JP6656919B2 - 5-oxoprolinase, 5-oxoprolinase gene, and method for producing 5-oxoprolinase - Google Patents
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Description
本発明は、5−オキソプロリナーゼ、5−オキソプロリナーゼ遺伝子、および5−オキソプロリナーゼの製造法に関する。 The present invention relates to a 5-oxoprolinase, a 5-oxoprolinase gene, and a method for producing 5-oxoprolinase.
しょうゆ、酵母エキス、あるいは発酵調味料等の製造において、エンドペプチダーゼおよびエキソペプチダーゼによる酵素的分解、あるいは酸による化学的分解等により、大豆、小麦、ゼラチン、カゼイン等の蛋白質原料から遊離されるL−グルタミン酸(「うま味」成分)が、熱や圧力の存在下、非酵素的な反応によってL−ピログルタミン酸(うま味を有さない)へと変化し、その結果、うま味が低下してしまう現象が報告されている(非特許文献1)。この課題に対する方策として、これらの食品に5−オキソプロリナーゼを作用させる酵素分解型調味料が提案されている(特許文献1)。特許文献1に開示されている5-オキソプリナーゼはパン酵母由来であり、そのアミノ酸配列の記載はない。
In the production of soy sauce, yeast extract, or fermented seasoning, etc., L- released from protein raw materials such as soybean, wheat, gelatin, and casein by enzymatic degradation by endopeptidase and exopeptidase, or chemical degradation by acid, etc. Glutamic acid ("umami" component) is converted to L-pyroglutamic acid (no umami) by non-enzymatic reaction in the presence of heat and pressure, and as a result, umami is reduced. (Non-Patent Document 1). As a measure against this problem, an enzyme-decomposable seasoning in which 5-oxoprolinase is allowed to act on these foods has been proposed (Patent Document 1). The 5-oxopurinase disclosed in
5−オキソプロリナーゼ(5−oxoprolinase、5−oxo−L−prolinase)は、国際生化学連合の酵素委員会による分類基準においてEC 3.5.2.9に分類され、ピログルタマーゼ(pyroglutamase)、ピログルタミン酸加水分解酵素(pyroglutamic hydrolase、pyroglutamate hydrolase)、ピロリドンカルボン酸加水分解酵素(L−pyrrolidone carboxylate)とも称される酵素である。5−オキソプロリナーゼは、L−ピログルタミン酸(L−pyroglutamic acid、5−オキソプロリン、5−oxoproline、5−oxo−L−proline、(S)−5−オキソピロリジン−2−カルボン酸等ともいう)をH2OおよびATPの存在下で加水分解し、うま味成分として知られているL−グルタミン酸とリン酸を生成する反応を触媒する。5-oxoprolinase (5-oxoprolinase, 5-oxo-L-prolinase) is classified into EC 3.5.2.9 according to the classification standard of the Enzyme Committee of the International Union of Biochemistry, and includes pyroglutamase, pyroglutamase, and pyroglutamase. It is an enzyme also called glutamic acid hydrolase (pyroglutamic hydrolase, pyroglutamate hydrolase) and pyrrolidone carboxylic acid hydrolase (L-pyrrolidone carboxylate). 5-oxoprolinase is also referred to as L-pyroglutamic acid (L-pyroglutamic acid, 5-oxoproline, 5-oxoproline, 5-oxo-L-proline, (S) -5-oxopyrrolidine-2-carboxylic acid, and the like). ) was hydrolyzed in the presence of H 2 O and ATP, catalyzes the reaction to produce L- glutamic acid and phosphoric acid known as umami.
L−ピログルタミン酸+2H2O+ATP → L−グルタミン酸+ADP+リン酸
上述の通り、5−オキソプロリナーゼは、L−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸を生成できるので、L−ピログルタミン酸を含有する飲食品に作用させることにより、該飲食品中のL−グルタミン酸含有量を増加させて、うま味を向上させることが期待される。L- pyroglutamic acid + 2H 2 O + ATP → L- glutamic acid + ADP + phosphate as described above, 5-oxo-Pro Li proteinase, it is possible to generate an L- glutamic acid L- pyroglutamic acid, to act on the food or drink containing L- pyroglutamic acid Thereby, it is expected that the L-glutamic acid content in the food or drink is increased to improve umami.
また、飲食品のうま味向上以外に期待される5−オキソプロリナーゼの用途としては、例えば、5−オキソプロリナーゼがL体に特異的に作用することを利用して、ピログルタミン酸やグルタミン酸のラセミ体からの光学異性体の分離が挙げられる。さらに、食品、血清、尿中等に含まれるL−ピログルタミン酸を定量する目的で、5−オキソプロリナーゼを利用することも可能である。このように、5−オキソプロリナーゼには、多岐に渡る産業上の用途が期待される。 In addition, 5-oxoprolinase is expected to be used for purposes other than improving the umami of foods and drinks, for example, by utilizing the fact that 5-oxoprolinase acts specifically on the L-isomer, to prepare racemic pyroglutamic acid or glutamic acid. Separation of optical isomers from the body. Furthermore, for the purpose of quantifying L-pyroglutamic acid contained in foods, serum, urine and the like, 5-oxoprolinase can be used. As described above, 5-oxoprolinase is expected to have a wide variety of industrial uses.
これまでに、いくつかの生物種から、5−オキソプロリナーゼ活性が確認され、酵素の抽出や酵素学的性質の解析がなされている。例えば、ラット(肝臓(非特許文献2)、腎臓(非特許文献3))、シュードモナス(Pseudomonsas)属(非特許文献4)、小麦胚芽(非特許文献5)、アルカリゲネス(Alcaligenes)属(非特許文献6)の5−オキソプロリナーゼが知られている。また、パン酵母において、5−オキソプロリナーゼタンパク質を強制発現させた例がある(非特許文献7)。 Until now, 5-oxoprolinase activity has been confirmed in several species, and extraction of enzymes and analysis of enzymological properties have been performed. For example, rats (liver (Non-patent document 2), kidney (Non-patent document 3)), genus Pseudomonas (Non-patent document 4), wheat germ (Non-patent document 5), genus Alcaligenes (Non-patent document) The 5-oxoprolinase of literature 6) is known. There is also an example in which 5-oxoprolinase protein is forcibly expressed in baker's yeast (Non-Patent Document 7).
しかし、先に述べたような多岐にわたる用途が期待されている酵素であるにも関わらず、今日まで、上述の各種公知の酵素を含め、5−オキソプロリナーゼが産業上利用可能な製品として量産され、市販されている実績はなく、各種用途に好適に利用可能な5−オキソプロリナーゼが提供されることが強く望まれている。 However, in spite of being an enzyme expected to be used in a wide variety of applications as described above, to date, 5-oxoprolinase, including the above-mentioned various known enzymes, has been mass-produced as an industrially usable product. However, there is no record of commercialization, and it is strongly desired to provide 5-oxoprolinase which can be suitably used for various uses.
本発明は、各種用途に好適に利用可能な5−オキソプロリナーゼ、例えば、飲食品のうま味向上や、ラセミ体からの光学異性体の分離、L−ピログルタミン酸の定量等の用途に好適に使用できる5−オキソプロリナーゼを提供することを課題とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is preferably used in various applications such as 5-oxoprolinase, for example, for improving the umami of foods and drinks, separating optical isomers from racemates, and quantifying L-pyroglutamic acid. An object of the present invention is to provide a 5-oxoprolinase that can be obtained.
上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、アスペルギルス属に属する微生物から、従来報告されていた各種5−オキソプロリナーゼとは酵素学的性質が顕著に異なる新規な5−オキソプロリナーゼを見出し、この酵素タンパク質をコードする遺伝子を単離した。さらに、この5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含有する微生物又は該5−オキソプロリナーゼ生産能を有する微生物を培地に培養し、得られる培養物から5−オキソプロリナーゼを採取して、この酵素が各種産業上の用途において好適に利用可能な性質を有していることを見出し、本発明を完成した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, a novel 5-oxoprolinase which is remarkably different from various 5-oxoprolinases conventionally reported from microorganisms belonging to the genus Aspergillus. -Oxoprolinase was found and the gene encoding this enzyme protein was isolated. Further, a microorganism containing the 5-oxoprolinase gene or a microorganism having the ability to produce 5-oxoprolinase is cultured in a medium, and 5-oxoprolinase is collected from the obtained culture, and the enzyme is used in various manners. They have found that they have properties that can be suitably used in industrial applications, and have completed the present invention.
即ち、本発明は、以下に関する。 That is, the present invention relates to the following.
(1)以下の(a)または(b)の5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質。
(a)配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を示すアミノ酸配列を有し5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質
(b)配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が、付加、欠失もしくは置換されたアミノ酸配列を有し5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質
(2)下記の酵素学的性質を有し、5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質。
i)作用:L−ピログルタミン酸をL−グルタミン酸に変換する
ii)分子量:タンパク質のポリペプチド鎖部分の分子量が約140kDaである
iii)至適pH:pH7.0〜pH8.0である
iv)安定pH:pH6.0〜pH9.0である
v)温度安定性:Tris−HCl緩衝液(pH8.0)中、37℃で15分間処理後に80%以上の活性が残存する
vi)至適温度:Tris−HCl緩衝液(pH8.0)中、25℃〜45℃である
vii)ATP、1価カチオン、および2価カチオン要求性を示す
(3)アスペルギルス属に属する微生物由来である、上記(2)に記載の5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質。
(4)アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)由来である、上記(3)に記載の5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質。
(5)以下の(c)または(d)の5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質をコードする5−オキソプロリナーゼ遺伝子。
(c)配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を示すアミノ酸配列を有し5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質
(d)配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が、付加、欠失もしくは置換されたアミノ酸配列を有し5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質
(6)以下の(e)または(f)のDNAを有する5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質をコードする5−オキソプロリナーゼ遺伝子。
(e)配列番号4、5、56および57のいずれかで表される塩基配列を有するDNA
(f)配列番号4、5、56および57のいずれかで表される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
(7)上記(5)または(6)記載の5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含む組換えベクター。
(8)上記(7)記載の組換えベクターを含む形質転換体または形質導入体。
(9)上記(8)記載の形質転換体または形質導入体を培地に培養し、得られる培養物から5−オキソプロリナーゼを採取することを特徴とする5−オキソプロリナーゼの製造法。
(10)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質、上記(5)もしくは(6)に記載の遺伝子によりコードされる5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質、または上記(8)記載の形質転換体もしくは形質導入体を含む、飲食品用のうま味改善剤。
(11)L−ピログルタミン酸を含有する飲食品と上記(10)記載のうま味改善剤に含まれるタンパク質を混合する、または、L−ピログルタミン酸を含有する飲食品を上記(10)記載のうま味改善剤に含まれる形質転換体または形質導入体を用いて発酵させることを含む、うま味のある飲食品の製造方法。
(12)L−ピログルタミン酸とD−ピログルタミン酸の分割方法であって、以下の工程、
(i) L−ピログルタミン酸およびD−ピログルタミン酸を含む溶液に、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質または(5)もしくは(6)に記載の遺伝子によりコードされる5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質を作用させ、L−ピログルタミン酸をL−グルタミン酸へと加水分解する工程、および
(ii)工程(i)において生成したL−グルタミン酸とD−ピログルタミン酸を分離する工程、
を含む前記方法。(1) A protein having the following 5-oxoprolinase activity of (a) or (b).
(A) a protein having an amino acid sequence showing 80% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by any of SEQ ID NOs: 1 and 2 and having 5-oxoprolinase activity; A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are added, deleted or substituted in the amino acid sequence represented by any of the above, and having 5-oxoprolinase activity (2) having the following enzymatic properties: And a protein having 5-oxoprolinase activity.
i) action: converts L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid ii) molecular weight: the molecular weight of the polypeptide chain portion of the protein is about 140 kDa iii) optimal pH: pH 7.0 to pH 8.0 iv) stability pH: pH 6.0 to pH 9.0 v) Temperature stability: 80% or more activity remains after treatment at 37 ° C. for 15 minutes in a Tris-HCl buffer (pH 8.0) vi) Optimum temperature: Vii) ATP having a requirement for ATP, monovalent cation, and divalent cation in a Tris-HCl buffer (pH 8.0) at 25 ° C. to 45 ° C. (3) It is derived from a microorganism belonging to the genus Aspergillus. A) a protein having a 5-oxoprolinase activity;
(4) The protein having 5-oxoprolinase activity according to (3) above, which is derived from Aspergillus sojae.
(5) A 5-oxoprolinase gene encoding a protein having the following 5-oxoprolinase activity of (c) or (d).
(C) a protein having an amino acid sequence showing 80% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 1 and 2 and having 5-oxoprolinase activity; In the amino acid sequence represented by any one, one or several amino acids have an amino acid sequence in which addition, deletion, or substitution is performed, and have a 5-oxoprolinase activity. A) 5-oxoprolinase gene encoding a protein having 5-oxoprolinase activity having the DNA of (1).
(E) DNA having a base sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57
(F) hybridizing with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57 under stringent conditions, and 5-oxoprolinase DNA encoding an active protein
(7) A recombinant vector containing the 5-oxoprolinase gene according to (5) or (6).
(8) A transformant or transductant containing the recombinant vector according to (7).
(9) A method for producing 5-oxoprolinase, comprising culturing the transformant or transductant according to (8) above in a medium, and collecting 5-oxoprolinase from the resulting culture.
(10) The protein having 5-oxoprolinase activity according to any of the above (1) to (4), and the 5-oxoprolinase activity encoded by the gene according to the above (5) or (6). An umami ameliorating agent for food or drink, comprising the protein or the transformant or the transductant according to the above (8).
(11) A food or drink containing L-pyroglutamic acid is mixed with the protein contained in the umami improving agent according to (10), or the food or drink containing L-pyroglutamic acid is mixed with the umami improving agent according to (10). A method for producing umami food or drink, comprising fermenting using a transformant or a transductant contained in an agent.
(12) A method for separating L-pyroglutamic acid and D-pyroglutamic acid, comprising the following steps:
(i) The protein having 5-oxoprolinase activity according to any of the above (1) to (4) or the protein according to (5) or (6), in a solution containing L-pyroglutamic acid and D-pyroglutamic acid. Reacting a protein having 5-oxoprolinase activity encoded by the gene to hydrolyze L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid, and
(ii) a step of separating L-glutamic acid and D-pyroglutamic acid produced in step (i),
The method comprising:
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願2013-027844号の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。 This description includes part or all of the contents as disclosed in the description and / or drawings of Japanese Patent Application No. 2013-027844, which is a priority document of the present application.
本発明によれば、上述の各種用途に好適に利用できる新規な5−オキソプロリナーゼを提供できる。本発明の一態様において、本発明の5−オキソプロリナーゼは、公知の酵素よりもpH変化の影響を受けにくく、広範なpHで用いることができる。さらに、本発明の一態様において、本発明の5−オキソプロリナーゼは、基質との親和性も高い。加えて、本発明の5−オキソプロリナーゼの由来微生物の例であるアスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)やアスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・タマリ(Aspergillus Tamarii)等は、味噌・醤油・日本酒・焼酎などの各種醸造食品の製造に古くから使われ、長い食経験のある微生物であり、特に、飲食品への利用という用途に対しては、安全の観点からも優れており、産業上極めて有用である。 According to the present invention, it is possible to provide a novel 5-oxoprolinase that can be suitably used for the above-mentioned various uses. In one aspect of the invention, the 5-oxoprolinase of the invention is less susceptible to pH changes than known enzymes and can be used over a wide range of pH. Further, in one embodiment of the present invention, the 5-oxoprolinase of the present invention has high affinity for a substrate. In addition, Aspergillus sojae, Aspergillus oryzae, and Aspergillus tamarii, which are examples of microorganisms derived from the 5-oxoprolinase of the present invention, are miso, soy sauce, sake, and sake. A microorganism that has been used for a long time in the manufacture of various brewed foods such as shochu and has a long eating experience. It is.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(5−オキソプロリナーゼの活性測定法)
本発明の5−オキソプロリナーゼ(以下、文脈により「本酵素」という)の活性は、FEMS Yeast Res.(Vol.10、394頁〜401頁、2010年)に記載の方法を改変した方法により測定することができる。本方法においては、L−ピログルタミン酸の分子内アミド結合が加水分解されて生じるL−グルタミン酸を測定することにより酵素活性を算出する。L−グルタミン酸量の測定には、L−グルタミン酸オキシダーゼ等、L−グルタミン酸に働く酵素を用いた方法や、液体クロマトグラフィー等を用いることができ、例えば、下記の測定法を用いることができる。(Method for measuring 5-oxoprolinase activity)
The activity of the 5-oxoprolinase of the present invention (hereinafter referred to as “the present enzyme” in context) is determined by FEMS Yeast Res. (Vol. 10, pages 394 to 401, 2010), which can be measured by a modified method. In this method, the enzymatic activity is calculated by measuring L-glutamic acid generated by hydrolyzing an intramolecular amide bond of L-pyroglutamic acid. The amount of L-glutamic acid can be measured by a method using an enzyme acting on L-glutamic acid, such as L-glutamic acid oxidase, or by liquid chromatography. For example, the following measurement method can be used.
[測定法1]
基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸(MP Biomedicals社製、製造番号102781)、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕0.08mLと、活性測定対象の酵素溶液(50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で任意の濃度に希釈して調製する)0.02mLを混合し、37℃で1時間酵素反応を行わせる。次いで、前記酵素反応液を100℃、3分間加熱して酵素反応を停止後、酵素反応液中のL−グルタミン酸濃度を測定する。加熱後の反応液は、必要に応じ、遠心分離(15,000×g、10分間)した上清をL−グルタミン酸の測定に用いてもよい。なお、その他本明細書に記載の試薬は、特に記載のない限り、和光純薬工業社製、ナカライテスク社製、Sigma社製、同仁化学研究所社製、ベクトン・ディッキンソン社製、日本製薬社製、タカラバイオ社製等の試薬、純度に区別のあるものは特級グレードの試薬を用いる。[Measurement method 1]
0.08 mL of a substrate solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid (manufactured by MP Biomedicals, manufacturing number 102781), 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0] and 0.08 mL 0.02 mL of an enzyme solution to be measured (prepared by diluting to an arbitrary concentration with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) is mixed, and the enzyme reaction is performed at 37 ° C. for 1 hour. Next, the enzyme reaction solution is heated at 100 ° C. for 3 minutes to stop the enzyme reaction, and then the concentration of L-glutamic acid in the enzyme reaction solution is measured. If necessary, the reaction solution after the heating may be centrifuged (15,000 × g, 10 minutes) and the supernatant may be used for the measurement of L-glutamic acid. Other reagents described in this specification are manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Nacalai Tesque, Sigma, Dojin Chemical Laboratory, Becton Dickinson, and Nippon Pharmaceutical Co., unless otherwise specified. And Takara Bio Co., Ltd., and reagents of which purity is distinguished use a special grade reagent.
L−グルタミン酸の定量には、「ヤマサL−グルタミン酸検出キットII」(ヤマサ醤油社製、L−グルタミン酸オキシダーゼが含まれる)を用い、酵素反応液0.02mLに対し、前記キットのL−グルタミン酸検出用発色試薬0.15mLを混合、あるいは、酵素反応液0.03mLに対し、L−グルタミン酸検出用発色試薬0.12mLを混合し、20〜30分間、室温で反応後の600nmの吸光度を測定し、L−グルタミン酸標品による検量線に基づいて、酵素反応液中のL−グルタミン酸濃度を算出する(測定値)。また、前記基質溶液の代わりに緩衝液を加えて同様に反応を行い、反応液中のL−グルタミン酸濃度を算出する(ブランク値)。得られた「ブランク値」と「測定値」から下式に基づいて、5−オキソプロリナーゼの活性が計算できる。酵素活性の単位は、前述の条件下で1分間に1μmolのL−グルタミン酸を生成する酵素量を1単位(U)と定義する。
なお、式中の[Glu]は酵素反応液におけるL−グルタミン酸濃度(測定値)、[Glu blank]は50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を基質溶液の代わりに添加した反応液のL−グルタミン酸濃度(ブランク値)、[enzyme]は反応液中の5−オキソプロリナーゼの濃度、60は1時間の分数を表す。 [Glu] in the formula is the L-glutamic acid concentration (measured value) in the enzyme reaction solution, and [Glu blank] is the L of the reaction solution obtained by adding a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) instead of the substrate solution. -Glutamic acid concentration (blank value), [enzyme] represents the concentration of 5-oxoprolinase in the reaction solution, and 60 represents the fraction of one hour.
(本発明の5−オキソプロリナーゼの酵素学的性質)
実施の一態様においては、本発明の5−オキソプロリナーゼは、以下の酵素学的性質を有する。(Enzymatic properties of 5-oxoprolinase of the present invention)
In one embodiment, the 5-oxoprolinase of the invention has the following enzymatic properties:
(1)作用:分子内アミド結合を有するL−ピログルタミン酸を加水分解する。 (1) Action: Hydrolyzes L-pyroglutamic acid having an intramolecular amide bond.
(反応例:
L−ピログルタミン酸+2H2O+ATP → L−グルタミン酸+ADP+リン酸)
(2)要求性:本酵素は、ATP、1価カチオン、2価カチオン要求性を示す。(Example of reaction:
L- pyroglutamic acid + 2H 2 O + ATP → L- glutamic acid + ADP + phosphate)
(2) Requirement: This enzyme exhibits ATP, monovalent cation, and divalent cation requirements.
(3)至適pHおよび安定pH範囲:前述の測定法1を用い、緩衝液のpHを変化させ、各pHにおいて本酵素の活性を測定したとき、本酵素の至適pHはpH7.0〜pH8.0である(図1参照)。図1に示す通り、本酵素は前記至適pH範囲において、最大活性の70%以上を保持し得る。
(3) Optimum pH and stable pH range: When the activity of the present enzyme was measured at each pH by changing the pH of the buffer solution using the above-mentioned
また、本酵素液を、測定法1を用い、pH4.0〜11.0の範囲において、4℃、16時間処理した後の残存活性を測定した場合において、本酵素の安定pH範囲はpH6.0〜9.0である(図2参照)。図2に示す通り、本酵素は前記安定pH範囲で処理した場合において、最大活性の70%以上を保持し得る。また、本酵素はpH5.0以下およびpH11.0以上のpH条件下で処理した場合には、ほぼ完全に失活する。
When the residual activity of this enzyme solution after treatment at 4 ° C. for 16 hours in the range of pH 4.0 to 11.0 using the
(4)至適温度範囲:測定法1を用い、反応時の温度を変化させ、各温度における活性を測定した場合において、本酵素の至適温度は37℃である(図9参照)。 (4) Optimum temperature range: The optimum temperature of the present enzyme is 37 ° C. when the activity at each temperature is measured by changing the temperature during the reaction using the measuring method 1 (see FIG. 9).
(5)温度安定性:前記測定法1を用い、Tris−HCl緩衝液(pH8.0)中、各温度で15分間処理後の残存活性を測定した場合において、本酵素は37℃で15分間処理後に80%以上の活性を保持する。
(5) Temperature stability: When the residual activity after treatment for 15 minutes at each temperature in a Tris-HCl buffer (pH 8.0) was measured using the above-mentioned
(6)分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法により測定した結果、本酵素の分子量は約140kDaである。 (6) Molecular weight: As determined by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, the molecular weight of the present enzyme is about 140 kDa.
(7)基質特異性:本酵素はL−ピログルタミン酸を特異的にL−グルタミン酸に加水分解し、D−ピログルタミン酸は加水分解しない。 (7) Substrate specificity: The enzyme specifically hydrolyzes L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid and does not hydrolyze D-pyroglutamic acid.
なお、実施の一態様においては、本発明の5−オキソプロリナーゼの親和性をL−ピログルタミン酸に対するKm値として表した場合において、本酵素のひとつのオルソログ(As4.806、後述)ではKm値は93μM、本酵素の別のひとつのオルソログ(As4.820、後述)ではKm値は76μMである。 In one embodiment, when the affinity of the 5-oxoprolinase of the present invention is expressed as a Km value for L-pyroglutamic acid, one of the orthologs of the present enzyme (As 4.806, described later) has a Km value. Is 93 μM, and the Km value of another ortholog of this enzyme (As4.820, described later) is 76 μM.
(本発明の5−オキソプロリナーゼの由来)
本発明の5−オキソプロリナーゼは、本明細書記載の酵素学的性質を有する限り、その由来により限定されるものではないが、実施の一態様において、本発明の5−オキソプロリナーゼは、好ましくは微生物由来のタンパク質であり、さらに好ましくは糸状菌由来のタンパク質であり、さらに好ましくはアスペルギルス(Aspergillus)属に属する糸状菌、例えば、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)、アスペルギルス・タマリ(Aspergillus tamarii)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)等由来のタンパク質である。(Origin of the 5-oxoprolinase of the present invention)
Although the 5-oxoprolinase of the present invention is not limited by its origin as long as it has the enzymatic properties described herein, in one embodiment, the 5-oxoprolinase of the present invention comprises: Preferably, it is a protein derived from a microorganism, more preferably, a protein derived from a filamentous fungus, more preferably, a filamentous fungus belonging to the genus Aspergillus, such as Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae. And proteins derived from Aspergillus tamari, Aspergillus niger, and the like.
アスペルギルス・オリゼ、アスペルギルス・ソーヤ、アスペルギルス・タマリおよびアスペルギルス・ニガーは、味噌・醤油・日本酒・焼酎などの、日本における醸造食品の製造に古くから使われてきており、高い酵素生産性と、長年の利用による安全性に対する信頼の高さから、産業上特に重要な微生物である。 Aspergillus oryzae, Aspergillus soya, Aspergillus tamari and Aspergillus niger have been used in the production of brewed foods in Japan, such as miso, soy sauce, sake, and shochu, for a long time. It is a microorganism that is particularly important in industry because of its high reliability in use.
さらに、本発明の5−オキソプロリナーゼは、遺伝子組換え技術により得られる5−オキソプロリナーゼも含むものである。 Furthermore, the 5-oxoprolinase of the present invention also includes 5-oxoprolinase obtained by genetic recombination technology.
(本発明の5−オキソプロリナーゼのアミノ酸配列)
実施の一態様において、本発明の5−オキソプロリナーゼは、配列番号1および2のいずれかに表されるアミノ酸配列を有するタンパク質である。例えば、配列番号1および2のいずれかに表されるアミノ酸配列を有するタンパク質は、アスペルギルス(Aspergillus)属に属する糸状菌の染色体DNAまたはcDNA由来の5−オキソプロリナーゼ遺伝子をクローニングし、これを適当なベクター−宿主系に導入して発現させることにより得ることもできる。(Amino acid sequence of 5-oxoprolinase of the present invention)
In one embodiment, the 5-oxoprolinase of the present invention is a protein having the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 and 2. For example, a protein having an amino acid sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 1 and 2 is obtained by cloning a 5-oxoprolinase gene derived from chromosomal DNA or cDNA of a filamentous fungus belonging to the genus Aspergillus. It can also be obtained by introducing into a suitable vector-host system for expression.
さらに、本発明は、5−オキソプロリナーゼ活性を有し、配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列において1から数個のアミノ酸が付加、欠失もしくは置換されたアミノ酸配列を有するタンパク質も包含する。「1もしくは数個(複数)のアミノ酸が付加、欠失もしくは置換されたアミノ酸配列」とあるのは、目的とする5−オキソプロリナーゼ活性が得られる限り、配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列に、該アミノ酸配列とは異なる配列が付加されてもよく、また、該アミノ酸配列の一部が欠失または置換されてもよいことを意味する。アミノ酸の付加、欠失もしくは置換に関し、1もしくは数個のアミノ酸とは、1〜10個、例えば1〜9個、例えば1〜8個、例えば1〜7個、例えば1〜6個、例えば1〜5個、例えば1〜4個、例えば1〜3個のアミノ酸をいう。例えば、配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列の第1番目のメチオニンが欠失しても、本発明の5−オキソプロリナーゼと同様の酵素学的性質を有する5−オキソプロリナーゼ活性を示す限り、かかる付加・欠失・置換等を有するアミノ酸配列を有するタンパク質も本発明に含まれる。また、本発明の5−オキソプロリナーゼは、配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%、さらに好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上の配列同一性を示すアミノ酸配列を有するタンパク質を包含する。 Furthermore, the present invention has an amino acid sequence having 5-oxoprolinase activity and having one to several amino acids added, deleted or substituted in the amino acid sequence represented by any one of SEQ ID NOS: 1 and 2. Also encompasses proteins. The phrase "an amino acid sequence in which one or several (plural) amino acids are added, deleted or substituted" refers to any one of SEQ ID NOs: 1 and 2 as long as the desired 5-oxoprolinase activity is obtained. A sequence different from the amino acid sequence may be added to the represented amino acid sequence, or a part of the amino acid sequence may be deleted or substituted. Regarding the addition, deletion or substitution of amino acids, one or several amino acids means 1 to 10, for example 1 to 9, for example 1 to 8, for example 1 to 7, for example 1 to 6, for example 1 -5, for example 1-4, for example 1-3 amino acids. For example, even if the first methionine in the amino acid sequence represented by any of SEQ ID NOs: 1 and 2 is deleted, 5-oxoprolinase having the same enzymatic properties as the 5-oxoprolinase of the present invention. A protein having an amino acid sequence having such additions, deletions, substitutions, and the like is also included in the present invention as long as the protein exhibits the enzyme activity. In addition, the 5-oxoprolinase of the present invention has an amino acid sequence represented by any one of SEQ ID NOS: 1 and 2 in an amount of 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90%, and still more preferably 95% or more. More preferably, it includes a protein having an amino acid sequence showing 98% or more, more preferably 99% or more sequence identity.
(本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子)
実施の一態様としては、本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子は、上記酵素学的性質を有するタンパク質をコードする5−オキソプロリナーゼ遺伝子である。(5-oxoprolinase gene of the present invention)
In one embodiment, the 5-oxoprolinase gene of the present invention is a 5-oxoprolinase gene encoding a protein having the above-mentioned enzymatic properties.
また、実施の一態様としては、本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子は配列番号56および57のいずれかで表される塩基配列を有する5−オキソプロリナーゼ遺伝子である。 In one embodiment, the 5-oxoprolinase gene of the present invention is a 5-oxoprolinase gene having a base sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 56 and 57.
さらには、本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子は、宿主に導入し、該遺伝子の転写後に、上記酵素学的性質を有するタンパク質をコードする遺伝子へとスプライシングされる5−オキソプロリナーゼ遺伝子である。そのような遺伝子には、例えば、配列番号4および5のいずれかで表される塩基配列を有する5−オキソプロリナーゼ遺伝子が挙げられる。 Furthermore, the 5-oxoprolinase gene of the present invention is a 5-oxoprolinase gene which is introduced into a host, and after transcription of the gene, is spliced into a gene encoding a protein having the above-mentioned enzymatic properties. . Such a gene includes, for example, a 5-oxoprolinase gene having a base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4 and 5.
また、本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子は、5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質をコードする限り、配列番号4、5、56および57のいずれかで表される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質をコードする5−オキソプロリナーゼ遺伝子をも包含する。 Further, the 5-oxoprolinase gene of the present invention is complementary to a DNA consisting of the nucleotide sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57, as long as it encodes a protein having 5-oxoprolinase activity. And a 5-oxoprolinase gene that encodes a protein that hybridizes with a DNA consisting of a specific base sequence under stringent conditions and has a 5-oxoprolinase activity.
前記「ストリンジェントな条件」とは、特異的なハイブリッドのシグナルが非特異的なハイブリッドのシグナルと明確に識別される条件であり、使用するハイブリダイゼーションの系と、プローブの種類、配列および長さによって異なる。そのような条件は、ハイブリダイゼーションの温度を変えること、洗浄の温度および塩濃度を変えることにより決定可能である。例えば、非特異的なハイブリッドのシグナルまで強く検出されてしまう場合には、ハイブリダイゼーションおよび洗浄の温度を上げると共に、必要により洗浄の塩濃度を下げることにより特異性を上げることができる。また、特異的なハイブリッドのシグナルも検出されない場合には、ハイブリダイゼーションおよび洗浄の温度を下げると共に、必要により洗浄の塩濃度を上げることにより、ハイブリッドを安定化させることができる。このような最適化は、本技術分野の研究者が容易に行い得るものである。 The "stringent conditions" are conditions under which a specific hybrid signal is clearly distinguished from a non-specific hybrid signal, and the type of hybridization system to be used and the type, sequence and length of the probe are used. Depends on Such conditions can be determined by changing the temperature of hybridization, the temperature of washing, and the salt concentration. For example, when a signal of a non-specific hybrid is strongly detected, specificity can be increased by increasing the temperature of hybridization and washing and, if necessary, decreasing the salt concentration of washing. When no specific hybrid signal is detected, the hybrid can be stabilized by lowering the hybridization and washing temperatures and, if necessary, increasing the washing salt concentration. Such optimization can be easily performed by a researcher in this technical field.
ストリンジェントな条件の具体例としては、例えば、プローブとしてDNAプローブを用い、ハイブリダイゼーションは、5×SSC、1.0%(w/v) 核酸ハイブリダイゼーション用ブロッキング試薬(ベーリンガ・マンハイム社製)、0.1%(w/v) N−ラウロイルサルコシン、0.02%(w/v) SDSを用い、一晩(8〜16時間程度)で行う。洗浄は、0.1〜0.5×SSC、0.1%(w/v) SDS、好ましくは0.1×SSC 、0.1%(w/v) SDSを用い、15分間、2回行う。ハイブリダイゼーションおよび洗浄を行う温度は65℃以上、好ましくは68℃以上である。 As specific examples of the stringent conditions, for example, a DNA probe is used as a probe, and hybridization is performed using 5 × SSC, 1.0% (w / v) nucleic acid hybridization blocking reagent (Boehringer Mannheim), Perform overnight (about 8 to 16 hours) using 0.1% (w / v) N-lauroyl sarcosine and 0.02% (w / v) SDS. Washing is performed twice for 15 minutes using 0.1 to 0.5 × SSC, 0.1% (w / v) SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% (w / v) SDS. Do. The temperature at which hybridization and washing are performed is 65 ° C. or higher, preferably 68 ° C. or higher.
また、本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子は、配列番号4、5、56および57のいずれかで表される塩基配列からなるDNAと80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上の配列同一性を示し、かつ5−オキソプロリナーゼの機能を有するタンパク質をコードする5−オキソプロリナーゼ遺伝子も包含する。 In addition, the 5-oxoprolinase gene of the present invention is at least 80%, preferably at least 85%, more preferably at least 90%, the DNA consisting of the nucleotide sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57. As described above, the 5-oxoprolinase gene, which more preferably has a sequence identity of 95% or more, more preferably 98% or more, and still more preferably 99% or more, and encodes a protein having a 5-oxoprolinase function, Include.
(配列同一性を算出するための手段)
2つのアミノ酸配列または塩基配列における配列同一性を算出するためのプログラムとしては、例えば、Karlin および Altschulのアルゴリズム(Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:2264−2268、1990およびProc.Natl. Acad. Sci. USA 90:5873−5877、1993)が知られており、このアルゴリズムを用いたBLASTプログラムがAltschul等によって開発されている(J. Mol. Biol. 215:403−410、1990)。さらに、BLASTより感度よく配列同一性を決定するプログラムであるGapped BLASTも知られている(Nucleic Acids Res. 25:3389−3402、1997)。したがって、当業者は例えば上記のプログラムを利用して、与えられた配列に対し、高い配列同一性を示す配列をデータベース中から検索することができる。これらは、例えば、米国National Center for Biotechnology Informationのインターネット上のウェブサイト(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)において利用可能である。(Means for calculating sequence identity)
Examples of a program for calculating the sequence identity between two amino acid sequences or base sequences include, for example, the algorithm of Karlin and Altschul (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 2264-2268, 1990 and Proc. Natl. Acad. USA 90: 5873-5877, 1993), and a BLAST program using this algorithm has been developed by Altschul et al. (J. Mol. Biol. 215: 403-410, 1990). Furthermore, Gapped BLAST, a program for determining sequence identity with higher sensitivity than BLAST, is also known (Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402, 1997). Therefore, a person skilled in the art can search a database for a sequence exhibiting high sequence identity to a given sequence by using, for example, the above-mentioned program. These are available, for example, on the website of the National Center for Biotechnology Information (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) of the United States National Center for Biotechnology Information.
上記の各方法は、データベース中から配列同一性を示す配列を検索するために通常的に用いられるが、個別の配列の配列同一性を決定する手段としては、Genetyxネットワーク版 version 11.0.6(ゼネティックス社製)のホモロジー解析を用いることもできる。この方法は、Lipman−Pearson法(Science 227:1435−1441、1985)に基づくものである。塩基配列の配列同一性を解析する際は、可能であればタンパク質をコードしている領域(CDSまたはORF)を用いる。 Each of the above methods is generally used to search a sequence showing sequence identity from a database. As a means for determining the sequence identity of an individual sequence, Genetyx network version 11.0.6 (Genetics) homology analysis can also be used. This method is based on the Lipman-Pearson method (Science 227: 1454-1441, 1985). When analyzing the sequence identity of a nucleotide sequence, a region encoding a protein (CDS or ORF) is used if possible.
