cysteine. Most preferably, the amino acid residue glycine corresponding to position 195 of SEQ ID NO: 1 is substituted with cysteine.
本発明の変異体の基礎となる天然のD−乳酸脱水素酵素
本発明は一態様において、「天然」のラクトバチラス細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質において、天然のアミノ酸配列において1またはそれより多くのアミノ酸残基を別のアミノ酸残基に置換することによって、その溶液における保存安定性が向上した変異型のタンパク質を提供するものである。本明細書において、「天然」のD−乳酸脱水素酵素タンパク質とは、ラクトバチラス細菌に天然に存在することが実際に確認されているもののみならず、確認されているタンパク質のアミノ酸配列と、活性に関与しない一部のアミノ酸配列が相違するが酵素の溶液安定性が変化しない相同体タンパク質も含む。
Natural D-Lactate Dehydrogenase Underlying the Variant of the Invention In one aspect, the present invention relates to a “natural” Lactobacillus bacterial D-lactate dehydrogenase protein, wherein one or more natural amino acid sequences are present. By substituting one amino acid residue with another amino acid residue, a mutant protein having improved storage stability in the solution is provided. In the present specification, the “natural” D-lactate dehydrogenase protein is not only one that has actually been confirmed to exist naturally in Lactobacillus bacteria, but also the amino acid sequence and activity of the protein that has been confirmed. Also included are homologous proteins that differ in some amino acid sequences that are not involved in, but do not change the solution stability of the enzyme.
限定されるわけではないが、本発明において、好ましくは、前記ラクトバチラス属細菌が、Lactobacillus sp. NBRC14511であり、D−乳酸脱水素酵素タンパク質の天然のアミノ酸配列が配列番号1に記載のアミノ酸配列を有する。即ち、好ましくは、本発明の変異体は配列番号1に記載の天然のアミノ酸配列からの変異体である。D−乳酸脱水素酵素タンパク質の天然のアミノ酸配列は、好ましくは配列番号2の塩基配列によってコードされる。即ち、好ましくは、本発明の変異体をコードする核酸は、配列番号2に記載の天然の塩基配列からの変異体である。 Although not necessarily limited, in the present invention, preferably, the Lactobacillus bacterium is Lactobacillus sp. NBRC14511, the natural amino acid sequence of the D-lactate dehydrogenase protein has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. That is, preferably, the mutant of the present invention is a mutant from the natural amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. The natural amino acid sequence of D-lactate dehydrogenase protein is preferably encoded by the base sequence of SEQ ID NO: 2. That is, preferably, the nucleic acid encoding the mutant of the present invention is a mutant from the natural base sequence shown in SEQ ID NO: 2.
1つ以上のコドンが同一のアミノ酸をコードする場合があり、遺伝暗号の縮重と呼ばれている。このため、配列番号2と完全には一致していないDNA配列が、配列番号1と全く同一のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードすることがあり得る。こうした縮重DNA配列は、サイレント(silent)突然変異(例えば、PCR増幅中に発生する)から生じてもよいし、または天然配列の意図的な突然変異誘発の産物であってもよい。縮重DNA配列は、天然の配列番号2と同様に配列番号1のアミノ酸配列をコードするため、本発明の変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質(変異体)をコードする核酸を作製するための基礎となりうる。 One or more codons may encode the same amino acid, which is called the degeneracy of the genetic code. For this reason, a DNA sequence that does not completely match SEQ ID NO: 2 may encode a protein having the same amino acid sequence as SEQ ID NO: 1. Such degenerate DNA sequences may result from silent mutations (eg, occurring during PCR amplification) or may be the product of intentional mutagenesis of native sequences. Since the degenerate DNA sequence encodes the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the same manner as natural SEQ ID NO: 2, a nucleic acid encoding the mutant D-lactate dehydrogenase protein (variant) of the present invention is prepared. Can be the basis of
配列番号1以外にも、例えば、図3及4に記載した公知のラクトバチラス属細菌の天然のD−乳酸脱水素酵素タンパク質のアミノ酸配列も、本発明の変異体を作製するための基礎となりうる。しかしさらに、これらに限定されず天然の配列において、1またはそれ以上のアミノ酸配列が欠失、付加または置換しているアミノ酸配列であっても、酵素の溶液安定性が変化しない相同体であれば、「天然のアミノ酸配列」として、本発明の変異体作製の基礎となりうる。このような「アミノ酸変異」は1から複数個、好ましくは、1ないし20個、より好ましくは1ないし10個、最も好ましくは1ないし5個である。 In addition to SEQ ID NO: 1, for example, the amino acid sequences of known D-lactate dehydrogenase proteins of known Lactobacillus bacteria described in FIGS. 3 and 4 can also serve as a basis for producing the mutant of the present invention. However, the present invention is not limited to these, and any homologue that does not change the solution stability of the enzyme, even if the amino acid sequence of one or more amino acid sequences is deleted, added or substituted in the natural sequence, is not limited. The “natural amino acid sequence” can be the basis for the production of the mutant of the present invention. Such “amino acid mutation” is 1 to plural, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, most preferably 1 to 5.
これらの相同体は、天然のアミノ酸配列、例えば配列番号1と、少なくとも約70%、好ましくは約80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の同一性を有する。 These homologues are at least about 70%, preferably about 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, most preferably 98% or more with the natural amino acid sequence, eg, SEQ ID NO: 1. Have identity.
アミノ酸の同一性パーセントは、視覚的検査及び数学的計算により決定してもよい。あるいは、2つのタンパク質配列の同一性パーセントは、Needleman,S.B.及びWunsch,C.D.(J.Mol.Biol.,48:443−453,1970)のアルゴリズムに基づき、そしてウィスコンシン大学遺伝学コンピューターグループ(UWGCG)より入手可能なGAPコンピュータープログラムを用い配列情報を比較することにより、決定してもよい。GAPプログラムの好ましいデフォルトパラメーターには:(1)Henikoff,S及びHenikoff,J.G.(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,89:10915−10919,1992)に記載されるような、スコアリング・マトリックス、blosum62;(2)12のギャップ加重;(3)4のギャップ長加重;及び(4)末端ギャップに対するペナルティなし、が含まれる。 The percent amino acid identity may be determined by visual inspection and mathematical calculation. Alternatively, the percent identity of two protein sequences can be determined by Needleman, S .; B. And Wunsch, C.I. D. (J. Mol. Biol., 48: 443-453, 1970) and determined by comparing sequence information using the GAP computer program available from the University of Wisconsin Genetics Computer Group (UWGCG). May be. Preferred default parameters for the GAP program include: (1) Henikoff, S and Henikoff, J. et al. G. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 10915-10919, 1992), scoring matrix, blossum 62; (2) 12 gap weights; (3) 4 gap length weights; And (4) no penalty for end gaps.
当業者に用いられる、配列比較の他のプログラムもまた、用いてもよい。同一性のパーセントは、例えばAltschulら(Nucl.Acids.Res.25.,p.3389−3402,1997)に記載されているBLASTプログラムを用いて配列情報と比較し決定することが可能である。当該プログラムは、インターネット上でNational Center for Biotechnology Information(NCBI)、あるいはDNA Data Bank of Japan(DDBJ)のウェブサイトから利用することが可能である。BLASTプログラムによる相同性検索の各種条件(パラメーター)は同サイトに詳しく記載されており、一部の設定を適宜変更することが可能であるが、検索は通常デフォルト値を用いて行う。 Other programs used by those skilled in the art of sequence comparison may also be used. The percent identity can be determined by comparison with sequence information using, for example, the BLAST program described in Altschul et al. (Nucl. Acids. Res. 25., p. 3389-3402, 1997). The program can be used on the Internet from the website of National Center for Biotechnology Information (NCBI) or DNA Data Bank of Japan (DDBJ). Various conditions (parameters) for homology search by the BLAST program are described in detail on the same site, and some settings can be appropriately changed, but the search is usually performed using default values.
本発明の変異体の作製の基礎となる相同体をコードする核酸はまた、天然の塩基配列を有する核酸、例えば、配列番号2にストリンジェントな条件下、例えば、中程度又は高程度にストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることが可能であり、かつ、溶液安定性のD−乳酸脱水素酵素活性を示す相同体タンパク質をコードする核酸を含む。 A nucleic acid encoding a homologue that forms the basis of the production of the mutant of the present invention is also a nucleic acid having a natural base sequence, for example, a stringent condition that is moderately or highly stringent under conditions stringent to SEQ ID NO: 2, for example. And a nucleic acid encoding a homologous protein that can hybridize under mild conditions and exhibits solution-stable D-lactate dehydrogenase activity.
「ストリンジェントな条件下」とは、中程度または高程度にストリンジェントな条件においてハイブリダイズすることを意味する。具体的には、中程度にストリンジェントな条件は、例えば、DNAの長さに基づき、一般の技術を有する当業者によって、容易に決定することが可能である。基本的な条件は、Sambrookら,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第3版,第6−7章,Cold Spring Harbor Laboratory Press,2001に示され、そしてニトロセルロースフィルターに関し、5×SSC、0.5% SDS、1.0mM EDTA(pH8.0)の前洗浄溶液、約40−50℃での、約50%ホルムアミド、2×SSC−6×SSC(または約42℃での約50%ホルムアミド中の、スターク溶液(Stark’s solution)などの他の同様のハイブリダイゼーション溶液)のハイブリダイゼーション条件、および約60℃、0.5×SSC、0.1% SDSの洗浄条件の使用が含まれる。好ましくは中程度にストリンジェントな条件は、約50℃、6×SSCのハイブリダイゼーション条件を含む。高ストリンジェントな条件もまた、例えばDNAの長さに基づき、当業者によって、容易に決定することが可能である。一般に、こうした条件は、中程度にストリンジェントな条件よりも高い温度および/または低い塩濃度でのハイブリダイゼーション(例えば、約65℃、6×SSCないし0.2×SSC、好ましくは6×SSC、より好ましくは2×SSC、最も好ましくは0.2×SSCのハイブリダイゼーション)および/または洗浄を含み、例えば上記のようなハイブリダイゼーション条件、およびおよそ68℃、0.2×SSC、0.1% SDSの洗浄を伴うと定義される。ハイブリダイゼーションおよび洗浄の緩衝液では、SSC(1×SSCは、0.15M NaClおよび15mM クエン酸ナトリウムである)にSSPE(1×SSPEは、0.15M NaCl、10mM NaH2PO4、および1.25mM EDTA、pH7.4である)を代用することが可能であり、洗浄はハイブリダイゼーションが完了した後で15分間行う。 “Stringent conditions” means to hybridize under moderately or highly stringent conditions. Specifically, moderately stringent conditions can be easily determined by those skilled in the art having general techniques based on, for example, the length of the DNA. Basic conditions are shown in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd edition, Chapter 6-7, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001, and for nitrocellulose filters, 5 × SSC, 0.5 Pre-wash solution of% SDS, 1.0 mM EDTA, pH 8.0, about 50% formamide at about 40-50 ° C., 2 × SSC-6 × SSC (or about 50% formamide at about 42 ° C. , Other similar hybridization solutions such as Stark's solution), and the use of washing conditions of about 60 ° C., 0.5 × SSC, 0.1% SDS. Preferably moderately stringent conditions include hybridization conditions of about 50 ° C. and 6 × SSC. High stringency conditions can also be readily determined by one skilled in the art based on, for example, the length of the DNA. In general, these conditions include hybridization at higher temperatures and / or lower salt concentrations than moderately stringent conditions (eg, about 65 ° C., 6 × SSC to 0.2 × SSC, preferably 6 × SSC, More preferably 2 × SSC, most preferably 0.2 × SSC hybridization) and / or washing, eg hybridization conditions as described above, and approximately 68 ° C., 0.2 × SSC, 0.1% Defined with SDS washing. In hybridization and wash buffers, SSC (1 × SSC is 0.15 M NaCl and 15 mM sodium citrate) to SSPE (1 × SSPE is 0.15 M NaCl, 10 mM NaH 2 PO 4 , and 1. 25 mM EDTA, pH 7.4) can be substituted, and washing is performed for 15 minutes after hybridization is complete.
