JP5260941B2 - Novel collagenolytic enzymes and their use - Google Patents
Novel collagenolytic enzymes and their use Download PDFInfo
- Publication number
- JP5260941B2 JP5260941B2 JP2007296564A JP2007296564A JP5260941B2 JP 5260941 B2 JP5260941 B2 JP 5260941B2 JP 2007296564 A JP2007296564 A JP 2007296564A JP 2007296564 A JP2007296564 A JP 2007296564A JP 5260941 B2 JP5260941 B2 JP 5260941B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amino acid
- acid sequence
- seq
- enzyme
- ala
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
本発明は、新規なコラーゲン分解酵素、その遺伝子とその利用に関する。更に詳しくは、本発明は、アルカリモナス属細菌由来のアルカリ領域において高い活性を有する新規なコラーゲン分解酵素、その遺伝子とその利用に関する。 The present invention relates to a novel collagenolytic enzyme, its gene and use thereof. More specifically, the present invention relates to a novel collagenolytic enzyme having high activity in an alkaline region derived from Alkalamonas spp., Its gene and use thereof.
コラーゲン分解酵素やゼラチン分解酵素は工業的利用価値の高い酵素である。例えばコラーゲンのペプチド性加水分解物には、シワ取りなどの美容整形用の材料としての有用性があり、また保湿性、シワ形成予防作用、血圧降下作用等の興味深い生理活性も見いだされており(例えば、非特許文献1、2参照)、実際に、コラーゲンを低分子化したペプチドが医療や化粧品分野において多量に用いられている(例えば、特許文献1〜3参照)。また、写真用乳剤などにはゼラチンが用いられており、レントゲンや写真のフィルムのリサイクルにはゼラチン分解酵素が用いられている(例えば、特許文献4参照)。ゼラチン分解酵素は廃棄フィルムから写真資源の回収に有用である。 Collagen degrading enzymes and gelatin degrading enzymes are enzymes with high industrial utility value. For example, collagen hydrolyzate of collagen has utility as a cosmetic material such as wrinkle removal, and has also found interesting physiological activities such as moisturizing properties, wrinkle formation preventing action, blood pressure lowering action ( For example, refer to Non-Patent Documents 1 and 2), and in fact, peptides with a low molecular weight collagen are used in large quantities in the medical and cosmetic fields (see, for example, Patent Documents 1 to 3). Gelatin is used in photographic emulsions and the like, and gelatinolytic enzymes are used in recycling X-rays and photographic films (for example, see Patent Document 4). Gelatin degrading enzymes are useful for the recovery of photographic resources from waste films.
また近年、有機廃棄物の有効利用のためのバイオコンバージョン(生物学的変換)が積極的に試みられている。例えば生ゴミのコンポスト化はその好例である。動物性タンパク質の30%以上はコラーゲンからなっており、一般家庭や食堂から出される生ゴミ、および食肉加工業において排出される廃棄物にもコラーゲンが多量に含まれている。コラーゲンはその特殊な高次構造のために一般に難溶性・難分解性であり、コンポスト化においても比較的分解の遅いタンパク質である。畜産資源の非利用部分の多くは難分解性であるため、多くは焼却処分されているのが現状である。 In recent years, bioconversion (biological conversion) for effective use of organic waste has been actively attempted. For example, composting garbage is a good example. More than 30% of animal protein is made of collagen, and a large amount of collagen is contained in raw garbage from ordinary households and canteens, and waste discharged in the meat processing industry. Collagen is generally poorly soluble and hardly decomposable due to its special higher order structure, and is a relatively slow degrading protein even in composting. Since most of the unused parts of livestock resources are hardly decomposable, most of them are currently incinerated.
従って、コラーゲンやゼラチンを分解できるコラーゲン分解酵素の開発は非常に重要であり、これまでコラーゲン分解酵素およびコラーゲン分解酵素生産菌についての多くの報告がなされている(例えば、特許文献5〜8参照)。しかしながら、これら酵素の多くは中性から酸性域において最適反応pHを示すものであり、アルカリ条件下で最適反応pHを示すコラーゲン分解酵素はあまり知られていない。さらに、微生物由来のコラーゲン分解酵素の多くはコラゲナーゼと呼ばれる金属酵素であり、セリンプロテアーゼに分類されるコラーゲン分解酵素はあまり知られていない(非特許文献3)。 Therefore, the development of a collagenolytic enzyme capable of degrading collagen and gelatin is very important, and many reports have been made so far about collagenolytic enzymes and collagenolytic enzyme-producing bacteria (for example, see Patent Documents 5 to 8). . However, many of these enzymes exhibit an optimum reaction pH in a neutral to acidic range, and few collagenolytic enzymes exhibiting an optimum reaction pH under alkaline conditions are not well known. Furthermore, many of the collagen-degrading enzymes derived from microorganisms are metalloenzymes called collagenases, and collagen-degrading enzymes classified into serine proteases are not well known (Non-patent Document 3).
本発明は、以上のようなコラーゲン分解酵素に関する現状に鑑み、アルカリ条件下で活性なコラーゲン分解酵素を提供することを目的とするものであり、アルカリ条件に最適反応pHを示し、セリンプロテアーゼに分類され、公知のコラーゲン分解酵素に対してはアミノ酸配列において相同性の低い、新規なコラーゲン分解酵素ならびにこれをコードする遺伝子を提供することをその目的とするものである。 The present invention has been made in view of the current situation regarding collagen degrading enzymes as described above, and aims to provide a collagen degrading enzyme that is active under alkaline conditions. It shows an optimum reaction pH in alkaline conditions and is classified as a serine protease. It is an object of the present invention to provide a novel collagenolytic enzyme having a low amino acid sequence homology to a known collagenolytic enzyme and a gene encoding the same.
本発明者らは、上述のような目的を達成するために鋭意研究を行い、コラーゲン分解酵素の生産菌を深海底土壌中よりスクリーニングした結果、新たなコラーゲン分解酵素を見出し、さらに本酵素をコードする遺伝子をクローニングすることで本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present invention have conducted extensive research to achieve the above-described object, and as a result of screening collagen-degrading enzyme-producing bacteria from deep-sea soil, they have found a new collagen-degrading enzyme and further encoded this enzyme. The present invention has been completed by cloning the gene to be used.
即ち、本発明は、 配列表の配列番号2のポリヌクレオチドでコードされ、配列表の配列番号1のアミノ酸配列又はこの配列中の1個もしくは複数のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するコラーゲン分解酵素前駆体を経て得られる、次の理化学的性質を有する新規なコラーゲン分解酵素を提供するものである。
(1) 作用:
カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンおよびエラスチンの蛋白質を分解し、特にコラーゲンおよびゼラチンに対して強い分解作用を有する。
また、合成基質であるN-メトキシスクシニル-Ala-Ile-Pro-Met-p-ニトロアニリド、N-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Phe-p-ニトロアニリド、N-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Met-p-ニトロアニリド、N-グルタリル-Ala-Ala-Pro-Leu-p-ニトロアニリド、及びN-スクシニル-Ala-Ala-Val-Ala-p-ニトロアニリドに対して分解作用を有するが、N-メトキシスクシニル- Ala-Ala-Pro-Val-p-ニトロアニリド、及びN-スクシニル-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-メチルクマリル-7-アミドに対して分解作用を示さない。
(2) 最適反応pH: pH8.5〜9.0
(3) 最適反応温度は40〜50℃であり、45℃まで安定な酵素活性を有する。
(4) 分子量:
ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法による分子量が、50,000〜70,000である。
(5) 阻害剤:
セリンプロテアーゼの阻害剤であるフェニルメチルスルフォニルフルオライドにより完全に阻害されるが、キレート剤であるエチレンジアミン四酢酸では10mM濃度で35%の残存活性を示す。
That is, the present invention is encoded by the polynucleotide of SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing or an amino acid sequence in which one or more amino acids in this sequence are deleted, substituted or added The present invention provides a novel collagenolytic enzyme obtained through a collagenolytic enzyme precursor having the following physicochemical properties:
(1) Action:
It degrades casein, gelatin, collagen, keratin and elastin proteins, and has a strong degrading action particularly on collagen and gelatin.
Synthetic substrates N -methoxysuccinyl-Ala-Ile-Pro-Met- p -nitroanilide, N -succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe- p -nitroanilide, N -succinyl-Ala-Ala-Pro -Met- p -nitroanilide, N -glutaryl-Ala-Ala-Pro-Leu- p -nitroanilide, and N -succinyl-Ala-Ala-Val-Ala- p -nitroanilide N -methoxysuccinyl-Ala-Ala-Pro-Val- p -nitroanilide and N -succinyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-methylcoumaryl-7-amide are not degraded.
(2) Optimum reaction pH: pH 8.5-9.0
(3) The optimum reaction temperature is 40-50 ° C, and the enzyme activity is stable up to 45 ° C.
(4) Molecular weight:
The molecular weight by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis is 50,000 to 70,000.
(5) Inhibitor:
Although it is completely inhibited by phenylmethylsulfonyl fluoride which is an inhibitor of serine protease, ethylenediaminetetraacetic acid which is a chelating agent shows a residual activity of 35% at a concentration of 10 mM.
また、本発明は、配列表の配列番号3で示されるアミノ酸配列、又はこの配列中の1個もしくは複数のアミノ酸が欠失、置換、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する、或いは配列表の配列番号3で示されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有する、上記の新規なコラーゲン分解酵素を提供するものである。 The present invention also includes an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, or an amino acid sequence in which one or more amino acids in this sequence are deleted, substituted, or added, or SEQ ID NO: in the sequence listing. The above-mentioned novel collagenolytic enzyme having an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence shown in FIG.
また、本発明は、配列表の配列番号5で示されるアミノ酸配列、又はこの配列中の1個もしくは複数のアミノ酸が欠失、置換、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する、上記の新規なコラーゲン分解酵素を提供するものである。 The present invention also provides the above-described novel collagen degradation having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5 in the sequence listing, or an amino acid sequence in which one or more amino acids in this sequence are deleted, substituted, or added. An enzyme is provided.
また、本発明は、配列表の配列番号7で示されるアミノ酸配列、又はこの配列中の1個もしくは複数のアミノ酸が欠失、置換、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する、上記の新規なコラーゲン分解酵素を提供するものである。 The present invention also provides the above-described novel collagen degradation having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7 in the sequence listing, or an amino acid sequence in which one or more amino acids in the sequence are deleted, substituted, or added. An enzyme is provided.
また、本発明は、アルカリモナス コラゲニマリナ由来のものである、前記の新規なコラーゲン分解酵素を提供するものである。 The present invention also provides the novel collagenolytic enzyme described above, which is derived from Alkaline monas collagena marina.
