JP7702385B2 - L-メントールに対するエステル化活性及び/又はl-メントールエステルに対する加水分解活性を有するポリペプチド - Google Patents
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Description
ラセミ型メント-ルが無水プロピオン酸によるエステル化により、非常に高い光学純度(ee:95%)のL-プロピオン酸メンチルを生じたことが記載されている。
(1)配列番号1に示すアミノ酸配列において、第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(2)配列番号1に示すアミノ酸配列における第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列において、前記置換が導入されたアミノ酸残基以外の1個又は数個のアミノ酸残基が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド、
(3)配列番号1に示すアミノ酸配列における第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列において、配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記置換が導入されたアミノ酸残基を除いた配列同一性が80%以上であり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド。
項2. 以下の(4)から(6)のいずれかに示すポリペプチド:
(4)配列番号1に示すアミノ酸配列において、第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(5)配列番号1に示すアミノ酸配列における第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列において、前記置換が導入されたアミノ酸残基以外の1個又は数個のアミノ酸残基が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド、
(6)配列番号1に示すアミノ酸配列における第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列において、配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記置換が導入されたアミノ酸残基を除いた配列同一性が80%以上であり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド。
項3. 項1又は2に記載のポリペプチドをコードしているDNA。
項4. 項3に記載のDNAを含む組換えベクター。
項5. 項4に記載の組換えベクターにより宿主を形質転換して得られる形質転換体。
項6. 項5に記載の形質転換体を培養する工程を含む、請求項1又は2に記載のポリペプチドの製造方法。
項7. 項1又は2に記載のポリペプチドを含む酵素組成物。
項8. 項1又は2に記載のポリペプチド、又は項7に記載の酵素組成物を含む酵素剤。
項9. 項1又は2に記載のポリペプチド、項7に記載の酵素組成物、又は項8に記載の酵素剤を、L-メントール及びD-メントールを含む混合物に作用させてL-メントールをエステル
化する工程を含む、L-メントールエステルの製造方法。
項10. 項1又は2に記載のポリペプチド、項7に記載の酵素組成物、又は項8に記載の酵素剤を、L-メントールエステル及びD-メントールエステルを含む混合物に作用させてL-メントールエステルを加水分解する工程を含む、L-メントールの製造方法。
本発明のポリペプチドは、下記(1)から(3)のいずれかに示すポリペプチド、又は、下記(4)から(6)のいずれかに示すポリペプチドである。
(2)配列番号1に示すアミノ酸配列における第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列において、前記置換が導入されたアミノ酸残基以外の1個又は数個のアミノ酸残基が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド、
(3)配列番号1に示すアミノ酸配列における第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列において、配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記置換が導入されたアミノ酸残基を除いた配列同一性が80%以上であり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド。
(5)配列番号1に示すアミノ酸配列における第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列において、前記置換が導入されたアミノ酸残基以外の1個又は数個のアミノ酸残基が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド、
(6)配列番号1に示すアミノ酸配列における第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列において、配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記置換が導入されたアミノ酸残基を除いた配列同一性が80%以上であり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド。