(遺伝子工学的手法による5−オキソプロリナーゼ遺伝子のクローニング)
本発明の5−オキソプロリナーゼをコードする遺伝子は、適当な公知の各種ベクター中に挿入することができる。さらに、このベクターを適当な公知の各宿主に導入して、5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含む組換えベクター(組換え体DNA)が導入された形質転換体または形質導入体を作製できる。これらの遺伝子の取得方法や、遺伝子配列、アミノ酸配列情報の取得方法、各種ベクターの製造方法や形質転換体の作製方法は、当業者にとって公知であり、一例を後述する。(Cloning of 5-oxoprolinase gene by genetic engineering technique)
The gene encoding the 5-oxoprolinase of the present invention can be inserted into various suitable known vectors. Furthermore, this vector can be introduced into appropriate known hosts to produce a transformant or transductant into which a recombinant vector (recombinant DNA) containing the 5-oxoprolinase gene has been introduced. Methods for obtaining these genes, methods for obtaining gene sequence and amino acid sequence information, methods for manufacturing various vectors, and methods for preparing transformants are known to those skilled in the art, and examples thereof will be described later.
本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子をクローニングするには、通常一般的に用いられている遺伝子のクローニング方法を適宜用いることができる。例えば、5−オキソプロリナーゼ生産能を有する微生物菌体や種々の細胞から、常法、例えば、Current Protocols in Molecular Biology (WILEY Interscience、1989)記載の方法により、染色体DNAまたはmRNAを抽出することができる。さらにmRNAを鋳型としてcDNAを合成することができる。このようにして得られた染色体DNAまたはcDNAを用いて、染色体DNAまたはcDNAのライブラリーを作製することができる。 For cloning the 5-oxoprolinase gene of the present invention, a generally used gene cloning method can be appropriately used. For example, chromosomal DNA or mRNA can be extracted from microbial cells or various cells capable of producing 5-oxoprolinase by a conventional method, for example, a method described in Current Protocols in Molecular Biology (WILEY Interscience, 1989). it can. Furthermore, cDNA can be synthesized using mRNA as a template. Using the chromosomal DNA or cDNA thus obtained, a library of chromosomal DNA or cDNA can be prepared.
一態様において、5−オキソプロリナーゼ遺伝子は、該遺伝子を有する微生物由来の染色体DNAまたはcDNA由来の遺伝子を鋳型としたクローニングにより、得ることができる。そのような遺伝子の由来微生物として、例えば、糸状菌、好ましくはアスペルギルス(Aspergillus)属に属する糸状菌、さらに好ましくは、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae) NBRC4239株等が挙げられる。より詳細には、まず、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)NBRC4239株を培養し、得られた菌体を液体窒素中で凍結させた後、乳鉢等を用いて物理的に磨砕することにより細かい粉末状の菌体片とし、該菌体片から通常の方法により染色体DNA画分を抽出する。該抽出操作には、市販の染色体DNA抽出キットが利用できる。 In one embodiment, the 5-oxoprolinase gene can be obtained by cloning using a gene derived from chromosomal DNA or cDNA derived from a microorganism having the gene as a template. Examples of microorganisms derived from such genes include filamentous fungi, preferably filamentous fungi belonging to the genus Aspergillus, and more preferably Aspergillus sojae strain NBRC4239. More specifically, first, Aspergillus sojae NBRC4239 strain is cultured, and the obtained cells are frozen in liquid nitrogen, and then finely ground by physical grinding using a mortar or the like. The chromosomal DNA fraction is extracted from the cell fragments by a conventional method. For the extraction operation, a commercially available chromosomal DNA extraction kit can be used.
次いで、前記染色体DNAを鋳型として、5’末端配列および3’末端配列に相補的な合成プライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応(以下「PCR」と表記する)を行うことにより、DNAを増幅する。プライマーとしては、該遺伝子を含むDNA断片の増幅が可能であれば、いかなる配列のプライマーを用いてもよい。その例としては、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)のゲノム配列を参考として設計した配列番号7および8、配列番号9および10、および配列番号11および12で表されるプライマー等が挙げられる。作製したプライマーDNAを用いて、5’RACE法や3’RACE法などの適当なPCRにより、目的の遺伝子断片を含むDNAを増幅させ、これらを連結させて全長の目的遺伝子を含むDNAを得ることができる。 Next, the DNA is amplified by performing a polymerase chain reaction (hereinafter referred to as “PCR”) using the chromosomal DNA as a template and synthetic primers complementary to the 5 ′ terminal sequence and the 3 ′ terminal sequence. As a primer, a primer having any sequence may be used as long as a DNA fragment containing the gene can be amplified. Examples thereof include primers represented by SEQ ID NOS: 7 and 8, SEQ ID NOS: 9 and 10, and SEQ ID NOS: 11 and 12 designed with reference to the genome sequence of Aspergillus sojae. Using the prepared primer DNAs, a suitable PCR such as 5′RACE or 3′RACE is used to amplify the DNA containing the target gene fragment and ligate them to obtain a DNA containing the full-length target gene. Can be.
また、一態様においては、微生物から取得する以外に、化学合成法を用いて5−オキソプロリナーゼ遺伝子を構築することも可能である。 In one embodiment, a 5-oxoprolinase gene can be constructed by using a chemical synthesis method in addition to obtaining it from a microorganism.
PCRにより増幅された増幅産物や、化学合成した遺伝子における塩基配列の確認は、例えば以下のように行うことができる。まず、配列を確認したいDNAを通常の方法に準じて適当なベクターに挿入して組換え体DNAを作製する。ベクターへのクローニングには、TA Cloning Kit(Invitrogen社製)等の市販のキット、あるいは、pUC18(タカラバイオ社製)、pUC119(タカラバイオ社製)、pBR322(タカラバイオ社製)、pBluescript SK+(Stratagene社製)、pYES2/CT(Invitrogen社製)等の市販のプラスミドベクターDNA、λEMBL3(Stratagene社製)等の市販のバクテリオファージベクターDNAが使用できる。該組換え体DNAを用いて、宿主細胞、例えば、大腸菌エシェリヒア・コリ(Escherichia coli) K−12株、好ましくはJM109株(タカラバイオ社製)、DH5α株(タカラバイオ社製)を形質転換する。得られた形質転換体に含まれる組換え体DNAを、QIAGEN Plasmid Mini Kit(QIAGEN社製)等を用いて精製する。 Confirmation of a base sequence in an amplification product amplified by PCR or a chemically synthesized gene can be performed, for example, as follows. First, a DNA whose sequence is to be confirmed is inserted into an appropriate vector according to a conventional method to prepare a recombinant DNA. For cloning into a vector, a commercially available kit such as TA Cloning Kit (manufactured by Invitrogen), or pUC18 (manufactured by Takara Bio), pUC119 (manufactured by Takara Bio), pBR322 (manufactured by Takara Bio), pBluescript SK + ( Commercially available plasmid vector DNA such as Stratagene) and pYES2 / CT (Invitrogen) and commercially available bacteriophage vector DNA such as λEMBL3 (Stratagene) can be used. Using the recombinant DNA, a host cell, for example, Escherichia coli K-12 strain, preferably JM109 strain (manufactured by Takara Bio Inc.), DH5α strain (manufactured by Takara Bio Inc.) is transformed. . The recombinant DNA contained in the obtained transformant is purified using QIAGEN Plasmid Mini Kit (manufactured by QIAGEN) or the like.
そして、該組換え体DNAに挿入されている各遺伝子の塩基配列の決定を、ジデオキシ法(Methods in Enzymology、101、20−78、1983)等により行う。具体的な配列解析装置としては、例えば、Li−COR MODEL 4200Lシークエンサー(アロカ社製)、370DNAシークエンスシステム(パーキンエルマー社製)、CEQ2000XL DNAアナリシスシステム(ベックマン社製)等を用いて解析できる。そして、決定された塩基配列を元に、翻訳されるポリペプチド、すなわち、5−オキソプロリナーゼタンパク質のアミノ酸配列が確定される。 Then, the nucleotide sequence of each gene inserted into the recombinant DNA is determined by the dideoxy method (Methods in Enzymology, 101, 20-78, 1983) or the like. As a specific sequence analyzer, for example, analysis can be performed using a Li-COR MODEL 4200L sequencer (manufactured by Aloka), a 370 DNA sequence system (manufactured by PerkinElmer), a CEQ2000XL DNA analysis system (manufactured by Beckman), or the like. Then, based on the determined base sequence, the amino acid sequence of the translated polypeptide, that is, the 5-oxoprolinase protein is determined.
(5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含む組換えベクターの構築)
本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含む組換えベクター(組換え体DNA)を構築し、該組換えベクターにより形質転換または形質導入を行うことにより、本酵素を生産し得る組換え微生物を取得することができる。該組み換え微生物は、本酵素を効率的に生産するための一手法としても有用である。(Construction of recombinant vector containing 5-oxoprolinase gene)
A recombinant vector (recombinant DNA) containing the 5-oxoprolinase gene of the present invention is constructed and transformed or transduced with the recombinant vector to obtain a recombinant microorganism capable of producing the enzyme. can do. The recombinant microorganism is also useful as one technique for efficiently producing the present enzyme.
5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含む組換えベクターは、5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含むPCR増幅産物と、各種ベクターとを、5−オキソプロリナーゼ遺伝子の発現が可能な形で結合することにより構築することができる。すなわち、例えば適当な制限酵素で5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含むDNA断片を切り出し、適当な制限酵素で切断したプラスミドに挿入することにより構築することができる。あるいは、プラスミドと相同的な配列を両末端に付加した該遺伝子を含むDNA断片と、インバースPCRにより増幅したプラスミド由来のDNA断片を、In−Fusion Advantage PCR Cloning Kit(Clontech社製)を用いて連結させることにより得ることがができる。 A recombinant vector containing a 5-oxoprolinase gene is constructed by combining a PCR amplification product containing a 5-oxoprolinase gene with various vectors in a form that allows expression of the 5-oxoprolinase gene. be able to. That is, it can be constructed, for example, by cutting out a DNA fragment containing the 5-oxoprolinase gene with an appropriate restriction enzyme and inserting it into a plasmid cut with an appropriate restriction enzyme. Alternatively, a DNA fragment containing the gene having a sequence homologous to the plasmid added to both ends and a DNA fragment derived from the plasmid amplified by inverse PCR are ligated using an In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (manufactured by Clontech). Can be obtained.
(形質変換体または形質導入体の取得)
上記のようにして得られた組換えベクターを用いて微生物を形質転換する方法は、宿主として用いる微生物および該組換えベクターの種類により異なるが、公知の方法を適宜用いることができる。例えば、相同組換えやトランスポゾンを利用することにより宿主の染色体上に直接的に挿入する手法、およびプラスミド、コスミド、ファージ、ウイルス、人工染色体等のベクター上に連結することにより宿主内に導入する手法などが挙げられる。(Acquisition of transformant or transductant)
The method of transforming a microorganism using the recombinant vector obtained as described above varies depending on the microorganism used as a host and the type of the recombinant vector, but a known method can be appropriately used. For example, a technique of directly inserting into a host chromosome by using homologous recombination or a transposon, and a technique of introducing into a host by ligating on a vector such as a plasmid, cosmid, phage, virus, or artificial chromosome. And the like.
相同組換えを利用する方法では、染色体上の組換え部位の上流領域、下流領域と相同な配列、適当なプロモーターおよびターミネーターと、5−オキソプロリナーゼ遺伝子とを連結し、糸状菌のゲノム中に挿入することができる。自身の高発現プロモーター制御下で宿主に強制発現することにより、セルフクローニングによる形質転換体を得ることができる。高発現プロモーターは、例えば、糸状菌に属する微生物の場合、α−アミラーゼ遺伝子(amy)のプロモーター領域、翻訳伸長因子であるTEF1プロモーター領域、アルカリプロテアーゼ遺伝子(alp)プロモーター領域等が挙げられる。 In the method using homologous recombination, an upstream region of a recombination site on a chromosome, a sequence homologous to a downstream region, a suitable promoter and terminator, and a 5-oxoprolinase gene are ligated, and the Can be inserted. By forcibly expressing in a host under the control of its own high expression promoter, a transformant by self-cloning can be obtained. Examples of the high expression promoter include, for a microorganism belonging to a filamentous fungus, an α-amylase gene (amy) promoter region, a TEF1 promoter region as a translation elongation factor, an alkaline protease gene (alp) promoter region, and the like.
ベクターを利用する方法では、クローニングした5−オキソプロリナーゼ遺伝子を、常法により、原核細胞もしくは真核細胞の形質転換に用いられるプラスミド、コスミド、ファージ、ウイルス、染色体組込み型、人工染色体等のベクターに組み込み、各々のベクターに対応する宿主を常法により形質転換または形質導入することができる。 In the method using a vector, the cloned 5-oxoprolinase gene can be converted into a plasmid, cosmid, phage, virus, chromosomal integration type, artificial chromosome, or other vector used for transformation of prokaryotic or eukaryotic cells by a conventional method. And the host corresponding to each vector can be transformed or transduced by a conventional method.
そのような、好適なベクター−宿主系としては、宿主中で5−オキソプロリナーゼを生産させ得るものであればいかなるものでも用いることができ、糸状菌発現ベクターpST14(Mol.Gen.Genet. 218、99−104、1989)および糸状菌の系、酵母発現ベクター〔YEpFLAG−1(SIGMA社製)、pYES2(Invitrogen社製)、pYD1(Invitrogen社製)、pAUR123(タカラバイオ社製)〕および酵母サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)の系、大腸菌発現ベクター〔pBluescriptII(Stratagene社製)、pUC(タカラバイオ社製)pET(Invitrogen社製)、pRSET(Invitrogen社製)、pTE(Stratagene社製)〕および大腸菌エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)の系等が挙げられる。 As such a suitable vector-host system, any one that can produce 5-oxoprolinase in the host can be used, and the filamentous fungus expression vector pST14 (Mol. Gen. Genet. 218) can be used. , 99-104, 1989) and filamentous fungi, yeast expression vectors [YEpFLAG-1 (manufactured by SIGMA), pYES2 (manufactured by Invitrogen), pYD1 (manufactured by Invitrogen), pAUR123 (manufactured by Takara Bio) and yeast Saccharomyces cerevisiae system, Escherichia coli expression vector [pBluescriptII (Stratagene), pUC (Takara Bio) pET (Invitrogen), pRSET (Invitrogen), pTE (S System such as ratagene Co., Ltd.)] and E. coli Escherichia coli (Escherichia coli), and the like.
また、上記ベクターには、形質転換された細胞を選択することを可能にするためのマーカー遺伝子が含まれていてもよい。マーカー遺伝子としては、例えば、URA3、pyrG、niaDのような、宿主の栄養要求性を相補する遺伝子、またはアンピシリン、カナマイシンあるいはオリゴマイシン等の薬剤に対する抵抗遺伝子等が挙げられる。また、組換えベクターは、宿主細胞中で本発明の遺伝子を発現することのできるプロモーターまたはその他の制御配列(例えば、エンハンサー配列、ターミネーター配列、ポリアデニル化配列等)を含むことが望ましい。プロモーターとしては、適当な誘導プロモーターまたは構成的プロモーターが挙げられ、具体的には、例えば、GAL1プロモーター、alpプロモーター、amyBプロモーター、lacプロモーター等が挙げられる。但し、5−オキソプロリナーゼ遺伝子の発現に必要な機能については、挿入する5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含むDNA断片が、その機能を有している場合は必ずしも必要ではない。また、共形質転換法により形質転換を行う場合には、ベクターDNA上に必ずしもマーカー遺伝子を有する必要はない。また、精製のためのタグをつけることもできる。例えば、5−オキソプロリナーゼ遺伝子の上流、もしくは下流に適宜リンカー配列を接続し、ヒスチジンをコードする塩基配列を6コドン以上接続することにより、ニッケルカラムを用いた精製を可能にすることができる。 In addition, the above-described vector may contain a marker gene for enabling selection of transformed cells. Examples of the marker gene include a gene that complements the auxotrophy of the host, such as URA3, pyrG, and niaD, and a resistance gene to drugs such as ampicillin, kanamycin, and oligomycin. In addition, the recombinant vector desirably contains a promoter or other control sequences (eg, an enhancer sequence, a terminator sequence, a polyadenylation sequence, etc.) capable of expressing the gene of the present invention in a host cell. Examples of the promoter include a suitable inducible promoter and a constitutive promoter, and specific examples include a GAL1 promoter, an alp promoter, an amyB promoter, and a lac promoter. However, the function required for the expression of the 5-oxoprolinase gene is not necessarily required when the DNA fragment containing the inserted 5-oxoprolinase gene has that function. In the case of performing transformation by a co-transformation method, it is not always necessary to have a marker gene on the vector DNA. Tags for purification can also be attached. For example, by connecting a linker sequence appropriately upstream or downstream of the 5-oxoprolinase gene and connecting a histidine-encoding base sequence of 6 or more codons, purification using a nickel column can be enabled.
(形質変換体または形質導入体の宿主)
宿主細胞としては、5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含む組換えベクターによる形質転換または形質導入により、本酵素を生産することができる生物であればいかなる生物も用いることができ、原核細胞、真核細胞、または真核生物、例えば大腸菌または酵母の他、他の細菌、糸状菌、放線菌等の微生物あるいは動物細胞が使用できるがこれに限られない。(Transformant or transductant host)
As the host cell, any organism can be used as long as it can produce the present enzyme by transformation or transduction with a recombinant vector containing the 5-oxoprolinase gene. Alternatively, eukaryotes, for example, E. coli or yeast, as well as other bacteria, fungi, actinomycetes, and other microorganisms or animal cells can be used, but are not limited thereto.
下等真核宿主細胞の一例としては、糸状菌や酵母が挙げられる。糸状菌に分類される微生物としては、例えばアスペルギルス(Aspergillus)属、ニューロスポラ(Neurospora)属、ペニシリウム属(Penicillium)、フザリウム(Fusarium)属、トリコデルマ(Trichoderma)属またはムコール(Mucor)属などに属する糸状菌が挙げられる。これらの属に分類される微生物であって、本発明に用いる5−オキソプロリナーゼを生産する具体的な好ましい微生物としては、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・ニドゥランス(Aspergillus nidulans)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、ペニシリウム・クリソゲナム(Penicillium chrysogenum)などが挙げられる。より具体的には、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae) NBRC4239株が挙げられる。糸状菌への形質転換方法としては、公知の方法、例えば、プロトプラスト化した後ポリエチレングリコールおよび塩化カルシウムを用いる方法(Mol.Gen.Genet. 218、99−104、1989)を用いることができる。 Examples of lower eukaryotic host cells include filamentous fungi and yeast. Microorganisms classified as filamentous fungi include, for example, Aspergillus, Neurospora, Penicillium, Fusarium, Trichoderma, and Mucor belonging to the genus Tricorderma. Filamentous fungi. Specific preferred microorganisms which belong to these genera and which produce 5-oxoprolinase used in the present invention include Aspergillus sojae, Aspergillus oryzae, Aspergillus oryzae, and Aspergillus oryzae. Nidulans (Aspergillus nidulans), Aspergillus niger (Aspergillus niger), Penicillium chrysogenum (Penicillium chrysogenum) and the like can be mentioned. More specifically, Aspergillus sojae NBRC4239 strain can be mentioned. As a method for transforming a filamentous fungus, a known method, for example, a method using polyethylene glycol and calcium chloride after protoplasting (Mol. Gen. Genet. 218, 99-104, 1989) can be used.
酵母に分類される微生物としては、例えば、チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、ピキア(Pichia)属、カンジダ(Candida)属などに属する酵母が挙げられる。これらの属に分類される微生物であって、本発明に用いる5−オキソプロリナーゼを生産する具体的な好ましい微生物としては、チゴサッカロマイセス・ルキシー(Zygosaccharomyces rouxii)、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロマイセス・ポンベ(Saccharomyces pombe)、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)、カンジダ・アンタークティカ(Candida antarctica)等が挙げられる。より具体的には、Zygosaccharomyces rouxii NBRC1876株が挙げられる。酵母への形質転換方法としては、公知の方法、例えば、酢酸リチウムを用いる方法(Meth. Mol. Cell. Biol.、 5、 255−269(1995))やエレクトロポレーション(J Microbiol Methods 55 (2003)481−484)等を好適に用いることができるが、これに限定されず、スフェロプラスト法やガラスビーズ法等を含む各種任意の手法を用いて形質転換を行えば良い。 Examples of microorganisms classified as yeast include yeast belonging to the genus Zygosaccharomyces, the genus Saccharomyces, the genus Pichia, the genus Candida, and the like. Specific preferred microorganisms which belong to these genera and which produce 5-oxoprolinase used in the present invention include Zygosaccharomyces rouxii, Saccharomyces cerevisiae, and Saccharomyces. -Pombe (Saccharomyces pombe), Pichia pastoris (Pichia pastoris), Candida antarctica (Candida antarctica), etc. are mentioned. More specifically, Zygosaccharomyces rouxii NBRC1876 strain can be mentioned. As a method for transforming the yeast, known methods, for example, a method using lithium acetate (Meth. Mol. Cell. Biol., 5, 255-269 (1995)) and electroporation (J Microbiol Methods 55 (2003)) 481) -484) can be preferably used, but the present invention is not limited thereto. Transformation may be performed using any arbitrary method including a spheroplast method and a glass bead method.
高等真核宿主細胞の一例としては、昆虫細胞、哺乳類細胞が挙げられる。より具体的には、カイコの細胞(Sf9 cell)、チャイニーズハムスター卵巣細胞(Chinese hamster ovarian cell : CHO cell)(いずれもATCCより分与)などが挙げられる。哺乳類細胞への形質転換方法としては、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、マイクロインジェクション法、ウイルスベクター法等を用いることができるが、これに限定されず、各種任意の手法を用いて形質転換を行えば良い。 Examples of higher eukaryotic host cells include insect cells and mammalian cells. More specifically, silkworm cells (Sf9 cells), Chinese hamster ovarian cells (Chinese hamster ovarian cells: CHO cells) (both are distributed from the ATCC) and the like can be mentioned. As a method for transforming a mammalian cell, a calcium phosphate method, an electroporation method, a lipofection method, a microinjection method, a virus vector method, and the like can be used. You just have to make the switch.
原核宿主細胞の一例としては、エシェリヒア(Escherichia)属に属する微生物、例えばエシェリヒア・コリ(Escherichia coli) K−12株、好ましくは、BL21(DE3)株、JM109株、DH5α株(いずれも、タカラバイオ社製)等が挙げられる。それらを形質転換し、または、それらに形質導入して、DNAが導入された宿主細胞(形質転換体)を得ることができる。こうした宿主細胞に組換えベクターを移入する方法としては、例えば、カルシウムイオンの存在下で組換えDNAの移入を行う方法やエレクトロポレーション法を用いることができる。さらには市販のコンピテントセル(例えばECOS Competent エシェリヒア・コリ BL21(DE3);ニッポンジーン社製)を用いても良い。 Examples of prokaryotic host cells include microorganisms belonging to the genus Escherichia, for example, Escherichia coli K-12 strain, preferably BL21 (DE3) strain, JM109 strain, and DH5α strain (all of which are Takara Bio Inc.). And the like). They can be transformed or transduced to obtain host cells (transformants) into which the DNA has been introduced. As a method for transferring a recombinant vector to such a host cell, for example, a method for transferring a recombinant DNA in the presence of calcium ions or an electroporation method can be used. Further, commercially available competent cells (for example, ECOS Competent Escherichia coli BL21 (DE3); manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) may be used.
(本発明の5−オキソプロリナーゼの製造)
本発明の5−オキソプロリナーゼは、各種公知の酵素生産方法を用いて製造することができる。例えば、5−オキソプロリナーゼ生産微生物を培地中で培養して目的とする5−オキソプロリナーゼを産生させ、培養物あるいは培養菌体内部より酵素を採取することができる。また、本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子または該5−オキソプロリナーゼ遺伝子を含む組換えベクターを包含し、5−オキソプロリナーゼ生産能を有する微生物を培養し、該培養物より5−オキソプロリナーゼを採取することができる。(Production of 5-oxoprolinase of the present invention)
The 5-oxoprolinase of the present invention can be produced using various known enzyme production methods. For example, a 5-oxoprolinase-producing microorganism is cultured in a medium to produce a desired 5-oxoprolinase, and the enzyme can be collected from the culture or inside the cultured cells. Also, the present invention encompasses the 5-oxoprolinase gene of the present invention or a recombinant vector containing the 5-oxoprolinase gene, cultivates a microorganism having the ability to produce 5-oxoprolinase, and extracts 5-oxoprolinase from the culture. The enzyme can be collected.
本酵素を製造するために使用される微生物としては、本酵素の生産能を有する限り、遺伝子組換えの有無に関わらず、いかなる微生物を使用してもよく、大腸菌または酵母の他、他の細菌、糸状菌、放線菌等の微生物あるいは動物細胞が使用できる。具体的には、エシェリヒア(Escherichia)属に属する大腸菌、サッカロマイセス(Saccharomyces)属に属する酵母、アスペルギルス(Aspergillus)属に属する糸状菌、哺乳類細胞などが挙げられる。具体的には、例えば、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae) RIB40(ATCC 42149)株、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae) NBRC4239株等を挙げることができる。また、該菌株の変異株を用いることも可能である。該菌株の変異株を得る方法としては、例えば、ラジオアイソトープ、紫外線、ニトロソグアニジン等を用いて原株に突然変異を起こさせる方法を用いることができる。 As the microorganism used for producing the present enzyme, any microorganism may be used, regardless of the presence or absence of genetic recombination, as long as it has the ability to produce the present enzyme. Microorganisms such as filamentous fungi and actinomycetes or animal cells can be used. Specific examples include Escherichia coli belonging to the genus Escherichia, yeast belonging to the genus Saccharomyces, filamentous fungi belonging to the genus Aspergillus, and mammalian cells. Specifically, for example, Aspergillus oryzae RIB40 (ATCC 42149) strain, Aspergillus sojae NBRC4239 strain and the like can be mentioned. It is also possible to use a mutant of the strain. As a method for obtaining a mutant of the strain, for example, a method of causing a mutation in the original strain using a radioisotope, ultraviolet light, nitrosoguanidine, or the like can be used.
当然のことながら、本酵素の生産に使用する微生物は、本酵素の生産能を有すると同時に、従来の別種の5−オキソプロリナーゼの生産能を兼ね備えたものであってもよい。例えば、組換えにより本酵素を生産させる際に、宿主として使用する微生物が本来保有している宿主自身の別種の5−オキソプロリナーゼも同時に生産される場合等が想定される。また、本来、本酵素を含む複数種の両方の5−オキソプロリナーゼの生産能を兼ね備えた微生物や、ある種の5−オキソプロリナーゼの生産能を有する微生物に、本酵素を含む複数種の5−オキソプロリナーゼをコードする遺伝子を導入して複数種の5−オキソプロリナーゼの生産能を兼ね備えさせる場合等も想定される。 As a matter of course, the microorganism used for production of the present enzyme may have the ability to produce the present enzyme and also have the ability to produce another conventional 5-oxoprolinase. For example, when the enzyme is produced by recombination, a case may be assumed in which a microorganism used as a host also produces another 5-oxoprolinase of the host itself, which is originally possessed by the microorganism. In addition, a microorganism having both the ability to produce both types of 5-oxoprolinase containing the present enzyme and a microorganism having the ability to produce certain 5-oxoprolinase are originally added to a plurality of kinds of microorganisms containing the present enzyme. It is also envisioned that a gene encoding 5-oxoprolinase may be introduced to have the ability to produce multiple types of 5-oxoprolinase.
このような複数種の5−オキソプロリナーゼの生産能を兼ね備えた微生物を用いて5−オキソプロリナーゼを生産する場合には、各種の培養条件下で培養することによって、目的に応じ、各5−オキソプロリナーゼの生産比率を任意に変化させて酵素生産させることも可能であるし、任意の公知の分離精製技術を利用して所望の5−オキソプロリナーゼのみを得ることもできるし、あるいは、特段の分離精製工程を経ることなく、本酵素を含む5−オキソプロリナーゼ粗精製物を得ることもできる。 In the case where 5-oxoprolinase is produced using a microorganism having the ability to produce a plurality of types of 5-oxoprolinase, culturing is performed under various culture conditions to obtain 5-oxoprolinase. It is also possible to produce the enzyme by arbitrarily changing the production ratio of -oxoprolinase, or to obtain only the desired 5-oxoprolinase using any known separation and purification technique, or Alternatively, a crude 5-oxoprolinase containing the present enzyme can be obtained without going through a special separation / purification step.
上記の微生物を培地に培養し、得られる培養物から本酵素を採取する。培養法は、通常の固体培養法もしくは液体培養法を採用することができる。 The microorganism is cultured in a medium, and the present enzyme is collected from the resulting culture. As a culture method, a usual solid culture method or liquid culture method can be adopted.
培地は、微生物を培養する通常の培地、すなわち炭素源、窒素源、無機物、その他の栄養素を適切な割合で含有するものであれば、合成培地または天然培地のいずれでも使用できる。 As the medium, a normal medium for culturing microorganisms, that is, any of a synthetic medium and a natural medium can be used as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance, and other nutrients at an appropriate ratio.
炭素源としては、同化可能な炭素化合物であればよく、例えば、グルコース、マルトース、デンプン加水分解物、グリセリン、フルクトース、糖蜜等が使用される。また、窒素源としては、利用可能な窒素化合物であればよく、例えば、酵母エキス、トリプトン、ペプトン、ソイトン、肉エキス、コーンスティープリカー、大豆粉、大豆もしくは小麦ふすま侵出液、アミノ酸、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム等が挙げられる。無機物としては、食塩、塩化カリウム、硫酸マグネシウム、塩化マンガン、硫酸第一鉄、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、塩化カルシウム等の種々の塩類が挙げられる。必要に応じてビタミン類、消泡剤などを添加してもよい。その他にも、添加することにより本発明の5−オキソプロリナーゼ製造量を向上させることができる栄養源や成分があれば、単独で、あるいは組み合わせて用いてもよい。また、形質転換微生物の場合は必要に応じて、ガラクトース、イソプロピル−1−チオ−β−ガラクトシド(IPTG)などのプロモーターの誘導物質を添加し、5−オキソプロリナーゼの生産を行う。これらの培地成分は、単独で、または適宜組み合わせて用いることができる。 The carbon source may be any assimilable carbon compound, for example, glucose, maltose, starch hydrolyzate, glycerin, fructose, molasses and the like. The nitrogen source may be any available nitrogen compound, such as yeast extract, tryptone, peptone, soyton, meat extract, corn steep liquor, soy flour, soybean or wheat bran leaching solution, amino acids, ammonium sulfate, Ammonium nitrate and the like. Examples of the inorganic substance include various salts such as sodium chloride, potassium chloride, magnesium sulfate, manganese chloride, ferrous sulfate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, sodium carbonate, sodium acetate, calcium chloride and the like. If necessary, vitamins and antifoaming agents may be added. In addition, if there is a nutrient source or a component which can improve the production amount of 5-oxoprolinase of the present invention by adding it, it may be used alone or in combination. In the case of a transformed microorganism, a promoter-inducing substance such as galactose or isopropyl-1-thio-β-galactoside (IPTG) is added as necessary to produce 5-oxoprolinase. These medium components can be used alone or in appropriate combination.
培養条件は、培養する微生物により異なる。例えば、培地の初発pHは、pH5〜10に調整し、培養温度は、20〜40℃、培養時間は、10〜25時間、あるいは1〜7日間等、適宜設定することができ、通気撹拌深部培養、振盪培養、静地培養などにより実施する。
Culture conditions vary depending on the microorganism to be cultured. For example, the initial pH of the medium is adjusted to
例えば、アスペルギルス(Aspergillus)属の微生物を培養する場合の培地および培養条件の一例として、2%(w/v) デキストリン、1%(w/v) ポリペプトン、0.5%(w/v) KH2PO4、0.05%(w/v) MgSO4・7H2O、0.1%(w/v) カザミノ酸、pH調整せず弱酸性になる)を用いた、30℃、120rpmで2〜4日間の振盪培養が挙げられる。酵母を培養する場合の培地および培養条件の一例として、2%(w/v) バクトペプトン、1%(w/v) バクトイースト・エクストラクト、2%(w/v) グルコースの培地を用いた、30℃、200rpmで24時間の振盪培養が挙げられる。例えば、大腸菌の培養は、10〜42℃の培養温度、好ましくは25℃前後の培養温度で4〜24時間、さらに好ましくは25℃前後の培養温度で4〜8時間、通気攪拌深部培養、振盪培養、静置培養等により実施すればよい。哺乳類細胞や昆虫細胞の培養では、それぞれの細胞に合わせて、各種糖、アミノ酸、無機塩、ビタミン、血清、成長ホルモン等を混合した培地を選択する、37℃で1〜7日間の、静置培養、あるいは振盪培養が挙げられる。必要に応じて、5%二酸化炭素の供給されるインキュベーター内で、培養することができる。また、市販の培養用培地(日水製薬社製、Invitrogen社製、Sigma−Aldrich社製等)を用いてもよい。For example, 2% (w / v) dextrin, 1% (w / v) polypeptone, 0.5% (w / v) KH as an example of a medium and culture conditions for culturing a microorganism of the genus Aspergillus. 2 PO 4 , 0.05% (w / v) MgSO 4 .7H 2 O, 0.1% (w / v) casamino acid, weakly acidic without pH adjustment at 30 ° C. and 120 rpm Shaking culture for 2 to 4 days is mentioned. As an example of a culture medium and culture conditions for culturing yeast, a 2% (w / v) bactopeptone, 1% (w / v) bactoeast extract, 2% (w / v) glucose medium was used. , 30 ° C., 200 rpm for 24 hours with shaking. For example, the cultivation of Escherichia coli is performed at a culture temperature of 10 to 42 ° C., preferably at a culture temperature of about 25 ° C. for 4 to 24 hours, more preferably at a culture temperature of about 25 ° C. for 4 to 8 hours. What is necessary is just to implement by culture | cultivation, static culture, etc. In culturing mammalian cells and insect cells, select a medium in which various sugars, amino acids, inorganic salts, vitamins, serum, growth hormone, etc. are mixed according to each cell, and stand at 37 ° C. for 1 to 7 days. Culture or shaking culture is mentioned. If necessary, the cells can be cultured in an incubator supplied with 5% carbon dioxide. Alternatively, a commercially available culture medium (manufactured by Nissui Pharmaceutical Co., Invitrogen Co., Ltd., Sigma-Aldrich Co., etc.) may be used.
酵素生産微生物の培養終了後、培養物から5−オキソプロリナーゼを採取するには、通常の酵素の採取手段を用いることができる。例えば、5−オキソプロリナーゼが菌体外部に放出される場合には、濾過または遠心分離等により菌体を分離して、5−オキソプロリナーゼを含む培養液を粗酵素液として回収することができる。 After the culture of the enzyme-producing microorganism, 5-oxoprolinase can be collected from the culture using conventional enzyme collecting means. For example, when 5-oxoprolinase is released outside the cells, the cells may be separated by filtration or centrifugation, and the culture solution containing 5-oxoprolinase may be recovered as a crude enzyme solution. it can.
あるいは、5−オキソプロリナーゼが菌体内に存在する場合には、培養物から、例えば、濾過、遠心分離などの操作により菌体を分離し、この菌体から5−オキソプロリナーゼを採取するのが好ましい。例えば、超音波破砕機、フレンチプレス、ダイノミル、乳鉢などの破壊手段を用いて菌体を破壊する方法、リゾチームなどの細胞壁溶解酵素を用いて菌体細胞壁を溶解する方法、トリトンX−100などの界面活性剤を用いて菌体から酵素を抽出する方法などを単独または組み合わせて採用し、次いで、濾過または遠心分離などにより不溶物を取りのぞき、粗酵素液を得ることができる。 Alternatively, when 5-oxoprolinase is present in the cells, the cells are separated from the culture by, for example, filtration, centrifugation, or the like, and the 5-oxoprolinase is collected from the cells. Is preferred. For example, an ultrasonic crusher, a French press, a dyno mill, a method of destroying cells using a disrupting means such as a mortar, a method of lysing bacterial cell walls using a cell wall lysing enzyme such as lysozyme, Triton X-100, etc. A method of extracting an enzyme from cells using a surfactant or the like may be employed alone or in combination, and then insoluble substances may be removed by filtration or centrifugation to obtain a crude enzyme solution.
得られた粗酵素液から、5−オキソプロリナーゼをさらに精製するには、通常のタンパク質精製法を使用することができる。具体的には、例えば、硫安塩析法、有機溶媒沈澱法、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー(例えば、ニッケルカラム等)、電気泳動法等が挙げられ、単独または適宜組み合わせて用いることができる。 In order to further purify 5-oxoprolinase from the obtained crude enzyme solution, an ordinary protein purification method can be used. Specifically, for example, ammonium sulfate precipitation, organic solvent precipitation, ion exchange chromatography, hydrophobic chromatography, gel filtration chromatography, adsorption chromatography, affinity chromatography (for example, a nickel column, etc.), electrophoresis, etc. And these can be used alone or in appropriate combination.
