JPWO2016017631A1 - γ−グルタミルシステイン及びグルタチオンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)L−システインとL−グルタミン酸とを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で、γ−グルタミルシステイン合成酵素及び2機能性グルタチオン合成酵素からなる群から選択される少なくとも1種の酵素のアデノシン三リン酸(ATP,アデノシン5’−三リン酸ともいう)の存在下での作用により反応させて、γ−グルタミルシステインを生成する工程Aを含むことを特徴とする、γ−グルタミルシステインの製造方法。
前記工程Bに用いられるγ−グルタミルシステインが、前記工程Aにより生成されたものである、
(5)〜(8)のいずれかに記載の方法。
前記工程B’に用いられるγ−グルタミルシステインが、前記工程A’により生成されたものである、(14)に記載の方法。
本明細書では、γ−グルタミルシステイン合成酵素を「GSH I」、グルタチオン合成酵素を「GSH II」、2機能性グルタチオン合成酵素を「GSH F」、アデニル酸キナーゼを「ADK」、ポリリン酸依存的AMPトランスフェラーゼを「PAP」とそれぞれ略記する場合がある。
本発明に用いられるγ−グルタミルシステイン合成酵素(GSH I)は、ATPの存在下でL−システイン(L−Cys)を基質として認識し、L−グルタミン酸(L−Glu)と結合させることでγ−Glu−Cysを生成する反応を触媒する活性を有する酵素であり、当該活性を有する限りその起源、構造等は特に限定されない。本発明において、当該活性を、γ−グルタミルシステイン合成酵素活性という。当該活性の1Uは、30℃で1分間に1μmolのγ−グルタミルシステインを生成する活性を意味し、以下の測定条件で測定したものである。
10mM ATP、15mM L−グルタミン酸、15mM L−システイン、10mM 硫酸マグネシウムを含有する50mM トリス塩酸塩緩衝液(pH8.0)に酵素液を添加して30℃で保温することで反応を行い、6N 塩酸を添加することで反応を停止させる。高速液体クロマトグラフィーを用いて反応液中のγ−グルタミルシステインを定量する。
カラム:ODS−HG−3(4.6mmφ×150mm、野村化学社製);
溶離液:リン酸2水素カリウム12.2g及びヘプタンスルホン酸ナトリウム3.6gを蒸留水1.8Lで溶解した後、該溶液をリン酸でpH2.8に調整し、メタノール186mlを追加して溶解した液;
流速:1.0ml/分;
カラム温度:40℃;
測定波長:210nm
本発明に用いられるグルタチオン合成酵素(GSH II)は、ATPの存在下でγ−Glu−Cysを基質として認識し、グリシン(Gly)と結合させることでγ−Glu−Cys−Glyを生成する反応を触媒する活性を有する酵素であり、当該活性を有する限りその起源、構造等は特に限定されない。本発明において、当該活性をグルタチオン合成酵素活性という。当該活性の1Uは、30℃で1分間に1μmolのグルタチオンを生成する活性を意味し、以下の測定条件で測定したものである。
10mM ATP、15mM γ−グルタミルシステイン、15mM グリシン、10mM 硫酸マグネシウムを含有する50mM トリス塩酸塩緩衝液(pH8.0)に酵素液を添加して30℃で保温することで反応を行い、6N 塩酸を添加することで反応を停止させる。高速液体クロマトグラフィーを用いて反応液中のグルタチオンを定量する。
本発明に用いられる2機能性グルタチオン合成酵素(GSH F)は、ATP存在下でL−Cysを基質として認識し、L−Gluと結合させることでγ−Glu−Cysを生成する反応を触媒する活性及びATP存在下でγ−Glu−Cysを基質として認識し、Glyと結合させることでγ−Glu−Cys−Glyを生成する反応を触媒する活性を併せ持つ酵素であり、当該活性を有する限りその起源、構造等は特に限定されない。本発明において、当該活性を、2機能性グルタチオン合成酵素活性という。当該活性の1Uは、30℃で1分間に1μmolのγ−Glu−Cys−Gly(グルタチオン)を生成する活性を意味し、以下の測定条件で測定したものである。
10mM ATP、15mM L−グルタミン酸、15mM L−システイン、15mM グリシン、10mM 硫酸マグネシウムを含有する50mM トリス塩酸塩緩衝液(pH8.0)に酵素液を添加して30℃で保温することで反応を行い、6N 塩酸を添加することで反応を停止させる。高速液体クロマトグラフィーを用いて反応液中のグルタチオンを定量する。
本発明に用いられるアデニル酸キナーゼ(ADK)は、2分子のADPからATP、AMPを1分子ずつ生成する反応を触媒する活性を有する酵素であり、当該活性を有する限りその起源、構造等は特に限定されない。本発明において、当該活性をADK活性という。当該活性の1Uは、30℃で1分間に1μmolのAMPを生成する活性を意味し、以下の測定条件で測定したものである。
10mM ADP、70mM 硫酸マグネシウムを含有する50mM トリス塩酸塩緩衝液(pH8.0)に酵素液を添加して30℃で保温することで反応を行い、6N 塩酸を添加することで反応を停止させる。高速液体クロマトグラフィーを用いて反応液中のAMPを定量した。
カラム:ODS−HG−3 (4.6mmφ×150mm、野村化学社製);