また、本発明は、配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列、又はこの配列中の1個もしくは複数のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有する、新規なコラーゲン分解酵素前駆体を提供するものである。 The present invention also provides a novel collagenolytic enzyme precursor having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, or an amino acid sequence in which one or more amino acids in this sequence are deleted, substituted or added. Is to provide.
更に、本発明は、前記の新規なコラーゲン分解酵素またはその前駆体のアミノ酸配列をコードする遺伝子であって、下記(a)〜(h)からなる群、
(a)配列番号3に示す成熟酵素を構成するアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(b)配列番号3に示す成熟酵素を構成するアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(c)配列番号5に示すアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(d)配列番号5に示すアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(e)配列番号7に示すアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(f)配列番号7に示すアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(g)配列番号2に示すヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド、又は
(h)配列番号2に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコラーゲン分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
から選ばれるコラーゲン分解酵素をコードする遺伝子を提供するものである。
Furthermore, the present invention relates to a gene encoding the amino acid sequence of the above-described novel collagenolytic enzyme or a precursor thereof, the group consisting of the following (a) to (h):
(A) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence constituting the mature enzyme shown in SEQ ID NO: 3,
(B) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence constituting the mature enzyme shown in SEQ ID NO: 3 have been deleted, substituted or added;
(C) a polynucleotide encoding a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5,
(D) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 have been deleted, substituted or added;
(E) a polynucleotide encoding a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7,
(F) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 have been deleted, substituted or added;
(G) a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2, or (h) a protein that hybridizes with a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has a collagenolytic activity A polynucleotide,
The present invention provides a gene encoding a collagenolytic enzyme selected from
また、本発明は、前記いずれかの遺伝子を含有する組換えベクターおよび当該ベクターにより形質転換された微生物を提供するものである。 The present invention also provides a recombinant vector containing any one of the above genes and a microorganism transformed with the vector.
更に、また、本発明は、アルカリモナス コラゲニマリナ、又は前記形質転換された微生物を培養し、その培養液よりコラーゲン分解酵素を採取することを特徴とする、前記理化学的性質又は前記アミノ酸配列を有するコラーゲン分解酵素の製造方法を提供するものである。 Furthermore, the present invention also relates to a collagen having the physicochemical properties or the amino acid sequence, characterized by culturing the alkaline monas collagena marina or the transformed microorganism and collecting a collagenolytic enzyme from the culture solution. A method for producing a degrading enzyme is provided.
本発明の新規なコラーゲン分解酵素は、従来のコラーゲン分解酵素には見られなかったアルカリ領域において高いコラーゲン分解活性を有し、セリンプロテアーゼに分類されるものである。従って、特にアルカリ領域においてコラーゲンやゼラチンを高い活性で分解することができるという特徴ある性質を有する。 The novel collagenolytic enzyme of the present invention has a high collagenolytic activity in an alkaline region not found in conventional collagenolytic enzymes, and is classified as a serine protease. Therefore, it has a characteristic property that collagen and gelatin can be decomposed with high activity particularly in an alkaline region.
本発明の新規なコラーゲン分解酵素(以下、「本発明酵素」ということもある)は、次の(1)〜(5)で規定される酵素学的性質を有するものである。 The novel collagenolytic enzyme of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the enzyme of the present invention”) has the enzymatic properties defined in the following (1) to (5).
(1)作用:
本発明酵素は、カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンおよびエラスチンの蛋白質を分解し、特にコラーゲンおよびゼラチンに対して強い分解作用を有する。
また、本発明酵素は、合成基質であるN-メトキシスクシニル-Ala-Ile-Pro-Met-p-ニトロアニリド(「AIPM」という)、N-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Phe-p-ニトロアニリド(「AAPF」という)、N-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Met-p-ニトロアニリド(「AAPM」という)、N-グルタリル-Ala-Ala-Pro-Leu-p-ニトロアニリド(「AAPL」という)、及びN-スクシニル-Ala-Ala-Val-Ala-p-ニトロアニリド(「AAVA」という)に対して分解作用を有するが、N-メトキシスクシニル-Ala-Ala-Pro-Val-p-ニトロアニリド(「AAPV」という)及びN-スクシニル-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-メチルクマリル-7-アミド(「GPLGP」という)に対して分解作用を示さない。
(2)本発明酵素の最適反応pHは、pH8.5〜9.0である。
(3)本発明酵素の最適反応温度は、40〜50℃である。また、本発明酵素は45℃までは安定な酵素活性を有する。
(4)分子量:
ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(「SDS−PAGE」という)による分子量が、50,000〜70,000である。
(5)阻害剤
本発明酵素は、セリンプロテアーゼの阻害剤であるフェニルメチルスルフォニルフルオライド(「PMSF」という)により完全に阻害されるが、キレート剤であるエチレンジアミン四酢酸(「EDTA」という)では10mM濃度で35%の残存活性を示す。
(1) Action:
The enzyme of the present invention degrades casein, gelatin, collagen, keratin and elastin proteins, and particularly has a strong degrading action on collagen and gelatin.
In addition, the enzyme of the present invention includes N -methoxysuccinyl-Ala-Ile-Pro-Met- p -nitroanilide (referred to as “AIPM”), N -succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe- p -nitro, which are synthetic substrates. Anilide (referred to as "AAPF"), N -succinyl-Ala-Ala-Pro-Met- p -nitroanilide (referred to as "AAPM"), N -glutaryl-Ala-Ala-Pro-Leu- p -nitroanilide (referred to as "AAPL") ), And N -succinyl-Ala-Ala-Val-Ala- p -nitroanilide (referred to as “AAVA”), but N -methoxysuccinyl-Ala-Ala-Pro-Val- p It has no degrading action on -nitroanilide (referred to as "AAPV") and N -succinyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-methylcoumaryl-7-amide (referred to as "GPLGP").
(2) The optimum reaction pH of the enzyme of the present invention is pH 8.5 to 9.0.
(3) The optimum reaction temperature of the enzyme of the present invention is 40-50 ° C. The enzyme of the present invention has a stable enzyme activity up to 45 ° C.
(4) Molecular weight:
The molecular weight by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (referred to as “SDS-PAGE”) is 50,000 to 70,000.
(5) Inhibitor The enzyme of the present invention is completely inhibited by phenylmethylsulfonyl fluoride (hereinafter referred to as “PMSF”), which is an inhibitor of serine protease, but in the case of ethylenediaminetetraacetic acid (hereinafter referred to as “EDTA”) which is a chelating agent. 35% residual activity at 10 mM concentration.
このような本発明のコラーゲン分解酵素は、以下に示す方法に特に限定されるものではないが、例えば、アルカリモナス属細菌が産生する酵素の中から見出される。このようなアルカリモナス属の微生物の一例として、好ましくはアルカリモナス コラゲニマリナ AC40株がある。この菌株は、倉田らにより既に詳細にその特定化がなされ、新規な菌株であることが証明されているものである。この菌株の菌学的性質等については、すでに非特許文献4(Kurataら”Int. J. Syst. Evol. Microbiol.”57,1549-53, 2007)に詳細に報告されているので、本明細書においてはその記載をここに引用する。また、この菌株は、アルカリモナス コラゲニマリナ AC40株(Alkalimonas collagenimarina AC40)として独立行政法人理化学研究所微生物系統保存施設(JCM、所在地:351-0198 埼玉県和光市広沢2−1、独立行政法人理化学研究所 微生物系統保存施設)にJCM14267として、ならびにNCIMB Ltd(Ferguson Building Craibstone Estate Bucksburn Aberdeen AB21 9YA UK)にNCIMB14266としてそれぞれ寄託されており、これらの寄託機関から入手することができる。 Such a collagenolytic enzyme of the present invention is not particularly limited to the method shown below, but is found, for example, among enzymes produced by alkaline genus bacteria. As an example of such a microorganism belonging to the genus Alkaline monas, there is preferably Alkaline monas Collageni marina AC40 strain. This strain has already been specified in detail by Kurata et al. And has been proved to be a novel strain. The bacteriological properties and the like of this strain have already been reported in detail in Non-Patent Document 4 (Kurata et al. “Int. J. Syst. Evol. Microbiol.” 57, 1549-53, 2007). The description is quoted here in the book. This strain is also known as Alkalimonas collagenimarina AC40, a microbial strain preservation facility (RICM), 2-1-01 Hirosawa, Wako City, Saitama Prefecture, RIKEN Microbial strain preservation facility) is deposited as JCM14267, and NCIMB Ltd (Ferguson Building Craibstone Estate Bucksburn Aberdeen AB21 9YA UK) as NCIMB14266, which can be obtained from these depository institutions.
本発明のコラーゲン分解酵素は、上述したコラーゲン分解酵素産生菌、例えばアルカリモナス属に属する微生物、好ましくはアルカリモナス コラゲニマリナ AC40株(JCM14267、NCIMB14266)を資化可能な炭素源、窒素源その他の必須栄養素を含む培地(好ましくはコラーゲンを添加する)を用いて培養し、その培養上清から得ることができる。 The collagenolytic enzyme of the present invention is a carbon source, nitrogen source or other essential nutrients that can assimilate the above-mentioned collagenolytic enzyme-producing bacteria, for example, microorganisms belonging to the genus Alkalamonas, preferably Alkaline monas Collagenimarina AC40 strain (JCM14267, NCIMB14266). Can be obtained from the culture supernatant.
培養に必要な資化可能な炭素源としてはグルコース、マルトース、マンノースなどであり、資化可能な窒素源としては魚肉エキス、ポリペプトン、カゼイン、コラーゲンなどである。
培養温度は5〜37℃、特に33℃が好ましく、pHは7.0〜10.5、特に8.5〜10.5が好ましく、この条件下において通常1〜3日間で培養が完了する。
Assimilar carbon sources necessary for the culture are glucose, maltose, mannose and the like, and assimilar nitrogen sources are fish meat extract, polypeptone, casein, collagen and the like.
The culture temperature is preferably 5 to 37 ° C, particularly 33 ° C, and the pH is preferably 7.0 to 10.5, particularly 8.5 to 10.5. Under these conditions, the culture is usually completed in 1 to 3 days.
本発明酵素は、培養上清中に蓄積したものであり、菌体を分離した残りの培養液を粗酵素液として利用することもできる。さらに、これらの粗酵素は、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー等の通常の精製方法を用いて精製することができる。必要に応じて限外濾過あるいは沈澱法等の手段により回収し、適当な方法を用いて粉末化して用いることもできる。 The enzyme of the present invention is accumulated in the culture supernatant, and the remaining culture solution from which the bacterial cells have been separated can be used as a crude enzyme solution. Furthermore, these crude enzymes can be purified using a conventional purification method such as ion exchange chromatography or gel filtration chromatography. If necessary, it can be recovered by means such as ultrafiltration or precipitation, and pulverized using an appropriate method.
