JP5425481B2 - Novel carbohydrate hydrolase that hydrolyzes α-N-acetylglucosaminyl linkage - Google Patents
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Description
本発明は新規なタンパク質に関するものであり、さらに詳しくは糖質のα-N-アセチルグルコサミニル結合を加水分解する新規な糖質加水分解酵素に関するものである。 The present invention relates to a novel protein, and more particularly to a novel carbohydrate hydrolase that hydrolyzes α-N-acetylglucosaminyl linkages of carbohydrates.
ヒトなどの高等生物内には、N-アセチルグルコサミン(GlcNAc)がαで結合したヘパリンや、ガラクトース(Gal)に結合したオリゴ糖鎖(GlcNAcα1-4Gal-)が存在することが報告されている(例えば非特許文献1等参照。)。これらの糖鎖は、ある種の組織上に普遍的に存在するだけでなく、近年、種々の疾患に関連する重要な物質としても注目されている(例えば非特許文献2等参照)。したがって、臨床および研究開発分野においては、上記糖鎖の組織上における分布などの視覚的情報に加え、その化学構造の解析結果からの情報も重要な役割を果たす。この場合、αで結合したGlcNAcに対する抗体が有用であるが、現在、一種類のみが報告されているだけであり、その特異性の報告例は非常に少ない。このため、αで結合したGlcNAcを含む糖鎖に対する特異性の高い糖加水分解酵素の利用は、上記分野に大きな貢献をもたらすと考えられる。
In higher organisms such as humans, it has been reported that heparin in which N-acetylglucosamine (GlcNAc) is bound at α and oligosaccharide chains (GlcNAcα1-4Gal-) bound to galactose (Gal) exist ( For example, refer
今までにGlcNAcのαグリコシド結合を加水分解する酵素(aGNase)は、本発明者らのバクテリア由来の組換え型酵素(Clostridium perfringens由来であり(以後aGNaseC)、主にGlcNAcα1-4Galを含む糖鎖に作用する。特許文献1参照)、ヒトのヘパリンオリゴ糖(-GlcNAcα1-4GlcAβ1-3-)を加水分解する野生型酵素と蛇毒由来酵素(合成基質メチルウンベリフェリル-N-アセチル-α-D-グルコサミン(GlcNAc-α-MEU)に作用する野生型酵素)の報告例がある(例えば非特許文献3、4等参照。)。これらの糖加水分解酵素は、バクテリア由来のものはGlcNAcα1-4Galに作用するバイオセーフティーレベル2の酵素であるため、使用が制限され、ヒトや蛇毒のものは、天然および培養細胞から抽出されたものであるため、大量調製手法とは成りにくい。
So far, the enzyme that hydrolyzes the α-glycoside bond of GlcNAc (aGNase) is a recombinant enzyme derived from our bacterium (Clostridium perfringens (hereinafter aGNaseC)), and is a sugar chain mainly containing GlcNAcα1-4Gal. Patent Document 1), wild-type enzyme hydrolyzing human heparin oligosaccharide (-GlcNAcα1-4GlcAβ1-3-) and snake venom-derived enzyme (synthetic substrate methylumbelliferyl-N-acetyl-α-D) There is a report example of glucosamine (wild-type enzyme acting on GlcNAc-α-MEU) (see, for example, Non-Patent Documents 3 and 4). Since these sugar hydrolases are
したがって、上記の目的を達成するためには、安全な宿主由来で、かつ大量調製が可能な、新たな酵素の調製方法が求められていた。
ここでGlcAはグルクロン酸の略である。
Therefore, in order to achieve the above-described object, a new enzyme preparation method that is derived from a safe host and can be prepared in large quantities has been demanded.
Here, GlcA is an abbreviation for glucuronic acid.
本発明の課題は、非還元末端にN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)がαで結合したオリゴ糖(GlcNacα1-R)もしくは糖誘導体からGlcNAcを遊離させる酵素を、安全な菌体から大量に提供できるようにすることにある。 An object of the present invention is to provide a large amount of an enzyme that releases GlcNAc from an oligosaccharide (GlcNacα1-R) or a sugar derivative in which N-acetylglucosamine (GlcNAc) is bonded to α at the non-reducing end from a safe cell. Is to make it.
本発明者らは、上記現状にかんがみ、ヒトのaGNaseおよびaGNaseCのホモログの遺伝子と考えられるいくつかのDNA配列情報を基に、いくつかの組換えタンパク質を作製したところ、バクテロイデス菌から新規な配列を有する3つの酵素を取得できたことにより、GlcNAcα1-4Gal-Rには作用しないが、GlcNAcα-O-Rに作用し、GlcNAcを遊離する活性を持つ酵素を見い出し、本発明に到達した。 In light of the above situation, the present inventors have produced several recombinant proteins based on some DNA sequence information considered to be homologous genes of human aGNase and aGNaseC. As a result, the present inventors have found an enzyme that does not act on GlcNAcα1-4Gal-R but acts on GlcNAcα-OR and releases GlcNAc.