(本発明の5−オキソプロリナーゼの各種用途への応用における優位性)
本発明の5−オキソプロリナーゼは、pH7.0〜8.0で良好に作用するため、中性域を含む広範なpH域における用途・使用工程に対して好適に使用することができる。また、本発明の5−オキソプロリナーゼの安定pH範囲は広範にわたるため、本酵素を定量試薬、食品加工用助剤等として利用する場合にも、pH環境が変化したときの影響を受けにくいという利点を有する。(Advantage in the application of the 5-oxoprolinase of the present invention to various uses)
Since the 5-oxoprolinase of the present invention works well at pH 7.0 to 8.0, it can be suitably used for applications and use steps in a wide pH range including a neutral range. In addition, since the stable pH range of the 5-oxoprolinase of the present invention is wide, even when the enzyme is used as a quantitative reagent, a food processing aid, or the like, it is hardly affected by changes in the pH environment. Has advantages.
また、本発明の5−オキソプロリナーゼは、至適温度範囲が中温領域にある。そのため、試薬として、あるいは、食品加工等に本発明の5−オキソプロリナーゼを使用するにあたり、必要以上に加温することなく、所定の作用効果を奏することができ、食品中や試薬中に配合して反応を行わせる際に、食品中や試薬中の各種成分の熱変性等を少なく抑えられることも期待できる。 In addition, the 5-oxoprolinase of the present invention has an optimum temperature range in a medium temperature range. Therefore, when the 5-oxoprolinase of the present invention is used as a reagent or in food processing, etc., a predetermined action and effect can be exerted without excessive heating, and can be incorporated into food or a reagent. When the reaction is carried out, it can be expected that thermal denaturation of various components in foods and reagents can be suppressed to a small extent.
上記の通り、本酵素は、必要以上に加温しなくても良好に作用する一方で、一定の耐熱性を有しており、食品加工等に使用するにあたり行われる加熱工程との共存も可能であるという点でも、実用化に適しているといえる。 As described above, this enzyme works well without heating more than necessary, but has a certain heat resistance, and can coexist with the heating process used in food processing etc. Therefore, it is also suitable for practical use.
なお、本発明の5−オキソプロリナーゼは、上述の通り、一定の耐熱性を有しつつ、通常の調味料製造等で広く用いられる加熱殺菌条件、例えば、達温95℃等の条件では迅速に完全に失活するため、製造工程中に、本酵素失活のための特別の加熱工程を組み入れる必要を生じない。 As described above, the 5-oxoprolinase of the present invention has a certain heat resistance and is rapidly sterilized under heat sterilization conditions widely used in the production of ordinary seasonings, for example, under conditions such as a maximum temperature of 95 ° C. Therefore, there is no need to incorporate a special heating step for inactivating the enzyme during the production process.
さらに、本酵素のL−ピログルタミン酸に対するKm値は小さく、より効率的に反応を触媒でき、反応時間の短縮や酵素の使用量低減も期待できる。 Furthermore, the present enzyme has a small Km value with respect to L-pyroglutamic acid, can catalyze the reaction more efficiently, and can be expected to shorten the reaction time and reduce the amount of enzyme used.
以上、これまでに5−オキソプロリナーゼが食品用や試薬用に実用化されたという報告はないが、いくつかの文献で報告されている公知の酵素の特性等と比較した限りでも、本発明の5−オキソプロリナーゼは上記のような点で優れており、各種用途への応用における優位性を有する。 As mentioned above, there has been no report that 5-oxoprolinase has been put to practical use for foods or reagents, but even when compared with the properties of known enzymes reported in some documents, the present invention 5-oxoprolinase is excellent in the above-mentioned points, and has an advantage in application to various uses.
(各種用途における応用に向けた、本発明の5−オキソプロリナーゼの製造上の工夫)
各種用途における応用に向けて、本発明の5−オキソプロリナーゼを製造する際には、後の工程においてよりよい効果を奏することを意図して、当業者として想定可能な各種の製造段階の工夫を採用することもできる。(A device for the production of the 5-oxoprolinase of the present invention for application in various uses)
When producing the 5-oxoprolinase of the present invention for applications in various applications, various production steps devised by those skilled in the art with the intention of achieving better effects in subsequent steps. Can also be adopted.
例えば、特定のpHでの粉末化やセンサー等への固定化、高温での加熱などが想定される用途、特定の成分の除去や添加が好まれる配合で製剤化する場合、あるいは、本酵素の特性とは異なる特定範囲のpHや温度条件が好適であることがわかっている別の酵素や試薬成分と共存させる必要がある場合、等、必要に応じ、上流の製造工程における条件設定を個別に最適化することもできる。 For example, powdering at a specific pH, immobilization to a sensor, etc., heating at a high temperature, etc., applications where removal or addition of a specific component is preferred, or formulation of this enzyme, If it is necessary to coexist with another enzyme or reagent component that is known to be suitable for a specific range of pH and temperature conditions that are different from the characteristics, if necessary, individually set the conditions in the upstream manufacturing process It can also be optimized.
(本発明の5−オキソプロリナーゼを用いた、飲食品の製造)
上述のように得られた本発明の5−オキソプロリナーゼを用いて各種飲食品を加工することにより、L−グルタミン酸をより高い濃度にて含有する、うま味のある飲食品やうま味の改善された飲食品を製造することができる。具体的には、L−ピログルタミン酸を含有する飲食品と本酵素とを接触もしくは混合する、または、L−ピログルタミン酸を含有する飲食品を本酵素を発現する微生物により発酵させることにより、前記飲食品中のL−ピログルタミン酸を加水分解し、呈味成分として重要なL−グルタミン酸に変換することにより、従来にない優れた呈味力を有する飲食品を得ることができる。本願明細書において飲食品に含まれるL−グルタミン酸濃度を高めることおよび/またはL−ピログルタミン酸濃度を低下させることを、飲食品のうま味の改善という。L−グルタミン酸は熱や圧力の存在下で非酵素的反応によってL−ピログルタミン酸へと変化する。したがって本酵素は、飲食品中のL−グルタミン酸がL−ピログルタミン酸へと変化したものを、再度L−グルタミン酸へと加水分解することにより飲食品のうま味を維持するために用いることもできる。このような、うま味の維持も本願明細書にいう、うま味の改善に包含されるものとする。(Production of food and drink using 5-oxoprolinase of the present invention)
By processing various foods and beverages using the 5-oxoprolinase of the present invention obtained as described above, umami-based foods and beverages containing higher concentrations of L-glutamic acid and umami were improved. Food and drink can be manufactured. Specifically, the food and drink containing L-pyroglutamic acid are brought into contact with or mixed with the present enzyme, or the food and drink containing L-pyroglutamic acid are fermented with a microorganism expressing the present enzyme to thereby provide the food and drink. By hydrolyzing L-pyroglutamic acid in the product and converting it into L-glutamic acid which is important as a taste component, it is possible to obtain a food or drink having an unprecedented excellent taste power. In the specification of the present application, increasing the concentration of L-glutamic acid and / or decreasing the concentration of L-pyroglutamic acid contained in food and drink is referred to as improving the umami of the food and drink. L-glutamic acid is converted to L-pyroglutamic acid by a non-enzymatic reaction in the presence of heat or pressure. Therefore, the present enzyme can also be used to maintain the umami of foods and drinks by hydrolyzing L-glutamic acid in foods and drinks that have been converted to L-pyroglutamic acid again into L-glutamic acid. Such maintenance of umami is also included in the improvement of umami referred to herein.
すなわち本酵素はうま味のないL−ピログルタミン酸をL−グルタミン酸に変換するうま味改善剤として利用でき、本酵素を発現する微生物はうま味に富んだ発酵食品を製造するための微生物として利用できる。微生物は好ましくは本酵素を高発現する微生物、または本酵素活性の高い微生物である。 That is, the present enzyme can be used as an umami improving agent for converting L-pyroglutamic acid without umami to L-glutamic acid, and the microorganism expressing the enzyme can be used as a microorganism for producing fermented foods rich in umami. The microorganism is preferably a microorganism that highly expresses the present enzyme or a microorganism that has high activity of the present enzyme.
本酵素を適用できる飲食品としてはL−グルタミン酸またはL−ピログルタミン酸を含むものであれば特に限定されないが、例えばトマトや白菜等の野菜、小麦粉等の穀類、マッシュルームやシイタケ等のキノコ類、大豆等の豆類、昆布等の海草、海苔、しょうゆ、魚醤、味噌、鰹節、削り節等の各種発酵食品や缶詰、レトルト食品、インスタント食品、冷凍食品を含む各種加工食品等が挙げられる。 Foods and drinks to which the present enzyme can be applied are not particularly limited as long as they contain L-glutamic acid or L-pyroglutamic acid, and include, for example, vegetables such as tomato and Chinese cabbage, grains such as flour, mushrooms such as mushrooms and shiitake, and soybeans. And various fermented foods such as seaweeds such as kelp, seaweed, soy sauce, fish sauce, miso, bonito flakes, shaved flakes, and various processed foods including canned foods, retort foods, instant foods, and frozen foods.
ある実施形態において本発明のうま味改善剤は、本酵素を任意の適当な形態で含む。例えば本酵素は溶解状態(希釈状態および濃縮状態を含む)、ゲル、固形粉末、顆粒等の形態であり得る。別の実施形態において、本発明のうま味改善剤は本酵素を発現する形質転換体または形質導入体(微生物)を含有する。この場合、本酵素を発現する微生物は培養液、培養物、懸濁物、固形粉末、顆粒等の任意の形態とすることができる。本発明のうま味改善剤は賦形剤や安定化剤等の、任意の他の成分を必要に応じて含み得る。 In one embodiment, the umami improving agent of the present invention comprises the enzyme in any suitable form. For example, the enzyme may be in the form of a dissolved state (including a diluted state and a concentrated state), a gel, a solid powder, a granule and the like. In another embodiment, the umami improving agent of the present invention contains a transformant or a transductant (microorganism) expressing the present enzyme. In this case, the microorganism expressing the present enzyme can be in any form such as a culture solution, a culture, a suspension, a solid powder, or a granule. The umami improving agent of the present invention may optionally contain other components such as excipients and stabilizers.
うま味のある飲食品やうま味の改善された飲食品の製造にあたり好適な5−オキソプロリナーゼの添加量や酵素処理条件の詳細は、加工対象の飲食品および要求するL−グルタミン酸の濃度に応じて、適宜設定すればよい。本酵素の酵素反応の進行状況を検証したり、発酵後のうま味向上の評価は、飲食品中のL−グルタミン酸濃度を、酵素法やクロマトグラフィー等の公知の手段を用いて測定したり、各種公知の官能評価を行えばればよい。なお、一般に、ヒトがうま味を感じるL−グルタミン酸濃度の域値は0.03%程度といわれるが、共存成分による影響を受け、その効果は相乗的であると考えられる。本酵素はpH7.0〜8.0で良好に作用するため、中性域を含む広範なpH域において使用できる。食品は一般に低pHのものが多いが、本酵素はこうした飲食品の加工に広く用いることができる。 The amount of 5-oxoprolinase and the details of the enzyme treatment conditions suitable for the production of foods and drinks with umami and improved umami taste depend on the food and drink to be processed and the concentration of L-glutamic acid required. May be set as appropriate. The progress of the enzymatic reaction of the present enzyme can be verified, and the evaluation of umami improvement after fermentation can be performed by measuring the concentration of L-glutamic acid in foods and drinks using known methods such as enzymatic methods or chromatography, A known sensory evaluation may be performed. In general, the threshold value of L-glutamic acid concentration at which humans feel umami is said to be about 0.03%, but is influenced by co-existing components, and the effect is considered to be synergistic. Since this enzyme works well at pH 7.0 to 8.0, it can be used in a wide pH range including a neutral range. In general, many foods have low pH, but the present enzyme can be widely used for processing such foods and drinks.
本酵素を飲食品に利用し、あるいは、本酵素の生産微生物を用いて飲食品を発酵させる場合には、飲食品に安全に利用できる微生物から本酵素を取得することや、飲食品に安全に利用できる微生物を用いて飲食品を発酵させることも重要である。本酵素の由来微生物の一例である、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)およびアスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)は、高い酵素生産性と、長年の利用による安全性に対する信頼性が高い麹カビ(黄麹菌)に属し、味噌・しょうゆ・日本酒等、日本における醸造食品の製造にも古くから使われている。このような微生物は、飲食品を加工するという用途において、好適に用いることができる。 When using this enzyme in food or drink, or when fermenting food or drink using microorganisms that produce this enzyme, it is necessary to obtain the enzyme from microorganisms that can be safely used in food or drink, It is also important to ferment foods and drinks using available microorganisms. Aspergillus oryzae and Aspergillus sojae, which are examples of microorganisms derived from this enzyme, have high enzyme productivity and high reliability for long-term use and high reliability of Aspergillus oryzae. And has long been used in the manufacture of brewed foods in Japan, such as miso, soy sauce, and sake. Such microorganisms can be suitably used in applications of processing food and drink.
(本発明の5−オキソプロリナーゼを用いた、L−ピログルタミン酸測定用試薬の製造)
本発明の5−オキソプロリナーゼは、L−ピログルタミン酸の測定に用いることもできる。例えば、L−ピログルタミン酸含量を測定したい検体を限外濾過して、タンパク質成分を除き、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で適宜希釈した溶液を測定用の溶液とする。限外濾過には、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)等を使用できる。該測定用の溶液をATP、1価カチオン、2価カチオンの存在下で本酵素と反応させることにより、L−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸への反応を行わせ、反応により生じたL−グルタミン酸を、例えば、測定法1の方法で測定することにより、検体中のL−ピログルタミン酸濃度を算出できる。反応に際しては、適宜、酵素濃度と反応時間を設定することができる。また、測定用試薬中には、防腐剤、緩衝液、安定剤等、本酵素の反応に直接的に関与しない諸成分を含め、任意の成分を配合することもできる。(Production of L-pyroglutamic acid measuring reagent using 5-oxoprolinase of the present invention)
The 5-oxoprolinase of the present invention can also be used for measuring L-pyroglutamic acid. For example, a sample whose L-pyroglutamic acid content is to be measured is subjected to ultrafiltration to remove a protein component, and a solution appropriately diluted with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) is used as a measurement solution. Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore) or the like can be used for ultrafiltration. The solution for measurement is reacted with the present enzyme in the presence of ATP, a monovalent cation and a divalent cation to cause a reaction from L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid. For example, the concentration of L-pyroglutamic acid in a sample can be calculated by measuring the concentration by the method of
(本発明の5−オキソプロリナーゼを用いた、ラセミ体の分割)
本酵素は、L−ピログルタミン酸を基質とし、D−ピログルタミン酸は基質とはならない。D−グルタミン酸やD−ピログルタミン酸は薬品や食品添加物、農薬の生成における重要な出発物質であるが、その製造工程には有機合成やラセミ体の分割等が必要であるため、L−体やラセミ体と比較して、高価である。本酵素により、不純物となるL−ピログルタミン酸を加水分解することにより、高純度のD−ピログルタミン酸を得、得られたD−ピログルタミン酸を任意の方法により加水分解することにより、D−グルタミン酸を得ることができる。(Resolution of racemic body using 5-oxoprolinase of the present invention)
This enzyme uses L-pyroglutamic acid as a substrate, and D-pyroglutamic acid does not become a substrate. D-glutamic acid and D-pyroglutamic acid are important starting materials in the production of drugs, food additives, and pesticides, but their production requires organic synthesis and resolution of the racemic form. More expensive than racemic. The present enzyme hydrolyzes L-pyroglutamic acid as an impurity to obtain high-purity D-pyroglutamic acid, and hydrolyzes the obtained D-pyroglutamic acid by any method to convert D-glutamic acid. Obtainable.
例えば、L−ピログルタミン酸とD−ピログルタミン酸の混合液について、測定法1に準じた反応液中で本酵素と反応させることにより、L−ピログルタミン酸を特異的にL−グルタミン酸に変換する。L−グルタミン酸とD−ピログルタミン酸を分離する方法は、通常の化合物の分離方法を用いることができる。具体的には、例えば、逆相クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、結晶化法等を用いることができる。こうした一連の工程を含む方法を本願明細書においてラセミ体のピログルタミン酸の分割方法という。また、ラセミ体の分割において適宜、誘導体化等の修飾を行うこともできる。
For example, L-pyroglutamic acid is specifically converted to L-glutamic acid by reacting a mixture of L-pyroglutamic acid and D-pyroglutamic acid with the present enzyme in a reaction solution according to
L−ピログルタミン酸がL−グルタミン酸へと変換されたことの確認は、L−ピログルタミン酸の残存量を検出することにより行うか、または、DL−ピログルタミン酸、DL−グルタミン酸、およびL−グルタミン酸を測定することにより行うこともできる。例えば、DL−ピログルタミン酸は、液体クロマトグラフィーで分離、ブロモチモールブルーによる誘導体化後、紫外線吸収程度を検出し、標品を用いた検量線から算出することができ、L−グルタミン酸は、測定法1で示すように、L−グルタミン酸オキシダーゼを用いた酵素法により測定することができる。DL−ピログルタミン酸混合液中において本酵素によりL−グルタミン酸へと変換されたL−ピログルタミン酸は、反応後に生じたL−グルタミン酸濃度、あるいは、反応前のDL−ピログルタミン酸濃度と反応後のDL−ピログルタミン酸濃度の差から算出することができる。 Confirmation that L-pyroglutamic acid was converted to L-glutamic acid is performed by detecting the remaining amount of L-pyroglutamic acid, or measuring DL-pyroglutamic acid, DL-glutamic acid, and L-glutamic acid. Can be performed. For example, DL-pyroglutamic acid can be separated by liquid chromatography, after derivatization with bromothymol blue, the degree of ultraviolet absorption can be detected, and it can be calculated from a calibration curve using a standard. As shown in FIG. 1, it can be measured by an enzymatic method using L-glutamic acid oxidase. The L-pyroglutamic acid converted to L-glutamic acid by the present enzyme in the DL-pyroglutamic acid mixture is the concentration of L-glutamic acid generated after the reaction, or the concentration of DL-pyroglutamic acid before the reaction and the concentration of DL-pyroglutamic acid before the reaction. It can be calculated from the difference in pyroglutamic acid concentration.
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、それらの例により何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited by those examples.
(A.アスペルギルス属に属する微生物からの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質の取得)
1.アスペルギルス・ソーヤにおける5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子の検索
ラット5−オキソプロリナーゼ(NCBI Reference Sequence: NP_446356.1)、およびその酵母オルソログであるOXP1/YKL215c(NCBI Reference Sequence: NP_012707.1)のタンパク質配列データを用い、それらと比較的配列同一性の高い遺伝子を、糸状菌に属するアスペルギルス属菌から探索することを試みた。検索にはBlastプログラム(tblastn)を用いた。アスペルギルス属菌のDNAデータとしては、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae) NBRC4239株のゲノム配列(DDBJ/EMBL/GenBank DNA databases、 Accession numbers for the 65 scaffold sequences; DF093557-DF093585、DNA RESEARCH 18,165-176,2011)を用いた。(A. Acquisition of 5-oxoprolinase ortholog candidate protein from microorganism belonging to genus Aspergillus)
1. Search for 5-oxoprolinase ortholog candidate genes in Aspergillus soya Rat 5-oxoprolinase (NCBI Reference Sequence: NP_446356. 1) and its yeast ortholog, OXP1 / YKL215c (NCBI Reference Sequence: 70N1). Using sequence data, we attempted to search for genes with relatively high sequence identity from Aspergillus species belonging to filamentous fungi. The Blast program (tblastn) was used for the search. As a microorganism belonging to the genus Aspergillus DNA data, Aspergillus sojae (Aspergillus sojae) NBRC4239 shares genome sequence of (DDBJ / EMBL / GenBank DNA databases, Accession numbers for the 65 scaffold sequences; DF093557-DF093585, DNA RESEARCH 18,165-176, 2011) was used.
検索の結果、比較的遺伝子配列の同一性が高かった配列領域として、配列番号4〜6で示す3つの遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302)がみつかった。 As a result of the search, three genes (scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.13022) shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 were found as sequence regions having relatively high gene sequence identity.
遺伝情報処理ソフトウェアGenetyxネットワーク版 version 11.0.6(ゼネティックス社製)によりアミノ酸レベルでの配列同一性の比較を行うと、前記scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302と、ラット5−オキソプロリナーゼとの配列同一性は、それぞれ51.5%、55.2%、48.6%、酵母オルソログOXP1/YKL215cとの配列同一性は、それぞれ51.1%、54.1%、46.9%であった。 When sequence identity at the amino acid level was compared using genetic information processing software Genetyx network version 11.0.6 (Genetics), the scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.16.102 were compared with those of rat 5- The sequence identities with oxoprolinase were 51.5%, 55.2% and 48.6%, respectively, and the sequence identities with the yeast ortholog OXP1 / YKL215c were 51.1%, 54.1% and 46, respectively. 0.9%.
これら3領域の配列情報をアスペルギルス属菌における5−オキソプロリナーゼオルソログ候補分子探索の手がかりとすることとし、以下の操作を進めた。 The sequence information of these three regions was used as a clue for searching for a 5-oxoprolinase ortholog candidate molecule in the genus Aspergillus, and the following operation was carried out.
2.アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)からのゲノムDNA抽出
アスペルギルス・ソーヤ NBRC4239株をバッフル付き三角フラスコにて、PD培地(2%(w/v) デキストリン、1%(w/v) ポリペプトン、0.5%(w/v) KH2PO4、0.05%(w/v) MgSO4・7H2O、0.1%(w/v) カザミノ酸)中、30℃で1〜2日間振盪培養し、濾過により菌体を回収した。回収して得た菌体を、液体窒素中で凍結させ乳鉢と乳棒を用いて磨砕し、細かい粉末状の菌体片とした。2. Genomic DNA extraction from Aspergillus sojae Aspergillus soya NBRC4239 strain in a baffled Erlenmeyer flask in PD medium (2% (w / v) dextrin, 1% (w / v) polypeptone, 0.5% (W / v) KH 2 PO 4 , 0.05% (w / v) MgSO 4 .7H 2 O, 0.1% (w / v) casamino acid) is shake-cultured at 30 ° C. for 1 to 2 days. The cells were collected by filtration. The collected cells were frozen in liquid nitrogen and ground using a mortar and pestle to obtain fine powdered cell fragments.
65℃に温めたNuclei Lysis Solution(Promega社製) 300μLにスパーテル1杯程度の前記粉末状の菌体片を加え、ボルテックスした後、65℃で15分間、インキュベートした。次いで、50μg/mLとなるようにRNase(ニッポンジーン社製)を添加し、37℃で15分間インキュベートした。その後、Protein Precipitation Solution(Promega社製) 125μLを加え、20秒間、激しくボルテックスし、14,000×gで5分間遠心した。得られた上清をイソプロパノール300μLと混合し、11,000×gで3分間遠心して得た沈殿を、70%エタノールでリンスすることにより、アスペルギルス・ソーヤ NBRC4239株由来のゲノムDNAを回収した。このゲノムDNAにTE(10mM Tris−HCl(pH7.5)、1mM EDTA)を加え、50℃、5分間インキュベートして溶解することにより、所望の濃度のゲノムDNA溶液を調製した。 About 300 μL of Nuclei Lysis Solution (promega) warmed to 65 ° C. was added with about 1 spatula of the powdered bacterial cells, vortexed, and incubated at 65 ° C. for 15 minutes. Next, RNase (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) was added to a concentration of 50 μg / mL and incubated at 37 ° C. for 15 minutes. Thereafter, 125 μL of Protein Precipitation Solution (manufactured by Promega) was added, vortexed vigorously for 20 seconds, and centrifuged at 14,000 × g for 5 minutes. The obtained supernatant was mixed with 300 μL of isopropanol, and centrifuged at 11,000 × g for 3 minutes, and the precipitate obtained was rinsed with 70% ethanol to collect genomic DNA derived from Aspergillus soya NBRC4239 strain. TE (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA) was added to the genomic DNA, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 5 minutes to dissolve, thereby preparing a genomic DNA solution having a desired concentration.
3.アスペルギルス・ソーヤにおける5−オキソプロリナーゼのオルソログ候補遺伝子のクローニング
上記で得られたゲノムDNAを鋳型に、アスペルギルス・ソーヤの3つの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302)をPCRによりそれぞれ増幅することを試みた。具体的には、scaffold00004.806には配列番号7および8、scaffold00004.820には配列番号9および10、scaffold00036.1302には配列番号11および12のプライマーを用い、反応試薬としてPrime Star Max(タカラバイオ社製)、装置としてMastercycler gradient(eppendorf社製)を用い、反応試薬キットに添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。前記のPCRにより増幅した3種類の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のDNA断片と考えられるDNA断片(約4000塩基対)は、それぞれ1%アガロースゲル中で分離し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した。また、クローニング用のベクターとして、pUC19由来のプラスミドベクターであるpAsNを用いた。pAsNは、pUC19のLacZ遺伝子座に、アスペルギルス・ソーヤ由来硝酸還元酵素遺伝子(プロモーター領域、ターミネーター領域を含む)、アスペルギルス・ソーヤ由来tef1遺伝子のプロモーター領域(Ptef1、上流748bp、配列番号15)、およびアスペルギルス・ソーヤ由来アルカリプロテアーゼ遺伝子のターミネーター領域(Talp、下流800bp、配列番号16)を導入することにより作製したベクターである。pAsNを鋳型とし、配列番号13および14のインバースPCR用のプライマーを用いて、PCRにより、5‘側にTalp、および3’側にPtef1を含むプラスミドの配列をDNA断片として増幅し、次いでDNA断片を1%アガロースゲル中で分離、QIAquick Gel Extraction Kitを用いて精製した。3. Cloning of Ortholog Candidate Genes of 5-Oxoprolinase in Aspergillus soya Using the genomic DNA obtained above as a template, three candidate 5-oxoprolinase ortholog genes of Aspergillus soya (scafffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.1302) was attempted to be amplified by PCR. Specifically, primers of SEQ ID NOs: 7 and 8 are used for scaffold00004.806, SEQ ID NOs: 9 and 10 are used for scaffold00004.820, and primers of SEQ ID NOS: 11 and 12 are used for scaffold00036.13022, and Prime Star Max (Takara) is used as a reaction reagent. The extension reaction was carried out using a Mastercycler gradient (manufactured by Eppendorf) as an apparatus according to the protocol attached to the reaction reagent kit. The DNA fragments (approximately 4000 base pairs) considered to be the DNA fragments of the three types of 5-oxoprolinase ortholog candidate genes amplified by the above-mentioned PCR were separated in a 1% agarose gel, respectively, and QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN) Was used for purification. In addition, pAsN, a plasmid vector derived from pUC19, was used as a vector for cloning. pAsN contains the Aspergillus soya-derived nitrate reductase gene (including the promoter region and the terminator region), the Aspergillus soya-derived tef1 gene promoter region (Ptef1, upstream 748 bp, SEQ ID NO: 15), and Aspergillus at the LacZ locus of pUC19. A vector prepared by introducing a terminator region (Talp, downstream 800 bp, SEQ ID NO: 16) of a soya-derived alkaline protease gene. Using pAsN as a template and the primers for inverse PCR of SEQ ID NOs: 13 and 14, the PCR was used to amplify the sequence of a plasmid containing Talp on the 5 'side and Ptefl on the 3' side as a DNA fragment. Was separated in a 1% agarose gel and purified using QIAquick Gel Extraction Kit.
そして、精製した3種類の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のDNA断片と考えられるDNA断片を、In−Fusion Advantage PCR Cloning Kit(Clontech社製)を用いて、プラスミドpAsN由来のDNA断片とそれぞれ連結した。これにより、PCRにより増幅した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のDNA断片と考えられるDNA断片を、プラスミドpAsNのPtef1領域およびTalp領域の間にそれぞれ連結した組換えプラスミドを得た。 Then, the purified DNA fragments considered to be the DNA fragments of the three 5-oxoprolinase ortholog candidate genes were ligated to the DNA fragment derived from the plasmid pAsN using In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (manufactured by Clontech). did. As a result, a recombinant plasmid was obtained in which the DNA fragment considered to be the DNA fragment of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene amplified by PCR was connected between the Ptef1 region and the Talp region of the plasmid pAsN.
これらの組換えプラスミドを用いて大腸菌JM109株を定法により形質転換後、該形質転換体から前記組換えプラスミドをそれぞれ抽出し、該プラスミド中に挿入された各DNA配列の解析を行った。解析の結果、前記の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のDNA断片と考えられるDNA断片は、それぞれアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のゲノムDNAに存在するscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302の配列と一致することを確認した。 After transforming Escherichia coli JM109 strain by a conventional method using these recombinant plasmids, each of the recombinant plasmids was extracted from the transformant, and each DNA sequence inserted into the plasmid was analyzed. As a result of the analysis, the DNA fragments considered to be the DNA fragments of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene were the sequences of scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.10.302, which are present in the genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239, respectively. Was confirmed to match.
データベース検索で見出された遺伝子配列の名称であるscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302に対応させて、各プラスミドをそれぞれ、pAsN−4.806 pre mRNA、pAsN−4.820 pre mRNA、pAsN−36.1302 pre mRNAと名付けた。 In accordance with scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.13022, which are the names of the gene sequences found in the database search, pAsN-4.806 pre mRNA and pAsN-4.820 pre mRNA were respectively associated with the plasmids. , PAsN-36.1302 pre mRNA.
4.アスペルギルス属菌用発現ベクターの作製
アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株ゲノムDNAに、上述の方法により取得した5−オキソプロリナーゼのオルソログ候補遺伝子を導入するために、形質転換用DNA断片作製用のプラスミドを下記のように作製した。アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株ゲノムDNA上の遺伝子組換え部位としては、アスペルギルス属菌の生育に影響を与えないことを確認したアルカリプロテアーゼ遺伝子座を選択した。4. Preparation of Expression Vector for Aspergillus spp.To introduce the ortholog candidate gene of 5-oxoprolinase obtained by the above method into genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239 strain, a plasmid for preparing a DNA fragment for transformation was prepared as follows. It was produced as follows. As a gene recombination site on the genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239 strain, an alkaline protease locus confirmed to have no effect on the growth of Aspergillus spp. Was selected.
まず、上述の方法により取得した3種の組換えプラスミド(pAsN−4.806、pAsN−4.820、pAsN−36.1302)中の各5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子を、その上流に位置するPtef1領域および下流に位置するTalp領域とともに、配列番号17および18のプライマーを用いてPCRによりそれぞれ増幅した。Ptef1は、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子を発現させる際のプロモーターであり、Talpは、遺伝子相同組換え部位の下流領域と相補的な配列である。 First, each 5-oxoprolinase ortholog candidate gene in the three types of recombinant plasmids (pAsN-4.806, pAsN-4.820, pAsN-36.1302) obtained by the above-described method is located upstream thereof. Amplification was performed by PCR using the primers of SEQ ID NOS: 17 and 18, together with the Ptefl region and the Talp region located downstream. Ptefl is a promoter for expressing a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene, and Talp is a sequence complementary to the downstream region of the homologous recombination site of the gene.
また、遺伝子相同組換え部位の上流領域と相補的な配列として、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株ゲノムDNAを鋳型とし、配列番号19および20のプライマーを用いてアルカリプロテアーゼ遺伝子のプロモーター領域(Palp、上流1515bp、配列番号21)をPCRにより増幅した。また、後述の形質転換の操作において、形質転換体が得られたことを確認するために用いる、宿主の栄養要求性を相補する遺伝子として、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株ゲノムDNAを鋳型とし、配列番号22および23のプライマーを用いてウリジン要求性を相補する遺伝子周辺領域(pyrG、上流407bp、コード領域896bpおよび下流535bpを含む1838bp、配列番号24)をPCRにより増幅した。 Further, as a sequence complementary to the upstream region of the homologous recombination site of the gene, a promoter region of an alkaline protease gene (Palp, 1515 bp upstream, 15% bp, 15% bp) using Aspergillus soja NBRC4239 strain genomic DNA as a template and primers of SEQ ID NOs: 19 and 20 as primers. SEQ ID NO: 21) was amplified by PCR. In addition, as a gene for complementing the auxotrophy of the host, which is used to confirm that a transformant was obtained in the transformation operation described below, Aspergillus soya NBRC4239 strain genomic DNA was used as a template, and SEQ ID NO: 22 was used. Using the primers No. 23 and No. 23, the peripheral region of the gene that complements the uridine requirement (pyrG, 1838 bp including 407 bp upstream, 896 bp coding and 535 bp downstream, SEQ ID NO: 24) was amplified by PCR.
さらに、プラスミドpUC19(タカラバイオ社製)を鋳型として、配列番号25および26のインバースPCR用のプライマーを用いてプラスミドpUC19の166塩基目〜393塩基目(塩基番号は試薬に添付された制限酵素地図による)を除いた配列(MCS、複製開始点、アンピシリン耐性遺伝子を含む)をPCRにより増幅した。なお、反応試薬としてPrime Star Max(タカラバイオ社製)を用い、添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。 Furthermore, using the plasmid pUC19 (manufactured by Takara Bio Inc.) as a template and the primers for inverse PCR of SEQ ID NOS: 25 and 26, the 166th to 393rd bases of the plasmid pUC19 (the base numbers correspond to the restriction map attached to the reagent) (Including MCS, origin of replication, ampicillin resistance gene) was amplified by PCR. The extension reaction was performed using Prime Star Max (manufactured by Takara Bio Inc.) as a reaction reagent according to the attached protocol.
前記のPCRにより増幅したそれぞれのDNA断片を1%アガロースゲル中で分離、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した。前記の各プライマーには、次の操作でDNA断片どうしを連結させる際に隣接するDNA断片と同一の配列15bp程度が付加されており、In−Fusion Advantage PCR Cloning Kit(Clontech社製)を用いて、それぞれを連結することができる。すなわち、pUC19由来のDNA断片とPalpのDNA断片、PalpのDNA断片とpyrGのDNA断片、pyrGのDNA断片とPtef1のDNA断片、Ptef1のDNA断片と5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、あるいはscaffold00036.1302)のDNA断片、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のDNA断片とTalpのDNA断片、およびTalpのDNA断片とpUC19由来のDNA断片を連結することができる。これにより、図3に示すように、pUC19のマルチクローニングサイト(MCS)の上流に、Palp、pyrG、Ptef1、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、あるいはscaffold00036.1302)、およびTalpの配列が順に連結された3種の組換えプラスミドを取得した。 Each DNA fragment amplified by the above PCR was separated in a 1% agarose gel, and purified using QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). When the DNA fragments are ligated to each other in the following operation, about 15 bp of the same sequence as an adjacent DNA fragment is added to each of the primers, and the primers are added using the In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (Clontech). , Can be connected. That is, a DNA fragment derived from pUC19 and a DNA fragment of Palp, a DNA fragment of Palp and a DNA fragment of pyrG, a DNA fragment of pyrG and a DNA fragment of Ptef1, a DNA fragment of Ptef1 and a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene (scafffold00004.806) , Scaffold00004.820 or scaffold00036.1302), the DNA fragment of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene and the DNA fragment of Talp, and the DNA fragment of Talp and the DNA fragment derived from pUC19 can be ligated. As a result, as shown in FIG. 3, Palp, pyrG, Ptef1, 5-oxoprolinase ortholog candidate genes (scaffold00004.806, scaffold0000.820, or scaffold00036.1302) are located upstream of the multicloning site (MCS) of pUC19. And Talp sequences were sequentially ligated to obtain three types of recombinant plasmids.
該組換えプラスミドを用いて大腸菌JM109株を定法により形質転換後、該形質転換体から前記組換えプラスミドをそれぞれ抽出し、該プラスミド中に挿入された各DNA配列の解析を行い、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、あるいはscaffold00036.1302)の配列が、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のゲノムDNAに存在するscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302の配列と一致することを確認した。 After transformation of Escherichia coli JM109 strain by a conventional method using the recombinant plasmid, the recombinant plasmid was extracted from the transformant, and each DNA sequence inserted into the plasmid was analyzed. The sequence of the enzyme ortholog candidate gene (scaffold00004.806, scaffold00004.820, or scaffold00036.13022) matches scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaf.fol with the sequences of scaffold00004.806 and scaffold00004.806 present in the genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239 strain. It was confirmed.
由来する遺伝子配列の名称であるscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302に対応させて、各プラスミドをそれぞれ、pAsAlpP−4.806 pre mRNA、pAsAlpP−4.820 pre mRNAおよびpAsAlpP−36.1302 pre mRNAと名付けた。 Corresponding to the names of the derived gene sequences scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.13022, the respective plasmids were respectively pAsAlpP-4.806 pre mRNA, pAsAlpP-4.820 pre mRNA and pAsAlp-36. 1302 pre mRNA.