この粗酵素液の分離・精製は、更に具体的には、例えば必要に応じて、塩析法、沈澱法、限外濾過法等の分離手段、例えばイオン交換クロマトグラフィー、等電点クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー等の公知の方法を組み合わせて、更に分離精製したものも使用することができる。 Separation / purification of this crude enzyme solution is more specifically, for example, if necessary, separation means such as salting-out method, precipitation method, ultrafiltration method, such as ion exchange chromatography, isoelectric point chromatography, What was further separated and purified by combining known methods such as hydrophobic chromatography, gel filtration chromatography, adsorption chromatography, affinity chromatography, and reverse phase chromatography can also be used.
また、本発明のコラーゲン分解酵素は、配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質、または配列番号3のアミノ酸配列において、1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質であり、本発明の遺伝子は、配列番号4に示すような当該タンパク質をコードするDNAである。 The collagenolytic enzyme of the present invention is a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, or a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3. The gene of the present invention is a DNA encoding the protein as shown in SEQ ID NO: 4.
ここで、配列番号3に示すアミノ酸配列において、1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列とは、配列番号3のアミノ酸配列とそれぞれ等価のアミノ酸配列を意味し、1若しくは複数個、好ましくは1〜10個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列であって、依然としてコラーゲン分解酵素活性を保持する配列をいい、付加には、両末端への1〜数個のアミノ酸の付加が含まれる。なお、当該等価のアミノ酸配列は、例えば、Lipman−Pearson法(Science, 227,1435,1985)等の公知のアルゴリズムを用いてアミノ酸配列を比較することにより行うことができる。具体的にはGENENTYX−Mac(ソフトウエァ開発)のサーチホモロジーやマキシマムマッチングプログラムを用いて相同性を求めることができる。 Here, in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, the amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, or added means an amino acid sequence equivalent to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, respectively. It is an amino acid sequence in which a plurality of amino acids, preferably 1 to 10 amino acids have been deleted, substituted or added, and still retains collagenase activity. For addition, 1 to several amino acids are added to both ends. Addition of the amino acids. In addition, the said equivalent amino acid sequence can be performed by comparing amino acid sequences using well-known algorithms, such as Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435, 1985), for example. Specifically, the homology can be obtained using a search homology or maximum matching program of GENENTYX-Mac (software development).
また、本発明のコラーゲン分解酵素前駆体は、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるタンパク質、または配列番号1のアミノ酸配列において、1若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質であり、本発明の遺伝子は、配列番号2に示す当該タンパク質をコードするDNAである。 The collagenolytic enzyme precursor of the present invention is a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. The gene of the present invention is DNA encoding the protein shown in SEQ ID NO: 2.
本発明のコラーゲン分解酵素前駆体は、配列番号1に示すアミノ酸の1番目のアミノ酸から760番目のアミノ酸から構成される。これは、配列番号2に示す塩基配列の1番目の塩基から2283番目の塩基からなるDNAによりコードすることができる。配列番号1のアミノ酸配列の相同性を検索した結果、コルウェリア サイクレエリスリア(Colwellia psychrerythraea)34H株の生産する cold-active alkaline serine protease(YP269576)と47%の相同性を示した。また、先行特許出願である特表2006−516889号公報(特許文献9)には、配列番号1に示すアミノ酸配列に類似したアミノ酸配列を有する新規プロテアーゼ(Proteases)が記載されていた。このものは57%の相同性を示したが、タンパク質分解酵素としての記載はあるが、これがコラーゲン分解活性があるとの記載は見られない。
その他の公知のプロテアーゼやコラーゲン分解酵素との相同性は極めて低く、本発明のコラーゲン分解酵素前駆体は新規な酵素前駆体であることが示唆された。従って、配列番号1に示すアミノ酸配列と適切なアライメントがなされた場合、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の相同性を有し、このコラーゲン分解酵素前駆体は本発明に包含される。
The collagenolytic enzyme precursor of the present invention is composed of the first to 760th amino acids of the amino acid shown in SEQ ID NO: 1. This can be encoded by a DNA consisting of the 2283th base from the 1st base of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2. As a result of searching the homology of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, it showed 47% homology with cold-active alkaline serine protease (YP269576) produced by Colwellia psychrerythraea 34H strain. In addition, in Japanese Patent Application Publication No. 2006-516889 (Patent Document 9), which is a prior patent application, a novel protease (Proteases) having an amino acid sequence similar to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 was described. This showed 57% homology, but there is a description as a proteolytic enzyme, but there is no description that it has collagen degradation activity.
The homology with other known proteases and collagen degrading enzymes was extremely low, suggesting that the collagen degrading enzyme precursor of the present invention is a novel enzyme precursor. Accordingly, when appropriately aligned with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, it preferably has a homology of 80% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more. Are encompassed by the present invention.
また、配列番号3に示す本発明のコラーゲン分解酵素は、アルカリモナス コラゲニマリナ AC40株において、プレプロペプチドが除去されて生産される。即ち、配列番号1に示すコラーゲン分解酵素前駆体において、1〜124番目までのアミノ酸(配列番号2では1〜372番目までのヌクレオチドに相当する)がプレペプチドとして本発明酵素の生産時に除去されるため、プレプロペプチドが除去された成熟型コラーゲン分解酵素として、配列番号3に示すアミノ酸の1番目のアミノ酸から636番目のアミノ酸から構成される本発明酵素が得られる。これは、配列番号4に示す塩基配列の1番目の塩基から1911番目の塩基からなるDNAによりコードすることができる。 In addition, the collagenolytic enzyme of the present invention shown in SEQ ID NO: 3 is produced by removing the prepropeptide from Alkaline monas collagena strain AC40. That is, in the collagenolytic enzyme precursor shown in SEQ ID NO: 1, amino acids 1 to 124 (corresponding to nucleotides 1 to 372 in SEQ ID NO: 2) are removed as prepeptides during the production of the enzyme of the present invention. Therefore, the enzyme of the present invention composed of the 636th amino acid from the 1st amino acid of the amino acid shown in SEQ ID NO: 3 is obtained as the mature collagenolytic enzyme from which the prepropeptide has been removed. This can be encoded by DNA consisting of the first base to the 1911th base of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4.
配列番号3のアミノ酸配列の相同性を検索した結果、コルウェリア サイクレエリスリア(Colwellia psychrerythraea)34H株の生産するcold-active alkaline serine protease(YP269576)と52%の相同性を示した。その他の公知のプロテアーゼやコラーゲン分解酵素との相同性は極めて低く、成熟型コラーゲン分解酵素は新規な酵素であることが示唆された。従って、配列番号3に示すアミノ酸の1番目のアミノ酸から636番目のアミノ酸からなるアミノ酸配列と適切なアライメントがなされた場合、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上の相同性を有し、酵素学的特性の1〜4を満たすコラーゲン分解酵素は本発明に包含される。 As a result of searching the homology of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, it showed 52% homology with the cold-active alkaline serine protease (YP269576) produced by the Colwellia psychrerythraea 34H strain. The homology with other known proteases and collagen degrading enzymes was extremely low, suggesting that mature collagen degrading enzymes are novel enzymes. Accordingly, when appropriate alignment is made with the amino acid sequence consisting of the first to 636th amino acids of the amino acid shown in SEQ ID NO: 3, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and still more preferably 90% or more. Collagen-degrading enzymes having the homology of 1 and satisfying the enzymatic characteristics of 1 to 4 are included in the present invention.
一般的にアルカリプロテアーゼの遺伝子は、長いプレプロ配列を有している。プレ配列は酵素の菌体外への分泌に必要であり、プロ配列は酵素の活性型立体構造を形成する際に必要な配列である。本発明者らは、配列表の配列番号2で表わされるプレプロ配列を含むコラーゲン分解酵素前駆体をコードする全遺伝子配列を見出し、配列番号1で表わされる同前駆体のアミノ酸配列を見出した。更に、このコラーゲン分解酵素前駆体から、配列番号3で表わされる、菌体外に生産される本発明のコラーゲン分解酵素のアミノ酸配列、即ち成熟酵素のアミノ酸配列を見出したものである。 Generally, alkaline protease genes have a long prepro sequence. The pre-sequence is necessary for secretion of the enzyme out of the microbial cell, and the pro-sequence is a sequence necessary for forming an active three-dimensional structure of the enzyme. The present inventors have found the entire gene sequence encoding a collagenolytic enzyme precursor containing the prepro sequence represented by SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and found the amino acid sequence of the precursor represented by SEQ ID NO: 1. Furthermore, from this collagenolytic enzyme precursor, the amino acid sequence of the collagenolytic enzyme of the present invention produced outside the cells represented by SEQ ID NO: 3, that is, the amino acid sequence of the mature enzyme was found.
本発明のコラーゲン分解酵素は、例えばアルカリモナス コラゲニマリナ AC40株の染色体DNAからクローニングし、適当なベクターと宿主菌を用いて大量に生産することができる。さらに、成熟コラーゲン分解酵素よりも分子量の小さい、2種類の小型化コラーゲン分解酵素の生産をも可能とすることができる。この小型化酵素は成熟酵素に比べてC末端側においてアミノ酸の欠損がある。
この2種類の小型化コラーゲン分解酵素AおよびBは、それぞれ配列番号3に示すアミノ酸配列の441番目から636番目のアミノ酸(配列番号4の1321〜1908番目の番目ヌクレオチドに相当する)、および配列番号3に示すアミノ酸配列の551番目から636番目のアミノ酸(配列番号4の1654〜1908番目の番目ヌクレオチドに相当する)が欠損しているものである。
The collagenolytic enzyme of the present invention can be cloned from, for example, the chromosomal DNA of Alkaline monas collagena AC40 strain and produced in large quantities using an appropriate vector and host fungus. Furthermore, it is possible to produce two types of miniaturized collagenolytic enzymes having a molecular weight smaller than that of mature collagenolytic enzymes. This miniaturized enzyme has an amino acid deficiency on the C-terminal side compared to the mature enzyme.
These two types of miniaturized collagenolytic enzymes A and B are amino acids 441 to 636 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 (corresponding to the 1321 to 1908th nucleotides of SEQ ID NO: 4), and SEQ ID NO: The 551st to 636th amino acids (corresponding to the 1654th to 1908th nucleotides of SEQ ID NO: 4) of the amino acid sequence shown in Fig. 3 are missing.