すなわち本発明は、配列番号1の22番目から732番目までのアミノ酸配列、配列番号2の21番目から730番目までのアミノ酸配列、または配列番号3の34番目から744番目までのアミノ酸配列を有するタンパク質である。 That is, the present invention relates to a protein having the amino acid sequence from 22nd to 732th of SEQ ID NO: 1, the amino acid sequence from 21st to 730th of SEQ ID NO: 2, or the 34th to 744th amino acid sequence of SEQ ID NO: 3. It is.
また本発明は、配列番号1の22番目から732番目まで、配列番号2の21番目から730番目まで、または配列番号3の34番目から744番目までのアミノ酸配列を有し、下式(1)からN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)を遊離する組換え型糖質加水分解酵素であり、特に下記の理化学的性質を有する。
GlcNAcα-O-R (1)
(式中、Rは種々の置換基を含む芳香族および飽和、不飽和炭化水素、糖鎖、タンパク質、糖鎖、タンパク質もしくは脂質を、GlcNAcはN-アセチルグルコサミンを表す。)
Further, the present invention has amino acid sequences from the 22nd to the 732rd of SEQ ID NO: 1, the 21st to the 730th of SEQ ID NO: 2, or the 34th to 744th of the SEQ ID NO: 3, and the following formula (1) Is a recombinant carbohydrate hydrolase that liberates N-acetylglucosamine (GlcNAc) from water, and in particular has the following physicochemical properties:
GlcNAcα-OR (1)
(In the formula, R represents aromatic and saturated, unsaturated hydrocarbon, sugar chain, protein, sugar chain, protein or lipid containing various substituents, and GlcNAc represents N-acetylglucosamine.)
(1)配列番号1の22番目から732番目まで、または配列番号2の21番目から730番目までのアミノ酸配列においては、4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-グルコサミン(GlcNAcα-pNP)に作用して、N-アセチルグルコサミン(GlcNAc)および4-ニトロフェノール(pNP)を生成するが、4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-ガラクトサミン(GalNAcα-pNP)、4-ニトロフェニル-α-L-フコース(Fucα-pNP)、 4-ニトロフェニル-β-L-フコース(Fucβ-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-グルコース(Glcα-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-ガラクトース(Galα-pNP)、4-ニトロフェニル-β-D-ガラクトース(Galβ-pNP)、に4-ニトロフェニル-α-D-マンノース(Manα-pNP)、4-ニトロフェニル-β-D-グルクロン酸(GlcAβ-pNP)、は作用しない。
配列番号3の34番目から744番目までのアミノ酸配列においては、4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-グルコサミン(GlcNAcα-pNP) 、4-ニトロフェニル-α-D-グルコース(Glcα-pNP)、および4-ニトロフェニル-β-D-グルクロン酸(GlcAβ-pNP)に作用して、それぞれの遊離の糖と4-ニトロフェノール(pNP)を生成するが、4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-ガラクトサミン(GalNAcα-pNP)、4-ニトロフェニル-α-L-フコース(Fucα-pNP)、 4-ニトロフェニル-β-L-フコース(Fucβ-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-ガラクトース(Galα-pNP)、4-ニトロフェニル-β-D-ガラクトース(Galβ-pNP)、に4-ニトロフェニル-α-D-マンノース(Manα-pNP)は作用しない。
(2)Galの3位、4位および6位にαでGlcNAcが結合した二糖(GlcNAcα-Gal)、およびこの二糖を非還元末端に有する糖鎖およびその誘導体には作用しない。
(3)上記のすべてのタンパク質は、中性付近pH(7-8)、および37℃で活性を持ち、
(4)分子内にタンパク質精製用アフィニティータグ(6×His)およびシャペロンであるトリガーファクターをN末端領域に有する融合タンパク質の分子量は約130,000である。尚、上記の領域はプロテアーゼ(Factor Xa)により除去できる。除去後の分子量は約82,000である。
(1) 4-aminophenyl-N-acetyl-α-D-glucosamine (GlcNAcα-pNP) in the amino acid sequence from 22nd to 732th of SEQ ID NO: 1 or 21st to 730th of SEQ ID NO: 2 To produce N-acetylglucosamine (GlcNAc) and 4-nitrophenol (pNP), but 4-nitrophenyl-N-acetyl-α-D-galactosamine (GalNAcα-pNP), 4-nitrophenyl- α-L-fucose (Fucα-pNP), 4-nitrophenyl-β-L-fucose (Fucβ-pNP), 4-nitrophenyl-α-D-glucose (Glcα-pNP), 4-nitrophenyl-α- D-galactose (Galα-pNP), 4-nitrophenyl-β-D-galactose (Galβ-pNP), 4-nitrophenyl-α-D-mannose (Manα-pNP), 4-nitrophenyl-β-D -Glucuronic acid (GlcAβ-pNP) does not work.