5.アスペルギルス・ソーヤにおける5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDS配列の取得とHisタグ配列の付加
上述の3種の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のエクソン−イントロン構造を予測すると、いずれの遺伝子中にも2つのエクソンと1つのイントロンが存在すると考えられた(図4参照)。具体的には、scaffold00004.806(オルソログ候補遺伝子1、配列番号4)の3986塩基のうち3109番から3158番が、scaffold00004.820(オルソログ候補遺伝子2、配列番号5)の3899塩基のうち2524番から2579番が、scaffold00036.1302(オルソログ候補遺伝子3、配列番号6)の3917塩基のうち35番から90番が、それぞれイントロンであると予測された。5. Acquisition of CDS sequence of 5-oxoprolinase ortholog candidate gene and addition of His tag sequence in Aspergillus soya The above-mentioned three exon-intron structures of 5-oxoprolinase ortholog candidate genes were predicted. It was also thought that there were two exons and one intron (see FIG. 4). Specifically, out of 3,986 bases out of 3,986 bases of scaffold00004.806 (
イントロンを除いた配列(以下、CDSと表記する)を得るために、PCRによりエクソンと予測される領域を増幅し、エクソン1とエクソン2を連結した。すなわち、上記で作製したプラスミドpAsAlpP−4.806 pre mRNAを鋳型とし、配列番号17および27のプライマーを用いて、上流側にPtef1が連結されたscaffold00004.806のエクソン1領域を、配列番号30および31のプライマーを用いて、scaffold00004.806のエクソン2領域をPCRにより増幅した。pAsAlpP−4.820 pre mRNAを鋳型とし、配列番号17および28のプライマーを用いて、上流側にPtef1が連結されたscaffold00004.820のエクソン1領域を、配列番号32および33のプライマーを用いて、scaffold00004.820のエクソン2領域をPCRにより増幅した。pAsAlpP−36.1302 pre mRNAを鋳型とし、配列番号17および29のプライマーを用いて、上流側にPtef1が連結されたscaffold00036.1302のエクソン1領域を、配列番号34および35のプライマーを用いて、scaffold00036.1302のエクソン2領域をPCRにより増幅した。また、pAsAlpP−4.820 pre mRNAを鋳型とし、配列番号13および23のインバースPCR用のプライマーを用いて5‘側にTalp、3’側にPalpおよびpyrGを含むプラスミドの配列をPCRにより増幅し、DNA断片を得た。反応試薬としてPrime Star Maxを用い、添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。
In order to obtain a sequence excluding introns (hereinafter referred to as CDS), a region predicted to be an exon was amplified by PCR, and
前記のPCRにより増幅したDNA断片を1%アガロースゲル中で分離、QIAquick Gel Extraction Kitにより精製し、3種類の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子それぞれについて、上流側にPtef1が連結されたエクソン1領域のDNA断片およびエクソン2領域のDNA断片を、In−Fusion Advantage PCR Cloning Kitを用いて、プラスミド由来のDNA断片に連結することにより、3種類の5−オキソプロリナーゼのオルソログ候補遺伝子のイントロン予測配列を除いた配列を組み込んだプラスミドを得た。
The DNA fragment amplified by the PCR was separated in a 1% agarose gel, purified by QIAquick Gel Extraction Kit, and the
該組換えプラスミドを、データベース検索で見出された遺伝子配列の名称であるscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302に対応させて、pAsAlpP−4.806 CDS、pAsAlpP−4.820 CDS、およびpAsAlpP−36.1302 CDSと名付けた。 The recombinant plasmids were associated with pAsAlpP-4.806 CDS, pAsAlpP-4.820 CDS, corresponding to the names of gene sequences scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.102302 found by database search. And pAsAlpP-36.1302 CDS.
次に、発現させたタンパク質の精製過程を簡略化するために、Hisタグ融合タンパク質発現用プラスミドの構築を行った。上記で作製した3種類のプラスミドpAsAlpP−4.806 CDS、pAsAlpP−4.820 CDS、およびpAsAlpP−36.1302 CDSを鋳型とし、それぞれ配列番号36および31、配列番号37および33、配列番号38および35のプライマーを用いて、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302)CDSの5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した3種類のDNA断片をPCRにより増幅した。 Next, in order to simplify the purification process of the expressed protein, a plasmid for expressing a His-tag fusion protein was constructed. Using the three types of plasmids pAsAlpP-4.806 CDS, pAsAlpP-4.820 CDS, and pAsAlpP-36.1302 CDS prepared above as templates, SEQ ID NOS: 36 and 31, SEQ ID NOs: 37 and 33, SEQ ID NOs: 38 and 38, respectively. Using 35 primers, a 24-base sequence encoding eight histidine sequences was added to the 5 ′ side of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene (scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.1302) CDS. Three types of DNA fragments were amplified by PCR.
また、pAsAlpP−4.806 pre mRNAを鋳型とし、配列番号13および14のインバースPCR用のプライマーを用いて5‘側にTalp、3’側にPalp、pyrGおよびPtef1を含むプラスミド側の配列をPCRにより増幅した。反応試薬としてPrime Star Maxを用い、添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。 Further, using pAsAlpP-4.806 pre mRNA as a template, the sequence of the plasmid containing Talp on the 5 ′ side and Palp, pyrG and Ptef1 on the 3 ′ side using the primers for inverse PCR of SEQ ID NOs: 13 and 14 was subjected to PCR. Amplified by An extension reaction was performed using Prime Star Max as a reaction reagent according to the attached protocol.
前記のPCRにより増幅したそれぞれのDNA断片を1%アガロースゲル中で分離、QIAquick Gel Extraction Kitを用いて精製し、3種類の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDSの5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したDNA断片それぞれを、In−Fusion Advantage PCR Cloning Kitを用いて、5‘側にTalp、3’側にPalp、pyrGおよびPtef1を含むプラスミド由来のDNA断片に連結することにより、pUC19のマルチクローニングサイト(MCS)の上流に、Palp、pyrG、Ptef1、ヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、あるいはscaffold00036.1302)のCDS、およびTalpの配列が順に連結された3種の組換えプラスミドを取得した。 Each of the DNA fragments amplified by the above PCR was separated in a 1% agarose gel, purified using a QIAquick Gel Extraction Kit, and 8 histidines were added to the 5 'side of the CDS of the three candidate 5-oxoprolinase ortholog candidate genes. A DNA fragment derived from a plasmid containing Talp on the 5 'side and Palp, pyrG and Ptef1 on the 3' side using In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit, each of the DNA fragments to which the 24-base sequence encoding the above sequence was added. Oxoprolinase ortholog candidate gene in which a 24-base sequence encoding a sequence of eight palidines, Palp, pyrG, Ptef1, was added upstream of the multicloning site (MCS) of pUC19. (Scaffold00004.806, scaffold00004.820, or scaffold00036.1302) CDS, and the sequence of Talp acquires the three recombinant plasmids coupled in order.
該組換えプラスミドを用いて大腸菌JM109株を定法により形質転換後、該形質転換体から前記組換えプラスミドをそれぞれ抽出し、該プラスミド中に挿入された各DNA配列の解析を行った。解析の結果、Palp、pyrG、Ptef1、ヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDS、およびTalpのそれぞれの配列がアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のゲノムDNA上の配列と一致することを確認した。 After transforming Escherichia coli JM109 strain by a conventional method using the recombinant plasmid, the recombinant plasmid was extracted from the transformant, and each DNA sequence inserted in the plasmid was analyzed. As a result of the analysis, the CDS of a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene to which a 24-base sequence encoding a sequence of Palp, pyrG, Ptefl, and eight histidines was added, and the respective sequences of Talp were the genome of Aspergillus soya NBRC4239 strain. It was confirmed that the sequence matched the sequence on the DNA.
以上のようにして、3種の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302))に対し、Hisタグ配列を付加し、かつ、イントロンであることが予測される配列を除去する操作を行った。 As described above, the His tag sequence is added to the three 5-oxoprolinase ortholog candidate genes (scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.13022), and it is predicted that the gene is an intron. An operation to remove the sequence to be performed was performed.
上記操作を経た3種の遺伝子をそれぞれ含むプラスミドを、由来する遺伝子配列の名称であるscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302に対応させて、pAsAlpP−His−4.806 CDS、pAsAlpP−His−4.820 CDS、およびpAsAlpP−His−36.1302 CDSと名付けた。 Plasmids containing each of the three genes subjected to the above-described operations were subjected to pAsAlpP-His-4.806 CDS and pAsAlpP- corresponding to the names of the derived gene sequences scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.1302. His-4.820 CDS and pAsAlpP-His-36.1302 CDS.
6.アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子形質転換体の取得
上記のように作製したpAsAlpP−His−4.806 CDSを鋳型として、配列番号39および40のプライマーを用い、Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子scaffold00004.806のCDS領域、およびTalpが連結されたDNA断片を、pAsAlpP−His−4.820 CDSを鋳型として、配列番41および40のプライマーを用い、Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子scaffold00004.820のCDS領域、およびTalpが連結されたDNA断片を、pAsAlpP−His−36.1302 CDSを鋳型として、配列番41および42のプライマーを用い、Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子scaffold00036.1302のCDS領域、およびTalpが連結されたDNA断片を、それぞれPCRにより増幅した。なお、反応試薬としてKOD Dash Neo(TOYOBO社製)、装置としてMastercycler gradient(eppendorf社製)を用い、反応試薬キットに添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。6. Acquisition of 5-oxoprolinase ortholog candidate gene transformant of Aspergillus soya NBRC4239 strain Using pAsAlpP-His-4.806 CDS prepared as described above as a template, primers of SEQ ID NOS: 39 and 40, and , Ptef1, and a DNA fragment to which the CDS region of 5-oxoprolinase ortholog candidate gene scaffold00004.806 added with a His tag sequence and a Talp were ligated, using pAsAlpP-His-4.820 CDS as a template, SEQ ID NO: 41 and SEQ ID NO: 41. Using 40 primers, the CDS region of 5-oxoprolinase ortholog candidate gene scaffold0000.820 to which Palp, pyrG, Ptefl, and His tag sequences were added, and Talp were ligated. Using the primers of SEQ ID NOs: 41 and 42, a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene scafffold00036.13022 to which a Palp, pyrG, Ptefl, and His tag sequence were added using the pAsAlpP-His-36.1302 CDS as a template and the CDS as a template. And the DNA fragment to which the Talp was linked were amplified by PCR, respectively. The elongation reaction was carried out using KOD Dash Neo (manufactured by TOYOBO) as a reaction reagent and Mastercycler gradient (manufactured by Eppendorf) as an apparatus according to the protocol attached to the reaction reagent kit.
上記増幅した3種のDNA断片(5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子それぞれについて、Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDS領域、およびTalpが連結されたDNA断片)は、エタノール沈殿後、TEに溶解して、所望の濃度のDNA溶液を調製し、下記の手順でアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株由来pyrG破壊株(pyrG遺伝子の上流48bp、コード領域896bp、下流240bp欠損株)の形質転換に用いた。 The above three amplified DNA fragments (for each of the 5-oxoprolinase ortholog candidate genes, the CDS region of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene added with a Palp, pyrG, Ptefl, and His tag sequence, and Talp were ligated). The DNA fragment) was dissolved in TE after ethanol precipitation to prepare a DNA solution of a desired concentration, and a pyrG-disrupted strain (48 bp upstream of the pyrG gene, 896 bp coding region, and 896 bp downstream of the pyrG gene) was prepared from Aspergillus soya NBRC4239 by the following procedure. 240 bp deletion strain).
まず、形質転換に用いるアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株(マルツプレートに培養したアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株由来pyrG破壊株の分生子、9cmシャーレに10分の1程度)を、0.01% Tween80溶液に懸濁し、10mMとなるようにウリジンを添加したPD培地(2%(w/v) デキストリン、1%(w/v) ポリペプトン、0.5%(w/v) KH2PO4、0.05%(w/v) MgSO4・7H2O、0.1%(w/v) カザミノ酸)150mLに植菌し、18時間程度、振盪培養した。培養後、濾過により菌体を回収し、形質転換用にPCRにより増幅しておいたDNA断片(3種の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子それぞれについて、Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDS領域、およびTalpが連結されたDNA断片)のTE溶液(DNA10μg程度/20μL)を用いて、プロトプラスト−PEG法により、形質転換を行った。First, Aspergillus soya NBRC4239 strain (conidia of a pyrG-disrupted strain derived from Aspergillus soya NBRC4239 strain cultured on a Maltz plate, about 1/10 in a 9 cm petri dish) to be used for transformation was suspended in a 0.01% Tween80 solution. PD medium supplemented with uridine to a concentration of 10 mM (2% (w / v) dextrin, 1% (w / v) polypeptone, 0.5% (w / v) KH 2 PO 4 , 0.05% ( (w / v) 150 mL of MgSO 4 .7H 2 O, 0.1% (w / v casamino acid) and incubating with shaking for about 18 hours. After the culture, the cells were collected by filtration, and a DNA fragment amplified by PCR for transformation (Palp, pyrG, Ptef1, and a His tag sequence were added to each of the three 5-oxoprolinase ortholog candidate genes) Transformation was performed by the protoplast-PEG method using a TE solution (about 10 μg of DNA / 20 μL) of the CDS region of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene and the DNA fragment to which Talp was linked.
得られた各形質転換体においては、NBRC4239株のアルカリプロテアーゼ遺伝子座にpyrG、Ptef1、およびHisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDS領域が連結された配列がそれぞれ導入される。これらの株は、ウリジン要求性を相補する遺伝子であるpyrGが導入されることにより、ウリジン無添加培地に生育できるようになることで、目的の遺伝子が導入された株を選択できる。 In each of the obtained transformants, a sequence in which the CDS region of a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene in which pyrG, Ptefl, and His tag sequences are added to the alkaline protease locus of NBRC4239 strain is introduced. . These strains can be grown in a uridine-free medium by introducing pyrG, a gene that complements uridine auxotrophy, so that strains into which the target gene has been introduced can be selected.
さらに、該形質転換体について、コロニーPCRにより目的の遺伝子座に遺伝子導入された株であることの確認を行なった。すなわち、爪楊枝で掻きとった該形質転換体の分生子をTEに懸濁してPCRの鋳型とし、配列番号43および44のプライマーを用い、アルカリプロテアーゼ遺伝子座の上流237塩基目から下流277塩基目に挟まれた領域をPCRにより増幅した。反応試薬には、KOD FX (TOYOBO社製)を用い、94℃、5分間の熱処理後、添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。その結果、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のゲノムDNAのアルカリプロテアーゼ遺伝子座のアルカリプロテアーゼ遺伝子(alp、1389bp、配列番号45)に換えて、形質転換体株では、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDS領域が連結されたDNA(約6.6kbp)の存在を示す約7kbpのシグナルが検出されたことにより、前記の形質転換体ではアルカリプロテアーゼ遺伝子座において相同組換えされたことを確認した。 Furthermore, it was confirmed that the transformant was a strain into which the gene was introduced at the target locus by colony PCR. That is, the conidia of the transformant scraped with a toothpick are suspended in TE and used as a template for PCR, and the primers of SEQ ID NOs: 43 and 44 are used to convert the alkaline protease locus from the 237th base upstream to the 277th base downstream. The sandwiched region was amplified by PCR. KOD FX (manufactured by TOYOBO) was used as a reaction reagent, and after a heat treatment at 94 ° C. for 5 minutes, an extension reaction was performed according to the attached protocol. As a result, in the transformant strain, pyrG, Ptef1, and His tag sequences were added in place of the alkaline protease gene (alp, 1389 bp, SEQ ID NO: 45) at the alkaline protease locus of the genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239 strain. -A homologous recombination at the alkaline protease locus was detected in the transformant by detecting a signal of about 7 kbp indicating the presence of DNA (about 6.6 kbp) to which the CDS region of the oxoprolinase ortholog candidate gene was linked. I confirmed that it was done.
上記の方法により、3種のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子に各々由来する遺伝子による形質転換体(5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体)を取得することができた。各5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体は、由来する遺伝子の名称であるscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302に対応させて、それぞれNBRC4239−His−4.806 CDS株、NBRC4239−His−4.820 CDS株、およびNBRC4239−His−36.1302 CDS株と名付けた。 Using the above-mentioned method, obtaining transformants (genes of Aspergillus genus transformed with 5-oxoprolinase ortholog candidate genes) derived from the three candidate genes of 5-oxoprolinase ortholog derived from Aspergillus soya. Was completed. The transformants of the genus Aspergillus by the respective 5-oxoprolinase ortholog candidate genes correspond to NBRC4239-His-4.806, respectively, corresponding to the names of the derived genes, scaffold00004.806, scaffold0000.820, and scaffold00036.1302. The strains were named CDS strain, NBRC4239-His-4.820 CDS strain, and NBRC4239-His-36.1302 CDS strain.
7.アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質の取得
上記のようにして取得した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体のゲノムDNAに導入された、5−オキソプロリナーゼ候補遺伝子の上流にはヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列が付加されており、アスペルギルス属菌形質転換体を培養することにより、N末側にヒスチジン8個のタグが融合された5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を発現させることができる。7. Acquisition of 5-oxoprolinase ortholog candidate protein derived from Aspergillus soya 5-oxoprolinase candidate introduced into the genomic DNA of a transformant of the genus Aspergillus by the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene obtained as described above. A 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines was added upstream of the gene. By culturing a transformant of the genus Aspergillus, a tag of eight histidines was fused to the N-terminus. An oxoprolinase ortholog candidate protein can be expressed.
該N末Hisタグ融合5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質は、定法によりNiカラムを用いて精製することができる。すなわち、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体(NBRC4239−His−4.806 CDS株、NBRC4239−His−4.820 CDS株、およびNBRC4239−His−36.1302 CDS株)の分生子を、PD培地(2%(w/v) デキストリン、1%(w/v) ポリペプトン、0.5%(w/v) KH2PO4、0.05%(w/v) MgSO4・7H2O、0.1%(w/v) カザミノ酸)に1×105個/mLとなるように植菌し、30℃、120rpmで、2日間培養し、濾過により菌体を回収した。The N-terminal His tag-fused 5-oxoprolinase ortholog candidate protein can be purified by a conventional method using a Ni column. That is, transformants of the genus Aspergillus (NBRC4239-His-4.806 CDS strain, NBRC4239-His-4.820 CDS strain, and NBRC4239-His-36.1302 CDS strain) by the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene. The conidia were transferred to a PD medium (2% (w / v) dextrin, 1% (w / v) polypeptone, 0.5% (w / v) KH 2 PO 4 , 0.05% (w / v) MgSO 4・ Inoculate in 7H 2 O, 0.1% (w / v casamino acid) at 1 × 10 5 cells / mL, culture at 30 ° C. and 120 rpm for 2 days, and collect cells by filtration did.
回収した菌体を液体窒素中で凍結させ、乳鉢と乳棒を用いて磨砕して得た細かい粉末状の菌体片を、培養液の1/10〜1/20量の2mM PMSFを含む抽出バッファー(50mM Tris、300mM NaCl、20%(w/v) グリセロール、0.5mM L−ピログルタミン酸、pH8.0)に懸濁した。得られた懸濁液の遠心上清を0.2μmのフィルターで濾過し、菌体抽出液(粗酵素溶液)とした。 The collected bacterial cells were frozen in liquid nitrogen, and ground using a mortar and pestle to obtain fine powdery bacterial cell fragments, which were extracted with 1/10 to 1/20 of the culture solution containing 2 mM PMSF. The suspension was suspended in a buffer (50 mM Tris, 300 mM NaCl, 20% (w / v) glycerol, 0.5 mM L-pyroglutamic acid, pH 8.0). The centrifuged supernatant of the obtained suspension was filtered through a 0.2 μm filter to obtain a cell extract (crude enzyme solution).
その後、この菌体抽出液の一部を、Ni−NTA Superflowカラム(QIAGEN社製)に供してHisタグ融合5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を結合させ、イミダゾール20mMを含む抽出バッファーで洗浄後、イミダゾール250mMを含む抽出バッファーで溶出された5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質含有画分を得た。なお、必要に応じて、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)を用いて、前記5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質含有画分をさらに濃縮した。5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質含有画分は、抽出バッファーに対して透析を行い、精製酵素溶液とした。 Thereafter, a part of the bacterial cell extract was applied to a Ni-NTA Superflow column (manufactured by QIAGEN) to bind the His-tag fused 5-oxoprolinase ortholog candidate protein, and washed with an extraction buffer containing 20 mM imidazole. A fraction containing a 5-oxoprolinase ortholog candidate protein eluted with an extraction buffer containing 250 mM imidazole was obtained. If necessary, the fraction containing the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein was further concentrated using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore). The fraction containing the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein was dialyzed against an extraction buffer to obtain a purified enzyme solution.
上記の酵素の精製操作により、培養100mLあたり、100〜300μgの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質が得られた。以下、それぞれの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を、由来する遺伝子の名称(scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302))に対応して、As4.806、As4.820、As36.1302と表記する。 By the above-mentioned enzyme purification operation, 100 to 300 μg of 5-oxoprolinase ortholog candidate protein was obtained per 100 mL of culture. Hereinafter, each of the 5-oxoprolinase ortholog candidate proteins is associated with the name of the derived gene (scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.13022), as 4.806, As4.8820, and As36.1302. Notation.
8.各5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質のSDS−PAGEによる精製度の確認
As4.806、As4.820、As36.1302をそれぞれ含む上記形質転換体由来の菌体抽出液(5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質粗酵素溶液)、および精製タンパク質(精製酵素溶液)の一部を、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。電気泳動はLaemmliの方法に従い、トリスSDSβMEサンプル処理液(コスモバイオ社製)を添加し、100℃、5分間の熱処理後、アクリルアミド5−20%のグラジェントゲル(和光純薬工業社製)、Tris−Glycine SDS Running buffer(Invitrogen社製)を用いて泳動した。泳動終了後にゲルのCBB染色を行った結果を図5に示す。これにより、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820、As36.1302)が、高い純度で精製されていることを確認した。分子量は約140kDa(黒三角でマークした部分)であり、本発明中に開示した遺伝子の配列から算出される大きさと一致していた。8. Confirmation of Purification Degree of Each 5-Oxoprolinase Ortholog Candidate Protein by SDS-PAGE Cell Extract from the Transformant Containing As4.806, As4.820, and As36.1302 (5-oxoprolinase Ortholog Candidate) The protein crude enzyme solution) and a part of the purified protein (purified enzyme solution) were subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The electrophoresis was performed according to the method of Laemmli, to which a Tris SDSβME sample treatment solution (manufactured by Cosmo Bio) was added, and a heat treatment was performed at 100 ° C. for 5 minutes. Electrophoresis was performed using Tris-Glycine SDS Running buffer (manufactured by Invitrogen). The result of performing CBB staining of the gel after the completion of the electrophoresis is shown in FIG. This confirmed that the 5-oxoprolinase ortholog candidate proteins (As4.806, As4.820, As36.1302) were purified with high purity. The molecular weight was about 140 kDa (portion marked with a black triangle), which was consistent with the size calculated from the sequence of the gene disclosed in the present invention.
なお、各タンパク質の量は、アスペルギルス・ソーヤ由来酵素の菌体抽出液では湿菌500μg相当、アスペルギルス・ソーヤ由来酵素の精製タンパク質溶液ではタンパク質1μgを電気泳動に供した。参照として、公知の5−オキソプロリナーゼである酵母オルソログOXP1/YKL215cについて、後述する手順で同様に菌体抽出液と精製タンパク質溶液を調製し、菌体抽出液100μL相当、精製タンパク質1μgを電気泳動に供した。 The amount of each protein was subjected to electrophoresis with 500 μg of wet bacteria in a cell extract of an enzyme derived from Aspergillus soya, and 1 μg of a purified protein solution of an enzyme derived from Aspergillus soya. For reference, for the yeast ortholog OXP1 / YKL215c, which is a known 5-oxoprolinase, a cell extract and a purified protein solution are prepared in the same manner as described below, and 100 μL of the cell extract and 1 μg of the purified protein are electrophoresed. Was served.
(B.酵母由来5−オキソプロリナーゼの取得)
本発明の5−オキソプロリナーゼの諸性質を公知酵素と比較するための参照用酵素として、本発明と同様に微生物由来の5−オキソプロリナーゼのオルソログタンパク質として報告されている酵母由来のOXP1/YKL215cを調製した。なお、酵母からの前記5−オキソプロリナーゼの取得に関しては、FEMS Yeast Res.(Vol.10、394頁〜401頁、2010年)等に開示されている手順等に準じて各種操作を行った。(B. Acquisition of yeast-derived 5-oxoprolinase)
As a reference enzyme for comparing various properties of the 5-oxoprolinase of the present invention with a known enzyme, yeast-derived OXP1 / reported as an ortholog protein of 5-oxoprolinase derived from a microorganism as in the present invention. YKL215c was prepared. In addition, about acquisition of the said 5-oxoprolinase from yeast, FEMS Yeast Res. (Vol. 10, pages 394 to 401, 2010) and the like, and various operations were performed.
1.サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)からのゲノムDNA抽出
サッカロマイセス・セレビシエ INVsc1株(Invitrogen社製)をYPD培地(1%(w/v) イーストエキストラクト、2%(w/v) ペプトン、2%(w/v) D−グルコース)で一晩、振盪培養後、13,000×g、1分間の遠心により菌体を回収した。回収した菌体を、滅菌milli−Q水で洗浄した後、Nuclei Lysis Solution(Promega社製) 300μLと直径0.5mmのマルチビーズショッカー用専用グラスビーズ(安井器械社製)を加え、ビーズショッカー(安井器械社製)により破砕した(2000rpm、60秒間破砕後、30秒間静置、これを8回繰り返した)。その後、65℃で15分間インキュベートした後、50μg/mLとなるようにRNase(ニッポンジーン社製)を添加、37℃で15分間インキュベートした。Protein Precipitation Solution(Promega社製) 125μLを加え、10秒間、激しくボルテックスし、17,000×gで3分間遠心した。1. Genomic DNA Extraction from Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae strain INVsc1 (manufactured by Invitrogen) was converted to YPD medium (1% (w / v) yeast extract, 2% (w / v) peptone, 2% (w) / V) D-glucose) overnight, followed by shaking culture, followed by centrifugation at 13,000 xg for 1 minute to collect the cells. After the collected cells were washed with sterile milli-Q water, 300 μL of Nuclei Lysis Solution (manufactured by Promega) and glass beads for multi-beads shocker (manufactured by Yasui Kikai) having a diameter of 0.5 mm and a diameter of 0.5 mm were added, and a bead shocker ( (Yasui Kikai Co., Ltd.) (2000 rpm, crushed for 60 seconds, allowed to stand for 30 seconds, and repeated 8 times). Then, after incubating at 65 ° C. for 15 minutes, RNase (Nippon Gene) was added at 50 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 15 minutes. 125 μL of Protein Precipitation Solution (Promega) was added, vortexed vigorously for 10 seconds, and centrifuged at 17,000 × g for 3 minutes.
得られた上清をイソプロパノール300μLと混合し、17,000×gで10分間遠心して得た沈殿を、70%エタノールでリンスすることにより、酵母由来ゲノムDNAを回収した。回収したゲノムDNAに対して適量のTEを加え、50℃、5分間インキュベートして溶解することにより、所望の濃度のゲノムDNA溶液を調製した。 The obtained supernatant was mixed with 300 μL of isopropanol, and the precipitate obtained by centrifugation at 17,000 × g for 10 minutes was rinsed with 70% ethanol to collect yeast-derived genomic DNA. An appropriate amount of TE was added to the collected genomic DNA, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 5 minutes to dissolve, thereby preparing a genomic DNA solution having a desired concentration.
2.酵母OXP1/YKL215cのクローニングと酵母形質転換体の作製
サッカロマイセス・セレビシエ INVsc1株のゲノムDNAを鋳型とし、配列番号46および47に示したプライマーを用いて、5’側に制限酵素SacIの認識配列およびヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列、3’側に制限酵素XhoIの認識配列を付加した、OXP1/YKL215cのコード領域(3861bp、配列番号48)をPCRにより増幅した。反応試薬としてPrime Star Max(タカラバイオ社製)、装置としてMastercycler gradient(eppendorf社製)を用い、反応試薬キットに添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。2. Cloning of Yeast OXP1 / YKL215c and Preparation of Yeast Transformant Using genomic DNA of Saccharomyces cerevisiae strain INVsc1 as a template, primers shown in SEQ ID NOs: 46 and 47, and a recognition sequence of histidine and a restriction enzyme SacI on the 5 'side A coding region (3861 bp, SEQ ID NO: 48) of OXP1 / YKL215c, to which a 24-base sequence encoding eight sequences and a recognition sequence for a restriction enzyme XhoI was added to the 3 ′ side, was amplified by PCR. An extension reaction was performed using Prime Star Max (manufactured by Takara Bio Inc.) as a reaction reagent and Mastercycler gradient (manufactured by Eppendorf) as an apparatus according to the protocol attached to the reaction reagent kit.
前記のPCRにより増幅した、制限酵素認識配列およびヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したOXP1/YKL215cと考えられるDNA断片を、1%アガロースゲル中で分離し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)を用いて精製し、制限酵素SacI(タカラバイオ社製)およびXhoI(BioLabs社製)で切断後、1%アガロースゲル中で分離し、QIA quick Gel Extraction Kitを用いて、再度精製した。精製された前記DNA断片を、ligation high ver2(TOYOBO社製)を用いて、酵母発現用プラスミドpYES2/CT(Invitrogen社製)のSacI−XhoIサイトに連結することにより、酵母形質転換体作製用の組換えプラスミドpYES2−His−YKL215cを構築した。 The DNA fragment considered to be OXP1 / YKL215c to which a 24-base sequence encoding a restriction enzyme recognition sequence and eight histidine sequences amplified by the PCR was added, separated in a 1% agarose gel, and then separated in a QIAquick Gel Extraction Kit. (QIAGEN), cut with restriction enzymes SacI (Takara Bio Inc.) and XhoI (BioLabs), separated in 1% agarose gel, and again using QIA quick Gel Extraction Kit. Purified. The purified DNA fragment was ligated to the SacI-XhoI site of a yeast expression plasmid pYES2 / CT (Invitrogen) using ligation high ver2 (TOYOBO) to prepare a yeast transformant. A recombinant plasmid pYES2-His-YKL215c was constructed.
次いで、前記組換えプラスミドpYES2−His−YKL215cを用いて、大腸菌JM109株を定法により形質転換し、該形質転換体から前期組換えプラスミドpYES2−His−YKL215cを抽出し、該プラスミド中に挿入されたDNA配列解析を行った。解析の結果、上記のヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したOXP1/YKL215cと考えられるDNA断片は、サッカロマイセス・セレビシエOXP1/YKL215cの配列と一致することを確認した。 Next, Escherichia coli JM109 strain was transformed by a conventional method using the above-mentioned recombinant plasmid pYES2-His-YKL215c, and the above-mentioned recombinant plasmid pYES2-His-YKL215c was extracted from the transformant and inserted into the plasmid. DNA sequence analysis was performed. As a result of the analysis, it was confirmed that the DNA fragment considered to be OXP1 / YKL215c to which the 24-base sequence encoding the eight histidine sequences had been added was identical to the sequence of Saccharomyces cerevisiae OXP1 / YKL215c.
次いで、前記プラスミドpYES2−His−YKL215cを用いて、S.c.EasyComp(商標) Transformation kit(Invitrogen社製)を用い、添付のマニュアルに従って、サッカロマイセス・セレビシエ INVsc1株を形質転換し、pYES2/CTにコードされたウラシル合成遺伝子であるURA3の発現により、ウラシル無添加培地に生育できるようになることで、ウラシル非要求性となることを指標に、OXP1/YKL215cによる酵母形質転換体を選抜した。 Then, S. cerevisiae was expressed using the plasmid pYES2-His-YKL215c. c. The Saccharomyces cerevisiae strain INVsc1 was transformed using the EasyComp ™ Transformation kit (manufactured by Invitrogen) according to the attached manual, and the expression of URA3, a uracil synthesis gene encoded by pYES2 / CT, resulted in a medium without uracil. A yeast transformant using OXP1 / YKL215c was selected on the basis of the fact that uracil is not required by being able to grow.
3.酵母OXP1/YKL215cタンパク質の取得
上記のようにして取得したOXP1/YKL215cによる酵母形質転換体に導入されたプラスミド中のOXP1/YKL215c遺伝子の上流には、ヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列が付加されており、酵母形質転換体をガラクトースの存在下で培養することにより、N末側にヒスチジン8個のタグが融合されたOXP1/YKL215cタンパク質を発現誘導することができる。該N末Hisタグ融合OXP1/YKL215cタンパク質は、定法によりNiカラムを用いて精製することができる。3. Obtaining Yeast OXP1 / YKL215c Protein A 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines is located upstream of the OXP1 / YKL215c gene in the plasmid introduced into the yeast transformant with OXP1 / YKL215c obtained as described above. By culturing the yeast transformant in the presence of galactose, expression of the OXP1 / YKL215c protein in which eight histidine tags are fused to the N-terminal can be induced. The N-terminal His tag-fused OXP1 / YKL215c protein can be purified by a conventional method using a Ni column.
すなわち、前記のOXP1/YKL215cによる酵母形質転換体を、前培養用液体培地(0.67%(w/v) アミノ酸不含有イーストニトロゲンベース (ベクトン・ディッキンソン社製)、0.192%(w/v) ウラシル不含有酵母合成ドロップアウト培地用添加物 (sigma社製)、2.0%(w/v) ラフィノース)中、30℃で24時間、振盪培養した。その後、本培養用液体培地(0.67%(w/v)アミノ酸不含有イーストニトロゲンベース、0.192%(w/v)ウラシル不含有酵母合成ドロップアウト培地用添加物、2.5%(w/v)D−ガラクトース、0.75%(w/v)ラフィノース)で10倍に希釈し、30℃で12〜18時間培養し、500×g、1〜5分間の遠心により菌体を回収した。回収した菌体は、培養液の1/10〜1/20量の2mM PMSFを含む抽出バッファー(50mM Tris、300mM NaCl、20%(w/v) グリセロール、0.5mM L−ピログルタミン酸、pH8.0)に懸濁し、マルチビーズショッカーを用いて破砕した。あるいは、前記回収した菌体を液体窒素中で凍結させ乳鉢と乳棒を用いて磨砕し、細かい粉末状の菌体片とした後に、培養液の1/10〜1/25量の2mM PMSFを含む抽出バッファーに懸濁した。 That is, the above-mentioned yeast transformant by OXP1 / YKL215c was transformed into a liquid medium for preculture (0.67% (w / v) amino acid-free yeast nitrogen base (manufactured by Becton Dickinson), 0.192% (w / V) A uracil-free yeast synthetic dropout medium additive (Sigma), 2.0% (w / v raffinose) was cultured with shaking at 30 ° C for 24 hours. Then, a liquid medium for main culture (0.67% (w / v) amino acid-free yeast nitrogen base, 0.192% (w / v) uracil-free yeast synthetic dropout medium supplement, 2.5% (W / v) D-galactose, 0.75% (w / v) raffinose), diluted 10-fold, cultured at 30 ° C. for 12 to 18 hours, and centrifuged at 500 × g for 1 to 5 minutes. Was recovered. The collected cells were extracted with an extraction buffer (50 mM Tris, 300 mM NaCl, 20% (w / v) glycerol, 0.5 mM L-pyroglutamic acid, pH 8.0) containing 1/10 to 1/20 the volume of the culture solution and containing 2 mM PMSF. 0) and crushed using a multi-beads shocker. Alternatively, the collected cells are frozen in liquid nitrogen, ground using a mortar and a pestle to form fine powdery cell pieces, and 1/10 to 1/25 of the 2 mM PMSF in the culture solution is added. It was suspended in the extraction buffer containing.
前記2種類の破砕菌体懸濁液の遠心上清を0.2μmのフィルターで濾過し、菌体抽出液(粗酵素溶液)とした。その後、この菌体抽出液をNi−NTA Superflowカラム(QIAGEN社製)に供してHisタグ融合OXP1/YKL215cタンパク質を結合させ、イミダゾール20mMを含む抽出バッファーで洗浄後、250mMを含む抽出バッファーで溶出されるOXP1/YKL215cタンパク質含有画分を得た。 The centrifugal supernatants of the two kinds of disrupted cell suspensions were filtered with a 0.2 μm filter to obtain a cell extract (crude enzyme solution). Thereafter, the bacterial cell extract is applied to a Ni-NTA Superflow column (manufactured by QIAGEN) to bind the His tag-fused OXP1 / YKL215c protein, washed with an extraction buffer containing 20 mM imidazole, and eluted with an extraction buffer containing 250 mM. OXP1 / YKL215c protein-containing fraction was obtained.
なお、必要に応じて、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)を用いて前記OXP1/YKL215cタンパク質含有画分をさらに濃縮した。OXP1/YKL215cタンパク質含有画分は、抽出バッファーに対して透析を行い、精製酵素溶液とした。上記の酵素精製により、培養100mlあたり、55〜200μgのOXP1/YKL215cタンパク質(以下、「YKL215c」と表記する)が得られた。 If necessary, the OXP1 / YKL215c protein-containing fraction was further concentrated using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore). The OXP1 / YKL215c protein-containing fraction was dialyzed against an extraction buffer to obtain a purified enzyme solution. By the above-mentioned enzyme purification, 55 to 200 μg of OXP1 / YKL215c protein (hereinafter referred to as “YKL215c”) was obtained per 100 ml of culture.