当業者に知られていて、以下にさらに記載したように、ハイブリダイゼーション反応と二本鎖の安定性を支配する基本原理を適用することによって望ましい度合いのストリンジェンシーを達成するためには、洗浄温度と洗浄塩濃度を必要に応じて調整することが可能であると理解すべきである(例えば、Sambrookら、2001を参照されたい)。核酸を未知配列の標的核酸へハイブリダイズさせる場合、ハイブリッドの長さはハイブリダイズする核酸のそれであると仮定される。既知配列の核酸をハイブリダイズさせる場合、ハイブリッドの長さは核酸の配列を並列し、最適な配列相補性をもつ単数または複数の領域を同定することによって決定可能である。50塩基対未満の長さであることが予測されるハイブリッドのハイブリダイゼーション温度は、ハイブリッドの融解温度(Tm)より5−25℃低くなければならず、Tmは、以下の等式により決定される。長さ18塩基対未満のハイブリッドに関して、Tm(℃)=2(A+T塩基数)+4(G+C塩基数)。18塩基対を超える長さのハイブリッドに関しては、Tm=81.5℃+16.6(log10[Na+])+41(モル分率[G+C])−0.63(%ホルムアミド)−500/nであり、ここで、Nはハイブリッド中の塩基数であり、そして[Na+]は、ハイブリダイゼーション緩衝液中のナトリウムイオン濃度である(1×SSCの[Na+]=0.165M)。好ましくは、こうしたハイブリダイズする核酸は各々、少なくとも8ヌクレオチド(または、より好ましくは、少なくとも15ヌクレオチド、または少なくとも20ヌクレオチド、または少なくとも25ヌクレオチド、または少なくとも30ヌクレオチド、または少なくとも40ヌクレオチド、または最も好ましくは少なくとも50ヌクレオチド)、またはそれがハイブリダイズする核酸の長さの少なくとも1%(より好ましくは少なくとも25%、または少なくとも50%、または少なくとも70%、そして最も好ましくは少なくとも80)である長さを有し、それがハイブリダイズする核酸と少なくとも50%(より好ましくは少なくとも70%、少なくとも 75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも97.5%、または少なくとも99%、そして最も好ましくは少なくとも99.5%)の配列同一性を有する。ここで配列同一性は、上記により詳しく記載されるように、重複部分と同一性を最大化する一方、配列ギャップを最小化するように並列された、ハイブリダイズする核酸の配列を比較することによって決定される。 In order to achieve the desired degree of stringency by applying the basic principles known to those skilled in the art and governing the hybridization reaction and duplex stability, as further described below, the wash temperature It should be understood that the wash salt concentration can be adjusted as needed (see, eg, Sambrook et al., 2001). When hybridizing a nucleic acid to a target nucleic acid of unknown sequence, the hybrid length is assumed to be that of the hybridizing nucleic acid. When hybridizing nucleic acids of known sequence, the length of the hybrid can be determined by juxtaposing the nucleic acid sequences and identifying the region or regions with optimal sequence complementarity. The hybridization temperature for hybrids anticipated to be the length of less than 50 base pairs, not should be 5-25 less ℃ than hybrid melting temperature (T m), T m is determined by the following equation Is done. For hybrids less than 18 base pairs in length, T m (° C.) = 2 (A + T base number) +4 (G + C base number). For hybrids longer than 18 base pairs, T m = 81.5 ° C. + 16.6 (log 10 [Na + ]) + 41 (molar fraction [G + C]) − 0.63 (% formamide) −500 / n, where N is the number of bases in the hybrid, and [Na + ] is the sodium ion concentration in the hybridization buffer (1 × SSC [Na + ] = 0.165 M). Preferably, each such hybridizing nucleic acid is at least 8 nucleotides (or more preferably at least 15 nucleotides, or at least 20 nucleotides, or at least 25 nucleotides, or at least 30 nucleotides, or at least 40 nucleotides, or most preferably at least 50 nucleotides), or at least 1% of the length of the nucleic acid to which it hybridizes (more preferably at least 25%, or at least 50%, or at least 70%, and most preferably at least 80) At least 50% (more preferably at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least with the nucleic acid to which it hybridizes 95%, at least 97.5%, or at least 99%, and most preferably at least 99.5%). Here, sequence identity, as described in more detail above, by comparing the sequences of hybridizing nucleic acids aligned in parallel to maximize identity with overlapping portions while minimizing sequence gaps. It is determined.
核酸の同一性パーセントは、視覚的検査および数学的計算によって決定することが可能である。あるいは、2つの核酸配列のパーセント同一性は、目視検査と数学的計算により決定可能であるか、またはより好ましくは、この比較はコンピュータ・プログラムを使用して配列情報を比較することによってなされる。代表的な、好ましいコンピュータ・プログラムは、遺伝学コンピュータ・グループ(GCG;ウィスコンシン州マジソン)のウィスコンシン・パッケージ、バージョン10.0プログラム「GAP」である(Devereuxら、1984、Nucl.Acids Res.12:387)。この「GAP」プログラムの使用により、2つの核酸配列の比較の他に、2つのアミノ酸配列の比較、核酸配列とアミノ酸配列との比較を行うことができる。ここで、「GAP」プログラムの好ましいデフォルトパラメーターには:(1)ヌクレオチドについての(同一物について1、および非同一物について0の値を含む)一元(unary)比較マトリックスのGCG実行と、SchwartzおよびDayhoff監修「ポリペプチドの配列および構造のアトラス(Atlas of Polypeptide SequenceおよびStructure)」国立バイオ医学研究財団、353−358頁、1979により記載されるような、GribskovおよびBurgess,Nucl.Acids Res.14:6745,1986の加重アミノ酸比較マトリックス;または他の比較可能な比較マトリックス;(2)アミノ酸の各ギャップについて30のペナルティと各ギャップ中の各記号について追加の1のペナルティ;またはヌクレオチド配列の各ギャップについて50のペナルティと各ギャップ中の各記号について追加の3のペナルティ;(3)エンドギャップへのノーペナルティ:および(4)長いギャップへは最大ペナルティなし、が含まれる。当業者により使用される他の配列比較プログラムでは、例えば、国立医学ライブラリーのウェブサイト:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/bls.htmlにより使用が利用可能なBLASTNプログラム、バージョン2.2.7、またはUW−BLAST2.0アルゴリズムが使用可能である。UW−BLAST2.0についての標準的なデフォルトパラメーターの設定は、以下のインターネットサイト:http://blast.wustl.eduに記載されている。さらに、BLASTアルゴリズムは、BLOSUM62アミノ酸スコア付けマトリックスを使用し、使用可能である選択パラメーターは以下の通りである:(A)低い組成複雑性を有するクエリー配列のセグメント(WoottonおよびFederhenのSEGプログラム(Computers and Chemistry,1993)により決定され;WoottonおよびFederhen,1996「配列データベースにおける組成編重領域の解析(Analysis of compositionally biased regions in sequence databases)」Methods Enzymol.266:544−71も参照されたい)、または、短周期性の内部リピートからなるセグメント(ClaverieおよびStates(Computers and Chemistry,1993)のXNUプログラムにより決定される)をマスクするためのフィルターを含むこと、および(B)データベース配列に対する適合を報告するための統計学的有意性の閾値、またはE−スコア(KarlinおよびAltschul,1990)の統計学的モデルにしたがって、単に偶然により見出される適合の期待確率;ある適合に起因する統計学的有意差がE−スコア閾値より大きい場合、この適合は報告されない);好ましいE−スコア閾値の数値は0.5であるか、または好ましさが増える順に、0.25、0.1、0.05、0.01、0.001、0.0001、1e−5、1e−10、1e−15、1e−20、1e−25、1e−30、1e−40、1e−50、1e−75、または1e−100である。
The percent nucleic acid identity can be determined by visual inspection and mathematical calculation. Alternatively, the percent identity of two nucleic acid sequences can be determined by visual inspection and mathematical calculation, or more preferably, this comparison is made by comparing sequence information using a computer program. A typical preferred computer program is the Wisconsin package, version 10.0 program “GAP” from the Genetics Computer Group (GCG; Madison, Wis.) (Devereux et al., 1984, Nucl. Acids Res. 12: 387). By using this “GAP” program, in addition to comparing two nucleic acid sequences, two amino acid sequences can be compared, and a nucleic acid sequence and an amino acid sequence can be compared. Here, the preferred default parameters of the “GAP” program are: (1) GCG implementation of a unitary comparison matrix for nucleotides (including values of 1 for identical and 0 for non-identical), and Schwartz and Dayhoff supervised “Atlas of Polypeptide Sequence and Structure” National Biomedical Research Foundation, pages 353-358, 1979, Gribskov and Burgess, Nucl. Acids Res. 14: 6745, 1986 weighted amino acid comparison matrix; or other comparable comparison matrix; (2) 30 penalties for each gap of amino acids and one additional penalty for each symbol in each gap; or each of the nucleotide sequences Includes 50 penalties for gaps and an additional 3 penalties for each symbol in each gap; (3) no penalty to end gaps; and (4) no maximum penalty for long gaps. Other sequence comparison programs used by those skilled in the art include, for example, the National Medical Library website: http: // www. ncbi. nlm. nih. gov / blast / bl2seq / bls. The BLASTN program available for use by html, version 2.2.7, or the UW-BLAST 2.0 algorithm can be used. Standard default parameter settings for UW-BLAST 2.0 can be found at the following Internet site: http: // blast. Wustl. It is described in edu. In addition, the BLAST algorithm uses a BLOSUM62 amino acid scoring matrix and the selection parameters that can be used are: (A) Segments of query sequences with low compositional complexity (Woughton and Federhen SEG program (Computers and Chemistry, 1993); Woton and Federhen, 1996, “Analysis of compositionally biased regions in sequence data bases” or 71: 66. , Segments consisting of short-periodic internal repeats (Cl including a filter for masking verie and States (determined by the XNU program of Computers and Chemistry, 1993), and (B) a threshold of statistical significance for reporting a fit to the database sequence, or According to the statistical model of E-score (Karlin and Altschul, 1990), the expected probability of a match that is simply found by chance; if the statistical significance due to a match is greater than the E-score threshold, this fit is Not reported); the preferred E-score threshold value is 0.5 or, in order of increasing preference, 0.25, 0.1, 0.05, 0.01, 0.001, 0.0001 1e-5, 1e-10, 1e-15, 1e-20, 1e-25,
同様に、本発明のにおける天然の核酸には、1つまたは複数の塩基の欠失、挿入または置換のため、公知の天然の塩基配列、例えば、配列番号2とは異なるが、溶液安定性のD−乳酸脱水素酵素活性を示す相同体タンパク質をコードする核酸を含む。酵素の「溶液安定性」を維持する限り、欠失、挿入または置換される塩基の数は特に制限されないが、好ましくは1個ないし500個、より好ましくは1個ないし200個、最も好ましくは1個ないし100個である。 Similarly, the natural nucleic acid of the present invention differs from a known natural base sequence, for example, SEQ ID NO: 2, due to deletion, insertion or substitution of one or more bases, but is solution stable. A nucleic acid encoding a homologous protein exhibiting D-lactate dehydrogenase activity. As long as the “solution stability” of the enzyme is maintained, the number of bases to be deleted, inserted or substituted is not particularly limited, but is preferably 1 to 500, more preferably 1 to 200, most preferably 1. From 100 to 100.