In the amino acid sequence from the 34th to the 744th of SEQ ID NO: 3, 4-nitrophenyl-N-acetyl-α-D-glucosamine (GlcNAcα-pNP), 4-nitrophenyl-α-D-glucose (Glcα-pNP) ), And 4-nitrophenyl-β-D-glucuronic acid (GlcAβ-pNP) to produce each free sugar and 4-nitrophenol (pNP), but 4-nitrophenyl-N-acetyl -α-D-galactosamine (GalNAcα-pNP), 4-nitrophenyl-α-L-fucose (Fucα-pNP), 4-nitrophenyl-β-L-fucose (Fucβ-pNP), 4-nitrophenyl-α 4-Nitrophenyl-α-D-mannose (Manα-pNP) does not act on -D-galactose (Galα-pNP), 4-nitrophenyl-β-D-galactose (Galβ-pNP).
(2) It does not act on a disaccharide (GlcNAcα-Gal) in which GlcNAc is bonded with α at the 3-position, 4-position and 6-position of Gal, and a sugar chain or derivative thereof having this disaccharide at the non-reducing end.
(3) All the above proteins are active at near neutral pH (7-8) and 37 ° C,
(4) The molecular weight of a fusion protein having an affinity tag (6 × His) for protein purification in the molecule and a trigger factor that is a chaperone in the N-terminal region is about 130,000. The above region can be removed by protease (Factor Xa). The molecular weight after removal is about 82,000.
本発明の酵素は、ヒト体内に存在するムチン型糖タンパク質糖鎖中に存在するGlcNAcα1-4Gal-オリゴ糖部位には作用せず、その他のGlcNAcを含有する糖鎖および化合物に作用する新規の酵素であり、組織上に表出する複雑な糖鎖構造の解明に有用である。 The enzyme of the present invention does not act on the GlcNAcα1-4Gal-oligosaccharide site present in the mucin-type glycoprotein sugar chain present in the human body, and is a novel enzyme that acts on other GlcNAc-containing sugar chains and compounds It is useful for elucidating the complex sugar chain structure expressed on the tissue.
以下、本発明について詳細に説明する。本発明のタンパク質はバクテロイデス(Bacteroides thetaiotaomicron VPI5482)株が有する遺伝子の一部から作製された3つの組み換え型タンパク質であり、N末端22番目から732番目(配列番号1、aGNaseB2)、N末端21番目から730番目(配列番号2、aGNaseB3)、およびN末端34番目から744番目(配列番号3、aGNaseB1)までのアミノ酸配列を有するタンパク質が強い水解活性を有し、かつこのアミノ酸配列を有することが活性に必要である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The protein of the present invention is three recombinant proteins produced from a part of the gene of Bacteroides thetaiotaomicron VPI5482 strain, from N-terminal 22nd to 732rd (SEQ ID NO: 1, aGNaseB2), from N-terminal 21st A protein having an amino acid sequence from the 730th (SEQ ID NO: 2, aGNaseB3) and the N-terminal 34th to 744th (SEQ ID NO: 3, aGNaseB1) has strong hydrolytic activity, and having this amino acid sequence is active is necessary.
本発明のタンパク質の作製にあたっては、上記のゲノムを鋳型とする遺伝子増幅を行った後、制限酵素サイト(5’末端側にSacIと3’末端側にXhoI)で消化し、市販のコールドショック発現系ベクター(pcoldTF: Takara)に組み込み、宿主大腸菌へ形質転換後、以下の手法にて発現、精製することができる。尚、本発明のタンパク質は上記ベクターにより、以下のタンパク質との融合タンパク質として得られる。その後、プロテアーゼを用いてFactor Xaサイトで切断することにより、融合した部位を除去することが可能である。 In the production of the protein of the present invention, after performing gene amplification using the above-mentioned genome as a template, digestion with restriction enzyme sites (SacI on the 5 ′ end side and XhoI on the 3 ′ end side) After being incorporated into a system vector (pcoldTF: Takara) and transformed into host E. coli, it can be expressed and purified by the following method. In addition, the protein of this invention is obtained as a fusion protein with the following protein by the said vector. Thereafter, the fused site can be removed by cleaving at the Factor Xa site using a protease.