4.OXP1/YKL215cのSDS−PAGEによる精製度の確認
OXP1/YKL215cによる酵母形質転換体由来の菌体抽出液(粗酵素溶液)、および精製タンパク質(精製酵素溶液)の一部を、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。電気泳動はLaemmliの方法に従い、トリスSDSβMEサンプル処理液(コスモバイオ社製)を添加し、100℃、5分間の熱処理後、アクリルアミド5−20%のグラジェントゲル(和光純薬工業社製)、Tris−Glycine SDS Running buffer(Invitrogen社製)を用いて泳動した。泳動終了後にゲルのCBB染色を行った結果を図5に示す。これにより、YKL215cが、高い純度で精製されていることを確認した。分子量は約140kDaであり、YKL215cのアミノ酸配列(1286アミノ酸、配列番号55)から算出される大きさと一致していた。4. Confirmation of Purification Degree of OXP1 / YKL215c by SDS-PAGE SDS-polyacrylamide gel was obtained by extracting a cell extract (crude enzyme solution) derived from a yeast transformant by OXP1 / YKL215c and a part of the purified protein (purified enzyme solution). It was subjected to electrophoresis. The electrophoresis was performed according to the method of Laemmli, to which a Tris SDSβME sample treatment solution (manufactured by Cosmo Bio) was added, and a heat treatment was performed at 100 ° C. for 5 minutes. Electrophoresis was performed using Tris-Glycine SDS Running buffer (manufactured by Invitrogen). The result of performing CBB staining of the gel after the completion of the electrophoresis is shown in FIG. This confirmed that YKL215c was purified with high purity. The molecular weight was about 140 kDa, which was consistent with the size calculated from the amino acid sequence of YKL215c (1286 amino acids, SEQ ID NO: 55).
なお、各タンパク質の量は、菌体抽出液では培養液100μL相当、精製タンパク質溶液ではタンパク質1μgを電気泳動に供した。 The amount of each protein was equivalent to 100 μL of the culture solution in the cell extract, and 1 μg of the protein in the purified protein solution was subjected to electrophoresis.
(C.アスペルギルス属菌中で発現させたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質の活性確認)
1.5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質とL−ピログルタミン酸との反応によるL−グルタミン酸生成活性の検出
上述のA.の7.により得られたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820、およびAs36.1302)、および上述のB.の3.により得られた酵母由来5−オキソプロリナーゼ酵母オルソログタンパク質YKL215cを用いて、以下の手順に従って、5−オキソプロリナーゼ活性を確認した。(Confirmation of the activity of a candidate protein of 5-oxoprolinase ortholog derived from Aspergillus soja expressed in C. Aspergillus)
Detection of L-glutamic acid producing activity by reaction of 1.5-oxoprolinase ortholog candidate protein with L-
L−ピログルタミン酸溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、pH8.0〕0.08mLと、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で200μg/mLに希釈した前記の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820、およびAs36.1302)溶液0.02mLを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。参照として、L−ピログルタミン酸溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、pH8.0〕0.08mLと、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で200μg/mLに希釈したYKL215c溶液0.02mLを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。前記の反応液を100℃、3分間加熱して酵素反応を停止後、酵素反応液中のL−グルタミン酸濃度を測定した。
0.08 mL of an L-pyroglutamic acid solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, pH 8.0] and the above-mentioned 5-oxoprolyl diluted to 200 μg / mL with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) 0.02 mL of the solution of the candidate protein for the ortholog of the enzyme (As4.806, As4.820, and As36.1302) was mixed, and the enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 1 hour. For reference, 0.08 mL of L-pyroglutamic acid solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, pH 8.0] and
L−グルタミン酸の定量には、「ヤマサL−グルタミン酸検出キットII」(ヤマサ醤油社製)を用い、酵素反応液0.02mLに対して前記キットのL−グルタミン酸検出用発色試薬0.15mLを混合し、室温で20〜30分間反応後の600nmの吸光度を測定した。L−グルタミン酸標品による検量線を用いて、酵素反応液中のL−グルタミン酸濃度を算出し、反応液中のL−グルタミン酸濃度から酵素の活性の有無を調べた。 For quantification of L-glutamic acid, "Yamasa L-glutamic acid detection kit II" (manufactured by Yamasa Shoyu Co., Ltd.) was used, and 0.02 mL of the enzyme reaction mixture was mixed with 0.15 mL of the L-glutamic acid detection coloring reagent of the kit. Then, the absorbance at 600 nm after the reaction at room temperature for 20 to 30 minutes was measured. The L-glutamic acid concentration in the enzyme reaction solution was calculated using a calibration curve based on an L-glutamic acid standard, and the presence or absence of enzyme activity was determined from the L-glutamic acid concentration in the reaction solution.
その結果、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820、およびAs36.1302)、および5−オキソプロリナーゼ酵母オルソログタンパク質YKL215cのいずれを反応に用いた場合にも、反応液中のL−グルタミン酸は検出限界(5μM)以下であった。すなわち、反応液中に添加したL−ピログルタミン酸(0.5mM)のほとんどがL−グルタミン酸へと変換されておらず、5−オキソプロリナーゼ活性は検出できなかった。 As a result, when any of the 5-oxoprolinase ortholog candidate proteins (As4.806, As4.820, and As36.1302) derived from Aspergillus soya, and the 5-oxoprolinase yeast ortholog protein YKL215c were used in the reaction, The L-glutamic acid in the reaction solution was below the detection limit (5 μM). That is, most of L-pyroglutamic acid (0.5 mM) added to the reaction solution was not converted into L-glutamic acid, and 5-oxoprolinase activity could not be detected.
2.ATPおよび金属イオンの存在下における、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質とL−ピログルタミン酸との反応と活性の検出
上記の結果を受けて、発明者らは、L−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸への変換において、リン酸化を伴う反応機構が存在する可能性を予想した。また、ATP要求性の酵素は、その触媒活性に金属イオンの存在を要求する場合がある。5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質とL−ピログルタミン酸との反応によりL−グルタミン酸への変換を検出できなかった要因は、反応系に補助因子が不足していることであるとも考えられた。そこで、次に、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質と基質であるL−ピログルタミン酸との反応を、ATP及び金属イオンの存在下で行った。2. Detection of reaction and activity between 5-oxoprolinase ortholog candidate protein and L-pyroglutamic acid in the presence of ATP and metal ions In response to the above results, the present inventors converted L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid. It was expected that there might be a reaction mechanism involving phosphorylation in the conversion of. An ATP-requiring enzyme may require the presence of a metal ion for its catalytic activity. It was also considered that the reason why conversion to L-glutamic acid could not be detected by the reaction of the candidate protein for 5-oxoprolinase ortholog with L-pyroglutamic acid was a lack of cofactor in the reaction system. Then, next, the reaction between the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein and L-pyroglutamic acid as a substrate was performed in the presence of ATP and metal ions.
具体的には、上述のA.の7.により得られたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820、およびAs36.1302)、および上述のB.の3.により得られた酵母由来5−オキソプロリナーゼ酵母オルソログタンパク質YKL215cを用いて、以下の手順に従って、5−オキソプロリナーゼ活性を確認した。なお、酵素の活性測定に関しては、FEMS Yeast Res.(Vol.10、394頁〜401頁、2010年)に記載の方法を改変した方法により測定した。L−ピログルタミン酸の分子内アミド結合が加水分解されて生じるL−グルタミン酸の増加程度を酵素学的に測定することにより酵素活性を算出することができる。 Specifically, the above-described A.I. 7. 5-oxoprolinase ortholog candidate proteins (As4.806, As4.820, and As36.1302) derived from Aspergillus soya obtained by the above method, and B. 3. 5-oxoprolinase activity was confirmed by using the yeast-derived 5-oxoprolinase yeast ortholog protein YKL215c obtained according to the following procedure. In addition, regarding the activity measurement of the enzyme, FEMS Yeast Res. (Vol. 10, pp. 394-401, 2010). The enzymatic activity can be calculated by measuring enzymatically the degree of increase in L-glutamic acid generated by hydrolyzing the intramolecular amide bond of L-pyroglutamic acid.
基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸(MP Biomedicals社製)、6.25mM ATP(ORIENTAL YEAST社製)、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕0.08mLと、前記の各5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820、およびAs36.1302)溶液(50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて200μg/mLに希釈)0.02mLをそれぞれ混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。なお、L−ピログルタミン酸は強酸性を示すため、緩衝液に溶解して、使用時のpHに調整後、他の試薬と混合して基質溶液の調製を行った。具体的には、L−ピログルタミン酸 10mmolとTris 10mmolを水80mL程度に溶解し、塩酸でpH8に調整後、100mLにメスアップした。同様に、以降の実施例においても、L−ピログルタミン酸を様々な緩衝液中に溶解した試薬は、L−ピログルタミン酸を各種緩衝液に溶解後に、使用時のpHになるよう調整して用いた。
0.08 mL of a substrate solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid (manufactured by MP Biomedicals), 6.25 mM ATP (manufactured by ORIENTAL YEAST), 12.5 mM MgCl2, 187.5 mM KCl, pH 8.0], 0.02 mL of each 5-oxoprolinase ortholog candidate protein (As4.806, As4.820, and As36.1302) solution (diluted to 200 μg / mL using a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) Were mixed, and an enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 1 hour. Since L-pyroglutamic acid shows strong acidity, it was dissolved in a buffer solution, adjusted to a pH at the time of use, and then mixed with another reagent to prepare a substrate solution. Specifically, 10 mmol of L-pyroglutamic acid and 10 mmol of Tris were dissolved in about 80 mL of water, adjusted to
その他、本明細書に記載の試薬は、特に記載のない限り、和光純薬工業社製、ナカライテスク社製、Sigma社製、同仁化学研究所社製、ベクトン・ディッキンソン社製、日本製薬社製、タカラバイオ社製等の試薬、純度に区別のあるものは特級グレードの試薬を用いた。 In addition, the reagents described in the present specification are manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Nacalai Tesque, Sigma, Dojindo Laboratories, Becton Dickinson, and Nippon Pharmaceutical Co., unless otherwise specified. And reagents manufactured by Takara Bio Inc., and those having a distinction in purity used reagents of a special grade.
また、参照として、基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕0.08mLと、YKL215c溶液(50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で200μg/mLに希釈)0.02mLを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。For reference, 0.08 mL of a substrate solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0] and a YKL215c solution (50 mM Tris- 0.02 mL of HCl buffer (diluted to 200 μg / mL with pH 8.0) was mixed, and an enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 1 hour.
反応後、前記の各酵素反応液を100℃、3分間加熱して酵素反応を停止後、酵素反応液中のL−グルタミン酸濃度を測定した。 After the reaction, each enzyme reaction solution was heated at 100 ° C. for 3 minutes to stop the enzyme reaction, and then the concentration of L-glutamic acid in the enzyme reaction solution was measured.
L−グルタミン酸の定量には、「ヤマサL−グルタミン酸検出キットII」(ヤマサ醤油社製)を用い、前記酵素反応液0.02mLに対して前記キットのL−グルタミン酸検出用発色試薬0.15mLを混合し、室温で20〜30分間反応後の600nmの吸光度を測定した(測定値)。また、前記基質溶液の代わりに、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)0.08mLを用い、該緩衝液と前記の各5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820、およびAs36.1302)、または酵母オルソログタンパク質YKL215c溶液(50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて200μg/mLに希釈)をそれぞれ混合し、37℃で1時間反応を行った後、反応液中のL−グルタミン酸濃度を測定した(ブランク値)。得られた「ブランク値」と「測定値」から下式に基づいて、5−オキソプロリナーゼの活性を計算した。酵素活性の単位は、前述の条件下で1分間に1μmolのL−グルタミン酸を生成する酵素量を1単位(U)と定義した。
なお、式中の[Glu]は酵素反応液におけるL−グルタミン酸濃度(測定値)、[Glu blank]は50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を基質溶液の代わりに添加した反応液のL−グルタミン酸濃度(ブランク値)、[enzyme]は反応液中の5−オキソプロリナーゼの濃度、60は1時間の分数を表す。 [Glu] in the formula is the L-glutamic acid concentration (measured value) in the enzyme reaction solution, and [Glu blank] is the L of the reaction solution obtained by adding a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) instead of the substrate solution. -Glutamic acid concentration (blank value), [enzyme] represents the concentration of 5-oxoprolinase in the reaction solution, and 60 represents the fraction of one hour.
各アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質、および酵母由来オルソログタンパク質YKL215cについて、上記活性測定法に基づいて算出した5−オキソプロリナーゼの活性を調べた結果を表1に示す。
上述のC.の1.に示したように、いずれの精製タンパク質もTris−HCl緩衝液との反応では、反応液中のL−グルタミン酸濃度は検出限界以下であったが、表1に示すように、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質As4.806およびAs4.820の精製タンパク質を基質溶液と反応させた場合には、公知の5−オキソプロリナーゼであるYKL215cと同様に、反応液中のL−グルタミン酸濃度が100μM以上に上昇した。 The above C.I. 1. As shown in Table 1, the L-glutamic acid concentration in the reaction solution was lower than the detection limit in the reaction of each purified protein with the Tris-HCl buffer, but as shown in Table 1, 5 L-glutamic acid derived from Aspergillus soya When a purified protein of -oxoprolinase candidate protein As4.806 and As4.820 was reacted with a substrate solution, the concentration of L-glutamic acid in the reaction solution was reduced in the same manner as the known 5-oxoprolinase YKL215c. It increased to 100 μM or more.
このことから、YKL215c、As4.806、およびAs4.820は、ATP、1価カチオンであるカリウムイオン、および2価カチオンであるマグネシウムイオンの存在下、L−ピログルタミン酸をL−グルタミン酸に変換する反応を触媒する活性、つまり、5−オキソプロリナーゼ活性を持つことが確認された。 From this, YKL215c, As4.806, and As4.820 are reactions that convert L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid in the presence of ATP, potassium ions that are monovalent cations, and magnesium ions that are divalent cations. , Ie, 5-oxoprolinase activity.
一方で、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質As36.1302では、ATP、1価カチオンであるカリウムイオン、および2価カチオンであるマグネシウムイオンの存在下でも、L−ピログルタミン酸との反応により反応液中のL−グルタミン酸濃度は上昇せず、5−オキソプロリナーゼ活性は検出できなかった。 On the other hand, in Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase candidate protein As36.1302, by reaction with L-pyroglutamic acid even in the presence of ATP, potassium ion which is a monovalent cation, and magnesium ion which is a divalent cation. The L-glutamic acid concentration in the reaction solution did not increase, and no 5-oxoprolinase activity could be detected.
5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質As36.1302の5−オキソプロリナーゼ活性が検出されなかった要因として、酵素の力価が低く酵素量が不足していたことも予想されたので、反応液中の酵素量をさらに増やして同様に活性の有無の確認をした。 The reason that the 5-oxoprolinase activity of the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein As36.1302 was not detected was also expected to be that the enzyme titer was low and the amount of enzyme was insufficient. The amount of enzyme was further increased, and the presence or absence of activity was similarly confirmed.
50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で100、200、500、および1000μg/mLに希釈した前記のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As36.1302)溶液、Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で100、200、500、および1000μg/mLに希釈した前記のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ(As4.806、As4.820)溶液を調製し、それぞれ0.02mLを、基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕0.08mLと混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。上述、C.の2.記載の方法に準じ、酵素反応後の溶液中のL−グルタミン酸濃度を測定し、酵素の活性の有無を調べた。各アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログおよび5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質について、タンパク質添加量とL−グルタミン酸濃度の関係は図6に示す通りであった。A solution of the above-mentioned 5-oxoprolinase ortholog candidate protein (As36.1302) from Aspergillus soya diluted to 100, 200, 500, and 1000 μg / mL with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), Tris-HCl buffer The above-mentioned 5-oxoprolinase ortholog (As4.806, As4.820) solution prepared from Aspergillus soya diluted to 100, 200, 500, and 1000 μg / mL with the liquid (pH 8.0) was prepared, and each solution was 0.02 mL. Was mixed with 0.08 mL of a substrate solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0], and the enzyme was incubated at 37 ° C. for 1 hour. The reaction was performed. As described above, C.I. 2. According to the method described, the concentration of L-glutamic acid in the solution after the enzyme reaction was measured, and the presence or absence of the activity of the enzyme was examined. The relationship between the amount of protein added and the concentration of L-glutamic acid in each of the 5-oxoprolinase orthologs and 5-oxoprolinase ortholog candidate proteins derived from Aspergillus soya was as shown in FIG.
図6に示すように、As4.806(図中白抜き三角印でプロット)およびAs4.820(図中白抜き丸印でプロット)では、添加したタンパク質濃度依存的にL−グルタミン酸濃度が上昇した。 As shown in FIG. 6, in As4.806 (plotted with white triangles in the figure) and As4.820 (plotted with white circles in the figure), the L-glutamic acid concentration increased depending on the added protein concentration. .
一方で、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質As36.1302(図中白抜き四角印でプロット)を添加した反応系においては、添加量を200μg/mLまで増やしても、反応液中のL−グルタミン酸濃度が上昇せず、5−オキソプロリナーゼ活性は検出できなかった。 On the other hand, in the reaction system to which the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein As36.1302 (plotted with a white square in the figure) was added, even if the amount of addition was increased to 200 μg / mL, L-glutamic acid in the reaction solution was not added. The concentration did not increase and no 5-oxoprolinase activity could be detected.
これにより、上記の一連の手法により、同程度の配列同一性を示す3つの候補遺伝子から取得してきた3種のタンパク質のうち、As4.806、As4.820が5−オキソプロリナーゼのアスペルギルス・ソーヤオルソログであることが判明した。 Thus, of the three types of proteins obtained from the three candidate genes having the same degree of sequence identity by the above-described series of techniques, As4.806 and As4.820 were Aspergillus soya of 5-oxoprolinase. It turned out to be an ortholog.
As4.806、As4.820およびAs36.1302のアミノ酸配列に相当する、配列番号56、57および58の各配列から予想されるオープンリーディングフレームにコードされるアミノ酸配列を、配列番号1、2および3に示す。 The amino acid sequences encoded by the open reading frames predicted from the sequences of SEQ ID NOs: 56, 57 and 58, which correspond to the amino acid sequences of As4.806, As4.820 and As36.1302, are shown in SEQ ID NOs: 1, 2 and 3. Shown in
(アスペルギルス属菌由来5−オキソプロリナーゼの酵素学的性質)
実施例1において活性が確認された本発明の5−オキソプロリナーゼであるAs4.806およびAs4.820の酵素の諸性質を、下記のように調べた。また、参照酵素として、公知の5−オキソプロリナーゼである酵母由来YKL215cについても、同様に酵素の諸性質を調べた。それらの結果は、表2に示す通りである。(Enzymatic properties of 5-oxoprolinase from Aspergillus)
The properties of the enzymes of As4.806 and As4.820, which are 5-oxoprolinases of the present invention whose activity was confirmed in Example 1, were examined as follows. In addition, various properties of the enzyme were similarly examined for YKL215c derived from yeast, which is a known 5-oxoprolinase, as a reference enzyme. The results are as shown in Table 2.
なお、各5−オキソプロリナーゼは、特に記載しない限り、実施例1のA.の7.に記載の方法により得られたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ(As4.806、およびAs4.820)、および実施例1のB.の3.に記載の方法により得られた酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215cを用いた。
(1)ATP要求性
上述の実施例1のC.の2.において、As4.806およびAs4.820は、ATP、1価カチオンであるカリウムイオン、および2価カチオンであるマグネシウムイオンの存在下で、5−オキソプロリナーゼ活性を持つことがわかった。そこで、ATPがL−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸への反応を触媒するために必要な補助因子であるのかどうかを調べた。(1) ATP Requirement 2. Showed that As4.806 and As4.820 had 5-oxoprolinase activity in the presence of ATP, potassium ions that are monovalent cations, and magnesium ions that are divalent cations. Therefore, it was investigated whether ATP is a cofactor necessary for catalyzing the reaction from L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid.
具体的には、実施例1のC.の2.記載の方法に準じて、基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕に加えて、ATPを含まない基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕を用い、前記のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ(As4.806およびAs4.820)溶液との反応を行った。該反応液中のL−グルタミン酸の濃度を測定し、得られたL−グルタミン酸濃度から実施例1のC.の2.記載の式に基づいて、5−オキソプロリナーゼの活性を計算した。酵素活性の単位は、本試験の条件下で1分間に1μmolのL−グルタミン酸を生成する酵素量を1単位(U)と定義した。Specifically, C.I. 2. ATP-free substrate was added to a substrate solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0] according to the method described. Using a solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0], the 5-oxoprolinase derived from Aspergillus soya (As 4.806 and As 4.820). ) The reaction with the solution was performed. The concentration of L-glutamic acid in the reaction solution was measured, and the C.C. 2. Based on the formula described, the activity of 5-oxoprolinase was calculated. The unit of the enzyme activity was defined as 1 unit (U) of the amount of the enzyme producing 1 μmol of L-glutamic acid per minute under the conditions of this test.
各アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼについて、ATPの存在、あるいは非存在下でL−ピログルタミン酸との反応を行い、上記活性測定法に基づいて算出した5−オキソプロリナーゼの活性を表3に示す。その結果、ATP存在下では5−オキソプロリナーゼ活性が検出されたが、ATP非存在下では、As4.806およびAs4.820のどちらも、5−オキソプロリナーゼ活性は検出されなかった。 For each Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase, a reaction with L-pyroglutamic acid was performed in the presence or absence of ATP, and the activity of 5-oxoprolinase calculated based on the above-described activity measurement method was shown in Table 3. Shown in As a result, 5-oxoprolinase activity was detected in the presence of ATP, but no 5-oxoprolinase activity was detected in both As4.806 and As4.820 in the absence of ATP.
このことから、本発明の5−オキソプロリナーゼAs4.806およびAs4.820はATP要求性の5−オキソプロリナーゼであることがわかった。
(2)1価カチオン、2価カチオン要求性
上述の実施例1のC.の2.において、本発明の5−オキソプロリナーゼであるAs4.806およびAs4.820は、ATP、1価カチオンであるカリウムイオン、および2価カチオンであるマグネシウムイオンの存在下で、5−オキソプロリナーゼ活性を持つことがわかった。そこで、1価カチオン、および2価カチオンがL−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸への反応を触媒するために必要な補助因子であるのかどうかを調べた。(2) Monovalent cation, divalent cation requirement C.I. 2. In the present invention, As4.806 and As4.820, which are 5-oxoprolinases of the present invention, exhibit 5-oxoprolinase activity in the presence of ATP, potassium ions that are monovalent cations, and magnesium ions that are divalent cations. Was found to have. Therefore, it was investigated whether monovalent cations and divalent cations are cofactors necessary for catalyzing the reaction from L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid.
具体的には、まず、基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕、カリウムイオンを含まない基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、pH8.0〕、およびマグネシウムイオンを含まない基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、pH8.0〕を調製した。次に、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で200μg/mLに希釈した前記のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ(As4.806およびAs4.820)溶液を調製した。前記3種類の基質溶液0.08mLと、前記2種類の酵素溶液0.02mLとを、それぞれを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。実施例1のC.の2.記載の方法に準じ、該酵素反応後の溶液中のL−グルタミン酸濃度を測定し、5−オキソプロリナーゼの活性を計算した。Specifically, first, a substrate solution [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0], a substrate solution not containing potassium ions [ 50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , pH 8.0], and a substrate solution containing no magnesium ion [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, pH 8.0] was prepared. Next, the above-mentioned 5-oxoprolinase (As4.806 and As4.820) solution derived from Aspergillus soya diluted to 200 μg / mL with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) was prepared. The three kinds of substrate solutions (0.08 mL) and the two kinds of enzyme solutions (0.02 mL) were mixed, and an enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 1 hour. C. of Example 1. 2. According to the method described, the concentration of L-glutamic acid in the solution after the enzyme reaction was measured, and the activity of 5-oxoprolinase was calculated.
各アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼについて、ATPの存在、あるいは非存在下でL−ピログルタミン酸との反応を行い、上記活性測定法に基づいて算出した5−オキソプロリナーゼの活性を表4に示した。その結果、カリウムイオンとマグネシウムイオンの両者の存在下では5−オキソプロリナーゼ活性が検出されたが、カリウムイオン非存在下、あるいはマグネシウムイオン非存在下では、As4.806およびAs4.820のどちらも、5−オキソプロリナーゼ活性は検出されなかった。 For each Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase, a reaction with L-pyroglutamic acid was performed in the presence or absence of ATP, and the activity of 5-oxoprolinase calculated based on the above-described activity measurement method was determined. It was shown to. As a result, 5-oxoprolinase activity was detected in the presence of both potassium ions and magnesium ions, but in the absence of potassium ions or magnesium ions, both As4.806 and As4.820 were detected. , 5-oxoprolinase activity was not detected.
このことから、本発明の5−オキソプロリナーゼAs4.806およびAs4.820は、1価カチオン要求性、かつ2価カチオン要求性の5−オキソプロリナーゼであることがわかった。
次いで、As4.806およびAs4.820によるL−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸への反応を触媒することのできる、1価カチオン、および2価カチオンの種類を調べた。 Next, the types of monovalent cations and divalent cations capable of catalyzing the reaction from L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid by As4.806 and As4.820 were examined.
1価カチオンの種類の検討では、1価カチオンを含まない基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgSO4、pH8.0〕、KClを含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgSO4、187.5mM KCl、pH8.0〕、NH4Clを含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgSO4、187.5mM NH4Cl、pH8.0〕、CsClを含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgSO4、187.5mM CsCl、pH8.0〕、LiClを含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgSO4、187.5mM LiCl、pH8.0〕、NaClを含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgSO4、187.5mM NaCl、pH8.0〕をそれぞれ調製した。50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で300μg/mLに希釈した前記のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ(As4.806およびAs4.820)溶液を調製し、それぞれ0.02mLと、前記6種類の基質溶液0.08mLとを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。参照として、50mM Tris(pH8.0)緩衝液で300μg/mLに希釈した前記の酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215c溶液0.02mLと、前記6種類の基質溶液0.08mLとを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。実施例1のC.の2.記載の方法に準じ、該酵素反応後の溶液中のL−グルタミン酸濃度を測定し、酵素の活性の有無を調べた。In the examination of the type of monovalent cation, a substrate solution containing no monovalent cation [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgSO 4 , pH 8.0], a substrate solution containing KCl [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgSO 4 , 187.5 mM KCl, pH 8.0], substrate solution containing NH 4 Cl [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid Glutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgSO 4 , 187.5 mM NH 4 Cl, pH 8.0], substrate solution containing CsCl [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgSO 4 , 187.5 mM CsCl,
その結果、図7で示す通り、添加することによって、As4.806(図中白地に黒の斜線のバー)およびAs4.820(図中黒のバー)の5−オキソプロリナーゼ活性が検出される1価カチオンが複数確認された。カリウムイオンの他にも、アンモニウムイオン、セシウムイオンなどを添加した場合に、活性が検出された。特に、アンモニウムイオンを添加することにより比較的高い活性が検出された。参照酵素であるYKL215c(図中白のバー)では、アンモニウムイオンおよびセシウムイオンを添加した場合に、活性が検出された。各カチオンの濃度検討を行うことにより、5−オキソプロリナーゼによるL−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸への反応を触媒することができる1価カチオンを、カリウムイオン以外にも選択できると考えられる。 As a result, as shown in FIG. 7, the 5-oxoprolinase activity of As4.806 (black hatched bar in the figure) and As4.820 (black bar in the figure) is detected by the addition. A plurality of monovalent cations were confirmed. The activity was detected when an ammonium ion, a cesium ion, or the like was added in addition to the potassium ion. In particular, a relatively high activity was detected by adding ammonium ions. The activity of the reference enzyme YKL215c (white bars in the figure) was detected when ammonium ions and cesium ions were added. By examining the concentration of each cation, it is considered that a monovalent cation capable of catalyzing the reaction of 5-oxoprolinase from L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid can be selected other than potassium ion.
2価カチオンの種類の検討では、2価カチオンを含まない基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、pH8.0〕、MgSO4を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM MgSO4、pH8.0〕、CoSO4を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM CoSO4、pH8.0〕、MnSO4を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM MnSO4、pH8.0〕、Ca(CH3COOH)2を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM Ca(CH3COOH)2、pH8.0〕、FeSO4を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM FeSO4、pH8.0〕、NiSO4を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM NiSO4、pH8.0〕、CuSO4を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM CuSO4、pH8.0〕、ZnSO4を含む基質溶液〔50mM Tris、0.625mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、187.5mM KCl、12.5mM ZnSO4、pH8.0〕をそれぞれ調製した。50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で300μg/mLに希釈した前記のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ(As4.806およびAs4.820)溶液を調製し、それぞれ0.02mLと、前記9種類の基質溶液0.08mLとを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。In the examination of the type of divalent cation, a substrate solution containing no divalent cation [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, pH 8.0], and a substrate solution containing MgSO 4 [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, 12.5 mM MgSO 4 , pH 8.0], substrate solution containing CoSO 4 [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid , 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, 12.5 mM CoSO 4 , pH 8.0], a substrate solution containing MnSO 4 [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, 12.5 mM MnSO 4 , pH 8.0 ], A substrate solution containing Ca (CH 3 COOH) 2 [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, 12.5 mM Ca (CH 3 COOH) 2 , pH 8.0] , A substrate solution containing FeSO 4 [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, 12.5 mM FeSO 4 , pH 8.0], a substrate solution containing NiSO 4 [50 mM Tris, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25mM ATP, 187.5mM KCl, 12.5mM NiSO 4, pH8.0 ], substrate solution [50 mM Tris containing CuSO 4, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 187.5 mM KCl, 12.5 m CuSO 4, pH 8.0], a substrate solution [50 mM Tris containing ZnSO 4, 0.625 mM L-pyroglutamic acid, 6.25mM ATP, 187.5mM KCl, 12.5mM ZnSO 4, pH8.0 ] was prepared respectively . The above-mentioned 5-oxoprolinase (As4.806 and As4.820) solution derived from Aspergillus soya diluted to 300 μg / mL with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) was prepared, and 0.02 mL of each was prepared. Nine kinds of substrate solutions were mixed with 0.08 mL, and an enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 1 hour.
参照として、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で300μg/mLに希釈した前記の酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215c溶液0.02mLと、前記9種類の基質溶液0.08mLとを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。前記の反応液を100℃、3分間加熱して酵素反応を停止後、該反応液に1M HClを5μL加えて混合し、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)用いた、限外濾過により、除タンパク質画分を調製した。該除タンパク質画分を、イオン交換クロマトグラフィーに供し、分離後のアミノ酸をニンヒドリンによるポストラベル法で検出した。L−グルタミン酸標品による検量線を用いて、前記の酵素反応後の溶液中のL−グルタミン酸濃度を算出し、酵素の活性の有無を調べた。 For reference, 0.02 mL of the yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c solution diluted to 300 μg / mL with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) was mixed with 0.08 mL of the nine types of substrate solutions. At 37 ° C. for 1 hour. After heating the reaction solution at 100 ° C. for 3 minutes to stop the enzyme reaction, 5 μL of 1 M HCl was added to the reaction solution, mixed, and then subjected to ultrafiltration using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore). As a result, a deproteinized fraction was prepared. The deproteinized fraction was subjected to ion exchange chromatography, and the separated amino acids were detected by a post-labeling method using ninhydrin. The concentration of L-glutamic acid in the solution after the above-mentioned enzyme reaction was calculated using a calibration curve based on an L-glutamic acid standard, and the presence or absence of the activity of the enzyme was examined.
その結果、図8で示す通り、添加することによって、As4.806(図中白地に黒の斜線のバー)およびAs4.820(図中黒のバー)の5−オキソプロリナーゼ活性が検出される2価カチオンが複数確認された。マグネシウムイオンの他にも、マンガンイオン、または鉄イオンなどを添加した場合に、比較的高い活性が検出された。参照酵素であるYKL215c(図中白のバー)では、コバルトイオン、マンガンイオン、鉄イオンまたはニッケルイオンを添加した場合に、活性が検出された。各カチオンの濃度検討を行うことにより、5−オキソプロリナーゼによるL−ピログルタミン酸からL−グルタミン酸への反応を触媒することができる2価カチオンを、マグネシウムイオン以外にも選択できると考えられる。 As a result, as shown in FIG. 8, the 5-oxoprolinase activity of As4.806 (black hatched bar on white background) and As4.820 (black bar in FIG. 8) is detected by the addition. Several divalent cations were confirmed. Relatively high activity was detected when manganese ions or iron ions were added in addition to magnesium ions. The activity of the reference enzyme YKL215c (white bar in the figure) was detected when cobalt ion, manganese ion, iron ion or nickel ion was added. By examining the concentration of each cation, it is considered that divalent cations that can catalyze the reaction of 5-oxoprolinase from L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid can be selected in addition to magnesium ions.
(3)至適pH
本発明の5−オキソプロリナーゼであるAs4.806およびAs4.820における至適pHを調べた。結果を図1に示す。(3) Optimum pH
The optimal pH of As4.806 and As4.820, which are 5-oxoprolinases of the present invention, was examined. The results are shown in FIG.
具体的には、55.6mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0、9.0、図中黒丸印でプロット)、55.6mM クエン酸−NaOH緩衝液バッファー(pH4.0、pH5.0、pH6.0、図中黒四角印でプロット)、55.6mM リン酸−NaOH緩衝液(pH6.0、pH7.0、pH8.0、図中白抜き三角印でプロット)、55.6mM HEPES−NaOH緩衝液(pH7.0、pH8.0、図中×印でプロット)、55.6mM グリシン−NaOH緩衝液(pH9.0、H9.5、pH10.0、pH10.5、図中白抜き斜め四角印でプロット)、55.6mM CHES−NaOH緩衝液(pH9.0、pH10.0、図中白抜き四角印でプロット)、55.6mM CAPS−NaOH緩衝液(pH10.0、pH11.0、図中米印でプロット)でpH調整した基質溶液(0.556mM L−ピログルタミン酸、5.56mM ATP、11.1mM MgCl2、166.7mM KClを含む)0.09mLと、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で400μg/mLに希釈した前記の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As4.806、As4.820)溶液0.01mLを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。Specifically, a 55.6 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0, 9.0, plotted with a black circle in the figure), a 55.6 mM citrate-NaOH buffer (pH 4.0, pH 5.0, pH 6) 5.0, plotted with black squares in the figure), 55.6 mM phosphate-NaOH buffer (pH 6.0, pH 7.0, pH 8.0, plotted with open triangles in the figure), 55.6 mM HEPES-NaOH Buffer solution (pH 7.0, pH 8.0, plotted with x mark in the figure), 55.6 mM glycine-NaOH buffer solution (pH 9.0, H9.5, pH 10.0, pH 10.5, open oblique square in the figure) , 55.6 mM CHES-NaOH buffer (pH 9.0, pH 10.0, plotted with a white square in the figure), 55.6 mM CAPS-NaOH buffer (pH 10.0, pH 1.0, FIG Central America mark the plot) at pH adjusting substrate solution (0.556mM L- pyroglutamic acid, 5.56 mm ATP, 11.1 mM MgCl 2, including 166.7MM KCl) and 0.09 mL, 50 mM 0.01 mL of the above-mentioned 5-oxoprolinase ortholog candidate protein (As4.806, As4.820) solution diluted to 400 μg / mL with a Tris-HCl buffer (pH 8.0) is mixed, and the mixture is mixed at 37 ° C. for 1 hour. An enzymatic reaction was performed.
参照として、前記のpHの異なる緩衝液で調製した基質溶液0.09mLと、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)緩衝液で600μg/mLに希釈した前記の酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215c溶液0.01mLを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。実施例1のC.の2.記載の方法に準じ、酵素反応後の溶液中のL−グルタミン酸濃度を測定し、最もL−グルタミン酸濃度が高いpHにおける測定値を100とし、相対活性を比較した。 As a reference, 0.09 mL of the substrate solution prepared with the above buffers having different pHs and the yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c diluted to 600 μg / mL with the 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) buffer were used. 0.01 mL of the solution was mixed, and an enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 1 hour. C. of Example 1. 2. According to the method described, the concentration of L-glutamic acid in the solution after the enzymatic reaction was measured, and the measured value at the pH where the L-glutamic acid concentration was the highest was set at 100, and the relative activities were compared.
その結果、上記の本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来の5−オキソプロリナーゼAs4.806およびAs4.820は、pH7.0もしくはpH8.0において最も高い活性を示し、pH7.0−8.0に至適pHを有していた。個別にみると、As4.806の相対活性が最も高かったのはpH7.0においてであり、その周辺域として、pH7.0−9.0の範囲で最大相対活性値の70%以上を示したことから、この範囲で好適に使用できると考えられた。 As a result, the above-mentioned 5-oxoprolinase As4.806 and As4.820 derived from Aspergillus soya of the present invention showed the highest activity at pH 7.0 or pH 8.0, and reached pH 7.0 to 8.0. It had a suitable pH. When viewed individually, the relative activity of As4.806 was the highest at pH 7.0, and the surrounding area showed 70% or more of the maximum relative activity value in the range of pH 7.0 to 9.0. Therefore, it was considered that the composition can be suitably used in this range.
また、As4.820の相対活性が最も高かったのはpH8.0においてであり、その周辺域として、pH7.0−9.0の範囲で最大相対活性値の70%以上を示したことから、この範囲で好適に使用できると考えられた。 Further, the relative activity of As4.820 was the highest at pH 8.0, and as a surrounding area, 70% or more of the maximum relative activity value was shown in the pH range of 7.0 to 9.0. It was considered that this range could be suitably used.