本発明のポリペプチドをコードしているDNA(以下、「本発明のDNA」と表記することもある)は、例えば、野生型リパーゼのアミノ酸配列(配列番号1)をコードしているDNAに前記アミノ酸変異を導入することにより得ることができる。また、本発明のDNAは、遺伝子の全合成法によって人工合成することもできる。
本発明のペプチドをコードするDNAを含む組換えベクター(以下、「本発明の組換えベクター」と表記することもある)は、発現ベクターに本発明のDNAを挿入することにより得ることができる。
本発明の組換えベクターを用いて宿主を形質転換することによって形質転換体(以下、「本発明の形質転換体」と表記することもある)が得られる。
本発明のポリペプチドは、本発明の形質転換体を培養する工程を含む製造方法によって得ることができる。
本発明のポリペプチドは、例えば他の成分が共存する組成物の形態で提供されてもよい。酵素組成物の形態としては、本発明のポリペプチドの製造過程で得られる、当該ポリペプチドを含む培養液、当該培養液から取得した当該ポリペプチドを含む水溶性画分、又はその水溶性画分から当該ポリペプチドの精製度を任意のレベルまで高めた組成物;後述の「7.酵素剤」に示す酵素剤;本発明のポリペプチドをL-メントール及び/又はそのエステルの製造に用いて得られる、未反応の当該ポリペプチドを含む反応混合物等が挙げられる。
等が挙げられる。
本発明のポリペプチド、又は本発明のポリペプチドを含む酵素組成物は、例えば酵素剤の形態で提供されてもよい。酵素剤は、本発明のポリペプチドを後述の「8.用途」で用いることを目的として調製された酵素組成物であり、本発明のポリペプチドを有効成分として含む。酵素剤は、本発明のポリペプチドの他、賦形剤、緩衝剤、懸濁剤、安定剤、保存剤、防腐剤、生理食塩水、溶剤などの添加剤又は基剤を含有していてもよい。賦形剤としてはデンプン、デキストリン、マルトース、トレハロース、乳糖、D-グルコース、ソルビトール、D-マンニトール、白糖、グリセロール等を用いることができる。緩衝剤としてはリン酸塩、クエン酸塩、酢酸塩等を用いることができる。安定剤としてはプロピレングリコール、アスコルビン酸等を用いることができる。保存剤としてはフェノール、塩化ベンザルコニウム、ベンジルアルコール、クロロブタノール、メチルパラベン等を用いることができる。防腐剤としてはエタノール、塩化ベンザルコニウム、パラオキシ安息香酸、クロロブタノール等を用いることができる。さらに、酵素剤には、本発明の効果に影響を与えない程度に、他の成分(例えば、有効成分であるポリペプチドの産生過程で添加、産生又は混入した任意の成分等)を含んでいてもよい。前記酵素剤における前記ポリペプチドの含有量としては、前記ポリペプチドの効果が発揮される範囲で適宜設定される。
本発明のポリペプチドは、L-メントールに対するエステル化処理、及びL-メントールエステルに対する加水分解処理が要求される用途に利用することができる。L-メントールに対するエステル化処理が要求される用途としては、L-メントールエステルの製造が挙げられ、L-メントールエステルに対する加水分解処理が要求される用途としては、L-メントールの製造が挙げられる。これらの用途のより具体的な例としては、香料化合物の製造;飲食品、化粧品、医薬品、又は医薬部外品の添加剤の製造;化粧品、医薬品、又は医薬部外品の有効成分の製造;化粧品、医薬品、又は医薬部外品の有効成分の中間体の製造等が挙げられる。
本発明のポリペプチドの基質となるL-メントール及び/又はL-メントールエステルは、香料化合物;飲食品、化粧品、医薬品、又は医薬部外品の添加剤;化粧品、医薬品、又は医薬部外品の有効成分;化粧品、医薬品、又は医薬部外品の有効成分の中間体等として公知である。
本発明のポリペプチドの使用形態としては特に限定されず、遊離ポリペプチドの形態、及び固定化ポリペプチドの形態が挙げられる。固定化ポリペプチドは、本発明のポリペプチドが、常法に従って担体(例えば、イオン交換樹脂、多孔性樹脂、セラミックス、炭酸カルシウム等)に固定化されたものであってよい。
本発明のL-メントールエステルの製造方法は、上記本発明のポリペプチド、上記本発明の酵素組成物、又は上記本発明の酵素剤(以下において、「本発明のポリペプチド等」と記載する。)を、L-メントール及びD-メントールを含む混合物に作用させてL-メントールをエステル化する工程を含む。
(エステル交換活性値の比率の導出方法)
フェニルエチルアルコール(20重量部)と酢酸ビニル(80重量部)とを基質とし、配列番号1の野生型リパーゼ又は本発明の改変型リパーゼを、30℃で20分間作用させて、エステル交換反応を行う。得られたフェニルエチルアルコールアセチルエステルをHPLC分析により定量する。野生型リパーゼによって得られたフェニルエチルアルコールアセチルエステルの量(野生型リパーゼのエステル交換活性値)を1とした場合の本発明の改変型リパーゼによって得られたフェニルエチルアルコールアセチルエステルの量(本発明の改変型リパーゼによるエステル活性値)を、エステル交換活性値の比率とする。
芳香族系溶媒;ジクロルメタン、クロロホルム等のハロゲン系溶媒が挙げられる。これらの有機溶媒の中でも、好ましくは炭化水素系溶媒が挙げられ、より好ましくはヘプタンが挙げられる。これらの有機溶媒は、1種を単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。なお、水を実質的に含まないとは、水を全く含まない場合の他、エステル化反応に影響を与えない程度の微量の水を含む場合を許容する意味であり、微量の水の具体的な量としては、例えば溶媒の保存環境等の湿気により混入し得る程度の微量の水分の量、具体例として、1000ppm以下、好ましくは500ppm以下が挙げられる。
本発明のL-メントールの製造方法は、上記本発明のポリペプチド、上記本発明の酵素組成物、又は上記本発明の酵素剤(本発明のポリペプチド等)を、L-メントールエステル及びD-メントールエステルを含む混合物に作用させてL-メントールエステルを加水分解する工程を含む。
