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WO2012014980A1 - 新規酵素タンパク質、当該酵素タンパク質の製造方法及び当該酵素タンパク質をコードする遺伝子 - Google Patents

新規酵素タンパク質、当該酵素タンパク質の製造方法及び当該酵素タンパク質をコードする遺伝子 Download PDF

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Publication number
WO2012014980A1
WO2012014980A1 PCT/JP2011/067265 JP2011067265W WO2012014980A1 WO 2012014980 A1 WO2012014980 A1 WO 2012014980A1 JP 2011067265 W JP2011067265 W JP 2011067265W WO 2012014980 A1 WO2012014980 A1 WO 2012014980A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
seq
amino acid
protein
residue
sequence
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/067265
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
利喜 峯
山本 岳
桜子 片山
Original Assignee
日本たばこ産業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本たばこ産業株式会社 filed Critical 日本たばこ産業株式会社
Priority to JP2012526550A priority Critical patent/JPWO2012014980A1/ja
Priority to EP11812569.9A priority patent/EP2599867A1/en
Priority to US13/812,329 priority patent/US20130122566A1/en
Priority to CN201180037618XA priority patent/CN103052710A/zh
Publication of WO2012014980A1 publication Critical patent/WO2012014980A1/ja

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/1048Glycosyltransferases (2.4)
    • C12N9/1081Glycosyltransferases (2.4) transferring other glycosyl groups (2.4.99)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y204/00Glycosyltransferases (2.4)
    • C12Y204/99Glycosyltransferases (2.4) transferring other glycosyl groups (2.4.99)
    • C12Y204/99004Beta-galactoside alpha-2,3-sialyltransferase (2.4.99.4)

Definitions

  • the present invention relates to a protein having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity substantially free of neuraminidase activity, a nucleic acid encoding the enzyme protein, and a microorganism transformed with the gene encoding the protein.
  • the present invention relates to a method for producing the enzyme used.
  • Sugar chains are compounds composed of various sugars, for example, monosaccharides such as galactose and N-acetylglucosamine.
  • Sugar chains (hereinafter referred to as complex carbohydrate sugar chains) such as glycoproteins and glycolipids have very important functions in vivo. Based on studies so far, it is considered that sugar chains containing a monosaccharide called sialic acid, among other sugar chains, express important functions.
  • sialic acid-containing sugar chains are important molecules that function as signaling and glycoconjugate tags between cells and between cells and the extracellular matrix during differentiation and development.
  • Sialic acid is a general term for acyl derivatives of neuraminic acid, and is a kind of acidic monosaccharide having a carboxyl group in its structure. So far, more than 50 types of molecular species have been identified, and they have been found mainly from mammals, echinoderms and bacteria.
  • Representative sialic acids known so far include N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac), N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc), and deaminoneuraminic acid (KDN).
  • N-acetylneuraminic acid is the only sialic acid usually found in the human body.
  • N-glycolylneuraminic acid is known to exist in some cancerous cells.
  • sialic acids found in glycoconjugate sugar chains such as glycoproteins and glycolipids existing in the body are transferred to each sugar chain as a sugar receptor substrate by a group of glycosyltransferases called sialyltransferases. Is done. More specifically, sialyltransferases transfer sialic acid from its common sugar donor substrate, CMP-sialic acid, to various sugar acceptor substrates.
  • neuraminidase which is an enzyme that catalyzes a reaction for releasing a sialic acid residue present at the non-reducing end of a glycoconjugate sugar chain
  • Many neuraminidase proteins have been found so far from animals, microorganisms, viruses and the like, and genes encoding neuraminidase proteins have been cloned.
  • sialic acid binding modes ⁇ 2,3, ⁇ 2,6, and ⁇ 2,8 linkages. Neuraminidase reported so far has a binding mode of ⁇ 2,3.
  • sialic acid is cleaved from complex carbohydrate sugar chains containing sialic acid, regardless of the sialic acid binding mode. It is.
  • the complex carbohydrate sugar chain containing sialic acid existing in the living body has a very important function in the living body. Therefore, the above-mentioned sialyltransferase is one of the enzymes in high demand for the detailed functional study of glycoproteins and glycolipids containing sialic acid, and the preparation of physiologically active substances using those functions. .
  • sialyltransferases reported so far have been classified into several groups, but many are derived from animals, particularly mammals (Hamamoto, T., et al., Bioorg. Med. Chem., 1, 141-145 (1993); Weinstein, J., et al., J. Biol. Chem., 262, 17735-17743 (1987)).
  • these animal-derived enzymes have extremely high sugar receptor substrate specificity, and sugar chain structures capable of transferring sialic acid in vivo are limited. That is, the glycoproteins and glycolipids produced as a result of the sialyltransferase reaction are extremely limited.
  • microorganism-derived sialic acid transferases have extremely wide sugar receptor substrate specificity compared to the above-mentioned animal-derived enzymes, and sialic acid cannot be transferred to sugar chains to which sialic acid cannot be transferred by animal-derived sialic acid transferases. It has been shown that can be transferred. Therefore, among sialic transferases with high demand, sialic transferase derived from microorganisms, and among them, sialic transferase derived from marine bacteria is an enzyme with particularly high demand.
  • sialic acid transferases from marine bacteria have been shown to be enzyme proteins having both sialyltransferase activity and neuraminidase activity (Tsukamoto, H., et al). , J. Biol. Chem., 282 29794-29802 (2007); Takakura, Y., et al., J. Biochem. (Tokyo) 142 403-412 (2007)).
  • the present inventors have prepared a strain (photophoto) that produces ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity from a strain of a microorganism belonging to the genus Photobacterium or Vibrio. Bacterium sp.
  • An object of the present invention is to inactivate or significantly reduce neuraminidase activity of an enzyme protein having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity derived from a microorganism belonging to the genus Vibrioaceae Photobacterium. It is.
  • the present invention also relates to an enzyme protein having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity derived from a microorganism belonging to the genus Vibrioaceae that does not substantially have neuraminidase activity, and the same.
  • An object is to provide a nucleic acid.
  • the present inventors have developed a strain (JT-) that produces ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity from the microorganism Photobacterium phosphoreum belonging to the genus Photobacterium.
  • JT- a strain that produces ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity from the microorganism Photobacterium phosphoreum belonging to the genus Photobacterium.
  • ISH-467 strain has been found, and various properties of the enzyme have been clarified (WO 2006/112253).
  • the enzyme was shown to be an enzyme having both sialyltransferase activity and neuraminidase activity (Non-patent Document 4).
  • the present inventors proceeded with earnest research, and the 342nd glutamic acid of ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase (SEQ ID NO: 4) derived from Photobacterium phosphoreum JT-ISH-467 strain. (This corresponds to the 319th glutamic acid in SEQ ID NO: 2)
  • the modified enzyme protein mutated exhibits ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity and does not exhibit neuraminidase activity
  • the present invention was completed.
  • the present invention provides a novel ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase protein having substantially no neuraminidase activity, a nucleic acid encoding the same, and a method for producing the protein.
  • the present invention is as follows.
  • Aspect 1 ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase protein, wherein the protein is: (A) an amino acid sequence in which the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 is substituted with an amino acid other than glutamic acid at amino acid 2-386 of SEQ ID NO: 2; (B) an amino acid sequence comprising a deletion, substitution, insertion and / or addition of one or more amino acids at amino acid 2-386 of SEQ ID NO: 2, wherein at least the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 The amino acid sequence wherein the corresponding amino acid residue is substituted with an amino acid other than glutamic acid; (C) an amino acid sequence having 80% or more identity with amino acid 2-386 of SEQ ID NO: 2, wherein at least the amino acid residue corresponding to the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 is an amino acid other than glutamic acid (D) a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions to the complementary
  • the amino acid sequence is an amino acid sequence further having methionine, amino acids 1-24 of SEQ ID NO: 4, or a signal peptide on the N-terminal side of the amino acid sequence specified in (a) to (d) of claim 1
  • Aspect 3 The protein according to Aspect 1 or 2, wherein the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 or the amino acid residue corresponding thereto is substituted with a neutral amino acid residue or a basic amino acid residue.