一方、公知の酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215cの相対活性が最も高かったのはpH10.0においてであり、pH9.5以下、およびpH10.5以上では、最大相対活性値の70%以下の活性となった。さらに、アスペルギルス・ソーヤ由来の5−オキソプロリナーゼAs4.806およびAs4.820が好適に使用できるpH7.0−8.0の範囲では、最大相対活性値の40%以下の活性しか示さなかった。以上より、本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼは、公知の酵素と比較して、中性領域での実用に適していると考えられた。 On the other hand, the relative activity of the known yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c was highest at pH 10.0, and at pH 9.5 or lower and at pH 10.5 or higher, the activity was 70% or less of the maximum relative activity value. It became. Furthermore, in the range of pH 7.0-8.0 in which Asoxolus soya-derived 5-oxoprolinase As4.806 and As4.820 can be suitably used, the activity was only 40% or less of the maximum relative activity value. From the above, it was considered that the 5-oxoprolinase derived from Aspergillus soya of the present invention is more suitable for practical use in the neutral region than the known enzymes.
(4)pH安定性
本発明の5−オキソプロリナーゼであるAs4.806およびAs4.820について、pH4.0〜11.0の範囲におけるpH安定性を調べた。結果を図2に示す。(4) pH Stability The pH stability of As4.806 and As4.820, which are 5-oxoprolinases of the present invention, was examined in the range of pH 4.0 to 11.0. The results are shown in FIG.
具体的には、100mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0、9.0、図中黒丸印でプロット)、100mM クエン酸−NaOH緩衝液バッファー(pH4.0、pH5.0、pH6.0、図中黒四角印でプロット)、100mM リン酸−NaOH緩衝液(pH6.0、pH7.0、pH8.0、図中白抜き三角印でプロット)、100mM HEPES−NaOH緩衝液(pH7.0、pH8.0、図中×印でプロット)、100mM グリシン−NaOH緩衝液(pH9.0、H9.5、pH10.0、pH10.5、図中白抜き斜め四角印でプロット)、100mM CHES−NaOH緩衝液(pH9.0、pH10.0、図中白抜き四角印でプロット)、100mM CAPS−NaOH緩衝液(pH10.0、pH11.0、図中米印でプロット)0.015mLと、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で600μg/mLに希釈した前記のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ(As4.806およびAs4.820)溶液0.015mLを、それぞれを混合し、4℃で16時間保存した。該As4.806およびAs4.820を4℃で保存した溶液0.01mLと基質溶液〔50mM Tris、0.556mM L−ピログルタミン酸、5.56mM ATP、11.1mM MgCl2、166.7mM KCl、pH8.0〕0.09mLを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。Specifically, a 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0, 9.0, plotted with a black circle in the figure), a 100 mM citrate-NaOH buffer (pH 4.0, pH 5.0, pH 6.0, FIG. 100 mM phosphoric acid-NaOH buffer (pH 6.0, pH 7.0, pH 8.0, plotted with open triangles in the figure), 100 mM HEPES-NaOH buffer (pH 7.0, pH 8) 0.0, plotted with x marks in the figure), 100 mM glycine-NaOH buffer (pH 9.0, H9.5, pH 10.0, pH 10.5, plotted with open diagonal square marks in the figure), 100 mM CHES-NaOH buffer Solution (pH 9.0, pH 10.0, plotted with white squares in the figure), 100 mM CAPS-NaOH buffer (pH 10.0, pH 11.0, FIG. 0.015 mL of a solution of 5-oxoprolinase (As4.806 and As4.820) from Aspergillus soya diluted to 600 μg / mL with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0). 015 mL of each was mixed and stored at 4 ° C. for 16 hours. 0.01 mL of a solution of As4.806 and As4.820 stored at 4 ° C. and a substrate solution [50 mM Tris, 0.556 mM L-pyroglutamic acid, 5.56 mM ATP, 11.1 mM MgCl 2 , 166.7 mM KCl,
参照として、前記のpHの異なる各種100mMの緩衝液0.015mLと、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で200μg/mLに希釈した前記の酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215c溶液0.015mLを、それぞれを混合し、4℃で16時間保存した。該YKL215cを4℃で保存した溶液0.01mLと基質溶液〔50mM CHES、0.556mM L−ピログルタミン酸、5.56mM ATP、11.1mM MgCl2、166.7mM KCl、pH10.0〕0.09mLを混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。前記の酵素反応させた溶液は、100℃、3分間加熱して酵素反応を停止後、遠心した(15,000×g、10分間)上清をL−グルタミン酸の測定用の検体として得た。該L−グルタミン酸測定用の検体は、実施例1のC.の2.記載の方法に準じ、酵素反応後の溶液中のL−グルタミン酸濃度を測定し、最もL−グルタミン酸濃度が高いpHにおける測定値を100とし、相対活性を比較した。For reference, 0.015 mL of the above-mentioned various 100 mM buffers having different pHs and 0.015 mL of the above-mentioned 5-oxoprolinase YKL215c solution derived from yeast diluted to 200 μg / mL with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) are used. Were mixed and stored at 4 ° C. for 16 hours. 0.01 mL of a solution storing the YKL215c at 4 ° C. and 0.09 mL of a substrate solution [50 mM CHES, 0.556 mM L-pyroglutamic acid, 5.56 mM ATP, 11.1 mM MgCl 2 , 166.7 mM KCl, pH 10.0] Were mixed and an enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 1 hour. The enzyme-reacted solution was heated at 100 ° C. for 3 minutes to stop the enzyme reaction, and then centrifuged (15,000 × g, 10 minutes) to obtain a supernatant as a sample for measuring L-glutamic acid. The sample for measuring L-glutamic acid was prepared according to Example 1. 2. According to the method described, the concentration of L-glutamic acid in the solution after the enzymatic reaction was measured, and the measured value at the pH where the L-glutamic acid concentration was the highest was set at 100, and the relative activities were compared.
その結果、上記の本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806およびAs4.820は、4℃、16時間処理後に、pH6.0〜9.0の範囲で最大相対活性値の70%以上の残存活性を示したことから、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼの安定pH範囲は、pH6.0〜9.0であると考えらえた。また、pH5.0以下およびpH11.0以上で保存した場合には、ほぼ完全に失活することがわかった。 As a result, the above-mentioned 5-oxoprolinase As4.806 and As4.820 derived from Aspergillus soya of the present invention had a maximum relative activity of 70 at pH 6.0 to 9.0 after treatment at 4 ° C. for 16 hours. %, The stable pH range of Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase was considered to be pH 6.0 to 9.0. In addition, it was found that when stored at pH 5.0 or lower and pH 11.0 or higher, it was almost completely inactivated.
なお、参照酵素である酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215cは、pH9.0〜10.0の範囲で最大相対活性値の70%以上の残存活性を示したことから、酵母由来5−オキソプロリナーゼの安定pH範囲は、pH9.0〜10.0であると考えられた。 In addition, since yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c, which is a reference enzyme, exhibited a residual activity of 70% or more of the maximum relative activity value in the pH range of 9.0 to 10.0, yeast-derived 5-oxoprolinase was used. Was considered to be pH 9.0 to 10.0.
以上より、本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼの安定pH範囲は、弱酸性領域から弱アルカリ性に渡っており、公知の酵素YKL215cよりも中性〜酸性域を含む広範のpH範囲での安定性が高いことがわかった。 As described above, the stable pH range of the 5-oxoprolinase derived from Aspergillus soya of the present invention ranges from a weakly acidic region to a weakly alkaline region, and is in a wider pH range including a neutral to acidic range than the known enzyme YKL215c. Was found to be highly stable.
(5)至適温度
至適温度の決定では、実施例1のC.の2.に記載の5−オキソプロリナーゼ活性検出反応液を、4、15、25、37、45、55、65℃で1時間インキュベートし、実施例1のC.の2.に記載の方法に準じ、L−グルタミン酸濃度を測定した。最もL−グルタミン酸濃度が高い温度における測定値を100とし、相対活性を比較した。(5) Optimum temperature In the determination of the optimum temperature, the C.I. 2. Was incubated at 4, 15, 25, 37, 45, 55, and 65 ° C. for 1 hour, and the 5-oxoprolinase activity detection reaction solution described in 2. The L-glutamic acid concentration was measured according to the method described in (1). The relative activity was compared with the measured value at the temperature where the L-glutamic acid concentration was the highest as 100.
図9に示すとおり、本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来の5−オキソプロリナーゼAs4.806(図中白抜き三角印でプロット)およびAs4.820(図中白抜き四角印でプロット)では、37℃付近で最大相対活性を示し、25℃以下および45℃以上では最大相対活性の80%以下を示したことから、As4.806およびAs4.820の至適温度は37℃付近であると考えられた。 As shown in FIG. 9, the 5-oxoprolinase As 4.806 derived from Aspergillus soya of the present invention (plotted with open triangles in the figure) and As4.820 (plotted with open squares in the figure) at 37 ° C. Since the maximum relative activity was shown in the vicinity, and 80% or less of the maximum relative activity was shown at 25 ° C. or less and at 45 ° C. or more, the optimal temperature of As4.806 and As4.820 was considered to be around 37 ° C. .
なお、酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215c(図中×印でプロット)では、45℃付近で最大相対活性を、37℃付近で最大相対活性の90%の活性を示した。25℃以下および55℃以上では最大相対活性の80%以下を示した。よって、YKL215cの至適温度は45℃付近であると考えられた。 The yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c (plotted with x in the figure) showed the maximum relative activity at around 45 ° C and 90% of the maximum relative activity at around 37 ° C. At 25 ° C or lower and 55 ° C or higher, 80% or less of the maximum relative activity was shown. Therefore, it was considered that the optimum temperature of YKL215c was around 45 ° C.
(6)温度安定性
温度安定性の検討では、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)で希釈した本発明の5−オキソプロリナーゼ(As4.806またはAs4.820)溶液0.03mLを、4、37、45、50、55、60、65、70℃で15分間インキュベートした後、基質溶液〔50mM Tris、0.714mM L−ピログルタミン酸、7.14mM ATP、14.2mM MgCl2、214.3mM KCl、pH8.0〕0.07mLと混合し、37℃で1時間の酵素反応を行った。実施例1のC.の2.記載の方法に準じ、酵素反応後の溶液中のL−グルタミン酸濃度を測定し、熱処理せずに4℃で保存した酵素の反応液における測定値を100とし、相対活性を比較した。(6) Temperature stability In the study of temperature stability, 0.03 mL of the 5-oxoprolinase (As4.806 or As4.820) solution of the present invention diluted with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) was used. After incubation at 4, 37, 45, 50, 55, 60, 65, 70 ° C. for 15 minutes, the substrate solution [50 mM Tris, 0.714 mM L-pyroglutamic acid, 7.14 mM ATP, 14.2 mM MgCl 2 , 214. 3 mM KCl, pH 8.0] 0.07 mL, and an enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 1 hour. C. of Example 1. 2. According to the method described, the concentration of L-glutamic acid in the solution after the enzyme reaction was measured, and the relative activity was compared with the measured value in the reaction solution of the enzyme stored at 4 ° C. without heat treatment as 100.
図10に示す通り、上記の本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来の5−オキソプロリナーゼAs4.806(図中白抜き三角印でプロット)は、37℃、15分間の熱処理後に80%以上の残存活性を有しており、約37℃まで安定であることがわかった。 As shown in FIG. 10, the above-mentioned 5-oxoprolinase As 4.806 derived from Aspergillus soya (plotted with white triangles) in the present invention has a residual activity of 80% or more after heat treatment at 37 ° C. for 15 minutes. And was found to be stable up to about 37 ° C.
本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来の5−オキソプロリナーゼAs4.820(図中白抜き四角印でプロット)では、45℃の熱処理後に80%以上の残存活性を有しており、約45℃まで安定であることがわかった。また、酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215c(図中×印でプロット)では、45℃の熱処理後に80%以上の残存活性を有しており、約45℃まで安定であることがわかった。 The 5-oxoprolinase As4.820 derived from Aspergillus soya of the present invention (plotted with white squares in the figure) has a residual activity of 80% or more after heat treatment at 45 ° C and is stable up to about 45 ° C. It turned out to be. In addition, 5-oxoprolinase YKL215c derived from yeast (plotted with x in the figure) had a residual activity of 80% or more after heat treatment at 45 ° C, and was found to be stable up to about 45 ° C.
以上より、As4.806およびAs4.820において、反応至適温度である37℃においては活性の低下は検出されず、安定的に酵素反応を行うことができることがわかった。 As described above, in As4.806 and As4.820, no decrease in the activity was detected at the optimal reaction temperature of 37 ° C., indicating that the enzyme reaction can be stably performed.
(7)L−ピログルタミン酸に対するKm値
基質であるL−ピログルタミン酸に対する本酵素の親和性を調べるために、前記、実施例1のC.の2.記載の活性測定法において、基質であるL−ピログルタミン酸濃度を変化させて活性測定を行い、Hanes−Woolf Plotを用いて、ミカエリス定数(Km)を算定した。(7) Km value for L-pyroglutamic acid In order to examine the affinity of this enzyme for L-pyroglutamic acid as a substrate, the C.I. 2. In the described activity measurement method, the activity was measured by changing the concentration of L-pyroglutamic acid as a substrate, and the Michaelis constant (Km) was calculated using Hanes-Woolf Plot.
その結果、本発明の5−オキソプロリナーゼAs4.806のL−ピログルタミン酸に対するKm値は93μM、As4.820のL−ピログルタミン酸に対するKm値は76μMであった。 As a result, the Km value of 5-oxoprolinase As4.806 of the present invention with respect to L-pyroglutamic acid was 93 μM, and the Km value of As4.820 with respect to L-pyroglutamic acid was 76 μM.
これに対し、酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215cのL−ピログルタミン酸に対するKm値は513μMであった。 In contrast, the Km value of yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c for L-pyroglutamic acid was 513 μM.
すなわち、本発明の5−オキソプロリナーゼは、公知の酵母5−オキソプロリナーゼよりもKm値が数〜6倍低く、親和性の高い酵素であることを示しており、より効率的に基質との反応を進行させることができることが期待される。 That is, the 5-oxoprolinase of the present invention has a Km value several to six times lower than that of the known yeast 5-oxoprolinase, indicating that the enzyme is a high-affinity enzyme. It is expected that the reaction can proceed.
(8)基質特異性
本発明の5−オキソプロリナーゼであるAs4.806およびAs4.820がL−ピログルタミン酸に特異的に反応して加水分解するのに対し、D−ピログルタミン酸を基質とはしないことを確認した。基質特異性の決定では、グルタミン酸の生成とピログルタミン酸の減少により、5−オキソプロリナーゼ活性の有無を決定した。(8) Substrate specificity While As4.806 and As4.820, which are 5-oxoprolinases of the present invention, specifically react with and hydrolyze L-pyroglutamic acid, D-pyroglutamic acid is a substrate. Not sure. In the determination of substrate specificity, the presence or absence of 5-oxoprolinase activity was determined based on the production of glutamate and the decrease in pyroglutamic acid.
具体的には、実施例1のC.の2.記載の方法に準じて、基質溶液〔50mM Tris、2.5mM L−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕、およびL−ピログルタミン酸をD−ピログルタミン酸に変えた基質溶液〔50mM Tris、2.5mM D−ピログルタミン酸(MP Biomedicals社製、製造番号156461)、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕を調製した。次に、実施例5の2.記載の方法に準じて取得した小麦ふすまで生産したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806−solid溶液(後述、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて7.68unit/1200μg/mLに希釈)、および実施例3の2.記載の方法に準じて取得した酵母発現アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼSC−As4.820溶液(後述、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて12.75unit/1500μg/mLに希釈)を調製した。前記2種類の基質溶液0.28mLと、前記2種類の酵素溶液0.07mLとをそれぞれを混合し、37℃で4時間の酵素反応を行った。Specifically, C.I. 2. According to the method described, the substrate solution [50 mM Tris, 2.5 mM L-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0] and L-pyroglutamic acid were added to D- A substrate solution [50 mM Tris, 2.5 mM D-pyroglutamic acid (manufactured by MP Biomedicals, production number 156461), 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl 2 , 187.5 mM KCl, pH 8.0] changed to pyroglutamic acid was used. Prepared. Next, in Example 5-2. 7.68 units / 1200 μg using Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase As4.806-solid solution (to be described later, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) produced to wheat bran obtained according to the method described. / Diluted to / mL), and 2. of Example 3. Using a yeast-expressed Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase SC-As4.820 solution obtained according to the method described above (to 12.75 units / 1500 μg / mL using a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) described below). Dilution) was prepared. The two kinds of substrate solutions (0.28 mL) and the two kinds of enzyme solutions (0.07 mL) were mixed, and an enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 4 hours.
また、参照として、前記2種類の基質溶液0.28mLと酵素を含まない10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)0.07mLとをそれぞれを混合し、37℃で4時間の酵素反応を行った。 For reference, 0.28 mL of each of the two substrate solutions and 0.07 mL of 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing no enzyme were mixed, and an enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 4 hours. Was.
反応後、該反応液0.04mLに0.022M HClを360μL加えて混合し、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)を用いた限外濾過により、除タンパク質画分を調製した。該除タンパク質画分をイオン交換クロマトグラフィーに供し、分離後のアミノ酸をニンヒドリンによるポストラベル法で検出した。グルタミン酸標品による検量線を用いて、前記の酵素反応後の溶液中のグルタミン酸濃度を算出し、酵素の活性の有無を調べた。 After the reaction, 360 μL of 0.022 M HCl was added to 0.04 mL of the reaction solution, mixed, and subjected to ultrafiltration using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore) to prepare a protein-free fraction. The deproteinized fraction was subjected to ion exchange chromatography, and the amino acids after separation were detected by a post-labeling method using ninhydrin. The concentration of glutamic acid in the solution after the enzyme reaction was calculated using a calibration curve with a glutamic acid standard, and the presence or absence of enzyme activity was examined.
続いて、該反応液をAmicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)用いた限外濾過により、除タンパク質画分を調製した。該除タンパク質画分をイオン交換クロマトグラフィーに供し、分離後の有機酸をブロモチモールブルーによるポストラベル法で検出した。ピログルタミン酸標品による検量線を用いて、前記の酵素反応後の溶液中のピログルタミン酸濃度を算出し、ピログルタミン酸濃度の減少の有無を調べた。結果を図11に示す。 Subsequently, a protein-free fraction was prepared by ultrafiltration of the reaction solution using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore). The deproteinized fraction was subjected to ion exchange chromatography, and the separated organic acid was detected by a post-labeling method using bromothymol blue. The concentration of pyroglutamic acid in the solution after the enzymatic reaction was calculated using a calibration curve based on a pyroglutamic acid sample, and the presence or absence of a decrease in the concentration of pyroglutamic acid was examined. The results are shown in FIG.
図11で示すように、L−ピログルタミン酸とAs4.806−solidを反応させたとき、あるいはL−ピログルタミン酸とSC−As4.820を反応させたときに反応液中のグルタミン酸濃度が上昇し(図中上段、黒のバー)、ピログルタミン酸濃度が減少した(図中下段、黒のバー)。一方で、D−ピログルタミン酸とそれぞれの5−オキソプロリナーゼを反応させたときにはグルタミン酸濃度はほとんど変化せず(図中上段、白地に黒の斜線のバー)、ピログルタミン酸の減少も見られなかった(図中下段、白地に黒の斜線のバー)。 As shown in FIG. 11, when L-pyroglutamic acid is reacted with As4.806-solid, or when L-pyroglutamic acid is reacted with SC-As4.820, the glutamic acid concentration in the reaction solution increases ( The upper row in the figure, black bars) and the concentration of pyroglutamic acid decreased (lower row, black bars in the figure). On the other hand, when D-pyroglutamic acid was allowed to react with each of the 5-oxoprolinases, the glutamic acid concentration hardly changed (the upper part in the figure, black hatched bars on a white background), and no decrease in pyroglutamic acid was observed. (Lower bar in the figure, black hatched bar on white background).
これにより、5−オキソプロリナーゼAs4.806、及びAs4.820はL−ピログルタミン酸を基質とし、D−ピログルタミン酸を基質としないことが示された。 This indicated that 5-oxoprolinase As4.806 and As4.820 use L-pyroglutamic acid as a substrate and do not use D-pyroglutamic acid as a substrate.
上述のように本発明の5−オキソプロリナーゼは、至適pHが公知の5−オキソプロリナーゼと異なることから、異なる用途、使用場面を提供し、特に、アルカリ性に偏った至適pHやpH安定性を有する公知酵素では効果を上げにくかった弱酸性〜中性〜弱アルカリ性条件下の使用において特に優れている。例えば、そのようなpH条件下での使用の例としては、各種食品加工の実際の使用工程中等を想定することができ、それ以外にも、公知酵素では好適に使用できなかった新たな使用場面を提供することが期待される。 As described above, the 5-oxoprolinase of the present invention provides different uses and usage scenes because the optimum pH is different from that of known 5-oxoprolinase, and particularly, the optimum pH and pH biased toward alkaline. Known enzymes having stability are particularly excellent when used under weakly acidic to neutral to slightly alkaline conditions, which have been difficult to improve the effect. For example, as an example of use under such pH conditions, it is possible to envisage, for example, during the actual use process of various food processing, and in addition to this, a new use scene that could not be suitably used with known enzymes It is expected to provide.
また、本発明の5−オキソプロリナーゼは、試薬あるいは食品加工等の用途に利用する場合に、試験環境のpHが変化したときの影響を受けにくく、その取扱いが容易で利用しやすいと考えられることから、公知の5−オキソプロリナーゼよりも優れているといえる。このような特性により汎用性が広がることから、公知の5−オキソプロリナーゼでは使用しにくかった用途・使用工程に対しでも好適に使用することができ、5−オキソプロリナーゼの実用化のバリエーション化に貢献するものであるといえる。 In addition, when the 5-oxoprolinase of the present invention is used for applications such as reagents or food processing, the 5-oxoprolinase is unlikely to be affected by changes in the pH of the test environment, and is considered to be easy to handle and easy to use. Therefore, it can be said that it is superior to the known 5-oxoprolinase. Since such properties broaden versatility, it can be suitably used even in applications and use steps that are difficult to use with known 5-oxoprolinase, and variations in the practical use of 5-oxoprolinase It can be said that it contributes to.
さらに、本発明の5−オキソプロリナーゼは、L−ピログルタミン酸に対するKm値は小さく、より効率的に反応を触媒でき、反応時間の短縮や酵素の使用量低減も期待できる利点を有する。 Furthermore, the 5-oxoprolinase of the present invention has a small Km value for L-pyroglutamic acid, can catalyze the reaction more efficiently, and has the advantages that a reduction in reaction time and a reduction in the amount of enzyme used can be expected.
(アスペルギルス属菌由来5−オキソプロリナーゼの酵母による生産)
実施例1のC.の2.で取得した本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806およびAs4.820を、異種宿主である酵母を宿主としても生産できることを確認すること、さらに、上述の実施例においては活性を確認できなかったアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補As36.1302について、酵母を宿主とすることにより活性を持ったタンパク質を取得することについて、確認を行った。(Production of 5-oxoprolinase from Aspergillus spp. By yeast)
C. of Example 1. 2. It was confirmed that the Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinases As4.806 and As4.820 of the present invention obtained in the above can be produced using a yeast which is a heterologous host as a host. Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase ortholog candidate As36.1302, which could not be confirmed, was confirmed to obtain an active protein by using yeast as a host.
1.アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子の酵母発現用プラスミドの作製と酵母形質転換体の取得
実施例1のA.の5.で取得した5−オキソプロリナーゼオルソログ遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820)、および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00036.1302)のイントロン予測配列を除いた配列を導入したプラスミドpAsAlpP−4.806 CDS、pAsAlpP−4.820 CDS、pAsAlpP−36.1302 CDSから、PCRにより増幅した各遺伝子のDNA断片をpYES2/CT(Invitrogen社製)に導入することにより、酵母発現用プラスミドを得た。1. Preparation of yeast expression plasmid for 5-oxoprolinase gene derived from Aspergillus soya and a candidate gene for 5-oxoprolinase ortholog and acquisition of
具体的には、pAsAlpP−4.806 CDSを鋳型とし、配列番号49および50に示したプライマーを用いて、5’側に制限酵素EcoRIの認識配列およびヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列、3’側に制限酵素NotIの認識配列を付加したscaffold00004.806のCDSのDNA断片をPCRにより増幅した。pAsAlpP−4.820 CDSを鋳型とし、配列番号51および52に示したプライマーを用いて、5’側に制限酵素KpnIの認識配列およびヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列、3’側に制限酵素NotIの認識配列を付加したscaffold00004.820のCDSのDNA断片をPCRにより増幅した。pAsAlpP−36.1302 CDSを鋳型とし、配列番号53および54に示したプライマーを用いて、5’側に制限酵素EcoRIの認識配列およびヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列、3’側に制限酵素NotIの認識配列を付加したscaffold00036.1302のCDSのDNA断片をPCRにより増幅した。
Specifically, using the pAsAlpP-4.806 CDS as a template and the primers shown in SEQ ID NOS: 49 and 50, a 24 base sequence encoding a recognition sequence of the restriction enzyme EcoRI and a sequence of 8 histidines was placed on the 5 'side. A DNA fragment of the CDS of scaffold00004.806 to which the recognition sequence of the restriction enzyme NotI was added to the
反応試薬としてPrime Star Max(タカラバイオ社製)、装置としてMastercycler gradient(eppendorf社製)を用い、反応試薬キットに添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。 An extension reaction was performed using Prime Star Max (manufactured by Takara Bio Inc.) as a reaction reagent and Mastercycler gradient (manufactured by Eppendorf) as an apparatus according to the protocol attached to the reaction reagent kit.
前記のPCRにより増幅した3種類のDNA断片を、1%アガロースゲル中で分離し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)を用いて精製し、制限酵素EcoRI(NEB社製)、KpnI−HF(BioLabs社製)、およびNotI(タカラバイオ社製)で切断後、1%アガロースゲル中で分離し、QIA quick Gel Extraction Kitを用いて、再度精製した。精製された前記DNA断片を、ligation high ver2(TOYOBO社製)を用いて、pYES2/CT(Invitrogen社製)のEcoRI−NotIサイト、KpnI−NotIサイトに連結し、pYES2/CTのマルチクローニングサイトに5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子(scaffold00004.806、scaffold00004.820、あるいはscaffold00036.1302)のCDSを組み込んだ、3種類の酵母形質転換体作製用の組換えプラスミドを得た。 The three types of DNA fragments amplified by the PCR were separated in a 1% agarose gel, purified using a QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN), and subjected to restriction enzymes EcoRI (manufactured by NEB) and KpnI-HF (manufactured by NEB). After cutting with BioLabs) and NotI (manufactured by Takara Bio Inc.), they were separated in a 1% agarose gel, and purified again using QIA quick Gel Extraction Kit. The purified DNA fragment was ligated to the EcoRI-NotI site and the KpnI-NotI site of pYES2 / CT (Invitrogen) using ligation high ver2 (manufactured by TOYOBO), and to the pYES2 / CT multicloning site. A 5-oxoprolinase ortholog gene and a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene (scafffold00004.806, scaffold00004.820, or scaffold00036.13.102) to which a 24-base sequence encoding 8 histidine sequences has been added to the 5 ′ side. Recombinant plasmids for the production of three types of yeast transformants incorporating CDS were obtained.
該組換えプラスミドを用いて大腸菌JM109株を定法により形質転換後、該形質転換体から前記組換えプラスミドをそれぞれ抽出し、該プラスミド中に挿入されたDNA配列の解析を行った。解析の結果、5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDSの配列が、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のゲノムDNA上の配列と一致することを確認した。上記操作を経た3種の遺伝子をそれぞれ含むプラスミドを、由来する遺伝子配列の名称であるscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302に対応させて、pYES2−His−4.806、pYES2−His−4.820、およびpYES2−His−36.1302と名付けた。 After transforming Escherichia coli JM109 strain by a conventional method using the recombinant plasmid, the recombinant plasmid was extracted from the transformant, and the DNA sequence inserted into the plasmid was analyzed. As a result of the analysis, the CDS sequence of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene to which a 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines was added on the 5 ′ side was identical to the sequence on the genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239 strain. Make sure you do. Plasmids containing the three types of genes that had undergone the above operations were respectively subjected to pYES2-His-4.806 and pYES2-His corresponding to the names of the derived gene sequences, scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.1302. -4.820 and pYES2-His-36.1302.
前記3種類のプラスミドpYES2−His−4.806 CDS、pYES2−His−4.820 CDS、およびpYES2−His−36.1302 CDSを用いて、S.c.EasyComp(商標)Transformation kit(Invitrogen社製)を用い、添付のマニュアルに従って、サッカロマイセス・セレビシエ INVsc1株を形質転換し、pYES2/CTにコードされたウラシル合成遺伝子であるURA3の発現により、ウラシル無添加培地に生育できるようになることで、ウラシル非要求性となることを指標に、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子による酵母形質転換体を選抜した。3種類のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子による酵母形質転換体は、由来する遺伝子の名称であるscaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302に対応させて、それぞれINVsc1−His−4.806 CDS株、INVsc1−His−4.820 CDS株、およびINVsc1−His−36.1302 CDS株と名付けた。 Using the three plasmids pYES2-His-4.806 CDS, pYES2-His-4.820 CDS, and pYES2-His-36.1302 CDS, S. c. Saccharomyces cerevisiae strain INVsc1 was transformed using EasyComp ™ Transformation kit (manufactured by Invitrogen) according to the attached manual, and the expression of URA3, a uracil synthesis gene encoded by pYES2 / CT, resulted in a medium without uracil. A yeast transformant was selected using a 5-oxoprolinase gene derived from Aspergillus soya and a candidate gene for a 5-oxoprolinase ortholog, using as an index that uracil was not required for growth. The yeast transformants with the three types of 5-oxoprolinase genes derived from the three Aspergillus soya and 5-oxoprolinase ortholog candidate genes correspond to the names of the derived genes, scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.1302. The strains were named INVsc1-His-4.806 CDS strain, INVsc1-His-4.820 CDS strain, and INVsc1-His-36.1302 CDS strain, respectively.
2.酵母発現アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼおよびオルソログ候補タンパク質の取得
上記のようにして取得したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子による酵母形質転換体INVsc1−His−4.806 CDS株、INVsc1−His−4.820 CDS株、およびINVsc1−His−36.1302 CDS株に導入されたプラスミド中の、5−オキソプロリナーゼ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子の上流には、ヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列が付加されており、酵母形質転換体をガラクトースの存在下で培養することにより、N末側にヒスチジン8個のタグが融合された5−オキソプロリナーゼおよび5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を発現誘導することができ、定法によりNiカラムを用いて精製することができる。すなわち、前記のINVsc1−His−4.806 CDS株、INVsc1−His−4.820 CDS株、およびINVsc1−His−36.1302 CDS株を、前培養用液体培地(0.67%(w/v) アミノ酸不含有イーストニトロゲンベース (ベクトン・ディッキンソン社製)、0.192%(w/v) ウラシル不含有酵母合成ドロップアウト培地用添加物 (sigma社製)、2.0%(w/v) ラフィノース)中、30℃で24時間、振盪培養した。その後、本培養用液体培地(0.67%(w/v)アミノ酸不含有イーストニトロゲンベース、0.192%(w/v)ウラシル不含有酵母合成ドロップアウト培地用添加物、2.5%(w/v)D−ガラクトース、0.75%(w/v)ラフィノース)で10倍に希釈し、30℃で12〜18時間培養し、1,500×g、1〜5分間の遠心により菌体を回収した。2. Acquisition of yeast-expressed Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase and ortholog candidate protein Yeast transformant INVsc1- by Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase gene and 5-oxoprolinase ortholog candidate gene obtained as described above 5-oxoprolinase gene and 5-oxoprolinase ortholog candidate in plasmids introduced into His-4.806 CDS strain, INVsc1-His-4.820 CDS strain, and INVsc1-His-36.1302 CDS strain A 24-base sequence encoding a sequence of 8 histidines is added upstream of the gene. By culturing a yeast transformant in the presence of galactose, a tag of 8 histidines is fused to the N-terminal. 5-oxopro Linase and 5-oxoprolinase ortholog candidate protein can be induced to be expressed, and can be purified by a conventional method using a Ni column. That is, the aforementioned INVsc1-His-4.806 CDS strain, INVsc1-His-4.820 CDS strain, and INVsc1-His-36.1302 CDS strain were transformed into a preculture liquid medium (0.67% (w / v)). ) Amino acid-free yeast nitrogen base (manufactured by Becton Dickinson), 0.192% (w / v) Additive for uracil-free yeast synthetic dropout medium (manufactured by Sigma), 2.0% (w / v) ) In Raffinose), shaking culture was performed at 30 ° C for 24 hours. Then, a liquid medium for main culture (0.67% (w / v) amino acid-free yeast nitrogen base, 0.192% (w / v) uracil-free yeast synthetic dropout medium supplement, 2.5% (W / v) D-galactose, 0.75% (w / v) raffinose) diluted 10-fold, cultured at 30 ° C for 12 to 18 hours, and centrifuged at 1,500 xg for 1 to 5 minutes. The cells were collected.
回収した菌体は、培養液の1/10〜1/20量の2mM PMSFを含む抽出バッファー(50mM Tris、300mM NaCl、20%(w/v) グリセロール、0.1 mM DTT、0.5mM L−ピログルタミン酸、pH8.0)に懸濁し、直径0.5mmのマルチビーズショッカー用専用グラスビーズ(安井器械社製)を加えて、マルチビーズショッカー(安井器械社製)を用いて破砕した(2000rpm、60秒間破砕後、30秒間静置、これを8回繰り返した)。破砕後の菌体懸濁液の遠心上清を0.2μmのフィルターで濾過し、菌体抽出液とした。 The collected cells were extracted with an extraction buffer (50 mM Tris, 300 mM NaCl, 20% (w / v) glycerol, 0.1 mM DTT, 0.5 mM L) containing 1/10 to 1/20 the volume of the culture solution and 2 mM PMSF. -Pyroglutamic acid, pH 8.0), added with glass beads (manufactured by Yasui Kikai Co., Ltd.) having a diameter of 0.5 mm for a multi-bead shocker, and crushed using a multi-bead shocker (manufactured by Yasui Kikai) (2000 rpm). , Crushed for 60 seconds, and allowed to stand for 30 seconds, and this was repeated eight times). The centrifugal supernatant of the disrupted cell suspension was filtered through a 0.2 μm filter to obtain a cell extract.
その後、この菌体抽出液をNi−NTA Superflowカラム(QIAGEN社製)に供してHisタグ融合5−オキソプロリナーゼおよびHisタグ融合5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を結合させ、イミダゾール20mMを含む抽出バッファーで洗浄後、250mMを含む抽出バッファーで溶出されるHisタグ融合タンパク質含有画分を得た。 Thereafter, the bacterial cell extract is applied to a Ni-NTA Superflow column (manufactured by QIAGEN) to bind His-tagged 5-oxoprolinase and His-tagged 5-oxoprolinase ortholog candidate protein, and to extract containing 20 mM imidazole. After washing with a buffer, a His-tagged protein-containing fraction eluted with an extraction buffer containing 250 mM was obtained.
なお、前記3種類のHisタグ融合タンパク質含有画分は、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)を用いてさらに濃縮後、抽出バッファーに対して透析を行い、精製酵素溶液を得た。以下、それぞれのHisタグ融合5−オキソプロリナーゼおよびHisタグ融合5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を、由来する遺伝子の名称(scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302)に対応して、SC−As4.806、SC−As4.820、SC−As36.1302と表記する。上記の酵素精製により、培養100mlあたり、SC−As4.806では10〜20μg、SC−As4.820では75〜400μg、SC−As36.1302では10〜20μgのタンパク質が得られた。 The three types of His-tag fusion protein-containing fractions were further concentrated using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore) and dialyzed against the extraction buffer to obtain a purified enzyme solution. Hereinafter, the respective His tag-fused 5-oxoprolinase and His-tag fused 5-oxoprolinase ortholog candidate proteins are represented by the names of the genes derived from them (scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.13.102). It is described as SC-As 4.806, SC-As 4.820, SC-As 36.1302. As a result of the above enzyme purification, 10 to 20 μg of SC-As 4.806, 75 to 400 μg of SC-As 4.820, and 10 to 20 μg of SC-As36.1302 were obtained per 100 ml of culture.
3.酵母発現アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼの活性確認
上述の実施例3の2.により得られた、酵母で発現させたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼタンパク質(SC−As4.806およびSC−As4.820)および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(SC−As36.1302)、実施例1のB.の3.により得られた酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215cについて、実施例1のC.の2.に記載の方法に準じて、5−オキソプロリナーゼ活性を測定した。結果を表5に示す。
表5に示すように、酵母で発現させたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼSC−As4.806、SC−As4.820、および酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215cは、基質溶液との反応により、5−オキソプロリナーゼ活性が検出された。このことから、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806、As4.820は、酵母で発現させた場合にも5−オキソプロリナーゼ活性を示し、異種発現した場合にも活性を持って発現可能であることが確認された。 As shown in Table 5, Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase SC-As4.806, SC-As4.820, and yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c expressed in yeast were reacted with the substrate solution. , 5-oxoprolinase activity was detected. From this fact, 5-oxoprolinase As4.806 and As4.820 derived from Aspergillus soya exhibit 5-oxoprolinase activity even when expressed in yeast, and have activity even when expressed heterologously. It was confirmed that it was possible.