即ち、小型化コラーゲン分解酵素Aは、配列番号5に示すアミノ酸配列を有するたんぱく質から構成される。これは、配列番号6に示す塩基配列の塩基を有するDNAによりコードすることができるものである。
配列番号5のアミノ酸配列の相同性を検索した結果、シュワネラ アマゾネンシス(Shewanella amazonensis)SB2B株の生産する cold-active alkaline serine protease(YP929185)と57%の相同性を示した。その他の公知のプロテアーゼやコラーゲン分解酵素との相同性は極めて低く、小型化コラーゲン分解酵素Aは新規な酵素であることが示唆された。従って、配列番号5に示すアミノ酸配列を有するたんぱく質のアミノ酸配列と適切なアライメントがなされた場合、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上の相同性を有し、酵素学的特性の1〜4を満たすコラーゲン分解酵素は本発明に包含される。
That is, the downsized collagenase A is composed of a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5. This can be encoded by DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 6.
As a result of searching for the homology of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5, it showed 57% homology with the cold-active alkaline serine protease (YP929185) produced by Shewanella amazonensis SB2B strain. The homology with other known proteases and collagen degrading enzymes is extremely low, suggesting that miniaturized collagen degrading enzyme A is a novel enzyme. Therefore, when appropriately aligned with the amino acid sequence of the protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, preferably has a homology of 80% or more, more preferably 85% or more, and still more preferably 90% or more, Collagen-degrading enzymes that satisfy enzymological properties 1 to 4 are included in the present invention.
一方、小型化コラーゲン分解酵素Bは、配列番号7に示すアミノ酸配列を有するたんぱく質から構成される。これは、配列番号8に示す塩基配列の塩基を有するDNAによりコードすることができるものである。
配列番号7のアミノ酸配列の相同性を検索した結果、コルウェリア サイクレエリスリア(Colwellia psychrerythraea)34H株の生産する cold-active alkaline serine protease(YP269576)と53%の相同性を示した。その他の公知のプロテアーゼやコラーゲン分解酵素との相同性は極めて低く、小型化コラーゲン分解酵素Bは新規な酵素であることが示唆された。従って、配列番号7に示すアミノ酸配列を有するたんぱく質のアミノ酸配列と適切なアライメントがなされた場合、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上の相同性を有し、酵素学的特性の1〜4を満たすコラーゲン分解酵素は本発明に包含される。
On the other hand, miniaturized collagenase B is composed of a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7. This can be encoded by DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 8.
As a result of searching for the homology of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7, it showed 53% homology with the cold-active alkaline serine protease (YP269576) produced by the Colwellia psychrerythraea 34H strain. The homology with other known proteases and collagen degradation enzymes is extremely low, suggesting that miniaturized collagenase B is a novel enzyme. Therefore, when appropriately aligned with the amino acid sequence of the protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7, preferably has a homology of 80% or more, more preferably 85% or more, and still more preferably 90% or more, Collagen-degrading enzymes that satisfy enzymological properties 1 to 4 are included in the present invention.
また、本発明のコラーゲン分解酵素をコードする遺伝子は、上述したコラーゲン分解酵素産生菌、例えばアルカリモナス属に属する微生物、好ましくはアルカリモナス コラゲニマリナ AC40株から、例えばショットガンクローニング、あるいは特定のプライマーを用いたPCR増幅等によって、本発明の遺伝子を取得することができる。 In addition, the gene encoding the collagenolytic enzyme of the present invention is obtained from the above-mentioned collagenolytic enzyme-producing bacterium, for example, a microorganism belonging to the genus Alkaline monas, preferably Alkaline monas collagenae AC40 strain, for example, shotgun cloning or using a specific primer. The gene of the present invention can be obtained by PCR amplification or the like.
本発明遺伝子を用いてコラーゲン分解酵素を生産するには、目的とする宿主内で遺伝子を発現するのに適した任意のベクターに、上記コラーゲン分解酵素遺伝子を組込み、該組換えベクターを用いて宿主を形質転換し、得られた形質転換体を培養し、当該培養液からコラーゲン分解酵素を採取すればよい。
即ち、上記のアルカリモナス コラゲニマリナ AC40株から本発明酵素のアミノ酸配列をコードする遺伝子を取得した後、遺伝子工学技術を用いて組換え微生物を作製し、当該組換え微生物を培養する方法が挙げられる。具体的には、本発明酵素のアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を上記菌株より取得し、次いでこのヌクレオチド配列を適当なベクターに組込み、更に、このベクターにより大腸菌等の宿主を形質転換し、これを培養して本発明酵素を産生させ、その培養物より本発明酵素を採取すればよい。
In order to produce a collagen degrading enzyme using the gene of the present invention, the collagen degrading enzyme gene is incorporated into any vector suitable for expressing the gene in the target host, and the recombinant vector is used as a host. The obtained transformant is cultured, and the collagenolytic enzyme is collected from the culture solution.
That is, a method of obtaining a gene encoding the amino acid sequence of the enzyme of the present invention from the above-mentioned Alkaline monas Collagenimarina AC40 strain, producing a recombinant microorganism using a genetic engineering technique, and culturing the recombinant microorganism. Specifically, a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of the enzyme of the present invention is obtained from the above strain, this nucleotide sequence is then incorporated into an appropriate vector, and a host such as Escherichia coli is further transformed with this vector. The enzyme of the present invention may be produced by culturing, and the enzyme of the present invention may be collected from the culture.
培養は微生物の資化可能な炭素源、窒素源その他の必須栄養素を含む培地に接種し、常法に従って行えばよい。微生物の資化可能な炭素源としては、グルコース、マルトース、マンノースなどが使用することができ、微生物の資化可能な窒素源としては、魚肉エキス、ポリペプトン、カゼイン、コラーゲンなどが使用することができる。 The culture may be carried out by inoculating a medium containing a carbon source, a nitrogen source and other essential nutrients that can assimilate microorganisms, and following a conventional method. Glucose, maltose, mannose, etc. can be used as a carbon source capable of assimilating microorganisms, and fish extract, polypeptone, casein, collagen, etc. can be used as nitrogen sources capable of assimilating microorganisms. .
従って、本発明酵素またはその前駆体のアミノ酸配列をコードする遺伝子としては、具体的には、下記(a)〜(h)からなる群より選ばれる遺伝子が挙げられる。
(a)配列番号3に示す成熟酵素を構成するアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(b)配列番号3に示す成熟酵素を構成するアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(c)配列番号5に示すアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(d)配列番号5に示すアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(e)配列番号7に示すアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(f)配列番号7に示すアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(g)配列番号2に示すヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド、又は
(h)配列番号2に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコラーゲン分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
から選ばれる遺伝子である。
Therefore, specifically, the gene encoding the amino acid sequence of the enzyme of the present invention or its precursor includes a gene selected from the group consisting of the following (a) to (h).
(A) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence constituting the mature enzyme shown in SEQ ID NO: 3,
(B) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence constituting the mature enzyme shown in SEQ ID NO: 3 have been deleted, substituted or added;
(C) a polynucleotide encoding a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5,
(D) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 have been deleted, substituted or added;
(E) a polynucleotide encoding a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7,
(F) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 have been deleted, substituted or added;
(G) a polynucleotide having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2, or (h) a protein that hybridizes with a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has a collagenolytic activity A polynucleotide,
Is a gene selected from
ここでいう、1個もしくは複数個のアミノ酸の欠失、置換、もしくは付加されたアミノ酸配列とは、これらのもとの配列と等価の配列を意味し、1個もしくは複数個、好ましくは1〜10個のアミノ酸が欠失、置換、もしくは付加されたアミノ酸配列であって、依然としてコラーゲン分解活性を保持する配列をいい、付加には、両末端への1〜数個のアミノ酸の付加が含まれる。 The amino acid sequence in which one or a plurality of amino acids are deleted, substituted, or added herein means a sequence equivalent to the original sequence, and one or a plurality, preferably 1 to An amino acid sequence in which 10 amino acids have been deleted, substituted, or added, and still retains collagenolytic activity. The addition includes addition of one to several amino acids at both ends. .
また、ここでいう「ストリンジェントな条件」とは、例えば、「モレキュラー・クローニング:ア・ラボラトリー・マニュアル 第2版(Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd ed.)」(T. Maniatisら編集、コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー発行、1989年)に記載の条件等が挙げられる。具体的には、ストリンジェントな条件として、例えば、6×SSC(1×SSCの組成:0.15MのNaCl、0.015Mのクエン酸ナトリウム、pH7.0)、0.5%SDS、5×デンハート、100μg/mLの熱変性ニシン精子DNAを含む溶液中で、プローブとともに50〜65℃の温度で一晩保存しハイブリダイズさせる、という条件が挙げられる。 In addition, “stringent conditions” referred to here are, for example, “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd ed.” (Edited by T. Maniatis et al., Cold. And the conditions described in Spring Harbor Laboratory (1989). Specifically, as stringent conditions, for example, 6 × SSC (composition of 1 × SSC: 0.15M NaCl, 0.015M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5 × A condition is that the denhart is stored in a solution containing 100 μg / mL heat-denatured herring sperm DNA overnight and hybridized with the probe at a temperature of 50 to 65 ° C.
なお、当該等価のアミノ酸配列をコードする塩基配列は、部位特異的突然変異誘発法等の公知の手法を利用して調製することができる。例えば、部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(Mutan-super Express Km キット;タカラ社製)等を用いて変異を導入すればよい。 The base sequence encoding the equivalent amino acid sequence can be prepared using a known technique such as site-directed mutagenesis. For example, the mutation may be introduced using a mutation introduction kit (Mutan-super Express Km kit; manufactured by Takara) using site-directed mutagenesis.
かくして得られた培養物中からの成熟型コラーゲン分解酵素や小型化コラーゲン分解酵素の採取及び精製は、一般の方法に準じて行うことができる。即ち、培養物から遠心分離または濾過することで菌体を除き、得られた培養上清液から常法手段により目的酵素を濃縮することができる。このようにして得られた酵素液または乾燥粉末はそのまま用いることもできるが更に公知の方法により結晶化や造粒化することができる。以上のように調製された本発明のコラーゲン分解酵素は、医療や化粧品、食品分野におけるコラーゲンペプチドの生産や、写真フィルム特にレントゲン用写真フィルムからの銀イオンの回収など工業的利用が可能な酵素として有用である。 Collection and purification of mature collagenolytic enzyme and miniaturized collagenolytic enzyme from the thus obtained culture can be performed according to a general method. That is, the cells can be removed from the culture by centrifugation or filtration, and the target enzyme can be concentrated from the obtained culture supernatant by conventional means. The enzyme solution or dry powder thus obtained can be used as it is, but can be further crystallized or granulated by a known method. The collagenolytic enzyme of the present invention prepared as described above is an enzyme that can be used industrially, such as production of collagen peptides in the fields of medicine, cosmetics, and food, and recovery of silver ions from photographic films, particularly X-ray photographic films. Useful.