溶離液:リン酸2水素カリウム 12.2g及びヘプタンスルホン酸ナトリウム3.6gを蒸留水1.8Lで溶解した後、該溶液をリン酸でpH2.8に調整し、メタノール186mlを追加して溶解した液;
流速:1.0ml/分;
カラム温度:40℃;
測定波長:210nm
本発明に用いられるポリリン酸依存的AMPトランスフェラーゼ(PAP)は、ポリリン酸をリン酸ドナーとしてAMPをリン酸化してADPを生成する反応を触媒する活性を有する酵素であり、当該活性を有する限りその起源、構造等は特に限定されない。本発明において、当該活性をPAP活性という。当該活性の1Uは、30℃で1分間に1μmolのADPを生成する活性を意味し、以下の測定条件で測定したものである。
5mM メタリン酸ナトリウム、10mM AMP、70mM 硫酸マグネシウムを含有する50mM トリス塩酸塩緩衝液(pH8.0)に酵素液を添加して30℃で保温することで反応を行い、6N 塩酸を添加することで反応を停止させる。高速液体クロマトグラフィーを用いて反応液中のADPを定量した。
本発明で用いる上記の各酵素を取得する方法は特に限定されない。上記各酵素は該酵素の活性を有する生物、例えば微生物の野生株又は変異株から調製することができる。目的とする酵素の活性を有する生物としては、本来的に該酵素の活性を有する生物と、該酵素の活性が増強された生物とのどちらでもよい。酵素の活性が増強された生物としては、遺伝子工学の手法により上記各酵素をコードする遺伝子の発現が増強された組換え生物細胞が挙げられる。なお「酵素の活性が増強された生物」とは、本来的に該酵素の活性を有する生物において該酵素の活性が増大された生物と、本来的には該酵素の活性を有さない生物において該酵素の活性が付与された生物との両方を包含する。
本発明によるγ−グルタミルシステインの製造方法は、L−システインとL−グルタミン酸とを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で、γ−グルタミルシステイン合成酵素(GSH I)及び2機能性グルタチオン合成酵素(GSH F)からなる群から選択される少なくとも1種の酵素のアデノシン三リン酸(ATP)の存在下での作用により反応させて、γ−グルタミルシステインを生成する工程Aを含むことを特徴とする。工程Aは、前記酵素とATPとの存在下でL−システインとL−グルタミン酸とを反応させてγ−グルタミルシステインを生成する工程であり、前記酵素が作用し上記反応を触媒する際にはアデノシン三リン酸(ATP)が消費される。
本発明によるグルタチオン(GSH)の製造方法は、γ−グルタミルシステインとグリシンとを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で、グルタチオン合成酵素(GSH II)及び2機能性グルタチオン合成酵素(GSH F)からなる群から選択される少なくとも1種の酵素のアデノシン三リン酸(ATP)の存在下での作用により反応させて、グルタチオンを生成する工程Bを含むことを特徴とする。工程Bは、前記酵素とアデノシン三リン酸(ATP)との存在下でγ−グルタミルシステインとグリシンとを反応させてグルタチオンを生成する工程であり、前記酵素が作用し上記反応を触媒する際にはATPが消費される。
工程A及びBはいずれもATPを消費しADPを生成する工程である。ATPは比較的高価な原料であるため、工程A及び/又はBを、該工程で生じたADPからATPを再生するATP再生反応と共役させて行うことが好ましい。
大腸菌K12株由来γ−グルタミルシステイン合成酵素(GSH I)の調製
大腸菌K12株に由来するGSH I遺伝子(配列番号1)のN末端部分の塩基配列に制限酵素SacIの切断部位及びSD配列を結合させた配列をもつDNAプライマー(Primer−1:配列番号2)と、C末端部分の塩基配列に制限酵素KpnI切断部位を結合させた配列をもつDNAプライマー(Primer−2:配列番号3)を調製した。このDNAプライマーを用いて、この配列の間のDNAをPCRにより増幅することでGSH I遺伝子の全長を含むDNA断片を取得した。このときPCR増幅に用いた鋳型は大腸菌K12株のゲノムDNAである。得られたDNA断片の塩基配列を解析し、GSH I遺伝子の全長(配列番号1)が含まれていることを確認した。得られたDNA断片をプラスミドpUC18(タカラバイオ社製、GenBank Accession No.L09136)のlacプロモーターの下流のSacI認識部位とKpnI認識部位の間に挿入し、組換えベクターpUCGSHIを構築した。この組換えベクターpUCGSHIを用いて、E.coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、E.coli HB101(pUCGSHI)を得た。得られた形質転換体を、200μg/mlのアンピシリンを含む2×YT培地(トリプトン1.6%、イーストエキス1.0%、NaCl0.5%、pH7.0)50mlに接種し、37℃で24時間振とう培養した。酵素活性を測定すると、GSH I活性は5U/ml、宿主細胞として用いたエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)に由来するADK活性は90U/mlであった。続いて、遠心分離により菌体を集め、2.5mlの100mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁、超音波破砕し酵素液とした。