本発明のタンパク質の構造を概説すると、アミノ(NH2)末端上流領域から、タンパク質を精製するために必要なアミノ酸配列である6つのヒスチジン部位(His-tagアフィニティー部位)、タンパク質を宿主菌体内で発現する際に可溶化タンパク質となるような構造を形成させるためのトリガーファクター、活性のあるタンパク質を発現・取得後に、融合した部位を切り離すために必要なプロテアーゼが特異的に認識できるためのプロテアーゼ(トロンビン)認識サイト、および本発明のタンパク質部位からなり、カルボキシル末端(COOH)に至る。タンパク質の発現、精製にあたっては、上記ベクターにより形質転換された大腸菌(MC1061株)のOD600値で0.6を示す溶液(カルベニシリン濃度50μg/mlを含有するLB培地)へ、目的タンパク質の発現を誘導する物質であるイソプロピルチオガラクトシド(IPTG)を0.25mMで添加後、さらに24時間、15℃で震盪培養することで、本発明のタンパク質を発現した菌体を得ることができる。タンパク質の抽出にあたっては、菌体を超音波破砕し、遠心後に得られる上清を、His-tagアフィニティークロマトグラフィーに供することにより、本発明のタンパク質の部分精製体を、培養液1リットルあたり15〜20mgで 得ることができる。この画分は、本発明のタンパク質が、SDSポリアクリルアミド電気泳動的にほぼ主要(全タンパク質の80%以上)な構成物であり、部分精製体とすることができる。さらに、融合タンパク0.2mg/mlをプロテアーゼ(Factor Xa)15unit/mlで16時間4℃で処理し、融合した部分を切断後、限外濾過フィルター(Amicon Ultra 15 MWCO 100K)で未反応の融合タンパク質を除去し、回収した濾液をHis-tagアフィニティークロマトグラフィーを素通りさせることにより、His-tagおよびトリガーファクター融合部分を持たないタンパク質を65〜90%の収率で回収することができる。 The structure of the protein of the present invention will be outlined. From the amino (NH 2 ) terminal upstream region, six histidine sites (His-tag affinity sites), which are amino acid sequences necessary for protein purification, Trigger factor for forming a structure that becomes a solubilized protein when expressed, Protease for specifically recognizing the protease necessary to cleave the fused site after expression and acquisition of active protein ( (Thrombin) recognition site and the protein site of the present invention, leading to the carboxyl terminus (COOH). In protein expression and purification, a substance that induces expression of the target protein into a solution (LB medium containing carbenicillin concentration of 50 μg / ml) having an OD600 value of 0.6 of E. coli transformed with the above vector (MC1061 strain). After adding isopropylthiogalactoside (IPTG) at 0.25 mM, the cells expressing the protein of the present invention can be obtained by further shaking culture at 15 ° C. for 24 hours. For protein extraction, the bacterial cells are sonicated and the supernatant obtained after centrifugation is subjected to His-tag affinity chromatography, so that the partially purified product of the protein of the present invention is 15 to 15 per liter of culture solution. Can be obtained with 20mg. This fraction is a substantially main component (80% or more of the total protein) of the protein of the present invention by SDS polyacrylamide electrophoresis, and can be a partially purified product. Furthermore, 0.2 mg / ml of the fusion protein was treated with protease (Factor Xa) 15 unit / ml for 16 hours at 4 ° C, the fused portion was cleaved and then unreacted with an ultrafiltration filter (Amicon Ultra 15 MWCO 100K). Is removed, and the recovered filtrate is passed through His-tag affinity chromatography, whereby a protein having no His-tag and trigger factor fusion moiety can be recovered in a yield of 65 to 90%.
タンパク質取得
バクテロイデス菌(Bacteroides thetaiotaomicron VPI5482)のゲノムを鋳型として、それぞれのセンスプライマー(下線は制限酵素SacIサイトを示す)(B1:配列番号4 cggcgagctcccaatcgattcattggcagcacgt、B2:配列番号5 cggcgagctcgaaacaggccctcctgtattaaaa、B3:配列番号6cggcgagctcgatactggatcaagtaacccagta)と、アンチセンスプライマー(下線は制限酵素XhoIサイトを示す)(B1: 配列番号7ccgctcgagttactttgcttcaatcgctgtccgata、B2: 配列番号8ccgctcgagttattgtgctttggtaaagtacgtatc、B3: 配列番号9ccgctcgagttaataaaaatattgcatatatttctc)を用い、DNAポリメラーゼPrime Star(Takara製)反応を利用して、サーマルサイクラーPTC100(MJ Research製)で遺伝子増幅(反応条件(順に98℃10秒、56℃15秒、72℃2分30秒で28サイクル行う))を行い、増幅後DNA断片を得た。得られた産物に対して制限酵素(SacIおよびXhoI)処理を行った後、コールドショック系タンパク質発現用ベクターpcold TF(Takara製)へ、制限酵素サイト(5’末端側にSacIと3’末端側にXhoI)でライゲーション反応を行い、発現宿主である大腸菌(MC1061株)へ形質転換操作し、カルベニシリン濃度50μg/mlを含有するLB寒天培地上で、その形質転換体を得た。これをカルベニシリン濃度50μg/mlを含有するLB培地中(2ml)で前培養し、さらに同培養液1000mlへ全量植菌し、OD600で0.6になるまで30℃で3時間、震盪培養した。その後、IPTGを0.25mMで添加し、15℃、24時間震盪培養することで、本タンパク質を発現した大腸菌を調製できた。遠心後上清を除去した後、集められた菌体へ、1mg/ml濃度でリゾチームを添加し(全量4ml)、さらにPBS溶液を加え全量を20mlとした。この懸濁溶液を氷上で超音波破砕し、20000×gで10分遠心後、上清をHis-tagアフィニティークロマトグラフィーを使った精製法(Protino-Ni-TED2000、日本ジェネティックス製)により精製した。この溶液を、限外濾過膜(排除分子サイズ100000)を用いることにより、上記精製に用いたイミダゾール等を除き、結果的に目的タンパク質を、中間精製体としてリッター培養あたり15〜20mgで得ることができた。さらに、融合タンパク0.2mg/mlをプロテアーゼ(Factor Xa)15unit/mlで16時間4℃で処理し、融合した部分を切断後、限外濾過膜(排除分子サイズ100000)を用い未反応の融合タンパク質を除去し、回収した濾液をHis-tagアフィニティークロマトグラフィーを素通りさせることにより、His-tagおよびトリガーファクター融合部分を除去したタンパク質を回収することができる。
Protein acquisition Using the genome of Bacteroides thetaiotaomicron VPI5482 as a template, each sense primer (underlined indicates the restriction enzyme SacI site) (B1: SEQ ID NO: 4 cggc gagctc ccaatcgattcattggcagcacgt, B2: SEQ ID NO: 5 cggc gagctc gaaacaggaaa and SEQ ID NO 6cggc gagctc gatactggatcaagtaacccagta), antisense primer (underline indicates the restriction enzyme XhoI site) (B1: SEQ ID NO 7ccg ctcgag ttactttgcttcaatcgctgtccgata, B2: SEQ ID NO 8ccg ctcgag ttattgtgctttggtaaagtacgtatc, B3: and SEQ ID NO: 9ccg ctcgag ttaataaaaatattgcatatatttctc), DNA Gene amplification by polymerase cycler PTC100 (manufactured by MJ Research) using polymerase Prime Star (Takara) reaction (reaction conditions (in order, 28 cycles at 98 ° C for 10 seconds, 56 ° C for 15 seconds, 72 ° C for 2 minutes 30 seconds)) The DNA fragment was obtained after amplification. After subjecting the obtained product to restriction enzyme (SacI and XhoI) treatment, the cold shock protein expression vector pcold TF (manufactured by Takara) was transferred to the restriction enzyme site (SacI and 3 'end side on the 5' end side). (XhoI) was subjected to a ligation reaction and transformed into E. coli (MC1061 strain) as an expression host, and the transformant was obtained on an LB agar medium containing a carbenicillin concentration of 50 μg / ml. This was pre-cultured in LB medium (2 ml) containing a carbenicillin concentration of 50 μg / ml, further inoculated into 1000 ml of the same culture solution, and shake-cultured at 30 ° C. for 3 hours until OD600 reached 0.6. Thereafter, IPTG was added at 0.25 mM, and cultured with shaking at 15 ° C. for 24 hours, whereby E. coli expressing this protein could be prepared. After centrifugation, the supernatant was removed, and then lysozyme was added to the collected cells at a concentration of 1 mg / ml (
酵素活性(4-ニトロフェニル誘導体に対して)
各4-ニトロフェニル誘導体である単糖基質 (GlcNAc-α-pNP、GlcNAc-β-pNP、GalNAc-α-pNP、Fuc-α-pNP、Fuc-β-pNP、Glc-α-pNP、Gal-α-pNP、Gal-β-pNP、Man-α-pNP、GlcA-β-pNP) 15mM溶液をそれぞれ別の容器に20μlとり、上記に調製したタンパク溶液0.6μg/μlを2μl、10倍濃縮PBS(pH7.4)溶液を10μl添加し、全量を100μlとした。これを攪拌しながら、37℃でインキュベートした。一定時間反応後、遊離したpNP量を吸光度計で測定することから算出し、各基質に対する反応性を比較した。aGNaseB2、aGNaseB3においては、1時間のインキュベート後、GlcNAc-α-pNPのみ100%水解し、その他の基質に対しては全く水解しなかった。aGNaseB1においては、6時間のインキュベート後、GlcNAc-α-pNPを約20%水解しGlc-α-pNPを75%水解し、GlcA-β-pNPのみ35%水解したが、他の基質においては全く水解しなかった(図1)。
Enzyme activity (relative to 4-nitrophenyl derivative)
Monosaccharide substrates that are 4-nitrophenyl derivatives (GlcNAc-α-pNP, GlcNAc-β-pNP, GalNAc-α-pNP, Fuc-α-pNP, Fuc-β-pNP, Glc-α-pNP, Gal- (α-pNP, Gal-β-pNP, Man-α-pNP, GlcA-β-pNP) Take 20 μl of 15 mM solution in separate containers, and 2 μl of the protein solution prepared above, 2 μl, 10-fold concentrated PBS (pH 7.4) 10 μl of the solution was added to make a total volume of 100 μl. This was incubated at 37 ° C. with agitation. After reacting for a certain period of time, the amount of released pNP was calculated by measuring with an absorptiometer, and the reactivity to each substrate was compared. In aGNaseB2 and aGNaseB3, after incubation for 1 hour, only GlcNAc-α-pNP was hydrolyzed to 100%, and other substrates were not hydrolyzed at all. In aGNaseB1, after incubation for 6 hours, GlcNAc-α-pNP was hydrolyzed by about 20%, Glc-α-pNP was hydrolyzed by 75%, and only GlcA-β-pNP was hydrolyzed by 35%. It did not hydrolyze (FIG. 1).
酵素活性(4-メトキシフェニル誘導体に対して)
各4-メトキシフェニル誘導体である二糖基質 (GlcNAcα1-4Galβ-pMP、GlcNAcα1-3Galβ-pMP、GlcNAcα1-6Galβ-pMP)3mMを上記と同様にタンパク溶液0.6μg/μlと一定時間反応させた後、HPLC(HPLC装置; GL7400(島津製)、分析用カラム;ODS-3(4.6X250mm)、検出;UV 283nm)に供したところ、どの基質においてもGlcNAc切断後に遊離すると考えられるGalβ-pMPは確認されなかった。(図2、図3、および図4)
Enzyme activity (relative to 4-methoxyphenyl derivative)
After reacting each 4-methoxyphenyl derivative disaccharide substrate (GlcNAcα1-4Galβ-pMP, GlcNAcα1-3Galβ-pMP, GlcNAcα1-6Galβ-pMP) 3 mM with a protein solution 0.6 μg / μl for a certain period of time as described above, When subjected to HPLC (HPLC apparatus; GL7400 (manufactured by Shimadzu), analytical column; ODS-3 (4.6X250mm), detection; UV 283nm), Galβ-pMP, which is considered to be released after GlcNAc cleavage, was confirmed in any substrate. There wasn't. (FIGS. 2, 3 and 4)
酵素活性(4-メチルウンベリフェリル誘導体に対して)
各4-メトキシフェニル誘導体である単糖基質(GlcNAcα-MEU、2-sulfamino-GlcNAcα-MEU、6-sulfo-GlcNAcα-MEU)1mMを上記と同様にタンパク溶液(aGNaseB3)0.6μg/μlと一定時間反応させた後、HPLC(HPLC装置; GL7400(島津製)、分析用カラム;ODS-3(4.6X250mm)、検出;励起波長360nm, 蛍光波長 450nm)に供したところ、硫酸化されていないGlcNAcαは1hでほぼ完全に(95%以上)切断され、メチルウンベリフェロン(MEU)の遊離が検出されたが、硫酸化された単糖については切断されることなく2%以下であった。(図5)
Enzyme activity (for 4-methylumbelliferyl derivatives)
Each 4-methoxyphenyl derivative monosaccharide substrate (GlcNAcα-MEU, 2-sulfamino-GlcNAcα-MEU, 6-sulfo-GlcNAcα-MEU) 1 mM as above with a protein solution (aGNaseB3) 0.6 μg / μl for a certain period of time After reaction, HPLC (HPLC apparatus; GL7400 (manufactured by Shimadzu), analytical column; ODS-3 (4.6X250mm), detection; excitation wavelength: 360 nm, fluorescence wavelength: 450 nm), unsulfated GlcNAcα Although cleaved almost completely (95% or more) in 1 h, the release of methylumbelliferone (MEU) was detected, but the sulfated monosaccharide was 2% or less without being cleaved. (Figure 5)
酵素活性(糖タンパク質に対する活性評価)
上記に調製したタンパク溶液約30μg(10.0mUnit/ml) (もしくは95℃で10分間熱失活した上記のタンパク溶液)、10倍濃縮PBS(pH7.4)溶液を10μl、ブタ胃ムチン糖タンパク質(関東化学、部分精製品)の1.5%溶液50μlをそれぞれ添加し、全量を100μlにして、攪拌しながら、37℃で20時間インキュベートした。反応後は以下のそれぞれの方法で測定した。陽性コントロールには、aGNaseCの部分精製体を用いた。
Enzyme activity (evaluation of activity against glycoprotein)
About 30 μg (10.0 mUnit / ml) of the protein solution prepared above (or the above protein solution heat-inactivated at 95 ° C. for 10 minutes), 10 μl of 10-fold concentrated PBS (pH 7.4) solution, porcine gastric mucin glycoprotein ( 50 μl of a 1.5% solution of Kanto Chemical Co., Ltd. (partially purified product) was added to make a total volume of 100 μl, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 20 hours with stirring. After the reaction, it was measured by the following methods. As a positive control, a partially purified form of aGNaseC was used.
上記反応後溶液を、二糖(GlcNAcα1-4Gal)に対するモノクローナル抗体HIK1083を利用した胃腺粘液ムチン検出キット(関東化学製)を用いて、そのα結合したGlcNAc量を検出した。反応後溶液を100分の1(0.0075%)に希釈(全量100μl)し、そのまま、付属のHIK1083(GlcNAcα1-4Galを認識するモノクローナル抗体)をコートしたマイクロタイタープレートのウェルへ注入し、室温で2時間静置した。 ウェルを400μlのPBS溶液で洗浄し、付属の西洋ワサビ由来のヒドロキシペルオキシダーゼが融合したHIK1083抗体を添加し、室温で1時間静置した。その後、ウェルを400μlの50mMリン酸緩衝液水溶液で洗浄し、付属の発色キットで発色および停止させ、イムノプレートリーダー、immuno mini NJ-2300(SICシステムインスツルメンツ)で、450nmにて吸光度を定量した。得られた結果から、上記のaGNaseB1、aGNaseB2、aGNaseB3のすべてが、まったく反応しないことが示された。尚、陽性コントロールとして、aGNaseCの部分精製体約10μg(2.4mUnit/ml)を添加した場合、有意に加水分解することが示された。(図6) The amount of α-bound GlcNAc in the solution after the reaction was detected using a gastric gland mucus mucin detection kit (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) using the monoclonal antibody HIK1083 against disaccharide (GlcNAcα1-4Gal). After the reaction, dilute the solution to 1/100 (0.0075%) (100 μl in total) and inject it into the well of a microtiter plate coated with the attached HIK1083 (monoclonal antibody that recognizes GlcNAcα1-4Gal). Let stand for hours. The wells were washed with 400 μl of PBS solution, and the attached HIK1083 antibody fused with horseradish-derived hydroxyperoxidase was added and allowed to stand at room temperature for 1 hour. Thereafter, the wells were washed with 400 μl of a 50 mM phosphate buffer aqueous solution, developed and stopped with the attached coloring kit, and the absorbance was quantified at 450 nm with an immunoplate reader, immuno mini NJ-2300 (SIC System Instruments). The obtained results showed that all of the above-mentioned aGNaseB1, aGNaseB2, and aGNaseB3 did not react at all. As a positive control, it was shown that when about 10 μg (2.4 mUnit / ml) of partially purified aGNaseC was added, it was significantly hydrolyzed. (Fig. 6)
本発明の加水分解酵素は、胃や十二指腸、および各臓器の癌化に関連して発現するGlcNAcα1-4Galを含む糖鎖には全く作用せず、GlcNAcをαで含む糖誘導体を特異的に加水分解すること(aGNaseB2およびB3)から、その他のGlcNAcをαで含む糖鎖の生体内における分布などの情報を、抗体やaGNaseCと組み合わせて用いることにより、容易に得ることができる可能性がある。さらに、上記のaGNaseは、バイオセーフティーレベル1に属するバクテロイデス由来のために、その利用に関する制限が少ない。また、本酵素はin Silicoコンピューター解析の結果からへパラナーゼ活性を示す酵素に配列が類似していることから、ヘパラナーゼ加水分解酵素としても利用可能と思われる。
The hydrolase of the present invention does not act on sugar chains containing GlcNAcα1-4Gal expressed in association with canceration of the stomach, duodenum, and each organ, and specifically hydrolyzes sugar derivatives containing GlcNAc in α. From the degradation (aGNase B2 and B3), it may be possible to easily obtain information such as the distribution of other sugar chains containing GlcNAc in α in vivo in combination with antibodies and aGNaseC. Furthermore, since the aGNase is derived from Bacteroides belonging to
Claims (2)
GlcNAcα-O-R (1)
(式中、Rは種々の置換基を含む芳香族および飽和、不飽和炭化水素、糖鎖、タンパク質、糖鎖、タンパク質もしくは脂質を、GlcNAcはN-アセチルグルコサミンを表す。)
(1)4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-グルコサミン(GlcNAcα-pNP)に作用して、N-アセチルグルコサミン(GlcNAc)および4-ニトロフェノール(pNP)を生成するが、4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-ガラクトサミン(GalNAcα-pNP)、4-ニトロフェニル-α-L-フコース(Fucα-pNP)、 4-ニトロフェニル-β-L-フコース(Fucβ-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-グルコース(Glcα-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-ガラクトース(Galα-pNP)、4-ニトロフェニル-β-D-ガラクトース(Galβ-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-マンノース(Manα-pNP)、4-ニトロフェニル-β-D-グルクロン酸(GlcAβ-pNP)には作用しない。
(2)Galの3位、4位および6位にαでGlcNAcが結合した二糖(GlcNAcα-Gal)、およびこの二糖を非還元末端に有する糖鎖およびその誘導体には作用しない。
(3)中性付近pH(7-8)、および37℃で活性を持つ。
(4)His-tagを有する融合タンパク質の分子量は約130,000であり、また、プロテアーゼで切断後の分子量は約82,000である。 From the following formula (1), consisting of the amino acid sequence from the 22nd to the 732th sequence of SEQ ID NO: 1 or the 21st to 730th sequence of the SEQ ID NO: 2 and having the following physicochemical properties , N- A recombinant carbohydrate hydrolase that releases acetylglucosamine (GlcNAc) .
GlcNAcα-OR (1)
(In the formula, R represents aromatic and saturated, unsaturated hydrocarbon, sugar chain, protein, sugar chain, protein or lipid containing various substituents, and GlcNAc represents N-acetylglucosamine.)
(1) It acts on 4-nitrophenyl-N-acetyl-α-D-glucosamine (GlcNAcα-pNP) to produce N-acetylglucosamine (GlcNAc) and 4-nitrophenol (pNP). Phenyl-N-acetyl-α-D-galactosamine (GalNAcα-pNP), 4-nitrophenyl-α-L-fucose (Fucα-pNP), 4-nitrophenyl-β-L-fucose (Fucβ-pNP), 4 -Nitrophenyl-α-D-glucose (Glcα-pNP), 4-nitrophenyl-α-D-galactose (Galα-pNP), 4-nitrophenyl-β-D-galactose (Galβ-pNP) , 4- nitro It does not act on phenyl-α-D-mannose (Manα-pNP) or 4-nitrophenyl-β-D-glucuronic acid (GlcAβ-pNP).
(2) It does not act on a disaccharide (GlcNAcα-Gal) in which GlcNAc is bonded with α at the 3-position, 4-position and 6-position of Gal, and a sugar chain or derivative thereof having this disaccharide at the non-reducing end.
(3) Active at near neutral pH (7-8) and 37 ° C.
(4) The molecular weight of the fusion protein having His-tag is about 130,000, and the molecular weight after cleavage with a protease is about 82,000.
GlcNAcα-O-R (1)
(式中、Rは種々の置換基を含む芳香族および飽和、不飽和炭化水素、糖鎖、タンパク質、糖鎖、タンパク質もしくは脂質を、GlcNAcはN-アセチルグルコサミンを表す。)
(1)4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-グルコサミン(GlcNAcα-pNP) 、4-ニトロフェニル-α-D-グルコース(Glcα-pNP)、および4-ニトロフェニル-β-D-グルクロン酸(GlcAβ-pNP)に作用して、それぞれの遊離の糖と4-ニトロフェノール(pNP)を生成するが、4-ニトロフェニル-N-アセチル-α-D-ガラクトサミン(GalNAcα-pNP)、4-ニトロフェニル-α-L-フコース(Fucα-pNP)、 4-ニトロフェニル-β-L-フコース(Fucβ-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-ガラクトース(Galα-pNP)、4-ニトロフェニル-β-D-ガラクトース(Galβ-pNP)、4-ニトロフェニル-α-D-マンノース(Manα-pNP)には作用しない。
(2)Galの3位、4位および6位にαでGlcNAcが結合した二糖(GlcNAcα-Gal)、およびこの二糖を非還元末端に有する糖鎖およびその誘導体には作用しない。
(3)中性付近pH(7-8)、および37℃で活性を持つ。
(4)His-tagを有する融合タンパク質の分子量は約130,000であり、また、プロテアーゼで切断後の分子量は約82,000である。 Recombinant sugar that releases N-acetylglucosamine (GlcNAc) from the following formula (1), which comprises the amino acid sequence from 34th to 744th of SEQ ID NO: 3 and has the following physicochemical properties: Quality hydrolase.
GlcNAcα-OR (1)
(In the formula, R represents aromatic and saturated, unsaturated hydrocarbon, sugar chain, protein, sugar chain, protein or lipid containing various substituents, and GlcNAc represents N-acetylglucosamine.)
(1) 4-nitrophenyl-N-acetyl-α-D-glucosamine (GlcNAcα-pNP), 4-nitrophenyl-α-D-glucose (Glcα-pNP), and 4-nitrophenyl-β-D-glucuron Acts on acid (GlcAβ-pNP) to produce each free sugar and 4-nitrophenol (pNP), but 4-nitrophenyl-N-acetyl-α-D-galactosamine (GalNAcα-pNP), 4 -Nitrophenyl-α-L-fucose (Fucα-pNP), 4-nitrophenyl-β-L-fucose (Fucβ-pNP), 4-nitrophenyl-α-D-galactose (Galα-pNP), 4-nitro It does not act on phenyl-β-D-galactose (Galβ-pNP) or 4-nitrophenyl-α-D-mannose (Manα-pNP).
(2) It does not act on a disaccharide (GlcNAcα-Gal) in which GlcNAc is bonded with α at the 3-position, 4-position and 6-position of Gal, and a sugar chain or derivative thereof having this disaccharide at the non-reducing end.
(3) Active at near neutral pH (7-8) and 37 ° C.
(4) The molecular weight of the fusion protein having His-tag is about 130,000, and the molecular weight after cleavage with a protease is about 82,000.
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