  • Aspect 4 The protein according to Aspect 1 or 2, wherein the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 or the amino acid residue corresponding thereto is substituted with a neutral amino acid residue.
  • Aspect 5 a) -l) below a) The tyrosine residue at position 123 or corresponding to SEQ ID NO: 2 is not modified or substituted with tryptophan or phenylalanine; b) the 124th or corresponding aspartic acid residue of SEQ ID NO: 2 is not modified or substituted with glutamic acid; c) the aspartic acid residue at position 125 or corresponding thereto in SEQ ID NO: 2 is not modified or substituted with glutamic acid; d) the glycine residue at position 126 or corresponding thereto in SEQ ID NO: 2 has not been modified or is substituted with alanine or valine; e) The 127th or corresponding seric acid residue in SEQ ID NO: 2 is not modified or substituted with threonine; f) the 291st or corresponding phenylalanine residue of SEQ ID NO: 2 is unmodified or substituted with tryptophan or tyrosine; g) the 292th or
  • Embodiment 6 A nucleic acid encoding the protein according to any one of Embodiments 1 to 5.
  • Embodiment 7 An isolated nucleic acid encoding a ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase protein, wherein the protein has substantially no neuraminidase activity ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase
  • An enzyme protein and the nucleic acid is: (A) a nucleotide sequence in which nucleotides 955 to 957 of SEQ ID NO: 1 are changed to codons encoding amino acids other than glutamic acid at nucleotides 4-1158 of SEQ ID NO: 1; (B) a nucleotide sequence comprising one or more nucleotide deletions, substitutions, insertions and / or additions at nucleotides 4-1158 of SEQ ID NO: 1, wherein at least the nucleotide sequence from 955 to 957 of SEQ ID NO: 1 The base sequence wherein the corresponding codon is changed to a codon encoding an amino acid other
  • Embodiment 8 An expression vector comprising the nucleic acid according to Embodiment 6 or 7.
  • Aspect 9 Method for producing a recombinant protein having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity, wherein the protein has substantially no neuraminidase activity ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase
  • the said manufacturing method comprising.
  • the present invention provides a novel ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase having substantially no neuraminidase activity while maintaining the advantages of ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase derived from marine microorganisms
  • sialic acid can be efficiently transferred to a sugar chain.
  • Sialic acid is often present at the non-reducing end of complex carbohydrate sugar chains in vivo and is an extremely important sugar from the viewpoint of sugar chain function. For this reason, sialyltransferase is one of the most in demand among glycosyltransferases, and the provision of the novel sialyltransferase of the present invention meets such high demand.
  • FIG. 1-1 shows the results of HPLC analysis of 3'-sialyl lactose (3'-SL) and sialic acid (Neu5Ac).
  • FIG. 1-2 shows the expression of an expression vector containing the ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase gene (SEQ ID NO: 1) derived from the JT-ISH-467 strain lacking the leader sequence encoding the signal peptide region. It is a figure which shows the HPLC analysis result of the reaction solution which culture
  • FIG. 1-3 shows an expression including a ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase gene encoding a modified N2C0 protein (E319A mutant) in which the 319th glutamic acid described in SEQ ID NO: 2 is mutated to alanine
  • FIG. 3 is a view showing the results of HPLC analysis of a reaction solution obtained by culturing Escherichia coli transformed with a vector and reacting a crude enzyme solution prepared from the obtained cells with 3′-sialyl lactose.
  • FIG. Analysis was performed at 0 and 72 hours after the start of the reaction. The peak with a retention time of 22 minutes is 3'-sialyl lactose and the peak with 12 minutes is sialic acid.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of analyzing the optimum pH of sialyltransferase activity at 30 ° C.
  • Fig. 2-2 shows ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase (wild type) derived from JT-ISH-467 strain lacking the signal peptide region; 319th glutamic acid of SEQ ID NO: 2 was mutated to alanine Modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase (E319A mutant); and mutant ⁇ - in which 318th phenylalanine of SEQ ID NO: 2 was mutated to alanine and 319th glutamic acid was mutated to alanine It is a figure which shows the result of having analyzed the optimal temperature in pH 6.0 of sialyltransferase activity about each enzyme of galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase (F318AE319A mutant);
  • the term “isolated” for a molecule such as a protein, nucleic acid, or antibody means a state that does not substantially contain components associated with the molecule in its natural state.
  • Such states include, for example, a state that is substantially free of other molecules derived from the species that naturally produces the molecule, a cell of a species different from the species that naturally produces the molecule, or an established cultured cell.
  • a state expressed by the system, a state synthesized chemically, or the like can be mentioned.
  • the molecule when a molecule is in an “isolated” state, the molecule may be purified by techniques well known in the art so as to be substantially free of components associated with the natural state.
  • substantially free of a certain component means a state in which the content of the component is reduced compared to the natural state.
  • a state of “substantially free” of a certain component for example, when the component is not completely contained, when it is contained in an amount below the detection limit, or the content is 50% or less, 25% or less of the natural state, The case where it is reduced to 10% or less, 7% or less, 5% or less, 3% or less, 1% or less, 0.5% or less, or 0.1% or less is included.
  • protein means a molecule comprising two or more amino acid residues linked to each other by peptide bonds.
  • protein may also be described as “polypeptide”.
  • nucleic acid means deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA) composed of two or more nucleotides.
  • RNA ribonucleic acid
  • the term “nucleic acid” may also be described as “polynucleotide”. It will be understood by those skilled in the art that when RNA is intended for a nucleic acid described by a DNA base sequence, thymine in the DNA base sequence should be replaced with uracil.
  • sialic acid refers to a neuraminic acid derivative belonging to the sialic acid family. Specifically, N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac), N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc), 5-deamino-5-hydroxyneuraminic acid (KDN), disialic acid (diN-acetylneuraminic acid) : Neu5Ac ⁇ 2,8 (9) Neu5Ac).
  • ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase means cytidine monophosphate (CMP) -sialic acid to sialic acid, and galactose residues in complex carbohydrate sugar chains or free sugar chains.
  • CMP cytidine monophosphate
  • ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity means the activity described above for ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase.
  • ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity is sometimes simply referred to as “sialyltransferase activity” in the present specification.
  • neuroaminidase means a protein having an activity of cleaving sialic acid present at a non-reducing end in a complex carbohydrate sugar chain or a free sugar chain from the sugar chain. Neuraminidase is also referred to as sialidase in the art. In the present specification, “neuraminidase activity” is an activity on a protein, and is a reaction for cleaving sialic acid present at a non-reducing end in a complex carbohydrate sugar chain or a free sugar chain from the sugar chain. Means catalytic activity.
  • substantially has no neuraminidase activity means a state in which neuraminidase activity is reduced as compared to a wild-type protein. For example, when it has no neuraminidase activity, when it is below the detection limit, or when neuraminidase activity is 10% or less, 7% or less, 5% or less, 3% or less, 1% or less, 0 .5% or less, 0.1% or less, 0.05% or less, or 0.01% or less is included.
  • a “vector” is a nucleic acid that can be used to introduce a nucleic acid linked thereto into a host cell.
  • An “expression vector” is a vector that can guide the expression of a protein encoded by a nucleic acid introduced by the vector.
  • Vectors include plasmid vectors, viral vectors and the like.
  • host cell means a cell that is subjected to gene transfer or transformation by a vector.
  • the host cell can be appropriately selected by those skilled in the art depending on the vector to be used.
  • the host cell can be derived from, for example, a prokaryote such as E. coli, or a unicellular eukaryote such as yeast, a plant cell, or an animal cell (eg, a human cell, monkey cell, hamster). Eukaryotic cells such as cells, rat cells, mouse cells or insect cells).
  • N2C0 protein derived from JT-ISH-467 strain The present invention provides a novel ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase active protein substantially free of neuraminidase activity.
  • the present inventors obtained a protein N0C0 (SEQ ID NO: 4) having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity from the marine bacterium Photobacterium phosphoreum JT-ISH-467 strain. After removing the signal peptide region from N0C0 and adding methionine to the N-terminus, protein N2C0 (SEQ ID NO: 2) having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity was obtained (WO2006 / 112253).
  • This N2C0 derived from the JT-ISH-467 strain was an enzyme protein having both sialyltransferase activity and neuraminidase activity as well as sialic acid transferase derived from many other marine bacteria.
  • N2C0 in which the signal peptide region is deleted (sequence) of ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase derived from the JT-ISH-467 strain unless otherwise specified.
  • the N2C0 protein mutant or mutant refers to a protein in which a mutation is introduced into an amino acid residue in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
  • N2C0 a protein in which an amino acid residue is modified so as not to have substantially neuraminidase activity
  • N2C0 a protein in which an amino acid residue is modified so as not to have substantially neuraminidase activity
  • N2C0 a protein in which an amino acid residue is modified so as not to have substantially neuraminidase activity
  • N2C0 may be used as a collective term for N2C0 wild-type, mutant, and modified forms of the present invention, including the modified N2C0 of the present invention.
  • N2C0 may be simply referred to as “sialyltransferase” in the present specification.
  • the present invention provides a modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase-active protein that has substantially no neuraminidase activity by modifying a specific amino acid residue of the N2C0 protein.
  • N2C0 (wild type) may typically be a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or a protein encoded by a nucleic acid comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1.
  • N2C0 is a variant of a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or a protein encoded by a nucleic acid comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1, and sialic acid transfer similar to N2C0 It may be a protein having enzyme activity.
  • the N2C0 variant may be a protein comprising an amino acid sequence containing a deletion, substitution, insertion and / or addition of one or more amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
  • the substitution may be a conservative substitution, which is the replacement of a particular amino acid residue with a residue having similar physicochemical characteristics.
  • conservative substitutions include substitutions between aliphatic group-containing amino acid residues such as Ile, Val, Leu or Ala mutual substitutions, Lys and Arg, Glu and Asp, Gln and Asn mutual substitutions. Substitution between polar residues such as substitution is included.
  • a protein in which the 318th phenylalanine (F) of SEQ ID NO: 2 is substituted with alanine (A) is one example.
  • Mutants resulting from amino acid deletion, substitution, insertion and / or addition can be performed on, for example, site-directed mutagenesis (eg, Nucleic® Acid® Research, Vol. 10, No. 20 , P.6487-6500, 1982, the entire contents of which are incorporated herein by reference).
  • site-directed mutagenesis eg, Nucleic® Acid® Research, Vol. 10, No. 20 , P.6487-6500, 1982, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
  • “one or more amino acids” means amino acids that can be deleted, substituted, inserted and / or added by site-directed mutagenesis.
  • the term “one or more amino acids” means one or several amino acids depending on the case, and is not limited, but preferably 1 to 10, preferably 9 or less, 7 The number is 5 or less, 3 or less, or 2 or less, more preferably 1 or less.
  • Site-directed mutagenesis can be performed, for example, using a synthetic oligonucleotide primer complementary to the single-stranded phage DNA to be mutated, in addition to the specific mismatch that is the desired mutation, as follows: . That is, the synthetic oligonucleotide is used as a primer to synthesize a strand complementary to the phage, and a host cell is transformed with the obtained double-stranded DNA. Transformed bacterial cultures are plated on agar and plaques are formed from single cells containing phage. Then, theoretically 50% of the new colonies contain phages with mutations as single strands and the remaining 50% have the original sequence.
  • the obtained plaque is hybridized with a synthetic probe labeled by kinase treatment at a temperature that hybridizes with the DNA having the desired mutation and that does not hybridize with DNA having the original strand. .
  • plaques that hybridize with the probe are picked up and cultured to recover DNA.
  • a method for performing deletion, substitution, insertion and / or addition of one or more amino acids while maintaining the activity of the amino acid sequence of a biologically active peptide there are also methods of treating the gene with a mutagen and methods of selectively cleaving the gene, then removing, substituting, inserting or adding selected nucleotides, and then ligating.
  • N2C0 in the present invention is 1 to 10 in SEQ ID NO: 2, preferably 9 or less, 7 or less, 5 or less, 3 or less, 2 or less, more preferably 1 It is a protein having an amino acid sequence in which the following amino acids are deleted, substituted or added, and having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity.
  • the N2C0 variant may further comprise at least 80% or more of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, preferably 85% or more, 90% or more, 93% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more, or It may be a protein comprising an amino acid sequence having amino acid identity of 99% or more, more preferably 99.3% or more.
  • the N2C0 mutant may be a protein having the same sialyltransferase activity as that of the wild-type N2C0.
  • The% identity between two amino acid sequences may be determined by visual inspection and mathematical calculation. Alternatively, the percent identity of two protein sequences is based on the algorithm of Needleman, S. B. and Wunsch, C. D. (J. Mol. Biol., 48: 443-453, 1970) and It may be determined by comparing the sequence information using the GAP computer program available from the Scientific Computer Group (UWGCG). Preferred default parameters for the GAP program include: (1) Henikoff, S. and Henikoff, J. G. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 10915-10919, 1992) Ring matrix, blossum 62; (2) 12 gap weights; (3) 4 gap length weights; and (4) no penalty for end gaps.
  • the percent identity can be determined by comparison with sequence information using, for example, the BLAST program described in Altschul et al. (Nucl. Acids. Res., 25, p. 3389-3402, 1997).
  • the program can be used on the Internet from the website of National Center for Biotechnology Information (NCBI) or DNA Data Bank of Japan (DDBJ).
  • NCBI National Center for Biotechnology Information
  • DDBJ DNA Data Bank of Japan
  • Various conditions (parameters) for identity search by the BLAST program are described in detail on the same site, and some settings can be changed as appropriate, but the search is usually performed using default values.
  • the percent identity between two amino acid sequences can be determined by genetic information processing software GENETYX Ver. It may be determined using a program such as 7 (manufactured by Genetics) or the FASTA algorithm. At that time, the default value may be used for the search.
  • the percent identity between two nucleic acid sequences can be determined by visual inspection and mathematical calculation, or more preferably, this comparison is made by comparing the sequence information using a computer program.
  • a typical, preferred computer program is the Wisconsin Package, Version 10.0 program “GAP” from the Genetics Computer Group (GCG; Madison, Wis.) (Devereux, et al., 1984, Nucl. Acids Res ., 12: 387).
  • GAP Genetics Computer Group
  • two amino acid sequences can be compared, and a nucleic acid sequence and an amino acid sequence can be compared.
  • the preferred default parameters of the “GAP” program are: (1) GCG implementation of a unary comparison matrix for nucleotides (including values of 1 for identical and 0 for non-identical), and Schwartz and Supervised by Dayhoff, “Atlas Polypeptide Sequence Structure”, National Biomedical Research Foundation, pages 353-358, 1979, Gribskov and Burgess, Nucl. Acids Res., 14 : Weighted amino acid comparison matrix of 6745, 1986; or other comparable comparison matrix; (2) 30 penalties for each amino acid gap and one additional penalty for each symbol in each gap; or each gap in nucleotide sequence About 50 penalties and each in each gap For additional 3 penalty No.; (3) no penalty for end gaps: and (4) no maximum penalty to long gaps include.
  • the BLAST algorithm uses a BLOSUM62 amino acid scoring matrix and the selection parameters that can be used are: (A) a segment of query sequence with low composition complexity (Wootton and Federhen's SEG program (Computers and ryChemistry, 1993); Wootton and Federhen, 1996 “Analysis ofpositional biased regions in sequence databases” Methods Enzymol., 266: 544-71) Or including a filter for masking segments consisting of short-periodic internal repeats (determined by the XNU program of Claverie and States (Computers and Chemistry , ⁇ 1993)) and (B) conforming to database sequences Statistical significance threshold for reporting, or According to the statistical model of the E-score (Karlin and Altschul, 1990), the expected probability of the fit found by chance; if the statistical significance difference due to a fit is greater than the E-score threshold, the fit is Not reported); the preferred E-score threshold value is 0.5 or, in order of increasing preference, 0.25, 0.1
  • the N2C0 variant may also be a protein encoded by a nucleic acid comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions to the complementary strand of the base sequence of SEQ ID NO: 1.
  • the N2C0 mutant may be a protein having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity similar to that of wild-type N2C0.
  • under stringent conditions means to hybridize under moderately or highly stringent conditions.
  • moderately stringent conditions can be easily determined by those skilled in the art having general techniques based on, for example, the length of the DNA.
  • Basic conditions are shown in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Third Edition, Chapter 6, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001, for example, 5 ⁇ SSC, 0.5% SDS, 1.0 mM EDTA. (PH 8.0) pre-wash solution, about 50% formamide at about 42 ° C., 2 ⁇ SSC to 6 ⁇ SSC, preferably 5 ⁇ SSC to 6 ⁇ SSC, 0.5% SDS (or about 42 ° C.
  • moderately stringent conditions include hybridization conditions (and washing conditions) of about 50 ° C., 6 ⁇ SSC, 0.5% SDS.
  • High stringency conditions can also be readily determined by one skilled in the art based on, for example, the length of the DNA.
  • these conditions include hybridization at higher temperatures and / or lower salt concentrations than moderately stringent conditions (eg, containing about 0.5% SDS, about 65 ° C., 6 ⁇ SSC to 0. 2 ⁇ SSC, preferably 6 ⁇ SSC, more preferably 2 ⁇ SSC, more preferably 0.2 ⁇ SSC, or even 0.1 ⁇ SSC) and / or washing, for example hybridization as described above Defined with conditions and washing at approximately 65 ° C. to 68 ° C., 0.2 ⁇ SSC to 0.1 ⁇ SSC, 0.1% SDS.
  • moderately stringent conditions eg, containing about 0.5% SDS, about 65 ° C., 6 ⁇ SSC to 0. 2 ⁇ SSC, preferably 6 ⁇ SSC, more preferably 2 ⁇ SSC, more preferably 0.2 ⁇ SSC, or even 0.1 ⁇ SSC
  • moderately stringent conditions eg, containing about 0.5% SDS, about 65 ° C., 6 ⁇ SSC to 0. 2 ⁇
  • SSC (1 ⁇ SSC is 0.15 M NaCl and 15 mM sodium citrate) to SSPE (1 ⁇ SSPE is 0.15 M NaCl, 10 mM NaH 2 PO 4, and 1.25 mM EDTA, pH 7.4) can be substituted, and washing is performed for about 15 minutes to about 1 hour after completion of hybridization.
  • a commercially available hybridization kit that does not use a radioactive substance for the probe can be used.
  • Specific examples include hybridization using ECL direct labeling & detection system (manufactured by Amersham).
  • ECL direct labeling & detection system manufactured by Amersham.
  • Blocking reagent and 0.5M NaCl are added to the hybridization buffer in the kit, and the reaction is performed at 42 ° C. for 4 hours.
  • a condition is that 20% is performed twice at 55 ° C. for 20 minutes in 4% SDS, 0.5 ⁇ SSC, and once at room temperature for 5 minutes in 2 ⁇ SSC.
  • the sialyltransferase activity of the N2C0 mutant is determined by a known method, for example, the method described in J. Biochem., 120, 104-110 (1996) (incorporated herein by reference in its entirety). You may measure with. For example, an enzyme reaction is carried out using CMP-NeuAc (N-acetylneuraminic acid) as a sugar donor substrate and lactose as a sugar acceptor substrate, and the amount of sialyllactose, which is a reaction product, is evaluated. Activity can be evaluated. In addition, 1 unit (1U) of enzyme for sialyltransferase is the amount of enzyme that transfers 1 micromole of sialic acid per minute.
  • CMP-NeuAc N-acetylneuraminic acid
  • Methods for determining the binding mode of sialic acid transferred to the sugar acceptor substrate include, but are not limited to, methods using pyridylaminated sugar chains and analysis of reaction products by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). This can be done using any method known to those skilled in the art.
  • a technique using a pyridylaminated sugar chain includes performing an enzyme reaction using the pyridylaminated sugar chain as a sugar acceptor substrate.
  • an enzyme reaction is performed using pyridylaminated lactose (Gal ⁇ 1-4Glc-PA, manufactured by Takara Bio Inc.) as a sugar acceptor substrate and CMP-NeuAc as a sugar donor substrate, and the reaction product is subjected to high performance liquid chromatography (HPLC) and the position where sialic acid was transferred is identified from the retention time of the reaction product. It is possible to measure by either.
  • amino acid residues that are desirably not modified will be described later.
  • modified Sialyltransferase Protein The modified N2C0 protein of the present invention does not substantially have neuraminidase activity due to substitution of a specific amino acid residue with respect to the amino acid sequence of the wild type N2C0 protein or the mutant N2C0 protein. Is a modified protein.
  • the modified N2C0 protein of the present invention has the following: (A) an amino acid sequence in which the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 is substituted with an amino acid other than glutamic acid at amino acid 2-386 of SEQ ID NO: 2; (B) an amino acid sequence comprising a deletion, substitution, insertion and / or addition of one or more amino acids at amino acid 2-386 of SEQ ID NO: 2, wherein at least the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 The amino acid sequence wherein the corresponding amino acid residue is substituted with an amino acid other than glutamic acid; (C) an amino acid sequence having 80% or more identity with amino acid 2-386 of SEQ ID NO: 2, wherein at least the amino acid residue corresponding to the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 is an amino acid other than glutamic acid (D) a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions to the complementary strand of nucleotides 4-1158 of SEQ ID NO
  • a methionine residue, or a signal peptide such as amino acid 1-24 of SEQ ID NO: 4 or a yeast ⁇ -factor signal leader is further added to the N-terminal side of the amino acid sequence specified in (a) to (d) above. May be.
  • amino acid other than glutamic acid means a natural or non-natural amino acid, and means an amino acid other than glutamic acid.
  • amino acid other than glutamic acid refers to a natural L-amino acid other than glutamic acid.
  • the amino acid residue corresponding to the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 is substituted with a neutral amino acid residue or a basic amino acid residue. In a more preferred embodiment, in the modified N2C0 protein of the present invention, the amino acid residue corresponding to the 319th glutamic acid residue of SEQ ID NO: 2 is substituted with a neutral amino acid residue.
  • the neutral amino acid residues are asparagine, serine, glutamine, threonine, glycine, tyrosine, tryptophan, cysteine, methionine, proline, phenylalanine, alanine, valine, leucine and isoleucine.
  • the basic amino acid residues are lysine, arginine, and histidine.
  • more preferable neutral amino acid residues for substituting the 319th amino acid residue of SEQ ID NO: 2 are glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, threonine, cysteine, and methionine. . More preferred are glycine, alanine, valine, serine and cysteine. Even more preferred are alanine, valine and serine.
  • Such a modified N2C0 has ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity but substantially no neuraminidase activity.
  • Neuraminidase activity can be measured by a known method. For example, a neuraminidase is allowed to act on a sialic acid-containing sugar chain to perform a sialic acid hydrolysis reaction, and by evaluating the amount of a sugar chain from which sialic acid is eliminated or the amount of free sialic acid, which is a reaction product. Enzyme activity can be assessed. In addition, 1 unit (1U) of enzyme for neuraminidase is the amount of enzyme that liberates 1 micromole of sialic acid per minute.
  • Amino acid modification method The method for modifying the amino acid of N2C0 to obtain the modified N2C0 protein of the present invention is not particularly limited.
  • the base sequence of the nucleic acid encoding the altered protein of the present invention is modified and altered.
  • the target variant can be obtained by performing PCR using a primer containing a mismatch codon of the target mutation, producing a DNA encoding the target variant and expressing it.
  • a variant by amino acid deletion, substitution, insertion and / or addition can be prepared by a method such as performing site-directed mutagenesis, which is a well-known technique as described above, to a DNA encoding a wild-type protein. .
  • amino acid residues in the modified N2C0 protein it is desirable amino acid residues present invention which is not modified in the modified N2C0, as modified N2C0 maintains a ⁇ - galactoside - ⁇ 2,3- sialyltransferase activity modification It is.
  • the wild-type N2C0 is a well-conserved motif sequence (YDDGS motif) that is considered to be important for sialyltransferase activity from comparative studies with sialic acid transferase sequences derived from other marine microorganisms.
  • FKGHP motif, SS motif have been specified by the inventors (Yamamoto et al. (2008) BBRC 365: 340-343). Therefore, in SEQ ID NO: 2, it is desirable that Y123, D124, D125, G126, S127 (YDDGS motif), F291, K292, G293, H294, P295 (FKGHP motif), S336, S337 (SS motif) are not modified. .
  • tyrosine (Y), tryptophan (W) or phenylalanine (F) More preferably phenylalanine (F), glutamic acid (E) in the case of aspartic acid (D), alanine (A) or valine (V) in the case of glycine (G), more preferably alanine (A)
  • S serine
  • T threonine
  • phenylalanine (F) to tryptophan
  • W tryptophan
  • tyrosine (Y) More preferably to tyrosine (Y), and in the case of lysine (K), arginine.
  • R in the case of histidine (H), to lysine (K) or arginine (R), more preferably to arginine (R), Lorin to (P) in the case of valine (V) or substituting any of isoleucine (I), to more preferably valine (V), it is desirable to modify, respectively.
  • Nucleic acid encoding modified N2C0 protein The present invention provides a nucleic acid encoding the modified N2C0 protein of the present invention.
  • the base sequence of such a nucleic acid is obtained by modifying the base sequence of N2C0 (SEQ ID NO: 1) into a base sequence encoding a modified amino acid of the modified N2C0 protein.
  • nucleic acid encoding the modified N2C0 protein of the present invention is as follows: (A) a nucleotide sequence in which nucleotides 955 to 957 of SEQ ID NO: 1 are changed to codons encoding amino acids other than glutamic acid at nucleotides 4-1158 of SEQ ID NO: 1; (B) a nucleotide sequence comprising one or more nucleotide deletions, substitutions, insertions and / or additions at nucleotides 4-1158 of SEQ ID NO: 1, wherein at least the nucleotide sequence from 955 to 957 of SEQ ID NO: 1 The base sequence wherein the corresponding codon is changed to a codon encoding an amino acid other than glutamic acid; (C) a base sequence having 80% or more identity with nucleotides 4-1158 of SEQ ID NO: 1, wherein at least the codon corresponding to the 955-957th base sequence of SEQ ID NO: 1 encodes an amino acid
  • the nucleic acid of the present invention may contain a codon encoding methionine on the N-terminal side, a leader sequence corresponding to nucleotides 1-72 of SEQ ID NO: 3, or a leader sequence derived from other biological sources such as a yeast ⁇ -factor leader. Good.
  • amino acid other than glutamic acid means a natural L-amino acid other than glutamic acid, preferably medium, as described in the section “Modified sialyltransferase protein”. Amino acid or basic amino acid, more preferably neutral amino acid.
  • the present invention also relates to a method for producing the modified N2C0 protein of the present invention.
  • the method of the present invention is a method for producing the protein of the present invention.
  • the present invention provides an expression vector containing the nucleic acid of the present invention and a host cell containing the expression vector. Then, the present invention produces a recombinant modified N2C0 protein by culturing host cells containing the expression vector under conditions suitable for the expression of the recombinant protein, and recovering the expressed recombinant protein. A method is also provided.
  • an appropriate transcriptional or translational regulatory nucleotide sequence derived from a mammal, microorganism, virus, insect gene or the like is used in an expression vector selected according to the host to be used.
  • a nucleic acid sequence encoding a modified N2C0 protein operably linked is inserted.
  • regulatory sequences include transcriptional promoters, operators or enhancers, mRNA ribosome binding sites, and appropriate sequences that control the initiation and termination of transcription and translation.
  • the nucleic acid sequence encoding the modified N2C0 protein inserted into the vector of the present invention is the base sequence of the nucleic acid of the present invention described above. This sequence may or may not include a leader sequence. When a leader sequence is included, it may be a leader sequence corresponding to nucleotides 1-72 of SEQ ID NO: 3, or may be replaced with a leader sequence derived from another biological source. By replacing the leader sequence, the expression system can be designed to secrete the expressed protein out of the host cell.
  • the recombinant modified N2C0 recombinant protein of the present invention comprises a nucleic acid encoding the protein followed by a His tag, a FLAG TM tag (a tag containing the amino acid sequence DYKDDDDK (SEQ ID NO: 5)), glutathione-S-transferase. It is also possible to express as a fusion protein by inserting a nucleic acid linked with a nucleic acid encoding or the like into a vector. By expressing the enzyme of the present invention as such a fusion protein, purification and detection of the enzyme can be facilitated.
  • Suitable host cells for the expression of the protein of the present invention include prokaryotic cells, yeast or higher eukaryotic cells.
  • Suitable cloning and expression vectors for use in bacterial, fungal, yeast, and mammalian cell hosts are described, for example, in Pouwels et al., Cloning® Vectors: A Laboratory Manual, Elsevier, New York, (1985) (hereby incorporated by reference in its entirety). In Japanese).
  • Prokaryotes include gram negative or gram positive bacteria such as E. coli or Bacillus subtilis.
  • the protein of the present invention may contain an N-terminal methionine residue to facilitate the expression of the recombinant polypeptide in the prokaryotic cell. This N-terminal methionine can also be cleaved from the recombinant protein after expression.
  • Expression vectors used in prokaryotic host cells generally contain one or more phenotypically selectable marker genes.
  • a phenotypically selectable marker gene is, for example, a gene that confers antibiotic resistance or confers autotrophic requirements.
  • suitable expression vectors for prokaryotic host cells include commercially available plasmids such as pBR322 (ATCC 37017) or those derived therefrom. Since pBR322 contains genes for ampicillin and tetracycline resistance, it is easy to identify transformed cells. An appropriate promoter as well as the DNA sequence of the nucleic acid encoding the modified N2C0 protein are inserted into this pBR322 vector.
  • Other commercially available vectors include, for example, pKK223-3 (Pharmacia Fine Chemicals, Uppsala, Sweden) and pGEM1 (Promega Biotech., Madison, Wisconsin, USA).
  • Promoter sequences commonly used in expression vectors for prokaryotic host cells include tac promoter, ⁇ -lactamase (penicillinase) promoter, lactose promoter (Chang et al., Nature 275: 615, 1978; and Goeddel et al., Nature 281: 544, 1979). , Which is incorporated herein by reference in its entirety.) And the like.
  • the recombinant protein of the present invention may be expressed in a yeast host.
  • the genus Saccharomyces eg, S. cerevisiae
  • yeast vectors often contain an origin of replication sequence from a 2 ⁇ yeast plasmid, an autonomously replicating sequence (ARS), a promoter region, a sequence for polyadenylation, a sequence for transcription termination, and a selectable marker gene.
  • ARS autonomously replicating sequence
  • the yeast ⁇ -factor leader sequence can be used to cause secretion of the modified N2C0 protein.
  • Other leader sequences suitable for promoting secretion of recombinant polypeptides from yeast hosts are also known. Methods for transforming yeast are described, for example, in Hinnnen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75: 1929-1933, 1978, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
  • the recombinant protein of the present invention can also be expressed using a mammalian or insect host cell culture system.
  • Mammalian origin cell lines can also be used.
  • Transcriptional and translational control sequences for mammalian host cell expression vectors can be obtained from viral genomes. Commonly used promoter sequences and enhancer sequences are derived from polyoma virus, adenovirus 2 and the like.
  • Other DNA for expression of structural gene sequences in mammalian host cells using the SV40 viral genome eg, DNA sequences derived from the SV40 origin, early and late promoters, enhancers, splice sites, and polyadenylation sites. Genetic elements may be provided.
  • Vectors for use in mammalian host cells are constructed, for example, by the method of Okayama and Berg (Mol. Cell. Biol., 3: 280, 1983, which is incorporated herein by reference in its entirety). Can do.
  • One method of producing the recombinant modified N2C0 protein of the present invention includes culturing a host cell transformed with an expression vector containing a nucleic acid sequence encoding the protein under conditions under which the protein is expressed. The protein is then recovered from the culture medium or cell extract depending on the expression system used.
  • the operation for purifying the recombinant modified N2C0 protein is appropriately selected according to factors such as the type of host used and whether the protein of the present invention is secreted into the culture medium.
  • factors such as the type of host used and whether the protein of the present invention is secreted into the culture medium.
  • anion exchange column, cation exchange column, gel filtration column, hydroxyapatite column, CDP-hexanolamine agarose column, CMP-hexanolamine agarose column, hydrophobic column, etc. Chromatography and native-PAGE etc., or combinations thereof are included.
  • a purification method by affinity chromatography may be used.
  • Ni-NTA nitrilotriacetic acid
  • anti-FLAG antibody-linked column or glutathione is linked, respectively.
  • the column can be purified by affinity chromatography.
  • the recombinant modified N2C0 protein may be purified by electrophoresis to a single band.
  • the modified N2C0 protein of the present invention may be a purified product. Or a partially purified product.
  • Example 1 Production of mutant ⁇ -galactoside - ⁇ 2,3-sialyltransferase (1) Production of ISH467-N2C0 mutant ⁇ derived from Photobacterium phosphoreum JT-ISH-467 -For galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase N2C0 (Patent Document 3: WO2006 / 112253), a mutant in which an amino acid was substituted was prepared. PCR was performed using ISH467-N2C0 / pTrc99A (Patent Document 3: WO2006 / 112253) prepared by the present inventors as a template (1st PCR). Tables 1 and 2 show primer sequences used in the reaction and combinations thereof.
  • the 50 ⁇ l reaction solution contains 5 ⁇ l of plasmid, 10 ⁇ PyroBest buffer, 4 ⁇ l of 2.5 mM dNTP, 5 pmol of each primer, 0.5 ⁇ l of PyroBest DNA Polymerase (TaKaRa), 96 ° C. for 3 minutes once, 96 ° C. 1 Minute, 55 ° C. for 1 minute, 72 ° C. for 2 minutes, 15 times and 72 ° C. for 1 minute (1st PCR).
  • Table 2 shows primer sets used for PCR. These PCR products were subjected to agarose electrophoresis in TAE buffer using low melting point agarose (SeaPlaqueGTG).
  • PCR One specific example of PCR is shown below.
  • the 1st PCR of the ISH467-23ST-E319A mutant was used for 5 ′ fragment amplification, ISH467-23ST-N2-Nco as Fw primer, ISH467-23ST-E319A-R as Rv primer, and 3 ′ fragment amplification.
  • ISH467-23ST-E319A-F was used as the Fw primer
  • ISH467-23ST-C0-Bam in part, ISH467-23ST-C0-His-BamHI
  • ISH467-23ST-N2-Nco was used as the Fw primer
  • ISH467-23ST-C0-Bam in part, ISH467-23ST-C0-His-BamHI was used as the Rv primer.
  • Mutant N2C0 / pCR4 BluntTOPO was digested with NcoI and BamHI, and then purified by electrophoresis using low melting point agarose.
  • the vector was prepared in the same manner by digesting pTrc99A with restriction enzymes NcoI and BamHI and excising a band of about 3 kb when electrophoresis was performed.
  • the restriction enzyme-treated DNA fragment and the vector were ligated using a Ligation kit (Takara).
  • the ligation product was transformed into E. coli TB1, and a clone containing the inserted gene was determined by colony PCR.
  • Plasmid DNA was extracted according to a conventional method, and the entire recombination base sequence was determined with an ABI PRISM fluorescent sequencer.
  • the primers were pTrc99A FW5 and pTrc99A RV3 primers.
  • the sequences of pTrc99A FW5 and pTrc99A RV3 primers are as follows.
  • pTrc99A FW5 5′-GGAAGCTGTGGTATGGCTG-3 ′ (19mer; SEQ ID NO: 25
  • pTrc99A RV3 5′-CGTTTCACTTCTGAGTTCGG-3 ′ (20mer; SEQ ID NO: 26)
  • ISH467-N2C0-F318A (hereinafter simply referred to as F318A); ISH467-N2C0-E319A (hereinafter simply referred to as E319A); ISH467-N2C0-F318AE319A (hereinafter referred to as ISH467-N2C0-F318A) ISH467-N2C0-S337A (hereinafter simply referred to as S337A); ISH467-N2C0-F318AE319AS337A (hereinafter simply referred to as F318AE319AS337A); ISH467-N2C0-E319S (hereinafter simply referred to as E319S); ISH467-N2C0-E319K (hereinafter simply referred to as E319K) To); and, ISH467-N2C0-E319H (hereinafter, simply referred to as E319H) was prepared.
  • E319H
  • mutant N2C0 protein containing His ⁇ 6-Tag (2) Expression and purification of mutant N2C0 protein containing His ⁇ 6-Tag (4) Escherichia coli 4 strains (F318A, E319A, F318AE319A and S337A) containing the mutant N2C0 containing His ⁇ 6-Tag prepared in (1) Ampicillin was inoculated into 50 ml of LB medium containing a final concentration of 100 ⁇ g / ml and cultured overnight at 30 ° C. with shaking.
  • Lysis buffer 20 mM bis-Tris buffer solution (pH 6.0) (hereinafter referred to as “Lysis buffer”) containing 10 to 20 mM imidazole, 300 mM NaCl, and 0.3% Triton X-100.
  • the suspension was sonicated under ice cooling and centrifuged, and the supernatant was collected.
  • 3.4 ml of Lysis buffer was further added to make up a total volume of 5 ml, and divided into two, and 250 ⁇ l of Ni-NTA agarose (QIAGEN) equilibrated in advance with Lysis buffer was added. Incubated at 4 ° C for 1 hour with rotation.
  • ISH467-N2C0 mutant without His ⁇ 6-Tag (1) E. coli 6 strains containing mutant N2C0 (modified N2C0 is E319A, F318AE319A, E319H, E319K, E319S or E319V) Is inoculated into LB medium (5 ml) containing the antibiotic ampicillin (final concentration 100 ⁇ g / mL), and the cells are precultured at 30 ° C.
  • IPTG isopropyl - ⁇ -D (-)-thiogalactopyranoside (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to a final concentration of 1 mM, and the mixture was further cultured with shaking at 30 ° C. for 4 hours.
  • the cells in 2 ml of the culture solution were collected by centrifugation.
  • This microbial cell was suspended in 20 mM Bis-Tris buffer (pH 7.0) containing 200 ⁇ l of 0.3% Triton X-100 and 0.5 M sodium chloride, and sonicated under ice cooling. The obtained crushed liquid was used as a crude enzyme solution and used for activity measurement.
  • the main culture was performed according to the following procedure. 300 ml-LB medium supplemented with 1.5 ml of x200 ampicillin (400 mg / 20 ml) +300 ⁇ l of 1M IPTG (1.192 g / 5 ml) was put into a 1000 ml-capted flask, and this was inoculated with 12 ml of the preculture. The cells were cultured with shaking at 30 ° C. and 180 rpm for 24 hours. The culture solution was centrifuged, and the cells were collected.
  • the cells were suspended in 20 mM Bis-Tris buffer (pH 6.0) containing 0.3% Triton X-100, and sonicated under ice cooling. The cell lysate was centrifuged at 4 ° C. and 100,000 ⁇ g for 1 hour to obtain a supernatant.
  • This crude enzyme solution was adsorbed to a HiLoad 26/10 Q Sepharose HP (Amersham) anion exchange column equilibrated with 20 mM Bis-Tris buffer (pH 6.0) containing 0.3% Triton X-100. Then, the 20 mM Bis-Tris buffer solution (pH 6.0) containing 0.3% Triton X-100 was eluted from the same buffer solution containing 1 M sodium chloride by the linear concentration gradient method. As a result, a fraction having enzyme activity eluted at a sodium chloride concentration of around 0.25 M was collected.
  • the collected fraction was diluted with 20 mM phosphate buffer (pH 6.0) and hydroxyapatite (Bio-Rad) previously equilibrated with 20 mM phosphate buffer (pH 6.0) containing 0.3% Triton X-100. From 20 mM phosphate buffer (pH 6.0) containing 0.3% Triton X-100 to 500 mM phosphate buffer (pH 6.0) containing 0.3% Triton X-100. Elute by gradient method. As a result, a fraction having enzyme activity eluted at a phosphate buffer concentration of around 130 mM was collected.
  • This fraction was adsorbed on a MonoQ 5/50 GL (Amersham) anion exchange column and the same fraction containing 1 M sodium chloride from 20 mM bis-Tris buffer (pH 6.0) containing 0.3% Triton X-100.
  • the buffer was eluted with a linear gradient method.
  • a fraction having an enzyme activity eluted at a sodium chloride concentration of around 0.25 M was collected, and a mutant N2C0 protein not containing His ⁇ 6-Tag was purified.
  • Example 2 Measurement of activity of mutant ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase (1 ) Measurement of sialyltransferase activity of mutant N2C0 containing His ⁇ 6-Tag
  • ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity was measured for the purified mutant N2C0 protein (four types of mutants F318A, E319A, F318AE319A, and S337A) containing His ⁇ 6-Tag.
  • Sialic acid transfer activity was measured by the method described in J. Biochem., 120, 104-110 (1996), which is incorporated herein by reference in its entirety.
  • a sugar donor substrate CMP-NeuAc (356 nmm including 70 nmol, 14- C labeled NeuAc with 14 Ac, 25000 cpm, 356 cpm / nmol.
  • NeuAc represents N-acetylneuraminic acid
  • Lactose (1.25 ⁇ mol) and NaCl were added to a concentration of 0.5 M, and an enzyme reaction was performed using a reaction solution (30 ⁇ l) containing the enzyme prepared by the method described above. The enzyme reaction was carried out at 30 ° C. for 5 minutes.
  • Neuraminidase activity was measured for ISH467-N2C0 mutants (four mutants F318A, E319A, F318AE319A, and S337A) containing His ⁇ 6-Tag. Specifically, 3′-sialyl lactose (3′-SL) was reacted as a substrate, and the degradation product sialic acid was colorimetrically determined by the periodic acid-thiobarbituric acid method (Aminoff method).
  • An enzyme solution was added to a reaction solution consisting of 100 mM sodium cacodylate buffer (pH 5.5), 500 mM sodium chloride, 13 mM 3′-sialyl lactose, and the reaction was performed at 30 ° C. After the reaction, 45 ⁇ l of 1M KPB (pH 8.0) was added to make a total volume of 500 ⁇ l, and the pH was adjusted to 7.0. After adding 250 ⁇ l of 25 mM periodic acid / 0.125N H 2 SO 4 and incubating at 37 ° C.
  • Example 2- (1) and (2) by modifying the 319th glutamic acid of the N2C0 protein derived from the JT-ISH-467 strain, it was substantially free of neuraminidase and ⁇ -galactoside- ⁇ 2, A protein having 3-sialyltransferase activity was successfully obtained.
  • the protein in which the 319th glutamic acid of the N2C0 protein derived from the JT-ISH-467 strain is modified has substantially no neuraminidase and has ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity. This is called a modified type.
  • Example 3 Properties of modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferases Modified N2C0 proteins (E319A, F318AE319A) containing no His ⁇ 6-Tag purified in Example 1- (4) And the rate constants for lactose and CMP-sialic acid were calculated using wild-type N2C0 proteins without His ⁇ 6-Tag (Table 3). Each Km and V max for lactose and CMP- sialic acid ISH467-N2C0 without the His ⁇ 6-Tag, 8.4mM, was 0.72 mM.
  • the Km and V max for lactose and CMP-sialic acid of ISH467-N2C0 mutant E319A and F318AE319A mutant without His ⁇ 6-Tag were 22 mM, 0.53 mM and 85 mM, and 1.59 mM, respectively.
  • Example 4 Measurement of neuraminidase activity of modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase Two modified N2C0 proteins (E319A, F318AE319A) containing no His ⁇ 6-Tag purified in Example 1- (4) Type) and neuraminidase activity was measured as follows using wild-type N2C0 protein not containing His ⁇ 6-Tag.
  • the wild type N2C0 protein (without His ⁇ 6-Tag) consists of 100 mM bis-tris buffer (pH 6.0), 500 mM sodium chloride, 40 mM 3′-sialyl lactose.
  • the reaction solution was prepared by adding the enzyme solution to the reaction solution to a final concentration of 2 U / ml (converted to sialyltransferase activity).
  • the enzyme solution was added to a reaction solution consisting of 100 mM phosphate buffer (pH 8.0), 500 mM sodium chloride, 40 mM 3′-sialyl lactose at a final concentration of 2 U / ml (sialyltransferase activity).
  • the reaction solution was adjusted by adding.
  • the reaction was carried out at the optimum temperature for each sialyltransferase.
  • the reaction was 0 hour, 10 ⁇ l was sampled over time and immediately treated at 95 ° C. for 3 minutes to deactivate the enzyme and stop the reaction.
  • mobile phase A acetonitrile / 15 mM KH 2 PO 4 (pH 5.2) (50:50, V / V)
  • mobile phase B acetonitrile / 15 mM KH 2 PO 4 (pH 5.2) (75:25, V / V)
  • mobile phase B is 100% mobile phase
  • mobile phase B is 100% ⁇ 0% linear concentration gradient
  • mobile phase B is 0%.
  • Analysis was performed by measuring absorbance at 195 nm.
  • Example 5 Optimal pH and optimal temperature of modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase Using the enzyme purified in Example 1- (4), modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3- The optimum pH and temperature of sialyltransferases (E319A and F318AE319A) were examined.
  • the two types of modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase had the maximum enzyme activity at pH 8.0.
  • the enzyme activity in each pH was shown by the relative activity which made the enzyme activity in pH 8.0 1.
  • the enzyme activity was maximum at pH 6.0.
  • the wild-type N2C0 without mutation (ISH467-N2C0 not containing His ⁇ 6-Tag) showed the maximum enzyme activity at 30 ° C.
  • the enzyme activity of the two types of modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferases (E319A and F318AE319A) was maximum at 35 to 40 ° C.
  • Example 6 Sialyltransferase activity and neuraminidase activity of various modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferases
  • the neuraminidase activity was increased by mutating the 319th glutamic acid of N2C0 to alanine. It became clear that it was deactivated.
  • the cells were suspended in 200 mM of 20 mM Bistris buffer (pH 7.0) containing 0.3% Triton X-100 and 0.5 M sodium chloride, and sonicated under ice cooling.
  • the obtained crushed liquid was used as a crude enzyme solution and used for activity measurement.
  • the sialyltransferase activity was measured by the method described in Example 2- (1), and the neuraminidase activity was measured by the method described in Example 4.
  • any of the modified ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferases (E319V, E319S, E319K, and E319H) exhibited sialyltransferase activity and no neuraminidase activity.
  • the results are shown in Table 4.
  • the modified N2C0 protein of the present invention is a protein having ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase activity that has substantially no neuraminidase activity.
  • the enzyme of the present invention can reduce hydrolysis of sialic acid while maintaining the advantage of the marine bacterium-derived enzyme having a wide sugar receptor substrate specificity. Due to the above properties of the protein of the present invention, usefulness in the synthesis of complex carbohydrate sugar chains containing sialic acid is expected.