既定のアミノ酸を、例えば同様の物理化学的特性を有する残基により置換してもよい。こうした保存的置換の例には、1つの脂肪族残基を互いに、例えばIle、Val、Leu、またはAlaを互いに置換するもの;LysおよびArg、GluおよびAsp、またはGlnおよびAsn間といった、1つの極性残基から別のものへの置換;あるいは芳香族残基の別のものでの置換、例えばPhe、Trp、またはTyrを互いに置換するものが含まれる。他の保存的置換、例えば、同様の疎水性特性を有する領域全体の置換が、周知である。当業者は、周知の遺伝子工学的手法により、Sambrookら(2001)(上述)等に記載の、例えば部位特異的突然変異誘発法を使用して、所望の欠失、挿入または置換を施すことが可能である。 Certain amino acids may be substituted, for example, with residues having similar physicochemical properties. Examples of such conservative substitutions are those that replace one aliphatic residue with each other, eg Ile, Val, Leu, or Ala; one such as between Lys and Arg, Glu and Asp, or between Gln and Asn. Substitution from one polar residue to another; or substitution of another aromatic residue, such as substituting one another for Phe, Trp, or Tyr. Other conservative substitutions are well known, for example, substitution of entire regions with similar hydrophobic properties. A person skilled in the art can make a desired deletion, insertion or substitution by a well-known genetic engineering technique using, for example, site-directed mutagenesis described in Sambrook et al. (2001) (described above) and the like. Is possible.
本発明の核酸を含む発現ベクター、形質転換体、並びに本発明の変異体タンパク質の製造方法
本発明はさらに、上記本発明の核酸を含む、発現ベクター、当該発現ベクターで形質転換された形質転換体を提供する。形質転換体は好ましくは大腸菌である。
Expression vector containing the nucleic acid of the present invention, transformant, and method for producing the mutant protein of the present invention The present invention further comprises an expression vector containing the nucleic acid of the present invention, and a transformant transformed with the expression vector. I will provide a. The transformant is preferably E. coli.
本発明はまた、本発明の核酸を含む発現ベクターで宿主細胞を形質転換し、そして、核酸の発現を可能にする条件下で形質転換細胞を培養する、ことを含む、変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質の製造方法を提供する。 The present invention also provides a mutant Lactobacillus bacterium comprising transforming a host cell with an expression vector comprising the nucleic acid of the present invention and culturing the transformed cell under conditions that allow expression of the nucleic acid. A method for producing a D-lactate dehydrogenase protein is provided.
本発明の変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質を製造する方法を以下に記載する。本発明のタンパク質および断片の発現、単離および精製は、限定されず、いかなる適切な技術によって達成してもよい。 A method for producing the mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein of the present invention is described below. Expression, isolation and purification of the proteins and fragments of the present invention are not limited and may be accomplished by any suitable technique.
本発明の発現ベクターは、本発明の核酸の他に、一般的に、宿主における増殖のため、選択可能マーカーおよび複製起点を含むベクター内に含有されることが可能である。ベクターにはさらに、哺乳動物、微生物、ウイルス、または昆虫遺伝子由来のものなどの、適切な転写または翻訳制御配列が、所望により本発明の核酸に連結されて、含まれる。 In addition to the nucleic acid of the present invention, the expression vector of the present invention can generally be contained in a vector containing a selectable marker and an origin of replication for propagation in a host. The vector further includes appropriate transcriptional or translational control sequences, such as those derived from mammalian, microbial, viral, or insect genes, optionally linked to the nucleic acids of the invention.
制御配列の例には、転写プロモーター、オペレーター、またはエンハンサー、mRNAリボソーム結合部位、並びに転写および翻訳開始および終結を調節する適切な配列が含まれる。ヌクレオチド配列は、制御配列が該DNA配列に機能的に関連しているとき、機能可能であるように連結されている。したがって、プロモーターヌクレオチド配列は、該プロモーターヌクレオチド配列がDNA配列の転写を調節するならば、DNA配列に、機能可能であるように連結されている。宿主細胞において複製する能力を与える複製起点、および形質転換体を同定する選択遺伝子が、一般的に発現ベクターに取り込まれている。選択マーカーとしては、通常使用されるものを常法により用いることができる。例えばテトラサイクリン、アンピシリン、またはカナマイシンもしくはネオマイシン、ハイグロマイシンまたはスペクチノマイシン等の抗生物質耐性遺伝子などが例示される。 Examples of regulatory sequences include transcriptional promoters, operators or enhancers, mRNA ribosome binding sites, and appropriate sequences that regulate transcription and translation initiation and termination. A nucleotide sequence is operably linked when a regulatory sequence is functionally related to the DNA sequence. Thus, a promoter nucleotide sequence is operably linked to a DNA sequence if the promoter nucleotide sequence regulates transcription of the DNA sequence. An origin of replication that confers the ability to replicate in the host cell and a selection gene that identifies the transformant are generally incorporated into the expression vector. As the selection marker, a commonly used marker can be used by a conventional method. Examples include tetracycline, ampicillin, or antibiotic resistance genes such as kanamycin or neomycin, hygromycin or spectinomycin.
本発明の変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸の適した宿主細胞には、原核生物、酵母、およびより高次の真核細胞が含まれ、この各々を以下に論じる。 Suitable host cells for nucleic acids encoding the mutant Lactobacillus D-lactate dehydrogenase proteins of the present invention include prokaryotes, yeast, and higher order eukaryotic cells, each of which is described below. To discuss.
こうした宿主細胞において発現しようとする本発明のタンパク質はまた、異種タンパク質由来の領域を含む融合タンパク質であることも可能である。例えば、タンパク質の分泌、安定性改善、精製促進、ターゲティング、またはオリゴマー化を可能にするため、こうした領域を含むことが可能である。例えば、適切なシグナルペプチドをコードする核酸配列を発現ベクターに取り込むことが可能である。シグナルペプチド(分泌リーダー)をコードする核酸配列を、本発明の核酸にインフレームで融合させて、シグナルペプチドを含む融合タンパク質として翻訳されるようにすることが可能である。意図する宿主細胞において機能するシグナルペプチドは、本は詰めのタンパク質の細胞外分泌を促進する。異種シグナルペプチドで天然シグナル配列を交換することが可能である。 The protein of the invention to be expressed in such host cells can also be a fusion protein comprising a region derived from a heterologous protein. For example, such regions can be included to allow protein secretion, improved stability, enhanced purification, targeting, or oligomerization. For example, a nucleic acid sequence encoding an appropriate signal peptide can be incorporated into an expression vector. A nucleic acid sequence encoding a signal peptide (secretory leader) can be fused in-frame to the nucleic acid of the invention so that it is translated as a fusion protein comprising the signal peptide. A signal peptide that functions in the intended host cell promotes extracellular secretion of the packed protein. It is possible to exchange the natural signal sequence with a heterologous signal peptide.
本発明のタンパク質の発現に適した宿主細胞には、原核生物、酵母、およびより高次の真核細胞が含まれる。これらのタンパク質の発現に使用するのに適した原核宿主には、エシェリキア属(Escherichia)(例えば、JM109、DH5α、HB101等)、バチルス属(Bacillus)、およびサルモネラ属(Salmonella)の細菌とともに、シュードモナス属(Pseudomonas)、ストレプトミセス属(Streptomyces)、およびブドウ球菌属(Staphylococcus)のメンバーが含まれる。原核細胞における、例えば大腸菌(E.coli)における発現のため、本発明のタンパク質をコードするポリヌクレオチド分子には、好ましくは、組換えタンパク質の発現を促進するN末端メチオニン残基が含まれる。N末端Metは、場合によって、発現されたタンパク質から切断されることが可能である。 Suitable host cells for expression of the proteins of the invention include prokaryotes, yeast, and higher order eukaryotic cells. Prokaryotic hosts suitable for use in the expression of these proteins include Pseudomonas, along with bacteria of the genus Escherichia (eg JM109, DH5α, HB101, etc.), Bacillus, and Salmonella. Members of the genera (Pseudomonas), Streptomyces, and Staphylococcus are included. For expression in prokaryotic cells, eg, in E. coli, the polynucleotide molecule encoding the protein of the invention preferably includes an N-terminal methionine residue that facilitates expression of the recombinant protein. The N-terminal Met can optionally be cleaved from the expressed protein.
細胞宿主で使用するための発現ベクターは、一般的に、1以上の表現型的に選択可能なマーカーを含んでなる。こうした遺伝子は、例えば抗生物質耐性を与えるタンパク質または独立栄養必要条件を供給するタンパク質をコードする。広い範囲のこうしたベクターは、商業的供給源から容易に入手可能である。例には、pGEMベクター(Promega)、pSPORTベクター、およびpPROEXベクター(InVitrogen、Life Technologies、カリフォルニア州カールスバッド)、Bluescriptベクター(Stratagene)、およびpQEベクター(Qiagen)が含まれる。 Expression vectors for use with cellular hosts generally comprise one or more phenotypically selectable markers. Such genes, for example, encode proteins that confer antibiotic resistance or proteins that provide autotrophic requirements. A wide range of such vectors are readily available from commercial sources. Examples include the pGEM vector (Promega), the pSPORT vector, and the pPROEX vector (InVitrogen, Life Technologies, Carlsbad, Calif.), The Bluescript vector (Stratagene), and the pQE vector (Qiagen).