大腸菌K12株由来グルタチオン合成酵素(GSH II)の調製
大腸菌K12株に由来するGSH II遺伝子(配列番号4)のN末端部分の塩基配列に制限酵素NdeIの切断部位を結合させた配列をもつDNAプライマー(Primer−3:配列番号5)と、C末端部分の塩基配列に制限酵素EcoRI切断部位を結合させた配列をもつDNAプライマー(Primer−4:配列番号6)を調製した。このDNAプライマーを用いて、この配列の間のDNAをPCRにより増幅することでGSH II遺伝子の全長を含むDNA断片を取得した。このときPCR増幅に用いた鋳型は大腸菌K12株のゲノムDNAである。得られたDNA断片の塩基配列を解析し、GSH II遺伝子の全長(配列番号4)が含まれていることを確認した。得られたDNA断片をプラスミドpUCN18(PCR法によりpUC18(タカラバイオ社製、GenBank Accession No.L09136)の185番目のTをAに改変してNdeIサイトを破壊し、更に471−472番目のGCをTGに改変することにより新たにNdeIサイトを導入したプラスミド)のlacプロモーターの下流のNdeI認識部位とEcoRI認識部位の間に挿入し、組換えベクターpNGSHIIを構築した。この組換えベクターpNGSHIIを用いて、E.coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、E.coli HB101(pNGSHII)を得た。得られた形質転換体を、200μg/mlのアンピシリンを含む2×YT培地(トリプトン1.6%、イーストエキス1.0%、NaCl0.5%、pH7.0)50mlに接種し、37℃で24時間振とう培養した。酵素活性を測定すると、GSH II活性は5U/ml、宿主細胞として用いたエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)に由来するADK活性は90U/mlであった。続いて、遠心分離により菌体を集め、2.5mlの100mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁、超音波破砕し酵素液とした。
ストレプトコッカス・アガラクチエ由来2機能性グルタチオン合成酵素(GSH F)の調製
大腸菌での発現用にコドンを最適化し、N末端部分の塩基配列に制限酵素NdeIの切断部位、C末端部分の塩基配列に制限酵素EcoRI切断部位を結合させたストレプトコッカス・アガラクチエ由来のGSH F遺伝子断片(配列番号7)を遺伝子合成法にて取得(ユーロジェンテック社製)した。得られた遺伝子断片をプラスミドpUCN18(PCR法によりpUC18(タカラバイオ社製、GenBank Accession No.L09136)の185番目のTをAに改変してNdeIサイトを破壊し、更に471−472番目のGCをTGに改変することにより新たにNdeIサイトを導入したプラスミド)のlacプロモーターの下流のNdeI認識部位とEcoRI認識部位の間に挿入し、組換えベクターpNGSHFを構築した。この組換えベクターpNGSHFを用いて、E.coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、E.coli HB101(pNGSHF)を得た。得られた形質転換体を、200μg/mlのアンピシリンを含む2×YT培地(トリプトン1.6%、イーストエキス1.0%、NaCl0.5%、pH7.0)50mlに接種し、37℃で24時間振とう培養した。酵素活性を測定すると、GSH F活性は3U/ml、宿主細胞として用いたエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)に由来するADK活性は90U/mlであった。続いて、遠心分離により菌体を集め、2.5mlの100mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁、超音波破砕し酵素液とした。
アシネトバクター・ジョンソニ由来AMPホスホトランスフェラーゼ(PAP)の調製
大腸菌での発現用にコドンを最適化し、N末端部分の塩基配列に制限酵素NdeIの切断部位、C末端部分の塩基配列に制限酵素EcoRI切断部位を結合させたアシネトバクター・ジョンソニ由来のPAP遺伝子断片(配列番号8)を遺伝子合成法にて取得(ユーロジェンテック社製)した。得られた遺伝子断片をプラスミドpUCN18(PCR法によりpUC18(タカラバイオ社製、GenBank Accession No.L09136)の185番目のTをAに改変してNdeIサイトを破壊し、更に471−472番目のGCをTGに改変することにより新たにNdeIサイトを導入したプラスミド)のlacプロモーターの下流のNdeI認識部位とEcoRI認識部位の間に挿入し、組換えベクターpNPAPを構築した。この組換えベクターpNPAPを用いて、E.coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、E.coli HB101(pNPAP)を得た。得られた形質転換体を、200μg/mlのアンピシリンを含む2×YT培地(トリプトン1.6%、イーストエキス1.0%、NaCl0.5%、pH7.0)50mlに接種し、37℃で24時間振とう培養した。酵素活性を測定すると、PAP活性は40U/ml、宿主細胞として用いたエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)に由来するADK活性は90U/mlであった。続いて、遠心分離により菌体を集め、2.5mlの100mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁、超音波破砕し酵素液とした。