次に、実施例によって本発明を更に詳しく説明する。実施例中で特に注記しないものは「%」表示は質量%である。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In the examples, unless otherwise noted, “%” is mass%.
なお、以下の実施例において、コラーゲン分解酵素の活性は以下の方法によって測定して求めた。 In the following examples, the activity of collagenase was determined by the following method.
2.5%(w/v)コラーゲン(シグマアルドリッチ)、1mM塩化カルシウムを含む100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH9)0.09mLを45℃で2分間保温した後、0.01mLの酵素溶液を添加し、45℃で25分間反応を行った。100%トリクロロ酢酸溶液(TCA溶液)0.25mLを添加して反応を停止し、氷上で15分間放置した後、遠心分離(20,400×g,10分間)して酸変性タンパク質を沈殿させた。DCプロテインアッセイキット(バイオラッド)を用いて、得られた上清中の可溶性タンパク質を定量した。
一方、酵素溶液の代わりに100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH10)を添加したものを、ブランクに用いた。酵素1単位(P.U)は、上記の反応条件において1分間に1mmoLのチロシンに相当する酸可溶性タンパク質分解物を遊離する酵素量とした。
After keeping 0.09 mL of 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer (pH 9) containing 2.5% (w / v) collagen (Sigma Aldrich) and 1 mM calcium chloride at 45 ° C. for 2 minutes, 0.01 mL of enzyme solution And reacted at 45 ° C. for 25 minutes. The reaction was stopped by adding 0.25 mL of a 100% trichloroacetic acid solution (TCA solution), left on ice for 15 minutes, and then centrifuged (20,400 × g, 10 minutes) to precipitate the acid-denatured protein. . The soluble protein in the obtained supernatant was quantified using a DC protein assay kit (BioRad).
On the other hand, what added 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer (pH 10) instead of the enzyme solution was used for the blank. One unit of enzyme (P.U) was defined as the amount of enzyme that liberates acid-soluble proteolysate corresponding to 1 mmol of tyrosine per minute under the above reaction conditions.
実施例1:コラーゲン分解酵素生産菌のスクリーニング
鳥島沖海底土壌より採取したサンプルを1.0%コラーゲン含有アルカリ寒天培地へ塗抹し、4℃で1ヶ月間、静置培養を行った。生育した菌を選抜し、純化した後に液体培地へ接種し、15℃で2日間、振盪培養を行い、上清液中のコラーゲン分解活性を測定した。スクリーニング用の液体培地組成は次の表1に示すものであり、これにコラーゲン(タイプ1、シグマアルドリッチ)1.0%を加えた。得られた培養液から、コラーゲン分解酵素生産量の高い菌株としてアルカリモナス コラゲニマリナ AC40株を選抜した。
Example 1 Screening for Collagen-Degrading Enzyme-Producing Bacteria Samples collected from the seabed off Torishima were smeared on a 1.0% collagen-containing alkaline agar medium, followed by stationary culture at 4 ° C. for 1 month. The grown bacteria were selected and purified, then inoculated into a liquid medium, cultured at 15 ° C. for 2 days with shaking, and the collagen degradation activity in the supernatant was measured. The liquid medium composition for screening is shown in the following Table 1, and collagen (type 1, sigma aldrich) 1.0% was added thereto. From the obtained culture broth, Alkalamonas Collageni marina AC40 strain was selected as a strain with high production of collagenase.
実施例2:コラーゲン分解酵素の生産と精製、N末端および内部アミノ酸配列の決定
アルカリモナス コラゲニマリナ AC40株を、前記表1に示す組成からなる500mLの液体培地に接種し、15℃、3日間振盪培養を行った。
培養液を遠心分離(7,500×g、30分間、4℃)し、得られた上清液480mLに対し、硫安を80%飽和になるように徐々に加え遠心分離(9,000×g、30分間、4℃)し、沈殿したタンパク質を回収した。回収したタンパク質を100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH10.0)に溶解した後、限外濾過により脱塩濃縮した。溶解したタンパク質を、予め100mMグリシン水酸化−ナトリウム緩衝液(pH10.0)にて平衡化しておいた DEAE Toyopearlカラムへ添着させ、0.22M塩化ナトリウムによりコラーゲン分解活性を有する吸着タンパク質を溶出した。
次いで、予め1M硫安を含む100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH10)で平衡化しておいたButyl Toyopearlカラムへ添着させた後、1M〜0.5M硫安の直線濃度勾配法により吸着タンパク質を溶出させた。コラーゲン分解活性画分を集め、限外ろ過にて濃縮脱塩を行った。濃縮液のSDS−PAGEを行ったところ、分子量60kDa付近に2本のタンパク質バンドが確認された。これらのバンドをPVDF膜(バイオラッド社製)にブロッティングし、アミノ酸シークエンサー(476A型、アプライドバイオシステムズ製)にてN末端からのアミノ酸配列を決定した。
両方のバンドのアミノ酸配列は一致しており、Ala−Gln−Gln−Thr−Pro−Tyr−Gly−Tyr−Thr−Met−Val−Gln−Ala−Asp−Gln−Val−Ser−Asp−Glnの19アミノ酸配列が決定された。したがって、2本のバンドは双方とも同一のコラーゲン分解酵素であると判断した。分子量の小さいバンドは、分子量の大きいバンドのC末端部分が欠損したものと考えられた。
次に、Achromobacter Protease I (Residue-specific Proteases Kit, タカラバイオ)を用いて精製コラーゲン分解酵素を部分的に切断し、得られたペプチドをSDS−PAGEにより分離した後、バンドのアミノ酸配列を解析した。その結果、Thr−Leu−Ala−Gly−Phe−Ser−Gln−Arg−Asn−Ala−Gln−Val−Glu−Leu−Ala−Gly−Pro−Gly−Val−Aspの20アミノ酸配列が決定された。
Example 2: Production and purification of collagen degrading enzyme, determination of N-terminal and internal amino acid sequence Alkaline Monas Collagenimarina strain AC40 was inoculated into a 500 mL liquid medium having the composition shown in Table 1 above, and cultured at 15 ° C for 3 days with shaking. Went.
The culture solution was centrifuged (7,500 × g, 30 minutes, 4 ° C.), and ammonium sulfate was gradually added to 80% saturation to the obtained supernatant solution (480 mL), followed by centrifugation (9,000 × g). , 30 minutes, 4 ° C.), and the precipitated protein was recovered. The recovered protein was dissolved in 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer (pH 10.0), and then desalted and concentrated by ultrafiltration. The dissolved protein was applied to a DEAE Toyopearl column that had been equilibrated in advance with 100 mM glycine hydroxide-sodium buffer (pH 10.0), and the adsorbed protein having collagenolytic activity was eluted with 0.22 M sodium chloride.
Next, after adsorbing to a Butyl Toyopearl column equilibrated with 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer (pH 10) containing 1 M ammonium sulfate in advance, the adsorbed protein was eluted by a linear concentration gradient method of 1 M to 0.5 M ammonium sulfate. It was. Collagen-degrading active fractions were collected and concentrated and desalted by ultrafiltration. When the concentrate was subjected to SDS-PAGE, two protein bands were confirmed around a molecular weight of 60 kDa. These bands were blotted on a PVDF membrane (manufactured by Bio-Rad), and the amino acid sequence from the N-terminal was determined with an amino acid sequencer (476A type, manufactured by Applied Biosystems).
The amino acid sequences of both bands are identical and the Ala-Gln-Gln-Thr-Pro-Tyr-Gly-Tyr-Thr-Met-Val-Gln-Ala-Asp-Gln-Val-Ser-Asp-Gln A 19 amino acid sequence was determined. Therefore, both bands were judged to be the same collagenolytic enzyme. The band having a low molecular weight was considered to be a deletion of the C-terminal portion of the band having a high molecular weight.
Next, the purified collagenolytic enzyme was partially cleaved using Achromobacter Protease I (Residue-specific Proteases Kit, Takara Bio), and the resulting peptide was separated by SDS-PAGE, and then the amino acid sequence of the band was analyzed. . As a result, the 20 amino acid sequence of Thr-Leu-Ala-Gly-Phe-Ser-Gln-Arg-Asn-Ala-Gln-Val-Glu-Leu-Ala-Gly-Pro-Gly-Val-Asp was determined. .
実施例3:コラーゲン分解酵素の性質
実施例2で得られた精製酵素(本発明酵素)を用いてその性質を検討した。
(1)最適反応pH:
2.5%(w/v)コラーゲン(シグマアルドリッチ)を含む100mMのpHが6.0から13.0の範囲の下記の種々の緩衝液を用いて、本発明酵素によるコラーゲン分解反応を行った。
pH6.0−8.0 ・・・ モルホリノプロパンスルホン酸−水酸化ナトリウム
(MOPS)、(●)
pH7.1−8.9 ・・・ トリス−塩酸、(○)
pH8.0−10.0 ・・・ ホウ酸−塩化カリウム−水酸化ナトリウム、(△)
pH8.5−11.1 ・・・ グリシン−水酸化ナトリウム、(■)
pH10.9−13.0 ・・ 塩化カリウム−水酸化ナトリウム、(▲)
その結果を図1に示す。この図からわかるように、本発明酵素はグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH8.5〜9.0)中で最も反応速度が高かった。
Example 3 Properties of Collagen Degrading Enzyme The properties of the purified enzyme obtained in Example 2 (enzyme of the present invention) were examined.
(1) Optimal reaction pH:
Collagen degradation reaction with the enzyme of the present invention was carried out using the following various buffers containing 2.5% (w / v) collagen (Sigma Aldrich) and having a pH of 100 mM in the range of 6.0 to 13.0. .
pH 6.0-8.0 ... morpholinopropanesulfonic acid-sodium hydroxide
(MOPS), (●)
pH 7.1-8.9 Tris-hydrochloric acid, (◯)
pH 8.0-10.0 boric acid-potassium chloride-sodium hydroxide, (Δ)
pH 8.5-11.1 glycine-sodium hydroxide, (■)
pH 10.9-13.0 .. Potassium chloride-sodium hydroxide, (▲)
The result is shown in FIG. As can be seen from this figure, the enzyme of the present invention had the highest reaction rate in the glycine-sodium hydroxide buffer (pH 8.5-9.0).