(リパーゼ活性値の比率の導出方法)
リパーゼ活性値は、リパーゼキットS(DSファーマバイオメディカル株式会社)を使用して、以下の手順で測定する。キット付属の発色液1mL、キット付属のエステラーゼ阻害液20μL、キット付属の緩衝液1mL、キット付属の基質液100μL、及び水8mLを混和して活性測定溶液を調製する。活性測定溶液100μLに配列番号1の野生型リパーゼ又は本発明のポリペプチドを20mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で適当な濃度に希釈した酵素溶液10μLを加え、37℃で15分反応後の吸光度412nmを測定する。ブランクは酵素溶液の代わりに20mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)を用いる。野生型リパーゼ又は本発明のポリペプチドとブランクの吸光度差に係数1.3と希釈倍数をかけた値をリパーゼ活性値(U/mL)として算出し、野生型リパーゼによって得られた値を1とした場合の本発明の改変型リパーゼによって得られた値の比率を算出する。
[1-1.酢酸-D-メンチル及び酢酸-L-メンチルをそれぞれ基質に用いた場合]
本試験例では、基質として、酢酸-D-メンチル(純度98%以上、東京化成工業株式会社製、オイル状、d=0.9250~0.9280)と、酢酸L-メンチル(純度98%以上、東京化成工業株式会社製、オイル状、d=0.9250~0.9280)とを、それぞれ別々に、バークホルデリア・セパシア由来リパーゼ(PSリパーゼ)又はその各種変異体(遊離酵素)と反応させ、得られた各反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析することで、加水分解におけるL-メントールエステルに対する基質特異性を調べた。
E.coli発現系を構築するにあたり、B.cepacia M12-33の各遺伝子(LipA;リパーゼLipA遺伝子(E.coliコドン最適化):配列番号4、LipX;シャペロン遺伝子(LipX)野生型:配列番号5)をE.coli発現用にコドン最適化した遺伝子を全合成した。
取得したE.coli発現プラスミド(pETBCL-LipAX)をE.coli BL21(DE3)(Nippongene)に形質転換して、E.coli発現菌株:E.coli BL21(BCL-LipAX)を取得した。
変異導入点について飽和変異ライブラリーを作製するため、プライマーを設計した。
(フォワードプライマー:5'-NNKGATTTCGTTCAGGGCGTTCTGGC-3':配列番号11、リバースプライマー:5'-GAATTCAGAACCGCGATGCGGAGTG-3':配列番号12)
変異点について変異株ライブラリーを作製するため、上記で選抜した変異株をTeriffic Broth(invitrogen)(Amp:100μg/mL):1mLに植菌後、振とう培養機(Taitec)にて振とう培養(33℃、48h)した。酵素発現の誘導は、培養:24h時点で終濃度0.1mMとなるようにIPTGを培養液に添加して行った。培養後、遠心分離(3,300g×15min、4℃)にて菌体を回収した後、B-PER(ThermoFisher)を用いた溶菌処理(25℃、1,000rpm)後、遠心分離(3,300g×15min、4℃)し、上清を回収して、改変型リパーゼを含む酵素抽出液を取得した。
リパーゼ活性値は、リパーゼキットS(DSファーマバイオメディカル株式会社)を使用して、以下の手順で測定した。キット付属の発色液1mL、キット付属のエステラーゼ阻害液20μL、キット付属の緩衝液1mL、キット付属の基質液100μL、及び水8mLを混和して活性測定溶液を調製した。活性測定溶液100μLに配列番号1の野生型リパーゼ又は本発明のポリペプチドを20mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で適当な濃度に希釈した酵素溶液10μLを加え、37℃で15分反応後の吸光度412nmを測定した。ブランクは酵素溶液の代わりに20mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)を用いた。野生型リパーゼ又は本発明のポリペプチドとブランクの吸光度差に係数1.3と希釈倍数をかけた値をリパーゼ活性値(U/mL)として算出し、野生型リパーゼによって得られた値を1とした場合の本発明の改変型リパーゼによって得られた値の比率を算出した。
(ガスクロマトグラフィー分析条件)
カラム:CP-Chiral-DEX CB(0.25mmID×25m,J&W)
注入量:1μL
注入口温度:200℃
注入法:スプリット1:100
キャリアガス:He
フローレート:1.3mL/分
オーブン:130℃,8分
検出器:FID,300℃(H2:40mL/分,O2:400mL/分)
酵素として、野生型リパーゼ(比較例1)又は本発明の改変型リパーゼ(実施例1)を用い、基質を、酢酸-DL-メンチル(純度98%以上、東京化成工業株式会社製、オイル状、d=0.9250~0.9280)に変更したことを除いて上記項目1-1と同様に加水分解分解を行った。
に示す。
本試験例では、基質として、DL-メントール(純度98%以上、東京化成工業株式会社製、ラセミ体、固体状)を、バークホルデリア・セパシア由来リパーゼ(PSリパーゼ)の第120位のAをGに変換した変異体(固定型酵素)と反応させ、得られた反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析することで、エステル交換反応におけるL-メントールに対する基質特異性を調べた。
