WO2016136984A1 - エンドm変異体、及びn結合型糖鎖含有化合物又はn結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法 - Google Patents

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WO2016136984A1
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sugar chain
endo
mutant
amino acid
glcnac
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憲二 山本
加藤 紀彦
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東京化成工業株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/26Preparation of nitrogen-containing carbohydrates
    • C12P19/28N-glycosides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology

Definitions

  • the present invention relates to an endo M mutant and a method for producing an N-linked sugar chain-containing compound or an N-linked sugar chain-containing protein.
  • N-linked sugar chains and O-linked sugar chains are known as sugar chains possessed by glycoproteins.
  • N-linked sugar chains have an important effect on the maintenance of protein function and structure.
  • N-linked sugar chains are classified into high mannose type, hybrid type and complex type sugar chains based on the difference in sugar chain structure, and it is known that the difference in sugar chain structure affects the physiological function of glycoprotein itself. It has been.
  • fucose core fucose
  • a method for preparing a glycoprotein with a controlled sugar chain structure a method of separating and purifying it from nature and a method of preparing it using cells modified by a genetic engineering technique can be considered.
  • a combination of the latter method or a method of converting the glycoprotein sugar chain to the target sugar chain by the enzyme-chemical method in which the glycoprotein obtained above is further performed in vitro is combined.
  • the method is considered advantageous.
  • the enzyme-chemical method is an attempt to introduce a chemically prepared sugar chain derivative (sugar chain donor) into the target protein by an enzymatic reaction. It requires a sugar chain donor and a sugar chain acceptor, which are substrates for the above.
  • hydrolase As an enzyme-chemical method, a method using a hydrolase is well known, but this is not only that some hydrolase hydrolyzes the substrate, but also sugar chain transfer to other substances. It is also known that it is possible to prioritize only the sugar chain transfer reaction by controlling the reaction conditions.
  • a sugar chain donor N-type is recently used by endo- ⁇ -N-acetylglucosaminidase M (endo M) derived from hair mold.
  • endo M endo- ⁇ -N-acetylglucosaminidase M
  • a method has been reported in which a large oligosaccharide chain site on the non-reducing end side of a conjugated sugar chain is transferred to a sugar chain receptor at once (see, for example, JP-A-7-59587).
  • a mutant (glycosynthase) in which the amino acid of endo M is modified can efficiently transfer a sugar chain of a sugar chain donor containing a structure derived from a target N-linked sugar chain to a sugar chain acceptor.
  • End M is a unique enzyme that hydrolyzes all of the high mannose type sugar chain, the hybrid type sugar chain and the complex type sugar chain in the N-linked sugar chain having no core fucose as a substrate of the enzyme. It is also heavily used in the preparation of sugar chain donors and sugar chain acceptors. Thus, Endo M has established a position as an important tool in enzyme-chemical glycoprotein preparation (for example, Kenji Yamamoto et al. [Journal of Applied Glycoscience, Vol. 3 (2), 31- 38, (2013)]).
  • endoenzymes that hydrolyze immunoglobulin G having an N-linked sugar chain containing core fucose endo S (for example, Collin et al., [EMBO J., Vol. 20 (12), 3046-3055, (2001)] It has also been reported that a mutant of endo S can transfer a sugar chain donor to a sugar chain and convert the sugar chain of immunoglobulin G into a target sugar chain (for example, International Publication No. 1). 2013/120066).
  • endoenzymes other than endo-M are limited in the types of N-linked sugar chains that can be used during hydrolysis and sugar chain transfer.
  • Muramatsu et al., [J. Biochem. , Vol. 129 (6), 923-928, (2001)] and Fan et al. [J. Biol. Chem. , Vol. 287 (15), 11272-111281, (2012)] has a problem that it acts only on some high-mannose sugar chains.
  • JP-A-7-59587 and Umekawa et al. [J. Biol. Chem. , Vol. 285 (1), 511-521, (2010)] can act on a wide range of N-linked sugar chains, but hydrolyzes N-linked sugar chains containing core fucose, or core fucose.
  • the sugar chain cannot be transferred to the sugar chain receptor.
  • Collin et al., [EMBO J. , Vol. 20 (12), 3046-3055 (2001)] and WO 2013/120066 can be used as a hybrid sugar chain, although complex sugar chains containing core fucose can be used as substrates. High mannose sugar chains and derivatives derived from them cannot be used as substrates. Furthermore, it has a drawback that it hardly acts other than N-linked sugar chains bound to immunoglobulin G (IgG).
  • IgG immunoglobulin G
  • an endo-M mutant having high hydrolysis activity for an N-linked sugar chain to which core fucose is bound, and an N-linked sugar chain-containing compound or N It is an object to provide a method for producing a conjugated sugar chain-containing protein.
  • Specific means for solving the problems include the following aspects. ⁇ 1> End having an amino acid sequence in which the 251st amino acid residue of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is asparagine or alanine, and having an activity of catalyzing a hydrolysis reaction represented by the following reaction formula (1) M variant, or having an amino acid sequence in which the 251st amino acid residue of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is asparagine or alanine, and other than the 251st amino acid residue of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 It has an amino acid sequence modified within a range of homology of 80% or more with respect to the amino acid sequence by deletion, addition or substitution of one or a plurality of amino acid residues, and is represented by the following reaction formula (1) It is an endo M variant having an activity of catalyzing the hydrolysis reaction represented.
  • X represents a saccharide-derived group
  • Y represents a monovalent substituent
  • GlcNAc represents an N-acetylglucosaminyl group
  • ⁇ 1-4 represents position 1 of GlcNAc and 4 of GlcNAc
  • Fuc represents a fucosyl group
  • ⁇ 1-6 represents an ⁇ glycoside bond between position 1 of Fuc and position 6 of GlcNAc
  • GlcNAc-OH is a hydroxyl group on the reducing end carbon of GlcNAc.
  • H-GlcNAc indicates that a hydrogen atom is bonded to the 4-position oxygen atom of GlcNAc.
  • GlcNAc that binds to Y does not include an oxygen atom or hydroxyl group of a glycosidic bond that binds to the reducing terminal carbon at position 1 of GlcNAc.
  • Y in the reaction formula (1) is an acylamino group including a structure derived from a peptide or protein.
  • ⁇ 3> N-bonding by reacting a sugar chain donor with a sugar chain acceptor represented by the following general formula (1) in the presence of the endo M mutant according to ⁇ 1> or ⁇ 2>
  • This is a method for producing an N-linked sugar chain-containing compound or an N-linked sugar chain-containing protein for producing an N-linked sugar chain-containing protein.
  • Y represents a monovalent substituent.
  • GlcNAc represents an N-acetylglucosaminyl group
  • Fuc represents a fucosyl group
  • ⁇ 1-6 represents an ⁇ -glycoside bond between position 1 of Fuc and position 6 of GlcNAc.
  • ⁇ 3> wherein the molar ratio of the sugar chain donor to the sugar chain acceptor (number of moles of sugar chain donor / number of moles of sugar chain acceptor) is 0.2 to 20.0. It is a manufacturing method of the N-linked sugar chain-containing compound or N-linked sugar chain-containing protein described.
  • an endo-M mutant having high hydrolysis activity for an N-linked sugar chain to which core fucose is bound and a method for producing an N-linked sugar chain-containing compound or an N-linked sugar chain-containing protein are provided. it can.
  • FIG. 1A is a diagram showing a three-dimensional model of a catalyst region in a co-crystal of endo A and an M3N1-thiazoline derivative.
  • FIG. 1B is a diagram showing a three-dimensional model in the vicinity of the catalyst region in a co-crystal of endo D and an M3N1-thiazoline derivative.
  • FIG. 2 is a diagram showing the alignment results for the primary amino acid sequences of End A, End D, and End M.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of SDS-PAGE of endo M and endo M mutants used in the examples. The arrow indicates the position of the band of End M (WT) or End M mutant.
  • FIG. 1A is a diagram showing a three-dimensional model of a catalyst region in a co-crystal of endo A and an M3N1-thiazoline derivative.
  • FIG. 1B is a diagram showing a three-dimensional model in the vicinity of the catalyst region in a co-cry
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of a synthesis route of M3F-biotin and M3-biotin.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the solution after hydrolysis of M3N1-biotin by Endo M (WT) by HPLC. Each arrow indicates the position of the retention time corresponding to the indicated compound.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of TLC measurement of samples after adding and incubating endo M (WT) and endo M mutants to a solution containing M3-biotin and M3F-biotin, respectively.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the solution after hydrolysis of M3N1-biotin by Endo M (WT) by HPLC. Each arrow indicates the position of the retention time corresponding to the indicated compound.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of TLC measurement of samples after adding and incubating endo M (WT) and endo M mutants to a solution containing M3-biot
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of incubation after adding or not adding the W251N mutant to a solution containing M3F-biotin, and measuring by MALDI-TOF MS.
  • FIG. 8A is a diagram showing the result of MALDI-TOF MS measuring the sugar chains released after a hydrolysis reaction with endo M (WT) on a glycopeptide prepared from Rituxan.
  • FIG. 8B is a diagram showing the results of MALDI-TOF MS measuring the sugar chains released after a hydrolysis reaction with a W251N mutant on a glycopeptide prepared from Rituxan.
  • FIG. 8C is a diagram showing the result of MALDI-TOF MS measuring the sugar chains released after the hydrolysis reaction with endo S for the glycopeptide prepared from Rituxan.
  • FIG. 9 is a diagram showing the results of SDS-PAGE of the solutions after hydrolysis of endo S, endo M (WT) and W251N mutants against human lactoferrin.
  • FIG. 10A is a graph showing the results of MALDI-TOF MS measuring the sugar chains released after a hydrolysis reaction with endo M (WT) on a glycopeptide prepared from human lactoferrin.
  • FIG. 10B is a diagram showing the result of MALDI-TOF MS measuring the sugar chain released after hydrolyzing the glycopeptide prepared from human lactoferrin with the W251N mutant.
  • FIG. 10A is a graph showing the results of MALDI-TOF MS measuring the sugar chains released after a hydrolysis reaction with endo M (WT) on a glycopeptide prepared from human lactoferrin.
  • FIG. 10B is a diagram showing the result of MALDI-TOF MS measuring the sugar chain released after hydrolyzing the glycopeptide prepared from human lactoferrin with the W
  • FIG. 11 shows the reaction product obtained after hydrolyzing the glycoprotein (Rituxan) containing core fucose with the W251N mutant for each time (0 to 72 hours) using MALDI-TOF MS. It is a figure which shows the measurement result.
  • FIG. 12 is a diagram showing an outline of a sugar chain transfer reaction by an endo M mutant.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of measuring the solution after the transglycosylation reaction by MALDI-TOF MS.
  • FIG. 14 is a diagram showing the results of further MS / MS analysis of m / z 2719.8 and m / z 2573.9 signals obtained by MALDI-TOF MS of the solution after the transglycosylation reaction.
  • End M represents a kind of “End Enzyme”
  • End Enzyme has the same meaning as “End- ⁇ -N-acetylglucosaminidase”, and is a position where the tip of the arrow in the following general formula (2) is extended. That is, an enzyme that hydrolyzes the glycosidic bond between GlcNAc and GlcNAc.
  • Endoenzyme variant refers to a deletion, addition and / or substitution of one or more amino acid residues of an endoenzyme amino acid.
  • the amount of each component of the N-linked sugar chain-containing compound, N-linked sugar chain-containing glycoprotein, sugar chain donor, sugar chain acceptor, endo M and endo M mutant is particularly Unless otherwise indicated, it means the total amount of a plurality of substances present in the reaction solution.
  • “Substrate” refers to a substance that is subject to hydrolysis or sugar chain transfer of an endoenzyme or endoenzyme mutant.
  • the substance to be subjected to sugar chain transfer refers to a sugar chain donor and a sugar chain acceptor in a sugar chain transfer reaction.
  • X, Y, GlcNAc and ⁇ 1-4 have the same meanings as reaction formula (1) described later.
  • F represents a hydrogen atom or a fucosyl group that is glycosidically bonded to the 6-position of GlcNAc at ⁇ 1-6.
  • the arrow represents the position where the endoenzyme or endoenzyme variant is hydrolyzed.
  • Catalyzing the hydrolysis reaction means that the ⁇ -glycosidic bond between GlcNAc 1-position and GlcNAc 4-position of (A) is represented by End M or End M mutant, as shown in Reaction Formula (1) described later.
  • generates (B) and (C) is said, and it may hereinafter be called a hydrolysis activity.
  • the hydrolysis reaction may be simply referred to as “reaction”.
  • the hydrolysis activity is represented by the amount of product ( ⁇ mol / min ⁇ mg) produced by hydrolysis in a certain time.
  • “Glycosyl transfer” refers to a part of the sugar chain structure of a sugar chain donor, for example, in the case of the general formula (2), the part on the left side from the position where the tip of the arrow is extended ( ⁇ 1-4 glycoside bond part). , Refers to binding (transfer) to a sugar chain receptor.
  • the sugar chain receptor in the present disclosure refers to a sugar-containing substance having (Fuc ⁇ 1-6) GlcNAc or GlcNAc at the non-reducing end as represented by the general formula (1).
  • “Transglycosylation activity” refers to the ability of Endo M or Endo M mutant to transfer a sugar chain donor to a sugar chain acceptor to generate a new product (transfer to a sugar chain).
  • Transglycosylation yield refers to the amount of glycoprotein to which a complex type glycan generated after the reaction is transferred, unless otherwise specified. “Transglycosylation yield” refers to the molarity of the product of glycan transfer. The ratio of the number to the number of moles of sugar chain receptor used in the reaction.
  • endo M mutant refers to an endo enzyme mutant in which the amino acid of the amino acid sequence of endo M (see SEQ ID NO: 1) has been deleted, added, or substituted.
  • End M is an endoenzyme derived from the hair mold Mucor Himaris (GenBank Accession No. BAB43869)
  • End A is an endoenzyme derived from Arthrobacter protoformier (GenBank Accession No. AAD10851)
  • End “D” means Streptococcus pneumoniae-derived endoenzyme (GenBank Accession No. BAB62042.1)
  • End S means Streptococcus pyogenes-derived endoenzyme (GenBank Accession No. AAK00850).
  • WT wild type End M
  • “Homology” refers to residues in a protein amino acid sequence variant that are identical after aligning the sequence by introducing gaps, if necessary, to achieve maximum homology (percent). Defined as a percentage. Methods and computer programs for alignment are well known in the art and use ClustralW2 (http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/) herein. . In addition, as a method of describing amino acid residues, it is expressed by either one of three letters or one letter.
  • the 251st tryptophan residue is indicated as W251.
  • an amino acid residue substituted that is, an amino acid residue substituted with another amino acid
  • a residue obtained by substituting the 251st tryptophan residue of endo M with an asparagine residue (or alanine) is W251N ( Alternatively, End M, which is indicated as W251A) and includes this, may be referred to as the W251N mutant of End M, or simply the W251N mutant.
  • endo M mutant of the present disclosure a mutant having an amino acid sequence in which the 251st amino acid residue of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is asparagine or alanine is referred to as “endo M mutant of the present disclosure”. There is.
  • the amino acid sequence at position 251 of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has an amino acid sequence that is asparagine or alanine, and 251 of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 Having an amino acid sequence modified within a range of homology of 80% or more to the amino acid sequence by deletion, addition or substitution of one or more amino acid residues other than the amino acid residue;
  • the “end of the present disclosure” is particularly preferred.
  • M mutant homologue Sometimes referred to as “M mutant homologue”.
  • the hydrolysis activity by the endo M mutant is, for example, by adding the endo M mutant to a solution in which the substrate represented by (A) in the reaction formula (1) is dissolved, and after a predetermined temperature and a predetermined time, The oligosaccharide produced in the solution can be confirmed, for example, by measuring with TLC, HPLC and MALDI-TOF MS.
  • TLC As TLC, after the reaction solution is spotted on thin layer chromatography, it is developed with, for example, a developing solvent (1-butanol / acetic acid / water: 3/2/2), colored by the orcinol method, and image capturing device (for example, the product can be quantitatively confirmed by GT-X970 (manufactured by Epson Corporation), and the reaction rate, that is, the hydrolysis activity of the endo M mutant can be calculated.
  • a developing solvent (1-butanol / acetic acid / water: 3/2/2
  • the product can be quantitatively confirmed by GT-X970 (manufactured by Epson Corporation), and the reaction rate, that is, the hydrolysis activity of the endo M mutant can be calculated.
  • the HPLC analytical column may be either a normal phase system or a reverse phase system, such as an amino column in the normal phase system and an ODS (octadecylsilyl) column in the reverse phase system.
  • Examples of the MALDI-TOF MS include the following method. That is, a certain amount of acetone was added to the solution after the reaction, and the dissolved portion was dried, and then a certain amount of DHBA solution (20 mg / mL 2,5-dihydroxybenzoic acid dissolved in 50% aqueous methanol solution) was added. Dissolve. Thereafter, a part of the dissolved solution was spotted on a plate for MALDI-TOF MS analysis, dried, and then subjected to UltraXtrem JA-1 (manufactured by Bruker Daltonics) or an autoflex speed-tko1 reflector system (manufactured by Bruker Daltonics).
  • Measurement mode positive ion mode and reflector mode
  • Measurement voltage 25 kv and 1.5 kv to 2.5 kv
  • Measurement molecular weight range 0 to 4000 (m / z) and 45000 to 60000 (m / z)
  • Number of integration 20000-40000 and 1000-8000
  • the transglycosylation activity of the endo-M mutant since the endo-M mutant has hydrolytic activity, an accurate value of the transglycosylation activity cannot be known.
  • the sugar chain transfer yield and the sugar chain transfer yield the solution obtained by adding the End M mutant to a solution in which the sugar chain donor and the sugar chain acceptor are dissolved, and incubating at a predetermined temperature for a predetermined time.
  • the product produced therein can be identified, for example, by measuring with the above-mentioned TLC, HPLC and MALDI-TOF MS, and the yield and yield can be confirmed.
  • the carbohydrate portion is described with reference to the nomenclature usually used for describing oligosaccharides. These nomenclatures are described, for example, in Hubbard et al. [Ann. Rev. Biochem. , Vol. 50, 555 (1981)].
  • Mannose is represented by Man
  • 2-N-acetylglucosamine is represented by GlcNAc
  • galactose is Gal
  • fucose is Fuc
  • glucose Glc
  • Sialic acid is represented by the abbreviated notation NeuAc for 5-N-acetylneuraminic acid and NeuGc for 5-glycolylneuraminic acid.
  • the N-acetylglucosaminyl group may be referred to as a GlcNAc residue
  • the mannosyl group may be referred to as a Man residue.
  • the monosaccharide refers to only the above-mentioned sugars such as Gal and GlcNAc itself.
  • the position of the carbon that forms the sugar is represented by the 1st position of the reducing end and the 2nd position of the adjacent carbon atom.
  • a combination of these two or more monosaccharides is called an oligosaccharide, and its derivative is called an oligosaccharide derivative. That is, the N-linked sugar chain is an oligosaccharide.
  • a monosaccharide moiety in an oligosaccharide is sometimes referred to as a “sugar unit”.
  • “Glycosidic bond” refers to a bond in which the hydroxyl group at the 1-position of a sugar unit in a sugar chain and the hydroxyl group of another sugar are dehydrated and condensing with each other via an oxygen atom, such as an ⁇ 1-6 glycoside bond.
  • the term “sugar” refers to a glycosidic bond in which the 1-position (carbon) of a sugar and the 6-position (oxygen atom at the 6-position) of another sugar are bonded in an ⁇ -type.
  • the hydroxyl group at the 1-position of the sugar has ⁇ type and ⁇ type.
  • the glucosaminyl group (GlcNAc) on the non-reducing end side of the chitobiosyl site (-GlcNAc ⁇ 1-4GlcNAc-) is the oxygen atom at the 1-position of the GlcNAc. Is included, and an oxygen atom at the 4-position is included.
  • GlcNAc that binds to Y on the reducing end side does not include the oxygen atom at the 1-position and includes oxygen atoms at the 4-position and the 6-position.
  • the fucosyl group (Fuc) does not include the oxygen atom at the 1-position and includes a hydroxyl group from the 2-position to the 4-position.
  • the 2nd, 3rd, 4th and 6th carbons that are not glycosidic bonded indicate that a hydroxyl group is bonded.
  • a sugar chain including three monosaccharides may be referred to as three sugars, and a five sugar chain including five sugars.
  • Core sugar chain refers to the sugar chain moiety represented by C-1 below in the N-linked sugar chain
  • trimannosyl refers to the three mannose moieties in the core sugar chain.
  • Man binding at ⁇ 1-6 on the non-reducing end side is Man2
  • Man binding at ⁇ 1-3 on the non-reducing end side is Man3.
  • Man on the reducing end side is referred to as Man1.
  • the fucosyl group (Fuc) bonded to the 6-position of GlcNAc is referred to as core fucose.
  • an oligosaccharide as shown on the left side of the position where the tip of the arrow in the general formula (2) is extended may be referred to as a trimannosyl GlcNAc-containing sugar chain.
  • Protein and “protein” are generally referred to as peptides having a small number of amino acid residues, and proteins having a large number of amino acid residues, and there is no clear difference in the number of amino acid residues. Those having 50 residues or more are called proteins.
  • a protein may also be referred to as a polypeptide.
  • the “compound” includes a peptide and does not include a protein.
  • “Glycopeptide” or “glycoprotein” means that at least one N-linked sugar chain is present in the peptide or polypeptide portion, and unless otherwise specified, a plurality of N-linked types The types of sugar chains include one type and two or more types.
  • the endo M mutant of the present disclosure has a high hydrolysis activity and transglycosylation activity with respect to an N-linked sugar chain having a core fucose, so that a wide variety of N-linked types having a core fucose that could not be achieved by the prior art.
  • Sugar chains can be hydrolyzed, and furthermore, a wide variety of N-linked sugar chain-containing compounds or N-linked sugar chain-containing proteins having core fucose can be produced by sugar chain transfer.
  • the reason for having such an effect in the present disclosure is not clear, but the inventor thinks as follows. In a carbohydrate hydrolase, a reaction proceeds by recognizing a sugar chain serving as a substrate in the catalytic region of the enzyme and an active residue acting on the substrate.
  • Endo M does not act on the N-linked sugar chain having core fucose is that any amino acid in the catalytic region of End M prevents the core fucose moiety from being accommodated. As a result of searching for residues, it was found to be the 251st tryptophan. Furthermore, generally, when an amino acid residue in the vicinity of a catalyst residue is substituted, the enzyme activity is often significantly reduced. However, in the present disclosure, endo A, endo D and endo M having similar catalytic domain structures are described in detail.
  • the N-linked sugar chain containing core fucose is strongly accommodated in the catalytic region. It can be recognized that high hydrolytic activity and transglycosylation activity could be achieved.
  • endo-M mutant of the present disclosure maintains the properties of endo-M having a wide variety of N-linked sugar chains as substrates, hydrolysis of N-linked sugar chains having core fucose It can be said that sugar chain transfer has the same advantage. Further, it has been known from the previous reports that endo M has a substrate having a wide variety of substituents for the reducing terminal GlcNAc of the N-linked sugar chain. In addition, the reducing terminal GlcNAc is also known to be a substrate for endo M in other structures as long as it has a 4,6 cis diol site, as disclosed in JP-A-2008-22779. Yes. Therefore, the endo M mutant can also use the same wide range of compounds as substrates.
  • the endo M mutant of the present disclosure has an amino acid sequence in which the 251st amino acid residue of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is asparagine or alanine, and has a hydrolysis reaction represented by the following reaction formula (1).
  • Endo M mutant having catalytic activity or amino acid residue 251 of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has an amino acid sequence of asparagine or alanine, and 251st amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 Having an amino acid sequence modified within a range of homology of 80% or more to the amino acid sequence by deletion, addition or substitution of one or more amino acid residues other than It is an endo M mutant (endo M mutant homolog) having an activity of catalyzing the hydrolysis reaction represented by the reaction formula (1).
  • X represents a saccharide-derived group
  • Y represents a monovalent substituent.
  • GlcNAc represents an N-acetylglucosaminyl group
  • ⁇ 1-4 represents a ⁇ -glycoside bond between position 1 of GlcNAc and position 4 of GlcNAc.
  • Fuc represents a fucosyl group
  • ⁇ 1-6 represents an ⁇ -glycoside bond between position 1 of Fuc and position 6 of GlcNAc.
  • GlcNAc-OH indicates that a hydroxyl group is bonded to the carbon at the reducing end of GlcNAc.
  • H-GlcNAc in (C) indicates that a hydrogen atom is bonded to the 4-position oxygen atom of GlcNAc.
  • the endo M mutant of the present disclosure is a mutant in which a mutation is introduced into the amino acid of endo M.
  • the endoenzyme represented by SEQ ID NO: 1 is an endo ⁇ -N acetylglucosaminidase (GenBank Accession No. BAB43869) derived from Mucor Himalis.
  • the endo M mutant is a W251N mutant or W251A mutant, or the mutant homolog of the present disclosure described above, so that the N-linked sugar chain having core fucose can be sufficiently hydrolyzed. Furthermore, a W251N mutant or a W251A mutant is more preferable, and a W251N mutant is particularly preferable.
  • the endo M mutant of the present disclosure can be prepared by a normal genetic engineering technique, and can be prepared using various types of hosts and corresponding appropriate protein expression vectors.
  • the host include Escherichia coli, Brevibacillus, cyanobacteria, lactic acid bacteria, yeast, insect cells and animal cells.
  • E. coli Escherichia coli
  • Brevibacillus cyanobacteria
  • lactic acid bacteria yeast
  • insect cells insect cells and animal cells.
  • As a specific production method in the case of Escherichia coli, Umekawa et al. [J. Biol. Chem. Vol. 285 (1), 511-521, (2010)], and yeast is described in detail in JP-A-11-332568.
  • the endo-M mutant and endo-M mutant homologue of the present disclosure are a fusion-type endo-M variant (or a fusion-type endo) that is fused with other peptides or proteins on their C-terminal side or N-terminal side in a hydrolysis reaction. M mutant homologues).
  • the peptide or protein that can be fused is not particularly limited as long as it does not inhibit the hydrolysis reaction.
  • a hexahistidine peptide (amino acid sequence from the N-terminus to HHHHHH), a flag peptide (amino acid sequence from the N-terminus) DYKDDDDK), influenza HA polypeptide (amino acid sequence is YPYDVPDYA from the N-terminus), glutathione-S-transferase, luciferase, avidin, chitin-binding protein, c-myc, thioredoxin, disulfide isomerase (DsbA), maltose-binding protein (MBP) ), And green fluorescent protein (GFP).
  • hexahistidine peptides and flag peptides are particularly preferable from the viewpoint of ease of preparation of endo M mutant or endo M mutant homolog.
  • fusion-type endo M mutant or fusion-type endo M mutant homolog there is a gap between the polypeptide part of the peptide or protein to be fused and the polypeptide part of the endo-M mutant or endo-M mutant homolog.
  • the linker region may include an amino acid sequence portion (protease site) that is hydrolyzed by a protease.
  • protease site For example, a factor Xa site, a thrombin site, an enterokinase site, a precision protease site is mentioned.
  • saccharide hydrolases found from nature have a hundreds of glycosyl hydrolase families (from the homology of amino acid sequences, etc.).
  • GH family glycosyl hydrolase family 85
  • other proteins belonging to the GH family 85 are known to be widely distributed in biological species from humans to bacteria.
  • End M mutant homolog in the present disclosure has an amino acid sequence length of about 500 residues including the endo M catalytic region, it is expected to have hydrolytic activity as an endo M mutant homolog. it can.
  • the hydrolysis activity of the endo M mutant homologue of the present disclosure is 150 of the hydrolysis activity of endo M (WT) when the hydrolysis reaction represented by reaction formula (1) is performed under the same conditions. It means that it is more than%.
  • the endo M mutant homolog in the present disclosure is the 251st amino acid as long as it has a homology of 80% or more with the W251N mutant or W251A mutant and hydrolyzes the N-linked sugar chain having core fucose. Any amino acid residue other than the residue may be prepared by substitution, deletion and addition with another amino acid.
  • an endo M mutant homolog resulting from deletion, addition and / or substitution of one or more amino acid residues other than the 251st amino acid residue of endo M (SEQ ID NO: 1).
  • the homology to the endo M (SEQ ID NO: 1) is 80% or more, the hydrolysis or transglycosylation activity can be sufficiently maintained. Further, it is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more, and most preferably 99% or more.
  • the concentration of endo M mutant (or endo M mutant homolog) in the reaction solution is 0.01 ⁇ g / ⁇ L to 2 ⁇ g / ⁇ L is preferable. If it is 0.01 ⁇ g / ⁇ L or more, the hydrolysis reaction can proceed more rapidly, and if it is 2 ⁇ g / ⁇ L or less, the solubility of the endo-M mutant in the buffer solution can be improved. The decomposition reaction can proceed more rapidly.
  • the concentration of endo M mutant (or endo M mutant homolog) in the reaction solution Is preferably 0.01 ⁇ g / ⁇ L to 40 ⁇ g / ⁇ L.
  • the hydrolysis reaction can proceed more rapidly, and by being 40 ⁇ g / ⁇ L or less, the solubility of the endo M mutant in the buffer solution is improved, and more Economical.
  • 0.01 ⁇ g / ⁇ L to 30 ⁇ g / ⁇ L is preferable, and 0.02 ⁇ g / ⁇ L to 20 ⁇ g / ⁇ L is particularly preferable.
  • the degree of purification of the endo M mutant or endo M mutant homolog used in the reaction is preferably 50% or more from the viewpoint of further increasing the hydrolysis activity and shortening the reaction time. It is preferably 70% or more, particularly preferably 80% or more, and most preferably 90% or more. When the degree of purification is 50% or more, the hydrolysis activity of the endo M mutant or endo M mutant homolog can be further increased.
  • the degree of purification can be calculated from the image data after staining after SDS-PAGE.
  • the endo M mutant in the present disclosure hydrolyzes the substrate represented by (A) in the reaction formula (1), that is, the substrate represented by the following general formula (3).
  • X, Y, GlcNAc, ⁇ 1-4, Fuc and ⁇ 1-6 have the same meanings as the reaction formula (1), respectively.
  • the general formula (3) preferably has a structure represented by the following general formula (4).
  • X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 and X 6 each independently represent a hydrogen atom or a saccharide-derived group.
  • GlcNAc represents an N-acetylglucosaminyl group.
  • Fuc represents a fucosyl group
  • Man represents a mannosyl group.
  • ⁇ 1-6 represents an ⁇ -glycoside bond between the 1-position of Man and the 6-position of Man or an ⁇ -glycoside bond between the 1-position of Fuc and the 6-position of GlcNAc
  • ⁇ 1-3 represents the 1-position of Man and the 3-position of Man. Represents an ⁇ -glycoside bond.
  • ⁇ 1-4 represents a ⁇ glycosidic bond between position 1 of GlcNAc and position 4 of GlcNAc or ⁇ glycoside bond between position 1 of Man and position 4 of GlcNAc.
  • Z 1 represents a hydrogen atom or GlcNAc, and GlcNAc contained in Z 1 is bonded to Man linked to GlcNAc at ⁇ 1-4 at ⁇ 1-4.
  • Y is synonymous with the general formula (3).
  • X 1 and X 2 Specific examples of X 1 and X 2, GlcNAc ⁇ 1-2, Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, NeuAc ⁇ 2-6Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2 , NeuAc ⁇ 2-3Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, NeuGc ⁇ 2-6Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2 and NeuGc ⁇ 2-3Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1 -2, heterologous antigen: Gal ⁇ 1-3Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, mannose 6-phosphate: Man ⁇ 1- (6PO4), polylactosamine: [Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-3] nGal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2 (n is an arbitrary number), keratan Sulfuric acid [Gal ⁇ 1-4GlcNAc (6SO3) ⁇ 1-3] nGal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2 (n is an arbitrary number), [Gal (6SO3) ⁇ 1-4GlcNAc 6SO3) ⁇ 1-3]
  • Examples of X 3 and X 4 include groups in which the reducing terminal GlcNAc of each of the aforementioned saccharide-derived groups is ⁇ 1-4.
  • Examples of X 5 and X 6 include groups in which the reducing terminal GlcNAc of each of the aforementioned saccharide-derived groups is ⁇ 1-6.
  • Z 1 may be a hydrogen atom or GlcNAc ⁇ 1-4.
  • X 1 to X 6 may have any structure derived from a high mannose sugar chain (M4 to M9), and X 1 to X 6 in each case of M4 to M9 are M4 : X 1 to X 4 and X 6 are hydrogen atoms and X 5 is Man ⁇ 1-6, M5: X 1 to X 2 , X4 and X6 are hydrogen atoms, X 5 is Man ⁇ 1-6 and X 3 is Man ⁇ 1 -3, M6: X 1 to X 2 , X4 and X6 are hydrogen atoms, X 5 is Man ⁇ 1-6 and X 3 is Man ⁇ 1-2Man ⁇ 1-3, M7: X 1 to X 2 , X4 and X6 are hydrogen atoms , X 5 is Man ⁇ 1-2Man ⁇ 1-6, X 3 is Man ⁇ 1-2Man ⁇ 1-3, M8: X 1 to X 2 and X 6 are hydrogen atoms, X 5 is Man ⁇ 1-2Man ⁇ 1-6, and X 3 is Man ⁇ 1 -2Man ⁇ 1-3
  • either or both of X 1 and X 2 are GlcNAc ⁇ 1-2, Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, NeuAc ⁇ 2-6Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, NeuAc ⁇ 2-3Gal ⁇ 1 -4GlcNAc ⁇ 1-2, NeuGc ⁇ 2-6Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2 and NeuGc ⁇ 2-3Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, and X 3 to X 6 are hydrogen atoms, or X 1 to X 6 are all hydrogen atoms Preferably there is.
  • both X 1 and X 2 Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, NeuAc ⁇ 2-6Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, NeuAc ⁇ 2-3Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2, any NeuGc ⁇ 2-6Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2 and NeuGc ⁇ 2-3Gal ⁇ 1-4GlcNAc ⁇ 1-2 More preferably, X 3 to X 6 are hydrogen atoms, or X 1 to X 6 are all hydrogen atoms.
  • Y is a substituent containing a structure in which an oxygen atom, a nitrogen atom, a carbon atom and a sulfur atom are directly bonded to the 1-position carbon of GlcNAc. . Y is not particularly limited as long as it does not reduce the hydrolysis activity of the endo M mutant.
  • alkoxy group alkoxy group, acylamino group, aryl Oxy, alkenyloxy, acyloxy, alkylsulfinyl, arylsulfinyl, alkylsulfonyl, arylsulfonyl, alkylsulfonyloxy and arylsulfonyloxy Group, and the like.
  • substituents may further have a substituent.
  • Y is a hydroxyl group, an optionally substituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, and an optionally substituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms for ease of preparation.
  • An oxy group, an optionally substituted alkenyloxy group having 1 to 30 carbon atoms and an optionally substituted acylamino group are preferred.
  • Y is an alkoxy group which may have a substituent having 1 to 12 carbon atoms, an aryloxy group which may have a substituent having 6 to 12 carbon atoms, and a substituent.
  • An acylamino group which may have a hydrogen atom is preferred.
  • the compound represented by the general formula (3) other than the acylamino group which Y may have a substituent can be obtained by purchasing from a commercially available reagent maker, and can be obtained by a chemical synthesis method, It can also be obtained by enzymatic preparation. Specifically, as a chemical synthesis method, for example, Nakano et al. [Carbohydr. Res. , Vol. 342 (5), 675-695 (2007)].
  • Y in General Formula (3) is an acylamino group which may have a substituent
  • Y is preferably an acylamino group containing a structure derived from a peptide or protein.
  • the molecular weight of the protein in this case is not particularly limited, but is preferably 5,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 150,000, from the viewpoint of facilitating the hydrolysis reaction. is there.
  • Examples of the peptide or protein include, for animal cells, glycoproteins and glycopeptides that are secreted extracellularly or on the cell surface and have an N-linked sugar chain. Examples include various hormones, cells Examples include adhesion factors, various receptors, extracellular matrix, various enzymes, various cytokines, antibacterial or antiviral peptides, and various antibodies.
  • glycoproteins can be purchased as reagents and foods, and general methods for extracting glycoproteins from purchased foods and natural products, such as [The Biochemical Society of Japan “Basic Biochemical Experimental Methods”, Vol. 5, Tokyo Chemical Doujin, 2000].
  • the degree of purification (purity) of the glycoprotein used in the reaction is not particularly limited, but from the viewpoint of more promptly carrying out the hydrolysis reaction of the endo M mutant, the purity (the ratio of the glycoprotein to the total mass excluding water) ) Is preferably 50% by mass or more. Furthermore, it is preferable that it is 70 mass%, and it is especially preferable that it is 80 mass% or more.
  • the polypeptide part of the glycoprotein may be one type or two or more types. The purity of the glycoprotein can be similarly confirmed by, for example, a method using SDS-PAGE.
  • an alkoxy group which may have a substituent having 1 to 12 carbon atoms is particularly preferable from the viewpoint of solubility of the substrate.
  • These compounds having an N-linked sugar chain to which an optionally substituted alkoxy group is bonded are substrates for simply investigating the hydrolysis activity of endo M mutant and endo M mutant homologues. Useful as.
  • the monovalent substituent may further have an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
  • the number of substituents that may be present is 1 to 20, preferably 1 to 10.
  • oligosaccharide derivatives obtained by reductive amination of GlcNAc at the reducing end of the N-linked sugar chain as shown in the following general formula (5) should also be used. Can do.
  • X, GlcNAc, and Fuc have the same meanings as in general formula (3), respectively.
  • ⁇ 1-4 represents a ⁇ glycoside bond between position 1 of GlcNAc and position 4 of HexNAcol
  • ⁇ 1-6 represents an ⁇ glycoside bond between position 1 of Fuc and position 6 of HexNAcol.
  • R 1 represents a monovalent substituent.
  • HexNAcol bonded to R 1 is represented by the following general formula (6).
  • R 2 represents a monovalent substituent. * Represents a binding position with GlcNAc on the non-reducing terminal side of the general formula (6), and ** represents a binding position with Fuc of the general formula (6).
  • R 2 is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 12 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 16 carbon atoms, and a pyridyl group. Can be mentioned.
  • the hydrogen atom on the aromatic ring and the heterocyclic ring further includes a halogen atom, an alkylamino group having 1 to 6 carbon atoms, an amino group, a cyano group, an alkylcyano group having 1 to 6 carbon atoms, and a carbamoyl group.
  • the above reductive aminated oligosaccharide derivative can be prepared by a general method.
  • R 2 is a 2-aminopyridyl group
  • a known method [Agric. Biol. Chem. , Vol. 55 (1), 283-284 (1991)]
  • a sample obtained by releasing an N-linked sugar chain from a glycoprotein is obtained by 2-aminopyridylation.
  • the 2-aminopyridylation can be prepared, for example, by using a 2-aminopyridylation kit manufactured by Takara Bio.
  • many types of 2-aminopyridylated N-linked sugar chains are already commercially available (for example, manufactured by Cosmo Bio).
  • the hydrolysis reaction is carried out in a solution in which the endo M mutant and the substrate represented by the general formula (1) (A) are dissolved.
  • the solution used for the reaction is not particularly limited as long as it does not inhibit the hydrolysis activity of the endo M mutant.
  • phosphate buffer, citrate buffer, carbonate buffer, Tris-HCl buffer, MOPS buffer Liquid, HEPES buffer, borate buffer, and tartrate buffer may be used alone or in combination.
  • a phosphate buffer is preferable, specifically, sodium phosphate, potassium phosphate, and magnesium phosphate are preferable, and sodium phosphate and potassium phosphate are more preferable.
  • the concentration of the phosphate buffer is preferably 10 mM to 250 mM, more preferably 10 mM to 150 mM, and more preferably 20 mM to 100 mM.
  • concentration 10 mM or more
  • the buffering capacity is increased to increase the hydrolysis activity of the endo M mutant, and by setting the concentration to 250 mM or less, the hydrolysis activity of the endo M mutant can also be increased.
  • the pH of the solution in the reaction is preferably 5.0 to 8.5, more preferably 5.5 to 7.0, and particularly preferably 6.0 to 7.0.
  • the pH is 5.0 to 8.5, which is effective because the hydrolysis activity of the endo M mutant or endo M mutant homolog is further improved.
  • the stability of the substance having the substrate represented by (A) in the general formula (1) is further improved, which is effective.
  • the temperature in the reaction is preferably 4 ° C. to 45 ° C., more preferably 20 ° C. to 40 ° C., more preferably 25 ° C. from the viewpoint of increasing the hydrolysis activity of the endo M mutant or endo M mutant homolog.
  • a temperature of ⁇ 35 ° C. is particularly preferred.
  • the concentration of the substance having the substrate represented by (A) in the general formula (1) is not particularly limited, but is preferably 100 mM or less from the viewpoint of completing the hydrolysis reaction more quickly. Furthermore, it is preferable that it is 20 mM or less.
  • the reaction time in the reaction represented by the general formula (1) is preferably adjusted as appropriate depending on the reaction temperature, the concentration of the substrate represented by (A), and the concentration of the endo M mutant.
  • the reaction temperature is 25 ° C. to 40 ° C.
  • the substrate represented by (A) is 0.5 mM to 20 mM
  • the endo M mutant is 0.1 ⁇ g / ⁇ L to 10 ⁇ g / ⁇ L
  • the reaction time is 3
  • the time is preferably from 100 to 100 hours.
  • a hydrolysis reaction can be further advanced by being 3 hours or more, and a hydrolysis product with higher purity can be obtained by being within 100 hours.
  • N-linked sugar chain-containing compound or N-linked sugar chain-containing protein ⁇ Method for producing N-linked sugar chain-containing compound or N-linked sugar chain-containing protein ⁇
  • an N-linked sugar chain-containing compound or a sugar chain donor is reacted with a sugar chain acceptor represented by the following general formula (1) in the presence of the above-mentioned endo M mutant.
  • An N-linked sugar chain-containing compound or a method for producing an N-linked sugar chain-containing protein for producing an N-linked sugar chain-containing protein can be provided.
  • Y represents a monovalent substituent.
  • Fuc represents a fucosyl group
  • GlcNAc represents an N-acetylglucosaminyl group.
  • ⁇ 1-6 represents an ⁇ -glycoside bond between position 1 of Fuc and position 6 of GlcNAc.
  • sugar chain receptor is not particularly limited as long as it does not inhibit the sugar chain transfer activity of the endo M mutant as long as it is represented by the general formula (1). Moreover, the preferable range of Y in General formula (1) is the same as the said General formula (4).
  • Y does not contain a protein-derived structure
  • Y is an acylamino group that does not contain a protein-derived structure
  • that contains a peptide-derived structure is a chemical compound that includes a peptide extension step as shown in a patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 10-45788).
  • a glycopeptide or N-linked sugar chain derivative obtained by a reagent manufacturer can be easily prepared by hydrolysis with the endo M mutant of the present disclosure or a commercially available endo enzyme.
  • Y containing a protein is a glycoprotein obtained by purchasing a commercially available reagent or food, or a glycoprotein obtained by a general extraction / separation method of a food or natural product. It can be easily prepared by hydrolysis with the endo M mutant of the present disclosure or a commercially available endo enzyme.
  • Endoenzymes include Endo H (manufactured by New England Biolabs), Endo S (manufactured by Sigma-Aldrich and New England Biolabs), End D (manufactured by Cosmo Bio), and End F1 to F3 (Sigma-Aldrich). Etc.).
  • Non-commercial enzymes include glycosyl hydrolases belonging to GH family 85, or enzymes that belong to GH family 18 and have been shown to hydrolyze N-linked sugar chains. Can do.
  • the endo M mutant of the present disclosure is preferable due to the wide range of substrate specificity.
  • a non-reducing end side site of an unnecessary N-linked sugar chain of a glycoprotein that is a target of sugar chain conversion is released, and a non-reducing end side site of a desired N-linked sugar chain is This is advantageous because it can be newly introduced.
  • the sugar chain donor is not particularly limited as long as the endo M mutant can transfer a sugar chain to a sugar chain acceptor.
  • the reducing terminal GlcNAc of an N-linked sugar chain-containing compound, peptide and protein as shown in the general formula (3), or non-reducing trimannosyl GlcNAc-containing sugar chain as shown in the following general formula (7) Oxazoline derivatives are mentioned.
  • the non-reducing terminal side sugar chain is efficiently transferred to the sugar chain by the endo M mutant.
  • the reducing terminal GlcNAc of a trimannosyl GlcNAc-containing sugar chain represented by the following general formula (7) is: Oxazolineated derivatives are preferred.
  • X 1 to X 6 , Z 1 , Man, ⁇ 1-6, ⁇ 1-3, and ⁇ 1-4 are synonymous with the general formula (4).
  • GlcNAc-oxa represents a structure as shown below. * Indicates the position where Man and ⁇ 1-4 are bonded.
  • the saccharide-derived groups in X 1 to X 6 and Z 1 have the same meanings as those in the general formula (4), respectively, and the preferred ranges are also the same.
  • Derivatives derived from such oxazolineated N-linked sugar chains include, for example, Noguchi et al. [J. Org. Chem. , Vol. 74 (5), 2210-2212 (2009)], and the oxazoline derivative having a structure derived from a complex type sugar chain is, for example, a commercially available oligosaccharide having a structure derived from an N-linked sugar chain.
  • GlcNAc trimannosyl GlcNAc-containing sugar chain.
  • a commercially available reagent for oxazolinization CDMBI, manufactured by Fushimi Pharmaceutical Co., Ltd.
  • CDMBI commercially available reagent for oxazolinization
  • reaction that is, the sugar chain transfer reaction, is performed in a solution in which the endo M mutant, sugar chain donor, and sugar chain acceptor are dissolved.
  • the solution used for the reaction is not particularly limited as long as it does not inhibit the transglycosylation activity of the endo M mutant.
  • phosphate buffer, citrate buffer, carbonate buffer, Tris-HCl buffer, MOPS Examples include a buffer solution, a HEPES buffer solution, a borate buffer solution, and a tartrate buffer solution. These buffers may be used alone or in combination.
  • a phosphate buffer is preferable, and specifically, sodium phosphate, potassium phosphate, and magnesium phosphate are more preferable. Sodium phosphate and potassium phosphate are preferred.
  • the concentration of the phosphate buffer is preferably 10 mM to 250 mM, more preferably 20 mM to 150 mM, and more preferably 50 mM to 100 mM, from the viewpoint of the transglycosylation activity of the endo M mutant or endo M mutant homolog. is there.
  • the transglycosylation activity of the endo M mutant or endo M mutant homolog can be enhanced, and the transglycosylation yield and transglycosylation yield can be increased. it can.
  • the pH of the solution in the reaction is preferably 5.5 to 8.5, more preferably 6.0 to 8.0, and more preferably 6.5 to 7 from the viewpoint of increasing the sugar chain transfer yield and the sugar chain transfer yield. .5 is particularly preferred.
  • the temperature in the reaction includes the viewpoint of the transglycosylation activity of the endo M mutant or endo M mutant homolog, the transglycosylation yield, the viewpoint of increasing the transglycosylation yield, and the stability of the sugar chain receptor, endo M mutant, etc. From the viewpoint of properties, it is preferably 4 ° C. to 40 ° C., more preferably 20 ° C. to 40 ° C., and particularly preferably 25 ° C. to 35 ° C. By setting it to 4 degreeC or more, glycan transfer activities, such as an endo M variant, can be improved, and when it is set to 40 degrees C or less, glycan transfer yield and glycan transfer yield can be increased.
  • the concentration of endo M mutant (or endo M mutant homolog) in the reaction solution is preferably 0.005 ⁇ g / ⁇ L to 0.5 ⁇ g / ⁇ L.
  • the sugar chain transfer yield is improved by being 0.005 ⁇ g / ⁇ L or more, and the product after the sugar chain transfer of endo M mutant (or endo M mutant homolog) is 0.5 ⁇ g / ⁇ L or less. It is possible to suppress the rehydrolysis of glycan and improve the sugar chain transfer yield and the sugar chain transfer yield.
  • the hydrolysis activity, sugar chain transfer yield, and sugar chain transfer yield of the endo M mutant should be confirmed by, for example, a measuring method using TLC, SDS-PAGE, HPLC, or MALDI-TOF MS, as described above. Can do.
  • the concentration of the sugar chain receptor in the reaction solution is not particularly limited as long as it does not inhibit the sugar chain transfer reaction of the endo M mutant, and the desired sugar chain transfer yield. Or the solubility of the sugar chain receptor in the reaction solution and the like.
  • the sugar chain receptor represented by the general formula (1) does not contain a protein
  • 0.1 mM to 200 mM is preferable.
  • it is 0.1 mM or more, a higher sugar chain transfer yield can be obtained, and when it is 200 mM or less, sugar chain transfer can be achieved by a sugar chain transfer reaction by an endo M mutant having higher sugar chain transfer activity.
  • the yield can be increased.
  • 1 mM to 50 mM is more preferable.
  • the molar ratio of the sugar chain donor to the sugar chain acceptor is the type of sugar chain donor or sugar chain acceptor used. In addition, it can be appropriately set in consideration of recovery of the reaction after the reaction. However, when preparing an N-linked sugar chain-containing compound by a sugar chain transfer reaction, the molar ratio is preferably 0.2 to 20.0, more preferably 0.5 to 15.0. 1.0 to 10.0 is particularly preferable, and 1.0 to 5.0 is most preferable. When the molar ratio is 0.2 or more, a more sufficient transglycosylation yield can be obtained, and when the molar ratio is 20.0 or less, a higher transglycosylation yield can be obtained.
  • the reaction time in the transglycosylation reaction is appropriately set depending on the reaction temperature, the mass of the endo M mutant, and the like, but is preferably 10 minutes to 600 minutes. By being 10 minutes or more, the sugar chain transfer yield can be made higher, and by being 600 minutes or less, the influence of hydrolysis of the product after the sugar chain transfer can be more effectively prevented, The sugar chain transfer yield and the sugar chain transfer yield can be increased. Among the above reaction times, it is more preferably 30 minutes to 120 minutes.
  • a sugar chain donor and an endo M mutant may be further added after a predetermined time from the start of the reaction, and this operation can further increase the sugar chain transfer yield. In this case, from the viewpoint of increasing the sugar chain transfer yield, it is preferable to carry out the reaction from 3 hours to 48 hours after the initial sugar chain donor is charged.
  • the pharmaceutical composition includes a pharmaceutically acceptable stabilizer, buffer, excipient. , Binders, disintegrating agents, flavoring agents, coloring agents, fragrances, and the like can be added as appropriate to form dosage forms such as injections, tablets, capsules, granules, fine granules, and powders.
  • N-linked sugar chain-containing compound or N-linked sugar chain-containing protein of the present disclosure many types of sugar chain donors are used, and many corresponding types of N-linked sugar chains are increased. Since a compound containing a ratio or a protein containing an N-linked sugar chain is obtained, the obtained product is also useful as a sugar chain preparation.
  • Endo A and End D are both known to belong to the GH family 85, and both are enzymes that hydrolyze N-linked sugar chains, based on a comparison of the primary structures of amino acid sequences. As described above, End A does not hydrolyze N-linked sugar chains containing core fucose, but End D does. On the other hand, End A is described in Yin et al. 4, 4658 (2009)] and Ling et al. [J. Mol. Biol. , Vol. 389 (1), 1 (2009)], End D is a document of Abbott et al. [J. Biol. Chem. , Vol.
  • FIG. 1A shows a stereo model of the catalyst region in the co-crystal of endo A and M3N1-thiazoline derivative
  • FIG. 1B shows a stereo model near the catalyst region in the co-crystal of endo D and M3N1-thiazoline derivative.
  • a co-crystal three-dimensional structure with the same compound having the same amino acid is superposed by PyMol (manufactured by DeLano Scientific LLC), and the difference in the distribution of amino acid residues in the vicinity of the active residue is examined, and an amino acid that may allow core fucose Amino acid residues (endo A) that might inhibit residue or core fucose tolerance were estimated.
  • PyMol is a general molecular graphic tool capable of 3D imaging of proteins, small molecules, electron density, molecular surfaces, and orbitals.
  • the estimated amino acid residues were compared (aligned) with the primary sequences of Ends A, M and D as shown in FIG.
  • the amino acid to be mutated, the amino acid number, and the amino acid after the mutation are represented, for example, as W251N for the amino acid of endo M.
  • the source of the arrow indicates the amino acid and amino acid number of the corresponding endo A.
  • the 175th and 177th encircled lines of endo M and the solid triangle symbol are active amino acids in the hydrolysis reaction of endo M, endo A and endo D and acidic amino acids directly involved in the active residues Indicates residue.
  • the other box shows the candidate amino acid residues to be mutated for End M and the corresponding End A and End D amino acid residues.
  • endo M mutant was prepared as follows.
  • endo M mutants As endo M mutants, G125W mutant, Q128A mutant, Q128S mutant, W228H mutant, W251A mutant and W251N mutant were prepared as follows.
  • the endo-M mutant used in this example is disclosed in Umekawa et al. [J. Biol. Chem. Vol. 285 (1), 511-521, (2010)].
  • Plasmid DNA (pET23b-EndoM-His6) introduced into BamHI and XhoI sites at the multiple cloning site of a commercially available protein expression vector (pET23b, manufactured by Novagen) as a template using DNA encoding the full length of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 as a template
  • protein expression for preparation of each endo M mutant was performed using oligo DNA for forward primer and oligo DNA for reverse primer (SEQ ID NOs: 2 to 13) encoding amino acids to be mutated.
  • a vector was constructed. By this preparation method, a protein in which six histidines (6 ⁇ His, histag) are fused to the C-terminal region of each endo M mutant can be obtained.
  • DNA polymerase KOD-plus, manufactured by Toyobo Co., Ltd.
  • plasmid DNA pET23b-EndoM-His6 serving as a template
  • dNTP nucleic acid donor
  • MgSO4 magnesium sulfate
  • a protein expression vector (pET23b- ⁇ EndoM-His6) encoding each mutated endo M gene was introduced (transformed) into Escherichia coli BL21 (DE3) strain for protein expression to obtain a transformant. .
  • End M (WT) was transformed with a vector (pET-EndoM-His6) into which DNA encoding endo M was introduced by the method described in the above document without performing the above-described mutation introduction procedure.
  • BL21 (DE3) was prepared, and endo-M was expressed and purified as described below.
  • BL21 (DE3) having pET23b- ⁇ EndoM-His6 was precultured (5 ° C., 12 hours) with 5 mL of LB culture solution containing 100 ⁇ g / mL of ampicillin (Amp), and then 1 mL (OD value, 0.5-2) 0.0) was added to 100 mL of an LB culture solution containing 100 ⁇ g / mL of ampicillin (Amp), followed by shaking culture (19 ° C., 38 hours).
  • the cultured cells are collected by centrifugation (3300 ⁇ g, 10 minutes, 4 ° C.), then added with 5 mL of BugBusterMasterMix (manufactured by Novagen) containing 1 mM PMSF solution and incubated at room temperature for 10 minutes with infiltration. Thus, a lysate of bacterial cells was obtained. The resulting lysate is centrifuged at room temperature at 21500 ⁇ g for 15 minutes to remove the precipitate, and a 500 mM imidazole solution is added to the resulting supernatant to a final concentration of 20 mM, and purification of the Histag for 1 mL is performed.
  • the sample was applied to a column for use (Ni 2+ -charged Hi-trap chelating column, manufactured by GE Healthcare (GE)) as it was. Thereafter, 10 ml of 20 mM phosphate buffer (pH 7.5) containing 20 mM imidazole, 0.5 M NaCl, and 1 mM dithiotriitol (DTT) is added to the column, and the protein having no Histag bound to the column, etc. 4 ml of 20 mM phosphate buffer (pH 7.5) containing 100 mM imidazole, 0.5 M NaCl and 1 mM DTT was added to the protein bound to the column, and 1 ml of the solution flowing out of the column was added.
  • 20 mM phosphate buffer pH 7.5
  • DTT dithiotriitol
  • Fractionate each fraction then add 4 mL of 20 mM phosphate buffer (pH 7.5) containing 150 mM imidazole, 0.5 M NaCl and 1 mM DTT, and add 1 ml of the solution flowing out of the column. (Fraction). SDS-PAGE was performed on each fraction (1 mL, 8 total) to confirm the contained protein. After that, among these fractions, the fraction containing the purified protein was collected, and a centrifugal filter unit having an ultrafiltration membrane (fractionated molecular weight 30,000, Amicon Ultra, manufactured by Millipore) was used to add 0.15M NaCl.
  • a centrifugal filter unit having an ultrafiltration membrane fractionated molecular weight 30,000, Amicon Ultra, manufactured by Millipore
  • FPLC system AKTA explorer, manufactured by GE
  • N175Q mutant the thing made from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. was used as it was.
  • the N175Q mutant is disclosed in Umekawa et al. [J. Biol. Chem. Vol. 285 (1), 511-521, (2010)], a derivative in which the reducing terminal GlcNAc of the non-reducing trimannosyl GlcNAc-containing sugar chain represented by the general formula (7) is oxazolineated It is known that the sugar chain is efficiently transferred to a sugar chain receptor having no core fucose.
  • the specific preparation method is shown below.
  • the synthesized product was confirmed by thin layer chromatography and NMR. Thin layer chromatography was confirmed by developing color with 10% ethanol sulfate using 60F254 manufactured by Merck.
  • NMR ECA-400 manufactured by JEOL Ltd. was used.
  • the following “glucosaminyl group” and “fucosyl group” include those in which those hydroxyl groups are substituted with other groups.
  • a commercially available rituximab preparation (Rituxan, manufactured by Zenyaku Kogyo Co., Ltd.) having the following properties was used as Example 3.
  • the obtained Rituxan peptide was dried and dissolved in 5% acetic acid, and the resulting solution was applied to a C18 cartridge column. Thereafter, the C18 column was washed with 5% acetic acid, and then the peptide / glycopeptide bound to the column was sequentially washed with 5% acetic acid containing 20% 2-propanol and 5% acetic acid containing 40% 2-propanol. The solution that was eluted and collected after elution was dried by centrifugal concentration to obtain a Rituxan peptide.
  • the obtained Rituxan peptide is a mixture which has about 10 mass% of glycopeptides having N-linked sugar chains with respect to the mass of all Rituxan peptides.
  • TLC ⁇ Various measurement methods> (TLC) 2 ⁇ L of the solution after the following reaction was spotted on a thin layer chromatography (TLC, Silica gel 60, manufactured by Merck), developed with a developing solvent (1-butanol / acetic acid / water: 3/2/2), the orcinol method, That is, after being immersed in a 0.2% by volume orcinol solution dissolved in 2M sulfuric acid, it was colored by heating at 110 ° C. for about 10 minutes. The colored plate was imaged with a commercially available scanner device.
  • HPLC HPLC 10 ⁇ L of 0.1 vol% trifluoroacetic acid (TFA) was added to 10 ⁇ L of the solution after the reaction, and used as a sample for HPLC measurement.
  • HPLC measurement was performed using an HPLC system equipped with an analytical column [Cosmosil 5C18 AR-II (pore size 4.6 mm ⁇ length 150 mm, manufactured by Nacalai Tesque)] [Separation module: e2569 (Waters), photodiode array. Detector: 2999 (manufactured by Waters)] was performed under the following conditions.
  • MALDI-TOF MS 80 ⁇ L of cold acetone was added to the solution after the reaction, and the mixture was allowed to stand at ⁇ 80 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged at 17400 ⁇ g for 10 minutes, the supernatant was transferred to another tube, dried by concentration centrifugation, and dissolved in 10 ⁇ L of pure water. 2 ⁇ L of the obtained solution was confirmed by TLC, and 1 ⁇ L was dissolved in 3 ⁇ L of DHBA solution (20 mg / mL 2,5-dihydroxybenzoic acid dissolved in 50% aqueous methanol). 2 ⁇ L each of the obtained solution was spotted on a plate for MALDI-TOF MS analysis and dried.
  • Measurement mode positive ion mode and reflector mode
  • Measurement voltage 25 kv and 1.5 kv to 2.5 kv
  • Measurement molecular weight ranges m / z 0 to 4000 and 45000 to 60000 ⁇ Number of integration: 20000-40000 and 1000-8000
  • the MS / MS measurement was performed using argon gas using a signal having a predetermined m / z value obtained by the MALDI-TOF MS measurement as a precursor ion.
  • SDS-PAGE Measurement by SDS-PAGE was performed using a commercially available slab gel apparatus (a constant temperature double mini slab gel electrophoresis apparatus manufactured by Nihon Aido Co., Ltd.), and after electrophoresis of 10% polyacrylamide gel at 40 mA for 60 minutes, was stained with Coomassie brilliant blue and the resulting gel was evaluated.
  • As the marker Protein Marker Broad Range (2-212 kDa) (manufactured by NEB) was used.
  • a gel imaging device Scanner GT-X970, manufactured by Epson Corporation was used.
  • Example 1 In a 1.5 mL microtube, 1 ⁇ g of the W251A mutant as an endo M mutant and 10 ⁇ g of M3-biotin or M3F-biotin as a substrate (Scheme (1) (A)) were added to 30 mM phosphoric acid. After dissolving in 10 ⁇ L of an aqueous sodium solution (pH 6.0), it was incubated at 30 ° C. in a thermostatic bath. After incubation for a predetermined time, the reaction was stopped by heat treatment at 95 ° C. for 5 minutes to obtain a solution after the reaction. The obtained solution was measured by TLC, HPLC and MALDI-TOF MS, and the hydrolysis activity was calculated.
  • Example 2 Comparative Examples 1 to 5
  • Table 2 in the same manner as in Example 2 or Example 2, Solutions after the reactions in Comparative Examples 1 to 5 were obtained. Each solution obtained was measured by the same method as in Example 1, and the hydrolysis activity was calculated.
  • FIG. 7 shows the measurement results by MALDI-TOF MS of the solution obtained after adding the W251N mutant to the solution containing M3F-biotin and incubating for 20 minutes under the above conditions. From the results, when the W251N mutant was added, the signal (m / z 1363.6) of M3F (Na + addition) detected when the W251N mutant was not added disappeared, and instead F1N1-biotin (Na + addition) signal (m / z 673.6) and M3N1 (Na + addition) signal (m / z 730.6) appeared. This revealed that M3F was hydrolyzed by the W251N mutant to produce F1N1-biotin and M3N1.
  • the amount of the product after hydrolysis with respect to M3F-biotin is calculated from the analysis by HPLC, and the specific hydrolysis activity is determined from the reaction time (incubation time) and the mass of the added endo M mutant or endo M. ( ⁇ mol / (min ⁇ mg)) and relative activity were calculated.
  • the relative activity is shown as the relative activity of endo M mutant to each substrate when the activity of endo M against M3F-biotin is 1. The results are shown in Table 2.
  • FIG. 5 shows the result of HPLC measurement when End M is added to M3-biotin.
  • FIG. 6 the three charts show the results when the end M is not added to the reaction solution from the top, when 10 ng is added, and when 100 ng is added.
  • the horizontal axis represents column retention time, and the vertical axis represents detection sensitivity by UV absorption.
  • the arrow indicates the retention time of the resulting product.
  • the endo M mutants of the present disclosure have a hydrolytic activity for M3F-biotin, which is an N-linked sugar chain having a core fucose, and endo M or other endo M mutants. It was shown to be significantly higher than Thus, it was shown that substitution of the 251st tryptophan residue of endo M with an appropriate amino acid is extremely important for hydrolysis of the N-linked sugar chain having core fucose.
  • Example 3 As Example 3, a hydrolysis reaction was performed on a Rituxan peptide containing a glycopeptide of the W251N mutant. 200 ⁇ g of the Rituxan peptide prepared above was dissolved in 400 ⁇ l of 100 mM sodium phosphate buffer (pH 6.5), 4 ⁇ g of W251N mutant was added, and reacted at 30 ° C. for 16 hours. After completion of the reaction, the post-reaction solution was dried by centrifugal concentration, redissolved in 5% acetic acid, and the obtained solution was applied to a C18 column. After the application, the fraction not bound to the column was collected and lyophilized to obtain a dried product of the N-linked sugar chain fraction released by hydrolysis with the endo M mutant. The dried product was subjected to sugar chain analysis by the following mass spectrometry.
  • Example 6 In Example 3, except that 4 ⁇ g of Endo M (WT) was used in place of 4 ⁇ g of the W251N mutant, the hydrolysis reaction for the Rituxan peptide was performed and the sugar chain analysis by mass spectrometry was performed in the same manner as in Example 3. .
  • Example 3 In Example 3, except that 4Ug of W251N mutant and 100 mM sodium phosphate buffer (pH 6.5) were used, End S (manufactured by New England Biolabs) 100U and NEB G6 buffer were used. In the same manner, a hydrolysis reaction for the Rituxan peptide was performed, and a sugar chain analysis by mass spectrometry was performed.
  • FIGS. 8A to 8C show the results of MALDI-TOF MS measurement of the released sugar chain after the hydrolysis reaction with endo M (WT) on the glycopeptide prepared from Rituxan
  • FIG. 8B shows the result prepared from Rituxan
  • FIG. 8C shows the result of MALDI-TOF MS measurement of the released glycan after hydrolyzing the glycopeptide with the W251N mutant.
  • FIG. 8C shows the result of endo S against the glycopeptide prepared from Rituxan. The result of measuring the sugar chain released after the hydrolysis reaction by MALDI-TOF MS is shown.
  • 8B m / z 1171.7, 1416.8, 1620.9, 1825.0, 2187.1, 25488.3 and HexNAc2Nex2, HexNAc3Hex3, HexNAc3Hex4, HexNAc3Hex5, NeuAc1HexNAc3Hex5 , A peak corresponding to NeuAc2HexNAc3Hex5 was detected.
  • 8A to 8C show sugar chain structures estimated from the fragment patterns obtained from the results of MALDI-TOF / TOF analysis of each peak. In the estimated sugar chain structure, it was shown that Example 3 and Reference Example 1 shown in FIG. Thus, the W251N mutant was shown to have hydrolytic activity similar to Endo S against glycopeptides to which various types of complex-type sugar chains containing core fucose were bound.
  • Example 4 As Example 4, hydrolysis of the W251N mutant to human lactoferrin (hLF) was performed. 2 ⁇ g of W251N mutant was added to 20 ⁇ l of 100 mM sodium phosphate buffer (pH 6.5) in which 10 ⁇ g of hLF (L3770, manufactured by Sigma-Aldrich) was dissolved, and reacted at 30 ° C. for 16 hours. An equal amount of SDS-PAGE sample buffer was added to the solution after the reaction, and the sample was heated in boiling water for 5 minutes to obtain a sample for SDS-PAGE.
  • hLF human lactoferrin
  • each lane was applied to a well of a 7.5% polyacrylamide gel for SDS-PAGE so that 0.5 ⁇ g of hLF was contained, and SDA-PAGE was performed.
  • the gel after SDA-PAGE was stained by Coomassie staining.
  • Example 7 a hydrolysis reaction for hLF was performed in the same manner as in Example 4 except that 2 ⁇ g of endo M (WT) was used instead of the W251N mutant, and SDS-PAGE was performed on the solution after the reaction.
  • WT endo M
  • Example 4 was the same as Example 4 except that End U (manufactured by New England Biolabs) 100U and NEB G6 buffer were used instead of 20 ⁇ l of the W251N mutant and 100 mM sodium phosphate buffer (pH 6.5). Then, hydrolysis reaction for hLF was performed, and SDS-PAGE was performed on the solution after the reaction.
  • End U manufactured by New England Biolabs
  • NEB G6 buffer 100U and NEB G6 buffer
  • FIG. 9 shows the results of SDS-PAGE for the solution after each reaction.
  • the upper part of each lane shows the type of endoenzyme used for the hydrolysis reaction.
  • the start point of the arrow represents the protein name estimated in each band indicated by the end point.
  • DG-hLF means hLF in which one or two N-linked sugar chains are hydrolyzed by an endoenzyme.
  • Native hLF means hLF whose N-linked sugar chain is not hydrolyzed. From the results, in hLF (Control) that has not been hydrolyzed, a band corresponding to native hLF having two sugar chains slightly above 80 kDa is observed. A small part is further separated because it is presumed to have three sugar chains.
  • Comparative Example 8 that is, in the case of the hydrolysis reaction with endo S, a band appears on the lower molecular weight side than Control. Therefore, at least one sugar chain from hLF (native hLF) is obtained by the hydrolysis reaction with endo S. Is considered liberated.
  • Comparative Example 7 that is, in the hydrolysis reaction with endo M (WT), a band appears on the lower molecular weight side than Control, so it is considered that at least one sugar chain was detached from the hLF.
  • End M (WT) does not hydrolyze N-linked sugar chains that do not have core fucose, but it is considered that N-linked sugar chains that do not have core fucose are also included in the hLF.
  • Example 5 As Example 5, a hydrolysis reaction for hLF of the W251N mutant was performed. 100 ⁇ g of hLF prepared above was dissolved in 100 ⁇ l of 100 mM sodium phosphate buffer (pH 6.5), 20 ⁇ g of W251N mutant was added, and reacted at 30 ° C. for 16 hours. After completion of the reaction, the post-reaction solution was dried by centrifugal concentration, redissolved in 5% acetic acid, and the obtained solution was applied to a C18 column. After the application, the fraction not bound to the column was collected and lyophilized to obtain a dried product of the N-linked sugar chain fraction released by hydrolysis with the endo M mutant. The dried product was subjected to sugar chain analysis by the following mass spectrometry.
  • Example 9 a hydrolysis reaction for hLF was performed in the same manner as in Example 5 except that 20 ⁇ g of endo M (WT) was used instead of 20 ⁇ g of the W251N mutant, and sugar chain analysis by mass spectrometry was performed.
  • WT endo M
  • FIGS. 10A and 10B show the results of MALDI-TOF MS measurement of the sugar chain released after the hydrolysis reaction of hLF with endo M (WT), and FIG. 10B shows the result of W251N mutant against hLF.
  • WT endo M
  • FIGS. 10A and 10B black squares indicate N-acetylglucosamine, gray circles indicate mannose, white circles indicate galactose, and black diamonds indicate N-acetylneuraminic acid.
  • Example 6 As Example 6, a hydrolysis reaction of W251N mutant against Rituxan (antibody, IgG1) was performed. 200 ⁇ g of the above-mentioned commercially available Rituxan was dissolved in 100 ⁇ l of 50 mM sodium phosphate buffer (pH 6.25), and at 4 ° C. with a membrane concentrator [fraction molecular weight 10,000, Amicon Ultra 15 (manufactured by Merck Millipore)] The buffer was exchanged. To 100 ⁇ L of 50 mM sodium phosphate buffer solution (pH 6.25) in which 200 ⁇ g of Rituxan (IgG1) obtained by buffer exchange was dissolved, 1 mg of W251N mutant was added after 0 hours, 24 hours, and 48 hours, respectively.
  • reaction time 0 hour (A), 24 hours (B), 48 hours (C), and 72 hours (D)
  • reaction time 0 hour (A)
  • a part of the post-reaction solution is used as a sample.
  • Each sample was further reduced and subjected to MS analysis with MALDI-TOF.
  • FIG. 11 As shown in FIG. 11, as the reaction time elapses, the peak at the position corresponding to the molecular weight of the heavy chain to which the N-linked sugar chain is bound decreases, and instead of the mass of the heavy chain having no N-linked sugar chain.
  • the W251N mutant has hydrolytic activity also on the fucose-containing N-linked sugar chain of IgG.
  • Example 7 The sugar chain transfer reaction was performed by preparing 20 ⁇ L of a solution having the following composition conditions in a 1.5 mL microtube and then incubating at 30 ° C. for 60 minutes in a thermostatic bath. ⁇ conditions ⁇ Sugar chain donor: 5 mM SG-oxazole Sugar chain receptor: 5 mM F1N1-biotin Endo M mutant: 0.66 ⁇ g W251N mutant Buffer concentration and pH and total volume of the solution: 25 mM sodium phosphate (pH 6.5) 20 ⁇ L After incubation, the reaction was stopped by heat treatment at 95 ° C. for 5 minutes to obtain a solution after the reaction. The resulting solution was dried, dissolved in 20 mg / mL DHBA solution and subjected to MALDI-TOF MS analysis.
  • Comparative Examples 10 to 12 As shown in Table 3 below, in Comparative Example 10, the sugar chain receptor in Example 7 was the same concentration of N1-biotin, and in Comparative Example 11, the endo M mutant in Example 7 was the same mass of the N175Q mutant. In Comparative Example 12, the reaction was performed under the same conditions except that the sugar chain receptor in Comparative Example 11 was changed to the same concentration of F1N1-biotin, and the solution after the reaction was similarly subjected to MALDI-TOF MS analysis.
  • FIG. 12 the outline
  • N1-biotin or F1N1-biotin and SG-oxazoline were condensed by the transglycosylation reaction of W251N mutant or N175Q mutant, respectively.
  • Product, SG-biotin or SGF-biotin was detected. Details are shown below.
  • Example 7 The analysis result in MALDI-TOF MS is shown in FIG.
  • B a product obtained by condensing F1N1-biotin and SG-oxazoline, that is, a sodium ion adduct of SGF-biotin (NeuAc2Gal2GlcNAc2Man3GlcNAc2Fuc-biotin [corresponding to M + 3Na-2H +)
  • a possible signal (m / z 2719.8) was detected.
  • Comparative Example 10 using N1-biotin as the sugar chain receptor no peak corresponding to the condensation product could be detected.
  • Comparative Example 11 C in FIG.
  • Example 7 MS / MS analysis was further performed on the signals obtained in Example 7 and Comparative Example 11 (B and C in FIG. 13). The results are shown in the upper part of FIG. 14 for Example 7 and the lower part of FIG. 14 for Comparative Example 11.
  • white rhombus
  • white circle
  • black circle
  • Man Man
  • white square
  • GlcNAc GlcNAc
  • Fuc Fuc
  • the endo M mutant of the present disclosure efficiently transfers a sugar chain donor to a sugar chain acceptor to which core fucose is bound.

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Abstract

本発明の実施形態は、配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、下記反応式(1)で表される加水分解反応(X:糖質由来の基;Y:一価の置換基)を触媒する活性を有するエンドM変異体、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、かつ配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基以外の1個又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加又は置換により、前記アミノ酸配列に対して80%以上の相同性の範囲内で修飾されたアミノ酸配列を有し且つ下記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有しているエンドM変異体を提供する。

Description

エンドM変異体、及びN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法
 本発明は、エンドM変異体、及びN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法に関する。
 蛋白質を含む製剤中のペプチドや蛋白質の多くは、糖鎖を有する(以下、糖ペプチド又は糖蛋白質という)。糖蛋白質が有する糖鎖には、N結合型糖鎖やO結合型糖鎖が知られているが、中でもN-結合型糖鎖は蛋白質の機能や構造の維持に重要な影響を及ぼすことが知られている。N-結合型糖鎖は、糖鎖構造の違いから、ハイマンノース型、ハイブリット型及び複合型糖鎖に分類され、糖鎖構造の違いが、糖蛋白質自体の生理機能に影響を及ぼすことが知られている。さらに、近年では、N結合型糖鎖のコア構造と称される部位のフコース(コアフコース)の有無も、生理機能の違いに強く影響することが知られるようになった。
 糖鎖構造を制御した糖蛋白質の調製方法としては、天然から分離精製して抽出する方法、遺伝子工学的手法によって改変された細胞により調製する方法が考えられる。しかし、生産性の観点からは、後者の方法かあるいは、上記で得られる糖蛋白質をさらにインビトロで行う酵素-化学的な方法によって、糖蛋白質の糖鎖を目的の糖鎖に変換する方法を組み合わせる方法が有利であると考えられる。特に糖鎖構造を厳密に制御する観点からは、酵素-化学的な方法を組み入れることが有利である。
 酵素-化学的な方法は、目的の糖鎖を目的の蛋白質に、化学的に調製した糖鎖誘導体(糖鎖供与体)を酵素反応によって導入しようとするものであり、酵素反応においては、酵素の基質となる、糖鎖供与体と糖鎖受容体を必要とする。
 酵素-化学的な方法としては、加水分解酵素を利用した方法が良く知られているが、これは一部の加水分解酵素が基質に対し加水分解するだけでなく、他の物質に糖鎖転移する性質を利用することによるものであり、反応条件を制御することによって、糖鎖転移反応だけを優先させることが可能であることも知られている。
 糖蛋白質糖鎖のN結合型糖鎖を変換する酵素-化学的な方法としては、近年、毛カビ由来のエンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼM(エンドM)により、糖鎖供与体であるN結合型糖鎖の非還元末端側の大きなオリゴ糖鎖部位を、糖鎖受容体に一度に糖鎖転移する方法が報告されている(例えば特開平7-59587号公報参照)。
 また、エンドMのアミノ酸を改変した変異体(グライコシンターゼ)は、目的とするN結合型糖鎖由来の構造を含む糖鎖供与体の糖鎖を糖鎖受容体に効率よく糖鎖転移できることが報告されている(例えばUmekawa他、[J.Biol.Chem.,Vol.285(1),511-521,(2010)]参照)。
 さらに、エンドMは、コアフコースを有しないN結合型糖鎖において、ハイマンノース型糖鎖、ハイブリット型糖鎖及び複合型糖鎖のすべてを酵素の基質として加水分解するユニークな酵素であることから、糖鎖供与体及び糖鎖受容体の調製においても重用されている。
 このように、エンドMは、酵素-化学的な糖蛋白質調製における重要なツールとしての地位を確立してきた(例えば山本憲二他、[日本応用糖質科学会誌,Vol.3(2),31-38,(2013)]参照)。
 一方、報告例は少ないが、コアフコースを有する糖蛋白質のN結合型糖鎖を加水分解するエンド酵素〔エンドD(例えばMuramatsu他、[J.Biochem.,Vol.129(6),923-928,(2001)]参照)〕も報告されており、エンドDの変異体は糖鎖供与体を糖鎖転移して、コアフコースを含有する糖蛋白質の糖鎖を目的の糖鎖に変換できることも知られている(例えばFan他、[J.Biol.Chem.,Vol.287(15),11272-11281,(2012)]参照)。
 また、コアフコースを含有するN結合型糖鎖を有する免疫グロブリンGを加水分解するエンド酵素〔エンドS(例えばCollin他、[EMBO J.,Vol.20(12),3046-3055,(2001)]参照)〕も報告されており、エンドSの変異体は、糖鎖供与体を糖鎖転移して免疫グロブリンGの糖鎖を目的の糖鎖に変換できることも報告されている(例えば国際公開第2013/120066号参照)。
 しかし、エンドM以外のエンド酵素は、加水分解時にも、糖鎖転移時にも、用いることができるN結合型糖鎖の種類が限定される。
 Muramatsu他、[J.Biochem.,Vol.129(6),923-928,(2001)]及びFan他、[J.Biol.Chem.,Vol.287(15),11272-11281,(2012)]に記載のエンド酵素(エンドD)は、一部のハイマンノース型糖鎖にしか作用しないという問題点を有する。
 特開平7-59587号公報及びUmekawa他、[J.Biol.Chem.,Vol.285(1),511-521,(2010)]に記載のエンドMは、幅広いN結合型糖鎖に作用することができるものの、コアフコースを含有するN結合型糖鎖を加水分解、又はコアフコースを有する糖鎖受容体に糖鎖転移することはできない。
 Collin他、[EMBO J.,Vol.20(12),3046-3055,(2001)]及び国際公開第2013/120066号に記載のエンドSは、コアフコースを含有する複合型糖鎖を基質とすることはできるものの、ハイブリッド型糖鎖、ハイマンノース型糖鎖及びそれらに由来する構造の誘導体を基質とすることはできない。さらに、免疫グロブリンG(IgG)に結合したN結合型糖鎖以外にはほとんど作用しないという難点を有している。
 また、コアフコースを有するN結合型糖鎖を含む化合物の化学的な合成法は、コアフコースのグリコシド結合が酸性条件下で切断されやすいために、合成条件が制限される。一方、コアフコースのないN結合型糖鎖へ、酵素的にフコースを導入することも考えられるが、インビトロでのそのような酵素的な導入方法はいまだに報告されていない。
 このように、コアフコースを含有するN結合型糖鎖を加水分解し、さらに糖鎖転移によってコアフコースを有するN結合型糖鎖を有する糖蛋白質を調製することが可能なエンドMの変異体が望まれていた。
 本開示は上記に鑑みてなされたものであり、本開示では、コアフコースが結合したN結合型糖鎖に対して高い加水分解活性を有するエンドM変異体、及びN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法の提供を課題とする。
 課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
<1> 配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、下記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有するエンドM変異体、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、かつ配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基以外の1個又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加又は置換により、前記アミノ酸配列に対して80%以上の相同性の範囲内で修飾されたアミノ酸配列を有し且つ下記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有しているエンドM変異体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

 
(反応式(1)中、Xは糖質由来の基、Yは一価の置換基を示す。GlcNAcはN-アセチルグルコサミニル基を表し、β1-4はGlcNAcの1位とGlcNAcの4位とのβグリコシド結合を表す。Fucはフコシル基を表し、α1-6はFucの1位とGlcNAcの6位とのαグリコシド結合を表す。GlcNAc-OHは、GlcNAcの還元末端の炭素に水酸基が結合していることを示す。H-GlcNAcは、GlcNAcの4位の酸素原子に水素原子が結合していることを示す。)
 本開示においてYに結合するGlcNAcは、GlcNAcの1位の還元末端の炭素に結合するグリコシド結合の酸素原子又は水酸基を含まない。
<2> 前記反応式(1)中、Yがペプチド又は蛋白質に由来する構造を含むアシルアミノ基である<1>に記載のエンドM変異体である。
<3> <1>又は<2>に記載のエンドM変異体の存在下、糖鎖供与体と、下記一般式(1)で表される糖鎖受容体と、を反応させることによりN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質を製造するN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004

 
 一般式(1)中、Yは1価の置換基を示す。GlcNAcはN-アセチルグルコサミニル基を表し、Fucはフコシル基を表し、α1-6は、Fucの1位とGlcNAcの6位とのαグリコシド結合を表す。
<4> 前記反応において、糖鎖供与体の糖鎖受容体に対するモル比率(糖鎖供与体のモル数/糖鎖受容体のモル数)が0.2~20.0である<3>に記載のN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法である。
 本開示によれば、コアフコースが結合したN結合型糖鎖に対して高い加水分解活性を有するエンドM変異体、及びN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法を提供できる。
図1Aは、エンドAとM3N1-チアゾリン誘導体との共結晶における触媒領域の立体モデルを示す図である。 図1Bは、エンドDとM3N1-チアゾリン誘導体との共結晶における触媒領域付近の立体モデルを示す図である。 図2は、エンドA、エンドD及びエンドMの1次アミノ酸配列におけるアライメントの結果を示す図である。 図3は、実施例に用いたエンドM及びエンドM変異体のSDS-PAGEの結果を示す図である。矢印はエンドM(WT)もしくはエンドM変異体のバンドの位置を示す。 図4は、M3F-biotin及びM3-biotinの合成ルートの概要を示す図である。 図5は、エンドM(WT)によるM3N1-biotinの加水分解反応後の溶液をHPLCによって測定した結果を示す図である。各矢印は、表記の化合物に相当する保持時間の位置を示す。 図6は、M3-biotin及びM3F-biotinを含む溶液に対して、エンドM(WT)及びエンドM変異体をそれぞれ添加しインキュベートした後の試料をTLCによって測定した結果を示す図である。 図7は、M3F-biotinを含む溶液に対しW251N変異体を添加又は無添加後にインキュベートし、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図8Aは、リツキサンから調製した糖ペプチドに対し、エンドM(WT)による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図8Bは、リツキサンから調製した糖ペプチドに対し、W251N変異体による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図8Cは、リツキサンから調製した糖ペプチドに対し、エンドSによる加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図9は、ヒトラクトフェリンに対するエンドS、エンドM(WT)及びW251N変異体のそれぞれの加水分解反応後の溶液について、SDS―PAGEを行った結果を示す図である。 図10Aは、ヒトラクトフェリンから調製した糖ペプチドに対し、エンドM(WT)による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図10Bは、ヒトラクトフェリンから調製した糖ペプチドに対し、W251N変異体による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図11は、コアフコースを含有する糖蛋白質(リツキサン)に対して、W251N変異体によって各時間(0時間~72時間)加水分解反応を行った後に得られる反応後生成物を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図12は、エンドM変異体による糖鎖転移反応についての概要を示す図である。 図13は、糖鎖転移反応後の溶液をMALDI-TOF MSによって測定した結果を示す図である。 図14は、糖鎖転移反応後の溶液をMALDI-TOF MSによって得られたm/z2719.8とm/z2573.9のシグナルを、さらにMS/MS分析した結果を示す図である。
 本明細書及び特許請求の範囲を通じて示された用語について説明する。
 数値範囲を表す「~」はその上限及び下限の数値を含む範囲を表す。
 「エンドM」は「エンド酵素」の一種を示し、「エンド酵素」は、「エンド-β-N―アセチルグルコサミニダーゼ」と同じ意味であり、下記一般式(2)の矢印の先を伸ばした位置、すなわちGlcNAcとGlcNAcの間のグリコシド結合を加水分解する酵素を意味する。「エンド酵素変異体」とは、エンド酵素のアミノ酸の1個又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加及び又は置換したものをいう。更に、本明細書中において、N結合型糖鎖含有化合物、N結合型糖鎖含有糖蛋白質、糖鎖供与体、糖鎖受容体、エンドM及びエンドM変異体の各成分の量は、特に断らない限り、反応溶液中に存在する複数の物質の合計量を意味する。「基質」とはエンド酵素又はエンド酵素変異体が加水分解又は糖鎖転移する対象となる物質をいう。糖鎖転移する対象となる物質とは、糖鎖転移反応における糖鎖供与体及び糖鎖受容体のことを指す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

 
 一般式(2)中、X、Y、GlcNAc、β1-4は後述する反応式(1)と同義である。Fは水素原子又はGlcNAcの6位とα1-6でグリコシド結合するフコシル基を表す。矢印はエンド酵素又はエンド酵素変異体が加水分解する位置を表す。
 「加水分解反応を触媒する」とは、後述する反応式(1)に示すように、(A)のGlcNAcの1位とGlcNAcの4位とのβグリコシド結合をエンドM又はエンドM変異体が加水分解し、(B)及び(C)を生成する反応(加水分解反応)を触媒する能力をいい、以下、加水分解活性と称することがある。また、加水分解反応を単に「反応」と称することもある。なお、加水分解活性については、一定時間において加水分解して生じる生成物の量(μmol/min・mg)で表される。
 「糖鎖転移」とは、糖鎖供与体の糖鎖構造の部分、例えば前記一般式(2)であれば、矢印の先を伸ばした位置(β1-4グリコシド結合部分)から左側の部分を、糖鎖受容体に結合(転移)させることをいう。本開示における糖鎖受容体とは、一般式(1)で表されるような(Fucα1-6)GlcNAc又はGlcNAcを非還元末端に有する糖含有物質を指す。
 「糖鎖転移活性」とは、エンドM又はエンドM変異体が、糖鎖供与体を糖鎖受容体に転移させ、新たな生成物を生成する(糖鎖転移する)能力をいう。
 「糖鎖転移収量」とは、特に断らない限り、反応後に生ずる複合型糖鎖が転移された糖蛋白質の量をいい、「糖鎖転移収率」とは、糖鎖転移した生成物のモル数の、反応に用いた糖鎖受容体のモル数に対する割合をさす。
 ここで、「エンドM変異体」とは、エンドMのアミノ酸配列(配列番号1参照)のアミノ酸が欠失、付加及び置換されているエンド酵素変異体をさす。「エンドM」とは、毛カビであるムコールヒエマリス由来のエンド酵素(GenBank Accession No.BAB43869)、「エンドA」とはアルスロバクター プロトホルミエ由来のエンド酵素(GenBank Accession No.AAD10851)、「エンドD」とはストレプトコッカス ニューモニエ由来のエンド酵素(GenBank Accession No.BAB62042.1)、「エンドS」とは、ストレプトコッカス パイオジェネス由来のエンド酵素(GenBank Accession No.AAK00850)を意味する。なお、エンドMをエンドM変異体と区別する観点から、野生型(Wild Type)のエンドM、すなわちエンドM(WT)と称することがある。
 「相同性」とは、蛋白質のアミノ酸配列の変異体において、最大の相同性(パーセント)を達成するために、必要ならば間隙を導入して、配列を整列させた後に同一である残基のパーセンテージとして定義される。アライメントのための方法およびコンピュータープログラムは本技術分野においてよく知られており、本明細書中ではClustralW2 (http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/)を使用している。
 またアミノ酸残基の表記方法としては、3文字表記及び1文字表記のどちらかで表記する。
 また、蛋白質におけるアミノ酸配列中の特定のアミノ酸残基を示す表記について、例えばエンドMのアミノ酸配列においては、251番目のトリプトファン残基は、W251と示される。また、アミノ酸残基を置換、すなわち他のアミノ酸に置換されたアミノ酸残基の表記について、例えばエンドMの251番目のトリプトファン残基をアスパラギン残基(もしくはアラニン)に置換した残基は、W251N(もしくはW251A)と示され、これを含むエンドMを、エンドMのW251N変異体、もしくは単にW251N変異体のように称することがある。
 また、エンドM変異体のうち、配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有する変異体を、「本開示のエンドM変異体」と称することがある。また、本開示のエンドM変異体のうち、配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、かつ配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基以外の1個又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加又は置換により、前記アミノ酸配列に対して80%以上の相同性の範囲内で修飾されたアミノ酸配列を有し且つ前記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有しているエンドM変異体を、上記のW251N変異体もしくはW251A変異体等と区別する観点から、特に「本開示のエンドM変異体ホモログ」と称することがある。
 エンドM変異体による加水分解活性は、例えば反応式(1)の(A)で表される基質を溶解させた溶液に、エンドM変異体を添加し、所定温度、所定時間後に、反応後の溶液中に生成したオリゴ糖を、例えば、TLC、HPLC及びMALDI-TOF MSで測定することによって確認することができる。
 TLCとしては、反応後の溶液を薄層クロマトグラフィーにスポット後に、例えば、展開溶媒(1-ブタノール/酢酸/水:3/2/2)によって展開し、オルシノール法で発色させ、画像取込み装置(例えばGT-X970、エプソン社製)で生成物を定量的に確認し、反応速度、すなわちエンドM変異体の加水分解活性を算出できる。
 HPLCとしては、反応後の溶液の一定量に0.1%のトリフルオロ酢酸(TFA)を添加し、例えば、HPLC分析用のカラム[Cosmosil 5C18 AR-II(孔径4.6mm×長さ150mm、ナカライテスク社製)を装備したHPLCシステム[分離モジュール:e2569(ウオータース社製)、フォトダイオードアレイ検出器:2999(ウオータース社製)]により、下記の条件で測定することにより、反応後の生成物を定量的確認し、反応速度、すなわちエンドM変異体の加水分解活性を算出できる。
<条件>
・溶離液:0.1体積%のTFAを含有した純水(A)と0.1体積%のTFAを含有したアセトニトリル(B)を体積比((A):(B))9:1で混合後、脱気した溶液
・流速:0.5mL/min
・検出波長:214nm(UV-PDA)
 なおHPLC用の分析用カラムとしては、順相系及び逆相系のどちらでもよく、順相系ではアミノカラム、逆相系ではODS(オクタデシルシリル)カラムが挙げられる。
 MALDI-TOF MSとしては、例えば、次の方法が挙げられる。
 すなわち、反応後の溶液に一定量のアセトンを加え、溶解した部分を乾燥後、一定量のDHBA溶液(20mg/mLの2,5-ジヒドロキシ安息香酸を50%メタノール水溶液に溶解させた溶液)に溶解させる。その後、溶解させた溶液の一部をMALDI-TOF MS分析用のplateにスポットし乾燥させ、UltrafleXtreme JA-1 (Bruker Daltonics社製)もしくはautoflex speed-tko1リフレクタシステム(Bruker Daltonics社製)によって、下記の条件にて測定することで、反応後の生成物の質量を確認できる。
<条件>
・測定モード:positive ion mode,及びreflector mode
・測定電圧:25kv及び1.5kv~2.5kv
・測定分子量の範囲:0~4000(m/z)及び45000~60000(m/z)
・積算回数:20000~40000及び1000~8000
 また、エンドM変異体の糖鎖転移活性については、エンドM変異体が加水分解活性を有するために、正確な糖鎖転移活性の値を知ることはできない。しかし、反応後の糖鎖転移収量又は糖鎖転移収率から、エンドM変異体の糖鎖転移活性を定性的に知ることは可能である。
 糖鎖転移収量及び糖鎖転移収率については、糖鎖供与体と糖鎖受容体とを溶解させた溶液に、エンドM変異体を添加し、所定温度、所定時間インキュベート後に、得られた溶液中に生成した生成物を、例えば、上記のTLC、HPLC及びMALDI-TOF MSで測定することによって同定し、さらにその収量や収率を確認することができる。
 本明細書等では、炭水化物の部分は、オリゴ糖の記述に通常用いられる命名法を参照して記載される。これらの命名法は、例えば、Hubbardらの文献[Ann.Rev.Biochem.,Vol.50,555(1981)]に見出される。この方法に従って、マンノースはMan、2-N-アセチルグルコサミンはGlcNAc、ガラクトースはGal、フコースはFuc及びグルコースはGlc、という略式表記によって表記される。シアル酸は、5-N-アセチルノイラミン酸に対するNeuAc、及び5-グリコリルノイラミン酸に対するNeuGcという略式表記によって表記される。また、N-アセチルグルコサミニル基はGlcNAc残基、マンノシル基はMan残基と称することもある。
 単糖とは、上記の糖、例えばGalやGlcNAcそのもののみのことをいう。
 糖を形成する炭素の位置は、還元末端を1位、その隣の炭素原子を2位のように表し、それらの炭素原子それぞれに結合する水酸基又は酸素原子を1位の水酸基又は1位の酸素原子のように表し、グリコシド結合を表す場合には、単に「GlcNAcの1位とGlcNAcの4位とのグリコシド結合」のように示す。なお、これらの2以上の単糖が結合したものをオリゴ糖といい、その誘導体はオリゴ糖誘導体と称する。すなわち、N結合型糖鎖はオリゴ糖である。オリゴ糖中の単糖部分のことを「糖ユニット」と称することがある。
 「グリコシド結合」とは、糖鎖中の糖ユニットの1位の水酸基と他の糖の水酸基が脱水縮合することで、互いが酸素原子を介して結合する結合をいい、例えばα1-6グリコシド結合とは、糖の1位(の炭素)と他の糖の6位(6位の酸素原子)がα型で結合したグリコシド結合であることをいう。なお、糖の1位の水酸基はα型とβ型が存在する。
 上記に従い、例えば前記反応式(1)中の(A)について示すと、そのキトビオシル部位(-GlcNAcβ1-4GlcNAc-)の非還元末端側のグルコサミニル基(GlcNAc)は、そのGlcNAcの1位の酸素原子を含まず、かつ4位の酸素原子を含むことを示す。還元末端側のYに結合するGlcNAcは、1位の酸素原子を含まず、4位及び6位の酸素原子を含むことを示す。また、フコシル基(Fuc)は、1位の酸素原子を含まず、2位から4位までの水酸基を含むことを表す。
 なお、ManやGlcNAcにおいて、グリコシド結合していない2位、3位、4位及び6位の炭素は、水酸基が結合していることを示す。
 また、糖鎖を説明する表現として、単糖を3つ含む糖鎖は3糖、5つ含む場合は5糖、のように称することもある。
 「コア糖鎖」とは、N-結合型糖鎖の中で、下記C-1で表される糖鎖部分をいい、「トリマンノシル」とは、コア糖鎖の中の3つのマンノース部分をいう。また、C-1の左側の破線部分に示すように、トリマンノシル部分のうち、非還元末端側のα1-6で結合するManをMan2、非還元末端側のα1-3で結合するManをMan3及び還元末端側のManをMan1と称する。また、右側破線部分に示すように、GlcNAcの6位に結合したフコシル基(Fuc)をコアフコースと称する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

 
 また、一般式(2)の矢印の先を伸ばした位置の左側に示すようなオリゴ糖を、トリマンノシルGlcNAc含有糖鎖と称することがある。
 「ペプチド」と「蛋白質」は、一般的にはアミノ酸残基数が少ないものがペプチド、多いものが蛋白質と称されており、明確なアミノ酸残基数の違いはないが、本開示においては、50残基以上のものを蛋白質と称する。また、蛋白質をポリペプチドと称することもある。なお、「化合物」はペプチドを含み、蛋白質を含まないものとする。
 また「糖ペプチド」又は「糖蛋白質」は、それらのペプチドやポリペプチド部分に、N結合型糖鎖が少なくとも1つ以上存在していることを意味し、特に説明されない限り、複数のN結合型糖鎖の種類は1種のものも、2種以上のものも含む。
 本開示のエンドM変異体は、コアフコースを有するN結合型糖鎖に対して高い加水分解活性及び糖鎖転移活性を持つことで、従来技術では達成できなかったコアフコースを有する幅広い種類のN結合型糖鎖の加水分解が可能となり、さらには糖鎖転移によって、コアフコースを有する幅広い種類のN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質を製造することが可能となる。本開示におけるこのような効果を有する理由は定かではないが、発明者は以下のように考えている。
 糖質加水分解酵素では、基質となる糖鎖を酵素の触媒領域で認識し、活性残基が基質に作用することによって、反応が進行する。このため、酵素が基質に作用するためには、まず酵素が基質を収容した後に認識し、さらに活性残基が基質の適切な部位に作用しなくてはならない。今回、発明者は、エンドMがコアフコースを有するN結合型糖鎖に作用しないのは、エンドMの触媒領域のいずれかのアミノ酸がコアフコース部分の収容を妨げていることによるものと考え、そのアミノ酸残基を探索した結果、251番目のトリプトファンであることを見出した。さらに、通常、触媒残基付近のアミノ酸残基を置換した場合、酵素活性は著しく低下することが多いが、本開示では、触媒領域の構造が類似するエンドA、エンドD及びエンドMを詳細に比較検討し、そのアミノ酸残基を適切なもの、つまり触媒領域の物性への影響を与えないようなアミノ酸に置換することによって、コアフコースを含むN結合型糖鎖を触媒領域に収容させた後に強く認識できるようになり、高い加水分解活性及び糖鎖転移活性を達成することができたものと考えられる。
 すなわち、本開示のエンドM変異体は、エンドMが有していた幅広い種類のN結合型糖鎖を基質とする特性を維持しているため、コアフコースを有するN結合型糖鎖の加水分解や糖鎖転移においても同様の利点を有するといえる。
 また、エンドMは、これまでの報告により、N結合型糖鎖の還元末端GlcNAcについて、幅広い種類の置換基を有するものを基質とすることが知られている。加えて、該還元末端GlcNAcについても、特開2008-22779号公報に示されるように、4,6シスジオール部位を有していれば、他の構造でもエンドMの基質となることが知られている。
 従って、エンドM変異体も、同じような幅広い化合物を基質とすることができる。
≪エンドM変異体≫
 本開示のエンドM変異体は、配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、下記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有するエンドM変異体、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、かつ配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基以外の1個又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加又は置換により、前記アミノ酸配列に対して80%以上の相同性の範囲内で修飾されたアミノ酸配列を有し且つ下記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有しているエンドM変異体(エンドM変異体ホモログ)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007

 
 
 反応式(1)中、Xは糖質由来の基、Yは一価の置換基を示す。GlcNAcはN-アセチルグルコサミニル基を表し、β1-4はGlcNAcの1位とGlcNAcの4位とのβグリコシド結合を表す。Fucはフコシル基を表し、α1-6はFucの1位とGlcNAcの6位とのαグリコシド結合を表す。GlcNAc-OHは、GlcNAcの還元末端の炭素に水酸基が結合していることを示す。(C)中の、H-GlcNAcは、GlcNAcの4位の酸素原子に水素原子が結合していることを示す。
 本開示のエンドM変異体は、エンドMのアミノ酸に変異を導入した変異体である。配列番号1で示されるエンド酵素は、ムコールヒエマリス由来のエンドβ-Nアセチルグルコサミニダーゼ(GenBank Accession No.BAB43869)である。
 エンドM変異体としては、W251N変異体又はW251A変異体、あるいは上記の本開示の変異体ホモログであることで、コアフコースを有するN結合型糖鎖の加水分解を十分に行うことができる。さらに、W251N変異体又はW251A変異体がより好ましく、W251N変異体が特に好ましい。
 本開示のエンドM変異体は、通常の遺伝子工学的な手法によって調製することができ、様々な宿主の種類や、対応する適切な蛋白質発現ベクターを用いて調製することができる。宿主としては、大腸菌、ブレビバシラス菌、シアノバクテリウム、乳酸菌、酵母、昆虫細胞及び動物細胞などが挙げられる。この中でも調製のしやすさ、及び発現量の観点から、大腸菌を宿主とする方法や、酵母を宿主とする方法によって調製することが好ましい。具体的な製造方法としては、大腸菌であれば梅川らの文献[J.Biol.Chem.Vol.285(1),511-521,(2010)]に詳しく記載され、酵母であれば特開平11-332568号公報に詳しく記載されている。
 本開示のエンドM変異体及びエンドM変異体ホモログは、加水分解反応において、他のペプチドもしくは蛋白質とそれらのC末端側もしくはN末端側で融合させた融合型エンドM変異体(もしくは融合型エンドM変異体ホモログ)としても用いることができる。融合させることができるペプチドもしくは蛋白質としては、加水分解反応を阻害するものでなければ特に限定されないが、例えば、ヘキサヒスチジンペプチド(アミノ酸配列はN末端からHHHHHH)、フラッグペプチド(アミノ酸配列はN末端からDYKDDDDK)、インフルエンザHAポリペプチド(アミノ酸配列はN末端からYPYDVPDYA)、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ、ルシフェラーゼ、アビジン、キチン結合蛋白質、c-myc、チオレドキシン、ジスルフィド異性化酵素(DsbA)、マルトース結合蛋白質(MBP)、および緑色蛍光蛋白質(GFP)などが挙げられる。この中でも、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの調製のしやすさという観点から、ヘキサヒスチジンペプチド及びフラッグペプチドが特に好ましい。
 なお、上記の融合型エンドM変異体もしくは融合型エンドM変異体ホモログにおいては、融合させるペプチド又は蛋白質のポリペプチド部分と、エンドM変異体もしくはエンドM変異体ホモログのポリペプチド部分との間には数残基から50残基のリンカー領域としてのペプチド部分を含む。なお、リンカー領域を構成するアミノ酸残基の種類としては特に限定されない。リンカー領域には、プロテアーゼによって加水分解されるアミノ酸配列部分(プロテアーゼサイト)を含めてもよい。プロテアーゼサイトとしては特に限定されないが、例えば、ファクターXaサイト、トロンビンサイト、エンテロキナーゼサイト、プレシジョンプロテアーゼサイトが挙げられる。
 天然から見いだされている糖質加水分解酵素は、公知の情報(http://www.cazy.org/)で示されるように、アミノ酸配列の相同性等から、百数十のグリコシルヒドロラーゼファミリー(GHファミリー)に分類されている。エンドMは、GHファミリー85に属するグリコシルヒドロラーゼであり、他のGHファミリー85に属する蛋白質としては、ヒトから細菌類までの生物種に広く分布することが知られている。エンドMのアミノ酸配列(配列番号1)を基に、一般に使用できるホモロジー検索(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)を行うと、エンドMと他のGHファミリー85に属する蛋白質とは、アミノ末端側から500番目のアミノ酸付近までの触媒領域を含む領域内で、高い相同性を有することがわかる。
 従って、本開示におけるエンドM変異体ホモログは、エンドMの触媒領域を含む500残基程度のアミノ酸配列の長さを有していれば、エンドM変異体ホモログとしての加水分解活性を有すると予想できる。なお本開示のエンドM変異体ホモログが有する加水分解活性は、反応式(1)で表される加水分解反応を同じ条件下で行った場合に、エンドM(WT)が有する加水分解活性の150%以上であることを意味する。
 さらに、エンドMの1次構造と立体構造の予測から、高度に保存された触媒残基を含む領域は、アミノ酸配列において、61~427番目であることが知られている。従って、これらの領域を含み、蛋白質の全体構造に影響を与えないのであれば、エンドM変異体ホモログとしての加水分解活性を有すると予想できる。
 本開示におけるエンドM変異体ホモログは、W251N変異体もしくはW251A変異体と80%以上の相同性を有し、かつコアフコースを有するN結合型糖鎖を加水分解するものであれば、251番目のアミノ酸残基以外のどのアミノ酸残基を他のアミノ酸に置換、欠失及び付加により調製されたものでもよい。
 以上の観点から、本開示においては、エンドM(配列番号1)の251番目のアミノ酸残基以外の1個又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加及び又は置換により生じるエンドM変異体ホモログのエンドM(配列番号1)に対する相同性が80%以上であれば加水分解又は糖鎖転移活性を十分に維持できる。また好ましくは、90%以上であり、より好ましくは95%以上であり、特に好ましくは98%以上であり、最も好ましいのは99%以上である。
 加水分解反応において、一般式(1)の(A)で表される基質のYがアシルアミノ基以外である場合には、反応溶液中のエンドM変異体(もしくはエンドM変異体ホモログ)の濃度は、0.01μg/μL~2μg/μLであることが好ましい。0.01μg/μL以上であることで、加水分解反応をより速やかに進行させることができ、2μg/μL以下であることで、エンドM変異体の緩衝液への溶解性を向上させ、同じく加水分解反応をより速やかに進行させることができる。中でも0.01μg/μL~1μg/μLであることが好ましく、さらに0.02μg/μL~0.2μg/μLであることが特に好ましい。
 また、加水分解反応において、一般式(1)の(A)で表される基質のYがアシルアミノ基である場合には、反応溶液中のエンドM変異体(もしくはエンドM変異体ホモログ)の濃度は、0.01μg/μL~40μg/μLであることが好ましい。0.01μg/μL以上であることで、加水分解反応をより速やかに進行させることができ、40μg/μL以下であることで、エンドM変異体の緩衝液への溶解性を向上させ、かつより経済的である。中でも0.01μg/μL~30μg/μLであることが好ましく、さらに0.02μg/μL~20μg/μLであることが特に好ましい。
 また、反応に用いるエンドM変異体もしくはエンドM変異体ホモログの精製度においては、より加水分解活性を高めて反応時間を短縮化させる観点から、精製度が50%以上であることが好ましく、さらに70%以上であることが好ましく、80%以上であることが特に好ましく、90%以上であることが最も好ましい。精製度が50%以上であることで、エンドM変異体もしくはエンドM変異体ホモログの加水分解活性をより高めることができる。なお、精製度はSDS-PAGE後の染色後の画像データから算出することができる。
(加水分解反応における基質)
 本開示におけるエンドM変異体は、前記反応式(1)の(A)で表される基質、すなわち下記一般式(3)で表される基質を加水分解する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008

 
 一般式(3)中、X、Y、GlcNAc、β1-4、Fuc及びα1-6は前記反応式(1)とそれぞれ同義である。さらに、一般式(3)としては下記一般式(4)で表されるような構造を有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009

 
 一般式(4)中、X、X、X、X、XおよびX6は、それぞれ独立に水素原子又は糖質由来の基を表す。GlcNAcはN-アセチルグルコサミニル基を表す。Fucはフコシル基を表し、Manはマンノシル基を表す。α1-6はManの1位とManの6位とのαグリコシド結合又はFucの1位とGlcNAcの6位とのαグリコシド結合を表し、α1-3はManの1位とManの3位とのαグリコシド結合を表す。β1-4はGlcNAcの1位とGlcNAcの4位とのβグリコシド結合又はManの1位とGlcNAcの4位とのβグリコシド結合を表す。Zは、水素原子又はGlcNAcを表し、Zに含まれるGlcNAcはβ1-4でGlcNAcに結合したManにβ1-4で結合している。Yは一般式(3)と同義である。
 X及びX2における具体例としては、GlcNAcβ1-2、Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuAcα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuAcα2-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuGcα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2及びNeuGcα2-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2、異種抗原:Galα1-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2、マンノース6リン酸:Manα1-(6PO4)、ポリラクトサミン:[Galβ1-4GlcNAcβ1-3]nGalβ1-4GlcNAcβ1-2(nは任意の数)、ケラタン硫酸[Galβ1-4GlcNAc(6SO3)β1-3]nGalβ1-4GlcNAcβ1-2(nは任意の数)、[Gal(6SO3)β1-4GlcNAc(6SO3)β1-3]nGalβ1-4GlcNAcβ1-2(nは任意の数)、LacDiNAc:GalNAcβ1-4GlcNAcβ1-2、硫酸化LacDiNAc:GalNAcβ1-4GlcNAcβ1-2、末端硫酸修飾(3SO3)Galβ1-4GlcNAcβ1-2、ルイス糖鎖:Galβ1-4GlcNAc(α1-3Fuc)β1-2、Gal(α1-2Fuc)β1-4GlcNAc(α1-3Fuc)β1-2、Galβ1-3GlcNAc(α1-4Fuc)β1-2、Gal(α1-2Fuc)β1-3GlcNAc(α1-4Fuc)β1-2、血液型抗原:Gal(α1-2Fuc)β1-4GlcNAcβ1-2、Gal(α1-2Fuc、α1-3Gal)β1-4GlcNAcβ1-2、Gal(α1-2Fuc、α1-3GalNAc)β1-4GlcNAcβ1-2、HNK1抗原:(3SO3)GlcAβ1-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2、が挙げられ、これらの基のいずれか一つをXおよびX2のどちらか、あるいは両方に有していてもよい。
 また、X及びXとしては、上記の各糖質由来の基の還元末端GlcNAcがβ1-4である基、が挙げられる。
 また、X及びXとしては、上記の各糖質由来の基の還元末端GlcNAcがβ1-6である基、が挙げられる。
 X~Xが上記の場合には、Zは水素原子でもGlcNAcβ1-4であってもよい。
 また、X~Xがハイマンノース型糖鎖(M4~M9)由来の構造のいずれかを有していてもよく、これらのM4~M9の各場合についてのX~Xは、M4:X~X及びXが水素原子であってXがManα1-6、M5:X~X、X4及びX6が水素原子、XがManα1-6であってXがManα1-3、M6:X~X、X4及びX6が水素原子、XがManα1-6であってXがManα1-2Manα1-3、M7:X~X、X4及びX6が水素原子、XがManα1-2Manα1-6であってXがManα1-2Manα1-3、M8:X~XびXが水素原子、XがManα1-2Manα1-6であり、XがManα1-2Manα1-3であってXがManα1-2、である。
 さらに、X~Xがすべて水素原子である場合も挙げられる。
 上記の中でも、エンドM変異体の加水分解活性の観点から、X及びXのいずれか、あるいは両方が、GlcNAcβ1-2、Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuAcα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuAcα2-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuGcα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2及びNeuGcα2-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2のいずれかを有し、かつX~Xが水素原子である、あるいはX~X6がすべて水素原子であることが好ましい。
 さらに、X及びXの両方が、Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuAcα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuAcα2-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2、NeuGcα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2及びNeuGcα2-3Galβ1-4GlcNAcβ1-2のいずれかを有し、かつX~Xが水素原子である、あるいはX~X6がすべて水素原子であることがより好ましい。
 前記反応式(1)、一般式(3)及び(4)において、Yは酸素原子、窒素原子、炭素原子及び硫黄原子がGlcNAcの1位の炭素に直接結合する構造を含む置換基が挙げられる。
 Yとしては、エンドM変異体の加水分解活性を低下させるものでなければ、特に限定されない。例えば、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニルオキシ基、アシルオキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アルキルエステル基、アリールエステル基、アミノ基、アシルアミノ基、イミド基、アジド基、カルボキシル基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基又はハロゲン基が挙げられ、これらの基の中で、アルコキシ基、アシルアミノ基、アリールオキシ基、アルケニルオキシ基、アシルオキシ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニルオキシ基及びアリールスルホニルオキシ基が挙げられる。これらの置換基は、さらに置換基を有していてもよい。
 以上の中でも、調製のしやすさから、Yはヒドロキシル基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1~30のアルケニルオキシ基及び置換基を有していてもよいアシルアミノ基が好ましい。
 さらに、加水分解活性の観点から、Yは炭素数1~12の置換基を有していてもよいアルコキシ基、炭素数6~12の置換基を有していてもよいアリールオキシ基及び置換基を有していてもよいアシルアミノ基が好ましい。
 Yが置換基を有していてもよいアシルアミノ基以外である一般式(3)で表される化合物は、市販の試薬メーカーから購入して得ることができるし、化学的な合成方法や、化学-酵素的に調製する方法でも得ることができる。具体的には、例えば化学的な合成方法としては、Nakanoら[Carbohydr.Res.,Vol.342(5),675-695(2007)]の方法によって、調製が可能である。
 一般式(3)中のYが置換基を有していてもよいアシルアミノ基である場合には、Yはペプチド又は蛋白質に由来する構造を含むアシルアミノ基が好ましい。
 この場合における蛋白質の分子量としては、特に限定されないが、加水分解反応をより進行させやすいという観点から、5,000~500,000であることが好ましく、さらに好ましくは10,000~150,000である。
 上記のペプチド又は蛋白質としては、例えば、動物細胞であれば、細胞外又は細胞表面に分泌しかつN-結合型糖鎖を有する糖蛋白質や糖ペプチドなどが挙げられ、例として、各種ホルモン、細胞接着因子、各種受容体、細胞外マトリクス、各種酵素、各種サイトカイン、抗菌性又は抗ウィルス性ペプチド、各種抗体などが挙げられる。
 これらの糖蛋白質は、試薬や食品として購入することもできるし、購入した食品や天然物から一般的な糖蛋白質の抽出方法、例えば〔日本生化学会“基礎生化学実験法”、Vol.5、東京化学同人、2000〕を用いて調製することもできる。
 反応に用いる糖蛋白質としての精製度(純度)としては、特に制限はないが、エンドM変異体の加水分解反応をよりすみやかに行う観点から、純度(水分を除く全質量に対する該糖蛋白質の割合)は50質量%以上であることが好ましい。さらに70質量%であることが好ましく、特に80質量%以上であることが好ましい。
 この場合に、該糖蛋白質のポリペプチド部分は、1種類であっても2種類以上であってもよい。
 なお、糖蛋白質の純度は、例えば、SDS-PAGEによる方法によって同様に確認できる。
 またYについて、上記のアシルアミノ基以外の置換基の中では、基質の溶解性の観点から、炭素数1~12の置換基を有していてもよいアルコキシ基が特に好ましい。これらの、置換基を有していてもよいアルコキシ基が結合したN結合型糖鎖を有する化合物は、エンドM変異体及びエンドM変異体ホモログの加水分解活性を簡易的に調査するための基質として有用である。
 上記のYについて、置換基を有していてもよいアシルアミノ基以外の一価の置換基において、一価の置換基がさらに有していてもよい置換基は、炭素数1~12のアルキル基、炭素数2~12のアルケニル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数6~12のアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素数1~12のアルキルアミノ基、炭素数1~12のアシルアミノ基、炭素数1~12のチオエーテル基、炭素数1~12のウレイド基、アジド基、炭素数1~12のアシルオキシ基、炭素数1~12のオキシカルボニル基、炭素数1~12のN-アルキルカルバモイル基、カルボキシル基及びピリジル基から選択される少なくとも1つであり、有していてもよい置換基が2以上ある場合には、それぞれの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
 また、有していてもよい置換基の数は1~20であり、好ましくは1~10である。20以下であることでエンドM変異体の加水分解活性又は糖鎖転移活性をより高めることができる。
 Yにおいて、具体例としての置換基を以下に挙げることができる。しかし、本開示のエンドM変異体はこれらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010

 
~還元アミノ化したオリゴ糖誘導体~
 エンドM変異体の加水分解のための基質としては、上記の他に、下記一般式(5)で示すようなN結合型糖鎖の還元末端のGlcNAcを還元アミノ化したオリゴ糖誘導体も用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011

 
 一般式(5)中、X、GlcNAc、Fucは前記一般式(3)とそれぞれ同義である。β1-4はGlcNAcの1位とHexNAcolの4位とのβグリコシド結合を表し、α1-6はFucの1位とHexNAcolの6位とのαグリコシド結合を表す。Rは一価の置換基を表す。さらに、Rに結合したHexNAcolは、下記一般式(6)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012

 
 一般式(6)中、Rは1価の置換基を表す。*は一般式(6)の非還元末端側のGlcNAcとの結合位置を表し、**は一般式(6)のFucとの結合位置を表す。
 Rとしては特に限定されないが、例えば、炭素数1~12のアルキル基、炭素数1~12のアルケニル基、炭素数7~20のアラルキル基、炭素数6~16のアリール基及びピリジル基が挙げられる。これらの置換基の中で、芳香環及び複素環上の水素原子はさらに、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキルアミノ基、アミノ基、シアノ基、炭素数1~6のアルキルシアノ基、カルバモイル基、カルボキシル基、スルホン酸基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のアルカノイル基又は炭素数1~10のアシルオキシ基で置換されていてもよい。
 上記の還元アミノ化オリゴ糖誘導体は、一般的な方法によって調製することができる。例えばRが2-アミノピリジル基である場合には、公知の方法〔Agric.Biol.Chem.,Vol.55(1),283-284(1991)〕に従って、糖蛋白質からN結合型糖鎖を遊離した試料を2-アミノピリジル化することで得られる。2-アミノピリジル化においては、例えばタカラバイオ社製の2-アミノピリジル化キットを利用することで調製できる。また、2-アミノピリジル化した多くの種類のN結合型糖鎖はすでに市販されている(例えばコスモバイオ社製)。
(加水分解反応)
 加水分解反応は、エンドM変異体および前記一般式(1)の(A)で表される基質を溶解させた溶液中で行われる。反応に用いる溶液としては、エンドM変異体の加水分解活性を阻害しないものであれば特に限定されないが、例えば、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、炭酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液、MOPS緩衝液、HEPES緩衝液、ホウ酸緩衝液及び酒石酸緩衝液などが挙げられる。これらの緩衝液は、単独でも組み合わせて用いられてもよい。
 上記の中でも、リン酸緩衝液が好ましく、具体的には、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウムが好ましく、より好ましくはリン酸ナトリウム、リン酸カリウムである。
 また、リン酸緩衝液の濃度としては、10mM~250mMが好ましく、10mM~150mMがより好ましく、より好ましくは20mM~100mMである。10mM以上とすることで緩衝能力を高めてエンドM変異体の加水分解活性を高め、250mM以下とすることで、同じくエンドM変異体の加水分解活性を高めることができる。
 また、反応における溶液のpHは、5.0~8.5が好ましく、5.5~7.0がより好ましく、6.0~7.0が特に好ましい。pHが5.0~8.5で、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの加水分解活性がより向上するため有効である。また、pHが5.0~8.5であることで、一般式(1)の(A)で表される基質を有する物質の安定性がより向上するので有効である。
 反応における温度としては、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの加水分解活性を高める観点から、4℃~45℃であることが好ましく、20℃~40℃であることがより好ましく、25℃~35℃であることが特に好ましい。4℃~45℃とすることで、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの加水分解活性を高めることができる。
 一般式(1)の(A)で表される基質を有する物質の濃度としては、特に限定されないが、加水分解反応をよりすみやかに完了させる観点から、100mM以下であることが好ましい。さらに20mM以下であることが好ましい。
 一般式(1)で表される反応における反応時間は、反応温度、(A)で表される基質の濃度及びエンドM変異体の濃度によって適宜調整されることが好ましい。例えば、反応温度が25℃~40℃、(A)で表される基質が0.5mM~20mM、エンドM変異体が0.1μg/μL~10μg/μLである場合には、反応時間は3時間~100時間であることが好ましい。3時間以上であることで加水分解反応をより進行させることができ、100時間以内であることで、より純度の高い加水分解生成物を得ることができる。
≪N結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法≫
 本開示においては、上記のエンドM変異体の存在下、糖鎖供与体と、下記一般式(1)で表される糖鎖受容体と、を反応させることによりN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質を製造するN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法を提供することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013

 
 一般式(1)中、Yは1価の置換基を示す。Fucはフコシル基を表し、GlcNAcはN-アセチルグルコサミニル基を表す。α1-6は、Fucの1位とGlcNAcの6位とのαグリコシド結合を表す。
(糖鎖受容体)
 糖鎖受容体としては、前記一般式(1)で表されるものであれば、エンドM変異体の糖鎖転移活性を阻害するものでない限り、特に限定されない。また、一般式(1)中のYの好ましい範囲は、前記一般式(4)と同じである。
 一般式(1)で表される糖鎖受容体のうち、Yが蛋白質に由来する構造を含まないものは、例えば、Huangら[Chembiochem.,Vol.12(6),932-941(2011)]に示されるように、化学的な方法で調製できる。また、Yが蛋白質に由来する構造を含まないアシルアミノ基であり、ペプチドに由来する構造を含むものは、特許文献(特開平10-45788号公報)に示されるようなペプチド伸長工程を含む化学的な合成法によって調製できる。さらに、試薬メーカーによって得られる糖ペプチド又はN結合型糖鎖の誘導体を、本開示のエンドM変異体もしくは市販のエンド酵素によって加水分解することで容易に調製できる。
 また、Yが蛋白質を含むものは、上記のように、市販の試薬や食品を購入して得られる糖蛋白質、あるいは食品や天然物を一般的な抽出分離法によって得られた糖蛋白質に対し、本開示のエンドM変異体もしくは市販のエンド酵素で加水分解することで容易に調製できる。
 市販のエンド酵素としては、エンドH(ニューイングランドバイオラボ社製)、エンドS(シグマ-アルドリッチ社製及びニューイングランドバイオラボ社製),エンドD(コスモバイオ社製),エンドF1~F3(シグマ-アルドリッチ社製)などが挙げられる。また、市販されていない酵素としては、GHファミリー85に属するグリコシルヒドラーゼ、又はGHファミリー18に属し、かつN-結合型糖鎖を加水分解する酵素であることが示されているものを挙げることができる。
 しかし、これらの中でも、本開示のエンドM変異体が、基質特異性の幅広さから好適である。本開示のエンドM変異体で、糖鎖変換の目的となる糖蛋白質の不要なN結合型糖鎖の非還元末端側部位を遊離させ、所望のN結合型糖鎖の非還元末端側部位を新たに導入することができるので有利である。
(糖鎖供与体)
 糖鎖供与体としては、エンドM変異体が糖鎖受容体に糖鎖転移できるものであれば、特に限定されない。例えば、前記一般式(3)に示すような、N結合型糖鎖を有する化合物、ペプチド及び蛋白質、あるいは下記一般式(7)のような、非還元トリマンノシルGlcNAc含有糖鎖の還元末端GlcNAcがオキサゾリン化された誘導体が挙げられる。これらの糖鎖供与体は、糖鎖受容体が存在することで、エンドM変異体により非還元末端側糖鎖が効率的に糖鎖転移される。
 しかし、高い糖鎖転移収量および糖鎖転移収率で、糖鎖受容体に糖鎖転移させるという観点からは、下記一般式(7)に示すようなトリマンノシルGlcNAc含有糖鎖の還元末端GlcNAcがオキサゾリン化された誘導体が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014

 
 一般式(7)中、X~X、Z、Man,α1-6、α1-3及びβ1-4は一般式(4)と同義である。また、GlcNAc-oxaは、下記に示すような構造を表す。*は、Manとβ1-4結合する位置を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015

 
 
 一般式(7)において、X~X、Zにおける糖質由来の基としては、一般式(4)とそれぞれ同義であり、好ましい範囲も同様である。
 このようなオキサゾリン化したN結合型糖鎖由来の誘導体は、例えば野口ら[J.Org.Chem.,Vol.74(5),2210-2212(2009)]の方法によって調製が可能であり、複合型糖鎖由来の構造を有するオキサゾリン誘導体については、例えば、市販のN結合型糖鎖由来の構造のオリゴ糖(D4065、東京化成工業株式会社製)、あるいは市販の糖ペプチド〔シアログリコペプチド(SGP、東京化成工業株式会社製)〕をエンド酵素で加水分解して得られるトリマンノシルGlcNAc含有糖鎖の還元末端のGlcNAcを、さらにオキサゾリン化して得ることができる。オキサゾリン化については、例えば市販のオキサゾリン化用の試薬(CDMBI、株式会社伏見製薬所製)を利用することができる。
(反応)
 反応、すなわち糖鎖転移反応は、エンドM変異体、糖鎖供与体及び糖鎖受容体を溶解させた溶液中で行われる。反応に用いる溶液としては、エンドM変異体の糖鎖転移活性を阻害しないものであれば特に限定されないが、例えば、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、炭酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液、MOPS緩衝液、HEPES緩衝液、ホウ酸緩衝液及び酒石酸緩衝液などが挙げられる。これらの緩衝液は、単独でも組み合わせて用いられてもよい。
 上記の中でも、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの糖鎖転移活性の点から、リン酸緩衝液が好ましく、具体的には、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウムが好ましく、より好ましくはリン酸ナトリウム、リン酸カリウムである。
 また、リン酸緩衝液の濃度としては、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの糖鎖転移活性の点から、10mM~250mMが好ましく、20mM~150mMがより好ましく、より好ましくは50mM~100mMである。10mM以上とすることで緩衝能力を高め、250mM以下とすることで、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの糖鎖転移活性を高め、糖鎖転移収率及び糖鎖転移収量を高めることができる。
 また、反応における溶液のpHは、糖鎖転移収率及び糖鎖転移収量を高める観点から、5.5~8.5が好ましく、6.0~8.0がより好ましく、6.5~7.5が特に好ましい。
 反応における温度としては、エンドM変異体又はエンドM変異体ホモログの糖鎖転移活性の観点、糖鎖転移収率、糖鎖転移収量を高める観点及び糖鎖受容体やエンドM変異体等の安定性の観点から、4℃~40℃であることが好ましく、20℃~40℃であることがより好ましく、25℃~35℃であることが特に好ましい。4℃以上とすることで、エンドM変異体等の糖鎖転移活性を高めることができ、40℃以下とすることで、糖鎖転移収率及び糖鎖転移収量を高めることができる。
 糖鎖転移反応においては、反応溶液中のエンドM変異体(もしくはエンドM変異体ホモログ)の濃度は、0.005μg/μL~0.5μg/μLであることが好ましい。0.005μg/μL以上であることで、糖鎖転移収率を向上させ、0.5μg/μL以下であることで、エンドM変異体(もしくはエンドM変異体ホモログ)の糖鎖転移後生成物の再加水分解を抑制し、糖鎖転移収量及び糖鎖転移収率を向上させることができる。
 なお、エンドM変異体の加水分解活性、糖鎖転移収量及び糖鎖転移収率は、上記のように、例えば、TLC、SDS-PAGE、HPLC又はMALDI-TOF MSによる測定方法等によって確認することができる。
 糖鎖転移反応において、糖鎖受容体の反応溶液中の濃度としては、エンドM変異体の糖鎖転移反応を阻害するものでなければ特に限定されるものでなく、所望とする糖鎖転移収量や糖鎖受容体の反応溶液中への溶解度等を考慮して適宜調整される。しかし、前記一般式(1)で表される糖鎖受容体が蛋白質を含まないものでは、0.1mM~200mMが好ましい。0.1mM以上であることで、より高い糖鎖転移収量を得ることができ、200mM以下であることで、より高い糖鎖転移活性を有するエンドM変異体による糖鎖転移反応によって、糖鎖転移収率を高めることができる。中でも、1mM~50mMであることがより好ましい。
 糖鎖転移反応においては、糖鎖供与体の糖鎖受容体に対するモル比率(糖鎖供与体のモル数/糖鎖受容体のモル数)は、用いる糖鎖供与体もしくは糖鎖受容体の種類や、反応後における、それらの回収等を考慮して、適宜設定することができる。しかし、糖鎖転移反応によってN結合型糖鎖含有化合物を調製する場合には、モル比率は0.2~20.0で行うことが好ましく、0.5~15.0で行うことがより好ましく、1.0~10.0で行うことが特に好ましく、さらに1.0~5.0で行うことが最も好ましい。モル比率が0.2以上で、より十分な糖鎖転移収量を得ることができ、20.0以下で行うことで、より高い糖鎖転移収率を得ることができる。
 糖鎖転移反応における反応時間は、反応温度及びエンドM変異体の質量等によって、適宜設定されるが、10分~600分であることが好ましい。10分以上であることで、糖鎖転移収率をより高いものにすることができ、600分以下であることで、糖鎖転移後の生成物の加水分解の影響をより効果的に防ぎ、糖鎖転移収率及び糖鎖転移収量を高めることができる。上記の反応時間の中でも、30分~120分であることがより好ましい。
 上記の反応において、反応を開始してから所定時間後に、さらに糖鎖供与体とエンドM変異体を添加してもよく、この操作によって、糖鎖転移収量をさらに高めることができる。この場合には、糖鎖転移収量を高める観点からは、初めの糖鎖供与体投入時から、3時間~48時間まで反応を行うことが好ましい。
 本開示のN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法では、固体、動物組織及び細胞等を使用しないので、外部からの夾雑物又はウィルスなどは混入する可能性は極めて低い。このため、安全かつ機能を維持した医薬用組成物や薬品の構成成分として提供できる。また、医薬用組成物は、本開示の製造方法によって製造されたN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の他、製薬上許容し得る安定化剤、緩衝剤、賦形剤、結合剤、崩壊剤、嬌味剤、着色剤、香料等を適宜添加して、注射剤、錠剤、カプセル剤、顆粒剤、細粒剤、散剤等の剤形にすることができる。
 また、本開示のN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法では、多くの種類の糖鎖供与体を用いて、対応する多くの種類のN結合型糖鎖を高い割合で含有する化合物又はN結合型糖鎖を含有する蛋白質が得られるため、得られたものは糖鎖標品としても有用である。
 以下、本開示のエンドM変異体及び本開示の製造方法を実施例によって詳細に説明するが、本開示のエンドM変異体及び本開示の製造方法の範囲はこれらの実施例に記載された態様に限定されるものではない。
<エンドM変異体の調製>
(エンドMにおけるアミノ酸の変異位置の決定)
 エンドA及びエンドDは、アミノ酸配列の一次構造による比較から、共にGHファミリー85に属し、両者共にN結合型糖鎖を加水分解する酵素であることが知られている。上記のように、エンドAはコアフコースを含有するN結合型糖鎖を加水分解しないが、エンドDは加水分解する。
 一方、エンドAはYinらの文献[PLoS One,Vol.4,4658(2009)]及びLingらの文献[J.Mol.Biol.,Vol.389(1),1(2009)]、エンドDはAbbotらの文献[J.Biol.Chem.,Vol.284,11676(2009)]によって、N結合型糖鎖の一部を有する化合物との共結晶の立体構造解析が報告されている。図1Aは、エンドAとM3N1-チアゾリン誘導体との共結晶における触媒領域の立体モデルを示し、図1Bは、エンドDとM3N1-チアゾリン誘導体との共結晶における触媒領域付近の立体モデルを示す。
 そこで、これらの情報を基に、エンドAとN結合型糖鎖の一部を有する下記に示す化合物(M3N1-チアゾリン)との共結晶立体構造と、エンドDとN結合型糖鎖の一部を有する同化合物との共結晶立体構造とを、PyMol(DeLano Scientific LLC社製)によって重ね合わせ、活性残基付近のアミノ酸残基の分布の相違について検討し、コアフコースを許容する可能性のあるアミノ酸残基もしくはコアフコースの許容を阻害する可能性のあるアミノ酸残基(エンドA)を推定した。なお、PyMolは、タンパク質や小分子、電子密度や分子表面、軌道を3D画像化できる一般的な分子グラフィックツールである。
 推定されたアミノ酸残基を、図2に示すように、エンドA、M及びDを一次配列で比較(アライメント)した。図2中の3つのエンド酵素の配列上には、エンドMのアミノ酸について、変異させるアミノ酸とアミノ酸番号及び変異後のアミノ酸を、例えばW251Nのように表記している。また、矢印の元は、対応するエンドAのアミノ酸とアミノ酸番号を示す。さらに配列中において、エンドMの175番目と177番目の囲み線と黒塗りの三角記号は、エンドM、エンドA及びエンドDの加水分解反応における活性残基及び活性残基に直接関与する酸性アミノ酸残基を示す。他の囲み線は、エンドMについて変異する候補のアミノ酸残基とそれに対応するエンドAとエンドDのアミノ酸残基を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016

 
 結果から、コアフコースに関与すると推定されるエンドDの各アミノ酸残基について、エンドMの125番目のグリシン(G125)がエンドDのトリプトファン(W292)に、エンドMの128番目のグルタミン(Q128)がエンドDのセリン(S295)に、エンドMの228番目のトリプトファン(W228)がエンドDのヒスチジン(H384)に、エンドMの251番目のトリプトファン(W251)がエンドDのアスパラギン(N413)に、それぞれ対応するものと推定された。これらの情報を基に、以下にエンドM変異体を調製した。
(エンドM変異体の発現用ベクターの構築)
 エンドM変異体として、G125W変異体、Q128A変異体、Q128S変異体,W228H変異体、W251A変異体及びW251N変異体を下記のように調製した。
 本実施例で用いられる、エンドM変異体は、梅川らの文献[J.Biol.Chem.Vol.285(1),511-521,(2010)]に記載される方法に従って調製した。配列番号1のアミノ酸配列の全長をコードするDNAを、市販の蛋白質発現ベクター(pET23b、Novagen社製)のマルチクローニングサイトにあるBamHIおよびXhoIサイトに導入したプラスミドDNA(pET23b-EndoM-His6)を鋳型とし、下記表1に示すように、変異するアミノ酸をコードしたForward primer用のオリゴDNAとReverse primer用のオリゴDNA(配列番号2~13)を用い、各エンドM変異体調製のための蛋白質発現用ベクターを構築した。この調製方法によって、各エンドM変異体のC末端領域に6つのヒスチジン(6×His、ヒスタグ)が融合した蛋白質を得ることができる。
 具体的には、下記表1で示されるプライマーセット、DNAポリメラーゼ(KOD-plus、東洋紡社製)、鋳型となるプラスミドDNA(pET23b-EndoM-His6)、核酸供与体(dNTP)及び硫酸マグネシウム(MgSO)を以下(Cy-1)の条件にて混合し、サーマルサイクラー(PCRサーマルサイクラーダイス、タカラバイオ社製)によって、下記(Cy-2)に示す各ステップにおける温度と時間の条件で、DNAを増幅させた。
 〈Cy-1の条件〉
・10×KOD-Plus-緩衝液:5μL
・2mM dNTP:5μL
・25mM MgSO:2.4μL
・鋳型となるプラスミド(100ng/μL):0.1μL(10ng)
・Forward primer(10μM):1μL(10pmol)
・Reverse primer(10μM):1μL(10pmol)
・KOD-plus:1μL
・2回蒸留後滅菌した水:35.4μL
 〈Cy-2の条件〉
・ステップ1;温度95℃、2分間インキュベート
・ステップ2;温度95℃、30秒間インキュベート
・ステップ3;温度55℃、1分間インキュベート
・ステップ4;温度68℃、6分30秒間インキュベート
・ステップ5;ステップ2からステップ4までを16サイクル
・ステップ6;ステップ5後に温度68℃5分間インキュベート
・ステップ7;ステップ6後に4℃でインキュベート
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017

 
 
 上記によって得られた溶液に1μLの制限酵素DpnIを加え、37℃で1時間インキュベートし、鋳型DNAを切断・除去した。得られた溶液の一部を用いて、大腸菌DH5α株に形質転換処理を行い、アンピシリン(Amp)100μg/mL含有のアガロース含有LB培地上で形質転換体を得た後、プラスミドを抽出し、DNAシーケンスを行った。シーケンスの結果により、エンドMをコードする遺伝子について、各アミノ酸の変異に対応する変異が導入されたことを確認した。その後、各変異導入されたエンドM遺伝子をコードする蛋白質発現用ベクター(pET23b-ΔEndoM-His6)を、蛋白質発現用の大腸菌BL21(DE3)株に導入(形質転換)し、形質転換体を得た。
(エンドM(WT)の大腸菌による発現および精製)
 なお、エンドM(WT)においては、上記の変異導入の操作を行わずに、上記文献による方法によって、エンドMをコードするDNAが導入されたベクター(pET-EndoM-His6)で形質転換されたBL21(DE3)を調製し、下記のようにエンドMを発現させ、精製することで得られた。
(エンドM変異体の大腸菌による発現および精製)
 pET23b-ΔEndoM-His6を有するBL21(DE3)を、アンピシリン(Amp)100μg/mL含有のLB培養液5mLで前培養(37℃、12時間)した後、その1mL(OD値、0.5~2.0)を100mLのアンピシリン(Amp)100μg/mL含有のLB培養液に添加し、そのまま振盪培養(19℃、38時間)を行った。培養後の菌体を遠心分離(3300×g,10分間、4℃)により回収後、1mMのPMSF溶液を含むBugBusterMasterMix(Novagen社製)5mLを加え、室温で10分間、浸透しながらインキュベートすることにより、菌体の溶解物を得た。得られた溶解物を室温、21500×g,15分間遠心することで沈殿物を除去し、得られた上清に500mMのイミダゾール溶液を終濃度20mMとなるように添加し、1mL用のヒスタグ精製用カラム(Ni2+-charged Hi-trap chelating column、GE Healthcare(GE)社製)にそのまま供した。その後、20mMイミダゾール、0.5MのNaCl及び1mMのジチオトライトール(DTT)を含む20mMのリン酸緩衝液(pH7.5)を上記カラムに10ml加えることよってカラムに結合したヒスタグを有しない蛋白質等を除去した後、カラムに結合したタンパク質を、100mMのイミダゾール、0.5MのNaCl及び1mMのDTTを含む20mMのリン酸緩衝液(pH7.5)を4mLを加え、カラムから流出する溶液を1mlずつ分画(フラクション)し、その後さらに150mMのイミダゾール、0.5MのNaCl及び1mMのDTTを含む20mMのリン酸緩衝液(pH7.5)の4mLを加え、カラムから流出する溶液を1mlずつ分画(フラクション)した。それぞれのフラクション(1mLずつ、計8本)についてSDS-PAGEを行うことで、含有する蛋白質を確認した。その後、これらのフラクションのうち、精製された蛋白質を含むフラクションを集め、限外ろ過膜を有する遠心フィルターユニット(分画分子量30,000、Amicon Ultra、ミリポア社製)を用い、0.15MのNaClを含む20mMのリン酸緩衝液(pH7.5)を加えて何度も遠心濃縮を繰り返すことで、前記緩衝液への置換及び蛋白質の濃縮を行った。さらに20mMのリン酸緩衝液(pH7.2)中で透析(Slide-A-Lyzer Dialysis Casette、分画分子量7kDa、Thermo Scientific社製)を行い、その一部をMono-Qカラム(孔径5mm×長さ50mm、GE社製)を接続させた中圧クロマトグラフィー[FPLC system(AKTA explorer、GE社製)]によって精製した。クロマトグラフィー操作においては、20mMのリン酸緩衝液(pH7.2)(A)と1MのNaClを含む20mMのリン酸緩衝液(pH7.2)(B)とを用い、NaClの直線的な濃度勾配を加え、各フラクションに分画した。得られた各フラクションについて、SDS-PAGEを行うことで含有する蛋白質の確認を行い、精製されたエンドM変異体を含むフラクションを集め、上記同様の限外ろ過膜を有する遠心フィルターユニットによって濃縮し、実施例に使用するエンドM変異体を含む溶液を得た。得られた各変異体についてのSDS-PAGEの結果を図3に示す。
 結果から、80kDa付近(矢印の位置)に、メインバンドを有するエンドM(WT)、G125W変異体、Q128A変異体、Q128S変異体,W228H変異体、W251A変異体及びW251N変異体を含む溶液を調製することができた。
 また、N175Q変異体については、東京化成工業株式会社製のものをそのまま用いた。N175Q変異体は、梅川らの文献[J.Biol.Chem.Vol.285(1),511-521,(2010)]に記載されるように、上記一般式(7)で表されるような非還元トリマンノシルGlcNAc含有糖鎖の還元末端GlcNAcがオキサゾリン化された誘導体を、コアフコースを有しない糖鎖受容体に効率的に糖鎖転移することが知られている。
(試薬など)
 生成物の確認に用いたM3N1は東京化成工業株式会社製を、生成物の確認及び糖鎖転移反応に用いたSialo-glyco oxazoline(SG-oxazoline)、N1-biotin及びF1N1-biotinは、東京化成工業株式会社製のものをそのまま用いた。また、その他のエンドM変異体の加水分解反応に用いる試薬、エンドM変異体の精製に用いる試薬、下記測定に用いる試薬はすべて市販のもの(特に示さない場合、東京化成工業株式会社製のもの)を用いた。
 エンドM変異体の加水分解反応[前記反応式(1)]の基質に用いたM3F-biotinとM3-biotinは、図4に示す合成ルートによって調製した。図中の括弧内は化合物番号を示す。
 下記に具体的な調製方法を示す。また、合成した生成物については、薄層クロマトグラフィー及びNMRによって確認した。薄層クロマトグラフィーはメルク社製の60F254を用い10%硫酸エタノールにて発色させて確認した。NMRは日本電子株式会社製ECA-400を用いた。なお、下記の「グルコサミニル基」及び「フコシル基」には、それらの水酸基が他の基に置換されているものも含むものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018

 
~M3-biotin及びM3F-biotinの調製法~
 M3-biotin及びM3F-biotinの調製においては、図4の化合物(1)に示す4糖誘導体を出発物質に用いた。
〈化合物(2)の調製〉
 化合物(1)30mg(0.015mmol)に、アセトニトリル0.6ml,トルエン0.5ml及びイオン交換水0.3mlを加えて溶解させた後、0℃に冷却して硝酸セリウムアンモニウム82mgを加え、0℃で7時間撹拌した。その後、薄層クロマトグラフィーで出発物質[化合物(1)]の消失を確認した後、反応後溶液を酢酸エチルで希釈し、水相を、水、飽和重曹水、飽和食塩水の順でそれぞれ分液処理を行った。回収した有機層を、減圧濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー[充填剤:PSQ100B(富士シリシア社製)、展開液(体積比):トルエン/酢酸エチル=3/2]にて精製し、化合物(2)20mgを収率70%で得た。
〈化合物(3)の調製〉
 化合物(2)150mg(0.079mmol)を塩化メチレン1.5mlに溶解させ、0℃に冷却した後にトリクロロアセトニトリル80mμl及びジアザビシクロウンデセン1.1μlを加え、0℃で1時間撹拌した。その後、薄層クロマトグラフィーを用いて、化合物(2)の消失及び生成物の生成を確認した後、シリカゲルPSQ60Bを用いて濾過を行った。濾液を減圧濃縮することで、化合物(3)160mgを収率99.3%で得た。
〈化合物(4)の調製〉
 アルゴン雰囲気下、塩化メチレン1mL中、化合物(3)160mg(0.079mmol)と、化合物(A)(Fuc1-6GlcNAc-PrNHZ)140mg(0.139mmol)とを、モレキュラーシーブ4Aの混合物を、-20℃に冷却した。冷却後に、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルシリル0.8μlを加え、-20℃で1時間撹拌した。その後、薄層クロマトグラフィーを用いて化合物(3)の消失及び生成物の生成を確認した後、反応溶液にさらにトリエチルアミン2μlを加えて反応を停止させた。
これを上記同様の方法にて濾過した後、濾液を減圧濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー[充填剤:PSQ100B、展開液(体積比):塩化メチレン/メタノール=100/1]にて精製を行い、化合物(4)120mgを収率54%で得た。
(4)の構造は、H-NMR(400MHz、CDCl)スペクトル法にて解析し、0.99ppm付近に、フコシル基の6位メチル水素由来のピークが存在することから確認できた。
〈化合物(4’)の調製〉
 アルゴン雰囲気下、塩化メチレン1mL中、化合物(3)320mg(0.157mmol)、化合物(B)(GlcNAc-PrNHZ)320mg(0.471mmol)及びモレキュラーシーブ4Aの混合物を、上記化合物(4)と同様の操作によって化合物(4’)235mgを収率57%で得た。(4’)の構造は、H-NMR(400MHz、CDCl)スペクトル法にて解析し、5.15ppm付近に、グルコサミニル基の還元末端炭素に結合する水素由来のピークが存在することから確認できた。
〈化合物(5)の調製〉
 化合物(4)20mg(0.0069mmol)を1-ブタノール2mlに溶解させ、無水エチレンジアミン28μlを加えて還流しながら23時間撹拌した。その後、薄層クロマトグラフィーを用いて化合物(4)の消失及び生成物の生成を確認し、さらにニンヒドリン反応によるアミノ基の生成の確認を行い陽性であることを確認した後、反応後溶液にトルエンを加えて減圧濃縮することで、シロップ状の残渣を得た。得られた残渣をメタノール2mlに溶解させ、さらに無水酢酸130μlを加え、室温で30分撹拌した。その後、薄層クロマトグラフィーを用いて出発物質の消失及び生成物の生成の確認し、トリエチルアミン0.19mlを加えて反応を停止した。得られた溶液を減圧濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー[充填剤:PSQ100B、展開液(体積比):塩化メチレン/メタノール=50/1]にて精製を行い、化合物(5)12mgを収率69%で得た。
(5)の構造は、H-NMR(400MHz、CDCl)スペクトル法にて解析し、1.64ppmおよび1.84ppm付近に、アセトアミド基のメチル水素由来のピークが存在することから確認された。
〈化合物(5’)の調製〉
 化合物(5)の調製において、化合物(4)の代わりに化合物(4’)75mg(0.029mmol)を用いた他は、同様の操作を行い、化合物(5’)38mgを収率62%で得た。
 化合物(5)の構造は、H-NMR(400MHz、CDCl)スペクトル法にて解析し、1.61ppmおよび1.85ppm付近に、アセトアミド基のメチル水素由来のピークが存在することから確認された。
〈化合物(6)の調製〉
 化合物(5)10mg(0.0048mmol)を、テトラヒドロフラン1.4ml、エタノール1.4ml、イオン交換水0.7ml及び酢酸0.4mlを混合させた溶液に溶解させ,パラジウム炭素(パラジウム約5%含有)12mgを加え、水素雰囲気下、45℃で24時間撹拌させた。その後、薄層クロマトグラフィー[展開液(体積比):酢酸エチル/メタノール/イオン交換水/酢酸=2/2/2/1]にて化合物(4)の消失及び生成物の生成を確認し、さらに反応後溶液(懸濁液)を、ゲル濾過クロマトグラフィー[充填剤:セファデックスLH-20(GE社製)、溶出液(体積比):イオン交換水/メタノール=1/1)]によって分離精製した。
 分離後に得られた化合物(6)を含むフラクションを回収し、減圧濃縮して得られた残渣をイオン交換水に溶解させ、さらに凍結乾燥を行うことで、化合物(6)の凍結乾燥粉末5.2mgを収率98.5%で得た。
 化合物(6)の構造は、H-NMRスペクトル法にて確認した。結果の詳細を以下に示す。
 H-NMR(DO)δ:4.92(1H, brs, ManH-1),4.74(1H, brs, ManH-1),4.72(1H, brs, FucH-1), 4.49 (1H, d, J = 7.8 Hz, GlcNAc H-1), 4.30 (1H, d, J= 8.2 Hz, GlcNAc H-1), 1.92 (3H, s, OCOCH3), 1.87 (3H, s, OCOCH3), 1.05 (3H, d, J = 6.9 Hz, Fuc H-5).
〈化合物(6’)の調製〉
 化合物(6)の調製において、化合物(5)の代わりに化合物(5’)23mg(0.011mmol)を用いた他は、同様の操作を行い、化合物(6’)の凍結乾燥粉末9.5mgを収率96.0%で得た。
 化合物(6’)の構造は、H-NMRスペクトル法にて確認した。結果の詳細を以下に示す。
 H-NMR(D2O)δ:4.97(1H, s, Man H-1), 4.79 (1H, s, Man H-1), 4.47 (1H, d, J = 7.8 Hz, GlcNAc H-1), 4.36 (1H, d, J = 7.3 Hz, GlcNAc H-1), 1.95 (3H, s, OCOCH3), 1.92 (3H, s, OCOCH3).
〈M3F-biotin[化合物(7)]の調製〉
 化合物(6)8.0mg(0.0071mmol)をジメチルスルホキシド1mlに溶解させ、D-ビオチン N-スクシンイミジル3.6mg(0.0107mmol)を加えて5時間撹拌した。得られた懸濁液を、ゲル濾過クロマトグラフィー[充填剤:セファデックスLH-20、溶出液(体積比):イオン交換水/メタノール=1/1]によって分離精製した。分離後に得られたM3F-ビオチンを含むフラクションを回収し、減圧濃縮して得られた残渣をイオン交換水に溶解させ、さらに凍結乾燥を行うことで、M3F-biotin[化合物(7)]の凍結乾燥粉末8.3mgを収率88%で得た。
(7)の構造はH-NMR及び13C-NMRスペクトル法にて確認した。結果の詳細を以下に示す。
 H-NMR(DO)δ: 4.92(1H, s, Man H-1), 4.48(1H, d, J = 7.8 Hz, GlcN H-1), 4.44(1H, dd, J = 8.0, 4.8 Hz, CH2), 4.30(1H, d, J = 8.2 Hz, GlcN H-1), 4.25(2H, dd, J = 7.8, 4.6 Hz, CH2), 1.91(3H, s, OCOH3), 1.86(3H, s, OCOCH3).
 13C-NMR(DO)δ: 104.50, 103.16, 103.01, 102.38, 101.57, 101.29.
 上記より、13C-NMRスペクトルにおいて6つの糖ユニットの還元末端炭素に由来するピークと、H-NMRスペクトルにおいて4.4ppm付近と4.2ppm付近にビオチン基のテトラヒドロチオフェン環上のプロトン由来のピークと、が確認されたことから、M3F-biotin[化合物(7)]の構造が確認された。
〈M3-biotin[化合物(7’)]の調製〉
 化合物(7’)の調製において、化合物(6)の代わりに化合物(6’)9mg(0.0092mmol)を用いた他は、同様の操作を行い、化合物(7’)の凍結乾燥粉末9.8mgを収率89%で得た。
 化合物(7’)の構造は、H-NMRスペクトル法にて確認した。結果の詳細を以下に示す。
 H-NMR (D2O) δ: 5.08 (1H, s, Man H-1), 4.90 (1H, brs, Man H-1), 4.47 (1H, d, J = 7.8 Hz, GlcNAc H-1), 4.41 (1H, dd, J = 7.8, 4.6 Hz, CH2), 4.24 (1H, s, Man H-1), 2.07 (3H, s, OCOCH3), 2.02 (3H, s, OCOCH3).
 13C-NMR (D2O) δ: 103.23 , 102.09 , 101.75 , 101.08 , 100.31.
 上記より、13C-NMRスペクトルにおいて5つの糖ユニットの還元末端炭素に由来するピークと、H-NMRスペクトルにおいて4.4ppm付近と4.2ppm付近にビオチン基のテトラヒドロチオフェン環上のプロトン由来のピークと、が確認されたことから、M3-biotin[化合物(7)]の構造が確認された。
<コアフコースを含有する糖蛋白質(リツキサン)の調製>
 コアフコースを含有する糖蛋白質として、以下の性質を有する市販のリツキシマブ製剤(リツキサン、全薬工業株式会社製)を実施例3として用いた。
 ・分子量:144510
 ・構造:可変領域の一部がマウス型に置換されたヒト型IgG1
 ・機能:分化抗原CD20を抗原とする
 ・調製:リツキシマブをコードする遺伝子発現構成体をチャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO)に導入し、その後に発現誘導を行って調製
 上記のように、CHOから生産されるリツキサンが有するN結合型糖鎖は、ほとんどがコアフコースを有していることが知られており、例えば、Shieldsらの文献[J.Biol.Chem.,Vol.277,26733(2002)]及びRajuらの文献[Bioprocess Int.,Vol.4,44(2003)]、Liらの文献[mAbs,Vol.5,565(2013)]に詳しく記載されている。
<コアフコースを含有する糖ペプチド(リツキサンペプチド)の調製>
 リツキサン800μgを400μLの40mMの炭酸アンモニウムに溶解させ、10 mMジチオスレイトール(DTT)を添加して55度にて45分間インキュベートした。その後、室温まで冷却した後、終濃度30mMとなるようにヨードアセタミドを添加し、さらにチューブを遮光して、1時間室温にてさらに静置した。次いで、5μgのトリプシン(Modified Sequence Grade Trypsin、プロメガ社製)を加え、37度で16時間インキュベートすることによって、リツキサンをペプチドにまで消化した。得られたリツキサンペプチドは、乾燥後、5%酢酸に溶解し、得られた溶液を、C18カートリッジカラムにアプライした。その後、C18カラムを5%酢酸で洗浄した後、該カラムに結合したペプチド・糖ペプチドを20%の2-プロパノールを含む5%酢酸および40%の2-プロパノールを含む5%酢酸によって、順次溶出し、溶出後に回収した溶液を遠心濃縮によって乾燥させ、リツキサンペプチドを得た。なお、得られたリツキサンペプチドは、N結合型糖鎖を有する糖ペプチドを、全リツキサンペプチドの質量に対して10質量%程度有する混合物である。
<ヒトラクトフェリンの調製>
 コアフコースを含有する糖蛋白質であるヒトトランスフェリン(hLF)は、市販品(L3770、シグマ-アルドリッチ社製)をそのまま用いた。なお、Yuらの文献[Glycobiology,Vol.21,206(2011)]に記載されるように、hLF中のほとんどがコアフコースを含有する複合型糖鎖を2つ有することが知られている。
<各種測定方法>          
(TLC)
 下記反応後の溶液2μLを、薄層クロマトグラフィー(TLC、Silica gel60、Merck社製)にスポットし、展開溶媒(1-ブタノール/酢酸/水:3/2/2)によって展開し、オルシノール法、すなわち2Mの硫酸に溶解させた0.2体積%のオルシノール溶液に浸漬した後、110℃で10分程度加熱することで呈色させた。呈色したプレートは市販のスキャナー装置で画像化した。
(HPLC)
 反応後の溶液10μLに、10μLの0.1体積%トリフルオロ酢酸(TFA)を添加し、HPLC測定の試料として用いた。HPLC測定は、分析用のカラム[Cosmosil 5C18 AR-II(孔径4.6mm×長さ150mm、ナカライテスク社製)]を装備したHPLCシステム[分離モジュール:e2569(ウオータース社製)、フォトダイオードアレイ検出器:2999(ウオータース社製)]により下記の条件で行った。
〔条件〕
・溶離液:0.1体積%のTFAを含有した純水(A)と0.1%のTFAを含有したアセトニトリル(B)を体積比((A):(B))9:1で混合後、脱気した溶液
・流速:0.5mL/min
・検出波長:214nm(UV-PDA)
(MALDI-TOF MS)
 反応後の溶液に80μLの冷アセトンを加え、-80℃で30分静置した。その後、17400×gで10分間遠心し、上清を別チューブに移し濃縮遠心によって乾燥後、10μLの純水に溶解させた。得られた溶液2μLをTLCによって確認し、1μLを3μLのDHBA溶液(20mg/mLの2,5-ジヒドロキシ安息香酸を50%メタノール水溶液に溶解させた溶液)に溶解させた。得られた溶液の2μLずつを、MALDI-TOF MS分析用のplateにスポットし乾燥させ、MALDI-TOF MS分析を、Ultrafle Xtreme JA(ブルーカー・ダルトニクス社製)もしくはautoflex speed-tko1リフレクタシステム(ブルーカー・ダルトニクス社製)を用い、下記の測定条件で行った。
・測定モード:ポジティブイオンモード,及びリフレクターモード
・測定電圧:25kv及び1.5kv~2.5kv
・測定分子量の範囲:m/z0~4000及び45000~60000
・積算回数:20000~40000及び1000~8000
 また、MS/MS測定は、上記のMALDI-TOF MS測定によって得られた、所定のm/z値を有するシグナルをプリカーサーイオンとして用い、アルゴンガスを使用して行った。
(SDS-PAGE)
 SDS-PAGEによる測定は、市販のスラブゲル用の装置(日本エイドー株式会社製の恒温式2連ミニスラブゲル電気泳動装置)を用い、10%のポリアクリルアミドゲルを、40mAで60分間電気泳動後に、ゲルをクマシブリリアントブルーで染色し、得られたゲルを評価した。マーカーは、Protein Marker Broad Range(2-212kDa)(NEB社製)を用いた。なお、検出においては、ゲル撮影装置(スキャナーGT-X970、エプソン社製)を用いた。
<エンドM変異体による加水分解>
〔実施例1〕
 1.5mLのマイクロチューブ中に、エンドM変異体としてW251A変異体の1μgと、基質(反応式(1)の(A))としてM3-biotin又はM3F-biotinの10μgと、を30mMのリン酸ナトリウム水溶液(pH6.0)10μLに溶解させた後、恒温槽中、30℃でインキュベートした。所定時間のインキュベート後に、95℃で5分間の熱処理によって反応を停止し、反応後の溶液を得た。得られた溶液について、TLC、HPLC及びMALDI-TOF MSによる測定を行い、加水分解活性を算出した。
[実施例2、比較例1~5]
 表2に示すように、実施例1のW251A変異体をW251N変異体、エンドM,G125W変異体、G128A変異体、Q128S変異体又はW228H変異体に変更した以外は同様にして、実施例2又は比較例1~5での反応後の溶液を得た。得られた各溶液は、実施例1と同様の方法で測定し、加水分解活性を算出した。
~測定結果~
 反応時間20分後でのTLC測定の結果を図5に示す。図5中、矢印は基質及び加水分解後の生成物のTLC上での位置を示す。結果から、M3-biotinに対しては、エンドM及びエンドM変異体のすべてが、反応時間20分以内で加水分解を完了することが示された。一方、M3F-biotinに対しては、W251A変異体及びW251N変異体を添加した場合にのみ、加水分解物〔ManGlcNAc(M3N1,反応式(1)の(B)に相当)及びFucα1-6GlcNAc-biotin(F1N1-biotin、反応式(1)の(C)に相当)〕を生じることが示された。しかし、W251A変異体及びW251N変異体以外のエンドM変異体を添加した場合にはほとんど加水分解物を生じていないことが示された。
 M3F-biotinを含む溶液に対しW251N変異体を添加し、上記条件にて20分インキュベートした後に得られた溶液のMALDI-TOF MSによる測定結果を図7に示す。結果から、W251N変異体を添加した場合には、W251N変異体を添加していない場合に検出されたM3F(Na付加)のシグナル(m/z1363.6)が消滅し、代わりにF1N1-biotin(Naの付加)のシグナル(m/z673.6)とM3N1(Naの付加)のシグナル(m/z730.6)が出現した。このことから、M3FがW251N変異体によって加水分解して、F1N1-biotinとM3N1を生成したことが判明した。
 また、HPLCによる解析から、M3F-biotinに対する加水分解後の生成物の量を算出し、反応時間(インキュベートした時間)と、加えたエンドM変異体又はエンドMの質量から、特異的加水分解活性(μmol/(min・mg))及び相対活性を算出した。なお、相対活性については、エンドMのM3F-biotinに対する前記活性を1とした場合のエンドM変異体の各基質に対する相対活性として示した。結果を表2に示す。
 また、HPLC測定の一例として、エンドMをM3-biotinに加えた場合のHPLC測定の結果を図5に示す。図6中、3つのチャートは、それぞれ上部から、エンドMを反応液に加えない場合、10ng加えた場合、100ng加えた場合の結果を示す。横軸はカラム保持時間を、縦軸はUV吸収による検出感度を示す。矢印は生じた生成物の保持時間を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
 表2の結果から、本開示のエンドM変異体(実施例1及び2)は、コアフコースを有するN結合型糖鎖であるM3F-ビオチンに対する加水分解活性が、エンドM又は他のエンドM変異体に比べて著しく高いことが示された。
 このように、エンドMの251番目のトリプトファン残基を適切なアミノ酸に置換することが、コアフコースを有するN結合型糖鎖の加水分解に極めて重要であることが示された。
〔実施例3〕
 実施例3として、W251N変異体の糖ペプチドを含むリツキサンペプチドに対する加水分解反応を行った。
 上記で調製したリツキサンペプチド200μgを100mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.5)400μlに溶解しW251N変異体4μgを添加し、30℃で16時間反応させた。反応終了後、反応後溶液を遠心濃縮によって乾燥させ、5%酢酸に再溶解した後、得られた溶液をC18カラムにアプライした。アプライ後に、該カラムへの非結合画分を回収し、凍結乾燥することで、エンドM変異体による加水分解によって遊離したN結合型糖鎖画分の乾燥物を得た。当該乾燥物を次のマススペクトロメトリーによる糖鎖分析に供した。
~<マススペクトロメトリーによる糖鎖分析>~
 上記の乾燥物は、Anumulaらの文献〔Anal.Biochem.Vol.203,101-108〕による定法に従って完全メチル化を行ってから、MALDI-TOF/TOF MS分析によって糖鎖の分子量とフラグメントパターンによる糖鎖の構造推定を行った。なお、当該分析には、2,5-dihydrobenzoic acidをマトリックスとして用いた。以下、上記の各加水分解後に得られた乾燥物を、上記のMALDI-TOF/TOF MS分析によって行った結果を、「各加水分解後のMS分析の結果」と称することがある。
〔比較例6〕
 実施例3において、W251N変異体4μgの代わりにエンドM(WT)4μgを用いた他は実施例3と同じにして、リツキサンペプチドに対する加水分解反応を行い、マススペクトロメトリーによる糖鎖分析を行った。
〔参考例1〕
 実施例3において、W251N変異体4μg及び100mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.5)の代わりにエンドS(ニューイングランドバイオラボ社製)100U及びNEB社製のG6 bufferを用いた他は実施例3と同じにして、リツキサンペプチドに対する加水分解反応を行い、マススペクトロメトリーによる糖鎖分析を行った。
~測定結果~
 結果を図8A~図8Cに示す。図8Aは、リツキサンから調製した糖ペプチドに対し、エンドM(WT)による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示し、図8Bは、リツキサンから調製した糖ペプチドに対し、W251N変異体による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示し、図8Cは、リツキサンから調製した糖ペプチドに対し、エンドSによる加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す。なお、図8A~図8C中の黒の四角はN―アセチルグルコサミン、灰色の丸はマンノース、白い丸はガラクトース、黒のひし形はN―アセチルノイラミン酸を示す。
 結果から、遊離したN結合型糖鎖は、比較例6では、図8Aに示すように、m/z 1416.8 (HexNAc3Hex3)のピークが弱く検出されるのみであった。一方、実施例3では、図8Bに示すようにm/z 1171.7,1416.8,1620.9,1825.0,2187.1,2548.3とそれぞれHexNAc2Nex2,HexNAc3Hex3,HexNAc3Hex4,HexNAc3Hex5, NeuAc1HexNAc3Hex5,NeuAc2HexNAc3Hex5に相当するピークが検出された。また、図8A~図8Cに、各ピークのMALDI-TOF/TOF分析の結果から得られたフラグメントパターンから推定される糖鎖構造を示す。推定された糖鎖構造においては、実施例3と、図8Cに示す参考例1とが一致することが示された。
 このように、W251N変異体は、コアフコースを含有する様々な種類の複合型糖鎖等が結合した糖ペプチドに対して、エンドSと同様に加水分解活性を有することが示された。
〔実施例4〕
 実施例4として、W251N変異体のヒトラクトフェリン(hLF)に対する加水分解を行った。
 10μgのhLF(L3770、シグマ-アルドリッチ社製)を溶解した100mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.5)20μlに、2μgのW251N変異体を添加し30℃で16時間反応させた、
 反応後の溶液にSDS-PAGE用のサンプルバッファーを等量加え、5分間沸騰水中で加熱し、SDS-PAGE用の試料を得た。次に、各レーン中にhLFが0.5μg含まれるようにSDS-PAGE用の7.5%のポリアクリルアミドゲルのウェルにアプライし、SDA-PAGEを行った。SDA-PAGE後のゲルの染色は、クマシー染色により行った。
〔比較例7〕
 実施例4において、W251N変異体の代わりにエンドM(WT)2μgを用いた他は実施例4と同じにして、hLFに対する加水分解反応を行い、反応後の溶液についてSDS-PAGEを行った。
〔比較例8〕
 実施例4において、W251N変異体及び100mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.5)20μlの代わりにエンドS(ニューイングランドバイオラボ社製)100U及びNEB社製G6 bufferを用いた他は実施例4と同じにして、hLFに対する加水分解反応を行い、反応後の溶液についてSDS-PAGEを行った。
~測定結果~
 各反応後の溶液についてSDS-PAGEの結果を図9に示す。各レーンの上部には、加水分解反応に用いたエンド酵素の種類を示す。図9中、矢印の始点は、終点が示す各バンドにおいて推定される蛋白質名を表す。DG―hLFは、1つのあるいは2つのN結合型糖鎖が、エンド酵素によって加水分解されたhLFを意味する。native hLFは、N結合型糖鎖が加水分解されていないhLFを意味する。
 結果から、加水分解を行っていないhLF(Control)では、80kDaより少し上に2つの糖鎖を持つnative hLFに相当するバンドが認められる。またごく一部は3本の糖鎖を持つと推定されることから更に上に分離される。
 比較例8、すなわち、エンドSによる加水分解反応の場合には、Controlよりも低分子量側にバンドが出現することから、エンドSによる加水分解反応によって、hLF(native hLF)から少なくとも1つの糖鎖が遊離したと考えられる。比較例7、すなわちエンドM(WT)による加水分解反応の場合も、同様にControlよりも低分子量側にバンドが出現することから、少なくとも1つの糖鎖が該hLFから脱離したと考えられる。なお、エンドM(WT)はコアフコースを有しないN結合型糖鎖を加水分解しないが、該hLFにはコアフコースを有しないN結合型糖鎖も含まれていると考えられるので、比較例7においては、エンドM(WT)が、hLF中のそれらのN結合型糖鎖を加水分解したものと考えられる。
 一方、実施例4、すなわちW251N変異体による加水分解反応の場合には、比較例7及び8で見られた低分子量側のバンド以外にも、さらに低分子量側のバンドが現れることから、少なくとも2つの糖鎖がhLFから遊離したことが示された。従って、W251N変異体は、エンドSには加水分解できないhLFが有するN結合型糖鎖に対しても加水分解活性を有することが示された。
 このように、W251N変異体は、コアフコースを含有する糖タンパク質糖鎖に対しても、加水分解活性を有することが示された。
〔実施例5〕
 実施例5として、W251N変異体のhLFに対する加水分解反応を行った。
 上記で調製したhLF100μgを100mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.5)100μlに溶解しW251N変異体20μgを添加し、30℃で16時間反応させた。反応終了後、反応後溶液を遠心濃縮によって乾燥させ、5%酢酸に再溶解した後、得られた溶液をC18カラムにアプライした。アプライ後に、該カラムへの非結合画分を回収し、凍結乾燥することで、エンドM変異体による加水分解によって遊離したN結合型糖鎖画分の乾燥物を得た。当該乾燥物を次のマススペクトロメトリーによる糖鎖分析に供した。
~<マススペクトロメトリーによる糖鎖分析>~
 上記の乾燥物は、Anumulaらの文献〔Anal.Biochem.Vol.203,101-108〕による定法に従って完全メチル化を行ってから、MALDI-TOF/TOF MS分析によって糖鎖の分子量とフラグメントパターンによる糖鎖の構造推定を行った。なお、当該分析には、2,5-dihydrobenzoic acidをマトリックスとして用いた。以下、上記の各加水分解後に得られた乾燥物を、上記のMALDI-TOF/TOF MS分析によって行った結果を、「各加水分解後のMS分析の結果」と称することがある。
〔比較例9〕
 実施例5において、W251N変異体20μgの代わりにエンドM(WT)20μgを用いた他は実施例5と同じにして、hLFに対する加水分解反応を行い、マススペクトロメトリーによる糖鎖分析を行った。
~測定結果~
 結果を図10A及び図10Bに示す。図10Aは、hLFに対し、エンドM(WT)による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示し、図10Bは、hLFに対し、W251N変異体による加水分解反応を行った後に遊離した糖鎖を、MALDI-TOF MSによって測定した結果を示す。なお、図10A及び図10B中の黒の四角はN―アセチルグルコサミン、灰色の丸はマンノース、白い丸はガラクトース、黒のひし形はN―アセチルノイラミン酸を示す。
 結果から、エンドM(WT)を用いた場合も、W251N変異体を用いた場合もともにN結合型糖鎖が加水分解したものと推定されるシグナルが得られた。一方、主なシグナルとして、m/z 1335(Hex5HexNAc1)、m/z 1621(Hex4HexNAc3)、m/z 1825(Hex5HexNAc3)、m/z 2000(dHex1Hex5HexNAc3)、m/z 2187(NeuAc1Hex5HexNAc3)を検出した。また、図10A及び図10Bに、各ピークのMALDI-TOF/TOF分析の結果から得られたフラグメントパターンから推定される糖鎖構造を示す。
 このように、W251N変異体処理において、エンドM(WT)処理のものよりもシグナルが強く、多くの糖鎖が遊離したことが示唆された。本結果は、実施例5のSDS-PAGEの結果に矛盾しないことが示された。
〔実施例6〕
 実施例6として、W251N変異体のリツキサン(抗体、IgG1)に対する加水分解反応を行った。
 上記の市販のリツキサン200μgを、50mMのリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.25)100μlに溶解させ、膜濃縮装置[分画分子量10000、アミコンウルトラ15(メルクミリポア社製)]にて4℃で、緩衝液の交換を行った。緩衝液の交換によって得られたリツキサン(IgG1)200μgが溶解した50mMのリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.25)100μLに、W251N変異体の1mgを0時間後、24時間後、48時間後にそれぞれ加え、恒温槽(EYELA社製、THERMISTOR TEMPPET T-80)中、37℃で振盪しながらインキュベートした。インキュベートした時間(以下、反応時間と称する)が0時間後(A)、24時間後(B)、48時間後(C)、72時間後(D)に、反応後溶液から一部をサンプルとして採取し、各サンプルをさらに還元処理した後、MALDI-TOFでMS分析を行った。結果を、図11で示す。図11に示すように、反応時間の経過につれて、N結合型糖鎖が結合した重鎖の分子量に相当する位置のピークが減少し、代わりにN結合型糖鎖を有しない重鎖の質量の位置に相当するピークが増大することから、反応時間の経過によって、リツキサンのN結合型糖鎖が遊離したことが示された。また、48時間後から72時間後の間に、原料のIgG(リツキサン)のN結合型糖鎖が加水分解されて生じた加水分解物((Fucα1-6)GlcNAc-IgG、m/z 49502))のピーク(m/z 49502)が、原料のピークよりも高くなることが示された。
 このように、W251N変異体は、IgGが有するフコース含有N結合型糖鎖に対しても加水分解活性を有することが示された。
<エンドM変異体による糖鎖転移>
〔実施例7〕
 糖鎖転移反応は、下記の組成条件の溶液20μLを、1.5mLのマイクロチューブ中に作成した後、恒温槽中、30℃で60分インキュベートすることで行った。
〔条件〕
・糖鎖供与体:5mMのSG-oxazoline
・糖鎖受容体:5mMのF1N1-biotin
・エンドM変異体:0.66μgのW251N変異体
・緩衝液濃度とpH及び溶液全体の体積:25mMリン酸ナトリウム(pH6.5)20μL
 インキュベート後に、95℃で5分間の熱処理によって反応を停止し、反応後の溶液を得た。得られた溶液を乾燥し20mg/mLのDHBA溶液に溶解してMALDI-TOF MS分析に処した。
〔比較例10~12〕
 下記表3に示すように、比較例10では、実施例7における糖鎖受容体を同濃度のN1-biotinに、比較例11では、実施例7におけるエンドM変異体を同質量のN175Q変異体に、比較例12では、比較例11における糖鎖受容体を同濃度のF1N1-biotinにそれぞれ変えた他は同じ条件で反応を行い、反応後溶液を同様にMALDI-TOF MS分析に処した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020

 
~測定結果~
 図12に、実施例及び比較例で行った糖鎖転移反応についての概要を示す。図12が示すように、W251N変異体又はN175Q変異体の糖鎖転移反応によって、N1-biotin又はF1N1-biotinと、SG-oxazolineと、がそれぞれ縮合した
 
生成物、SG-biotin又はSGF-biotinが検出された。
 以下に詳細を示す。
 MALDI-TOF MSにおける分析結果を図13に示す。Bに示すように、実施例7では、F1N1-biotinと、SG-oxazolineと、が縮合した生成物、すなわちSGF-biotinのナトリウムイオン付加体(NeuAc2Gal2GlcNAc2Man3GlcNAc2Fuc-biotin[M+3Na-2H]+)に相当すると考えられるシグナル(m/z2719.8)が検出された。
 一方、Aに示すように、糖鎖受容体としてN1-biotinを用いた比較例10では、縮合生成物に相当するピークは検出できなかった。
 また、エンドM変異体としてN175Qを用いた比較例11(図13のC)では、糖鎖受容体であるN1-biotinとSG-oxazolineが縮合した生成物、すなわちSG-biotinのナトリウムイオン付加体(NeuAc2Gal2GlcNAc2Man3GlcNAc2-biotin[M+3Na-2H]+)に相当すると考えられるシグナル(m/z2573.9)が検出された。
 一方、Dに示すように、糖鎖受容体としてF1N1-biotinを用いた比較例12では、縮合生成物に相当するシグナルは検出できなかった。
 実施例7と比較例11で得られたシグナル(図13のB及びC)について、さらに、それぞれのシグナルについてのMS/MS解析を行った。結果を、実施例7については図14の上、比較例11については図14の下に示す。なお、図中において表記される◇(白菱形)はNeuAc、○(白丸)はGal、●(黒丸)はMan、□(白四角)はGlcNAc、△(白三角)はFucを示す。
 結果から、図13で得られたm/z2719.8及びm/z2573.9のシグナルについては、いずれも2つのシアル酸ナトリウム及びLacNAc残基(Galβ1-4GlcNAcが結合した基、図中の○-□の部分)の欠損に由来するフラグメントが検出された。このことにより、図13で得られたそれぞれのシグナルは図14中に示すような構造であることが確認された。
 このように、本開示のエンドM変異体は、糖鎖供与体を、コアフコースが結合した糖鎖受容体に、効率的に糖鎖転移することが示された。
 日本出願2015-037187の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (4)

  1.  配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、下記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有するエンドM変異体、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基がアスパラギン又はアラニンであるアミノ酸配列を有し、かつ配列番号1で示されるアミノ酸配列の251番目のアミノ酸残基以外の1個又は複数個のアミノ酸残基の欠失、付加又は置換により、前記アミノ酸配列に対して80%以上の相同性の範囲内で修飾されたアミノ酸配列を有し且つ下記反応式(1)で表される加水分解反応を触媒する活性を有しているエンドM変異体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

     
    (反応式(1)中、Xは糖質由来の基、Yは一価の置換基を示す。GlcNAcはN-アセチルグルコサミニル基を表し、β1-4はGlcNAcの1位とGlcNAcの4位とのβグリコシド結合を表す。Fucはフコシル基を表し、α1-6はFucの1位とGlcNAcの6位とのαグリコシド結合を表す。GlcNAc-OHは、GlcNAcの還元末端の炭素に水酸基が結合していることを示す。H-GlcNAcは、GlcNAcの4位の酸素原子に水素原子が結合していることを示す。)
  2.  前記反応式(1)中、Yがペプチド又は蛋白質に由来する構造を含むアシルアミノ基である請求項1に記載のエンドM変異体。
  3.  請求項1又は請求項2に記載のエンドM変異体の存在下、
     糖鎖供与体と、
     下記一般式(1)で表される糖鎖受容体と、
     を反応させることによりN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質を製造するN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

     
    (一般式(1)中、Yは1価の置換基を示す。GlcNAcはN-アセチルグルコサミニル基を表し、Fucはフコシル基を表し、α1-6はFucの1位とGlcNAcの6位とのαグリコシド結合を表す。)
  4.  前記反応において、糖鎖供与体の糖鎖受容体に対するモル比率(糖鎖供与体のモル数/糖鎖受容体のモル数)が0.2~20.0である請求項3に記載のN結合型糖鎖含有化合物又はN結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法。
PCT/JP2016/055926 2015-02-26 2016-02-26 エンドm変異体、及びn結合型糖鎖含有化合物又はn結合型糖鎖含有蛋白質の製造方法 WO2016136984A1 (ja)

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