(2)最適反応温度
標準反応条件{2.5%(w/v)コラーゲン(シグマアルドリッチ)、1mM塩化カルシウムを含む100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH9)0.09mL、酵素画分0.01mL}において、反応温度を5〜70℃に種々変化させ、本発明酵素によるコラーゲン分解反応を行った。その結果を図2に示す。この結果からわかるように、本発明酵素は40〜50℃で最も高い反応速度を示し、特に45℃で最も高い反応速度を示した。
(2) Optimal reaction temperature Standard reaction conditions {2.5% (w / v) collagen (Sigma Aldrich), 0.09 mL of 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer (pH 9) containing 1 mM calcium chloride, enzyme fraction 0. 01 mL}, the reaction temperature was variously changed to 5 to 70 ° C., and the collagen decomposition reaction with the enzyme of the present invention was performed. The result is shown in FIG. As can be seen from the results, the enzyme of the present invention showed the highest reaction rate at 40 to 50 ° C., particularly the highest reaction rate at 45 ° C.
(3)熱安定性
100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8)中に本発明酵素を添加して5〜55℃の各温度で15分間加熱処理を行ない、標準反応条件{2.5%(w/v)コラーゲン(シグマアルドリッチ)、1mM塩化カルシウムを含む100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH9)0.09mL、酵素画分0.01mL}により残存活性を求めた。加熱前の活性を100%として加熱処理後の残存活性を図3に示す。本発明のコラーゲン分解酵素は、45℃までは安定で優れた活性を保持することが判った。また、塩化カルシウム(1mM)を添加して同様の試験を行なったところ、塩化カルシウムの添加によってその安定性を若干増加させることができた。
(3) Thermostability The enzyme of the present invention was added to 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8) and heat-treated at each temperature of 5 to 55 ° C. for 15 minutes, and the standard reaction conditions {2.5% (w / v) Residual activity was determined using collagen (Sigma Aldrich), 0.09 mL of 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer solution (pH 9) containing 1 mM calcium chloride, 0.01 mL of enzyme fraction}. FIG. 3 shows the residual activity after the heat treatment, assuming that the activity before heating is 100%. It has been found that the collagenolytic enzyme of the present invention has stable and excellent activity up to 45 ° C. Further, when the same test was performed by adding calcium chloride (1 mM), the stability could be slightly increased by adding calcium chloride.
(4)基質特異性
同様に標準反応条件下においてコラーゲンの代わりに様々なタンパク質(カゼイン、ケラチン、ゼラチン、エラスチン)を添加し、これらのたんぱく質の分解反応を行った。その結果を図4に示す。ゼラチンに対する活性が最も高く、これを100%としてその他の各基質に対する反応性を相対活性とした。この結果からわかるように、本発明酵素は特にコラーゲンおよびゼラチンに対して大きな分解活性を示した。
(4) Substrate specificity Similarly, various proteins (casein, keratin, gelatin, elastin) were added in place of collagen under the standard reaction conditions, and the degradation reaction of these proteins was performed. The result is shown in FIG. The activity with respect to gelatin was the highest, and this was defined as 100%, and the reactivity with respect to other substrates was defined as relative activity. As can be seen from the results, the enzyme of the present invention showed a large degrading activity especially on collagen and gelatin.
(5)合成基質に対する作用
合成オリゴペプチド基質として表2に示すもの又は下記のものを用いて本発明のコラーゲン分解酵素の各種合成基質に対する反応性を調べた。
1mM塩化カルシウムを含む100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH9)0.085mLに10mMの合成基質溶液0.005mLを混合し45℃で2分間恒温した後、酵素画分0.01mLを加え、5分間反応を行った。分光光度計を用いて405
nmにおける吸光度を20秒ごとに測定して、1分間あたりに遊離したp-ニトロアニリンを定量した。
N-メトキシスクシニル-Ala-Ile-Pro-Met-p-ニトロアニリド(AIPM)に対する活性が最も高く、これを100%としてその他の各合成基質に対する反応性を相対活性として表2に示す。
(5) Action on Synthetic Substrate The reactivity of the collagenolytic enzyme of the present invention to various synthetic substrates was examined using the synthetic oligopeptide substrate shown in Table 2 or the following.
After 0.005 mL of 10 mM synthetic substrate solution is mixed with 0.085 mL of 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer solution (pH 9) containing 1 mM calcium chloride, and incubated at 45 ° C. for 2 minutes, 0.01 mL of the enzyme fraction is added and 5 mL is added. The reaction was performed for a minute. 405 using a spectrophotometer
Absorbance at nm was measured every 20 seconds to determine the amount of p-nitroaniline released per minute.
The activity against N -methoxysuccinyl-Ala-Ile-Pro-Met- p -nitroanilide (AIPM) is the highest, and the reactivity with respect to other synthetic substrates is shown in Table 2 as relative activity.
ここで、AIPMはN-メトキシスクシニル-Ala-Ile-Pro-Met-p-ニトロアニリド、AAPFはN-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Phe-p-ニトロアニリド、AAPMはN-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Met-p-ニトロアニリド、AAPLはN-グルタリル-Ala-Ala-Pro-Leu-p-ニトロアニリド、AAVAはN-スクシニル-Ala-Ala-Val-Ala-p-ニトロアニリドである。また本発明酵素は、AIPMとAAPFに対して優れた活性を示し、AAPMとAAPLでもある程度の活性を示し、AAVAに対してわずかながら活性を示したが、AAPV(N-メトキシスクシニル-Ala-Ala-Pro-Val-p-ニトロアニリド)に対して全く活性を示さなかった。
次に、同様の方法によってコラゲナーゼ用の合成オリゴペプチド基質としてN-スクシニル-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-メチルクマリル-7-アミド(GPLGP)に対する反応性を調べた。反応組成、条件は上記と同様にし、分解により遊離する7-アミノ-4-メチルクマリンを分光光度計を用いて370nmにて測定した。その結果、本発明酵素はGPLGPを分解することはなく、活性を示さなかった。
Where AIPM is N -methoxysuccinyl-Ala-Ile-Pro-Met- p -nitroanilide, AAPF is N -succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe- p -nitroanilide, and AAPM is N -succinyl-Ala- Ala-Pro-Met- p -nitroanilide, AAPL is N -glutaryl-Ala-Ala-Pro-Leu- p -nitroanilide, AAVA is N -succinyl-Ala-Ala-Val-Ala- p -nitroanilide . The enzyme of the present invention showed excellent activity against AIPM and AAPF, showed some activity with AAPM and AAPL, and showed a slight activity against AAVA, but AAPV ( N -methoxysuccinyl-Ala-Ala -Pro-Val- p -nitroanilide) showed no activity.
Next, the reactivity to N -succinyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-methylcoumaryl-7-amide (GPLGP) as a synthetic oligopeptide substrate for collagenase was examined by the same method. The reaction composition and conditions were the same as above, and 7-amino-4-methylcoumarin liberated by decomposition was measured at 370 nm using a spectrophotometer. As a result, the enzyme of the present invention did not degrade GPLGP and showed no activity.
(4)分子量
本発明酵素の分子量を10%SDS−PAGEにより測定した。分子量マーカーにはプレシジョンPlusデュアルスタンダード(バイオラッド)を用いた。その結果を図5に示す。この結果から本発明酵素の分子量は50〜70kDaであった。
(4) Molecular weight The molecular weight of the enzyme of the present invention was measured by 10% SDS-PAGE. Precision plus dual standard (Bio-Rad) was used as the molecular weight marker. The result is shown in FIG. From this result, the molecular weight of the enzyme of the present invention was 50 to 70 kDa.
(5)阻害剤
100mMトリス−塩酸緩衝液(pH8)に、表3に示す各種阻害剤を所定濃度になるように加え、本発明酵素を添加し、15℃で15分間恒温した。その後、標準反応条件{2.5%(w/v)コラーゲン(シグマアルドリッチ)、1mM塩化カルシウムを含む100mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH9)0.09mL、酵素画分0.01mL}において、残存活性を測定した。その結果を表3に示す。
(5) Inhibitor Various inhibitors shown in Table 3 were added to a 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8) so as to have a predetermined concentration, the enzyme of the present invention was added, and the mixture was incubated at 15 ° C. for 15 minutes. Thereafter, under standard reaction conditions {2.5% (w / v) collagen (Sigma Aldrich), 0.09 mL of 100 mM glycine-sodium hydroxide buffer (pH 9) containing 1 mM calcium chloride, 0.01 mL of enzyme fraction} Residual activity was measured. The results are shown in Table 3.
ここで、PMSFはフェニルメチルスルフォニルフルオライドであり、EDTAはエチレンジアミン四酢酸である。
表3に示すように、本発明のコラーゲン分解酵素は、セリンプロテアーゼの阻害剤であるPMSFより完全に阻害され、キレート剤であるEDTAにより活性が35%となった。
Here, PMSF is phenylmethylsulfonyl fluoride, and EDTA is ethylenediaminetetraacetic acid.
As shown in Table 3, the collagenolytic enzyme of the present invention was completely inhibited by PMSF, which is an inhibitor of serine protease, and the activity became 35% by EDTA, which is a chelating agent.
実施例4:コラーゲン分解酵素遺伝子のクローニング
染色体DNAを抽出するために、アルカリモナス コラゲニマリナ AC40株を表1に示す組成の10mLの液体培地に接種し、33℃で1日間振盪培養した。続いてGenomic−Tip100/G(キアゲン)を用いて菌体から染色体DNAを抽出した。
実施例2で得られた、N末端の19アミノ酸配列と内部の20アミノ酸配列を基に、それぞれ配列番号9に示すプライマー1(5‘−TAY GGN TAY ACN ATG GT−3’、ここでNはGATC、 YはCT、 RはAGを示す。)、配列番号10に示すプライマー2(5’−TCN ACY TGN GCR TTN CKY TG−3’、ここでKはGTを示す。)をデザインした。上記で精製した染色体DNAを鋳型に、プライマー1(配列番号9)とプライマー2(配列番号10)、EX Taq(タカラバイオ)を用いてPCRを行った。PCRの反応条件は、94℃で4分間変性後、94℃で1分間、51.2℃で30秒間、72℃で30秒間を1サイクルとしてこれを30サイクル行なった。その結果、約0.5kbのPCR増幅断片を取得した。得られたDNA断片をpCR4−Topo(TOPO TA PCR クローニングキット、インビトロジェン)に挿入し、M13フォワードプライマー(インビトロジェン)およびM13リバースプライマー(インビトロジェン)、Big Dye Teminator Cycle Sequencingキット(アプライドバイオシステムズ社製)を用いてシーケンスを行い、コラーゲン分解酵素遺伝子の部分塩基配列を決定した。得られた増幅断片を基にプライマーを合成し、インバースPCR法とLA PCR in vitro Cloning キット(タカラバイオ)によりさらに上流と下流域の塩基配列を決定し、その中にプレプロ配列を含むコラーゲン分解酵素をコードする2283塩基対から成るオープンリーディングフレーム(配列番号2)を見出した。この塩基配列から配列番号1に示したアミノ酸配列を決定した。決定されたアミノ配列中には精製酵素のN末端アミノ酸配列(配列番号3の1〜19番目のアミノ酸)およびAchromobacter Protease Iによって部分消化して得られたペプチド断片のアミノ酸配列(配列番号3の183〜201番目のアミノ酸)が確認された。
Example 4 Cloning of Collagen Degrading Enzyme Gene In order to extract chromosomal DNA, Alkaline monas Collageni marina AC40 strain was inoculated into a 10 mL liquid medium having the composition shown in Table 1 and cultured with shaking at 33 ° C. for 1 day. Subsequently, chromosomal DNA was extracted from the cells using Genomic-Tip100 / G (Qiagen).