後述の実施例では、大腸菌における発現ベクターとしてpTRP−ldhDを用いた。pTRPベクターの構成は、例えば、Uchida,K.,Kondoh,K.及びMatsuo,Y.(Clin.Chem.Acta,237:43-58,1995)に開示されている。 In Examples described later, pTRP-ldhD was used as an expression vector in E. coli. The construction of the pTRP vector is described, for example, in Uchida, K., Kondoh, K. and Matsuo, Y. et al. (Clin. Chem. Acta, 237: 43-58, 1995).
本発明のタンパク質はまた、サッカロミセス属(Saccharomyces)、ピキア属(Pichia)、およびクロイベロミセス属(Kluveromyces)を含む属由来の酵母宿主細胞で発現可能である。好ましい酵母宿主は、S.セレビシエ(S.cerevisiae)およびP.パストリス(P.pastoris)である。酵母ベクターは、しばしば、2μ酵母プラスミド由来の複製起点配列、自律複製配列(ARS)、プロモーター領域、ポリアデニル化のための配列、転写終結のための配列、および選択可能マーカー遺伝子を含有するであろう。酵母および大腸菌両方で複製可能なベクター(シャトルベクターと称する)もまた、使用可能である。酵母ベクターの上述の特徴に加え、シャトルベクターにはまた、大腸菌における複製および選択のための配列も含まれるであろう。酵母宿主で発現されるタンパク質の直接分泌は、本発明のタンパク質をコードするヌクレオチド配列の5’端に、酵母α因子リーダー配列をコードするヌクレオチド配列を含むことによって達成可能である。 べクターは、簡便には当業界において入手可能な組換え用べクター(例えば、プラスミドDNAなど)に所望の遺伝子を常法により連結することによって調製することができるプラスミドなどのベクターに遺伝子のDNA断片を組み込む方法としては、例えば、Sambrook,J., and Russell, D.W. (2001). Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd ed. (New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press)に記載の方法などが挙げられる。簡便には、市販のライゲーションキット(例えば、宝酒造製等)を用いることもできる。 The proteins of the invention can also be expressed in yeast host cells from genera, including Saccharomyces, Pichia, and Kluberomyces. Preferred yeast hosts are S. cerevisiae. S. cerevisiae and P. cerevisiae. P. pastoris. Yeast vectors will often contain an origin of replication sequence derived from a 2μ yeast plasmid, an autonomously replicating sequence (ARS), a promoter region, a sequence for polyadenylation, a sequence for transcription termination, and a selectable marker gene. . Vectors that can replicate in both yeast and E. coli (referred to as shuttle vectors) can also be used. In addition to the features described above for yeast vectors, shuttle vectors will also include sequences for replication and selection in E. coli. Direct secretion of a protein expressed in a yeast host can be achieved by including a nucleotide sequence encoding a yeast alpha factor leader sequence at the 5 'end of the nucleotide sequence encoding the protein of the invention. A vector is simply a gene DNA in a vector such as a plasmid that can be prepared by ligating a desired gene to a recombination vector available in the industry (eg, plasmid DNA) by a conventional method. As a method for incorporating the fragment, for example, Sambrook, J. et al. , And Russell, D.C. W. (2001). Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd ed. (New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press) and the like. For convenience, a commercially available ligation kit (for example, manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) can also be used.
ベクターを宿主細胞に導入する方法としては、一般に、Sambrook,J.ら(2001)(上述)に記載のリン酸カルシウム法または塩化カルシウム/塩化ルビジウム法、エレクトロポレーション法、エレクトロインジェクション法、PEGなどの化学的な処理による方法、遺伝子銃などを用いる方法などが挙げられる。 Methods for introducing a vector into a host cell are generally described in Sambrook, J. et al. (2001) (described above), a calcium phosphate method or a calcium chloride / rubidium chloride method, an electroporation method, an electroinjection method, a method using chemical treatment such as PEG, a method using a gene gun, and the like.
本発明のタンパク質の発現のため、昆虫宿主細胞培養系も使用可能である。本発明のタンパク質は、好ましくは、例えばLuckowおよびSummers((1988), BioTechnology 6:47)の概説に記載されるように、バキュロウイルス発現系を用いて発現される。 Insect host cell culture systems can also be used to express the proteins of the invention. The proteins of the invention are preferably expressed using a baculovirus expression system, as described, for example, in the review of Luckow and Summers ((1988), BioTechnology 6:47).
哺乳動物宿主細胞において、本発明のタンパク質を発現させることも可能である。適切な哺乳動物宿主細胞株の限定されない例には、サル腎臓細胞のCOS−7株(Gluzmanら(1981), Cell 23:175−182)、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞(Puckら(1958), PNAS USA 60:1275−1281)、CV−1(Fischerら(1970), Int. J. Cancer 5:21−27)およびヒト子宮頚癌細胞(HELA)(ATCC CCL 2)が含まれる。 It is also possible to express the protein of the present invention in a mammalian host cell. Non-limiting examples of suitable mammalian host cell lines include monkey kidney cell COS-7 strain (Gluzman et al. (1981), Cell 23: 175-182), Chinese hamster ovary (CHO) cells (Puck et al. (1958). , PNAS USA 60: 1275-1281), CV-1 (Fischer et al. (1970), Int. J. Cancer 5: 21-27) and human cervical cancer cells (HELA) (ATCC CCL 2).
本発明のタンパク質の発現に適した発現ベクターの選択は、用いようとする特定の哺乳動物宿主細胞に応じるであろう。適切な発現ベクターの例には、pcDNA3.1/Hygro+(Invitrogen)、pDC409、およびpSVLが含まれる。哺乳動物宿主細胞で使用するための発現ベクターには、ウイルスゲノム由来の転写および翻訳調節配列が含まれることが可能である。タンパク質を発現するのに使用可能な、一般的に用いられるプロモーター配列およびエンハンサー配列には、限定されるわけではないが、ヒトサイトメガロウイルス(CMV)、アデノウイルス2、ポリオーマウイルス、およびシミアンウイルス40(SV40)由来のものが含まれる。哺乳動物発現ベクターの構築法は、例えば、OkayamaおよびBerg((1982)Mol. Cell. Biol. 2:161−170)、Cosmanら((1986)Mol. Immunol. 23:935−941)に開示される。
The selection of an expression vector suitable for expression of the protein of the invention will depend on the particular mammalian host cell being used. Examples of suitable expression vectors include pcDNA3.1 / Hygro + (Invitrogen), pDC409, and pSVL. Expression vectors for use in mammalian host cells can include transcriptional and translational regulatory sequences derived from the viral genome. Commonly used promoter and enhancer sequences that can be used to express proteins include, but are not limited to, human cytomegalovirus (CMV),
特定のベクターへの挿入を促進する、核酸分子の修飾(例えば制限部位を修飾することによる)、特定の発現系または宿主における使用を容易にすること(例えば好ましい宿主コドンを用いる)などが知られ、そして本発明における使用のため、意図される。タンパク質を産生するための遺伝子操作法には、既知の方法にしたがった、細胞不含発現系における、細胞宿主における、組織における、そして動物モデルにおける、核酸分子の発現が含まれる。 Known to facilitate insertion into specific vectors, modification of nucleic acid molecules (eg, by modifying restriction sites), ease of use in specific expression systems or hosts (eg, using preferred host codons), etc. And is intended for use in the present invention. Genetic engineering methods for producing proteins include expression of nucleic acid molecules in cell-free expression systems, in cellular hosts, in tissues, and in animal models, according to known methods.
本発明のタンパク質は、組換えタンパク質発現に適した培養条件下で、形質転換体(形質転換宿主細胞)を培養することによって、調製可能である。生じた発現タンパク質を次いで、多様な塩での選択的沈殿、ゲルろ過およびイオン交換クロマトグラフィーなどの、既知の精製法を用いて、こうした培養(すなわち培地または細胞抽出物)から精製することが可能である。タンパク質の精製はまた、タンパク質に結合するであろう剤を含有するアフィニティーカラム;コンカナバリンA−アガロース、Cibacromブルー3GAセファロース(登録商標)のようなアフィニティー樹脂上の1以上のカラム工程;フェニルエーテル、ブチルエーテル、またはプロピルエーテルのような樹脂を用いた疎水性相互作用クロマトグラフィーを伴う1以上の工程;あるいは本発明のタンパク質の1以上のエピトープに特異的に結合する抗体を用いた免疫アフィニティークロマトグラフィーも含むことが可能である。あるいは、本発明のタンパク質はまた、精製を容易にするであろう型で発現することも可能である。例えば、融合タンパク質として発現することが可能であり、すなわち、マルトース結合タンパク質(MBP)、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)等と融合させることが可能である。タンパク質はまた、エピトープでタグ付けして、そして続いて、こうしたエピトープに対して向けられる特異的抗体を用いることによって、精製することも可能である。1つのこうしたエピトープ(「Flag(登録商標)」)は、Kodak(コネティカット州ニューヘブン)から商業的に入手可能である。 The protein of the present invention can be prepared by culturing a transformant (transformed host cell) under culture conditions suitable for recombinant protein expression. The resulting expressed protein can then be purified from such cultures (ie media or cell extracts) using known purification methods such as selective precipitation with various salts, gel filtration and ion exchange chromatography. It is. Protein purification also includes an affinity column containing an agent that will bind to the protein; one or more column steps on an affinity resin such as concanavalin A-agarose, Cibacrom Blue 3GA Sepharose®; phenyl ether, butyl ether Or one or more steps involving hydrophobic interaction chromatography using a resin such as propyl ether; or immunoaffinity chromatography using antibodies that specifically bind to one or more epitopes of the protein of the invention It is possible. Alternatively, the proteins of the invention can also be expressed in a form that will facilitate purification. For example, it can be expressed as a fusion protein, that is, it can be fused with maltose binding protein (MBP), glutathione-S-transferase (GST) and the like. Proteins can also be purified by tagging with epitopes and subsequently using specific antibodies directed against such epitopes. One such epitope (“Flag®”) is commercially available from Kodak (New Haven, Conn.).
最後に、疎水性逆相高性能液体クロマトグラフィー(RP−HPLC)媒体、例えばペンダントメチルまたは他の脂肪族基を有するシリカゲルを使用する、1以上のRP−HPLC工程を使用して、タンパク質をさらに精製することが可能である。多様な組み合わせの前述の精製工程のいくつかまたはすべてを使用して、実質的に均一な単離組換えタンパク質を提供することもまた可能である。こうして精製したタンパク質は、他の哺乳動物タンパク質を実質的に含まず、そして本発明にしたがって、「単離タンパク質」と定義される;本発明のこうした単離タンパク質には、本発明のタンパク質に結合する単離抗体、断片、変異体、結合パートナー等が含まれる。 Finally, using one or more RP-HPLC steps using hydrophobic reverse phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) media, eg silica gel with pendant methyl or other aliphatic groups, the protein can be further It is possible to purify. It is also possible to provide a substantially homogeneous isolated recombinant protein using some or all of the various purification steps described above. A protein thus purified is substantially free of other mammalian proteins and is defined in accordance with the present invention as an “isolated protein”; such an isolated protein of the present invention binds to a protein of the present invention. Isolated antibodies, fragments, variants, binding partners and the like.