本明細書の実験における各化合物の収率の算出方法は以下の通り。
収率:各化合物の生成量(mol)/初発のL−システイン(mol)×100
上記高速液体クロマトグラフィーの条件は以下の通りである。この溶出条件では、グルタチオン(GSH)、γ−グルタミルシステイン(γ−GC)、酸化型γ−GC、酸化型グルタチオン(GSSG)の順で溶出する。
カラム:ODS−HG−3(4.6mmφ×150mm、野村化学社製);
溶離液:リン酸2水素カリウム12.2g及びヘプタンスルホン酸ナトリウム3.6gを蒸留水1.8Lで溶解し、該溶液をリン酸でpH2.8に調整し、メタノール186mlを追加して溶解した液;
流速:1.0ml/分;
カラム温度:40℃;
測定波長:210nm。
配列番号3:プライマー
配列番号5:プライマー
配列番号6:プライマー
Claims (15)
- L−システインとL−グルタミン酸とを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で反応させて、γ−グルタミルシステインを生成する工程A’を含むことを特徴とする、γ−グルタミルシステインの製造方法。
- 前記工程A’が、L−システインとL−グルタミン酸とを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で、γ−グルタミルシステイン合成酵素及び2機能性グルタチオン合成酵素からなる群から選択される少なくとも1種の酵素のアデノシン三リン酸(ATP)の存在下での作用により反応させて、γ−グルタミルシステインを生成する工程Aである、請求項1に記載の方法。
- 前記工程Aが、アデノシン二リン酸(ADP)をアデノシン三リン酸(ATP)へと再生するATP再生反応と共役させて行われる、請求項2に記載の方法。
- 前記γ−グルタミルシステイン合成酵素がエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)由来である、請求項2又は3に記載の方法。
- 前記2機能性グルタチオン合成酵素がストレプトコッカス・アガラクチエ(Streptococcus agalactiae)由来である、請求項2又は3に記載の方法。
- γ−グルタミルシステインとグリシンとを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で反応させて、グルタチオンを生成する工程B’を含むことを特徴とする、グルタチオンの製造方法。
- 前記工程B’が、γ−グルタミルシステインとグリシンとを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で、グルタチオン合成酵素及び2機能性グルタチオン合成酵素からなる群から選択される少なくとも1種の酵素のアデノシン三リン酸(ATP)の存在下での作用により反応させて、グルタチオンを生成する工程Bである、請求項6に記載の方法。
- 前記工程Bが、アデノシン二リン酸(ADP)をアデノシン三リン酸(ATP)へと再生するATP再生反応と共役させて行われる、請求項7に記載の方法。
- 前記グルタチオン合成酵素がエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)由来である、請求項7又は8に記載の方法。
- 前記2機能性グルタチオン合成酵素がストレプトコッカス・アガラクチエ(Streptococcus agalactiae)由来である、請求項7又は8に記載の方法。
- L−システインとL−グルタミン酸とを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で反応させて、γ−グルタミルシステインを生成する工程A’を更に含み、
前記工程B’に用いられるγ−グルタミルシステインが、前記工程A’により生成されたものである、
請求項6〜10のいずれか1項に記載の方法。 - 前記工程A’が、L−システインとL−グルタミン酸とを、大気よりも酸素濃度が低い雰囲気下で、γ−グルタミルシステイン合成酵素及び2機能性グルタチオン合成酵素からなる群から選択される少なくとも1種の酵素のアデノシン三リン酸(ATP)の存在下での作用により反応させて、γ−グルタミルシステインを生成する工程Aである、
請求項11に記載の方法。 - 前記工程Aが、アデノシン二リン酸(ADP)をアデノシン三リン酸(ATP)へと再生するATP再生反応と共役させて行われる、請求項12に記載の方法。
- 前記γ−グルタミルシステイン合成酵素がエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)由来である、請求項12又は13に記載の方法。
- 前記2機能性グルタチオン合成酵素がストレプトコッカス・アガラクチエ(Streptococcus agalactiae)由来である、請求項12又は13に記載の方法。
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