Based on the N-terminal 19 amino acid sequence and the internal 20 amino acid sequence obtained in Example 2, primer 1 (5′-TAY GGN TAY ACN ATG GT-3 ′, where N is GATC, Y is CT, R is AG.) Primer 2 shown in SEQ ID NO: 10 (5′-TCN ACY TGN GCR TTN CKY TG-3 ′, where K is GT) was designed. Using the chromosomal DNA purified above as a template, PCR was performed using primer 1 (SEQ ID NO: 9), primer 2 (SEQ ID NO: 10), and EX Taq (Takara Bio). The PCR reaction conditions were denaturation at 94 ° C. for 4 minutes, followed by 30 cycles of 94 ° C. for 1 minute, 51.2 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds. As a result, a PCR amplified fragment of about 0.5 kb was obtained. The obtained DNA fragment was inserted into pCR4-Topo (TOPO TA PCR cloning kit, Invitrogen), M13 forward primer (Invitrogen) and M13 reverse primer (Invitrogen), and Big Dye Teminator Cycle Sequencing kit (Applied Biosystems) The partial base sequence of the collagenase gene was determined. Primers are synthesized based on the obtained amplified fragments, and base sequences of further upstream and downstream regions are determined by the inverse PCR method and LA PCR in vitro Cloning kit (Takara Bio), and collagenase containing prepro sequences in them. An open reading frame consisting of 2283 base pairs (SEQ ID NO: 2) was found. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 was determined from this base sequence. In the determined amino sequence, the N-terminal amino acid sequence of the purified enzyme (amino acids 1 to 19 of SEQ ID NO: 3) and the amino acid sequence of the peptide fragment obtained by partial digestion with Achromobacter Protease I (183 of SEQ ID NO: 3) -201st amino acid) was confirmed.
実施例5:組換え酵素の生産
コラーゲン分解酵素遺伝子の5’末端(配列番号2の1〜19番目のヌクレオチド)にアニールするプライマー3(配列番号11、5‘−GGA ATT CCA TAT GTC CAA ACC ACA TTT CT−3’、 下線部は新たに付加したNdeIサイトを示す)、さらに3’末端(配列番号2の2265〜2283番目のヌクレオチド)にアニールするプライマー4(配列番号12、5’−CCG GAA TTC TTA CTC GTA GCT AAC TTT C−3’、下線部は新たに付加したEcoRIサイトを示す)、PyrobestDNAポリメラーゼ(タカラバイオ)を用いて、AC40株の染色体DNAを鋳型として、コラーゲン分解酵素をコードする遺伝子(配列番号2の両側にNdeIとEcoRIサイトを新しく付加した遺伝子)をPCRにより増幅した。得られたPCR増幅断片をNdeIとEcoRIで分解した後、同様に処理しておいたベクターpRSET−a(インビトロジェン)に導入し、組換えプラスミド(pRSET−AcpII)を調製した。この組換えプラスミドを用いて大腸菌TOP10株(インビトロジェン)を形質転換した。この形質転換体を2%スキムミルクと100μg/mLアンピシリンを含むLBプレート[1%トリプトン(ディフコ)、0.5%酵母エキス(ディフコ)、1%塩化ナトリウム、1.5%寒天]に生育させたところコロニーの周辺にスキムミルク溶解斑が認められた。
Example 5 Production of Recombinant Enzyme Primer 3 (SEQ ID NO: 11, 5′-GGA ATT C CA TAT G TC CAA) that anneals to the 5 ′ end (1st to 19th nucleotides of SEQ ID NO: 2) of the collagenase gene ACC ACA TTT CT-3 ′, the underlined portion indicates the newly added NdeI site, and primer 4 (SEQ ID NO: 12, 5′−) that anneals to the 3 ′ end (nucleotides 2265 to 2283 of SEQ ID NO: 2) CCG GAA TTC TTA CTC GTA GCT AAC TTT C-3 ′, underlined indicates newly added Eco RI site), Pyrobest DNA polymerase (Takara Bio), using chromosomal DNA of AC40 strain as a template, collagenase Nde to both sides of the encoding gene (SEQ ID NO: 2 I and Eco The newly added genes) of I site was amplified by PCR. The resulting PCR amplified fragment was decomposed with Nde I and Eco RI, and introduced into had been similarly treated vector pRSET-a (Invitrogen) to prepare a recombinant plasmid (pRSET-AcpII). E. coli TOP10 strain (Invitrogen) was transformed with this recombinant plasmid. This transformant was grown on an LB plate [1% tryptone (Difco), 0.5% yeast extract (Difco), 1% sodium chloride, 1.5% agar] containing 2% skim milk and 100 μg / mL ampicillin. However, skim milk dissolution spots were observed around the colony.
続いて、小型化コラーゲン分解酵素A(配列番号5)と小型化コラーゲン分解酵素B(配列番号7)を生産するための組換えプラスミドを調製した。小型化コラーゲン分解酵素A(配列番号5)と小型化コラーゲン分解酵素B(配列番号7)は、それぞれ配列番号3の441〜636番目のアミノ酸(配列番号4の1321〜1908番目のヌクレオチド)、551〜636番目のアミノ酸(配列番号4の1654〜1908番目のヌクレオチド)を削ったものである。プライマー6(配列番号14、5‘−ACC GCT GTC GCC AGC CAG−3’、配列番号2の1675〜1692番目のヌクレオチドにアニールする。)とプライマー7(配列番号15、5’−ACG ACG AGC AAT GCT GAT AT−3’、配列番号2の2006〜2025番目のヌクレオチドにアニールする。)、プライマー5(配列番号13、5‘−TAA GAA TTC GAA GCT TGA TCC−3’、コラーゲン分解酵素のストップコドンと、その下流域のpRSET−a(インビトロジェン)部分にアニールする)を設計した。コラーゲン分解酵素生産用の組換えプラスミド(pRSET−AcpII)を鋳型として、PyrobestDNAポリメラーゼ(タカラバイオ)を用いたPCRにより、プライマー5(配列番号13)とプライマー6(配列番号14)を用いて小型化コラーゲン分解酵素A(配列番号5)を、プライマー5(配列番号13)とプライマー7(配列番号15)を用いて小型化コラーゲン分解酵素B(配列番号7)をコードするDNA断片をそれぞれ調製した。PCRの条件は、小型化コラーゲン分解酵素A(配列番号5)と小型化コラーゲン分解酵素B(配列番号7)ともに96℃で1分間変性後、96℃で30秒間、56℃で30秒間、72℃で1分間を1サイクルとして、これを30サイクル行なった。その後、それぞれのDNA断片を分子内で環状化させて小型化コラーゲン分解酵素の発現プラスミドとするために、DNA断片の5’末端をリン酸化してライゲーションした。小型化コラーゲン分解酵素A(配列番号5)、小型化酵素B(配列番号7)のヌクレオチド配列は、それぞれ配列番号6、配列番号8に相当する。
得られたそれぞれの発現用プラスミドを用いて大腸菌BL21(DE3)pLysS株(インビトロジェン)を形質転換し、100μg/mLアンピシリン及び35μg/mLクロラムフェニコールを含むLB培地にて30℃、一晩好気的に振盪培養を行った結果、培養液中の小型化コラーゲン分解酵素A(配列番号5)、小型化コラーゲン分解酵素B(配列番号7)の生産量はそれぞれ0.44 P.U/L、0.61 P.U/Lであった。
Subsequently, a recombinant plasmid for producing miniaturized collagenolytic enzyme A (SEQ ID NO: 5) and miniaturized collagenolytic enzyme B (SEQ ID NO: 7) was prepared. Miniaturized collagenolytic enzyme A (SEQ ID NO: 5) and miniaturized collagenolytic enzyme B (SEQ ID NO: 7) are amino acids 441 to 636 of SEQ ID NO: 3 (nucleotides 1321 to 1908 of SEQ ID NO: 4), 551, respectively. ˜636th amino acid (nucleotides 1654 to 1908 of SEQ ID NO: 4) is deleted. Primer 6 (SEQ ID NO: 14, 5′-ACC GCT GTC GCC AGC CAG-3 ′, anneals to nucleotides 1675 to 1692 of SEQ ID NO: 2) and primer 7 (SEQ ID NO: 15, 5′-ACG ACG AGC AGC AAT GCT GAT AT-3 ′, anneals to nucleotides 2006-2025 of SEQ ID NO: 2), primer 5 (SEQ ID NO: 13, 5′-TAA GAA TTC GAA GCT TGA TCC-3 ′, stop codon of collagenase And anneal to the pRSET-a (Invitrogen) part in the downstream region). Miniaturization using primer 5 (SEQ ID NO: 13) and primer 6 (SEQ ID NO: 14) by PCR using Pyrobest DNA polymerase (Takara Bio) using a recombinant plasmid for collagenase production (pRSET-AcpII) as a template Collagen-degrading enzyme A (SEQ ID NO: 5) and primers 5 (SEQ ID NO: 13) and primer 7 (SEQ ID NO: 15) were used to prepare DNA fragments encoding miniaturized collagenolytic enzyme B (SEQ ID NO: 7), respectively. PCR conditions were as follows: both the miniaturized collagenolytic enzyme A (SEQ ID NO: 5) and the miniaturized collagenolytic enzyme B (SEQ ID NO: 7) were denatured at 96 ° C. for 1 minute, then 96 ° C. for 30 seconds, 56 ° C. for 30 seconds, 72 This was carried out for 30 cycles, with 1 minute at 1 ° C as one cycle. Thereafter, in order to circulate each DNA fragment in a molecule to obtain a miniaturized collagenolytic enzyme expression plasmid, the 5 ′ end of the DNA fragment was phosphorylated and ligated. The nucleotide sequences of miniaturized collagenolytic enzyme A (SEQ ID NO: 5) and miniaturizing enzyme B (SEQ ID NO: 7) correspond to SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 8, respectively.