本発明のタンパク質はまた、既知の慣用的な化学合成によっても産生可能である。合成手段によって、本発明のタンパク質を構築する方法は当業者に知られる。合成によって構築されたタンパク質のアミノ酸配列は、遺伝子工学によって製造された本発明のタンパク質と一次、二次または三次構造および/またはコンホメーション特性を共有するため、酵素活性、溶液安定性を含め、本発明のタンパク質と共通の生物学的特性を所持する可能性がある。 The proteins of the invention can also be produced by known conventional chemical synthesis. Methods of constructing the proteins of the present invention by synthetic means are known to those skilled in the art. The amino acid sequence of the protein constructed by synthesis shares primary, secondary or tertiary structure and / or conformational properties with the protein of the present invention produced by genetic engineering, including enzyme activity, solution stability, It may have the same biological properties as the protein of the present invention.
変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質
本発明はさらに、変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質を提供する。本発明の変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、天然のアミノ酸配列において1またはそれより多くのアミノ酸残基が別のアミノ酸残基に置換されており、そして、溶液における保存安定性が向上している、ことを特徴とする。
Mutant Lactobacillus D-Lactate Dehydrogenase Protein The present invention further provides a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein. The mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein of the present invention has one or more amino acid residues substituted in the natural amino acid sequence with another amino acid residue, and is stored in solution. It is characterized by improved stability.
本発明のタンパク質は、好ましくは、上述した本発明の核酸を用いた製造方法によって製造される。
本発明の変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は、「変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸」の項目において詳述した通りである。
The protein of the present invention is preferably produced by the production method using the nucleic acid of the present invention described above.
The mutant D-lactate dehydrogenase protein of the bacterium belonging to the genus Lactobacillus of the present invention is as described in detail in the section "Nucleic acid encoding the D-lactate dehydrogenase protein of the mutated Lactobacillus bacterium".
本発明のタンパク質は、好ましくは、配列番号1の9番目、156番目、195番目、275番目、286番目及び340番目に相当するアミノ酸残基からなるグループから選択される1またはそれより多くのアミノ酸残基が、天然のアミノ酸残基とは別のアミノ酸残基に置換されている。 The protein of the present invention is preferably one or more amino acids selected from the group consisting of amino acid residues corresponding to the 9th, 156th, 195th, 275th, 286th and 340th positions of SEQ ID NO: 1 The residue is substituted with an amino acid residue different from the natural amino acid residue.
本発明の変異型タンパク質は、天然型よりも溶液における保存安定性が向上している。好ましくは、以下のpH安定性及び/又は熱安定性を満たす。
pH安定性:5.5−8.5(25℃、7日間)
熱安定性:<37−55℃(pH9.0、15分)。
The mutant protein of the present invention has improved storage stability in solution than the natural protein. Preferably, the following pH stability and / or thermal stability are satisfied.
pH stability: 5.5-8.5 (25 ° C., 7 days)
Thermal stability: <37-55 ° C. (pH 9.0, 15 minutes).
より好ましくはpH安定性:5.5−9.0、さらに好ましくは、pH安定性:5.5−9.5、さらにより好ましくはpH安定性:5.5−10.0である。
また、限定されるわけではないが、以下のような生化学的性質を有する。
More preferably, the pH stability is 5.5 to 9.0, still more preferably the pH stability is 5.5 to 9.5, and even more preferably the pH stability is 5.5 to 10.0.
Moreover, although it is not necessarily limited, it has the following biochemical properties.
分子量: 約43,000−45,000(好ましくは、約44,000)
(SDS−PAGE サブユニットあたり)
Km値: ピルビン酸 約0.14−約0.30mM
NADH 約0.10−約0.15mM
至適pH: 約6.5−約7.5
これらの分子量、Km値、至適pHは、野生型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質と実質的に差異はなく共通する。
Molecular weight: about 43,000-45,000 (preferably about 44,000)
(Per SDS-PAGE subunit)
Km value: pyruvate about 0.14-about 0.30 mM
NADH about 0.10 to about 0.15 mM
Optimum pH: about 6.5 to about 7.5
These molecular weights, Km values, and optimum pH are substantially the same as the wild-type Lactobacillus bacteria D-lactate dehydrogenase protein, and are common.
アラニンアミノトランスフェラーゼ活性測定用キット
本発明のD−乳酸脱水素酵素(D−LDH)は、アラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)の共役酵素として機能しうる。具体的な反応は、下記の通りである。
L−アラニン + 2−オキソグルタル酸
→ ピルビン酸 + L−グルタミン酸
ALT
ピルビン酸 + NADH + H+
→ D−乳酸 + NAD+
D−LDH
本発明のD−乳酸脱水素酵素を利用して、アラニンアミノトランスフェラーゼの活性を測定することができる。よって、本発明は、アラニンアミノトランスフェラーゼ活性測定用キットを提供する。本発明のキットは、変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質、使用説明書を含む。さらに、所望により、Trisバッファー、L−アラニン、2−オキソグルタル酸、NADH等を含んでもよい。
Kit for measuring alanine aminotransferase activity The D-lactate dehydrogenase (D-LDH) of the present invention can function as a conjugate enzyme of alanine aminotransferase (ALT). The specific reaction is as follows.
L-alanine + 2-oxoglutaric acid
→ pyruvic acid + L-glutamic acid
ALT
Pyruvic acid + NADH + H +
→ D-lactic acid + NAD +
D-LDH
The activity of alanine aminotransferase can be measured using the D-lactate dehydrogenase of the present invention. Therefore, the present invention provides a kit for measuring alanine aminotransferase activity. The kit of the present invention includes a mutant D-lactate dehydrogenase protein and instructions for use. Further, if desired, Tris buffer, L-alanine, 2-oxoglutarate, NADH and the like may be contained.
天然型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質、核酸等
本発明において、Lactobacillus sp. NBRC14511より新規なD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸が単離された。本発明において単離されたLactobacillus sp. NBRC14511由来の核酸は、配列番号1に記載の塩基配列からなり、そして、配列番号2に記載のアミノ酸配列をコードする。
Natural D-lactate dehydrogenase protein, nucleic acid, etc. In the present invention, Lactobacillus sp. Nucleic acid encoding a novel D-lactate dehydrogenase protein was isolated from NBRC14511. Lactobacillus sp. Isolated in the present invention. The nucleic acid derived from NBRC14511 has the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and encodes the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
本発明のLactobacillus sp. NBRC14511由来のD−乳酸脱水素酵素は、最も近い公知のはLactobacillus johnsonii由来のD−乳酸脱水素酵素タンパク質と、アミノ酸配列で72.6%、そして核酸配列で67.3%の同一性を有する。 Lactobacillus sp. Of the present invention. NBRC14511-derived D-lactate dehydrogenase has the closest known D-lactate dehydrogenase protein from Lactobacillus johnsonii with an amino acid sequence of 72.6% and a nucleic acid sequence of 67.3%. .
よって、本発明は別の一態様において、天然型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする核酸を提供する。本発明の核酸は、
以下の:
(a) 配列番号1のアミノ酸配列を含むタンパク質をコードする核酸;
(b) 配列番号2の塩基配列を含む核酸;
(c) (a)又は(b)の核酸にストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸;及び
(d) 配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%同一のアミノ酸配列含むタンパク質であって、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸
からなる群から選択される。
Therefore, in another aspect, the present invention provides a nucleic acid encoding a natural D-lactate dehydrogenase protein. The nucleic acid of the present invention comprises
below:
(A) a nucleic acid encoding a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence of SEQ ID NO: 2;
(C) a nucleic acid capable of hybridizing under stringent conditions to the nucleic acid of (a) or (b) and encoding a protein having D-lactate dehydrogenase activity; and (d) the amino acid of SEQ ID NO: 1 A protein comprising an amino acid sequence at least 80% identical to the sequence and selected from the group consisting of nucleic acids encoding proteins having D-lactate dehydrogenase activity.
「ストリンジェント条件下」の定義については、「本発明の変異体の基礎となる天然のD−乳酸脱水素酵素」の項目で説明したものと同様である。
「同一性」の定義についても「本発明の変異体の基礎となる天然のD−乳酸脱水素酵素」の項目で説明したものと同様である。より好ましくは、本発明の天然型のタンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも85%、より好ましくは90%、さらにより好ましくは95%同一のアミノ酸配列含む。本発明の天然型のタンパク質をコードする核酸は配列番号2の核酸と好ましくは、少なくとも70%、より好ましくは80%、さらにより好ましくは90%同一の塩基配列を含む。
The definition of “under stringent conditions” is the same as that described in the section of “Natural D-lactate dehydrogenase as the basis of the mutant of the present invention”.
The definition of “identity” is also the same as that described in the section “Natural D-Lactate Dehydrogenase as the basis of the mutant of the present invention”. More preferably, the native protein of the present invention comprises an amino acid sequence that is at least 85%, more preferably 90%, even more preferably 95% identical to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. The nucleic acid encoding the natural protein of the present invention preferably comprises a base sequence that is at least 70%, more preferably 80%, and even more preferably 90% identical to the nucleic acid of SEQ ID NO: 2.
本発明の核酸は好ましくは、Lactobacillus sp. NBRC14511由来のD−乳酸脱水素酵素タンパク質をコードする。
より好ましくは、本発明の核酸は以下の(a)又は(b)のいずれかである。
The nucleic acid of the present invention is preferably Lactobacillus sp. It encodes a D-lactate dehydrogenase protein derived from NBRC14511.
More preferably, the nucleic acid of the present invention is either (a) or (b) below.
(a) 配列番号1のアミノ酸配列を含むタンパク質をコードする核酸;又は
(b) 配列番号2の塩基配列を含む核酸。
本発明はまた、本発明の核酸を含む発現ベクター、本発明の発現ベクターによって形質転換された形質転換体を提供することを目的とする。「発現ベクター」及び「形質転換体」の定義については、「本発明の核酸を含む発現ベクター、形質転換体、並びに本発明の変異体タンパク質の製造方法」項目で説明したものと同様である。
(A) a nucleic acid encoding a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1; or (b) a nucleic acid comprising the base sequence of SEQ ID NO: 2.
Another object of the present invention is to provide an expression vector containing the nucleic acid of the present invention and a transformant transformed with the expression vector of the present invention. The definitions of “expression vector” and “transformant” are the same as those described in the section “Method for producing expression vector containing the nucleic acid of the present invention, transformant, and mutant protein of the present invention”.