(エステル交換活性値比率の測定方法)
フェニルエチルアルコール(20重量部)と酢酸ビニル(80重量部)とを基質とし、各固定化酵素を、30℃で20分間作用させて、エステル交換反応を行った。得られたフェニルエチルアルコールアセチルエステルをHPLC分析により定量した。野生型リパーゼによって得られたフェニルエチルアルコールアセチルエステルの量(野生型リパーゼのエステル交換活性値)を1とした場合の本発明の改変型リパーゼによって得られたフェニルエチルアルコールアセチルエステルの量(本発明の改変型リパーゼによるエステル活性値)を、エステル交換活性値の比率とした。
(ガスクロマトグラフィー分析条件)
カラム:CP-Chiral-DEX CB(0.25mmID×25m,J&W)
注入量:1μL
注入口温度:25℃
注入法:スプリット1:100
キャリアガス:
フローレート:1.3mL/分
オーブン:110℃,25分
検出器:FID,300℃
バークホルデリア・セパシア由来リパーゼの変異体として、表6に記載のポリペプチドを、適宜設計したプライマーを用いて調製したことを除いて、試験例1と同様の操作を行い、当該変異体の、加水分解におけるL-メントールエステルに対する基質特異性を調べた。結果を表6に示す。
配列番号6は、LipAのフォワードプライマーである。
配列番号7は、LipAのリバースプライマーである。
配列番号9は、LipXのフォワードプライマーである。
配列番号10は、LipXのリバースプライマーである。
配列番号11は、A120Xのフォワードプライマーである。
配列番号12は、A120Xのリバースプライマーである。
配列番号13は、バークホルデリア・セパシア由来リパーゼのQ88A変異体をコードするDNAである。
配列番号14は、バークホルデリア・セパシア由来リパーゼのQ88G変異体をコードするDNAである。
配列番号15は、バークホルデリア・セパシア由来リパーゼのQ88D変異体をコードするDNAである。
配列番号16は、バークホルデリア・セパシア由来リパーゼのQ88M変異体をコードするDNAである。
配列番号17は、バークホルデリア・セパシア由来リパーゼのQ88L変異体をコードするDNAである。
Claims (10)
- 以下の(1)から(3)のいずれかに示すポリペプチド:
(1)配列番号1に示すアミノ酸配列において、第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(2)配列番号1に示すアミノ酸配列における第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列において、前記置換が導入されたアミノ酸残基以外の1~20個のアミノ酸残基が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド、
(3)配列番号1に示すアミノ酸配列における第120位のアミノ酸残基がグリシン残基に置換されているアミノ酸配列において、配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記置換が導入されたアミノ酸残基を除いた配列同一性が90%以上であり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド。 - 以下の(4)から(6)のいずれかに示すポリペプチド:
(4)配列番号1に示すアミノ酸配列において、第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド、
(5)配列番号1に示すアミノ酸配列における第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列において、前記置換が導入されたアミノ酸残基以外の1~20個のアミノ酸残基が置換、付加、挿入又は欠失されてなり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド、
(6)配列番号1に示すアミノ酸配列における第88位のアミノ酸残基が、アラニン残基、グリシン残基、アスパラギン酸残基、メチオニン残基、又はロイシン残基に置換されているアミノ酸配列において、配列番号1に示すアミノ酸配列に対する前記置換が導入されたアミノ酸残基を除いた配列同一性が90%以上であり、L-メントールに対するエステル化活性及び/又はL-メントールエステルに対する加水分解活性を有し、且つ、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドに比してL-メントール及び/又はL-メントールエステルに対する基質特異性が向上しているポリペプチド。 - 請求項1又は2に記載のポリペプチドをコードしているDNA。
- 請求項3に記載のDNAを含む組換えベクター。
- 請求項4に記載の組換えベクターにより宿主を形質転換して得られる形質転換体。
- 請求項5に記載の形質転換体を培養する工程を含む、請求項1又は2に記載のポリペプチドの製造方法。
- 請求項1又は2に記載のポリペプチドを含む酵素組成物。
- 請求項1又は2に記載のポリペプチド、又は請求項7に記載の酵素組成物を含む酵素剤。
- 請求項1又は2に記載のポリペプチド、請求項7に記載の酵素組成物、又は請求項8に記載の酵素剤を、L-メントール及びD-メントールを含む混合物に作用させてL-メントールをエステル化する工程を含む、L-メントールエステルの製造方法。
- 請求項1又は2に記載のポリペプチド、請求項7に記載の酵素組成物、又は請求項8に記載の酵素剤を、L-メントールエステル及びD-メントールエステルを含む混合物に作用させてL-メントールエステルを加水分解する工程を含む、L-メントールの製造方法。
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