また、酵母で発現させたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質SC−As36.1302では、基質溶液との反応によりL−グルタミン酸濃度が上昇せず、5−オキソプロリナーゼ活性は検出されなかった。すなわち、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質As36.1302は、酵母で発現させた場合にも5−オキソプロリナーゼ活性を示さないことが確認された。 In the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein SC-As36.1302 derived from Aspergillus soya expressed in yeast, the L-glutamic acid concentration did not increase due to the reaction with the substrate solution, and 5-oxoprolinase activity was detected. Did not. That is, it was confirmed that the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein As36.1302 derived from Aspergillus soya did not show 5-oxoprolinase activity even when expressed in yeast.
(アスペルギルス属菌由来5−オキソプロリナーゼの大腸菌による生産)
酵母由来5−オキソプロリナーゼYKL215cは、大腸菌で発現させることができなかったと報告されている(FEMS Yeast Res. 10, 394-401, 2010)。しかし、麹菌由来ピログルタミン酸開環酵素に関しては不明であり、活性を保持した酵素の大腸菌での発現・大量精製が可能となれば、性能評価に用いる酵素が容易に得られるようになる。実施例1のC.の2.で取得した本発明のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806およびAs4.820を、異種宿主である大腸菌を宿主としても生産できることについて、確認を行った。(Production of 5-oxoprolinase from Aspergillus sp. By Escherichia coli)
It has been reported that yeast-derived 5-oxoprolinase YKL215c could not be expressed in Escherichia coli (FEMS Yeast Res. 10, 394-401, 2010). However, it is unclear about the aspergillus-derived pyroglutamic acid ring-opening enzyme, and if expression and large-scale purification of the enzyme retaining its activity in Escherichia coli becomes possible, the enzyme used for performance evaluation can be easily obtained. C. of Example 1. 2. It was confirmed that the 5-oxoprolinases As4.806 and As4.820 derived from Aspergillus soya of the present invention obtained in the above can be produced using Escherichia coli which is a heterologous host as a host.
1.アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子の大腸菌発現用プラスミドの作製と大腸菌形質転換体の取得
実施例1のA.の5.で取得した、ヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ遺伝子(scaffold00004.806、およびscaffold00004.820)のCDSを導入したプラスミドpAsAlpP−His−4.806 CDS、pAsAlpP−His−4.820 CDSから、PCRにより増幅した各遺伝子のDNA断片をpET−22b(+)(Novagen社製)に導入することにより、大腸菌発現用プラスミドを得た。1. Preparation of Escherichia coli Expression Plasmid for 5-oxoprolinase Gene Derived from Aspergillus soya and Acquisition of
具体的には、pAsAlpP−His−4.806 CDSを鋳型とし、配列番号59および60に示したプライマーを用いて、5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したscaffold00004.806のCDSのDNA断片を、pAsAlpP−His−4.820 CDSを鋳型とし、配列番号61および62に示したプライマーを用いて、5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したscaffold00004.820のCDSのDNA断片をPCRにより増幅した。 Specifically, using pAsAlpP-His-4.806 CDS as a template and the primers shown in SEQ ID NOS: 59 and 60, a scaffold 000004 in which a 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines was added to the 5 'side. The DNA fragment of the CDS of .806 was sequenced from pAsAlpP-His-4.820 CDS using the primers shown in SEQ ID NOs: 61 and 62 as a 24-base sequence encoding 8 histidine sequences on the 5 'side. The DNA fragment of CDS of scaffold00004.820 to which was added was amplified by PCR.
さらに、プラスミドpET−22b(+)を鋳型として、配列番号63および64のインバースPCR用プライマーを用いて、プラスミドpET−22b(+)の制限酵素サイトNdeIとNotIで挟まれた領域を除いた配列をPCRにより増幅した。なお、反応試薬としてPrime Star Max(タカラバイオ社製)、装置としてMastercycler gradient(eppendorf社製)を用い、反応試薬キットに添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。 Furthermore, using plasmid pET-22b (+) as a template and the primers for inverse PCR of SEQ ID NOs: 63 and 64, the sequence excluding the region flanked by restriction sites NdeI and NotI of plasmid pET-22b (+). Was amplified by PCR. The extension reaction was performed using Prime Star Max (manufactured by Takara Bio Inc.) as a reaction reagent and Mastercycler gradient (manufactured by Eppendorf) according to the protocol attached to the reaction reagent kit.
前記のPCRにより増幅したそれぞれのDNA断片を、1%アガロースゲル中で分離し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した。2種類の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDSの5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したDNA断片それぞれを、In−Fusion Advantage PCR Cloning Kitを用いて、制限酵素サイトNdeIとNotIで挟まれた領域を除いたプラスミドpET−22b(+)に連結することにより、プラスミドpET−22b(+)のマルチクローニングサイト(MCS)のNdeIとNotIに挟まれた領域に5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ遺伝子(scaffold00004.806、あるいはscaffold00004.820)のCDSを組み込んだ、2種類の大腸菌形質転換体作製用の組換えプラスミドを得た。 Each DNA fragment amplified by the above-mentioned PCR was separated in a 1% agarose gel, and purified using QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). Restriction of each DNA fragment obtained by adding a 24-base sequence encoding eight histidine sequences to the 5 ′ side of the CDS of the two types of 5-oxoprolinase ortholog candidate genes using the In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit By ligating to the plasmid pET-22b (+) excluding the region flanked by the enzyme sites NdeI and NotI, the region between the NdeI and NotI of the multicloning site (MCS) of the plasmid pET-22b (+) was Preparation of two types of Escherichia coli transformants in which the CDS of a 5-oxoprolinase ortholog gene (scaffold00004.806 or scaffold00004.820) to which a 24-base sequence encoding 8 histidine sequences was added on the 5 ′ side was incorporated. To obtain a recombinant plasmid.
該組換えプラスミドを用いて大腸菌JM109株を定法により形質転換後、該形質転換体から前記組換えプラスミドをそれぞれ抽出し、該プラスミド中に挿入されたDNA配列の解析を行った。解析の結果、5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のCDSの配列が、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のゲノムDNA上の配列と一致することを確認した。上記操作を経た2種の遺伝子をそれぞれ含むプラスミドを、由来する遺伝子配列の名称であるscaffold00004.806、およびscaffold00004.820に対応させて、pET−22b(+)−His−4.806 CDS、およびpET−22b(+)−His−4.820 CDSと名付けた。 After transforming Escherichia coli JM109 strain by a conventional method using the recombinant plasmid, the recombinant plasmid was extracted from the transformant, and the DNA sequence inserted into the plasmid was analyzed. As a result of the analysis, the CDS sequence of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene to which a 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines was added on the 5 ′ side was identical to the sequence on the genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239 strain. Make sure you do. Plasmids containing the two types of genes subjected to the above operations were respectively associated with pET-22b (+)-His-4.806 CDS corresponding to the names of the derived gene sequences scaffold00004.806 and scaffold00004.820. It was named pET-22b (+)-His-4.820 CDS.
前記2種類のプラスミドpET−22b(+)−His−4.806 CDS、およびpET−22b(+)−His−4.820 CDSを用いて、大腸菌ECOS(商標)コンピテント大腸菌BL21(DE3)株(ニッポンジーン社製)を定法により形質転換し、pET−22b(+)にコードされたアンピシリン耐性遺伝子の発現によりアンピシリン添加培地に生育できるようになることを指標に、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子による大腸菌形質転換体を選抜した。各アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子による大腸菌形質転換体は、由来する遺伝子の名称であるscaffold00004.806、およびscaffold00004.820に対応させて、それぞれBL21−His−4.806 CDS株、およびBL21−His−4.820 CDS株と名付けた。 Using the two types of plasmids, pET-22b (+)-His-4.806 CDS and pET-22b (+)-His-4.820 CDS, Escherichia coli ECOS ™ competent Escherichia coli BL21 (DE3) strain (Manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) according to a standard method, and the expression of ampicillin resistance gene encoded by pET-22b (+) was used as an index to enable growth on an ampicillin-supplemented medium. A transformant of Escherichia coli with the Nase gene was selected. The Escherichia coli transformant with each Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase gene corresponds to the BL21-His-4.806 CDS strain corresponding to scaffold00004.806 and scaffold00004.820, respectively. It was named BL21-His-4.820 CDS strain.
2.大腸菌発現アスペルギルス属菌由来5−オキソプロリナーゼタンパク質の取得
上記のようにして取得したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子による大腸菌形質転換体BL21−His−4.806 CDS株、およびBL21−His−4.820 CDS株に導入された、プラスミド中の5−オキソプロリナーゼ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子の上流には、ヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列が付加されており、大腸菌形質転換体をIPTGの存在下で培養することにより、N末側にヒスチジン8個のタグが融合された5−オキソプロリナーゼタンパク質を発現誘導することができ、定法によりNiカラムを用いて精製することができる。すなわち、前記のBL21−His−4.806 CDS株、およびBL21−His−4.820 CDS株を、50μg/mLのアンピシリンを含有するLB液体培地(1.0%(w/v)ポリペプトン(ベクトン・ディッキンソン社製)、0.5%(w/v)イーストエキス(ベクトン・ディッキンソン社製)、0.5%(w/v)NaCl(和光純薬社製)中、30℃で一晩、振盪培養した。50μg/mLのアンピシリンを含有するLB液体培地で100倍に希釈して3.0時間振盪培養し、その後、0.1mMとなるようにIPTGを添加して、さらに30℃で2.5〜3.0時間、振盪培養した。5,000×g、3分間の遠心により菌体を回収した。2. Acquisition of 5-oxoprolinase protein derived from Escherichia coli-expressing Aspergillus genus Escherichia coli transformants BL21-His-4.806 CDS strain and BL21-His using the 5-oxoprolinase gene derived from Aspergillus soya obtained as described above. -4.820 A 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines was added upstream of the 5-oxoprolinase gene and the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene in the plasmid introduced into the CDS strain. By culturing the Escherichia coli transformant in the presence of IPTG, it is possible to induce the expression of a 5-oxoprolinase protein in which eight histidine tags are fused to the N-terminal side. And can be purified. That is, the BL21-His-4.806 CDS strain and the BL21-His-4.820 CDS strain were transformed into an LB liquid medium (1.0% (w / v) polypeptone (Becton) containing 50 μg / mL ampicillin. Dickinson), 0.5% (w / v) yeast extract (Becton Dickinson), 0.5% (w / v) NaCl (Wako Pure Chemical Industries) at 30 ° C. overnight, The culture was shake-cultured, diluted 100-fold with an LB liquid medium containing 50 μg / mL ampicillin, shake-cultured for 3.0 hours, added with IPTG to a concentration of 0.1 mM, and further added at 30 ° C. for 2 hours. The cells were cultured with shaking for 0.5 to 3.0 hours, and the cells were collected by centrifugation at 5,000 xg for 3 minutes.
回収した菌体は液体窒素中で凍結させ、乳鉢と乳棒を用いて磨砕し、細かい粉末状の菌体片とした後に、培養液の1/12量の2mM PMSFを含む抽出バッファー(50mM Tris、300mM NaCl、20%(w/v) グリセロール、0.5mM L−ピログルタミン酸、pH8.0)に懸濁し、懸濁液の粘度を下げるために、超音波処理を行った。破砕後の菌体懸濁液の遠心上清を0.2μmのフィルターで濾過し、菌体抽出液とした。 The collected cells were frozen in liquid nitrogen, ground using a mortar and a pestle to form fine powdery cell pieces, and then extracted with an extraction buffer (50 mM Tris) containing 1/12 volume of the culture solution containing 2 mM PMSF. , 300 mM NaCl, 20% (w / v) glycerol, 0.5 mM L-pyroglutamic acid, pH 8.0) and sonicated to reduce the viscosity of the suspension. The centrifugal supernatant of the disrupted cell suspension was filtered through a 0.2 μm filter to obtain a cell extract.
その後、この菌体抽出液をNi−NTA Superflowカラム(QIAGEN社製)に供してHisタグ融合5−オキソプロリナーゼを結合させ、イミダゾール20mMを含む抽出バッファーで洗浄後、250mMを含む抽出バッファーで溶出されるHisタグ融合タンパク質含有画分を得た。 Thereafter, the cell extract is applied to a Ni-NTA Superflow column (manufactured by QIAGEN) to bind the His-tagged 5-oxoprolinase, washed with an extraction buffer containing 20 mM imidazole, and eluted with an extraction buffer containing 250 mM. Thus, a fraction containing a His-tag fusion protein was obtained.
なお、前記2種類のHisタグ融合タンパク質含有画分は、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)を用いてさらに濃縮後、抽出バッファーに対して透析を行い、精製酵素溶液を得た。以下、それぞれのHisタグ融合5−オキソプロリナーゼを、由来する遺伝子の名称(scaffold00004.806、およびscaffold00004.820)に対応して、EC−As4.806、およびEC−As4.820と表記する。上記の酵素精製により、培養100mlあたり、EC−As4.806では55μg、EC−As4.820では63μgのタンパクが得られた。 The two types of His-tag fusion protein-containing fractions were further concentrated using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore) and then dialyzed against an extraction buffer to obtain a purified enzyme solution. Hereinafter, each of the His tag-fused 5-oxoprolinases is referred to as EC-As 4.806 and EC-As 4.820, corresponding to the names of the derived genes (scaffold00004.806 and scaffold00004.820). As a result of the above enzyme purification, 55 μg of protein was obtained for EC-As 4.806 and 63 μg of EC-As 4.820 was obtained per 100 ml of culture.
3.大腸菌発現アスペルギルス属菌由来5−オキソプロリナーゼの活性確認
上述の実施例4の2.により得られた、大腸菌で発現させたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼタンパク質(EC−As4.806およびEC−As4.820)について、実施例1のC.の2.に記載の方法に準じて、5−オキソプロリナーゼ活性を測定した。結果を表6に示す。
表6に示すように、大腸菌で発現させたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼEC−As4.806、およびEC−As4.820は、基質溶液との反応により、5−オキソプロリナーゼ活性が検出された。このことから、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806、およびAs4.820は、大腸菌で発現させた場合にも5−オキソプロリナーゼ活性を示し、異種発現した場合にも活性を持って発現可能であることが確認された。また、麹菌由来ピログルタミン酸開環酵素機能を持つためには糖鎖が不要であることも明らかとなり、活性を保持した酵素の大腸菌での発現・大量精製が可能となれば、性能評価に用いる酵素が容易に得られるようになる。 As shown in Table 6, 5-oxoprolinase EC-As 4.806 and EC-As4.820 derived from Aspergillus soya expressed in Escherichia coli detected 5-oxoprolinase activity by reaction with the substrate solution. Was done. From this fact, 5-oxoprolinase As 4.806 and As4.820 derived from Aspergillus soya exhibit 5-oxoprolinase activity when expressed in Escherichia coli and have activity even when heterologously expressed. It was confirmed that expression was possible. It is also clear that sugar chains are unnecessary in order to have the function of pyroglutamic acid ring-opening enzyme derived from Aspergillus, and if it is possible to express and mass-purify the enzyme retaining its activity in Escherichia coli, the enzyme used for performance evaluation Can be easily obtained.
上述のように本発明の5−オキソプロリナーゼは、宿主をアスペルギルス属菌等の糸状菌に限定されることなく、生産することができる。異種発現が可能であることは、発現量増加を目的とした宿主の選択や、酵素の改良時のタンパク質レベルでの確認の際に有利であり、本発明の実用上の有意性に貢献する。 As described above, the 5-oxoprolinase of the present invention can be produced without limiting the host to filamentous fungi such as Aspergillus. The fact that heterologous expression is possible is advantageous when selecting a host for the purpose of increasing the expression level, or when confirming at the protein level when the enzyme is improved, and contributes to the practical significance of the present invention.
(アスペルギルス属菌に発現させたアスペルギルス属菌由来5−オキソプロリナーゼおよび5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質の固体培養における生産)
味噌・醤油・日本酒・焼酎などの各種醸造食品の製造では、麹菌を固体培養して麹を作製する。一般的に、固体培養と液体培養とでは、異なる発現パターンを示すことが知られており、酵素の発現量や比活性も液体培養とは異なる可能性があると考えられる。(Production of Aspergillus-derived 5-oxoprolinase and 5-oxoprolinase ortholog candidate protein expressed in Aspergillus in solid culture)
In the manufacture of various brewed foods such as miso, soy sauce, sake, and shochu, koji is produced by solid-culture of koji mold. Generally, it is known that solid culture and liquid culture show different expression patterns, and it is considered that the expression level and specific activity of the enzyme may be different from those in liquid culture.
そこで、実施例1のA.の6.で取得した本発明のアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806による形質転換体およびAs4.820による形質転換体を、小麦ふすまを用いた固体培養で培養することにより活性を持ったタンパク質を生産できることを確認すること、さらに、実施例1のC.の2.においては活性を確認できなかったアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質As36.1302について、小麦ふすまを用いた固体培養を行うことにより、活性を持ったタンパク質を取得することについて確認を行った。 Therefore, the A.I. 6. By culturing the transformant of Aspergillus soya NBRC4239 strain of the present invention obtained by the above-mentioned 5-oxoprolinase As4.806 derived from Aspergillus soya and the transformant obtained by As4.820 in solid culture using wheat bran. To confirm that a protein having an activity can be produced. 2. In Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase ortholog candidate protein As36.1302, the activity of which could not be confirmed, a solid culture using wheat bran was performed to confirm that an active protein was obtained. Was.
1.小麦ふすま培養物からのアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼおよび5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質の取得
実施例1のA.の6.で取得したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体NBRC4239−His−4.806 CDS株、NBRC4239−His−4.820 CDS株、および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体NBRC4239−His−36.1302 CDS株のゲノムDNAに導入された、5−オキソプロリナーゼ遺伝子および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子の上流には、ヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列が付加されており、アスペルギルス属菌形質転換体を培養することによりN末側にヒスチジン8個のタグが融合された5−オキソプロリナーゼおよび5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を発現誘導することができ、定法によりNiカラムを用いて精製することができる。1. Acquisition of 5-oxoprolinase and 5-oxoprolinase candidate protein from Aspergillus soya from a
まず、小麦ふすま10gに対して水8mLを加え、150mL 三角フラスコに5gずつ入れてオートクレーブすることにより、80%散水小麦ふすま固体培地を作製した。次に、実施例1のA.の6.で取得したNBRC4239−His−4.806 CDS株、NBRC4239−His−4.820 CDS株、およびNBRC4239−His−36.1302 CDS株の分生子5×106個を、前述の80%散水小麦ふすま固体培地に培養し、30℃で培養した。菌糸が伸びてきた頃に手入れをし、再び培養した。菌糸の伸長が進んでおり、分生子はほとんど存在しない形態を示した42時間培養した培養物を回収し、液体窒素で凍結した。First, 8 mL of water was added to 10 g of wheat bran, and 5 g of each was placed in a 150 mL Erlenmeyer flask and autoclaved to prepare an 80% sprinkled wheat bran solid medium. Next, the A.I. 6. 5 × 10 6 conidia of the NBRC4239-His-4.806 CDS strain, the NBRC4239-His-4.820 CDS strain, and the NBRC4239-His-36.1302 CDS strain obtained in the above were used for the aforementioned 80% watered wheat bran. The cells were cultured in a solid medium and cultured at 30 ° C. When the hypha was growing, it was maintained and cultured again. A culture cultured for 42 hours showing hyphal elongation and showing almost no conidia was collected and frozen with liquid nitrogen.
回収した小麦ふすま培養物1gを、液体窒素中で乳鉢と乳棒を用いて磨砕して得た細かい粉末状の菌体片を、10mLの2mM PMSFを含む抽出バッファー(50mM Tris、300mM NaCl、20%(w/v) グリセロール、0.5mM L−ピログルタミン酸、pH8.0)に懸濁した。得られた懸濁液の遠心上清を0.2μmのフィルターで濾過し、小麦ふすま培養物抽出液とした。 1 g of the collected wheat bran culture was ground in liquid nitrogen using a mortar and pestle, and the fine powdered bacterial cells obtained were extracted with 10 mL of an extraction buffer containing 2 mM PMSF (50 mM Tris, 300 mM NaCl, 20 mM NaCl). % (W / v) glycerol, 0.5 mM L-pyroglutamic acid, pH 8.0). The centrifuged supernatant of the obtained suspension was filtered with a 0.2 μm filter to obtain a wheat bran culture extract.
その後、この小麦ふすま培養物抽出液をNi−NTA Superflowカラム(QIAGEN社製)に供してHisタグ融合5−オキソプロリナーゼおよびHisタグ融合5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を結合させ、イミダゾール20mMを含む抽出バッファーで洗浄後、250mMを含む抽出バッファーで溶出されるHisタグ融合タンパク質含有画分を得た。
Thereafter, this wheat bran culture extract was subjected to a Ni-NTA Superflow column (manufactured by QIAGEN) to bind His tag-fused 5-oxoprolinase and His tag-fused 5-oxoprolinase ortholog candidate protein, and
なお、前記3種類のHisタグ融合タンパク質含有画分は、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)を用いてさらに濃縮後、抽出バッファーに対して透析を行い、精製酵素溶液を得た。以下、それぞれのHisタグ融合5−オキソプロリナーゼタンパク質およびHisタグ融合5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を、由来する遺伝子の名称(scaffold00004.806、scaffold00004.820、およびscaffold00036.1302)に対応して、As4.806−solid、As4.820−solid、As36.1302−solidと表記する。上記の酵素精製により、培養100mlあたり、As4.806−solidでは43μg、As4.820−solidでは57μg、As36.1302−solidでは47μgのタンパク質が得られた。 The three types of His-tag fusion protein-containing fractions were further concentrated using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore) and dialyzed against the extraction buffer to obtain a purified enzyme solution. Hereinafter, each of the His-tag fusion 5-oxoprolinase protein and the His-tag fusion 5-oxoprolinase ortholog candidate protein is referred to as the name of the derived gene (scaffold00004.806, scaffold00004.820, and scaffold00036.16.102). , As4.806-solid, As4.820-solid, and As36.1302-solid. By the above enzyme purification, 43 μg of As4.806-solid, 57 μg of As4.820-solid, and 47 μg of As36.1302-solid were obtained per 100 ml of culture.
2.上述の実施例5の1.により得られた、小麦ふすま培養物から精製したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼおよび5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質の活性確認
上述の実施例5の1.により得られた、小麦ふすま培養物から精製したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼ(As4.806−solidおよびAs4.820−solid)および5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質(As36.1302−solid)について、実施例1のC.の2.に記載の方法に準じて、5−オキソプロリナーゼ活性を測定した。結果を表7に示す。
表7に示すように、小麦ふすま培養物から精製したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼタンパク質As4.806−solid、およびAs4.820−solidは、基質溶液との反応によりグルタミン酸濃度が上昇した。このことから、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806、およびAs4.820は、小麦ふすまで発現させた場合にも5−オキソプロリナーゼ活性を示し、活性を持って生産可能であることが確認された。 As shown in Table 7, the 5-oxoprolinase proteins As4.806-solid and As4.820-solid derived from Aspergillus soya purified from the wheat bran culture increased the glutamic acid concentration by reaction with the substrate solution. From this fact, 5-oxoprolinase As 4.806 and As4.820 derived from Aspergillus soya exhibit 5-oxoprolinase activity even when expressed up to wheat bran, and can be produced with the activity. Was confirmed.
また、小麦ふすまで発現させたアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質As36.1302−solidでは、基質溶液との反応によりL−グルタミン酸濃度が上昇せず、5−オキソプロリナーゼ活性は検出されなかった。すなわち、アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質As36.1302は、小麦ふすまで発現させた場合にも5−オキソプロリナーゼ活性を示さないことが確認された。 In addition, in Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase ortholog candidate protein As36.1302-solid expressed up to wheat bran, the L-glutamic acid concentration did not increase due to the reaction with the substrate solution, and the 5-oxoprolinase activity was detected. Was not done. That is, it was confirmed that the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein As36.1302 derived from Aspergillus soya did not exhibit 5-oxoprolinase activity even when expressed up to wheat bran.
さらに、小麦ふすまで生産したアスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼAs4.806−solidは、液体培養時の数倍以上に高い活性を保ったまま発現させることができることが示され、固体培養時に効率的にグルタミン酸の生産が可能であることが示唆された。 Furthermore, it has been shown that 5-oxoprolinase As 4.806-solid derived from Aspergillus soya, which was produced up to wheat bran, can be expressed while maintaining an activity several times or more higher than that in liquid culture. It was suggested that glutamic acid could be produced.
(アスペルギルス・オリゼからの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質の取得)
1.アスペルギルス・オリゼにおける5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子の検索
アスペルギルス・ソーヤの5−オキソプロリナーゼAs4.820のタンパク質の配列データを用い、それらと比較的配列同一性の高い遺伝子を、アスペルギルス・オリゼから探索することを試みた。検索にはBlastプログラム(tblastn)を用いた。アスペルギルス・オリゼのDNAデータとしては、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae) RIB40株のゲノム配列(独立行政法人 製品評価技術基盤機構のデータベース:DOGAN、Nature 438(7071),1157−1161,2005)を用いた。(Acquisition of 5-oxoprolinase ortholog candidate protein from Aspergillus oryzae)
1. Search for 5-oxoprolinase ortholog candidate genes in Aspergillus oryzae Using sequence data of the protein of Aspergillus soya 5-oxoprolinase As4.820, a gene having relatively high sequence identity with them was obtained from Aspergillus oryzae. Tried to explore. The Blast program (tblastn) was used for the search. As the DNA data of Aspergillus oryzae, the genomic sequence of Aspergillus oryzae RIB40 strain (Database of National Institute of Technology and Evaluation: DOGAN, Nature 438 (7071), 1157-1161, 2005) was used. .
検索の結果、比較的遺伝子配列同一性が高かった配列領域として、配列番号65で示す遺伝子AO090103000443(3843bp)がみつかった。AO090103000443のDNA配列から予想されるオープンリーディングフレームにコードされるアミノ酸配列を配列番号66に示す。 As a result of the search, a gene AO09010300443 (3843 bp) represented by SEQ ID NO: 65 was found as a sequence region having relatively high gene sequence identity. The amino acid sequence encoded by the open reading frame predicted from the DNA sequence of AO09010300443 is shown in SEQ ID NO: 66.
遺伝情報処理ソフトウェアGenetyxネットワーク版 version 11.0.6(ゼネティックス社製)によりアミノ酸レベルでの配列同一性の比較を行うと、AO090103000443とアスペルギルス・ソーヤの5−オキソプロリナーゼAs4.820との配列同一性は99.0%であり、アスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログであることが示唆された。また、AO090103000443とラット5−オキソプロリナーゼとの配列同一性は55.0%、酵母由来5−オキソプロリナーゼであるOXP/YKL215cとの配列同一性は54.1%であった。これは実施例1のC.の2.で5−オキソプロリナーゼ活性のあることが示されたアスペルギルス・ソーヤの5−オキソプロリナーゼAs4.820とラット5−オキソプロリナーゼとの配列同一性51.5%、およびAs4.820と酵母オルソログ5−オキソプロリナーゼとの配列同一性51.1%と同程度であることからも、AO090103000443がアスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログであることが示唆された。 When sequence identity at the amino acid level was compared using genetic information processing software Genetyx network version 11.0.6 (Genetics), the sequence identity between AO09010300443 and Aspergillus soya 5-oxoprolinase As4.820 was obtained. Its sex was 99.0%, suggesting that it was a 5-oxoprolinase ortholog of Aspergillus oryzae. The sequence identity between AO09010300443 and rat 5-oxoprolinase was 55.0%, and the sequence identity with yeast-derived 5-oxoprolinase, OXP / YKL215c, was 54.1%. This is the same as C.I. 2. Showed 51.5% sequence identity between Aspergillus soya 5-oxoprolinase As4.820 and rat 5-oxoprolinase, which were shown to have 5-oxoprolinase activity, and As4.820 and yeast ortholog. The fact that the sequence identity with 5-oxoprolinase was as low as 51.1% suggested that AO09010300443 is a 5-oxoprolinase ortholog of Aspergillus oryzae.
そこで、AO090103000443のDNA配列情報を利用して、AO090103000443にコードされるタンパク質の5−オキソプロリナーゼ活性の有無を確認する実験を進めた。 Therefore, an experiment was conducted to confirm the presence or absence of 5-oxoprolinase activity of the protein encoded by AO09010300443 using the DNA sequence information of AO09010300443.
2.アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)からのゲノムDNA抽出
アスペルギルス・オリゼ RIB40株をバッフル付き三角フラスコにて、PD培地(2%(w/v) デキストリン、1%(w/v) ポリペプトン、0.5%(w/v) KH2PO4、0.05%(w/v) MgSO4・7H2O、0.1%(w/v) カザミノ酸)中、30℃で1〜2日間振盪培養し、濾過により菌体を回収した。回収して得た菌体を、液体窒素中で凍結させ乳鉢と乳棒を用いて磨砕し、細かい粉末状の菌体片とした。2. Extraction of Genomic DNA from Aspergillus oryzae Aspergillus oryzae RIB40 strain in a baffled Erlenmeyer flask in PD medium (2% (w / v) dextrin, 1% (w / v) polypeptone, 0.5% (W / v) KH 2 PO 4 , 0.05% (w / v) MgSO 4 .7H 2 O, 0.1% (w / v) casamino acid) is shake-cultured at 30 ° C. for 1 to 2 days. The cells were collected by filtration. The collected cells were frozen in liquid nitrogen and ground using a mortar and pestle to obtain fine powdered cell fragments.
65℃に温めたNuclei Lysis Solution(Promega社製) 300μLにスパーテル1杯程度の前記粉末状の菌体片を加え、ボルテックスした後、65℃で15分間、インキュベートした。次いで、50μg/mLとなるようにRNase(ニッポンジーン社製)を添加し、37℃で15分間インキュベートした。その後、Protein Precipitation Solution(Promega社製) 125μLを加え、20秒間、激しくボルテックスし、14,000×gで5分間遠心した。得られた上清をイソプロパノール300μLと混合し、11,000×gで3分間遠心して得た沈殿を、70%エタノールでリンスすることにより、アスペルギルス・オリゼ RIB40株由来のゲノムDNAを回収した。このゲノムDNAにTE(10mM Tris−HCl(pH7.5)、1mM EDTA)を加え、50℃、5分間インキュベートして溶解することにより、所望の濃度のゲノムDNA溶液を調製した。 About 300 μL of Nuclei Lysis Solution (promega) warmed to 65 ° C. was added with about 1 spatula of the powdered bacterial cells, vortexed, and incubated at 65 ° C. for 15 minutes. Next, RNase (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) was added to a concentration of 50 μg / mL and incubated at 37 ° C. for 15 minutes. Thereafter, 125 μL of Protein Precipitation Solution (manufactured by Promega) was added, vortexed vigorously for 20 seconds, and centrifuged at 14,000 × g for 5 minutes. The resulting supernatant was mixed with 300 μL of isopropanol, and centrifuged at 11,000 × g for 3 minutes, and the precipitate obtained was rinsed with 70% ethanol to collect genomic DNA derived from Aspergillus oryzae RIB40 strain. TE (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA) was added to the genomic DNA, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 5 minutes to dissolve, thereby preparing a genomic DNA solution having a desired concentration.
3.アスペルギルス・オリゼにおける5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子のクローニングとアスペルギルス属菌用発現ベクターの作製
上述のアスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443のエクソン−イントロン構造を予測すると、アスペルギルス・ソーヤの5−オキソプロリナーゼオルソログ遺伝子と同様に、2つのエクソンと1つのイントロンが存在すると考えられた。具体的には、配列番号67で示したの3899塩基のうち2524番から2579番がイントロンであると予測され、スプライシングにより配列番号65のCDSが生成されると予想された。本実験では、予測されたイントロンの配列を除去せずに配列番号67で示されるpre mRNAの配列を次の操作に用いた。3. Cloning of candidate gene for 5-oxoprolinase ortholog in Aspergillus oryzae and preparation of expression vector for Aspergillus spp. As in the 5-oxoprolinase ortholog gene, it was thought that there were two exons and one intron. Specifically, out of the 3899 bases shown in SEQ ID NO: 67, positions 2524 to 2579 were predicted to be introns, and it was predicted that splicing would generate the CDS of SEQ ID NO: 65. In this experiment, the sequence of pre mRNA represented by SEQ ID NO: 67 was used for the next operation without removing the predicted intron sequence.
実験6の2.により取得したゲノムDNAを鋳型に、配列番号68および69のプライマーを用いて、5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したアスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443のpre mRNAの配列をPCRにより増幅した。反応試薬としてPrime Star Max(タカラバイオ社製)、装置としてMastercycler gradient(eppendorf社製)を用い、反応試薬キットに添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。前記のPCRにより増幅したヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したAO090103000443のpre mRNAと考えられるDNA断片は、1%アガロースゲル中で分離し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)を用いて精製した。また、クローニング用のベクターとして、実施例1のA.の4.で作製した組換えプラスミドpAsAlpP−4.806 pre mRNA(pUC19のマルチクローニングサイト(MCS)の上流に、Palp、pyrG、Ptef1、5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子scaffold00004.806のpre mRNA、およびTalpの配列が順に連結された組換えプラスミド)を鋳型とし、配列番号13および23のインバースPCR用のプライマーを用いて5‘側にTalp、3’側にPalp、pyrGおよびPtef1を含むプラスミド側の配列をPCRにより増幅した。次いでDNA断片を1%アガロースゲル中で分離、QIAquick Gel Extraction Kitを用いて精製した。 Experiment 6-2. 5-oxoprolinase ortholog candidate of Aspergillus oryzae having added thereto a 24-base sequence encoding 8 histidine sequences on the 5 ′ side using the genomic DNA obtained by the above as a template and primers of SEQ ID NOs: 68 and 69 The sequence of pre mRNA of gene AO09010300443 was amplified by PCR. An extension reaction was performed using Prime Star Max (manufactured by Takara Bio Inc.) as a reaction reagent and Mastercycler gradient (manufactured by Eppendorf) as an apparatus according to the protocol attached to the reaction reagent kit. A DNA fragment considered as a pre-mRNA of AO09010300443 added with a 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines amplified by the above PCR was separated in a 1% agarose gel, and QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN) Purified using In addition, as a cloning vector, A. 4. The recombinant plasmid pAsAlpP-4.806 pre mRNA (prepared to the upstream of the multicloning site (MCS) of pUC19, Palp, pyrG, Ptef1, pre-mRNA of 5-oxoprolinase ortholog candidate gene scafffold00004.806, and Talp The sequence on the plasmid side containing Talp on the 5 'side and Palp, pyrG and Ptef1 on the 3' side using the primers for inverse PCR of SEQ ID NOs. Amplified by PCR. Next, the DNA fragment was separated in a 1% agarose gel and purified using QIAquick Gel Extraction Kit.
上記のようにして取得した2種類のDNA断片をIn−Fusion Advantage PCR Cloning Kit(Clontech社製)を用いて連結し、5’側にヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列を付加したアスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443 pre mRNAのDNA断片と考えられるDNA断片を、プラスミドpAsAlpPのPtef1領域およびTalp領域の間に連結し、麹菌形質転換体作製用の組換えプラスミドを得た。得られた組換えプラスミドは、由来する遺伝子の名称であるAO090103000443に対応させて、pAsAlpP-AO090103000443 pre mRNAと名付けた。 The two types of DNA fragments obtained as described above were ligated using In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (manufactured by Clontech), and a 24-base sequence encoding a sequence of eight histidines was added to the 5 ′ side. A DNA fragment considered to be a DNA fragment of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene AO09010300443 pre mRNA of Aspergillus oryzae was ligated between the Ptef1 region and the Talp region of the plasmid pAsAlpP, and a recombinant plasmid for producing a koji mold transformant was obtained. Obtained. The obtained recombinant plasmid was named pAsAlpP-AO090103000443 pre mRNA corresponding to AO090103000443 which is the name of the gene from which it was derived.
この組換えプラスミドを用いて大腸菌JM109株を定法により形質転換後、該形質転換体から前記組換えプラスミドをそれぞれ抽出し、該プラスミド中に挿入された各DNA配列の解析を行った。解析の結果、前記の5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443 pre mRNAのDNA断片と考えられるDNA断片は、アスペルギルス・オリゼRIB40株のゲノムDNAに存在するAO090103000443の配列(配列番号67)と一致することを確認した。 After transforming Escherichia coli JM109 strain by a conventional method using this recombinant plasmid, the recombinant plasmid was extracted from the transformant, and each DNA sequence inserted into the plasmid was analyzed. As a result of the analysis, the DNA fragment considered to be the DNA fragment of the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene AO090103000443 pre mRNA is identical to the sequence of AO090103000443 (SEQ ID NO: 67) present in the genomic DNA of Aspergillus oryzae RIB40 strain. It was confirmed.
4.アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のアスペルギルス・オリゼ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子による形質転換体の取得
上記のように作製したpAsAlpP-AO090103000443 pre mRNAを鋳型として、配列番41および40のプライマーを用い、Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443 pre mRNA、およびTalpが連結されたDNA断片をPCRにより増幅した。なお、反応試薬としてKOD Dash Neo(TOYOBO社製)、装置としてMastercycler gradient(eppendorf社製)を用い、反応試薬キットに添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。4. Acquisition of Transformant of Aspergillus soya NBRC4239 Strain from Aspergillus oryzae 5-oxoprolinase Ortholog Candidate Gene Using pAsAlpP-AO090103000443 pre mRNA as a template and primers of SEQ ID NOs: 41 and 40, , PyrG, Ptef1, and a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene AO09010300443 pre mRNA to which a His tag sequence was added, and a DNA fragment to which Talp were linked were amplified by PCR. The elongation reaction was carried out using KOD Dash Neo (manufactured by TOYOBO) as a reaction reagent and Mastercycler gradient (manufactured by Eppendorf) as an apparatus according to the protocol attached to the reaction reagent kit.
上記ように増幅したDNA断片(Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443 pre mRNA、およびTalpが連結されたDNA断片)は、エタノール沈殿後、TEに溶解して、所望の濃度のDNA溶液を調製し、下記の手順でアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株由来pyrG破壊株(pyrG遺伝子の上流48bp、コード領域896bp、下流240bp欠損株)の形質転換に用いた。 The DNA fragment (Palp, pyrG, Ptefl, a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene AO090103000443 pre mRNA to which a His tag sequence is added, and a DNA fragment to which Talp is ligated) and a DNA fragment to which Talp is ligated are dissolved in TE after ethanol precipitation. Then, a DNA solution having a desired concentration was prepared and used for transformation of a pyrG-disrupted strain (48 bp upstream, 896 bp coding region and 240 bp downstream deletion of the pyrG gene) derived from Aspergillus soya NBRC4239 by the following procedure.
まず、形質転換に用いるアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株(マルツプレートに培養したアスペルギルス・ソーヤNBRC4239株由来pyrG破壊株の分生子、9cmシャーレに10分の1程度)を、0.01% Tween80溶液に懸濁し、10mMとなるようにウリジンを添加したPD培地(2%(w/v) デキストリン、1%(w/v) ポリペプトン、0.5%(w/v) KH2PO4、0.05%(w/v) MgSO4・7H2O、0.1%(w/v) カザミノ酸)150mLに植菌し、18時間程度、振盪培養した。培養後、濾過により菌体を回収し、形質転換用にPCRにより増幅しておいたDNA断片(Palp、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443 pre mRNA、およびTalpが連結されたDNA断片)のTE溶液(DNA10μg程度/20μL)を用いて、プロトプラスト−PEG法により、形質転換を行った。First, Aspergillus soya NBRC4239 strain (conidia of a pyrG-disrupted strain derived from Aspergillus soya NBRC4239 strain cultured on a Maltz plate, about 1/10 in a 9 cm petri dish) to be used for transformation was suspended in a 0.01% Tween80 solution. PD medium supplemented with uridine to a concentration of 10 mM (2% (w / v) dextrin, 1% (w / v) polypeptone, 0.5% (w / v) KH 2 PO 4 , 0.05% ( (w / v) 150 mL of MgSO 4 .7H 2 O, 0.1% (w / v casamino acid) and incubating with shaking for about 18 hours. After the culture, the cells were collected by filtration, and a DNA fragment (Palp, pyrG, Ptefl, a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene A0090103000443 pre mRNA to which a His tag sequence was added) amplified by PCR for transformation, and Transformation was performed by a protoplast-PEG method using a TE solution (about 10 μg of DNA / 20 μL) of a Talp-linked DNA fragment.
得られた各形質転換体においては、NBRC4239株のアルカリプロテアーゼ遺伝子座にpyrG、Ptef1、およびHisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443 pre mRNAが連結された配列がそれぞれ導入される。これらの株は、ウリジン要求性を相補する遺伝子であるpyrGが導入されることにより、ウリジン無添加培地に生育できるようになることで、目的の遺伝子が導入された株を選択できる。 In each of the obtained transformants, a sequence in which a 5-oxoprolinase ortholog candidate gene AO090103000443 pre mRNA in which pyrG, Ptefl and a His tag sequence are added to the alkaline protease locus of NBRC4239 strain is introduced. . These strains can be grown in a uridine-free medium by introducing pyrG, a gene that complements uridine auxotrophy, so that strains into which the target gene has been introduced can be selected.
さらに、該形質転換体について、コロニーPCRにより目的の遺伝子座に遺伝子導入された株であることの確認を行なった。すなわち、爪楊枝で掻きとった該形質転換体の分生子をTEに懸濁してPCRの鋳型とし、配列番号43および44のプライマーを用い、アルカリプロテアーゼ遺伝子座の上流237塩基目から下流277塩基目に挟まれた領域をPCRにより増幅した。反応試薬には、KOD FX (TOYOBO社製)を用い、94℃、5分間の熱処理後、添付されたプロトコールに従って伸長反応を行った。その結果、アスペルギルス・ソーヤNBRC4239株のゲノムDNAのアルカリプロテアーゼ遺伝子座のアルカリプロテアーゼ遺伝子(alp、1389bp、配列番号45)に換えて、形質転換体株では、pyrG、Ptef1、Hisタグ配列を付加した5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子AO090103000443 pre mRNAが連結されたDNA(約6.6kbp)の存在を示す約7kbpのシグナルが検出されたことにより、前記の形質転換体ではアルカリプロテアーゼ遺伝子座において相同組換えされたことを確認した。 Furthermore, it was confirmed that the transformant was a strain into which the gene was introduced at the target locus by colony PCR. That is, the conidia of the transformant scraped with a toothpick are suspended in TE and used as a template for PCR, and the primers of SEQ ID NOs: 43 and 44 are used to convert the alkaline protease locus from the 237th base upstream to the 277th base downstream. The sandwiched region was amplified by PCR. KOD FX (manufactured by TOYOBO) was used as a reaction reagent, and after a heat treatment at 94 ° C. for 5 minutes, an extension reaction was performed according to the attached protocol. As a result, in the transformant strain, pyrG, Ptefl, and His tag sequences were added in place of the alkaline protease gene (alp, 1389 bp, SEQ ID NO: 45) at the alkaline protease locus of the genomic DNA of Aspergillus soya NBRC4239 strain. Oxoprolinase ortholog candidate gene AO09010300443 pre A homologous recombination at the alkaline protease locus was detected in the transformant by detecting a signal of about 7 kbp indicating the presence of DNA (about 6.6 kbp) linked to pre mRNA. I confirmed that it was done.
上記の方法により、アスペルギルス・オリゼ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子に由来する遺伝子による形質転換体(アスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体)を取得することができた。該形質転換体は、由来する遺伝子の名称AO090103000443に対応させて、NBRC4239−His−AO090103000443 pre mRNA株と名付けた。 Obtaining a transformant derived from a candidate gene for a 5-oxoprolinase ortholog derived from Aspergillus oryzae (a transformant of the genus Aspergillus using a candidate gene for 5-oxoprolinase ortholog of Aspergillus oryzae) by the above method. Was completed. The transformant was named NBRC4239-His-AO090103000443 pre mRNA strain corresponding to the name of the derived gene AO09010300443.
5.アスペルギルス・オリゼ由来5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質の取得
上記のようにして取得したアスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体のゲノムDNAに導入された、5−オキソプロリナーゼ候補遺伝子の上流にはヒスチジン8個の配列をコードする24塩基の配列が付加されており、アスペルギルス属菌形質転換体を培養することにより、N末側にヒスチジン8個のタグが融合された5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質を発現させることができる。5. Acquisition of 5-oxoprolinase ortholog candidate protein derived from Aspergillus oryzae 5-oxoprolinase ortholog candidate gene of Aspergillus oryzae obtained as described above was introduced into the genomic DNA of a transformant of the genus Aspergillus by the 5-oxoprolinase ortholog candidate gene. Up to the oxoprolinase candidate gene, a 24-base sequence coding for 8 histidine sequences is added. By culturing a transformant of Aspergillus, 8 histidine tags are fused to the N-terminal. The obtained 5-oxoprolinase candidate protein can be expressed.
該N末Hisタグ融合5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質は、定法によりNiカラムを用いて精製することができる。すなわち、アスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補遺伝子によるアスペルギルス属菌形質転換体(NBRC4239−His−AO090103000443 pre mRNA株)の分生子を、PD培地(2%(w/v) デキストリン、1%(w/v) ポリペプトン、0.5%(w/v) KH2PO4、0.05%(w/v) MgSO4・7H2O、0.1%(w/v) カザミノ酸)に1×105個/mLとなるように植菌し、30℃、120rpmで、2日間培養し、濾過により菌体を回収した。The N-terminal His tag-fused 5-oxoprolinase candidate protein can be purified by a conventional method using a Ni column. That is, the conidia of a transformant of the genus Aspergillus (NBRC4239-His-AO090103000443 pre mRNA strain) by a candidate gene for 5-oxoprolinase ortholog of Aspergillus oryzae were transferred to a PD medium (2% (w / v) dextrin, 1% (w / v) polypeptone, 0.5% (w / v) KH 2
回収した菌体を液体窒素中で凍結させ、乳鉢と乳棒を用いて磨砕して得た細かい粉末状の菌体片を、培養液の1/13量の2mM PMSFを含む抽出バッファー(50mM Tris、300mM NaCl、20%(w/v) グリセロール、0.5mM L−ピログルタミン酸、pH8.0)に懸濁した。得られた懸濁液の遠心上清を0.2μmのフィルターで濾過し、菌体抽出液(粗酵素溶液)とした。 The collected bacterial cells were frozen in liquid nitrogen, and ground using a mortar and pestle to obtain fine powdery bacterial cell fragments. An extraction buffer (50 mM Tris) containing 1/13 of the culture solution containing 2 mM PMSF was used. , 300 mM NaCl, 20% (w / v) glycerol, 0.5 mM L-pyroglutamic acid, pH 8.0). The centrifuged supernatant of the obtained suspension was filtered through a 0.2 μm filter to obtain a cell extract (crude enzyme solution).
その後、この菌体抽出液の一部を、Ni−NTA Superflowカラム(QIAGEN社製)に供してHisタグ融合5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質を結合させ、イミダゾール20mMを含む抽出バッファーで洗浄後、イミダゾール250mMを含む抽出バッファーで溶出された5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質含有画分を得た。なお、必要に応じて、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)を用いて、前記5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質含有画分をさらに濃縮した。5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質含有画分は、抽出バッファーに対して透析を行い、精製酵素溶液とした。 Thereafter, a part of the bacterial cell extract was applied to a Ni-NTA Superflow column (manufactured by QIAGEN) to bind the His-tag fused 5-oxoprolinase ortholog candidate protein, and washed with an extraction buffer containing 20 mM imidazole. A fraction containing a 5-oxoprolinase ortholog candidate protein eluted with an extraction buffer containing 250 mM imidazole was obtained. If necessary, the fraction containing the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein was further concentrated using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore). The fraction containing the 5-oxoprolinase ortholog candidate protein was dialyzed against an extraction buffer to obtain a purified enzyme solution.
上記の酵素の精製操作により、培養100mLあたり283μgの5−オキソプロリナーゼオルソログ候補タンパク質が得られた。 By the above-mentioned enzyme purification operation, 283 μg of 5-oxoprolinase ortholog candidate protein was obtained per 100 mL of culture.
6.アスペルギルス属菌で発現させたアスペルギルス・オリゼ由来5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質の活性確認
上述の実施例6の5.により得られたアスペルギルス・オリゼ由来5−オキソプロリナーゼ候補タンパク質について、実施例1のC.の2.に記載の方法に準じて、5−オキソプロリナーゼ活性を測定した。タンパク質添加量とL−グルタミン酸濃度の関係は図12に示す通りであった。6. Confirmation of activity of 5-oxoprolinase candidate protein derived from Aspergillus oryzae expressed in Aspergillus spp. Of the 5-oxoprolinase candidate protein derived from Aspergillus oryzae obtained by the method described in Example 1. 2. The 5-oxoprolinase activity was measured according to the method described in (1). The relationship between the amount of protein added and the L-glutamic acid concentration was as shown in FIG.
図12に示すように、添加したAO090103000443タンパク質の濃度依存的にL−グルタミン酸濃度が上昇し、アスペルギルス・オリゼの5−オキソプロリナーゼオルソログであることが判明した。 As shown in FIG. 12, the concentration of L-glutamic acid increased in a concentration-dependent manner of the added AO09010300443 protein, indicating that it was a 5-oxoprolinase ortholog of Aspergillus oryzae.
このことから、アスペルギルス属菌由来の5−オキソプロリナーゼはアスペルギルス・ソーヤに限定されることなく、相同性の高い分子がアスペルギルス属菌に広く存在することが示された。 This indicated that 5-oxoprolinase derived from Aspergillus sp. Is not limited to Aspergillus soya, and that highly homologous molecules are widely present in Aspergillus sp.
本発明の5−オキソプロリナーゼを飲食品の加工に用いることにより、飲食品のうま味向上に使用できると考えられる。すなわち、ピログルタミン酸を多く含んだ飲食品中で、5−オキソプロリナーゼによりピログルタミン酸を加水分解処理すると、呈味成分として重要なグルタミン酸を大量に遊離でき、従来にない優れた呈味力を有する飲食品を得ることができると予想される。 It is considered that the use of the 5-oxoprolinase of the present invention for the processing of food and drink can be used for improving the umami of food and drink. In other words, in a food or drink containing a large amount of pyroglutamic acid, when pyroglutamic acid is hydrolyzed with 5-oxoprolinase, glutamate, which is important as a taste component, can be liberated in large quantities, and has an unprecedented superior taste power. It is expected that food and drink can be obtained.
そこで、以下の手順に従って、ピログルタミン酸含量が高い食品であるトマトエキス、およびしょうゆをアスペルギルス属菌由来の5−オキソプロリナーゼで処理することにより、グルタミン酸濃度を上昇させる効果を調べた。 Therefore, the effect of increasing the glutamic acid concentration by treating tomato extract and soy sauce, which are foods having high pyroglutamic acid content, with 5-oxoprolinase derived from Aspergillus sp. According to the following procedure was examined.
(A.アスペルギルス属菌由来の5−オキソプロリナーゼによるトマトエキス中のグルタミン酸量の増加)
トマトエキス(ライコレッド社製、Brix 60%)はミリQ水で希釈し、1M KOHによりpH8に調整した。反応に用いた5−オキソプロリナーゼは、実施例3の2.記載の方法に準じて取得した酵母発現アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼSC−As4.820を、実施例1のC.の2.記載の方法に準じて5−オキソプロリナーゼの活性を測定し、トマトエキスとの反応液に用いた。(A. Increase in the amount of glutamic acid in tomato extract by 5-oxoprolinase derived from Aspergillus)
The tomato extract (manufactured by Lyco Red,
具体的には、トマトエキス希釈液〔8倍希釈したマトエキス、6.25mM ATP、pH8.0〕0.16mLと、実施例3の2.記載の方法に準じて取得した5−オキソプロリナーゼオルソログタンパク質SC−As4.820溶液(10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて10.6unit/1200μg/mLに希釈)0.04mLをそれぞれ混合し、37℃で4時間の酵素反応を行った。 Specifically, 0.16 mL of a tomato extract diluted solution [8-fold diluted mato extract, 6.25 mM ATP, pH 8.0] and 0.16 mL of Example 3 were used. 0.04 mL of a 5-oxoprolinase ortholog protein SC-As 4.820 solution (diluted to 10.6 unit / 1200 μg / mL using a 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) obtained according to the method described in Each was mixed and subjected to an enzyme reaction at 37 ° C. for 4 hours.
また、参照として、トマトエキス希釈液〔8倍希釈したマトエキス、6.25mM ATP、pH8.0〕0.16mLと、前記5−オキソプロリナーゼオルソログタンパク質溶液の代わりに、10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、牛血清アルブミン(以下、BSAと表記する)溶液(10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて1200μg/mLに希釈)、あるいは実施例1のA.の7.記載の方法に準じて取得したAs36.1302溶液(10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて、1200μg/mLに希釈)0.04mLをそれぞれ混合し、37℃で4時間の酵素反応を行った。 As a reference, 0.16 mL of a tomato extract diluent [8-fold diluted mato extract, 6.25 mM ATP, pH 8.0] and 10 mM Tris-HCl buffer (instead of the 5-oxoprolinase ortholog protein solution) were used. pH 8.0), bovine serum albumin (hereinafter referred to as BSA) solution (diluted to 1200 μg / mL using 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)), or A. 7. 0.04 mL of an As36.1302 solution (diluted to 1200 μg / mL using a 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) obtained according to the method described above was mixed, and the enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 4 hours. Was done.
反応後、前記の反応液にミリQ水を0.4mL加えて3倍希釈液を調製した。該希釈液は、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)用いた限外濾過により、除タンパク質画分を調製した。該除タンパク質画分をイオン交換クロマトグラフィーに供し、分離後の有機酸をブロモチモールブルーによるポストラベル法で検出した。ピログルタミン酸標品による検量線を用いて、前記の酵素反応後の溶液中のピログルタミン酸濃度を算出し、ピログルタミン酸濃度の減少の有無を調べた。続いて、該希釈液0.12mLに0.03M HClを0.28mL加えて混合し、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)用いた限外濾過により除タンパク質画分を調製した。該除タンパク質画分をイオン交換クロマトグラフィーに供し、分離後のアミノ酸をニンヒドリンによるポストラベル法で検出した。グルタミン酸標品による検量線を用いて、前記の酵素反応後の溶液中のグルタミン酸濃度を算出し、酵素の活性の有無を調べた。 After the reaction, 0.4 mL of Milli-Q water was added to the above reaction solution to prepare a three-fold dilution. The diluted solution was subjected to ultrafiltration using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore) to prepare a protein-free fraction. The deproteinized fraction was subjected to ion exchange chromatography, and the separated organic acid was detected by a post-labeling method using bromothymol blue. The concentration of pyroglutamic acid in the solution after the enzymatic reaction was calculated using a calibration curve based on a pyroglutamic acid sample, and the presence or absence of a decrease in the concentration of pyroglutamic acid was examined. Subsequently, 0.28 mL of 0.03 M HCl was added to and mixed with 0.12 mL of the diluted solution, and a protein-free fraction was prepared by ultrafiltration using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore). The deproteinized fraction was subjected to ion exchange chromatography, and the amino acids after separation were detected by a post-labeling method using ninhydrin. The concentration of glutamic acid in the solution after the enzyme reaction was calculated using a calibration curve with a glutamic acid standard, and the presence or absence of enzyme activity was examined.
その結果、図13で示す通り、希釈したトマトエキスにSC−As4.820を添加することによって反応液中のグルタミン酸濃度が上昇し(図中白のバー)で、ピログルタミン酸濃度が減少した(図中白地に黒の斜線のバー)。 As a result, as shown in FIG. 13, by adding SC-As4.820 to the diluted tomato extract, the glutamic acid concentration in the reaction solution increased (white bar in the figure), and the pyroglutamic acid concentration decreased (FIG. 13). Black diagonal bar on a white background).
一方で、SC−As4.820の代わりに、10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、BSA溶液、および実施例1のC.の2.で示すように50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)中で5−オキソプロリナーゼ活性を示さなかったAs36.1302溶液を添加しても、反応液中のグルタミン酸濃度が上昇せず、ピログルタミン酸濃度にもほとんど変化がなく、5−オキソプロリナーゼ活性は検出できなかった。 On the other hand, instead of SC-As4.820, 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), BSA solution, and C.I. 2. As shown in the figure, even if an As36.1302 solution that did not show 5-oxoprolinase activity in a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) was added, the glutamate concentration in the reaction solution did not increase, and pyroglutamic acid was not increased. There was almost no change in the concentration, and no 5-oxoprolinase activity could be detected.
これにより、上記一連の手法により、ピログルタミン酸含量が高い食品であるトマトエキスをアスペルギルス・ソーヤ由来の5−オキソプロリナーゼで処理することにより、グルタミン酸濃度を上昇させる効果があることが示された。 Accordingly, it was shown that by treating the tomato extract, which is a food having a high pyroglutamic acid content, with 5-oxoprolinase derived from Aspergillus soya by the above-described series of techniques, there is an effect of increasing the glutamic acid concentration.
(B.アスペルギルス属菌由来の5−オキソプロリナーゼによるしょうゆ中のグルタミン酸量の増加)
濃口しょうゆ(キッコーマン社製、特選丸大豆しょうゆ)はミリQ水で希釈し、1M KOHによりpH8に調整した。反応に用いた5−オキソプロリナーゼは、実施例3の2.記載の方法に準じて取得した酵母発現アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼSC−As4.820を、実施例1のC.の2.記載の方法に準じて5−オキソプロリナーゼの活性を測定し、濃口しょうゆとの反応液に用いた。(Increase in amount of glutamic acid in soy sauce by 5-oxoprolinase derived from B. Aspergillus)
Dark soy sauce (Kikkoman, specialty round soy soy sauce) was diluted with Milli-Q water and adjusted to
具体的には、濃口しょうゆ希釈液〔3倍希釈した濃口しょうゆ、6.25mM ATP、pH8.0〕0.16mLと、実施例3の2.記載の方法に準じて取得した5−オキソプロリナーゼオルソログタンパク質SC−As4.820溶液(10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて4.43unit/600μg/mLに希釈)0.04mLをそれぞれ混合し、37℃で4時間の酵素反応を行った。 Specifically, 0.16 mL of concentrated soy sauce diluent [three-fold diluted concentrated soy sauce, 6.25 mM ATP, pH 8.0] and 0.16 mL of Example 3 were used. 0.04 mL of a 5-oxoprolinase ortholog protein SC-As 4.820 solution (diluted to 4.43 units / 600 μg / mL using a 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) obtained according to the method described in the following. Each was mixed and subjected to an enzyme reaction at 37 ° C. for 4 hours.
また、参照として、濃口しょうゆ希釈液〔3倍希釈した濃口しょうゆ、6.25mM ATP、pH8.0〕0.16mLと、前記5−オキソプロリナーゼオルソログタンパク質溶液の代わりに、10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、BSA溶液(10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて1200μg/mLに希釈)、あるいは実施例1のA.の7.記載の方法に準じて取得したAs36.1302溶液(10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて600μg/mLに希釈)0.04mLをそれぞれ混合し、37℃で4時間の酵素反応を行った。 As a reference, 0.16 mL of a concentrated soy sauce diluent [three-fold diluted concentrated soy sauce, 6.25 mM ATP, pH 8.0] and 10 mM Tris-HCl buffer instead of the 5-oxoprolinase ortholog protein solution were used. (PH 8.0), BSA solution (diluted to 1200 μg / mL using 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)), or A. 7. 0.04 mL of an As36.1302 solution (diluted to 600 μg / mL using a 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) obtained according to the method described above was mixed, and the enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 4 hours. went.
反応後、前記の反応液にミリQ水を0.4mL加えて3倍希釈液を調製した。該希釈液は、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)用いた限外濾過により、除タンパク質画分を調製した。該除タンパク質画分をイオン交換クロマトグラフィーに供し、分離後の有機酸をブロモチモールブルーによるポストラベル法で検出した。ピログルタミン酸標品による検量線を用いて、前記の酵素反応後の溶液中のピログルタミン酸濃度を算出し、ピログルタミン酸濃度の減少の有無を調べた。続いて、該希釈液0.12mLに0.03M HClを0.28mL加えて混合し、Amicon Ultra−0.5mL 10K (Millipore社製)用いた限外濾過により、除タンパク質画分を調製した。該除タンパク質画分をイオン交換クロマトグラフィーに供し、分離後のアミノ酸をニンヒドリンによるポストラベル法で検出した。グルタミン酸標品による検量線を用いて、前記の酵素反応後の溶液中のグルタミン酸濃度を算出し、酵素の活性の有無を調べた。 After the reaction, 0.4 mL of Milli-Q water was added to the above reaction solution to prepare a three-fold dilution. The diluted solution was subjected to ultrafiltration using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore) to prepare a protein-free fraction. The deproteinized fraction was subjected to ion exchange chromatography, and the separated organic acid was detected by a post-labeling method using bromothymol blue. The concentration of pyroglutamic acid in the solution after the enzymatic reaction was calculated using a calibration curve based on a pyroglutamic acid sample, and the presence or absence of a decrease in the concentration of pyroglutamic acid was examined. Subsequently, 0.28 mL of 0.03 M HCl was added to and mixed with 0.12 mL of the diluent, and a protein-free fraction was prepared by ultrafiltration using Amicon Ultra-0.5 mL 10K (manufactured by Millipore). The deproteinized fraction was subjected to ion exchange chromatography, and the amino acids after separation were detected by a post-labeling method using ninhydrin. The concentration of glutamic acid in the solution after the enzyme reaction was calculated using a calibration curve with a glutamic acid standard, and the presence or absence of enzyme activity was examined.
その結果、図14で示す通り、希釈した濃口しょうゆにSC−As4.820を添加することによって反応液中のグルタミン酸濃度が上昇し(図中白のバー)、ピログルタミン酸濃度が減少した(図中白地に黒の斜線のバー)。 As a result, as shown in FIG. 14, by adding SC-As4.820 to the diluted dark soy sauce, the glutamic acid concentration in the reaction solution was increased (white bar in the diagram), and the pyroglutamic acid concentration was decreased (in the diagram) Black diagonal bar on white background).
一方で、SC−As4.820の代わりに、10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)、BSA溶液、および実施例1のC.の2.で示すように50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)中で5−オキソプロリナーゼ活性を示さなかったAs36.1302溶液(10mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて1200μg/mLに希釈)を添加しても、反応液中のグルタミン酸濃度が上昇せず、5−オキソプロリナーゼ活性は検出できなかった。 On the other hand, instead of SC-As4.820, 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), BSA solution, and C.I. 2. As shown in the above, using As36.102 solution (10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)) that did not show 5-oxoprolinase activity in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), the concentration was increased to 1200 μg / mL. (Dilution) was added, the glutamate concentration in the reaction solution did not increase, and 5-oxoprolinase activity could not be detected.
これにより、上記一連の手法により、ピログルタミン酸含量が高い食品であるしょうゆをアスペルギルス属菌由来の5−オキソプロリナーゼで処理することにより、グルタミン酸濃度を上昇させる効果があることが示された。 Thus, it was shown that by treating the soy sauce, which is a food having a high pyroglutamic acid content, with 5-oxoprolinase derived from Aspergillus sp. By the above-described series of techniques, there is an effect of increasing the glutamic acid concentration.
以上の結果より、ピログルタミン酸を多く含んだ飲食品中で、本発明の5−オキソプロリナーゼによりピログルタミン酸を呈味成分として重要なグルタミン酸に加水分解処理することができ、従来にない優れた呈味力を有する飲食品を得ることができると予想される。 From the above results, in a food or drink containing a large amount of pyroglutamic acid, pyroglutamic acid can be hydrolyzed to important glutamic acid as a taste component by the 5-oxoprolinase of the present invention, which is an unprecedented excellent presentation. It is expected that a food or drink having a taste can be obtained.
(本発明の5−オキソプロリナーゼを用いた、ラセミ体の分割)
ラセミ体は化学的、物理的性質が同じであり、通常の条件下では区別が難しい。光学分割剤を用いジアステレオマーを形成させ分離する方法、結晶化よる方法、光学分割用カラムを用いる方法が用いられるが、万能な方法ではなく、物質により適した方法を選択する必要がある。実施例2に示したとおり、本酵素は、L−ピログルタミン酸を基質とし、D−ピログルタミン酸は基質とはならない。この性質を利用してラセミ体のピログルタミン酸を光学分割することができる。(Resolution of racemic body using 5-oxoprolinase of the present invention)
Racemates have the same chemical and physical properties and are difficult to distinguish under normal conditions. A method of forming and separating diastereomers using an optical resolving agent, a method of crystallization, and a method of using a column for optical resolution are used. As shown in Example 2, this enzyme uses L-pyroglutamic acid as a substrate, and D-pyroglutamic acid does not become a substrate. By utilizing this property, racemic pyroglutamic acid can be optically resolved.
一例として、次の手順を用いることができる。具体的には、実施例1のC.の2.記載の方法に準じて、L−ピログルタミン酸とD−ピログルタミン酸の混合液〔50mM Tris、2.5mM L−ピログルタミン酸、2.5mM D−ピログルタミン酸、6.25mM ATP、12.5mM MgCl2、187.5mM KCl、pH8.0〕、および、実施例3の2.記載の方法に準じて取得した酵母発現アスペルギルス・ソーヤ由来5−オキソプロリナーゼSC−As4.820溶液(後述、50mM Tris−HCl緩衝液(pH8.0)を用いて希釈)を調製した。前記2種類の基質溶液0.4mLと、前記2種類の酵素溶液0.1mLとをそれぞれを混合し、37℃で4時間の酵素反応を行った。 As an example, the following procedure can be used. Specifically, C.I. 2. According to the method described, a mixture of L-pyroglutamic acid and D-pyroglutamic acid [50 mM Tris, 2.5 mM L-pyroglutamic acid, 2.5 mM D-pyroglutamic acid, 6.25 mM ATP, 12.5 mM MgCl2, 187 0.5 mM KCl, pH 8.0], and 2. A yeast-expressed Aspergillus soya-derived 5-oxoprolinase SC-As4.820 solution (diluted using a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) described below) obtained according to the method described above was prepared. The two kinds of substrate solutions (0.4 mL) and the two kinds of enzyme solutions (0.1 mL) were mixed, and an enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 4 hours.
反応後、該反応液をポアサイズ0.45μmのPVDFフィルターで濾過して除タンパク質画分を調製し、逆相クロマトグラフィー用のカラムCAPCELL PAK C18 MGIII(資生堂、20×250mm)に供した。反応液を注入後、溶離液として溶離液A(0.1% トリクロロ酢酸水溶液)と溶離液B(0.1% トリクロロ酢酸/80% アセトニトリル溶液)を用い、溶離液Bの割合を次第に上昇させることにより溶出画分を得た。該溶出液の210nmの紫外線吸収を測定すると、2つのピークが検出された。それぞれのピークに相当する複数の画分を混合し、定法により、エバポレーターで濃縮した。該濃縮画分について、実施例2の(8)に記載の方法に準じて、グルタミン酸、およびピログルタミン酸の濃度を測定した。また、実施例1のC.の2.に記載の方法に準じて、L−グルタミン酸濃度を測定した。 After the reaction, the reaction solution was filtered through a PVDF filter having a pore size of 0.45 μm to prepare a protein-free fraction, which was applied to a column for reverse phase chromatography, CAPCELL PAK C18 MGIII (Shiseido, 20 × 250 mm). After injecting the reaction solution, eluent A (0.1% trichloroacetic acid aqueous solution) and eluent B (0.1% trichloroacetic acid / 80% acetonitrile solution) are used as eluents, and the ratio of eluent B is gradually increased. As a result, an eluted fraction was obtained. When the ultraviolet absorption at 210 nm of the eluate was measured, two peaks were detected. A plurality of fractions corresponding to each peak were mixed and concentrated by an evaporator according to a standard method. For the concentrated fraction, the concentrations of glutamic acid and pyroglutamic acid were measured according to the method described in Example 2, (8). Further, C.I. 2. The L-glutamic acid concentration was measured according to the method described in (1).
その結果、保持時間の早いピークを含む画分ではグルタミン酸(L−グルタミン酸とほぼ同じ濃度)が検出され、ピログルタミン酸は検出されなかったことから、L−グルタミン酸が分取できたことを確認した。保持時間の遅いピークを含む画分では、グルタミン酸は検出されずピログルタミン酸が検出された。また、L−ピログルタミン酸を検出すると検出限界以下であったことから、保持時間の遅いピークを含む画分ではL−ピログルタミン酸は存在せず、D−ピログルタミン酸が高純度で得られたことを確認した。L−グルタミン酸溶液は、酸性条件下、高温高圧下で処理することにより、再びL−ピログルタミン酸が得られることが知られている。以上により、本酵素を使用することにより、ピログルタミン酸のラセミ体から、L−ピログルタミン酸とD−ピログルタミン酸の分割が可能であることが示された。 As a result, glutamic acid (concentration almost the same as that of L-glutamic acid) was detected in the fraction containing the peak having an early retention time, and pyroglutamic acid was not detected. Thus, it was confirmed that L-glutamic acid could be collected. In the fraction containing the peak with a slow retention time, glutamic acid was not detected and pyroglutamic acid was detected. In addition, since L-pyroglutamic acid was below the detection limit when detected, the fraction containing a peak with a slow retention time did not contain L-pyroglutamic acid, indicating that D-pyroglutamic acid was obtained with high purity. confirmed. It is known that L-pyroglutamic acid can be obtained again by treating the L-glutamic acid solution under high temperature and high pressure under acidic conditions. As described above, it was shown that by using this enzyme, it is possible to resolve L-pyroglutamic acid and D-pyroglutamic acid from a racemic pyroglutamic acid.
用いるカラムの種類によっては保持時間の早いピークを含む画分にピログルタミン酸が含まれ、保持時間の遅いピークを含む画分にL−グルタミン酸が含まれ得る。この場合は、予め標準物質(ピログルタミン酸またはL−グルタミン酸)を用いてピーク位置を決定しておき、上記と同様の手順でピログルタミン酸のラセミ体から、L−ピログルタミン酸とD−ピログルタミン酸とを分離することができる。 Depending on the type of column used, pyroglutamic acid may be contained in a fraction containing a peak having a fast retention time, and L-glutamic acid may be contained in a fraction containing a peak having a late retention time. In this case, the peak position is previously determined using a standard substance (pyroglutamic acid or L-glutamic acid), and L-pyroglutamic acid and D-pyroglutamic acid are separated from the racemic pyroglutamic acid by the same procedure as described above. Can be separated.
本酵素を飲食品に利用し、あるいは、本酵素の生産微生物を用いて飲食品を発酵させる場合には、飲食品に安全に利用できる微生物から本酵素を取得することや、飲食品に安全に利用できる微生物を用いて飲食品を発酵させることも重要である。本発明の5−オキソプロリナーゼ遺伝子は、食経験のあるアスペルギルス属菌から単離された遺伝子である。飲食品の加工への使用の際には、アスペルギルス属菌由来の5−オキソプロリナーゼ遺伝子、タンパク質を使用することは食の安心安全につながり、産業上極めて有用であると考えられる。 When using this enzyme in food or drink, or when fermenting food or drink using microorganisms that produce this enzyme, it is necessary to obtain the enzyme from microorganisms that can be safely used in food or drink, It is also important to ferment foods and drinks using available microorganisms. The 5-oxoprolinase gene of the present invention is a gene isolated from an Aspergillus bacterium that has experienced eating. In the use of food and drink for processing, the use of a 5-oxoprolinase gene or protein derived from a genus Aspergillus leads to safe and secure food and is considered to be extremely useful in industry.
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。 All publications, patents, and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
Claims (5)
(a)配列番号1で表されるアミノ酸配列と98%以上の配列同一性を示すアミノ酸配列を有し5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質、又は配列番号2のアミノ酸配列を有し5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質、
(b)配列番号1および2のいずれかで表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が、付加、欠失もしくは置換されたアミノ酸配列を有し5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質
を含む、飲食品用のうま味改善剤。 A protein having the following 5-oxoprolinase activity of (a) or (b) ,
(A) a protein having an amino acid sequence showing 98% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having 5-oxoprolinase activity, or 5-oxo having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 A protein having prolinase activity,
(B) a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are added, deleted or substituted in the amino acid sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 1 and 2, and which has 5-oxoprolinase activity
An umami improver for food and drink, including
i)作用:L−ピログルタミン酸をL−グルタミン酸に変換する
ii)分子量:タンパク質のポリペプチド鎖部分の分子量が140kDaであるかまたはSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法により測定した場合に約140kDaである
iii)至適pH:pH7.0〜pH8.0である
iv)安定pH:pH6.0〜pH9.0である
v)温度安定性:Tris−HCl緩衝液(pH8.0)中、37℃で15分間処理後に80%以上の活性が残存する
vi)至適温度:Tris−HCl緩衝液(pH8.0)中、25℃〜45℃である
vii)ATP、1価カチオン、および2価カチオン要求性を示す
を含む、飲食品用のうま味改善剤。 A protein derived from Aspergillus sojae having the following enzymological properties and having 5-oxoprolinase activity :
i) action: converts L-pyroglutamic acid to L-glutamic acid ii) molecular weight: the molecular weight of the polypeptide chain portion of the protein is 140 kDa or about 140 kDa as measured by SDS polyacrylamide gel electrophoresis iii) ) Optimum pH: pH 7.0-pH 8.0 iv) Stable pH: pH 6.0-pH 9.0 v) Temperature stability: 15 at 37 ° C. in Tris-HCl buffer (pH 8.0) Vi) Optimum temperature: 25 ° C to 45 ° C in Tris-HCl buffer (pH 8.0) vii) ATP, monovalent cation, and divalent cation requirement Show
An umami improver for food and drink, including
(e)配列番号4、5、56および57のいずれかで表される塩基配列を有するDNA
(f)配列番号4、5、56および57のいずれかで表される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
によりコードされる5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質を含む、飲食品用のうま味改善剤。 A 5-oxoprolinase gene encoding a protein having 5-oxoprolinase activity, having the following DNA of (e) or (f) :
(E) DNA having a base sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57
(F) hybridizing with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57 under stringent conditions, and 5-oxoprolinase DNA encoding an active protein
A umami ameliorating agent for food and drink, comprising a protein having 5-oxoprolinase activity encoded by:
(f)配列番号4、5、56および57のいずれかで表される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ5−オキソプロリナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
を含む組換えベクターを含む形質転換体または形質導入体を含む、飲食品用のうま味改善剤。 (E) DNA having a base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57, or
(F) hybridizing with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 4, 5, 56 and 57 under stringent conditions, and 5-oxoprolinase DNA encoding an active protein
An umami improving agent for food or drink, comprising a transformant or a transductant containing a recombinant vector containing:
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