本発明はさらにまた、天然のD−乳酸脱水素酵素タンパク質を提供する。本発明のタンパク質は、以下の:
(a) 配列番号1のアミノ酸配列を含むタンパク質をコードする核酸;
(b) 配列番号2の塩基配列を含む核酸;
(c) (a)又は(b)の核酸にストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸;及び
(d) 配列番号1のアミノ酸配列と少なくとも80%同一のアミノ酸配列含むタンパク質であって、D−乳酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードする核酸
からなる群から選択される核酸によってコードされる。
The present invention further provides a natural D-lactate dehydrogenase protein. The proteins of the present invention are:
(A) a nucleic acid encoding a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1;
(B) a nucleic acid comprising the base sequence of SEQ ID NO: 2;
(C) a nucleic acid capable of hybridizing under stringent conditions to the nucleic acid of (a) or (b) and encoding a protein having D-lactate dehydrogenase activity; and (d) the amino acid of SEQ ID NO: 1 A protein comprising an amino acid sequence at least 80% identical to the sequence and encoded by a nucleic acid selected from the group consisting of nucleic acids encoding proteins having D-lactate dehydrogenase activity.
本発明のタンパク質は、好ましくは配列番号1のアミノ酸配列を含む、本質的にからなる、あるいは、からなる。
本発明のタンパク質は、好ましくは、ピルビン酸へのKm値が公知のものよりも低い、という利点を有する。非限定的に、ピルビン酸へのKm値が、好ましくは0.20mM以下、より好ましくは0.18mM以下、である。
The protein of the invention preferably comprises, consists essentially of or consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
The protein of the invention preferably has the advantage that the Km value for pyruvate is lower than that known. Without limitation, the Km value for pyruvic acid is preferably 0.20 mM or less, more preferably 0.18 mM or less.
本発明はまた、本発明の新規D−乳酸脱水素酵素タンパク質の製造方法、を提供する。本発明の製造方法は、上記本発明の核酸を含む発現ベクターで宿主細胞を形質転換し、そして、核酸の発現を可能にする条件下で形質転換細胞を培養する、ことを含む。 The present invention also provides a method for producing the novel D-lactate dehydrogenase protein of the present invention. The production method of the present invention includes transforming a host cell with an expression vector containing the nucleic acid of the present invention, and culturing the transformed cell under conditions that allow expression of the nucleic acid.
本発明さらに、上記本発明の新規D−乳酸脱水素酵素タンパク質、使用説明書を含む、アラニンアミノトランスフェラーゼ活性測定用キットを提供する。
塩基の略号
本明細書中の説明及び配列表においてに、塩基配列中の記号は下記の塩基を意味する。
The present invention further provides a kit for measuring alanine aminotransferase activity, comprising the novel D-lactate dehydrogenase protein of the present invention and instructions for use.
Abbreviation of base In the description and sequence listing in this specification, symbols in the base sequence mean the following bases.
a:アデニン
g:グアニン
c:シトシン
t:チミン
u:ウラシル
r:グアニン又はアデニン
y:チミン/ウラシル又はシトシン
m:アデニン又はシトシン
k:グアニン又はチミン/ウラシル
s:グアニン又はシトシン
w:アデニン又はチミン/ウラシル
b:グアニン又はシトシン又はチミン/ウラシル
d:アデニン又はグアニン又はチミン/ウラシル
h:アデニン又はシトシン又はチミン/ウラシル
v:アデニン又はグアニン又はシトシン
n:アデニン又はグアニン又はシトシン又はチミン/ウラシル、不明、又は他の塩基
a: adenine g: guanine c: cytosine t: thymine u: uracil r: guanine or adenine y: thymine / uracil or cytosine m: adenine or cytosine k: guanine or thymine / uracil s: guanine or cytosine w: adenine or thymine / Uracil b: guanine or cytosine or thymine / uracil d: adenine or guanine or thymine / uracil h: adenine or cytosine or thymine / uracil v: adenine or guanine or cytosine n: adenine or guanine or cytosine or thymine / uracil, unknown, or Other bases
本発明において、新規なD−乳酸脱水素酵素タンパク質及び当該タンパク質をコードする核酸が提供される。
また、本発明の別の態様において、ランダム変異導入によりアルカリ溶液中での安定性が向上した変異型D−乳酸脱水素酵素タンパク質が得られ、当該タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列を明らかにした。それらの遺伝子を導入した発現ベクターを大腸菌に導入し、形質転換体を得た。更に得られた形質転換体を大量培養することにより、本タンパク質を大量、安定、且つ容易に生産することが可能になった。
In the present invention, a novel D-lactate dehydrogenase protein and a nucleic acid encoding the protein are provided.
In another embodiment of the present invention, a mutant D-lactate dehydrogenase protein having improved stability in an alkaline solution by random mutagenesis can be obtained, and the nucleotide sequence of the gene encoding the protein has been clarified. . Expression vectors into which these genes had been introduced were introduced into E. coli to obtain transformants. Further, by culturing the obtained transformant in a large amount, the present protein can be produced in a large amount, stably and easily.
また変異型D−乳酸脱水酵素は溶液中における安定性が高いことから、長期保存することが可能であり、特に、アラニンアミノトランスフェラーゼ活性測定のための共役試薬をとして有用である。 Moreover, since the mutant D-lactate dehydrase has high stability in solution, it can be stored for a long period of time, and is particularly useful as a conjugate reagent for measuring alanine aminotransferase activity.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の技術的範囲を限定するためのものではない。当業者は本明細書の記載に基づいて容易に本発明に修飾・変更を加えることができ、それらは本発明の技術的範囲に含まれる。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these are not intended to limit the technical scope of the present invention. Those skilled in the art can easily modify and change the present invention based on the description of the present specification, and these are included in the technical scope of the present invention.
実施例1 Lactobacillus sp. NBRC14511由来D−乳酸脱水素酵素遺伝子のクローニング
1)Lactobacillus sp. NBRC14511をMRS培地(Difco社製)で37℃、15時間、静置培養し、集菌した。
Example 1 Lactobacillus sp. Cloning of NBRC14511-derived D-lactate dehydrogenase gene 1) Lactobacillus sp. NBRC14511 was statically cultured at 37 ° C. for 15 hours in MRS medium (manufactured by Difco) and collected.
2)Current Protocols in Molecular Biology、2.4.1 John Wiley & Sons Inc.,(1987−2000)に従い、菌体よりゲノムDNAを調製した。 2) Current Protocols in Molecular Biology 2.4.1 John Wiley & Sons Inc. , (1987-2000), genomic DNA was prepared from the cells.
3)公知のLactobacillus属由来D−LDH遺伝子5種の塩基配列を基に、設計した下記のプライマーを用いて、ディジェネレートPCRを実施した。得られた約700 bpのDNA断片をDNA配列解析後、ECL Direct Labelling Module(Amersham Biosciences社製)を用いてDNAプローブを作製した。 3) Degenerate PCR was performed using the following primers designed based on the base sequences of five known Lactobacillus genus D-LDH genes. The obtained DNA fragment of about 700 bp was subjected to DNA sequence analysis, and a DNA probe was prepared using ECL Direct Labeling Module (manufactured by Amersham Biosciences).
センスプライマー(配列番号3):
5’−ggctcgagcgtaacgttggtgttgayaacwtbgayrtks−3’
アンチセンスプライマー(配列番号4):
5’−ccggatccagtgtagaargcvgtrtgtggwgtwaycarwac−3’
4)Lactobacillus sp. NBRC14511より調製したゲノムDNAを制限酵素PstI及びHindIII(タカラバイオ社製)で処理後アガロース電気泳動し、作製したDNAプローブを用いてサザンハイブリダイゼーションを実施した。ECL Detection Reagents(Amersham Biosciences社製)を用いて行った結果、約4kbの位置にポジティブバンドを検出した。
Sense primer (SEQ ID NO: 3):
5'-ggctcgagcgtacacgtgtggtgtgayaacwtbgayrtks-3 '
Antisense primer (SEQ ID NO: 4):
5'-ccgatcccagtgtagaargcvvgtrtgtggwgtwaycarwac-3 '
4) Lactobacillus sp. Genomic DNA prepared from NBRC14511 was treated with restriction enzymes PstI and HindIII (manufactured by Takara Bio Inc.), then subjected to agarose electrophoresis, and Southern hybridization was performed using the prepared DNA probe. As a result of using ECL Detection Reagents (manufactured by Amersham Biosciences), a positive band was detected at a position of about 4 kb.
5)約4kb付近のDNA断片をGFXTM PCR DNA and Gel Band Purification Kit(Amersham Biosciences社製)により回収し、LIGAFASTTM RAPID DNA LIGATION SYSTEM(Promega社製)を用いて、予め制限酵素PstI及びHindIII(タカラバイオ社製)で処理したpBluescript II KS+(2.9kb)ベクターに導入し、大腸菌DH5α株を形質転換し、LB寒天培地(1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、1% NaCl、1.4% 寒天、50μg/ml アンピシリン(pH7.4))に塗布し、30℃、18時間培養した。 5) A DNA fragment in the vicinity of about 4 kb was collected by GFX ™ PCR DNA and Gel Band Purification Kit (Amersham Biosciences), and the restriction enzyme P was used in advance using LIGAFAST ™ RAPID DNA LIGATION SYSTEM (Promega) III Introduced into pBluescript II KS + (2.9 kb) vector treated with Takara Bio Inc., transformed with E. coli DH5α strain, LB agar medium (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl, 1 .4% agar, 50 μg / ml ampicillin (pH 7.4)) and cultured at 30 ° C. for 18 hours.
6)生育したコロニーは、サザンハイブリダイゼーションで用いたDNAプローブを使用してコロニーハイブリダイゼーションにより、D−乳酸脱水素酵素遺伝子を含む形質転換体を得た。 6) From the grown colonies, transformants containing the D-lactate dehydrogenase gene were obtained by colony hybridization using the DNA probe used in Southern hybridization.
7)得られた形質転換体よりプラスミドを抽出し、DNAシーケンサー(Applied Biosystems社製 3100 Genetic Analyzer)により、D−乳酸脱水素酵素遺伝子配列及びアミノ酸配列を決定した。 7) A plasmid was extracted from the obtained transformant, and the D-lactate dehydrogenase gene sequence and amino acid sequence were determined by a DNA sequencer (3100 Genetic Analyzer, manufactured by Applied Biosystems).
実施例2 D−乳酸脱水素酵素遺伝子の発現系の構築
1)得られたD−乳酸脱水素酵素遺伝子を含むプラスミドを鋳型に、5’末端側(センスプライマー)及び3’末端側(アンチセンスプライマー)にEcoRI、BamHI制限酵素部位を設けた下記に示すプライマーを用いてPCRを行い、アガロース電気泳動により約1.1kbのDNA断片を確認した。PCR反応組成は、(50μlあたり)1U KOD plus polymerase、10pg 鋳型DNA、30μM センスプライマー、30μM アンチセンスプライマー、0.2mM dNTP Mix、1mM MgSO4、1×バッファーにて行った。PCR反応は94℃ 30秒(変性)、60℃ 30秒(アニーリング)、68℃ 2分(伸長)を30サイクル繰返した。
Example 2 Construction of D-Lactate Dehydrogenase Gene Expression System 1) Using the obtained plasmid containing D-lactate dehydrogenase gene as a template, 5 ′ end side (sense primer) and 3 ′ end side (antisense) PCR was performed using the following primers provided with EcoRI and BamHI restriction enzyme sites in the primer), and a DNA fragment of about 1.1 kb was confirmed by agarose electrophoresis. The PCR reaction composition was (in 50 μl) with 1 U KOD plus polymerase, 10 pg template DNA, 30 μM sense primer, 30 μM antisense primer, 0.2 mM dNTP Mix, 1 mM MgSO 4 , 1 × buffer. The PCR reaction was repeated 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds (denaturation), 60 ° C. for 30 seconds (annealing), and 68 ° C. for 2 minutes (extension).
センスプライマー(配列番号5):
5’−ggaagcttgaattcatggcagaaacagatgttaatccag−3’
アンチセンスプライマー(配列番号6):
5’−ccggatccttaaccaactttaaccggtgtatc−3’
2)得られたPCR産物を制限酵素EcoRI及びBamHI(タカラバイオ社製)で処理を行い、アガロース電気泳動後、GFXTM PCR DNA and Gel Band Purification Kit(Amersham Biosciences社製)により回収した。D−乳酸脱水素酵素遺伝子断片は、LIGAFASTTM RAPID DNA LIGATION SYSTEM(Promega社製)を用いて、予め制限酵素EcoRI及びBamHI(タカラバイオ社製)で処理した発現ベクターpTRP(2.9kb)に導入した。
Sense primer (SEQ ID NO: 5):
5'-ggaagctttgaattcatggcagaaacagagtgtatatccag-3 '
Antisense primer (SEQ ID NO: 6):
5'-ccgatccttaaccaactttaccaccgtgtc-3 '
2) The obtained PCR product was treated with restriction enzymes EcoRI and BamHI (manufactured by Takara Bio Inc.), and after agarose electrophoresis, recovered by GFX ™ PCR DNA and Gel Band Purification Kit (manufactured by Amersham Biosciences). The D-lactate dehydrogenase gene fragment was introduced into the expression vector pTRP (2.9 kb) previously treated with restriction enzymes EcoRI and BamHI (Takara Bio) using LIGAFAST ™ RAPID DNA LIGATION SYSTEM (manufactured by Promega). did.
得られたプラスミドを鋳型に下記のプライマーを用いてQuikChangeTMSite−Directed Mutagenesis Kits(STRATAGENE社製)により、D−乳酸脱水素酵素遺伝子中にあるEcoRI制限酵素部位を破壊し、発現プラスミドpTRP−ldhDを得た。次に大腸菌JM109株を形質転換し、大腸菌組換え体pTRP−ldhD/JM109を得た。 Using the obtained plasmid as a template, QuikChange ™ Site-Directed Mutagenesis Kits (manufactured by STRATAGENE) was used to destroy the EcoRI restriction enzyme site in the D-lactate dehydrogenase gene, and the expression plasmid pTRP-ldhD Got. Next, E. coli JM109 strain was transformed to obtain E. coli recombinant pTRP-ldhD / JM109.
センスプライマー(配列番号7):
5’−catgctgctattcaaacagctcgcattttacgccaaaccaaggtc−3’
アンチセンスプライマー(配列番号8):
5’−gaccttggtttggcgtaaaatgcgagctgtttgaatagcagcatg−3’
実施例3 精製法
1)大腸菌組換え体pTRP−ldhD/JM109をSuper broth(3.5% ポリペプトン、2% 酵母エキス、0.5% NaCl pH7.5)1Lで37℃、9時間培養後集菌した。
Sense primer (SEQ ID NO: 7):
5'-catgctgctattcaaaacctcgcatttacgcccaaaaccgtc-3 '
Antisense primer (SEQ ID NO: 8):
5'-gaccttgggtttggcgtaaaatgcgagctgtttgaatagcagcatg-3 '
Example 3 Purification method 1) E. coli recombinant pTRP-ldhD / JM109 was cultured in Super broth (3.5% polypeptone, 2% yeast extract, 0.5% NaCl pH7.5) at 37 ° C. for 9 hours and collected for 9 hours. Fungus.
2)得られた湿菌体5.8gを30mlの抽出バッファー(20mM リン酸カリウムバッファー pH7.5、5mM 2−メルカプトエタノール、0.5mM EDTA)で懸濁し、超音波破砕後(MISONIX社製 astrason ULTRASONIC PROCESSOTR XL)、遠心分離し(18,000×g、15分、4℃ BECKMAN社製 Model J2−21 Centrifuge)粗抽出液を調製した。得られた粗抽出液中のD−乳酸脱水素酵素の発現量は、約800U/mgタンパクであった。 2) 5.8 g of the obtained wet cells were suspended in 30 ml of extraction buffer (20 mM potassium phosphate buffer pH 7.5, 5 mM 2-mercaptoethanol, 0.5 mM EDTA), and subjected to ultrasonic disruption (ASTRASON manufactured by MISONIX). ULTRASONIC PROCESSOTR XL) and centrifugation (18,000 × g, 15 minutes, 4 ° C. Model J2-21 Centrifuge manufactured by BECKMAN) to prepare a crude extract. The expression level of D-lactate dehydrogenase in the obtained crude extract was about 800 U / mg protein.
尚、LDH活性測定には測定温度が25℃、測定波長340nmで、下記の表に記載の反応液組成にて測定を行った。またこの反応条件における1分間あたりの1μmolのNAD+生成量を1単位とし、上記酵素活性をD−乳酸脱水素酵素活性と定義した。 The LDH activity was measured at a measurement temperature of 25 ° C. and a measurement wavelength of 340 nm with the reaction liquid composition described in the following table. In addition, 1 μmol of NAD + produced per minute under these reaction conditions was defined as 1 unit, and the enzyme activity was defined as D-lactate dehydrogenase activity.
LDH活性測定用バッファー組成 最終濃度
リン酸カリウムバッファー 0.1M
(pH7.0)
ピルビン酸 2mM
NADH 0.22mM
3)その無細胞抽出液をバッファーA(10mM リン酸カリウムバッファー pH7.5、5mM 2−メルカプトエタノール、0.5mM EDTA)で平衡化したDEAE−Cellulofine A−500(生化学工業株式会社製)に通じ、バッファーAで洗浄後、0−0.3M NaClのリニアグラジエントで目的タンパク質を溶出させた。
Buffer composition for LDH activity measurement Final concentration potassium phosphate buffer 0.1M
(PH 7.0)
Pyruvate 2mM
NADH 0.22mM
3) The cell-free extract was added to DEAE-Cellulofine A-500 (manufactured by Seikagaku Corporation) equilibrated with buffer A (10 mM potassium phosphate buffer pH 7.5, 5 mM 2-mercaptoethanol, 0.5 mM EDTA). Then, after washing with buffer A, the protein of interest was eluted with a linear gradient of 0-0.3 M NaCl.
4)活性画分を最終濃度1.0Mになるように硫酸アンモニウムを加え、1時間攪拌した後、バッファーB(10mM K−リン酸バッファー pH7.5、5mM 2−メルカプトエタノール、0.5mM EDTA、1.0M 硫酸アンモニウム)で平衡化したPhenyl−Sepharose CL 4B(Amersham Biosciences社製)に通じ、バッファーBで洗浄後、1.0−0M 硫酸アンモニウムのリニアグラジエントで目的タンパク質を溶出させた。得られた活性画分をバッファーAで透析後、比活性1,500U/mgタンパクである組換えタンパク質の精製標品を得た。この精製標品は、SDS−PAGE後CBBR−250で染色した結果、約44,000のほぼ単一バンドを示した。 4) Ammonium sulfate was added to the active fraction to a final concentration of 1.0 M, and the mixture was stirred for 1 hour, and then buffer B (10 mM K-phosphate buffer pH 7.5, 5 mM 2-mercaptoethanol, 0.5 mM EDTA, 1 The solution was passed through Phenyl-Sepharose CL 4B (manufactured by Amersham Biosciences) equilibrated with (0.0M ammonium sulfate), washed with buffer B, and the target protein was eluted with a linear gradient of 1.0-0M ammonium sulfate. The obtained active fraction was dialyzed against buffer A, and a purified preparation of recombinant protein having a specific activity of 1,500 U / mg protein was obtained. As a result of staining with CBBR-250 after SDS-PAGE, this purified sample showed an approximately single band of about 44,000.
実施例4 ランダム変異導入とスクリーニング
1)pTRP−ldhDを制限酵素EcoRI及びBamHI(タカラバイオ社製)で処理し、D−乳酸脱水素酵素遺伝子をGFXTM PCR DNA and Gel Band Purification Kit(Amersham Biosciences社製)により回収し、LIGAFASTTM RAPID DNA LIGATION SYSTEM(Promega社製)を用いて、予め制限酵素EcoRI及びBamHI(タカラバイオ社製)で処理したpBluescript II KS+(2.9kb)ベクターに導入し、プラスミドpBluescript−ldhDを得た。
Example 4 Random mutagenesis and screening 1) pTRP-ldhD was treated with restriction enzymes EcoRI and BamHI (Takara Bio), and D-lactate dehydrogenase gene was converted into GFX ™ PCR DNA and Gel Band Purification Kit (Amersham Biosciences) And introduced into a pBluescript II KS + (2.9 kb) vector previously treated with restriction enzymes EcoRI and BamHI (manufactured by Takara Bio Inc.) using LIGAFAST ™ RAPID DNA LIGATION SYSTEM (manufactured by Promega). The plasmid pBluescript-ldhD was obtained.
2)得られたプラスミドをDiversify PCR random mutagenesis Kit(clontech社製)を用いてエラープローンPCRを行った。PCR反応組成は、(50μlあたり)1×TITANIUM Taq polymerase、1ng pBluescript−ldhD、0.2μM センスプライマー、0.2μM アンチセンスプライマー、1×Diversify dNTP Mix、0.04mM dGTP、0.16mM MnSO4、1×TITANIUM Taq バッファーにて行った。PCR反応は94℃ 30秒(変性)、68℃ 2分(伸長)を25サイクル繰返し、アガロース電気泳動によりD−乳酸脱水素酵素遺伝子に相当する約1.1kbのPCR産物を確認した。 2) The obtained plasmid was subjected to error-prone PCR using Diversity PCR random mutation Kit (Clontech). PCR reaction composition (per 50 μl): 1 × TITANIUM Taq polymerase, 1 ng pBluescript-ldhD, 0.2 μM sense primer, 0.2 μM antisense primer, 1 × Diversify dNTP Mix, 0.04 mM dGTP, 0.16 mM dGTP, 0.16 mM MnSO 4 This was performed in 1 × TITANIUM Taq buffer. The PCR reaction was 94 ° C. for 30 seconds (denaturation) and 68 ° C. for 2 minutes (elongation) for 25 cycles, and a 1.1-kb PCR product corresponding to the D-lactate dehydrogenase gene was confirmed by agarose electrophoresis.