Each of the obtained expression plasmids was used to transform E. coli BL21 (DE3) pLysS strain (Invitrogen), and the mixture was successfully treated overnight at 30 ° C. in LB medium containing 100 μg / mL ampicillin and 35 μg / mL chloramphenicol. As a result of agitation culture, the production amounts of miniaturized collagenolytic enzyme A (SEQ ID NO: 5) and miniaturized collagenolytic enzyme B (SEQ ID NO: 7) in the culture broth were 0.44 p. U / L, 0.61 p. U / L.
本発明のコラーゲン分解酵素は、従来のたんぱく質分解酵素とはアミノ酸配列の異なる新規な酵素であり、特にコラーゲンとゼラチンに対して高い分解活性を有する。従って、コラーゲンとゼラチンを分解して低分子量化することができ、このような低分子量コラーゲンや低分子量ゼラチンを必要とする食品産業や保湿性や防シワ作用を利用する化粧品分野、或いは種々の医療分野において有用である。また、本発明により得られたこれらの酵素の遺伝子配列を利用することによって、遺伝子工学技術を用いてかかる酵素を容易に製造することができ、上記の産業分野での低分子量コラーゲンや低分子量ゼラチンの利用のために有用である。 The collagenolytic enzyme of the present invention is a novel enzyme having an amino acid sequence different from that of a conventional proteolytic enzyme, and particularly has a high degrading activity for collagen and gelatin. Therefore, collagen and gelatin can be decomposed to reduce the molecular weight, and the food industry that requires such low molecular weight collagen and low molecular weight gelatin, the cosmetics field that uses moisturizing and anti-wrinkle properties, or various medical treatments Useful in the field. In addition, by utilizing the gene sequences of these enzymes obtained by the present invention, such enzymes can be easily produced using genetic engineering techniques, and low molecular weight collagen and low molecular weight gelatin in the industrial fields described above can be used. Useful for.
Claims (10)
(1)
作用:
カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンおよびエラスチンの蛋白質を分解し、特にコラーゲンおよびゼラチンに対して強い分解作用を有する。
また、合成基質であるN-メトキシスクシニル-Ala-Ile-Pro-Met-p-ニトロアニリド、N-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Phe-p-ニトロアニリド、N-スクシニル-Ala-Ala-Pro-Met-p-ニトロアニリド、N-グルタリル-Ala-Ala-Pro-Leu-p-ニトロアニリド、及びN-スクシニル-Ala-Ala-Val-Ala-p-ニトロアニリドに対して分解作用を有するが、N-メトキシスクシニル-
Ala-Ala-Pro-Val-p-ニトロアニリド、及びN-スクシニル-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-メチルクマリル-7-アミドに対して分解作用を示さない。
(2)
最適反応pH: pH8.5〜9.0
(3)
最適反応温度及び熱安定性:
最適反応温度は40〜50℃であり、45℃まで安定な酵素活性を有する。
(4)
分子量:
ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法による分子量が、50,000〜70,000である。
(5)
阻害剤:
セリンプロテアーゼの阻害剤であるフェニルメチルスルフォニルフルオライドにより完全に阻害されるが、キレート剤であるエチレンジアミン四酢酸では10mM濃度で35%の残存活性を示す。 Collagenase precursor having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing or an amino acid sequence in which one or more amino acids in this sequence have been deleted, substituted or added A collagenolytic enzyme obtained through the body and having the following physicochemical properties.
(1)
Action:
It degrades casein, gelatin, collagen, keratin and elastin proteins, and has a strong degrading action particularly on collagen and gelatin.
Synthetic substrates N -methoxysuccinyl-Ala-Ile-Pro-Met- p -nitroanilide, N -succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe- p -nitroanilide, N -succinyl-Ala-Ala-Pro -Met- p -nitroanilide, N -glutaryl-Ala-Ala-Pro-Leu- p -nitroanilide, and N -succinyl-Ala-Ala-Val-Ala- p -nitroanilide N -methoxysuccinyl-
No degrading action on Ala-Ala-Pro-Val- p -nitroanilide and N -succinyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-4-methylcoumaryl-7-amide.
(2)
Optimum reaction pH: pH 8.5-9.0
(3)
Optimum reaction temperature and thermal stability:
The optimum reaction temperature is 40-50 ° C., and the enzyme activity is stable up to 45 ° C.
(Four)
Molecular weight:
The molecular weight by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis is 50,000 to 70,000.
(Five)
Inhibitors:
Although it is completely inhibited by phenylmethylsulfonyl fluoride which is an inhibitor of serine protease, ethylenediaminetetraacetic acid which is a chelating agent shows a residual activity of 35% at a concentration of 10 mM.
コラゲニマリナAC40由来のものである、請求項1ないし4のいずれかに記載のコラーゲン分解酵素。 The collagenolytic enzyme according to any one of claims 1 to 4 , which is derived from alkaline Monascola marine AC40 .
(a)配列番号3に示す成熟酵素を構成するアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(b)配列番号3に示す成熟酵素を構成するアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(c)配列番号5に示すアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(d)配列番号5に示すアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(e)配列番号7に示すアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、
(f)配列番号7に示すアミノ酸配列中の1個もしくは複数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、又は、
(g)配列番号2に示すヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド、
から選ばれるコラーゲン分解酵素をコードする遺伝子。 A gene encoding the amino acid sequence of the collagenolytic enzyme according to any one of claims 1 to 6 or a precursor thereof, the group consisting of the following (a) to (g) :
(A) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence constituting the mature enzyme shown in SEQ ID NO: 3,
(B) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence constituting the mature enzyme shown in SEQ ID NO: 3 have been deleted, substituted or added;
(C) a polynucleotide encoding a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5,
(D) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 have been deleted, substituted or added;
(E) a polynucleotide encoding a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7,
(F) a polynucleotide encoding a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 have been deleted, substituted or added, or
(G) a polynucleotide having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2 ,
A gene encoding a collagen degrading enzyme selected from .
コラゲニマリナAC40、又は請求項9に記載の形質転換された微生物を培養し、その培養液よりコラーゲン分解酵素を採取することを特徴とする、配列表の配列番号2のポリヌクレオチドでコードされ、配列表の配列番号1のアミノ酸配列又はこの配列中の1個もしくは複数のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するコラーゲン分解酵素前駆体を経て得られる請求項1に規定する理化学的性質を有するコラーゲン分解酵素、又は請求項2に規定するアミノ酸配列を有するコラーゲン分解酵素の製造方法。
It is encoded by the polynucleotide of SEQ ID NO: 2 in the sequence listing , characterized by culturing the alkaline monascola marina AC40 or the transformed microorganism according to claim 9 and collecting a collagenolytic enzyme from the culture solution. And is obtained through a collagenolytic enzyme precursor having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing or an amino acid sequence in which one or more amino acids in this sequence are deleted, substituted or added. A method for producing a collagenolytic enzyme having physicochemical properties or a collagenolytic enzyme having an amino acid sequence defined in claim 2 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007296564A JP5260941B2 (en) | 2007-11-15 | 2007-11-15 | Novel collagenolytic enzymes and their use |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007296564A JP5260941B2 (en) | 2007-11-15 | 2007-11-15 | Novel collagenolytic enzymes and their use |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009118782A JP2009118782A (en) | 2009-06-04 |
| JP5260941B2 true JP5260941B2 (en) | 2013-08-14 |
Family
ID=40811650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007296564A Expired - Fee Related JP5260941B2 (en) | 2007-11-15 | 2007-11-15 | Novel collagenolytic enzymes and their use |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5260941B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106244815A (en) * | 2016-08-31 | 2016-12-21 | 无锡中天固废处置有限公司 | A kind of method separating and recovering silver from photographic film |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5442781B2 (en) * | 2011-01-31 | 2014-03-12 | 三洋化成工業株式会社 | Protease activity recovery method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MX282672B (en) * | 2002-10-10 | 2011-01-10 | Diversa Corp | Proteases, nucleic acids encoding them and methods for making and using them. |
-
2007
- 2007-11-15 JP JP2007296564A patent/JP5260941B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106244815A (en) * | 2016-08-31 | 2016-12-21 | 无锡中天固废处置有限公司 | A kind of method separating and recovering silver from photographic film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009118782A (en) | 2009-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yao et al. | Characterization of a fibrinolytic enzyme secreted by Bacillus velezensis BS2 isolated from sea squirt jeotgal | |
| Toyokawa et al. | Purification and characterization of a halotolerant serine proteinase from thermotolerant Bacillus licheniformis RKK-04 isolated from Thai fish sauce | |
| Al Mousa et al. | Chicken feathers waste management by microbial as a sustainable and tool environmental friendly | |
| JP4912636B2 (en) | Novel Geobacillus microorganism | |
| JP5260941B2 (en) | Novel collagenolytic enzymes and their use | |
| CN101827937A (en) | Novel DNA fragment, recombinant vector containing the same, transformant transformed therewith, and use thereof | |
| Park et al. | Identification of fibrinogen-induced nattokinase WRL101 from Bacillus subtilis WRL101 isolated from Doenjang | |
| KR100750659B1 (en) | Basophils, alkalophilic proteases that are very stable to surfactants and oxidants and genes encoding them | |
| JP2011155932A (en) | Alkali keratinase, dna encoding the same and method for using the same | |
| CN101068924B (en) | New high-alkaline protease and utilization thereof | |
| Bose | Characterization of multiple extracellular proteases produced by a Bacillus subtilis strain and identification of the strain | |
| JP4212340B2 (en) | Alkaline protease | |
| US5830740A (en) | Serine protease operative between 75°C. and 103°C. | |
| JP4324365B2 (en) | Alkaline protease | |
| Jankiewicz et al. | Biochemical characterization of an alkaline metallopeptidase secreted by a Pseudomonas fluorescens isolated from soil | |
| JP2004313043A (en) | Alkaline protease | |
| JP4054577B2 (en) | Alkaline protease producing bacteria | |
| JP4438480B2 (en) | Alkaline protease | |
| JP4210485B2 (en) | Alkaline protease | |
| US20050186661A1 (en) | Production of protease from Bacillus stearothermophilus F1 | |
| JPWO2002077223A1 (en) | Novel aminopeptidase and its gene | |
| Luo et al. | Couple action of some proteases from feather keratin-degrading bacterium B. licheniformis CP-16 | |
| CN108085327B (en) | Alkaline protease heterologous expression engineering strain from extreme environment and application thereof | |
| JP4058514B2 (en) | Cathepsin C-like enzyme and method for producing the same | |
| CN114350643A (en) | Recombinant strain for producing aminopeptidase and application of recombinant strain in efficient proteolysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100615 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120925 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121126 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20121126 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130108 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130308 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130402 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130426 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160502 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5260941 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |