JP6131764B2 - Artificial scaffold material and system for retaining proteins and use thereof - Google Patents
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Description
本明細書は、タンパク質を保持するための人工骨格材料及びその利用に関する。 The present specification relates to artificial skeletal materials for retaining proteins and uses thereof.
典型的なバイオマスであるセルロースやヘミセルロースを利用するには、これらを糖化(分解)する優れたセルラーゼが必要である。セルラーゼは多数存在しており、それらが協奏的に作用して、その効果が向上するとされている。セルラーゼは、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ及びβ−グルコシダーゼなど、セルロースに作用する複数種類の酵素の包括概念であり、これらが協働してセルロースを分解する。こうした協働的な作用は、他の酵素においても一般的に観察される事象である。 In order to use cellulose and hemicellulose, which are typical biomasses, an excellent cellulase that saccharifies (decomposes) these is required. There are many cellulases, and they are said to act in concert to improve their effects. Cellulase is a comprehensive concept of multiple types of enzymes that act on cellulose, such as endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase, and these cooperate to break down cellulose. These cooperative effects are events that are commonly observed in other enzymes.
複数のセルラーゼにより高効率なセルロース糖化を行うため、糖化能を付与するには、セルラーゼを集積化して隣接させることが好ましいと考えられる。こうしたセルロースの集積化に関し、細菌の細胞表層に形成されるセルラーゼとそのセルラーゼが結合する骨格タンパク質との複合体で形成されるセルロソームの利用が試みられている。骨格タンパク質は、コヘシンというドメインを有するタンパク質であり、スキャホールディングタンパク質等とも称される。セルロソームのセルラーゼは、コヘシンと結合するドックリンと称されるドメインを有している。骨格タンパク質とセルラーゼとは、コヘシン−ドックリンによる非共有結合により結合し複合体化されている。 In order to perform high-efficiency cellulose saccharification with a plurality of cellulases, it is considered preferable to integrate and adjoin cellulases in order to impart saccharification ability. With regard to the accumulation of cellulose, attempts have been made to use cellulosomes formed by a complex of cellulase formed on the surface of bacterial cells and a backbone protein to which the cellulase binds. The backbone protein is a protein having a domain called cohesin, and is also referred to as a scaffolding protein. Cellulosomal cellulases have a domain called dockerin that binds cohesin. The backbone protein and cellulase are bound and complexed by non-covalent bond with cohesin-docklin.
こうした天然型セルロソームを人工的に構築する試みもなされている(特許文献1、2)。また、クロストリジウム・サーモセラム由来のドッケリンを改変してセルロソームの構築を促進することも行われている(特許文献3)。さらに、クロストリジウム・セルロリチカム由来のセルロソームを酵母細胞表層に形成することも試みられている(特許文献4)。さらにまた、酵母表面でクロストリジウム・サーモセラム由来の骨格タンパク質CipA,クロストリジウム・セルロリチカム由来の骨格タンパク質CipC、ルミノコッカス・フラベファシエンス由来のScaB由来の骨格タンパク質をキメラ化させた骨格タンパク質を生産させることも試みられている(特許文献5)。 Attempts have also been made to artificially construct such natural cellulosomes (Patent Documents 1 and 2). In addition, the construction of cellulosome is promoted by modifying dockerin derived from clostridium thermocellum (Patent Document 3). Furthermore, attempts have been made to form cellulosomes derived from Clostridium cellulolyticum on the surface of yeast cells (Patent Document 4). Furthermore, a skeletal protein CipA derived from clostridium thermocellum, a skeletal protein CipC derived from clostridium cellulolyticum, and a skeletal protein derived from ScaB derived from luminococcus flavefaciens on the yeast surface are also produced. (Patent Document 5).
上述のように、人工的なセルロソームの構築は種々試みられているものの、細菌由来のセルロソームを酵母などの真核微生物で発現させても、意図した通りの糖化能を得るには未だ不十分であった。すなわち、真核微生物の細胞表層における人工的なセルロソームの構築は発展しているといっても、期待されるセルロース分解活性には及んでいなかった。すなわち、異種の生物における構造体を真核微生物上で人工的に再構築するには、セルロソームの真核微生物への一層の最適化が必要であった。 As described above, although various attempts have been made to construct artificial cellulosomes, expression of bacterial cellulosomes in eukaryotic microorganisms such as yeast is still insufficient to obtain the intended saccharification ability. there were. That is, although the construction of artificial cellulosomes in the cell surface of eukaryotic microorganisms has been developed, it did not reach the expected cellulolytic activity. That is, in order to artificially reconstruct a structure in a heterogeneous organism on a eukaryotic microorganism, further optimization of the cellulosome to the eukaryotic microorganism was necessary.
本明細書は、真核微生物上で人工的なセルロソームを構築するための、さらに適した人工骨格タンパク質システム及びその利用を提供する。 The present specification provides a more suitable artificial scaffold protein system and its use for constructing artificial cellulosomes on eukaryotic microorganisms.
本発明者らは、各種細菌のセルロソームの中でも、ルミノコッカス・フラベファシエンス(Ruminococcus flavefaciens、以下、R. flavefaciensという。)のセルロソームに着目し、R. flavefaciensが有するタイプIII骨格タンパク質が真核微生物での生産や表層提示に適していることを見出した。さらに、タイプIII骨格タンパク質におけるコヘシン個数の検討のほか、当該骨格タンパク質にセルラーゼを結合させるためのドックリン結合力の改善、セルラーゼにおけるドッケリンの結合部位の検討を行い、それぞれ真核微生物を介した人工セルロソームの構築に関して有用な知見を得た。本明細書は、これらの知見に基づき、以下の手段を提供する。 The present inventors pay attention to the cellulosome of luminococcus flavefaciens (hereinafter referred to as R. flavefaciens) among the cellulosomes of various bacteria, and the type III skeletal protein possessed by R. flavefaciens is a eukaryotic microorganism. It was found to be suitable for production and surface display. In addition to examining the number of cohesins in type III skeletal proteins, we improved dockerin binding strength for binding cellulase to the skeletal proteins, and examined dockerin binding sites in cellulases, each of which is an artificial cellulosome via a eukaryotic microorganism. We obtained useful knowledge about the construction of The present specification provides the following means based on these findings.
(1)1又は2以上の目的とするタンパク質を保持するための人工骨格材料であって、
前記1又は2以上の目的タンパク質の保持部位としてタイプIIIコヘシンに由来してタイプIIIドックリンと結合活性を有するコヘシンを1個以上20個以下に備えるタンパク質を含む、人工骨格材料。
(2)前記コヘシンを3個以上備える、(1)に記載の人工骨格材料。
(3)前記コヘシンを6個以上備える、(1)又は(2)に記載の人工骨格材料。
(4)前記コヘシンを8個以上備える、(1)〜(3)のいずれかに記載の人工骨格材料。
(5)前記コヘシンは、1又は2以上のN型糖鎖修飾予定部位において以下のいずれかの態様の置換を有する、(1)〜(4)のいずれかに記載の人工骨格材料。
(a)アスパラギンのアスパラギン以外のアミノ酸残基への置換
(b)アスパラギンの2残基下流のセリン又はスレオニンのセリン及びスレオニン以外のアミノ酸残基への置換
(6)前記コヘシンは、R. flavefaciens由来のScaBコヘシンである、(1)〜(5)のいずれかに記載の人工骨格材料。
(7)真核微生物内で発現させその細胞表層に提示させるため人工骨格材料である、(1)〜(6)のいずれかに記載の人工骨格材料。
(8)前記真核微生物は、酵母である、(6)に記載の人工骨格材料。
(9)(1)〜(8)のいずれかに記載の人工骨格材料と、
タイプIIIドックリンに由来して前記コヘシンに結合活性を有するドックリンをそれぞれ有する1又は2以上の目的タンパク質と、
を備える、複合材料。
(10)前記1又は2以上の目的タンパク質がそれぞれ有する前記ドックリンは、1又は2以上のN型糖鎖修飾予定部位において以下のいずれかの態様の置換を有する、(9)に記載の複合材料。
(a)アスパラギンのアスパラギン以外のアミノ酸残基への置換
(b)アスパラギンの2残基下流のセリン又はスレオニンのセリン及びスレオニン以外のアミノ酸残基への置換
(11)前記1又は2以上の目的タンパク質は、1又は2以上の酵素である、(9)又は(10)に記載の複合材料。
(12) 前記1又は2以上の目的タンパク質は、1又は2以上のセルラーゼである、(9)〜(11)のいずれかに記載の複合材料。
(13) 前記1又は2以上のセルラーゼは、前記ドックリンをN末端側に備えるPhanerochaete chrysosporium由来のセルラーゼ及び/又はTrichoderma reesei由来のセルラーゼを含む、(9)〜(12)のいずれかに記載の複合材料。
(14)前記1又は2以上のセルラーゼは、前記ドックリンをC末端側に備えるClostridium thermocellum由来のセルラーゼを含む、(9)〜(13)のいずれかに記載の複合材料。
(15)(1)〜(8)のいずれかに記載の人工骨格材料を細胞表層に有する真核微生物。
(16)(9)〜(14)のいずれかに記載の複合材料を細胞表層に有する真核微生物。
(17)(1)〜(8)のいずれかに記載の人工骨格材料の前記タンパク質をコードするDNAを保持する組換えベクター。
(18)(9)〜(14)のいずれかに記載の複合材料であって、前記1又は2以上の目的タンパク質は1又は2以上のセルラーゼを含む複合材料と、セルロース含有材料とを接触させる工程を備える、セルロース含有材料からの糖化物の生産方法。
(19)(9)〜(14)のいずれかに記載の複合材料であって、前記1又は2以上の目的タンパク質は1又は2以上のセルラーゼを含む複合材料及びセルロース含有材料の存在下、セルロース糖化物を資化する真核微生物を培養する工程を備える、セルロース含有材料を用いた有用物質の生産方法。
(20)(16)に記載の真核微生物及びセルロース含有材料の存在下、セルロース糖化物を資化する真核微生物を培養する工程を備える、セルロース含有材料を用いた有用物質の生産方法。
(1) An artificial skeletal material for holding one or more target proteins,
An artificial skeletal material comprising a protein having 1 or more and 20 or less cohesins derived from a type III cohesin and having a binding activity with a type III dockin as a holding site for the one or more target proteins.
(2) The artificial skeletal material according to (1), comprising three or more cohesins.
(3) The artificial skeletal material according to (1) or (2), comprising six or more cohesins.
(4) The artificial skeleton material according to any one of (1) to (3), comprising eight or more cohesins.
(5) The artificial skeletal material according to any one of (1) to (4), wherein the cohesin has substitution in any one of the following modes at one or more N-type sugar chain modification sites.
(A) Substitution of asparagine to amino acid residues other than asparagine (b) Substitution of asparagine two residues downstream of serine or threonine to amino acid residues other than serine and threonine (6) The cohesin is derived from R. flavefaciens The artificial skeletal material according to any one of (1) to (5), which is a ScaB cohesin.
(7) The artificial skeletal material according to any one of (1) to (6), which is an artificial skeletal material that is expressed in a eukaryotic microorganism and presented on the cell surface.
(8) The artificial skeletal material according to (6), wherein the eukaryotic microorganism is yeast.
(9) the artificial skeletal material according to any one of (1) to (8);
One or more target proteins each derived from a type III dockerin and having a dockin binding activity to the cohesin;
A composite material comprising:
(10) The composite material according to (9), wherein the dockrin each of the one or more target proteins has substitution of any one of the following modes at one or more N-type sugar chain modification sites .
(A) Substitution of asparagine to an amino acid residue other than asparagine (b) Substitution of serine or threonine at two residues downstream of asparagine to amino acid residues other than serine and threonine (11) One or more target proteins Is a composite material according to (9) or (10), which is one or more enzymes.
(12) The composite material according to any one of (9) to (11), wherein the one or more target proteins are one or more cellulases.
(13) The composite according to any one of (9) to (12), wherein the one or more cellulases include a cellulase derived from Phanerochaete chrysosporium and / or a cellulase derived from Trichoderma reesei comprising the dockrin on the N-terminal side. material.
(14) The composite material according to any one of (9) to (13), wherein the one or more cellulases include a cellulase derived from Clostridium thermocellum having the dockrin on the C-terminal side.
(15) A eukaryotic microorganism having the artificial skeletal material according to any one of (1) to (8) on a cell surface layer.
(16) A eukaryotic microorganism having the composite material according to any one of (9) to (14) on a cell surface layer.
(17) A recombinant vector retaining DNA encoding the protein of the artificial skeletal material according to any one of (1) to (8).
(18) The composite material according to any one of (9) to (14), wherein the one or more target proteins contact the composite material containing one or two or more cellulases and the cellulose-containing material. A method for producing a saccharified product from a cellulose-containing material, comprising a step.
(19) The composite material according to any one of (9) to (14), wherein the one or more target proteins are cellulose in the presence of a composite material containing one or more cellulases and a cellulose-containing material. A method for producing a useful substance using a cellulose-containing material, comprising a step of culturing a eukaryotic microorganism that assimilate a saccharified product.
(20) A method for producing a useful substance using a cellulose-containing material, comprising a step of culturing a eukaryotic microorganism assimilating a cellulose saccharified product in the presence of the eukaryotic microorganism and the cellulose-containing material according to (16).
本明細書の開示は、酵素などの目的タンパク質を保持するためにコヘシン−ドックリン結合を用いた人工骨格材料とその利用に関している。本明細書の開示によれば、タイプIIIのコヘシン−ドックリン結合を利用し、さらに、配列される前記コヘシン数を制御することでコヘシン−ドックリン結合を介して結合される目的タンパク質の機能発現をより強化できることがわかった。必ずしも理論的には明らかでないが、本明細書に開示される、タイプIIIのコヘシン−ドックリン結合を利用した人工骨格タンパク質を真核微生物に生産させること等により、目的タンパク質の集積度を制御して、この結果、目的タンパク質の機能性、2以上の目的タンパク質の協働的作用を高めることができるものと考えられる。なお、コヘシン(ドメイン)は、セルロソーム生産微生物の形成するセルロソームにおけるタイプI〜III骨格タンパク質に備えられ、触媒活性のあるセルラーゼや他の骨格タンパク質等を非共有結合で結合するドメインとして知られている(粟冠ら、蛋白質核酸酵素、Vol.44、No.10(1999)、p41-p50、Demain, A. L., et al., Microbiol Mol. Biol Rev., 69(1), 124-54(2005), Doi, R. H., et al., J. Bacterol., 185(20), 5907-5914(2003)等)。 The disclosure of the present specification relates to an artificial skeletal material that uses a cohesin-docklin bond to retain a target protein such as an enzyme and use thereof. According to the disclosure of the present specification, the functional expression of the target protein bound through the cohesin-docklin bond can be further improved by utilizing the type III cohesin-docklin bond and further controlling the number of the cohesins arranged. It turns out that it can be strengthened. Although not necessarily theoretically clear, the accumulation of the target protein is controlled by causing a eukaryotic microorganism to produce an artificial skeletal protein using a type III cohesin-docklin bond disclosed in the present specification. As a result, it is considered that the functionality of the target protein can be enhanced and the cooperative action of two or more target proteins can be enhanced. Cohesin (domain) is known as a domain that binds non-covalently to cellulase or other skeletal proteins with catalytic activity, which are provided in type I to III skeletal proteins in cellulosomes formed by cellulosome-producing microorganisms. (Kousaku et al., Protein Nucleic Acid Enzyme, Vol.44, No.10 (1999), p41-p50, Demain, AL, et al., Microbiol Mol. Biol Rev., 69 (1), 124-54 (2005) , Doi, RH, et al., J. Bacterol., 185 (20), 5907-5914 (2003), etc.).
本発明者らは、例えばタイプIコヘシンの個数が4個程度の骨格タンパク質を酵母の細胞表層に提示することで最大提示量を確保でき、それにより酵母同士が凝集するため、こうした機能を利用した目的タンパク質の集積化を試みていた(特願2007−199513)。しかしながら、本明細書の開示によれば、タイプIIIのコヘシンの個数が増大するのに応じて骨格タンパク質の提示量は減少するものの、予想に反して、コヘシン個数の増大に応じて一定範囲で保持する目的タンパク質の機能性や協働性が向上することがわかった。 For example, the present inventors can ensure the maximum amount of presentation by presenting a skeletal protein having about 4 type I cohesins on the surface of yeast cells, thereby agglutinating yeasts. An attempt was made to integrate the target protein (Japanese Patent Application No. 2007-199513). However, according to the disclosure of the present specification, although the amount of scaffold protein displayed decreases as the number of type III cohesins increases, contrary to expectation, it remains within a certain range as the number of cohesins increases. It was found that the functionality and cooperativity of the target protein improved.
以下、本明細書の開示に関し、種々の実施形態を挙げて詳細に説明する。 Hereinafter, the disclosure of the present specification will be described in detail with reference to various embodiments.
(人工骨格材料)
本明細書に開示される人工骨格材料は、1又は2以上の目的とするタンパク質を保持するための人工骨格材料である。本人工骨格材料は、1又は2以上の目的タンパク質の保持部位としてタイプIIIコヘシンに由来してタイプIIIドックリンと結合活性を有するコヘシン(以下、単に、タイプIIIコヘシンともいう。)を備えるタンパク質を含んでいる。本人工骨格材料は、タイプIIIのコヘシン−ドックリン相互作用に基づいて目的タンパク質を保持するものである。コヘシン−ドックリン相互作用は、非共有結合性であって、水素結合、疎水結合、イオン結合、双極子相互作用など、共有結合以外のタンパク質−タンパク質相互作用によって成立しているものと考えられる。
(Artificial skeleton material)
The artificial skeletal material disclosed in the present specification is an artificial skeletal material for holding one or more target proteins. The artificial skeletal material includes a protein having a cohesin derived from a type III cohesin and having a binding activity with a type III dockin (hereinafter also simply referred to as a type III cohesin) as a holding site for one or more target proteins. It is out. This artificial skeletal material retains the target protein based on the type III cohesin-docklin interaction. The cohesin-docklin interaction is non-covalent and is considered to be established by protein-protein interactions other than covalent bonds, such as hydrogen bonds, hydrophobic bonds, ionic bonds, and dipole interactions.
本人工骨格材料は、天然のタイプIIIコヘシンに由来してタイプIIIドックリンと結合活性を有するタイプIIIコヘシンを備えている。天然のタイプIIIコヘシンとは、R. flavefaciensにおいて見出されたセルロソームのコヘシン(ドメイン)のアミノ酸配列の相同性に基づいて系統発生論的に分類されたものである。R. flavefaciensのScaAコヘシン及びScaBコヘシンとClostridium 属のそれとの最も高い類似性であっても、ある種のScaBコヘシンについて類似性は27%以下であった。また、ScaAコヘシンは、互いに85%以上の類似性を有するものの、Clostridium属のScaAコヘシンとは、25%以下の類似性しか示さなかった(Journal of Bacteriology、Vol.183,No.6, Mar., 2001, p.1945-1953)。 This artificial skeletal material has a type III cohesin derived from a natural type III cohesin and having binding activity with a type III dockerin. Natural type III cohesins are phylogenetically classified based on the homology of the amino acid sequences of cellulosomal cohesins (domains) found in R. flavefaciens. Even with the highest similarity between R. flavefaciens ScaA and ScaB cohesins and those of the genus Clostridium, the similarity was less than 27% for certain ScaB cohesins. Moreover, although ScaA cohesin has a similarity of 85% or more to each other, it showed only a similarity of 25% or less with the ScaA cohesin of the genus Clostridium (Journal of Bacteriology, Vol.183, No.6, Mar. , 2001, p.1945-1953).