センスプライマー(配列番号9):
5’−gtaaaacgacggccagtgagcg−3’
アンチセンスプライマー(配列番号10):
5’−cactaaagggaacaaaagctggag−3’
3)増幅されたDNA断片を制限酵素EcoRI及びBamHI(タカラバイオ社製)処理し、GFXTM PCR DNA and Gel Band Purification Kit(Amersham Biosciences社製)により精製した。得られたDNA断片全量をLIGAFASTTM RAPID DNA LIGATION SYSTEM(Promega社製)を用いて、予め制限酵素EcoRI及びBamHI(タカラバイオ社製)で処理した発現ベクターpTRP(2.9kb)に導入後、大腸菌JM109株を形質転換し、変異酵素ライブラリーを作製した。
Sense primer (SEQ ID NO: 9):
5'-gtaaaacgaggggccagtgagcg-3 '
Antisense primer (SEQ ID NO: 10):
5'-cactaaaaggagaaaagactgggag-3 '
3) The amplified DNA fragment was treated with restriction enzymes EcoRI and BamHI (manufactured by Takara Bio Inc.) and purified by GFX ™ PCR DNA and Gel Band Purification Kit (manufactured by Amersham Biosciences). The entire amount of the obtained DNA fragment was introduced into an expression vector pTRP (2.9 kb) previously treated with restriction enzymes EcoRI and BamHI (manufactured by Takara Bio Inc.) using LIGAFAST ™ RAPID DNA LIGATION SYSTEM (manufactured by Promega). The JM109 strain was transformed to prepare a mutant enzyme library.
4)変異酵素ライブラリーより96穴のディープウェル(Super broth(3.5% ポリペプトン、2% 酵母エキス、0.5% NaCl pH7.5)0.6ml/well)に植菌し、37℃、17時間振とう培養後、遠心分離により、集菌した。得られた菌体を抽出バッファー(精製時と同じ)に懸濁後、破砕、遠心分離し、粗抽出液を得た。 4) Inoculate 96-well deep well (Super broth (3.5% polypeptone, 2% yeast extract, 0.5% NaCl pH 7.5) 0.6 ml / well) from the mutant enzyme library at 37 ° C, After 17 hours of shaking culture, the cells were collected by centrifugation. The obtained microbial cells were suspended in an extraction buffer (same as that during purification), then crushed and centrifuged to obtain a crude extract.
5)各粗抽出液はバッファーC(0.1M トリス−塩酸バッファー pH9.0、0.1mg/ml BSA)で希釈し、40℃、15分間熱処理した後、LDH活性を測定し、残存活性を算出した。 5) Each crude extract was diluted with buffer C (0.1 M Tris-HCl buffer pH 9.0, 0.1 mg / ml BSA), heat-treated at 40 ° C. for 15 minutes, LDH activity was measured, and residual activity was measured. Calculated.
6)その結果、野生型より安定性が向上した4クローンが選別された。得られた4クローンをDNA配列解析した結果、195番目のグリシンがシステインに置換した形質転換体(G195C)、9番目のグルタミン酸がグリシンに置換、275番目のグルタミン酸がリシンに置換、286番目のイソロイシンがバリンに置換した形質転換体(E9G/E275K/I286V)、286番目のイソロイシンがバリンに置換した形質転換体(I286V)、156番目のリシンがアルギニンに置換、340番目のアスパラギンがリシンに置換した形質転換体(K156R/N340K)であることを確認した。 6) As a result, 4 clones with improved stability over the wild type were selected. As a result of DNA sequence analysis of the resulting 4 clones, a transformant (G195C) in which the 195th glycine was replaced with cysteine, the 9th glutamic acid was replaced with glycine, the 275th glutamic acid was replaced with lysine, and the 286th isoleucine Transformed with valine (E9G / E275K / I286V), 286th isoleucine substituted with valine (I286V), 156th lysine replaced with arginine, 340th asparagine replaced with lysine It was confirmed that it was a transformant (K156R / N340K).
7)精製法は野生型と同じ。
5 20アミノ酸置換体の作製とスクリーニング
1)pTRP−ldhDを鋳型に下記のプライマーを用いて、QuikChangeTM Site−Directed Mutagenesis Kits(STRATAGENE社製)により、195番目のグリシンに対して変異導入後、大腸菌JM109株を形質転換し、別のアミノ酸に置換した20種の置換体を作製した。
7) Purification method is the same as wild type.
5 Preparation and Screening of 20 Amino Acid Substitutes 1) Using pTRP-ldhD as a template and using the following primers, QuikChange ™ Site-Directed Mutagenesis Kits (manufactured by STRATAGENE), mutated the 195th glycine, then E. coli The JM109 strain was transformed to produce 20 types of substitutes substituted with other amino acids.
センスプライマー(配列番号11):
5’−gcaaattatggaannkttcggcgctaaggtaattgcatatgaccc−3’
アンチセンスプライマー(配列番号12):
5’−ccttagcgccgaamnnttccataatttgcatataaacacgtcc−3’
2)20種のアミノ酸置換体を96穴のディープウェル(Super broth(3.5% ポリペプトン、2% 酵母エキス、0.5% NaCl pH7.5) 0.6ml/well)に植菌し、37℃、17時間培養後、遠心分離により、集菌した。得られた菌体を抽出バッファー(精製時と同じ)に懸濁後、破砕、遠心分離し、粗抽出液を得た。
Sense primer (SEQ ID NO: 11):
5'-gcaatattggaannktttcggcgctaaggttaattgcatatgaccc-3 '
Antisense primer (SEQ ID NO: 12):
5'-ccttagcgccgaamnnttccataattttcatataacacgtcc-3 '
2) 20 kinds of amino acid substitutions were inoculated into 96-well deep wells (Super broth (3.5% polypeptone, 2% yeast extract, 0.5% NaCl pH 7.5) 0.6 ml / well), 37 The cells were collected by centrifugation at 17 ° C. for 17 hours. The obtained microbial cells were suspended in an extraction buffer (same as that during purification), then crushed and centrifuged to obtain a crude extract.
3)各粗抽出液はバッファーC(0.1M トリス−塩酸バッファー pH9.0、0.1mg/ml BSA)で希釈し、55℃、60分間熱処理した後、LDH活性を測定し、残存活性を算出した。 3) Each crude extract was diluted with buffer C (0.1 M Tris-HCl buffer pH 9.0, 0.1 mg / ml BSA), heat-treated at 55 ° C. for 60 minutes, LDH activity was measured, and residual activity was measured. Calculated.
4)その結果、195番目のグリシンがシステインに置換された形質転換体が最も安定であった。
実施例6 本発明の変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質の理化学的性質
実施例で得られた理化学的性質を、以下の表1にまとめた。
4) As a result, the transformant in which the 195th glycine was replaced with cysteine was the most stable.
Example 6 Physicochemical Properties of Mutant D-Lactate Dehydrogenase Protein of the Present Invention The physicochemical properties obtained in the examples are summarized in Table 1 below.
本発明の酵素を100mM トリス−塩酸バッファー pH9.0(0.1mg/ml BSAを含む)中で25−70℃、15分間熱処理後LDH活性を測定し、残存活性を算出した。結果は図1・表1に示す通りで、野生型は30℃まで安定であるのに対し、変異型は37−55℃まで安定であった。
2)pH安定性に関して
本発明酵素を100mM リン酸カリウムバッファー pH5.5−7.5、100mM トリス−塩酸バッファー pH7.5−9.0、100mM グリシン−水酸化ナトリウムバッファー pH9.0−10.0(0.1%(w/v) Tween80を含む)中で25℃、7日間保存後LDH活性を測定し、残存活性を算出した。
2) Regarding pH stability The enzyme of the present invention was added to 100 mM potassium phosphate buffer pH 5.5-7.5, 100 mM Tris-hydrochloric acid buffer pH 7.5-9.0, 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer pH 9.0-10.0. LDH activity was measured after storage at 25 ° C. for 7 days in 0.1% (w / v)
結果は図2・表1に示す通りで、野生型はpH5.5−8.0まで安定であるのに対し、変異型は少なくとも約pH5.5−8.5まで安定であった。
3)Km値に関して
0.14−0.29mM(ピルビン酸)、0.10−0.13mM(NADH)であった。
The results are shown in FIG. 2 and Table 1. The wild type was stable up to pH 5.5-8.0, whereas the mutant type was stable up to at least about pH 5.5-8.5.
3) Regarding the Km value, they were 0.14-0.29 mM (pyruvic acid) and 0.10-0.13 mM (NADH).
4)至適pHに関して
約pH6.5−7.5であった。
5)分子量に関して
SDS−PAGEを行った結果、分子量は約44,000であった。
4) About optimum pH It was about pH 6.5-7.5.
5) Regarding molecular weight As a result of conducting SDS-PAGE, the molecular weight was about 44,000.
Claims (6)
ここにおいて、前記変異型のD−乳酸脱水素酵素タンパク質は以下のいずれかの条件を満たす:
1)配列番号1に記載のアミノ酸配列の195番目のアミノ酸残基がシステインに置換されている;
2)配列番号1に記載のアミノ酸配列の9番目のアミノ酸残基がグリシンに置換されており、配列番号1に記載のアミノ酸配列の275番目のアミノ酸残基がリシンに置換されており、そして、配列番号1に記載のアミノ酸配列の286番目のアミノ酸残基がバリンに置換されている;あるいは、
3)配列番号1に記載のアミノ酸配列の156番目のアミノ酸残基がアルギニンに置換されており、そして、配列番号1に記載のアミノ酸配列の340番目のアミノ酸残基がリシンに置換されている、
前記核酸。 A nucleic acid encoding a mutant Lactobacillus bacterium D-lactate dehydrogenase protein having improved storage stability in solution,
Here, the mutant D-lactate dehydrogenase protein satisfies any of the following conditions :
1) The 195th amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with cysteine;
2) The ninth amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with glycine, the 275th amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with lysine, and 286 amino acid residues of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 has been substituted with valine; or
3) The 156th amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with arginine, and the 340th amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with lysine.
Said nucleic acid.
1)配列番号1に記載のアミノ酸配列の195番目のアミノ酸残基がシステインに置換されている;
2)配列番号1に記載のアミノ酸配列の9番目のアミノ酸残基がグリシンに置換されており、配列番号1に記載のアミノ酸配列の275番目のアミノ酸残基がリシンに置換されており、そして、配列番号1に記載のアミノ酸配列の286番目のアミノ酸残基がバリンに置換されている;あるいは
3)配列番号1に記載のアミノ酸配列の156番目のアミノ酸残基がアルギニンに置換されており、そして、配列番号1に記載のアミノ酸配列の340番目のアミノ酸残基がリシンに置換されている、
前記変異型のラクトバチラス属細菌のD−乳酸脱水素酵素タンパク質。 A mutant D-lactate dehydrogenase protein of the genus Lactobacillus having improved storage stability in solution, which satisfies any of the following conditions :
1) The 195th amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with cysteine;
2) The ninth amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with glycine, the 275th amino acid residue of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is substituted with lysine, and The amino acid residue at position 286 of SEQ ID NO: 1 is substituted with valine; or 3) the amino acid residue at position 156 of amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 is replaced with arginine; , 340th amino acid residue of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with lysine,
A D-lactate dehydrogenase protein of the bacterium belonging to the genus Lactobacillus.
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