例えば、タイプIコヘシンとしては、Clostridium thermocellum由来のCipA、Clostridium cellulolyticumのCipC、Clostridium josuiのCipJ、Clostridium cellulovorancs のCpbA、Acetivibrio cellulolyticus のCipVが挙げられる。また、例えば、タイプIIコヘシンとしては、Bacterioides cellulosolvensのCipBCや、Clostridium thermocellumのアンカータンパク質であるSlp‘sが挙げられる。 Examples of type I cohesins include CipA derived from Clostridium thermocellum, CipC from Clostridium cellulolyticum, CipJ from Clostridium josui, CpbA from Clostridium cellulovorancs, and CipV from Acetivibrio cellulolyticus. Examples of type II cohesins include CipBC of Bacterioides cellulosolvens and Slp's which is an anchor protein of Clostridium thermocellum.
タイプIIIコヘシンは、本来的には細菌であるR. flavefaciensのScaA、ScaB、ScaC、ScaEなどの骨格タンパク質中に保持されるものであるが、酵母などの真核微生物で生産させ、細胞外に分泌させることを意図したとき、他の細菌由来の骨格タンパク質のコヘシンより発現量が大きいこと等の観点から好適である。すなわち、タイプI、IIコヘシンよりも、真核微生物による生産に好適である。また、特に、ScaBのタイプIIIコヘシンであることが好ましい。ScaBのタイプIIIコヘシンは、細胞外分泌性や細胞表層提示性に優れている。 Type III cohesin is originally retained in skeletal proteins such as ScaA, ScaB, ScaC, and ScaE of R. flavefaciens, which is a bacterium. When it is intended to be secreted, it is preferable from the viewpoint that the expression level is larger than that of cohesin, a skeletal protein derived from other bacteria. That is, it is more suitable for production by eukaryotic microorganisms than type I and II cohesins. In particular, ScaB type III cohesin is preferred. ScaB type III cohesin is excellent in extracellular secretion and cell surface presentation.
こうした天然のタイプIIIコヘシンとしては、例えば、R. flavefaciens 17のScaA、ScaB、ScaC、ScaEの各骨格タンパク質におけるコヘシンが挙げられる。また、R. flavefaciens B34bのScaA、ScaBの各骨格タンパク質のコヘシンが挙げられる。また、R. flavefaciensC94TのScaA、ScaBの各骨格タンパク質におけるコヘシンが挙げられる。さらに、R. flavefaciens FD−1のScaA、ScaB、ScaC、ScaEの各骨格タンパク質におけるコヘシンが挙げられる。なかでも、R. flavefaciens 17又はR. flavefaciens FD−1のScaB骨格タンパク質におけるコヘシンが挙げられる。骨格タンパク質において、コヘシンは、適当なリンカー配列を隔てて1個から複数個に配列されている。こうした骨格タンパク質の少なくとも一部であって、コヘシンを1個又は2個以上含む領域を1又は2以上組み合わせて用いることができる。 Examples of such natural type III cohesins include cohesins in the ScaA, ScaB, ScaC, and ScaE backbone proteins of R. flavefaciens 17. In addition, cohesins of ScaA and ScaB skeletal proteins of R. flavefaciens B34b can be mentioned. Moreover, the cohesin in each skeleton protein of ScaA and ScaB of R. flavefaciens C94T is mentioned. Further, cohesins in the ScaA, ScaB, ScaC, and ScaE skeletal proteins of R. flavefaciens FD-1. Among them, cohesin in the ScaB skeletal protein of R. flavefaciens 17 or R. flavefaciens FD-1 can be mentioned. In the scaffold protein, cohesins are arranged in one to plural pieces with an appropriate linker sequence. One or a combination of two or more regions containing at least a part of the scaffold protein and containing one or more cohesins can be used.
R. flavefaciens17のScaA、ScaB、ScaC、ScaEの各骨格タンパク質のアミノ酸配列は、配列番号1,2、3及び4で表される。また、R. flavefaciensB34bのScaA、ScaBの各骨格タンパク質のアミノ酸配列は、配列番号5、6で表される。さらに、R. flavefaciensC94TのScaA、ScaBの各骨格タンパク質のアミノ酸配列は、配列番号7、8で表される。さらにまた、R. flavefaciensFD−1のScaA、ScaB、ScaC、ScaEの各骨格タンパク質のアミノ酸配列は、配列番号9〜12で表される。 The amino acid sequences of the ScaA, ScaB, ScaC, and ScaE backbone proteins of R. flavefaciens 17 are represented by SEQ ID NOs: 1, 2, 3, and 4. The amino acid sequences of the ScaA and ScaB skeletal proteins of R. flavefaciens B34b are represented by SEQ ID NOs: 5 and 6, respectively. Furthermore, the amino acid sequences of the ScaA and ScaB skeletal proteins of R. flavefaciens C94T are represented by SEQ ID NOs: 7 and 8, respectively. Furthermore, the amino acid sequences of the ScaA, ScaB, ScaC, and ScaE skeletal proteins of R. flavefaciens FD-1 are represented by SEQ ID NOs: 9-12.
タイプIIIコヘシンとしては、天然のR. flavefaciensの各種株から取得され、タイプIIIに分類されるコヘシンであればよい。また、タイプIIIコヘシンは、タイプIIIドックリンに対して結合活性を有していればよく、適宜天然のタイプIIIコヘシンを改変したものであってもよい。タイプIIIコヘシンに対して結合するタイプIIIドックリンは、R. flavefaciensに由来して決定されている。こうしたタイプIIIドックリンとしては、例えば、Cel44Aドックリン(アミノ酸配列;配列番号14、塩基配列;配列番号13)、ScaAドックリン(アミノ酸配列;配列番号16、塩基配列;配列番号15)、ScaB−Xドックリン(アミノ酸配列;配列番号18、塩基配列;配列番号17)が挙げられる。これらは、既に記載したR. flavefaciensの骨格タンパク質上のコヘシンに対応するものである。 The type III cohesin may be any cohesin obtained from various natural R. flavefaciens strains and classified as type III. Further, the type III cohesin only needs to have a binding activity to type III dockerin, and may be a natural type III cohesin appropriately modified. The type III dockerin that binds to type III cohesins has been determined from R. flavefaciens. Examples of such type III dockerins include Cel44A dockerin (amino acid sequence; SEQ ID NO: 14, nucleotide sequence; SEQ ID NO: 13), ScaA dockerin (amino acid sequence; SEQ ID NO: 16, nucleotide sequence; SEQ ID NO: 15), ScaB-X dockerin ( Amino acid sequence; SEQ ID NO: 18, base sequence; SEQ ID NO: 17). These correspond to cohesins on the R. flavefaciens skeletal proteins already described.
こうした天然のタイプIIIコヘシンの改変体としては、例えば、タイプIIIコヘシンが有しうる1又は2以上のN型糖鎖修飾予定部位における糖鎖修飾を抑制を目的とする改変体が挙げられる。なお、N型糖鎖修飾予定部位とは、N−X−T(アスパラギン−プロリン以外のアミノ酸−スレオニン)又はN−X−S(アスパラギン−プロリン以外のアミノ酸−セリン)で表されるアミノ酸配列におけるNの位置となることが知られている(A. Herscovics et al., The FASEB Journal(6):540-550(1993))。ドックリンにおけるN型糖鎖修飾予定部位は、データベース等を適宜利用することにより検出することができる。 Examples of such a natural type III cohesin variant include a variant intended to suppress sugar chain modification at one or more N-type sugar chain modification sites that may be possessed by type III cohesin. In addition, in the amino acid sequence represented by NX-T (amino acid other than asparagine-proline-threonine) or NX-S (amino acid other than asparagine-proline), the N-type sugar chain modification expected site N is known to be located at N (A. Herscovics et al., The FASEB Journal (6): 540-550 (1993)). The site for N-type sugar chain modification in dockrin can be detected by appropriately using a database or the like.
タイプIIIコヘシンにおける1又は2以上のN型糖鎖修飾予定部位の糖鎖修飾を抑制するための改変体としては、N型糖鎖修飾予定部位のN(アスパラギン)のアスパラギン以外のアミノ酸残基への置換を有する改変体が挙げられる。他のアミノ酸残基としては、例えば、フェニルアラニン、アルギニン、グルタミン酸、グリシン、ロイシン、セリン、ヒスチジン、トレオニン、バリン、アラニン、リシン、プロリン、トリプトファン、システイン、アスパラギン酸、チロシン、セリン、メチオニン等が挙げられる。 As a variant for suppressing the sugar chain modification of one or more N-type sugar chain modification sites in type III cohesin, the amino acid residue other than asparagine in N (asparagine) of the N-type sugar chain modification site The modification which has substitution of these is mentioned. Examples of other amino acid residues include phenylalanine, arginine, glutamic acid, glycine, leucine, serine, histidine, threonine, valine, alanine, lysine, proline, tryptophan, cysteine, aspartic acid, tyrosine, serine, methionine, and the like. .
また、糖鎖修飾を抑制するための他の改変体としては、1又は2以上のN型糖鎖修飾予定部位におけるアスパラギンの2残基下流のセリン又はスレオニンの、セリン及びスレオニン以外のアミノ酸残基への置換を有する改変体であってもよい。他のアミノ酸残基としては、例えば、フェニルアラニン、アルギニン、グルタミン酸、グリシン、ロイシン、ヒスチジン、バリン、アラニン、リシン、プロリン、トリプトファン、システイン、アスパラギン酸、チロシン、セリン、メチオニン及びアスパラギン等が挙げられる。 In addition, as other variants for suppressing sugar chain modification, amino acid residues other than serine and threonine of serine or threonine downstream of asparagine two residues at one or more N-type sugar chain modification sites It may be a variant having a substitution. Examples of other amino acid residues include phenylalanine, arginine, glutamic acid, glycine, leucine, histidine, valine, alanine, lysine, proline, tryptophan, cysteine, aspartic acid, tyrosine, serine, methionine, and asparagine.
N型糖鎖修飾予定部位のNに対してアスパラギン以外のアミノ酸残基を置換導入したり、同部位のS/Tに対してこれら以外のアミノ酸残基を置換導入したりするには、公知の部位特異的変異導入手法を用いることができる。 In order to introduce an amino acid residue other than asparagine into N of the N-type sugar chain-modified site, or to introduce other amino acid residues into S / T at the same site, Site-directed mutagenesis techniques can be used.
こうしたN型糖鎖修飾予定部位に関する改変体としては、タイプIIIコヘシン上の1又は2以上のN型糖鎖修飾予定部位のN及び/又はS/Tがそれぞれ他のアミノ酸残基で置換されていれば足りるが、タイプIIIコヘシン上の全てのN型糖鎖修飾予定部位のN及び/又はS/Tがそれぞれ他のアミノ酸残基に置換されていてもよい。 As a variant related to the N-type sugar chain modification site, one or more N-type sugar chain modification sites N and / or S / T on type III cohesin are each substituted with another amino acid residue. As long as it suffices, N and / or S / T of all N-type glycosylation sites on type III cohesin may be substituted with other amino acid residues, respectively.
また、さらに他の改変体としては、タイプIIIコヘシンのN末の100残基以下、好ましくは90残基以下、より好ましくは80残基以下のアミノ酸残基の連続する欠失を有する改変体が挙げられる。 Still another variant is a variant having a continuous deletion of 100 residues or less, preferably 90 residues or less, more preferably 80 residues or less of the N terminus of type III cohesin. Can be mentioned.
また、こうした天然のタイプIIIコヘシンの改変体としては、天然のタイプIIIコヘシンのアミノ酸配列と80%以上の同一性を有していることが好ましい。より好ましくは、85%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、さらにまた好ましくは93%以上であり、一層好ましくは95%以上であり、より一層好ましくは97%以上であり、さらに一層好ましくは98%以上であり、さらにまた好ましくは99%以上である。 Moreover, it is preferable that the natural type III cohesin variant has 80% or more identity with the amino acid sequence of the natural type III cohesin. More preferably, it is 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 93% or more, still more preferably 95% or more, still more preferably 97% or more, and even more. Preferably it is 98% or more, More preferably, it is 99% or more.
なお、本明細書においてアミノ酸配列及び塩基配列における同一性及び類似性とは、当業者にいて知られているとおり、配列を比較することにより決定される、2以上のタンパク質あるいは2以上のポリヌクレオチドの間の関係である。当該技術分野で“同一性 ”とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きのそのような配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の配列不変性の程度を意味する。また、類似性とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きのそのような配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の相関性の程度を意味する。より具体的には、配列の同一性と保存性(配列中の特定アミノ酸又は配列における物理化学特性を維持する置換)によって決定される。類似性は、後述するBLASTの配列相同性検索結果においてSimilarity と称される。同一性及び類似性を決定する好ましい方法は、対比する配列間で最も長くアラインメントするように設計される。同一性及び類似性を決定するための方法は、公に利用可能なプログラムにコードされている。例えば、AltschulらによるBLAST (Basic Local Alignment Search Tool) プログラム(たとえば、Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997))を利用し決定することができる。BLASTのようなソフトウェアを用いる場合の条件は、特に限定するものではないが、デフォルト値を用いるのが好ましい。 In the present specification, the identity and similarity in the amino acid sequence and the base sequence are determined by comparing the sequences, as known in the art, two or more proteins or two or more polynucleotides The relationship between. In the art, “identity” refers to a protein or polynucleotide sequence as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of such sequences. Means the degree of sequence invariance between. Similarity is also the correlation between protein or polynucleotide sequences, as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of such sequences. Means the degree of More specifically, it is determined by sequence identity and conservation (substitutions that maintain specific amino acids in the sequence or physicochemical properties in the sequence). Similarity is referred to as Similarity in the BLAST sequence homology search results described below. Preferred methods for determining identity and similarity are designed to align the longest between the sequences being compared. The method for determining identity and similarity is coded in a publicly available program. For example, BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program by Altschul et al. (Eg Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997)). The conditions for using software such as BLAST are not particularly limited, but it is preferable to use default values.
改変したタイプIIIコヘシンが、タイプIIIドックリンと結合活性を有しているか否かは、例えば、改変したタイプIIIコヘシンを1個以上備える被験骨格タンパク質を酵母などの真核微生物上において細胞表層提示させるようにした形質転換体に対して、タイプIIIドックリン保有タンパク質と接触させて、被験骨格タンパク質上に保持されたタイプIIIドックリン保有タンパク質の提示量を検出することにより評価できる。タイプIIIドックリン保有タンパク質の提示量の評価には、タイプIIIドックリン保有タンパク質を蛍光識別可能な蛍光タンパク質としてもよいし、タイプIIIドックリン保有タンパク質を、二次的に蛍光タンパク質で標識してもよい。また、タイプIIIドックリン保有タンパク質自体を評価可能な活性を有するタンパク質とするか、あるいは、二次的に評価可能な活性を有するタンパク質を結合させて、そのタンパク質(酵素)の活性を評価してもよい。
タンパク質の特異的な活性を測定してもよい。例えば、目的タンパク質がセルラーゼ活性部位を有するものであるときは、被験骨格タンパク質を表層提示した真核微生物に対して、セルロース活性部位を有するタイプIIIドックリン保有タンパク質と接触させた後、分離した真核微生物に対して適当なセルラーゼ基質(カルボキシメチルセルロース、リン酸セルロース、結晶性セルロース等)と反応させて反応生成物量や基質量等を測定することで酵素活性を評価できる。こうしたセルラーゼ反応の結果生じる還元糖量の定量法としてはSomogyi法、Tauber-Kleiner法、Hanes法(滴定法)、Park-Johnson法、3,5-ジニトロサリチル酸(DNS)法、TZ法(Journal of Biochemical Methods, 11(1985)109-115)等の公知の方法を適宜採用すればよい。
Whether or not the modified type III cohesin has binding activity with the type III dockin is determined by, for example, displaying a test skeletal protein having one or more modified type III cohesins on the cell surface on a eukaryotic microorganism such as yeast. The transformant thus made can be evaluated by contacting with the type III dockin-carrying protein and detecting the amount of the type III dockerin-carrying protein held on the test scaffold protein. For the evaluation of the amount of the type III dockin-carrying protein, the type III dockerin-carrying protein may be a fluorescent protein that can be fluorescently discriminated, or the type III dockerin-carrying protein may be secondarily labeled with a fluorescent protein. Alternatively, the type III dockerin-containing protein itself may be a protein having an evaluable activity, or a protein having a secondary evaluable activity may be bound to evaluate the activity of the protein (enzyme). Good.
The specific activity of the protein may be measured. For example, when the target protein has a cellulase active site, the eukaryotic microorganism surface-displayed with the test skeletal protein is contacted with a type III dockerin-containing protein having a cellulose active site, and then separated eukaryotic. Enzyme activity can be evaluated by reacting a microorganism with an appropriate cellulase substrate (carboxymethylcellulose, cellulose phosphate, crystalline cellulose, etc.) and measuring the amount of reaction product and the base mass. Methods for quantifying the amount of reducing sugar produced as a result of such cellulase reactions include the Somogyi method, the Tauber-Kleiner method, the Hanes method (titration method), the Park-Johnson method, the 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method, and the TZ method (Journal of Biochemical Methods, 11 (1985) 109-115) and the like may be appropriately employed.
本人工骨格材料の骨格タンパク質は、こうしたタイプIIIコヘシンを1個以上備えている。好ましくは20個以下備えている。本発明者らによれば20個を超えるタイプIIIコヘシンは、目的タンパク質の機能強化等に影響が小さいからである。 The skeletal protein of this artificial skeletal material has one or more of these type III cohesins. Preferably, 20 or less are provided. According to the present inventors, more than 20 type III cohesins have little effect on the enhancement of the function of the target protein.
本骨格タンパク質は、2個以上のタイプIIIコヘシンを備えることが好ましい。好ましくはタンデムに備えている。タンデムに備えるとは、本骨格タンパク質のアミノ酸配列上(一次構造)において、適当な介在配列をおいて2以上のコヘシンが配列されている状態をいう。 The scaffold protein preferably comprises two or more type III cohesins. Preferably it is in tandem. “Preparing in tandem” refers to a state in which two or more cohesins are arranged with an appropriate intervening sequence on the amino acid sequence (primary structure) of the backbone protein.
本骨格タンパク質におけるタイプIIIコヘシンは、目的タンパク質の集積度等を考慮すると、適当な長さの介在配列(リンカー)を介して配列されていることが好ましい。コヘシン間の介在配列としては、特に限定しないが、天然のタイプIIIコへシンを保持するR. flavefaciens由来のScaBタンパク質等に複数のコヘシン間に介在されている1又は2以上の介在配列を適宜備えることができる。本骨格タンパク質におけるコヘシン間のアミノ酸配列は、用いるコヘシンIIIの取得源の骨格タンパク質において、当該コヘシンIIIの上下流にもともと存在する数個〜20個以下程度のアミノ酸を必要数連結するなどして決定することができる。 The type III cohesin in the backbone protein is preferably arranged via an intervening sequence (linker) having an appropriate length in consideration of the accumulation degree of the target protein and the like. The intervening sequence between cohesins is not particularly limited, but one or two or more intervening sequences intervened between a plurality of cohesins in an ScaB protein derived from R. flavefaciens that retains a natural type III cohesin is appropriately used. Can be provided. The amino acid sequence between cohesins in this skeletal protein is determined by linking the necessary number of amino acids of several to 20 or less originally present in the upstream and downstream of the cohesin III in the skeletal protein from which cohesin III is obtained. can do.
本骨格タンパク質は、好ましくは、タイプIIIコヘシンを3個以上備えている。3個未満であると、目的タンパク質の集積効果や近接効果が発揮されにくいからである。より好ましくは4個以上タイプIIIコヘシンを備えている。4個以上であると、目的タンパク質の集積/近接効果により目的タンパク質の機能増強が明らかになるからである。さらに好ましくは6個以上であり、さらにまた好ましくは8個以上であり、一層好ましくは10個以上である。より一層好ましくは11個以上であり、最も好ましくは12個程度である。上限は、好ましくは、18個以下であり、より好ましくは16個以下であり、さらに好ましくは14個以下である。一層好ましくは13個以下である。 The scaffold protein preferably comprises three or more type III cohesins. This is because when the number is less than 3, the accumulation effect and proximity effect of the target protein are hardly exhibited. More preferably, four or more type III cohesins are provided. This is because when the number is 4 or more, the function enhancement of the target protein becomes clear due to the accumulation / proximity effect of the target protein. More preferably, it is 6 or more, still more preferably 8 or more, and still more preferably 10 or more. More preferably, it is 11 or more, and most preferably about 12. The upper limit is preferably 18 or less, more preferably 16 or less, and still more preferably 14 or less. More preferably, it is 13 or less.
本骨格タンパク質が、比較的多くのタイプIIIコヘシンを備える場合、例えば、5個以上、好ましくは6個以上、さらに好ましくは8個以上、一層好ましくは10個以上、特に好ましくは12個のタイプIIIコヘシンを備える場合、本骨格タンパク質上の全てのN型糖鎖修飾予定部位が、糖鎖修飾が抑制される態様に改変されていなくてもよい。真核微生物によるタンパク質の糖鎖修飾により、より多くのタイプIIIコヘシンを有する、すなわち、より長いアミノ酸配列を有する本骨格タンパク質の細胞外分泌(表層提示を含む)は、糖鎖修飾が完全に回避されると抑制される傾向があるからである。したがって、こうした数のタイプIIIコヘシンを保持する本骨格タンパク質上におけるタイプIIIコヘシンの総数、N型糖鎖修飾予定部位の総数、及びそのうちの糖鎖非修飾態様への改変体の個数を、適宜調整して、目的タンパク質を結合するためのタイプIIIコヘシンの個数と糖鎖結合量との最適化を図ることが重要である。こうした調整により、最終的に細胞外に提示又は分泌される本骨格タンパク質による目的タンパク質の集積効果を確保することができる。 When the backbone protein comprises a relatively large number of type III cohesins, for example, 5 or more, preferably 6 or more, more preferably 8 or more, more preferably 10 or more, particularly preferably 12 type III. When comprising cohesin, all the N-type sugar chain modification scheduled sites on the backbone protein may not be modified in such a manner that sugar chain modification is suppressed. Due to the glycosylation of proteins by eukaryotic microorganisms, extracellular secretion (including surface presentation) of this skeletal protein with more type III cohesins, ie with a longer amino acid sequence, is completely avoided. This is because it tends to be suppressed. Therefore, the total number of type III cohesins, the total number of N-type glycosylation sites to be modified, and the number of variants to the non-glycosylated mode are appropriately adjusted on the backbone protein holding such a number of type III cohesins. Thus, it is important to optimize the number of type III cohesins for binding the target protein and the amount of sugar chain binding. By such adjustment, it is possible to secure the effect of accumulation of the target protein by the present backbone protein that is finally presented or secreted outside the cell.
一方、本骨格タンパク質が4個以下のタイプIIIコヘシンを備える場合、これらのコヘシンに含まれうる複数のN型糖鎖修飾予定部位は概して非修飾修飾態様に置換されていることが好ましく、好ましくは、タイプIIIコヘシンに含まれるN型糖鎖修飾予定部位の60%以上、より好ましくは65%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにまた好ましくは75%以上、一層好ましくは80%以上、さらに一層好ましくは85%以上、さらにまた好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上のN型糖鎖修飾予定部位が非修飾形態に改変されている。 On the other hand, when the backbone protein comprises 4 or less type III cohesins, it is preferable that a plurality of N-type sugar chain modification sites that can be included in these cohesins are generally substituted in an unmodified modification mode, , 60% or more, more preferably 65% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 75% or more, more preferably 80% or more, even more preferably, of the N-type glycosylation site to be included in type III cohesin Preferably, 85% or more, more preferably 90% or more, and more preferably 95% or more of the N-type sugar chain modification sites are altered to an unmodified form.
本骨格タンパク質が2以上のコヘシンを備えるとき、コヘシンは同一のアミノ酸配列を有する単一のコヘシンを複数個備えていてもよいし、異なるアミノ酸配列を有する2種類以上のコヘシンを組み合わせて備えていてもよい。本骨格タンパク質上において、異種の目的タンパク質を意図した配列で備えさせようとする場合には、異なる結合特異性を有する複数種類のコヘシンを意図的に配列させるようにしてもよい。なお、この場合、目的タンパク質もコヘシンの結合特異性に応じたコヘシン−ドックリン相互作用を奏するドックリンを備えるようにする。 When the backbone protein comprises two or more cohesins, the cohesin may comprise a plurality of single cohesins having the same amino acid sequence, or a combination of two or more cohesins having different amino acid sequences. Also good. When it is intended to provide a heterologous target protein in an intended sequence on the backbone protein, a plurality of types of cohesins having different binding specificities may be intentionally arranged. In this case, the target protein is also provided with a dockin that exhibits a cohesin-docklin interaction according to the binding specificity of cohesin.
本骨格タンパク質は、さらに、上記したタイプIIIドックリンとの結合活性を有するコヘシン以外のコヘシンを備えていてもよい。例えば、既述のタイプIコヘシンやタイプIIコヘシンが挙げられる。 The backbone protein may further comprise a cohesin other than the cohesin having the binding activity to the above-described type III dockerin. For example, the above-mentioned type I cohesin and type II cohesin can be mentioned.
例えば、他のコヘシンは、C. thermocellum CipA由来コヘシンが挙げられる。各種のセルロソーム生産微生物のセルロソームにおける他のコヘシンのアミノ酸配列及びDNA配列の多くが決定されている。これらの各種のCBDのアミノ酸配列及びDNA配列は、NCBIのHP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)等を介してアクセス可能な各種のタンパク質データベースやDNA配列のデータベースにより容易に取得することができる。 For example, other cohesins include C. thermocellum CipA-derived cohesins. Many of the amino acid sequences and DNA sequences of other cohesins in the cellulosome of various cellulosome-producing microorganisms have been determined. The amino acid sequence and DNA sequence of these various CBDs can be easily obtained from various protein databases and DNA sequence databases accessible via NCBI website (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/). Can be obtained.
本骨格タンパク質は、こうした各種のコヘシン以外に、タイプI〜IIIから選択される骨格タンパク質のセルロース結合ドメイン(CBD)を有していることが好ましい。CBDは、各種骨格タンパク質において基質であるセルロースに結合するドメインとして知られている(前述粟冠ら)。セルロース結合ドメインは、1又は2以上有していてもよい。各種のセルロソーム生産微生物のセルロソームにおけるCBDのアミノ酸配列及びDNA配列の多くが決定されている。これらの各種のCBDのアミノ酸配列及びDNA配列も、他のコヘシンと同様、アクセス可能な各種のタンパク質データベースやDNA配列のデータベースにより容易に取得することができる。 In addition to these various cohesins, the backbone protein preferably has a cellulose-binding domain (CBD) of a backbone protein selected from types I to III. CBD is known as a domain that binds to cellulose, which is a substrate in various skeletal proteins (the above-mentioned Kaburaku et al.). The cellulose binding domain may have one or two or more. Many of the amino acid sequences and DNA sequences of CBD in the cellulosome of various cellulosome-producing microorganisms have been determined. As with other cohesins, the amino acid sequences and DNA sequences of these various CBDs can also be easily obtained from various accessible protein databases and DNA sequence databases.
本骨格材料は、本骨格タンパク質を含んでいればよく、本骨格タンパク質をどのような形態で含んでいてもよい。例えば、本骨格タンパク質をフリーな状態で、すなわち、本骨格タンパク質をなんらの担体で支持することなく含んでいてもよい。また、本骨格材料は、本骨格タンパク質を、適当な担体、例えば、カラム充填剤、ビーズ等、タンパク質を適宜保持できるように構築された表面を有する担体表面に保持されていてもよい。なお、必要に応じて、本骨格タンパク質もこうした担体に結合可能に供給結合性の官能基や、非共有結合性の領域が適宜付与される。 The backbone material only needs to contain the backbone protein, and may contain the backbone protein in any form. For example, the backbone protein may be included in a free state, that is, without supporting the backbone protein with any carrier. In addition, the backbone material may be held on the surface of a carrier having a surface constructed so that the backbone protein can be appropriately held, such as a suitable carrier, for example, a column filler or a bead. If necessary, the scaffold protein is appropriately provided with a supply-binding functional group and a non-covalent binding region so as to be capable of binding to such a carrier.
さらに、後述するように、本骨格タンパク質は、真核微生物の細胞表層に提示された状態であってもよい。細胞表層に提示された形態であると、特に本骨格タンパク質を真核微生物内で生産しそれを提示させることで、簡易に本骨格タンパク質そのものを細胞表層という部位に高度に集積させることができる。なお、真核微生物の細胞表層に本骨格タンパク質を提示させるには、真核微生物の細胞表層に対して外部から本骨格タンパク質を供給して、保持させてもよい。 Furthermore, as will be described later, the scaffold protein may be in a state presented on the cell surface of a eukaryotic microorganism. In the form presented on the cell surface layer, the skeletal protein itself can be easily accumulated at a site called the cell surface layer easily by producing and presenting the skeletal protein in a eukaryotic microorganism. In order to present the present skeletal protein on the cell surface layer of the eukaryotic microorganism, the skeletal protein may be supplied from the outside to the cell surface layer of the eukaryotic microorganism and held.
本骨格タンパク質に細胞表層提示性を付与するには、公知の分泌シグナルや表層提示用のシステムを用いることができる。例えば、分泌シグナルや凝集性タンパク質又はその一部のアミノ酸配列が付与される。分泌シグナルとしては、例えば、Rhizopus oryzaeやC. albicansのグルコアミラーゼ遺伝子の分泌シグナル、酵母インベルターゼリーダー、α因子リーダーなどが挙げられる。また、凝集性タンパク質としては、α−アグルチニンをコードするSAG1遺伝子の5’領域の320アミノ酸残基からなるペプチドが挙げられる。また、所望のタンパク質を細胞表層に提示するためのポリペプチドや手法は、WO01/79483号公報や、特開2003−235579号公報、WO2002/042483号パンフレット、WO2003/016525号パンフレット、特開2006−136223号公報、藤田らの文献(藤田ら,2004. Appl Environ Microbiol 70:1207-1212および藤田ら, 2002. Appl Environ Microbiol 68:5136-5141.)、村井ら, 1998. Appl Environ Microbiol 64:4857-4861.に開示されている。 In order to impart cell surface display properties to this skeletal protein, known secretion signals and surface display systems can be used. For example, a secretory signal, an aggregating protein, or a part of the amino acid sequence is given. Examples of the secretion signal include secretion signals of glucoamylase genes of Rhizopus oryzae and C. albicans, yeast invertase leader, α factor leader and the like. Examples of the aggregating protein include a peptide consisting of 320 amino acid residues in the 5 'region of the SAG1 gene encoding α-agglutinin. Polypeptides and techniques for displaying a desired protein on the cell surface are disclosed in WO01 / 79483, JP2003-235579, WO2002 / 042483, WO2003 / 016525, and JP2006. No. 136223, Fujita et al. (Fujita et al., 2004. Appl Environ Microbiol 70: 1207-1212 and Fujita et al., 2002. Appl Environ Microbiol 68: 5136-5141.), Murai et al., 1998. Appl Environ Microbiol 64: 4857 -4861.
(本骨格タンパク質をコードするDNA)
本骨格タンパク質をコードするDNAは、本骨格タンパク質のアミノ酸配列をコードするものであればよいが、DNAの塩基配列は、遺伝暗号の縮重や発現させようとする真核生物におけるコドン用法に従いタンパク質のアミノ酸配列を変えることなく所定のアミノ酸配列をコードするものであればよい。例えば、酵母での発現を意図する場合には、公知の酵母最適化コドンが適用されていてもよい。
(DNA encoding the backbone protein)
The DNA encoding the backbone protein may be any DNA as long as it encodes the amino acid sequence of the backbone protein. However, the DNA base sequence is determined according to the codon usage in eukaryotes to be degenerated or expressed in the genetic code. Any one may be used as long as it encodes a predetermined amino acid sequence without changing the amino acid sequence. For example, when expression in yeast is intended, a known yeast optimized codon may be applied.
こうしたDNAは、本骨格タンパク質の設計に基づいて、タイプIIIコヘシン及び介在配列のアミノ酸配列、その他適宜所望のエレメントのアミノ酸配列をコード化すればよい。各種のコードDNAは、公知のデータベースからタイプIIIコヘシンのアミノ酸配列等と同様に取得することができる。こうしたDNAは、遺伝子工学的にあるいは化学合成的に公知の手法により取得することができる。 Such DNA may encode the amino acid sequence of type III cohesin and intervening sequences and other amino acid sequences of other desired elements based on the design of the backbone protein. Various coding DNAs can be obtained from a known database in the same manner as the amino acid sequence of type III cohesin. Such DNA can be obtained by a known technique in terms of genetic engineering or chemical synthesis.
(本骨格タンパク質の生産)
本骨格タンパク質は、例えば、コヘシンをコードする塩基配列と、適度な長さの介在配列のアミノ酸配列をコードする塩基配列と、その他、必要に応じてCBDをコードする塩基配列や分泌シグナルや表層提示用のアミノ酸配列をコードする塩基配列とを組み合わせた塩基配列を組み合わせて本骨格タンパク質をコードするDNAを取得して、公知の方法により組換えベクター等を構築する。こうした組換えベクターの構築は、当業者において周知であり、当業者であれば、コードDNA以外の必要な各種エレメントやその構築方法を適宜選択して所望のベクターを構築できる。組換えベクターにより、酵母などの真核微生物等の適当な宿主を形質転換し、形質転換細胞を、当業者に公知の通常の方法に従って培養し、当該培養細胞または培地から本骨格タンパク質を回収することによって得ることができる。また、本骨格タンパク質は、上述のように真核微生物の細胞外に分泌又は細胞表層提示するように取得してもよい。本骨格タンパク質は、真核微生物において発現させるときに、その生産性や分泌性(細胞表層提示性)において優れている。
(Production of the backbone protein)
This skeletal protein includes, for example, a base sequence encoding cohesin, a base sequence encoding an amino acid sequence of a moderately long intervening sequence, a base sequence encoding CBD, a secretory signal, and a surface layer display as necessary. A DNA encoding the skeletal protein is obtained by combining a base sequence combined with a base sequence encoding an amino acid sequence for use, and a recombinant vector or the like is constructed by a known method. The construction of such a recombinant vector is well known to those skilled in the art, and a person skilled in the art can construct a desired vector by appropriately selecting various necessary elements other than the coding DNA and the construction method thereof. A suitable host such as a eukaryotic microorganism such as yeast is transformed with the recombinant vector, the transformed cell is cultured according to a conventional method known to those skilled in the art, and the backbone protein is recovered from the cultured cell or medium. Can be obtained. In addition, as described above, the backbone protein may be obtained so as to be secreted or displayed on the cell surface of the eukaryotic microorganism. This skeletal protein is excellent in productivity and secretion (cell surface presentation) when expressed in a eukaryotic microorganism.
本人工骨格材料は、目的タンパク質を集積させ/近接させて配置ないし保持するのに好ましい。こうすることで目的タンパク質の機能、例えば、酵素であるなら酵素活性を向上させることが可能であり、2以上の目的タンパク質の場合には、さらに協働作用を向上させることができる。また、目的タンパク質を集積させ/近接させて配置ないし保持することができるため、タンパク質の効率的な分離、回収、凝集のためのキャリアとしても用いることができる。なお、本人工骨格材料は、目的タンパク質を集積して保持させるキャリアとしても用いることができる。なお、目的タンパク質については後段にて詳述する。 This artificial skeletal material is preferable for placing or holding the target protein in an accumulated / close proximity. By doing so, the function of the target protein, for example, an enzyme activity can be improved if it is an enzyme, and in the case of two or more target proteins, the cooperative action can be further improved. Further, since the target protein can be accumulated / closed and held or held, it can be used as a carrier for efficient separation, recovery and aggregation of proteins. The artificial skeletal material can also be used as a carrier for accumulating and holding the target protein. The target protein will be described in detail later.
また、既述したように、本骨格タンパク質は、他のタイプI,IIの骨格タンパク質に比較して真核微生物での生産及び細胞外分泌(細胞表層提示含む)に好適であるため、他のタイプよりも一層高度な集積化が可能である。 In addition, as described above, the present skeletal protein is suitable for production and extracellular secretion (including cell surface display) in eukaryotic microorganisms as compared with other type I and II skeletal proteins. Even higher integration is possible.
(タンパク質複合材料)
本明細書に開示されるタンパク質複合材料は、本明細書に開示される人工骨格材料と、タイプIIIドックリンに由来してタイプIIIコヘシンに結合活性を有するドックリン(以下、単にタイプIIIドックリンという。)をそれぞれ有する1又は2以上の目的たんぱく質と、を備えることができる。本明細書に開示されるタンパク質複合材料によれば、目的タンパク質を集積して/近接させて保持することができる。これにより、目的タンパク質の高度な集積体とすることができるほか、目的タンパク質の機能の向上、2以上の目的タンパク質の協働作用の向上を図った複合体を得ることができる。
(Protein composite materials)
The protein composite material disclosed in the present specification includes the artificial skeletal material disclosed in the present specification and a dockrin derived from a type III dockerin and having a binding activity to a type III cohesin (hereinafter simply referred to as a type III dockern). One or more target proteins each having According to the protein composite material disclosed in the present specification, the target protein can be accumulated / closed and held. This makes it possible to obtain a complex in which the target protein is highly integrated and the function of the target protein is improved and the cooperative action of two or more target proteins is improved.
本明細書において目的タンパク質としては、タンパク質としての機能は特に限定されない。好ましくは、集積化ないし近接化により機能が向上するとされるタンパク質である。こうしたタンパク質としては、例えば、酵素活性を有するタンパク質が挙げられる。こうしたタンパク質としては、セルラーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。セルラーゼとしては、公知のセルラーゼを適宜利用できる。セルラーゼとしては、エンドグルカナーゼ(EC 3.2.1.74)、セロビオヒドロラーゼ(EC 3.2.1.91)及びβ−グルコシダーゼ(EC23.2.4.1、EC 3.2.1.21)が挙げられる。なお、セルラーゼは、そのアミノ酸配列の類似性に基づきGHF(Glycoside Hydrolase family)(http://www.cazy.org/fam/acc.gh.html)の13(5,6,7,8,9,10,12,44,45,48,51,61,74)のファミリーに分類されている。セルラーゼとしては、異なるファミリーに分類される同種又は異種のセルラーゼを組み合わせてもよい。 In the present specification, the target protein is not particularly limited in its function as a protein. Preferably, it is a protein whose function is improved by integration or proximity. Examples of such proteins include proteins having enzyme activity. Examples of such proteins include proteins having cellulase activity. A known cellulase can be appropriately used as the cellulase. Cellulases include endoglucanase (EC 3.2.1.74), cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) and β-glucosidase (EC 23.2.4.1, EC 3.2.1.21). Note that cellulase 13 (5, 6, 7, 8, 9) of GHF (Glycoside Hydrolase family) (http://www.cazy.org/fam/acc.gh.html) is based on the similarity of amino acid sequences. , 10, 12, 44, 45, 48, 51, 61, 74). As cellulases, the same or different cellulases classified into different families may be combined.
セルロースを含むバイオマスの糖化利用を考慮すると、セルラーゼとしては、β−グルコシダーゼ、エンドグルカナーゼ及びセロビオヒドロラーゼからなる群から選択される2種以上を含むことが好ましい。 In consideration of utilization of saccharification of biomass containing cellulose, the cellulase preferably contains two or more selected from the group consisting of β-glucosidase, endoglucanase and cellobiohydrolase.
また、セルラーゼとしては、特に限定しないが、それ自体活性の高いセルラーゼであることが好ましい。このようなセルラーゼとしては、例えば、Phanerochaete chrysosporiumなどのファネロケーテ(Phanerochaete)属菌、Trichoderma reeseiなどのトリコデルマ属(Trichoderma)菌、フザリウム属(Fusarium)菌、トレメテス属(Tremetes)菌、ペニシリウム属(Penicillium)菌、フミコーラ属(Humicola)菌、アクレモニウム属(Acremonium)菌、アスペルギルス属(Aspergillus)菌等の糸状菌の他に、Clostridium thermocellum、Clostridium cellulolyticumなどのクロストリジウム属(Clostridium)菌、シュードモナス属(Pseudomonas)菌、セルロモナス属(Cellulomonas)菌、ルミノコッカス属(Ruminococcus)菌、バチルス属(Bacillus)菌等の細菌、スルフォロバス属(Sulfolobus)菌等の始原菌、さらにストレプトマイセス属(Streptomyces)菌、サーモアクチノマイセス属(Thermoactinomyces)菌などの放射菌由来のセルラーゼが挙げられる。なお、こうしたセルラーゼ又はその活性部位は、人工的に改変されていてもよい。 The cellulase is not particularly limited, but is preferably a cellulase having high activity by itself. Examples of such cellulases include, for example, Phanerochaete bacteria such as Phanerochaete chrysosporium, Trichoderma bacteria such as Trichoderma reesei, Fusarium bacteria, Tremetes bacteria, Penicillium bacteria In addition to fungi, Humicola, Acremonium, Aspergillus, and other filamentous fungi, Clostridium thermocellum, Clostridium cellulolyticum and other Clostridium, Pseudomonas Bacteria, bacteria such as Cellulomonas, Ruminococcus, Bacillus, protozoa such as Sulfolobus, and Streptomyces, thermoactino Derived from radioactive bacteria such as Myrces (Thermoactinomyces) A cellulase is mentioned. Such cellulase or its active site may be artificially modified.
こうしたセルラーゼとして、例えば、Phanerochaete chrysosporium由来のPcCBH2(配列番号19(配列番号20);配列番号についてのこの表記は、塩基配列の配列番号(アミノ酸配列の配列番号)を意味する。以下、同じ。)及びその改変体が挙げられる。また、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼ(配列番号21(配列番号22))及びその改変体が挙げられる。また、Clostridium thermocellum由来のセルラーゼ(配列番号23(配列番号24)、配列番号25(配列番号26)、配列番号27(配列番号28))及びその改変体が挙げられる。 As such a cellulase, for example, PcCBH2 derived from Phanerochaete chrysosporium (SEQ ID NO: 19 (SEQ ID NO: 20); this notation with respect to the SEQ ID NO means the SEQ ID NO of the nucleotide sequence (SEQ ID NO of the amino acid sequence). And variants thereof. Further, an endoglucanase derived from Trichoderma reesei (SEQ ID NO: 21 (SEQ ID NO: 22)) and a modified form thereof can be mentioned. Further, cellulases derived from Clostridium thermocellum (SEQ ID NO: 23 (SEQ ID NO: 24), SEQ ID NO: 25 (SEQ ID NO: 26), SEQ ID NO: 27 (SEQ ID NO: 28)) and modified forms thereof may be mentioned.
また、バイオマスの有効利用を考慮したとき、ヘミセルラーゼ活性部位を備えていてもよい。さらに、リグニンペルオキシダーゼ、マンガンペルオキシダーゼ及びラッカーゼなどのリグニン分解酵素が挙げられる。また、例えば、セルロース緩和タンパク質であるスウォレニンやエクスパンシン、セルロソームやセルラーゼの構成部分であるセルロース結合ドメイン(タンパク質)が挙げられる。また、キシラナーゼやヘミセルラーゼ等のその他のバイオマス分解酵素も挙げられる。これらのタンパク質は、いずれもセルロースへのセルラーゼのアクセシビリティを向上させることができる。 Moreover, when the effective utilization of biomass is taken into consideration, a hemicellulase active site may be provided. Further examples include lignin degrading enzymes such as lignin peroxidase, manganese peroxidase and laccase. In addition, examples include cellulose binding domains (proteins) that are constituent parts of cellulose relieving proteins swollenin and expansin, cellulosome and cellulase. In addition, other biomass degrading enzymes such as xylanase and hemicellulase can also be mentioned. Any of these proteins can improve the accessibility of cellulase to cellulose.
目的タンパク質は、本骨格タンパク質上に、タイプIIIコヘシン−ドッケリン相互作用により結合される。タイプIIIドックリンは、例えば、R. flavefaciensのセルロソーム上の各種のタイプIIIドックリンを、本骨格タンパク質上で用いるタイプIIIコヘシンの種類(ScaA、ScaB、ScaC及びScaE)に応じて用いることができる。本骨格タンパク質がScaBコヘシンをタイプIIIコヘシンとして用いるときには、ScaAのドックリンをタイプIIIドックリンとして用いることができる。 The target protein is bound on the backbone protein by type III cohesin-dockerin interaction. For example, various type III dockins on the cellulosome of R. flavefaciens can be used according to the type III cohesin used on the backbone protein (ScaA, ScaB, ScaC and ScaE). When the scaffold protein uses ScaB cohesin as a type III cohesin, a ScaA dockerin can be used as a type III dockerin.
タイプIIIドックリンは、天然のタイプIIIドックリンのほか、上述のコヘシンと同様に、タイプIIIコヘシンとの結合性を失わない改変体であってもよい。例えば、タイプIIIドックリン上のN型糖鎖修飾予定部位のN(アスパラギン)がアスパラギン以外の他のアミノ酸残基に置換された改変体であってもよい。また、N型糖鎖修飾予定部位のS/Tに対してこれら以外のアミノ酸残基に置換された改変体であってもよい。こうした改変体では、糖鎖修飾を回避して、本来のコヘシン−ドッケリン結合強度を確保できる。こうした改変体にあっては、タイプIIIコヘシンと同様、N及びS/Tに対して広く他のアミノ酸残基で置換されていてもよい。 The type III dockerin may be a natural type III dockerin or a variant that does not lose the binding property to the type III cohesin, similar to the above-described cohesin. For example, it may be a variant in which N (asparagine) at the site of N-type sugar chain modification on the type III dockerin is replaced with an amino acid residue other than asparagine. Further, it may be a modified form in which an S / T at the site of N-type sugar chain modification is substituted with an amino acid residue other than these. In such a modified body, sugar chain modification can be avoided and the original cohesin-dockerin binding strength can be secured. In these variants, as with type III cohesins, N and S / T may be widely substituted with other amino acid residues.
また、こうした天然のタイプIIIドックリンの改変体としては、天然のタイプIIIドックリンのアミノ酸配列と80%以上の同一性を有していることが好ましい。より好ましくは、85%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、さらにまた好ましくは93%以上であり、一層好ましくは95%以上であり、より一層好ましくは97%以上であり、さらに一層好ましくは98%以上であり、さらにまた好ましくは99%以上である。 Further, it is preferable that such a natural type III docker variant has 80% or more identity with the amino acid sequence of natural type III dockerin. More preferably, it is 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 93% or more, still more preferably 95% or more, still more preferably 97% or more, and even more. Preferably it is 98% or more, More preferably, it is 99% or more.
目的タンパク質は、自身の機能的な活性部位の他にタイプIIIドックリンを備えている。目的タンパク質におけるタイプIIIドックリンの位置は、特に限定しない。N末端側であってもよいし、C末端側であってもよい。また、これらの双方においてタイプIIIドックリンを有していてもよい。なお、目的タンパク質に応じて好ましいタイプIIIドックリンの位置が異なる場合がある。すなわち、タイプIIIドックリンの位置によって、タイプIIIコヘシンに対する結合能力ないし目的タンパク質の活性が異なる場合がある。例えば、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼPcCBH2やTrichoderma reeseiのエンドグルカナーゼの場合には、タイプIIIドックリンは、N末端を含んでいてもよいN末端側にあることが好ましい。Clostridium thermocellum由来のセルラーゼの場合には、タイプIIIドックリンは、C末端を含んでいてもよいC末端側にあることが好ましい。 The target protein has a type III dockerin in addition to its functional active site. The position of type III dockerin in the target protein is not particularly limited. It may be on the N-terminal side or on the C-terminal side. Both of these may have type III dockerins. Depending on the target protein, the preferred type III dockin position may differ. That is, the binding ability to type III cohesin or the activity of the target protein may differ depending on the position of type III dockin. For example, in the case of cellobiohydrolase PcCBH2 derived from Phanerochaete chrysosporium or endoglucanase of Trichoderma reesei, the type III dockerin is preferably located on the N-terminal side which may contain the N-terminal. In the case of cellulase derived from Clostridium thermocellum, the type III dockerin is preferably located on the C-terminal side which may contain the C-terminal.
(目的タンパク質の生産)
こうした目的タンパク質は、所望の目的タンパク質に対して、タイプIIIドックリンを融合させた融合タンパク質として遺伝子工学的に取得できる。すなわち、こうした融合タンパク質をコードするDNAを利用して公知の手法に基づいて組換えベクターを構築し、酵母やなどの真核微生物や大腸菌などの細菌の適当な宿主を形質転換し、形質転換細胞を、当業者に公知の通常の方法に従って培養し、当該培養細胞または培地から本骨格タンパク質を回収することによって得ることができる。また、目的タンパク質は、上述のように公知のシステムを用いて真核微生物の細胞外に分泌するように取得してもよい。
(Production of target protein)
Such a target protein can be obtained by genetic engineering as a fusion protein in which a type III dockerin is fused to a desired target protein. That is, a recombinant vector is constructed based on a known technique using DNA encoding such a fusion protein, a suitable host of a eukaryotic microorganism such as yeast or a bacterium such as E. coli is transformed, and a transformed cell Can be obtained by culturing according to a conventional method known to those skilled in the art and recovering the backbone protein from the cultured cells or medium. Further, the target protein may be obtained so as to be secreted outside the cells of the eukaryotic microorganism using a known system as described above.
(本複合材料の生産)
本複合材料は、本骨格タンパク質と目的タンパク質とを接触させて、本骨格タンパク質上のタイプIIIコヘシンと目的タンパク質のタイプIIIドックリンのコヘシン−ドックリン相互作用に基づいて結合させることにより得ることができる。
(Production of this composite material)
This composite material can be obtained by bringing the backbone protein and the target protein into contact with each other and binding them based on the cohesin-docklin interaction between the type III cohesin on the backbone protein and the type III dockerin of the target protein.
本複合材料は、それ自体、真核微生物などの細胞とは独立して存在することができる。この場合、例えば、細胞表層に提示されないフリーの本骨格タンパク質とフリーの目的タンパク質とを一般的にタンパク質のフォールディングが維持できる条件下で接触させることで、コヘシン−ドックリン相互作用に基づいて本複合材料が構築される。接触の条件は、pH、塩濃度、温度の液体中において、両者を混合等させればよい。適宜、撹拌により接触確率を向上させてもよい。 The composite material can itself be present independently of cells such as eukaryotic microorganisms. In this case, for example, the present composite material based on the cohesin-docklin interaction can be obtained by bringing a free backbone protein that is not displayed on the cell surface into contact with a free target protein under conditions that can generally maintain protein folding. Is built. The contact condition may be mixing the two in a liquid having a pH, a salt concentration, and a temperature. The contact probability may be improved by stirring as appropriate.
こうした本複合材料の構築は、それぞれを生産する真核微生物などから分離した状態の本骨格タンパク質と目的タンパク質とを接触させてもよいし、それぞれのタンパク質を細胞外分泌するように構築された真核微生物等を混合培養することにより、真核微生物の細胞外に本複合材料を構築するようにしてもよい。このような場合、例えば、目的タンパク質をセルラーゼとし、セルロース含有材料の存在下に、酵母などの真核微生物を培養することで、セルロースの糖化と酵母による発酵を同時に実施できる。 Such a composite material may be constructed by contacting the target protein with the backbone protein in a state separated from eukaryotic microorganisms or the like that produce each of the composite materials, or eukaryotes constructed so that each protein is secreted extracellularly. You may make it construct | assemble this composite material out of the cell of a eukaryotic microorganism by carrying out mixed culture of microorganisms etc. In such a case, for example, cellulase is used as the target protein, and eukaryotic microorganisms such as yeast are cultured in the presence of a cellulose-containing material, whereby cellulose saccharification and yeast fermentation can be simultaneously performed.
また、本複合材料を、真核微生物の細胞表層に備えるようにすることもできる。この場合、例えば、目的タンパク質をセルラーゼとし、セルロース含有材料の存在下に、酵母などの真核微生物を培養することで、酵母細胞表層におけるセルロースの糖化と酵母による発酵を同時に実施できる。このような本複合材料を生産するには、いくつかの方法がある。1つは、本骨格タンパク質を公知の細胞表層提示システムを用いて細胞表層に提示させるように構築した真核微生物に対して、目的タンパク質を外部から供給するようにする方法である。本骨格タンパク質と目的タンパク質とは、コヘシン−ドックリン相互作用に基づき複合材料を真核微生物の細胞表層上で本複合材料を構築する。 Moreover, this composite material can also be provided in the cell surface layer of a eukaryotic microorganism. In this case, for example, by culturing eukaryotic microorganisms such as yeast in the presence of cellulose-containing material with the target protein as cellulase, saccharification of cellulose on the yeast cell surface layer and fermentation by yeast can be performed simultaneously. There are several ways to produce such a composite material. One is a method of supplying a target protein from the outside to a eukaryotic microorganism constructed so that the backbone protein is presented on the cell surface using a known cell surface display system. The backbone protein and the target protein construct the composite material on the cell surface of a eukaryotic microorganism based on the cohesin-docklin interaction.
また、本骨格タンパク質を公知の細胞表層提示システムを用いて細胞表層に提示させるように構築した真核微生物において、目的タンパク質を公知の手法を用いて細胞外分泌するように構築する。こうした共発現構築された真核微生物を培養することにより、真核微生物の細胞表層には、本複合材料を構築することができる。 Further, in a eukaryotic microorganism constructed so that the present skeletal protein is presented on the cell surface using a known cell surface presentation system, the protein of interest is constructed to be extracellularly secreted using a known method. By culturing the eukaryotic microorganism constructed in such co-expression, the composite material can be constructed on the cell surface of the eukaryotic microorganism.
(真核微生物)
本明細書に開示される真核微生物は、本骨格タンパク質を細胞表層に備える真核微生物である。真核微生物は、公知の細胞表層提示システムにより本骨格タンパク質を備えることができる。こうした真核微生物は、本骨格タンパク質を、細胞内で自己生産することが好ましい。本骨格タンパク質は、真核微生物内での生産・分泌に適している他、表層提示を簡素化し、効率的かつ安定的に本骨格タンパク質を表層提示できるからである。
(Eukaryotic microorganism)
The eukaryotic microorganism disclosed in the present specification is a eukaryotic microorganism provided with the backbone protein on the cell surface layer. The eukaryotic microorganism can be provided with the present skeletal protein by a known cell surface display system. Such eukaryotic microorganisms preferably self-produce the backbone protein in cells. This is because this scaffold protein is suitable for production and secretion in eukaryotic microorganisms, and also simplifies the surface layer presentation and can efficiently and stably present the backbone protein on the surface layer.
こうした真核微生物で、本骨格タンパク質をコードするDNAを発現可能に保持している。こうしたDNAは、真核微生物内において当該タンパク質を発現可能に保持されていればよく、その保持形態は特に限定されない。例えば、宿主微生物で作動可能なプロモーターの制御下に連結されるとともに適切なターミネーターをその下流に有した状態で保持されている。プロモーターは、構成的プロモーターであっても誘導的プロモーターであってもよい。このような状態のDNAは、宿主染色体内に組み込まれた形態であってもよいし、宿主核内に保持される2μプラスミドや核外に保持されるプラスミドのような形態であってもよい。 These eukaryotic microorganisms hold the DNA encoding the backbone protein in an expressible manner. Such DNA is only required to be capable of expressing the protein in a eukaryotic microorganism, and the retention form is not particularly limited. For example, it is linked under the control of a promoter operable in the host microorganism and is held in a state having an appropriate terminator downstream thereof. The promoter may be a constitutive promoter or an inducible promoter. The DNA in such a state may be in a form incorporated in the host chromosome, or in a form such as a 2μ plasmid retained in the host nucleus or a plasmid retained outside the nucleus.
本明細書に開示される真核微生物は、また、本骨格タンパク質と目的タンパク質とを備える本複合材料を細胞表層に備える真核微生物であってもよい。こうした真核微生物は、公知の細胞表層提示システムにより本骨格タンパク質を備えることができる。また、目的タンパク質は、共発現により自己生産させてもよいし、外部から供給したものであってもよい。本骨格タンパク質と目的タンパク質とを共に自己生産させることが、表層提示を簡素化し、効率的かつ安定的に本骨格タンパク質を表層提示できる。 The eukaryotic microorganism disclosed in the present specification may also be a eukaryotic microorganism provided with the composite material comprising the backbone protein and the target protein on the cell surface layer. Such eukaryotic microorganisms can be provided with this backbone protein by a known cell surface display system. The target protein may be self-produced by co-expression or may be supplied from the outside. The self-production of the backbone protein and the target protein simplifies the surface layer presentation, and the surface layer protein can be efficiently and stably displayed on the surface layer.
こうした真核微生物で、少なくとも本骨格タンパク質をコードするDNAを発現可能に保持し、さらに、目的タンパク質をコードするDNAを発現可能に保持していることができる。こうしたDNAは、真核微生物内において当該タンパク質を発現可能に保持されていればよく、その保持形態は特に限定されない。例えば、宿主微生物で作動可能なプロモーターの制御下に連結されるとともに適切なターミネーターをその下流に有した状態で保持されている。プロモーターは、構成的プロモーターであっても誘導的プロモーターであってもよい。このような状態のDNAは、宿主染色体内に組み込まれた形態であってもよいし、宿主核内に保持される2μプラスミドや核外に保持されるプラスミドのような形態であってもよい。 Such a eukaryotic microorganism can hold at least a DNA encoding the present backbone protein so that it can be expressed, and can also hold a DNA encoding the target protein so that it can be expressed. Such DNA is only required to be capable of expressing the protein in a eukaryotic microorganism, and the retention form is not particularly limited. For example, it is linked under the control of a promoter operable in the host microorganism and is held in a state having an appropriate terminator downstream thereof. The promoter may be a constitutive promoter or an inducible promoter. The DNA in such a state may be in a form incorporated in the host chromosome, or in a form such as a 2μ plasmid retained in the host nucleus or a plasmid retained outside the nucleus.
真核微生物の表層において、本骨格タンパク質は、既に説明した公知の細胞表層提示技術に基づいて保持されるのに限定されるものではなく、公知の他の形態で保持されていてもよい。 In the surface layer of a eukaryotic microorganism, the present skeletal protein is not limited to be retained based on the already-described known cell surface display technology, and may be retained in another known form.
本明細書に開示される真核微生物において、目的タンパク質は、上述のように、1又は2以上のセルラーゼを含むことが好ましい。こうした真核微生物を用いることで、セルロースの糖化同時発酵を効率的に行うことができる。本骨格タンパク質は、タイプIIIコヘシン−ドックリン相互作用に基づいて目的タンパク質である1又は2以上のセルラーゼを集積/近接させて保持できるため、これらのセルラーゼの高い相乗効果を実現できるからである。 In the eukaryotic microorganism disclosed in the present specification, the target protein preferably contains one or more cellulases as described above. By using such a eukaryotic microorganism, simultaneous saccharification and fermentation of cellulose can be performed efficiently. This is because the backbone protein can accumulate and hold one or more cellulases, which are target proteins, based on the type III cohesin-docklin interaction, and thus can achieve a high synergistic effect of these cellulases.
なお、セルラーゼなどの酵素は、本来的に細胞外分泌のためのシグナルを有していることが多い。セルラーゼなどの目的タンパク質に細胞外分泌性を付与するには、公知の分泌シグナルを用いることができる。分泌シグナルは、すでに説明したように、用いる真核微生物の種類に応じて適宜選択される。 In many cases, enzymes such as cellulase inherently have a signal for extracellular secretion. A known secretion signal can be used to impart extracellular secretion to a target protein such as cellulase. As described above, the secretion signal is appropriately selected according to the type of eukaryotic microorganism to be used.
真核微生物としては、特に限定されないで、例えば、公知の各種酵母を利用できる。後述するエタノール発酵等を考慮すると、サッカロマイセス・セレビジエ(Saccharomyces cerevisiae)等のサッカロマイセス属の酵母、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等のシゾサッカロマイセス属の酵母、キャンディダ・シェハーテ(Candida shehatae)等のキャンディダ属の酵母、ピヒア・スティピティス(Pichia stipitis)等のピヒア属の酵母、ハンセヌラ(Hansenula)属の酵母、トリコスポロン(Trichosporon)属の酵母、ブレタノマイセス(Brettanomyces)属の酵母、パチソレン(Pachysolen)属の酵母、ヤマダジマ(Yamadazyma)属の酵母、クルイベロマイセス・マーキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluveromyces lactis)等のクルイベロマイセス属の酵母が挙げられる。なかでも、工業的利用性等の観点からサッカロマイセス属酵母が好ましい。なかでも、サッカロマイセス・セレビジエが好ましい。 The eukaryotic microorganism is not particularly limited, and for example, various known yeasts can be used. In consideration of ethanol fermentation described later, yeasts of the genus Saccharomyces cerevisiae such as Saccharomyces cerevisiae, yeasts of the genus Schizosaccharomyces pombe such as Schizosaccharomyces pombe, Candida shehatae, etc. Yeast of the genus Candida, yeast of the genus Pichia such as Pichia stipitis, yeast of the genus Hansenula, yeast of the genus Trichosporon, yeast of the genus Brettanomyces, the genus Pachysolen And yeast of the genus Yamadazyma, yeasts of the genus Kluyveromyces such as Kluyveromyces marxianus and Kluveromyces lactis. Of these, Saccharomyces yeasts are preferable from the viewpoint of industrial availability. Of these, Saccharomyces cerevisiae is preferable.
(形質転換された真核微生物の作製等)
説明した本明細書に開示される真核微生物他、本骨格タンパク質、目的タンパク質等は、いずれも、モレキュラークローニング第3版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載されている方法に準じて作製することができる。真核微生物の形質転換のためのベクター及びその構築方法は、当業者において周知であって、モレキュラークローニング第3版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に開示されている。なお、ベクターの形態は、使用形態に応じて様々な形態を採ることができる。例えば、DNA断片の形態を採ることができるほか、2マイクロプラスミドなどの適当な酵母用ベクターの形態を採ることもできる。ベクター等による形質転換においても、当業者であれば上述の成書を参照することで実施できる。典型的には、従来公知の各種方法、例えば、トランスフォーメーション法や、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、酢酸リチウム法等を用いることができる。
(Production of transformed eukaryotic microorganisms, etc.)
The described eukaryotic microorganisms, the present skeletal protein, the target protein, etc. disclosed in the present specification are all methods described in Molecular Cloning 3rd Edition, Current Protocols in Molecular Biology, etc. It can produce according to. Vectors for transformation of eukaryotic microorganisms and methods for their construction are well known to those skilled in the art and are disclosed in Molecular Cloning 3rd Edition, Current Protocols in Molecular Biology and the like. In addition, the form of a vector can take various forms according to a usage form. For example, it can take the form of a DNA fragment, and can also take the form of a suitable yeast vector such as a 2 microplasmid. A person skilled in the art can also perform transformation with a vector by referring to the above-mentioned book. Typically, various conventionally known methods such as transformation method, transfection method, conjugation method, protoplast method, electroporation method, lipofection method, lithium acetate method and the like can be used.
(組換えベクター等)
なお、本明細書によれば、本骨格タンパク質をコードするDNAを真核微生物内で発現可能に保持する発現ベクター(組換えベクター)のほか、目的タンパク質をコードするDNAを真核微生物内で発現可能に保持する発現ベクター(組換えベクター)が提供される。また、これらをセットにした、ベクターセットも提供される。なお、これらのベクターは、発現カセットの形態であってもよいし、相同組換え可能なDNAコンストラクトの形態であってもよい。商業的等に入手可能なベクターにこうしたコードDNAが組み込まれた形態であってもよい。既に説明したように、こうしたベクターの構築やその形態については当業者において周知である。
(Recombinant vectors, etc.)
According to the present specification, in addition to an expression vector (recombinant vector) that holds the DNA encoding the backbone protein so that it can be expressed in a eukaryotic microorganism, the DNA encoding the target protein is expressed in a eukaryotic microorganism. An expression vector (recombinant vector) that can be retained is provided. Moreover, the vector set which made these a set is also provided. These vectors may be in the form of expression cassettes or in the form of DNA constructs capable of homologous recombination. Such a coding DNA may be incorporated into a commercially available vector. As already explained, the construction and form of such vectors are well known to those skilled in the art.
(人工骨格材料及びタンパク質複合材料の利用)
本明細書によれば、本人工骨格材料の利用やタンパク質複合材料の利用も提供される。本人工骨格材料は、例えば、目的タンパク質と接触させることで、目的タンパク質を保持できるため、目的タンパク質の集積のほか、回収、分離、精製等に用いることができる。また、タンパク質複合材料は、目的タンパク質をコヘシン−ドックリン相互作用により保持しており、目的タンパク質の高機能化、協働化向上に寄与できる。以下に、目的タンパク質としてセルラーゼ活性を有するタンパク質を用いた形態について説明する。
(Use of artificial skeletal materials and protein composite materials)
According to this specification, utilization of this artificial skeletal material and utilization of protein composite material are also provided. The artificial skeletal material can retain the target protein by, for example, contacting with the target protein, and therefore can be used for collection, separation, purification, etc. in addition to accumulation of the target protein. Moreover, the protein composite material holds the target protein by the cohesin-docklin interaction, and can contribute to the enhancement of the function and the cooperation of the target protein. Below, the form using the protein which has cellulase activity as a target protein is demonstrated.
(セルロースからの糖化物の生産方法)
本明細書によれば、本明細書に開示されるタンパク質複合材料を用いたセルロース含有材料からのグルコースなどの糖化物の生産方法が提供される。この方法は、タンパク質複合材料とセルロース含有材料とを接触させる工程を備えている。なお、糖化物は、グルコースに限定されないで、セルロース含有材料の組成や用いるセルラーゼの種類に応じて各種単糖や二糖が含まれうる。
(Method for producing saccharified product from cellulose)
According to the present specification, a method for producing a saccharified product such as glucose from a cellulose-containing material using the protein composite material disclosed in the present specification is provided. This method includes a step of bringing a protein composite material and a cellulose-containing material into contact with each other. The saccharified product is not limited to glucose, and various monosaccharides and disaccharides may be included depending on the composition of the cellulose-containing material and the type of cellulase used.
この方法においては、タンパク質複合材料には、目的タンパク質として少なくとも1又は2以上のセルラーゼを保持している。1又は2以上のセルラーゼは、必要に応じ各種セルラーゼが組み合わされる。タンパク質複合材料におけるセルラーゼは、集積化/近接化されているため、効果的に協働作用が発揮されセルロースを分解することができる。セルロース含有材料とタンパク質複合材料との接触条件は、セルラーゼが機能する条件であれば特に限定されない。例えば、約15℃〜約25℃程度の比較的低温条件を採用することが好ましい。こうした低温であると、タンパク質複合材料の骨格タンパク質やセルラーゼが作用しやすいフォールディング状態になると考えられる。特に、カビ由来のセルラーゼを用いる場合には、こうした低温培養が好ましく適用される。好ましくは18℃以上22℃以下程度、より好ましくは約20℃とすることができる。 In this method, the protein composite material holds at least one or more cellulases as target proteins. One or more cellulases may be combined with various cellulases as necessary. Since the cellulase in the protein composite material is integrated / proximal, the cellulase can be effectively decomposed to decompose cellulose. The contact condition between the cellulose-containing material and the protein composite material is not particularly limited as long as the cellulase functions. For example, it is preferable to employ a relatively low temperature condition of about 15 ° C. to about 25 ° C. At such a low temperature, it is considered that the protein composite material is in a folded state in which the backbone protein and cellulase are likely to act. In particular, when mold-derived cellulase is used, such low-temperature culture is preferably applied. Preferably it is about 18 degreeC or more and 22 degrees C or less, More preferably, it can be set as about 20 degreeC.
タンパク質複合材料として、タンパク質複合材料を表層提示する酵母などの真核微生物を用いる場合には、培養又は発酵という工程を取ることもできる。さらに、セルロースの分解産物を酵母が利用して増殖や発酵が可能である。培養条件は、特に限定しないで、真核微生物において一般的に採用される条件であればよい。この場合においても、上述のように15℃以上25℃以下の比較的低温の培養温度を採用することができる。 When a eukaryotic microorganism such as yeast that displays the protein composite material on the surface is used as the protein composite material, a step of culturing or fermentation can be taken. Furthermore, yeast can utilize the decomposition product of cellulose to allow growth and fermentation. The culture conditions are not particularly limited as long as they are generally employed in eukaryotic microorganisms. Even in this case, a relatively low culture temperature of 15 ° C. or more and 25 ° C. or less can be employed as described above.
セルロース含有材料としては、D−グルコースがβ−1,4結合でグリコシド結合したβ−グルカンであるセルロースを含有する材料であればよい。セルロース含有材料は、どのような由来や形態であってもよい。したがって、セルロース系材料としては、例えば、リグノセルロース系材料、結晶性セルロース材料、可溶性セルロース材料(非晶性セルロース材料)、不溶性セルロース材料などの各種セルロース系材料等が含まれる。リグノセルロース系材料としては、例えば、木本植物の木質部や葉部及び草本植物の葉、茎、根等においてリグニン等を複合した状態のリグノセルロース系材料が挙げられる。こうしたリグノセルロース系材料としては、例えば、稲ワラ、麦ワラ、トウモロコシの茎葉、バガス等の農業廃棄物、収集された木、枝、枯葉等又はこれらを解繊して得られるチップ、おがくず、チップなどの製材工場廃材、間伐材や被害木などの林地残材、建設廃材等の廃棄物であってもよい。結晶性セルロース系材料及び不溶性セルロース系材料としては、リグノセルロース系材料からリグニン等を分離後の結晶性セルロース及び不溶性セルロースを含む結晶性又は不溶性セルロース系材料が挙げられる。セルロース材料としては、また、使用済み紙製容器、古紙、使用済みの衣服などの使用済み繊維製品、パルプ廃液を由来としてもよい。 Any cellulose-containing material may be used as long as it contains cellulose that is β-glucan in which D-glucose is glycosidically bonded with β-1,4 bonds. The cellulose-containing material may have any origin or form. Accordingly, examples of the cellulosic material include various cellulosic materials such as lignocellulosic material, crystalline cellulose material, soluble cellulose material (amorphous cellulose material), and insoluble cellulose material. Examples of the lignocellulosic material include lignocellulosic materials in a state in which lignin and the like are combined in the woody part and leaf part of a woody plant and the leaves, stems, roots and the like of a herbaceous plant. Examples of such lignocellulosic materials include rice straw, wheat straw, corn stover, bagasse and other agricultural waste, collected trees, branches, dead leaves, etc. or chips obtained by defibrating these, sawdust, chips, etc. It may be a waste from a sawmill factory, a forest residue such as thinned wood or damaged trees, and a construction waste. Examples of the crystalline cellulose material and the insoluble cellulose material include crystalline or insoluble cellulose materials containing crystalline cellulose and insoluble cellulose after separating lignin and the like from the lignocellulose material. As the cellulose material, used paper products such as used paper containers, used paper, used clothes, and pulp waste liquid may be used.
タンパク質複合材料は、セルラーゼとともにヘミセルラーゼを目的タンパク質として保持することができる。また、タンパク質複合材料は、ヘミセルラーゼのみを目的タンパク質として保持することもできる。セルロース含有材料は、多くの場合、ヘミセルロースも同時に含んでいる。こうしたタンパク質複合材料を、ヘミセルロースを含むセルロース含有材料や、ヘミセルロースを主体とする材料と接触させることでも、これらの糖化物(グルコースほか、キシロース等)を生産することができる。 The protein composite material can hold hemicellulase as a target protein together with cellulase. The protein composite material can also retain only hemicellulase as the target protein. Cellulose-containing materials often contain hemicellulose at the same time. These saccharified products (such as glucose and xylose) can also be produced by bringing such protein composite material into contact with a cellulose-containing material containing hemicellulose or a material mainly composed of hemicellulose.
(セルロースからの有用物質の生産方法)
本明細書に開示される有用物質の生産方法は、本明細書に開示されるタンパク質複合材料及びセルロース含有材料の存在下、セルロース糖化物を資化する真核微生物を培養する工程を備えることができる。この方法によると、タンパク質複合材料により効果的にセルロース糖化物が得られ、それより真核微生物が増殖発酵できるため、真核微生物に有用物質を同時並行的に生産させることができる。この方法においては、好ましくは、タンパク質複合材料を細胞表層に備える真核微生物を用いる。こうすることでより効果的にセルロース含有材料から有用物質を生産することができる。
(Production method of useful substances from cellulose)
The production method of a useful substance disclosed in the present specification includes a step of culturing a eukaryotic microorganism that assimilate a cellulose saccharified product in the presence of the protein composite material and the cellulose-containing material disclosed in the present specification. it can. According to this method, a saccharified cellulose can be effectively obtained from the protein composite material, and the eukaryotic microorganism can be proliferated and fermented therefrom. Therefore, the eukaryotic microorganism can simultaneously produce useful substances. In this method, preferably, a eukaryotic microorganism having a protein composite material on the cell surface layer is used. By carrying out like this, a useful substance can be more effectively produced from a cellulose content material.
真核微生物は、特に限定しないが、工業的に培養方法が確立されていること及び遺伝子工学的な改変も容易であることから、酵母であることが好ましい。 The eukaryotic microorganism is not particularly limited, but yeast is preferable because a culture method is established industrially and genetic engineering modification is easy.
有用物質は、真核微生物がグルコースなどの栄養源を発酵することにより得る生産物であり、真核微生物の種類によっても異なるし、発酵条件によっても異なる。有用物質としては特に限定しないが、酵母やその他の真核微生物がグルコースを利用して生産可能なものであればよい。有用物質は、酵母などの真核微生物におけるグルコースからの代謝系の1種又は2種以上の酵素を遺伝子組換えにより置換、追加等して合成できるようになった本来の代謝物でない化合物であってもよい。有用物質としては、例えば、エタノールなどのほか、C3〜C5の低級アルコール、乳酸などの有機酸の他、イソプレノド合成経路の追加によるファインケミカル(コエンザイムQ10、ビタミン及びその原料等)、解糖系の改変によるグリセリン、プラスチック・化成品原料など、バイオリファイナリー技術が対象とする材料が挙げられる。 A useful substance is a product obtained by fermenting a nutrient source such as glucose by a eukaryotic microorganism, and varies depending on the type of eukaryotic microorganism and also on the fermentation conditions. Although it does not specifically limit as a useful substance, What is necessary is just what yeast and other eukaryotic microorganisms can produce using glucose. Useful substances are non-original metabolites that can be synthesized by replacing or adding one or more enzymes in the metabolic system from glucose in eukaryotic microorganisms such as yeast. May be. Useful substances include, for example, ethanol, etc., C3-C5 lower alcohols, organic acids such as lactic acid, fine chemicals (coenzyme Q10, vitamins and their raw materials, etc.), glycolysis modification by addition of isoprenodo synthesis pathway Materials for biorefinery technology, such as glycerin produced from plastics and raw materials for plastics and chemical products.
培養工程は、利用するセルロース含有材料、真核微生物、得ようとする有用物質の種類に応じて実施すればよい。また、培養は、静置培養、振とう培養または通気攪拌培養等を用いることができる。通気条件は、嫌気条件下、微好気条件下及び好気条件等、適宜選択することができる。培養温度も、特に限定しないが、25℃〜55℃等の範囲とすることができる。また、培養時間も必要に応じて設定されるが、6〜150時間程度とすることができる。また、pHの調整は、無機あるいは有機酸、アルカリ溶液等を用いて行うことができる。培養中は、必要に応じてアンピシリン、テトラサイクリンなどの抗生物質を培地に添加することができる。なお、変換工程終了後、培養液から微生物を除去してエタノール等の有用物質含有画分を回収する工程、さらにこれを濃縮する工程を実施してもよい。 What is necessary is just to implement a culture | cultivation process according to the kind of cellulose-containing material to be utilized, a eukaryotic microorganism, and the useful substance to obtain. In addition, stationary culture, shaking culture, aeration stirring culture, or the like can be used for the culture. The aeration conditions can be appropriately selected from anaerobic conditions, microaerobic conditions, aerobic conditions, and the like. The culture temperature is not particularly limited, but may be in the range of 25 ° C to 55 ° C. Moreover, although culture | cultivation time is also set as needed, it can be set as about 6 to 150 hours. The pH can be adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like. During the culture, antibiotics such as ampicillin and tetracycline can be added to the medium as necessary. In addition, after completion | finish of a conversion process, you may implement the process of removing microorganisms from a culture solution, collect | recovering fractions containing useful substances, such as ethanol, and also concentrating this.
有用物質の生産工程終了後、培養液から有用物質含有画分を回収する工程、さらにこれを精製又は濃縮する工程を実施することもできる。回収工程や精製等の工程は有用物質の種類等に応じて適宜選択される。 After completion of the useful substance production step, a step of recovering a useful substance-containing fraction from the culture solution, and a step of purifying or concentrating the fraction can also be performed. The recovery process and the purification process are appropriately selected according to the type of useful substance.
以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下に述べる遺伝子組換え操作はモレキュラークローニング第3版に従い行った。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these Examples. The gene recombination operation described below was performed according to Molecular Cloning 3rd edition.
(Ruminococcus flavefaciens由来遺伝子の取得及び酵母発現ベクターの作製)
ルミノコッカスフラボファシエンス由来ScaAコヘシン(配列番号29(配列番号30))、Cel44Aドックリン(配列番号31(配列番号32))ScaBコヘシン(配列番号33(配列番号34))、ScaAドックリン(配列番号35(配列番号36))、ScaEコヘシン(配列番号37(配列番号38))およびScaB-Xドックリン(配列番号39(配列番号40))、以上6つのアミノ酸配列をUniProtデータベースから取得し、それぞれを酵母コドンユセジに最適化した合成遺伝子を作製した。
(Acquisition of Ruminococcus flavefaciens-derived gene and production of yeast expression vector)
ScaA cohesin derived from luminococcus flavfaciens (SEQ ID NO: 29 (SEQ ID NO: 30)), Cel44A dockin (SEQ ID NO: 31 (SEQ ID NO: 32)), ScaB cohesin (SEQ ID NO: 33 (SEQ ID NO: 34)), ScaA dockin (SEQ ID NO: 35) (SEQ ID NO: 36)), ScaE cohesin (SEQ ID NO: 37 (SEQ ID NO: 38)) and ScaB-X Docklin (SEQ ID NO: 39 (SEQ ID NO: 40)), and the above six amino acid sequences were obtained from the UniProt database. A synthetic gene optimized for codon usage was prepared.
合成したScaA、ScaB、ScaEコヘシンの各遺伝子の上流にBglII、下流にXhoIの制限酵素サイトをそれぞれPCRで付加した。この制限酵素サイトを利用し、図1に示すように、上流にADH3相同領域(ADH3U)、HOR7プロモーターおよびRhizopus orizaeのグルコアミラーゼ由来シグナル配列(SSRGと記載:配列番号41)、下流にV5タグ、AGA2配列、TDH3ターミネーター、Leu3マーカーおよびADH3相同領域(ADH3D)を持つ、pDL-HOR7p-ScaAcoh-AGA2、pDL-HOR7p-ScaBcoh-AGA2、pDL-HOR7p-ScaEcoh-AGA2ベクターを作製した。 The restriction enzyme sites of BglII and XhoI were added upstream of each of the synthesized ScaA, ScaB, and ScaE cohesin genes by PCR. Using this restriction enzyme site, as shown in FIG. 1, upstream ADH3 homology region (ADH3U), HOR7 promoter and Rhizopus orizae glucoamylase-derived signal sequence (described as SSRG: SEQ ID NO: 41), downstream V5 tag, PDL-HOR7p-ScaAcoh-AGA2, pDL-HOR7p-ScaBcoh-AGA2, and pDL-HOR7p-ScaEcoh-AGA2 vectors having an AGA2 sequence, TDH3 terminator, Leu3 marker and ADH3 homology region (ADH3D) were prepared.
同様に合成したCel44Aドックリン、ScaAドックリン、ScaB-Xドックリンの各遺伝子の上流にXhoI、下流にBamHIの制限酵素サイトをそれぞれPCRで付加した。この制限酵素サイトを利用し、図2に示すように、上流にHXT3相同領域(HXT3U)、HOR7プロモーター、SSRGシグナル配列およびHis-tag、下流にTDH3ターミネーター、Ura3マーカーおよびHXT3相同領域(HXT3D)を持つ、pHU-HOR7p-Cel44Adoc、pHU-HOR7p-ScaAdoc、pHU-HOR7p-ScaB-Xdocを作製した。 Similarly, the restriction enzyme sites of XhoI and BamHI were added upstream of each of the Cel44A dockin, ScaA dockin, and ScaB-X dockerin genes synthesized by PCR. Using this restriction enzyme site, as shown in Fig. 2, the HXT3 homology region (HXT3U), HOR7 promoter, SSRG signal sequence and His-tag are upstream, and the TDH3 terminator, Ura3 marker and HXT3 homology region (HXT3D) are downstream. PHU-HOR7p-Cel44Adoc, pHU-HOR7p-ScaAdoc, and pHU-HOR7p-ScaB-Xdoc were prepared.
(酵母表層での各種遺伝子の生産)
図3に示すように、PCR法により増幅後クローニングしたAGA1遺伝子の上流にAAP1相同領域(AAP1U)とHOR7プロモーター、下流にTDH3ターミネーターとHis3マーカーおよびAAP1相同領域(AAP1D)を持つ、pAI-HOR7p-AGA1ベクターを作製した。本ベクターを制限酵素Sse8387Iで線状化し、酵母S.cerevisiae BY4741株に形質転換、相同組換えする事で、AGA1を細胞表層に提示する酵母BYAGA1を取得した。BYAGA1株に実施例1で作製した各種ベクターpDL-HOR7p-ScaAcoh-AGA2、pDL-HOR7p-ScaBcoh-AGA2、pDL-HOR7p-ScaEcoh-AGA2をSse8387Iで線状化して導入し、BYScaA、BYScaB、BYScaE株とした。また、BY4741株にpHU-HOR7p-Cel44Adoc、pHU-HOR7p-ScaAdoc、pHU-HOR7p-ScaB-XdocをSse8387Iで線状化して導入し、BYCel44Adoc、BYScaAdoc、BYScaB-Xdoc株とした。
(Production of various genes on the surface of yeast)
As shown in FIG. 3, pAI-HOR7p-, which has an AAP1 homology region (AAP1U) and HOR7 promoter upstream of the AGA1 gene cloned by PCR and has a TDH3 terminator, His3 marker and AAP1 homology region (AAP1D) downstream. AGA1 vector was prepared. This vector was linearized with the restriction enzyme Sse8387I, transformed into the yeast S. cerevisiae BY4741 strain, and homologous recombination was performed to obtain yeast BYAGA1 presenting AGA1 on the cell surface. Various vectors pDL-HOR7p-ScaAcoh-AGA2, pDL-HOR7p-ScaBcoh-AGA2, pDL-HOR7p-ScaEcoh-AGA2 prepared in Example 1 were introduced into BYAGA1 strain by linearizing with Sse8387I, BYScaA, BYScaB, BYScaE strain It was. In addition, pHU-HOR7p-Cel44Adoc, pHU-HOR7p-ScaAdoc, pHU-HOR7p-ScaB-Xdoc were linearized with Sse8387I and introduced into BY4741 strain to obtain BYCel44Adoc, BYScaAdoc, BYScaB-Xdoc strains.
(フローサイトメトリー(FCM)による酵母表層提示量評価)
ScaBコヘシン-ScaAドックリンの組合せは既に評価した(特開2011-160772に詳述)。そこで、ScaA、ScaEコヘシンの酵母表層への提示量を、ScaAコヘシン-Cel44Aドックリン、ScaEコヘシン-ScaB-Xドックリンの結合量をFCMを用いて評価した。各コヘシン提示酵母をそれぞれYPD液体培地(10g/l yeast extract, 20g/l peptone, 20g/l glucose)で30℃、24時間培養し、AntiV5-FITC抗体で染色後、FCMで酵母細胞表層上のコヘシン提示量を評価した。その結果、図4に示すように、ScaEコヘシンと比較して、ScaAコヘシンの提示量は非常に少なかった。
(Evaluation of the amount of yeast surface displayed by flow cytometry (FCM))
The ScaB cohesin-ScaA dockerin combination has already been evaluated (detailed in JP 2011-160772). Therefore, the amount of ScaA, ScaE cohesin presented to the yeast surface layer was evaluated using the FCM for the amount of ScaA cohesin-Cel44A dockin and ScaE cohesin-ScaB-X dockin. Each cohesin-presenting yeast was cultured in YPD liquid medium (10 g / l yeast extract, 20 g / l peptone, 20 g / l glucose) at 30 ° C. for 24 hours, stained with AntiV5-FITC antibody, and then on the yeast cell surface with FCM. Cohesin display amount was evaluated. As a result, as shown in FIG. 4, the amount of ScaA cohesin presented was very small compared to ScaE cohesin.
次に、これらコヘシン提示酵母に、対応するドックリンを分泌生産するBYCel44Adoc、BYScaB-Xdoc株の培養上清を添加することで、酵母表層上でミニセルロソームを再構成した。コヘシンに結合したドックリンをAntiHis-FITC抗体で標識し、FCMで測定する事でドックリンの結合量を評価した。その結果、図5に示すように、ScaEコヘシンとScaB-Xドックリンの組み合わせと比較して、ScaAコヘシンとCel44ドックリンの組み合わせはドックリンの提示量が非常に少なかった。以上の結果から、ScaAコヘシンとCel44ドックリンの組合せは酵母での発現に適していないと考えられた。 Next, by adding culture supernatants of BYCel44Adoc and BYScaB-Xdoc strains that secrete and produce the corresponding dockrin to these cohesin-displaying yeasts, minicellulosomes were reconstituted on the yeast surface layer. The dockin bound to cohesin was labeled with an AntiHis-FITC antibody, and the amount of dockin bound was evaluated by measuring with FCM. As a result, as shown in FIG. 5, the combination of ScaA cohesin and Cel44 dockerin showed a very small amount of dockin compared to the combination of ScaE cohesin and ScaB-X dockerin. From the above results, it was considered that the combination of ScaA cohesin and Cel44 dockerin was not suitable for expression in yeast.
ScaBコヘシン-ScaAドックリン及びScaEコヘシン- ScaB-Xドックリンの組み合わせとクロストリジウム・サーモセラムCipA由来コヘシンとCt48SDD(Cel48Sドックリンの2か所のN型糖鎖結合部位(N型糖鎖修飾予定部位)のアスパラギンをアスパラギン酸に置換、特開2011-219399に記載されている。)、以上3種の交差結合性を評価した。 Combination of ScaB cohesin-ScaA dockin and ScaE cohesin-ScaB-X dockerin and clostridium thermocellum CipA cohesin and Ct48SDD (Cel48S dockin's two N-type sugar chain binding sites (N-type sugar chain modification sites) asparagine) Substitution with aspartic acid, described in JP-A-2011-219399)), the above three types of cross-linking properties were evaluated.
各コヘシン提示酵母をそれぞれYPD液体培地で30℃、24時間培養し、各ドックリン分泌酵母の培養上清をそれぞれ全ての組み合わせで添加する事で、酵母表層上でミニセルロソームを再構成させた。コヘシンに結合したドックリンをAntiHis-FITC抗体で標識し、FCMで結合量を評価した。その結果、図6に示すように、酵母で生産したScaBコヘシン-ScaAドックリン及びScaEコヘシン- ScaB-Xドックリンは他の組み合わせと選択結合性を保持しており、ScaBコヘシン-ScaAドックリンの組み合わせが最もドックリンの結合量が多かった。 Each cohesin-presenting yeast was cultured in YPD liquid medium at 30 ° C. for 24 hours, and the culture supernatant of each dockerin-secreting yeast was added in all combinations to reconstitute minicellulosomes on the yeast surface layer. Dockin bound to cohesin was labeled with AntiHis-FITC antibody, and the amount of binding was evaluated by FCM. As a result, as shown in FIG. 6, ScaB cohesin-ScaA dockin and ScaE cohesin-ScaB-X dockrin produced in yeast retain selective binding with other combinations, and the combination of ScaB cohesin-ScaA dockin is the most. There was a lot of dockin binding.
(酵母表層でのScaB-4コヘシン(Rf4Coh)の作製)
実施例3により酵母での骨格タンパク質のエレメントとしてScaBコヘシンが適している事が示されたため、R.flavefaciens由来ScaBの4コヘシンを酵母コドンユセジに最適化した合成遺伝子を作製し(配列番号42)、ScaB-4コヘシン(Rf4Coh)提示酵母を作製した。具体的には、Rf4Cohの上流にBglII、下流にXhoIの制限酵素サイトをそれぞれPCRで付加した。この制限酵素サイトを利用し、上流にADH3相同領域(ADH3U)、HOR7プロモーターおよびSSRGシグナル配列、下流にV5タグ、AGA2配列、TDH3ターミネーター、Leu3マーカーおよびADH3相同領域(ADH3D)を持つ、pDL-Rf4coh-AGA2ベクターを作製した(図1)。
(Production of ScaB-4 cohesin (Rf4Coh) on the surface of yeast)
Example 3 shows that ScaB cohesin is suitable as a skeletal protein element in yeast. Therefore, a synthetic gene was prepared by optimizing R.flavefaciens-derived ScaB 4 cohesin for yeast codon use (SEQ ID NO: 42). ScaB-4 cohesin (Rf4Coh) display yeast was produced. Specifically, a restriction enzyme site of BglII was added upstream of Rf4Coh, and a restriction enzyme site of XhoI was added downstream by PCR. Utilizing this restriction enzyme site, pDL-Rf4coh with ADH3 homology region (ADH3U) upstream, HOR7 promoter and SSRG signal sequence, V5 tag, AGA2 sequence, TDH3 terminator, Leu3 marker and ADH3 homology region (ADH3D) downstream -AGA2 vector was prepared (Fig. 1).
取得したベクターを実施例2と同様にマーカーをハイグロマイシンとし酵母BJ5465に導入した株、BJ-AGA1に相同組換えすることで、Rf4Cohを表層に提示する酵母、BJRf4Coh株を作製した。本株をYPD培地で一晩培養し、実施例3と同様にAntiV5-FITC抗体で標識し、フローサイトメトリーを行った。その結果、図7に示すように、酵母表層でRf4Cohが生産されていることを確認した。 Similar to Example 2, the obtained vector was used as a hygromycin marker and introduced into yeast BJ5465. By homologous recombination with BJ-AGA1, the yeast displaying Rf4Coh on the surface, BJRf4Coh strain was prepared. This strain was cultured overnight in a YPD medium, labeled with an AntiV5-FITC antibody in the same manner as in Example 3, and flow cytometry was performed. As a result, as shown in FIG. 7, it was confirmed that Rf4Coh was produced on the yeast surface layer.
(ScaAドックリン(RfDoc)融合PcCBH2とTrEG2の遺伝子構築)
N末端、C末端、両末端にR.flavefaciens由来ScaAドックリン(RfDoc)を融合発現するセルラーゼ発現ベクターを以下のように作製した。具体的には、PCRを用いて3種類(N末端、C末端、両末端用)のカセットを増幅し、pRS436-GAPSSRG(図8)のSphIサイトに、In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit(タカラバイオ)を用いて挿入した(図9)。3種類のScaAドックリン融合分泌発現用ベクターはNheIサイトにIn-Fusion Advantage PCR Cloning Kitにより任意のセルラーゼを挿入する事でScaAドックリンをN末端、C末端、両末端に融合する事ができる。
(ScaA dockrin (RfDoc) fusion PcCBH2 and TrEG2 gene construction)
A cellulase expression vector for fusion expression of R.flavefaciens-derived ScaA dockerin (RfDoc) at the N-terminus, C-terminus, and both ends was prepared as follows. Specifically, three types of cassettes (for N-terminal, C-terminal, and both-terminals) were amplified using PCR, and the In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (Takara Bio) was added to the SphI site of pRS436-GAPSSRG (Figure 8). ) (FIG. 9). Three types of ScaA dockin fusion secretion expression vectors can be fused to the N-terminal, C-terminal, and both ends by inserting any cellulase into the NheI site using the In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit.
本ベクターを用いて、Phanerochaete chrysosporium由来セロビオヒドロラーゼII(PcCBH2、配列番号43)とTrichoderma reesei由来エンドグルカナーゼII(TrEG2、配列番号44)のN、C、両末端にScaAドックリンを融合させた遺伝子を作製した。 Using this vector, Phanerochaete chrysosporium-derived cellobiohydrolase II (PcCBH2, SEQ ID NO: 43) and Trichoderma reesei-derived endoglucanase II (TrEG2, SEQ ID NO: 44) were fused with ScaA dockin at both ends. Produced.
(PcCBH2、TrEG2提示酵母のPSC分解活性評価)
構築したベクターをFrozen-EZ Yeast Transformation II Kit(Zymo Research)を用いて、実施例4で作製したBJRf4Coh株に形質転換した。生育した菌体コロニーを500μlのSD-URA液体培地(yeast nitrogen base without amino acids without ammonium sulfate 1.7g、カザミノ酸10g、-URAアミノ酸mix 0.77g、グルコース10g、脱イオン水1000ml)に植菌し、30℃、20時間培養した菌液を前培養液とした。100μlの前培養液を新たに500μlのSD-URA液体培地へ植菌し、30℃、20時間培養し本培養を行った。遠心分離により菌体を回収し、50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で洗浄後の菌体を用いてリン酸膨潤セルロース(PSC)分解試験を行った。
(Evaluation of PSC degradation activity of PcCBH2, TrEG2 display yeast)
The constructed vector was transformed into the BJRf4Coh strain prepared in Example 4 using Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit (Zymo Research). Inoculate the grown bacterial colonies in 500 μl of SD-URA liquid medium (yeast nitrogen base without amino acids without ammonium sulfate 1.7 g, casamino acid 10 g, -URA amino acid mix 0.77 g, glucose 10 g, deionized water 1000 ml) The bacterial solution cultured at 30 ° C. for 20 hours was used as a preculture solution. 100 μl of the preculture was newly inoculated into 500 μl of SD-URA liquid medium and cultured at 30 ° C. for 20 hours for main culture. The cells were collected by centrifugation, and subjected to a phosphate swelling cellulose (PSC) degradation test using the cells after washing with 50 mM citrate buffer (pH 5.0).
1%PSC溶液100ulに、200ulの50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で懸濁した菌体を100ul添加し、40℃で20〜24時間反応後に、遠心上清中の還元糖量をTZアッセイ法(Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 11 (1985) 109-115)により測定した。図10に示すように、全ての反応は3連で行った。その結果、PcCBH2、TrEG2どちらもN末端にScaAドックリンを融合した時が最も高いPSC分解活性を示した。 100ul of cells suspended in 200ul of 50mM citrate buffer (pH 5.0) was added to 100ul of 1% PSC solution, and after reaction at 40 ° C for 20-24 hours, the amount of reducing sugar in the centrifugal supernatant was determined by TZ assay. It was measured by the method (Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 11 (1985) 109-115). As shown in FIG. 10, all reactions were performed in triplicate. As a result, both PcCBH2 and TrEG2 showed the highest PSC degradation activity when ScaA dockin was fused to the N-terminus.
(各種セルラーゼ提示酵母のPSC分解活性評価)
PcCBH2の変異体、ThCBD1-PcMal4(L2)(配列番号45(配列番号46))、TrEG2の変異体、ThCBD1-TrEG2(L4)(配列番号47(配列番号48))、Phanerochaete chrysosporium由来エンドグルカナーゼII(PcEG2、配列番号49(配列番号50))のN末端に実施例5の方法を用いてScaAドックリンを融合した。また、Clostridium thermocellum由来セルラーゼであるCel9K、Cel8A、及びCbhAの本来持っているドックリンを削除(ドックリン除去後のDNAの塩基配列:CtCel9K、配列番号51)、(CtCel8A、配列番号52)(CtCbhA、配列番号53)して、NまたはC末端にScaAドックリンが融合した遺伝子を作製した。これらの遺伝子を用いて実施例6と同じ方法でPSC分解活性を測定した。
(Evaluation of PSC degradation activity of various cellulase presenting yeasts)
PcCBH2 mutant, ThCBD1-PcMal4 (L2) (SEQ ID NO: 45 (SEQ ID NO: 46)), TrEG2 mutant, ThCBD1-TrEG2 (L4) (SEQ ID NO: 47 (SEQ ID NO: 48)), Phanerochaete chrysosporium-derived endoglucanase II Using the method of Example 5, the ScaA dockerin was fused to the N-terminus of (PcEG2, SEQ ID NO: 49 (SEQ ID NO: 50)). In addition, the original dockrins of Clostridium thermocellum-derived cellulases Cel9K, Cel8A, and CbhA were deleted (DNA sequence after removal of dockrin: CtCel9K, SEQ ID NO: 51), (CtCel8A, SEQ ID NO: 52) (CtCbhA, sequence No. 53), and a gene in which ScaA dockin was fused to the N or C terminus was prepared. Using these genes, the PSC degradation activity was measured by the same method as in Example 6.
その結果、図11に示すように、セロビオヒドロラーゼではThCBD1-PcMal4(L2)、エンドグルカナーゼではThCBD1-TrEG2(L4)が最も高い活性を示した。また、Clostridium thermocellum由来セルラーゼはScaAドックリンをN末端に融合するよりも、本来ドックリンを持っているC末端に融合した時の方が活性が高かった。 As a result, as shown in FIG. 11, ThCBD1-PcMal4 (L2) showed the highest activity for cellobiohydrolase, and ThCBD1-TrEG2 (L4) showed the highest activity for endoglucanase. In addition, Clostridium thermocellum-derived cellulase was more active when fused to the C-terminus that originally had dockrin than to fuse ScaA dockrin to the N-terminus.
(低温培養時の活性比較)
培養温度を20℃、または30℃で行い、実施例7と同様にPSC分解活性を測定し、培養温度が与える影響について検討した。その結果、図12に示すように、20℃で培養することで、PSC分解活性が向上した。特に、カビ由来のセルラーゼ提示株では顕著なPSC分解活性の向上が認められた。低温で培養する事により蛋白質のフォールディングが改善される事は良く知られているので、無理やりドックリンを融合させたカビ由来セルラーゼにおいて低温培養は効果的である事がわかった。
(Comparison of activity during low temperature culture)
The culture temperature was 20 ° C. or 30 ° C., PSC decomposition activity was measured in the same manner as in Example 7, and the influence of the culture temperature was examined. As a result, as shown in FIG. 12, PSC decomposition activity was improved by culturing at 20 ° C. In particular, significant improvement in PSC degradation activity was observed in the cellulase-derived strains derived from fungi. Since it is well known that protein folding is improved by culturing at low temperature, it was found that low-temperature culturing is effective for fungal cellulase fused with dockerin.
(局所的変異導入とランダム変異を用いたドックリンの改変)
図13に示すように、ScaAドックリンにはN型糖鎖付加配列が1ヶ所存在し、酵母で発現する際に糖鎖が付加され、コヘシンとの結合などで立体障害が生じている事が予測された。また、実施例8において低温培養で菌体活性が向上する事から、ScaAドックリンのフォールディング改善による効果が期待された。そこで、進化工学によりScaAドックリンのN型糖鎖を除去するとともに、ScaAドックリン全体にランダム変異を導入する事でScaAドックリンの改変を行った。
(Docklin modification using local mutation and random mutation)
As shown in FIG. 13, the ScaA dockrin has one N-type glycosylation sequence, and it is predicted that a sugar chain is added when expressed in yeast, resulting in steric hindrance due to binding to cohesin. It was done. Moreover, since the cell activity was improved by low-temperature culture in Example 8, the effect of improving the ScaA dockin folding was expected. Therefore, the N-type sugar chain of ScaA dockrin was removed by evolutionary engineering, and ScaA dockrin was modified by introducing random mutations throughout the ScaA dockin.
実験の流れを図14に示す。具体的には、以下のとおり行った。
(1)図13のScaAドックリンの配列上に示したN型糖鎖付加配列のアスパラギンに対して、NNK(N=ATGC、K=GT)変異を導入した。
(2)NNK変異が入ったライブラリーを鋳型にGeneMorph II Random Mutagenesis kit(アジレント・テクノロジー)により全長へランダム変異を導入した。
(3)セルラーゼ(ThCBD1-Mal4(L2))遺伝子と変異ライブラリーをFrozen-EZ Yeast Transformation II Kit(Zymo Research)を用いてBJRf4Cohに形質転換し、菌体内相同組み換えを利用する事で分泌発現ベクターにサブクローニングした。分泌発現には、クローン間のベクターコピー数による誤差を少なくするために、低コピーベクターであるpAUR112(タカラバイオ)のSmaIサイトにTDH3プロモーター- SSRG-CYCターミネーターを挿入したpAUR112-GAPSSRG(図15)を用いた。
(4)菌体のPSC分解活性を測定し、スクリーニングを行った。
The flow of the experiment is shown in FIG. Specifically, it was performed as follows.
(1) An NNK (N = ATGC, K = GT) mutation was introduced into the asparagine of the N-type glycosylation sequence shown on the ScaA dockin sequence in FIG.
(2) A random mutation was introduced to the full length by GeneMorph II Random Mutagenesis kit (Agilent Technology) using a library containing NNK mutation as a template.
(3) Transform the cellulase (ThCBD1-Mal4 (L2)) gene and mutation library into BJRf4Coh using Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit (Zymo Research), and use secreted expression vector by using homologous recombination in cells Subcloned into For secretory expression, pAUR112-GAPSSRG with the TDH3 promoter-SSRG-CYC terminator inserted into the SmaI site of pAUR112 (Takara Bio), which is a low-copy vector, to reduce errors due to vector copy number between clones (FIG. 15). Was used.
(4) The PSC degradation activity of the bacterial cells was measured and screened.
PSC分解活性の測定は実施例6と同様の手順で行い、1次スクリーニングとして96穴プレート9枚分、合計864クローンのスクリーニングを行った。次に、上位16クローンの組み合わせ変異を持つライブラリーを作製し、実施例6と同様の手順で96穴プレート2枚分、合計192クローンの2次スクリーニングを行った。また、上位クローンについては3連で再試験も行った。その結果、図16に示すように、最も活性が高かったクローンでは野生型ScaAドックリンと比較して、最大で約2.2倍PSC分解活性が向上しており、変異導入によりScaBコヘシンとScaAドックリンの結合力が向上した事が予測された。また、得られた上位クローンの配列解析を行った。結果を、図17に示す。このうち最もPSC分解活性が向上していたF7をRfDoc(mut)とし、以降の実験に使用した。図17に示すC6、G6、B7、D7、E7及びF7のアミノ酸配列を配列番号82〜87にそれぞれ示す。 PSC degradation activity was measured in the same procedure as in Example 6, and a total of 864 clones were screened for 9 96-well plates as the primary screening. Next, a library having combinatorial mutations of the top 16 clones was prepared, and secondary screening of a total of 192 clones for two 96-well plates was performed by the same procedure as in Example 6. The upper clones were also retested in triplicate. As a result, as shown in FIG. 16, the clone with the highest activity had a PSC degrading activity up to about 2.2 times that of the wild type ScaA dockerin, and the ScaB cohesin and ScaA dockerin were bound by mutagenesis. It was predicted that power improved. Moreover, the sequence analysis of the obtained upper clone was performed. The results are shown in FIG. Among these, F7 having the most improved PSC degradation activity was designated as RfDoc (mut) and used in the subsequent experiments. The amino acid sequences of C6, G6, B7, D7, E7 and F7 shown in FIG. 17 are shown in SEQ ID NOs: 82 to 87, respectively.
(局所的変異導入によるRf4Cohからの糖鎖除去)
Rf4Cohには9ヶ所のN型糖鎖付加配列が存在し、酵母で発現する際に糖鎖が付加され、ドックリンとの結合などで立体障害が生じている事が予測された(図18)。そこで、9ヶ所の糖鎖を同時に除去する事を目的として以下の実験を行った。実験の流れを図19に示した。具体的には、9ヶ所の糖鎖付加配列に対してNNKの局所的変異導入を行った8断片を作製し、オーバーラッピングPCRにより結合する事で、全ての糖鎖付加配列にNNK変異を導入した変異ライブラリーを作製した。変異ライブラリーは低コピーベクターであるpAUR112-GAPSSRGにサブクローニングし、Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit(Zymo Research)を用いてBJ-AGA1株に形質転換した(RfcohΔGライブラリー)。
次に、トリプトファンマーカーを持ち、TDH3プロモーター- SSRG-CYCターミネーターを持つ高コピーベクターであるpRS434-GAPSSRG(図20)のSphIサイトに、実施例9で取得したRfDoc(mut)をThCBD1-Mal4(L2)のN末端に融合したRfDoc(mut)-ThCBD1-Mal4(L2)(配列番号54(配列番号55))をサブクローニングし、Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit(Zymo Research)を用いて、RfcohΔGライブラリーに形質転換する事でセルラーゼ同時発現RfcohΔGライブラリーを作製した。
(Glycan removal from Rf4Coh by local mutagenesis)
Rf4Coh has 9 N-type glycosylation sequences, and it was predicted that sugar chains were added when expressed in yeast, and steric hindrance occurred due to binding to dockerin (FIG. 18). Therefore, the following experiment was conducted with the purpose of simultaneously removing nine sugar chains. The flow of the experiment is shown in FIG. Specifically, NNK mutations were introduced into all glycosylation sequences by preparing 8 fragments with NNK local mutagenesis for 9 glycosylation sequences and linking them by overlapping PCR. A mutant library was prepared. The mutation library was subcloned into pAUR112-GAPSSRG, which is a low copy vector, and transformed into BJ-AGA1 strain using Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit (Zymo Research) (RfcohΔG library).
Next, RfDoc (mut) obtained in Example 9 was transferred to ThCBD1-Mal4 (L2) at the SphI site of pRS434-GAPSSRG (FIG. 20), a high-copy vector having a tryptophan marker and a TDH3 promoter-SSRG-CYC terminator. ) RfDoc (mut) -ThCBD1-Mal4 (L2) (SEQ ID NO: 54 (SEQ ID NO: 55)) fused to the N-terminus of the RfcohΔG library using Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit (Zymo Research) A cellulase co-expressing RfcohΔG library was prepared by transforming to.
生育した菌体コロニーを500μlのSD-URA-Trp液体培地(yeast nitrogen base without amino acids without ammonium sulfate 1.7g、カザミノ酸10g、-URA-Trpアミノ酸mix 0.72g、グルコース10g、脱イオン水1000ml)に植菌し、30℃、20時間培養した菌液を前培養液とした。100μlの前培養液を新たに500μlのSD-URA-Trp液体培地へ植菌し、30℃、20時間培養し本培養を行った。遠心分離により菌体を回収し、50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で洗浄後の菌体を用いてリン酸膨潤セルロース(PSC)分解試験を行った。 Growing bacterial colonies in 500 μl of SD-URA-Trp liquid medium (yeast nitrogen base without amino acids without ammonium sulfate 1.7 g, casamino acid 10 g, -URA-Trp amino acid mix 0.72 g, glucose 10 g, deionized water 1000 ml) The bacterial solution which was inoculated and cultured at 30 ° C. for 20 hours was used as a preculture solution. 100 μl of the preculture was newly inoculated into 500 μl of SD-URA-Trp liquid medium and cultured at 30 ° C. for 20 hours for main culture. The cells were collected by centrifugation, and subjected to a phosphate swelling cellulose (PSC) degradation test using the cells after washing with 50 mM citrate buffer (pH 5.0).
1%PSC溶液100ulに、200ulの50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で懸濁した菌体を100ul添加し、40℃で20〜24時間反応後に、遠心上清中の還元糖量をTZアッセイ法により測定した。スクリーニングは96穴プレート2枚分、合計192クローンのスクリーニングを行った。次に、上位10クローンを選抜し、3連で同様のPSC分解試験を行った。その結果、図21に示すように、最も活性が高かったクローンでは糖鎖除去前と比較して、約1.7倍活性が向上していた。また、得られた上位7クローンの配列解析を行った結果を図22に示す。図22に示す、No.1、2、3、7、8、9及び10のコヘシンのアミノ酸配列を、配列番号88〜94にそれぞれ示す。 Add 100ul of cells suspended in 200ul of 50mM citrate buffer (pH 5.0) to 100ul of 1% PSC solution, and after reaction at 40 ° C for 20-24 hours, reduce the amount of reducing sugar in the supernatant by TZ assay Measured by the method. Screening was performed on a total of 192 clones for two 96-well plates. Next, the top 10 clones were selected and the same PSC degradation test was performed in triplicate. As a result, as shown in FIG. 21, the clone with the highest activity had an activity improvement of about 1.7 times compared to before the removal of the sugar chain. In addition, FIG. 22 shows the results of sequence analysis of the obtained upper 7 clones. As shown in FIG. The amino acid sequences of cohesins of 1, 2, 3, 7, 8, 9 and 10 are shown in SEQ ID NOs: 88 to 94, respectively.
(ルミノコッカスフラボファシエンス由来ScaBコヘシンの最適長の検討)
ルミノコッカスフラボファシエンス由来ScaBコヘシンをS.cerevisiae表層へ提示した時の最適長を決定するために、様々な長さのScaBコヘシン提示酵母を作製した。具体的には、実施例4で作製したpDL-Rf4cohAGA2ベクターのC末端側1コヘシンをPCR法によって削除する事でpDL-Rf3cohAGA2ベクターを作製した。また、pDL-Rf4cohAGA2ベクターのXhoIサイトに、ScaB-4コヘシンのN末端側2コヘシン、あるいは4コヘシンを1単位として、それらを複数単位導入する事で、pDL-Rf 6、8、12、16、20 cohAGA2ベクターを作製した。取得したベクターをBJ-AGA1に相同組換えすることで、ScaB-3、4、6、8、12、16、20コヘシン(配列番号56(配列番号57)、配列番号58(配列番号59)、配列番号60(配列番号61)、配列番号62(配列番号63)、配列番号64(配列番号65)、配列番号66(配列番号67)、配列番号68(配列番号69))を表層に提示する酵母(マルチコヘシン酵母)を作製した。YPD培地で一晩培養し、実施例3と同様にAntiV5-FITC抗体で標識し、フローサイトメトリーを行い、酵母表層のコヘシン提示量を比較した。その結果、図23に示すように、提示量はコヘシン長により減少するものの、20コヘシンの長さでも酵母細胞表層に提示される事が分かった。
(Examination of optimal length of ScaB cohesin derived from Luminococcus flavofaciens)
In order to determine the optimum length when ScaB cohesin derived from Luminococcus flavfaciens was presented to the surface of S. cerevisiae, ScaB cohesin-presenting yeasts of various lengths were prepared. Specifically, the pDL-Rf3cohAGA2 vector was prepared by deleting the C-terminal 1 cohesin of the pDL-Rf4cohAGA2 vector prepared in Example 4 by PCR. In addition, by introducing multiple units of the N-terminal 2 cohesin of ScaB-4 cohesin or 4 cohesin into the XhoI site of the pDL-Rf4cohAGA2 vector, pDL-Rf 6, 8, 12, 16, A 20 cohAGA2 vector was constructed. By homologous recombination of the obtained vector with BJ-AGA1, ScaB-3, 4, 6, 8, 12, 16, 20 cohesin (SEQ ID NO: 56 (SEQ ID NO: 57), SEQ ID NO: 58 (SEQ ID NO: 59), SEQ ID NO: 60 (SEQ ID NO: 61), SEQ ID NO: 62 (SEQ ID NO: 63), SEQ ID NO: 64 (SEQ ID NO: 65), SEQ ID NO: 66 (SEQ ID NO: 67), SEQ ID NO: 68 (SEQ ID NO: 69)) are presented on the surface layer. Yeast (multicohesin yeast) was prepared. The cells were cultured overnight in YPD medium, labeled with AntiV5-FITC antibody in the same manner as in Example 3, flow cytometry was performed, and the amount of cohesin presented on the surface of yeast was compared. As a result, as shown in FIG. 23, it was found that although the amount of presentation decreased with the cohesin length, it was also presented on the surface of the yeast cell even with a length of 20 cohesins.
(マルチコヘシン酵母を用いたPSC分解活性評価(セルラーゼ同時発現))
実施例9で取得したRfDoc(mut)-ThCBD1-Mal4(L2)を、pRS436-GAPSSRG(図8)のSphIサイトにサブクローニングした発現ベクターを作製し、Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit(Zymo Research)を用いて、各マルチコヘシン酵母に形質転換した。生育した菌体のPSC分解活性を実施例6と同様の方法で測定した。結果を図24に示す。また、2% Avicel溶液100μlに、菌体懸濁液を100ul添加し、40℃で20〜24時間反応後に、遠心上清中の還元糖量をTZアッセイ法により測定する事でAvicel分解活性も測定した。結果を図25に示す。図24及び図25に示すように、PSC、Avicel分解活性共に12コヘシンの時が最もセルロース分解活性が高かった。
(Evaluation of PSC degradation activity using multi-cohesin yeast (cellulase simultaneous expression))
An expression vector was prepared by subcloning RfDoc (mut) -ThCBD1-Mal4 (L2) obtained in Example 9 into the SphI site of pRS436-GAPSSRG (FIG. 8), and Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit (Zymo Research) was prepared. Used to transform each multi-cohesin yeast. The PSC decomposition activity of the grown cells was measured in the same manner as in Example 6. The results are shown in FIG. In addition, 100 ul of the cell suspension was added to 100 μl of 2% Avicel solution, and after the reaction at 40 ° C. for 20 to 24 hours, the amount of reducing sugar in the centrifugal supernatant was measured by TZ assay method, and the Avicel degradation activity was also improved. It was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIGS. 24 and 25, the cellulolytic activity was highest when both PSC and Avicel degrading activities were 12 cohesins.
(マルチコヘシン酵母を用いたPSC分解活性評価(セルラーゼ外部添加))
実施例9で取得したRfDoc(mut)をC末端に融合したCtCel8A-RfDoc(mut)(配列番号70(配列番号71))、CtCbhA-RfDoc(mut)(配列番号72(配列番号73))を、T7p-セルラーゼ遺伝子-Hisタグ-T7tとなるようにpET23bベクターにサブクローニングし、大腸菌発現用ベクターを作製した。作製したベクターをBL21DE3に形質転換し、各セルラーゼを菌体内発現させ、菌体破砕液からニッケルカラムを用いて目的のセルラーゼを精製した。次に、YPD培地で一晩培養したマルチコヘシン酵母を50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で洗浄した菌体に対して、各精製酵素を添加し4℃で一晩結合反応を行った。結合反応後の菌体を50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で洗浄し、実施例12と同様の方法でCtCel8A-RfDoc(mut)のPSC分解活性とCtCbhA-RfDoc(mut)のAvicel分解活性を測定した。結果を図26、図27に示す。これらの図に示すように、どちらの精製セルラーゼを結合させた時も12コヘシンにおいて最もセルロース分解活性が高かった。実施例12、13の結果から、ルミノコッカスフラボファシエンス由来ScaBコヘシンをS.cerevisiae表層へ提示した時の最適長は12コヘシンである事がわかった。
(Evaluation of PSC degradation activity using multi-cohesin yeast (external addition of cellulase))
CtCel8A-RfDoc (mut) (SEQ ID NO: 70 (SEQ ID NO: 71)) and CtCbhA-RfDoc (mut) (SEQ ID NO: 72 (SEQ ID NO: 73)) obtained by fusing RfDoc (mut) obtained in Example 9 to the C-terminus Subcloning into the pET23b vector so as to be T7p-cellulase gene-His tag-T7t, an E. coli expression vector was prepared. The prepared vector was transformed into BL21DE3, each cellulase was expressed in the cells, and the target cellulase was purified from the cell disruption solution using a nickel column. Next, each purified enzyme was added to the cells washed with 50 mM citrate buffer (pH 5.0) of multi-cohesin yeast cultured overnight in YPD medium, and a binding reaction was performed overnight at 4 ° C. The cells after the binding reaction were washed with 50 mM citrate buffer (pH 5.0), and the PSC degradation activity of CtCel8A-RfDoc (mut) and the Avicel degradation activity of CtCbhA-RfDoc (mut) were obtained in the same manner as in Example 12. It was measured. The results are shown in FIGS. As shown in these figures, 12 cohesins had the highest cellulolytic activity when either purified cellulase was bound. From the results of Examples 12 and 13, it was found that the optimal length when the ScaB cohesin derived from luminococcus flavfaciens was presented to the surface of S. cerevisiae was 12 cohesin.
(コヘシン長による近接効果の評価)
1、4、12コヘシンをそれぞれ提示する酵母に2種類のセルラーゼを同時発現させ、コヘシン長による近接効果の比較を行った。具体的には、RfDoc(mut)-ThCBD1-Mal4(L2)、及びRfDoc(mut)-ThCBD1-TrEG2(L4)(配列番号74(配列番号75))の上流にHXT3相同領域、TDH3プロモーターおよびSSRGシグナル配列、下流にDIT1ターミネーター、BleマーカーおよびHXT3相同領域を持つ、pXB- RfDoc(mut)-ThCBD1-Mal4(L2)、及びRfDoc(mut)-ThCBD1-TrEG2(L4)ベクターを作製した(図28)。また、同様にRfDoc(mut)-ThCBD1-Mal4(L2)、及びRfDoc(mut)-ThCBD1-TrEG2(L4)の上流にLeu3相同領域、TDH3プロモーターおよびSSRGシグナル配列、下流にDIT1ターミネーター、G418マーカーおよびLeu3相同領域を持つ、pLG- RfDoc(mut)-ThCBD1-Mal4(L2)、及びRfDoc(mut)-ThCBD1-TrEG2(L4)ベクターを作製した(図29)。取得したベクターを1、4、12コヘシンをそれぞれ提示する酵母に形質転換し、相同組換えすることで各種セルラーゼを発現する酵母を作製した。
(Evaluation of proximity effect by cohesin length)
Two types of cellulases were co-expressed in yeasts presenting 1, 4 and 12 cohesins, respectively, and the proximity effect by cohesin length was compared. Specifically, HXT3 homology region, TDH3 promoter and SSRG upstream of RfDoc (mut) -ThCBD1-Mal4 (L2) and RfDoc (mut) -ThCBD1-TrEG2 (L4) (SEQ ID NO: 74 (SEQ ID NO: 75)) PXB-RfDoc (mut) -ThCBD1-Mal4 (L2) and RfDoc (mut) -ThCBD1-TrEG2 (L4) vectors having a signal sequence, DIT1 terminator downstream, Ble marker and HXT3 homology region were prepared (FIG. 28). ). Similarly, Leu3 homologous region, TDH3 promoter and SSRG signal sequence upstream of RfDoc (mut) -ThCBD1-Mal4 (L2) and RfDoc (mut) -ThCBD1-TrEG2 (L4), DIT1 terminator, G418 marker and PLG-RfDoc (mut) -ThCBD1-Mal4 (L2) and RfDoc (mut) -ThCBD1-TrEG2 (L4) vectors having Leu3 homologous regions were prepared (FIG. 29). The obtained vectors were transformed into yeasts presenting 1, 4, and 12 cohesins, respectively, and yeasts expressing various cellulases were produced by homologous recombination.
作製した酵母株を500μlのYPD液体培地(10g/l yeast extract, 20g/l peptone, 20g/l glucose)に植菌し、30℃、20時間培養した菌液を前培養液とした。100μlの前培養液を新たに500μlのYPD液体培地へ植菌し、30℃、20時間培養し本培養を行った。遠心分離により菌体を回収し、50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で洗浄後の菌体を用いてAvicel分解試験を行った。2%Avicel溶液100ulに、200ulの50mMクエン酸バッファー(pH5.0)で懸濁した菌体を100ul添加し、40℃で4時間反応後に、遠心上清中の還元糖量をTZアッセイ法により測定した。全ての反応は3連で行った。結果を図30に示す。 The prepared yeast strain was inoculated into 500 μl of YPD liquid medium (10 g / l yeast extract, 20 g / l peptone, 20 g / l glucose), and cultured at 30 ° C. for 20 hours as a preculture solution. 100 μl of the preculture was newly inoculated into 500 μl of YPD liquid medium and cultured at 30 ° C. for 20 hours for main culture. The cells were collected by centrifugation, and the Avicel degradation test was performed using the cells after washing with 50 mM citrate buffer (pH 5.0). Add 100ul of cells suspended in 200ul of 50mM citrate buffer (pH 5.0) to 100ul of 2% Avicel solution, and after reacting at 40 ° C for 4 hours, reduce the amount of reducing sugar in the supernatant by TZ assay. It was measured. All reactions were performed in triplicate. The results are shown in FIG.
図30に示すように、コヘシン長が長いほど2種類のセルラーゼの相乗効果が高くなっており、セルラーゼが高度に集積化する事で、より近接効果が高まったことがわかった。 As shown in FIG. 30, the longer the cohesin length, the higher the synergistic effect of the two types of cellulases, and it was found that the proximity effect was further increased by highly integrating cellulases.
(ScaB-XドックリンからのN型糖鎖の除去)
ScaB-Xドックリンは機能未知のXドメイン(モジュール)とドックリンドメインから構成されるが、図31に示すように、Xドメイン中にN型糖鎖付加配列が1ヶ所存在し、酵母で発現する際に糖鎖が付加され、コヘシンとの結合などで立体障害が生じている事が予測された。そこで、ScaB-XドックリンからXドメインを除去したScaBΔXドックリンを作製し、実施例3の方法を用いてBYScaE株(ScaEコヘシン提示株)への結合試験を行った。また、XドメインのN型糖鎖付加配列にNNK変異を導入したライブラリーを作製し、同様にBYScaE株(ScaEコヘシン提示株)への結合試験を行う事で、ScaB-Xドックリンの改変を行った。
(Removal of N-type sugar chain from ScaB-X Docklin)
ScaB-X dockerin is composed of an X domain (module) whose function is unknown and a dockerin domain. As shown in FIG. 31, there is one N-type glycosylation sequence in the X domain, which is expressed in yeast. It was predicted that a sugar chain was added and steric hindrance occurred due to binding with cohesin. Therefore, a ScaBΔX dockerin from which the X domain was removed from the ScaB-X dockerin was prepared, and a binding test to BYScaE strain (ScaE cohesin presenting strain) was performed using the method of Example 3. In addition, a library with an NNK mutation introduced into the N-type glycosylation sequence of the X domain was prepared, and the binding test to BYScaE strain (ScaE cohesin presenting strain) was similarly performed to modify ScaB-X dockerin. It was.
その結果、Xドメインを完全に除去したScaBΔXドックリンは、ScaEコヘシンとの結合能を完全に消失していた。このことからXドメインはScaB-XドックリンとScaEコヘシンの結合に重要である事が示唆された。一方、NNK変異を導入したライブラリーから40クローンを選び、ScaEコヘシンとの結合試験を行った結果、図32に示すように、糖鎖除去前と比較して結合量が1.5倍程度向上した改変体を複数取得した。上位クローンについて配列解析を行った結果、図33に示すように、電荷を持つアミノ酸が多く選択されていた。 As a result, the ScaBΔX dockrin from which the X domain was completely removed completely lost the ability to bind to ScaE cohesin. This suggests that the X domain is important for the binding of ScaB-X dockerin and ScaE cohesin. On the other hand, 40 clones were selected from the library with the NNK mutation introduced, and as a result of the binding test with ScaE cohesin, as shown in FIG. Obtained multiple bodies. As a result of sequence analysis of the upper clone, as shown in FIG. 33, a large number of charged amino acids were selected.
実施例9及び10で得られた、不要な糖鎖を除去したコヘシン、ドックリン変異体が他のセルラーゼにおいても有意に機能するのかを調べるために、ThCBD1-Mal4(L2)以外のセルラーゼを用いてPSC分解活性を評価した。具体的には、ThCBD1-TrEG2(L4)、ThCBD1-Mal4(L2)、Talaromyces emersonii由来CBHI(TeCBHI、配列番号76(配列番号77)、CtCBHA、Aspergillus niger由来CBHA(AnCBHA、配列番号78(配列番号79))、Phanerochaete chrysosporium由来Cel7e(PcCel7e、配列番号80(配列番号81))にRfDoc(mut)を融合させ、実施例10で取得した変異体No.3を提示する酵母に同時発現させ、PSC分解活性を測定した。図34に、天然型のコヘシン、ドックリンを持つセルロソーム酵母のPSC分解活性を1とした時の相対活性で示す。 In order to investigate whether the cohesin or dockrin mutant obtained by removing unnecessary sugar chains obtained in Examples 9 and 10 functions significantly in other cellulases, a cellulase other than ThCBD1-Mal4 (L2) was used. PSC degradation activity was evaluated. Specifically, ThCBD1-TrEG2 (L4), ThCBD1-Mal4 (L2), Talaromyces emersonii-derived CBHI (TeCBHI, SEQ ID NO: 76 (SEQ ID NO: 77), CtCBHA, Aspergillus niger-derived CBHA (AnCBHA, SEQ ID NO: 78 (SEQ ID NO: 78 79)), RfDoc (mut) was fused to Phanerochaete chrysosporium-derived Cel7e (PcCel7e, SEQ ID NO: 80 (SEQ ID NO: 81)), and co-expressed in the yeast displaying mutant No. 3 obtained in Example 10, and PSC The degradation activity was measured and is shown in Fig. 34 as relative activity when the PSC degradation activity of cellulosome yeast having natural cohesin and dockerin is 1.
図34に示すように、全てのセルラーゼにおいて、ドックリンの糖鎖を最適化する事でPSC分解活性が向上していた。また、ドックリン、コヘシン共に糖鎖を最適化したセルロソーム酵母では、さらにPSC分解活性が向上しており、両ドメインに付加する糖鎖量を制御する事が、真核生物で人工セルロソームを構築する上で重要である事が示唆された。 As shown in FIG. 34, in all cellulases, the PSC degradation activity was improved by optimizing the sugar chain of dockrin. Cellulosomal yeasts with optimized sugar chains for both dockrin and cohesin have further improved PSC degradation activity, and controlling the amount of sugar chains added to both domains is important for constructing artificial cellulosomes in eukaryotes. It was suggested that it is important.
Claims (23)
前記1又は2以上の目的タンパク質の保持部位として、タイプIIIコヘシンに由来してタイプIIIドックリンと結合活性を有するコヘシンを6個以上20個以下備える骨格タンパク質を含み、
前記目的タンパク質が有するタイプIIIドックリンとしてのRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaAドックリンに対して、前記コヘシンとしてRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaBコヘシンを用い、
前記目的タンパク質が有するタイプIIIドックリンとしてのScaB−Xドックリンに対して、前記コヘシンとしてRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaEコヘシンを用いる、
人工骨格材料。 An artificial skeletal material for holding one or more target proteins,
As a holding site for the one or two or more target proteins, a backbone protein comprising 6 or more and 20 or less cohesins derived from type III cohesins and having binding activity with type III dockins,
Using ScaA cohesin derived from Ruminococcus flavefaciens (Luminococcus flavefaciens) as the cohesin against ScaA dockrin derived from Ruminococcus flavefaciens (Lumicoccus flavefaciens) as a type III dockin possessed by the target protein,
Using ScaE cohesin derived from Ruminococcus flavefaciens (Ruminococcus flavefaciens) as the cohesin against ScaB-X dockin as a type III dockin possessed by the target protein,
Artificial skeleton material.
(a)アスパラギンがアスパラギン以外の他のアミノ酸残基に置換されている
(b)アスパラギンの2残基下流のセリン又はスレオニンが、セリン及びスレオニン以外の他のアミノ酸残基に置換されている The artificial skeletal material according to claim 1 or 2, wherein at least a part of one or more N-type sugar chain modification planned sites provided in the skeletal protein is substituted in any of the following modes .
(A) Asparagine is substituted with an amino acid residue other than asparagine (b) Two residues downstream of serine or threonine of asparagine are substituted with other amino acid residues other than serine and threonine
前記1又は2以上の目的タンパク質の保持部位として、タイプIIIコヘシンに由来してタイプIIIドックリンと結合活性を有するコヘシンを4個備える骨格タンパク質を含み、
前記目的タンパク質が有するタイプIIIドックリンとしてのRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaAドックリンに対して、前記コヘシンとしてRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaBコヘシンを用い、
前記目的タンパク質が有するタイプIIIドックリンとしてのScaB−Xドックリンに対して、前記コヘシンとしてRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaEコヘシンを用い、
前記骨格タンパク質が備える1又は2以上のN型糖鎖修飾予定部位の少なくとも一部において、以下のいずれかの態様の置換がなされている、人工骨格材料。
(a)アスパラギンがアスパラギン以外の他のアミノ酸残基に置換されている
(b)アスパラギンの2残基下流のセリン又はスレオニンが、セリン及びスレオニン以外の他のアミノ酸残基に置換されている An artificial skeletal material for holding one or more target proteins,
As a retention site for the one or more target proteins, a scaffold protein comprising four cohesins derived from a type III cohesin and having binding activity with a type III dockerin,
Using ScaA cohesin derived from Ruminococcus flavefaciens (Luminococcus flavefaciens) as the cohesin against ScaA dockrin derived from Ruminococcus flavefaciens (Lumicoccus flavefaciens) as a type III dockin possessed by the target protein,
Using ScaE cohesin derived from Ruminococcus flavefaciens (Ruminococcus flavefaciens) as the cohesin against ScaB-X dockin as a type III dockin possessed by the target protein,
An artificial skeletal material in which at least a part of one or two or more N-type sugar chain modification scheduled sites provided in the skeletal protein is substituted in any of the following modes.
(A) Asparagine is substituted with an amino acid residue other than asparagine (b) Two residues downstream of serine or threonine of asparagine are substituted with other amino acid residues other than serine and threonine
(a)アスパラギンがアスパラギン以外の他のアミノ酸残基に置換されている
(b)アスパラギンの2残基下流のセリン又はスレオニンが、セリン及びスレオニン以外の他のアミノ酸残基に置換されている The artificial skeleton according to any one of claims 1 to 6 , wherein the type III dockerin of the target protein is substituted in any one of the following modes at one or more N-type sugar chain modification sites. material.
(A) Asparagine is substituted with an amino acid residue other than asparagine (b) Two residues downstream of serine or threonine of asparagine are substituted with other amino acid residues other than serine and threonine
タイプIIIドックリンに由来して前記コヘシンに結合活性を有するドックリンをそれぞれ有する1又は2以上の目的タンパク質と、
を備え、
前記目的タンパク質が有するタイプIIIドックリンとしてのRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaAドックリンに対して、前記コヘシンとしてRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaBコヘシンを用い、
前記目的タンパク質が有するタイプIIIドックリンとしてのScaB−Xドックリンに対して、前記コヘシンとしてRuminococcus flavefaciens(ルミノコッカス・フラベファシエンス)由来のScaEコヘシンを用いる、
複合材料。 The artificial skeletal material according to any one of claims 1 to 10 ,
One or more target proteins each derived from a type III dockerin and having a dockin binding activity to the cohesin;
With
Using ScaA cohesin derived from Ruminococcus flavefaciens (Luminococcus flavefaciens) as the cohesin against ScaA dockrin derived from Ruminococcus flavefaciens (Lumicoccus flavefaciens) as a type III dockin possessed by the target protein,
Using ScaE cohesin derived from Ruminococcus flavefaciens (Ruminococcus flavefaciens) as the cohesin against ScaB-X dockin as a type III dockin possessed by the target protein,
Composite material.
(a)アスパラギンがアスパラギン以外の他のアミノ酸残基に置換されている
(b)アスパラギンの2残基下流のセリン又はスレオニンが、セリン及びスレオニン以外の他のアミノ酸残基に置換されている The composite material according to claim 11 , which has substitution of any one of the following modes at one or more N-type sugar chain modification scheduled sites of the dockrin.
(A) Asparagine is substituted with an amino acid residue other than asparagine (b) Two residues downstream of serine or threonine of asparagine are substituted with other amino acid residues other than serine and threonine
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