  • SEQ ID NO: 1 ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase N2C0 (signal sequence from the ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase N0C0 gene derived from Photobacterium phosphorium JT-ISH-467 After removal, a nucleic acid sequence encoding Met at the N-terminus so that recombinant expression is possible
  • SEQ ID NO: 2 amino acid sequence of ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase N2C0
  • SEQ ID NO: 3 Nucleic acid encoding ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase N0C0 from Photobacterium phospholeum JT-ISH-467 strain
  • SEQ ID NO: 4 amino acid of ⁇ -galactoside- ⁇ 2,3-sialyltransferase N0C0 Sequence number 5: FLAG peptide Sequence number

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Abstract

 本発明は、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質、当該酵素タンパク質をコードする核酸、及び当該タンパク質をコードする遺伝子で形質転換した微生物を用いる当該酵素の製造方法に関する。本発明のタンパク質は、ビブリオ科フォトバクテリウム属に属する微生物に由来するβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質について、特定のアミノ酸残基を変異させることにより、当該タンパク質が有するノイラミニダーゼ活性を実質的に不活化させた改変型酵素タンパク質である。

Description

新規酵素タンパク質、当該酵素タンパク質の製造方法及び当該酵素タンパク質をコードする遺伝子
 本発明は、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質、当該酵素タンパク質をコードする核酸、及び当該タンパク質をコードする遺伝子で形質転換した微生物を用いる当該酵素の製造方法に関する。
 糖鎖とは種々の糖、例えばガラクトースやN-アセチルグルコサミン等の単糖で構成される化合物である。糖タンパク質や糖脂質等の糖鎖(以下、複合糖質糖鎖)は、生体内において非常に重要な機能を有している。これまでの研究により、糖鎖の中でもとりわけ、シアル酸という単糖を含む糖鎖が、重要な機能を発現すると考えられている。例えば、主に哺乳類細胞において、シアル酸を含む糖鎖は分化や発生における細胞間及び細胞-細胞外マトリックス間のシグナル伝達や複合糖質のタグとして機能する重要な分子であることや、シアル酸を含有する複合糖質が、脳や神経細胞におけるシナプス形成、神経発達ひいては学習能力の向上に深く関与することが示されている。シアル酸は、ノイラミン酸のアシル誘導体の総称で、その構造中にカルボキシル基を有する酸性単糖の一種である。これまでに50種類以上の分子種が確認されており、それらは主に哺乳動物、棘皮動物や細菌などから見出されている。これまでに知られている代表的なシアル酸として、N-アセチルノイラミン酸(Neu5Ac)、N-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)、デアミノノイラミン酸(KDN)が挙げられる。これらシアル酸の中で、通常ヒトの生体内に認められるシアル酸はN-アセチルノイラミン酸のみである。特殊な例として、一部のがん化した細胞においてN-グリコリルノイラミン酸が存在することが知られている。
 生体内に存在する糖蛋白質や糖脂質などの複合糖質糖鎖中に見出されるシアル酸は、シアル酸転移酵素と呼ばれる一群の糖転移酵素によって、糖受容体基質となるそれぞれの糖鎖に転移される。より具体的には、シアル酸転移酵素は、その共通の糖供与体基質であるCMP-シアル酸からシアル酸を各種糖受容体基質に転移する。
 一方、生体内には、複合糖質糖鎖の非還元末端に存在するシアル酸残基を遊離させる反応を触媒する酵素であるノイラミニダーゼ(シアリダーゼ)が存在する。これまでに動物、微生物、ウイルス等から、多くのノイラミニダーゼタンパク質が見つかっており、また、ノイラミニダーゼタンパク質をコードする遺伝子がクローニングされている。主なシアル酸の結合様式としては、α2,3結合、α2,6結合、α2,8結合の3種類が知られているが、これまでに報告されているノイラミニダーゼは、結合様式がα2,3結合若しくはα2,6結合であるシアル酸を半選択的に切断する少数のノイラミニダーゼを除き、シアル酸の結合様式に関係なく、シアル酸を含む複合糖質糖鎖よりシアル酸を切断する場合がほとんどである。
 上述のごとく、生体内に存在するシアル酸を含む複合糖質糖鎖は、生体内において非常に重要な機能を有している。そこで、シアル酸を含む糖蛋白質や糖脂質などの詳細な機能検討、またそれらの機能を応用した生理活性物質の調製等のため、上述のシアル酸転移酵素は需要の高い酵素の一つである。
 これまでに報告されているシアル酸転移酵素はいくつかのグループに分類されているが、動物、特に哺乳類由来のものが多く報告されている(Hamamoto, T., et al., Bioorg. Med. Chem., 1, 141-145 (1993); Weinstein, J., et al., J. Biol. Chem., 262, 17735-17743 (1987))。しかし、これらの動物由来の酵素は極めて糖受容体基質特異性が高く、生体内においてシアル酸を転移できる糖鎖構造は限られている。すなわち、シアル酸転移酵素の反応の結果、生じる糖蛋白質、糖脂質はきわめて限定される。一方、細菌由来のシアル酸転移酵素及びその遺伝子としては、フォトバクテリウム・ダムセラ(Photobacterium damselae)に属する微生物から分離されたものが報告されている(国際公開第WO98/38315号;米国特許6255094号公報、Yamamoto, T., et al., J. Biochem., 120, 104-110 (1996)、Tsukamoto, H., et al., J. Biol. Chem., 282 29794-29802(2007);Takakura, Y., et al., J. Biochem. (Tokyo) 142 403-412(2007))。これら微生物由来のシアル酸転移酵素は、上述の動物由来の酵素と比較して、極めて糖受容体基質特異性が広く、動物由来のシアル酸転移酵素ではシアル酸を転移できない糖鎖にもシアル酸を転移できることが示されている。そのため、需要の高いシアル酸転移酵素の中でも、微生物由来のシアル酸転移酵素、それらの中でも海洋性細菌由来のシアル酸転移酵素はとりわけ需要の高い酵素となっている。
 しかし、これまでに知られている多くの海洋性細菌由来のシアル酸転移酵素は、シアル酸転移酵素活性とノイラミニダーゼ活性を併せ持つ酵素タンパク質であることが示されている(Tsukamoto, H., et al., J. Biol. Chem., 282 29794-29802(2007);Takakura, Y., et al., J. Biochem. (Tokyo) 142 403-412(2007))。本発明者らは、ビブリオ科フォトバクテリウム属(Photobacterium)、又はビブリオ科ビブリオ属(Vibrio)に属する微生物の菌株から、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を生産する菌株(フォトバクテリウム・エスピー(Photobacterium sp.)JT-ISH-224株、フォトバクテリウム・フォスフォレウム(Photobacterium phosphoreum)JT-ISH-467株など)を見出した(国際公開第WO2006/112253号)。そして、これらの酵素はいずれもシアル酸転移酵素活性及びノイラミニダーゼ活性を併せ持つ酵素であることを示した(Tsukamoto, H., et al., J. Biol. Chem., 282 29794-29802(2007))。このようにシアル酸転移酵素活性とノイラミニダーゼ活性の両方を有する酵素を利用する場合、長時間の酵素反応を行って、反応系内における反応生成物であるシアル酸含有化合物濃度が上昇すると、これらがノイラミニダーゼの基質となり反応生成物からシアル酸が加水分解されてしまうおそれがあった。そのため、海洋性細菌由来酵素の利点を維持したまま、ノイラミニダーゼ活性を減少させたシアル酸転移酵素及びその遺伝子が求められている。
国際公開第WO98/38315号パンフレット 米国特許6255094号公報 国際公開第WO2006/112253号パンフレット
Hamamoto, T. , et al., Bioorg. Med. Chem., 1, 141-145 (1993) Weinstein, J. , et al., J. Biol. Chem., 262, 17735-17743 (1987) Yamamoto, T., et al., J. Biochem., 120, 104-110 (1996) Tsukamoto, H., et al., J. Biol. Chem., 282 29794-29802(2007) Takakura, Y., et al., J. Biochem. (Tokyo) 142 403-412(2007)
 本発明の課題は、ビブリオ科フォトバクテリウム属に属する微生物に由来する、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有する酵素タンパク質が有するノイラミニダーゼ活性を不活化、あるいは大幅に減少させることである。また、本発明は、実質的にノイラミニダーゼ活性を有しない、ビブリオ科フォトバクテリウム属に属する微生物に由来するβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有する酵素タンパク質、及びそれをコードする核酸を提供することを目的とする。
 本発明者らは、ビブリオ科フォトバクテリウム属(Photobacterium)に属する微生物フォトバクテリウム・フォスフォレウム(Photobacterium phosphoreum)からβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を生産する菌株(JT-ISH-467株)を見出しており、当該酵素の諸性質を明らかにしてきた(WO2006/112253)。そして、当該酵素はシアル酸転移酵素活性及びノイラミニダーゼ活性を併せ持つ酵素であることを示した(非特許文献4)。
 その後、本発明者らは、鋭意研究を進め、フォトバクテリウム・フォスフォレウムJT-ISH-467株由来のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(配列番号4)の342番目のグルタミン酸(これは配列番号2においては319番目のグルタミン酸に該当する)を変異させた改変型酵素タンパク質が、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を示し、かつ、ノイラミニダーゼ活性を示さないことを見出し、本発明を完成させた。本発明は、実質的にノイラミニダーゼ活性を有しない、新規なβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質、及びそれをコードする核酸、ならびに、当該タンパク質を製造する方法を提供する。
 すなわち、本発明は以下の通りである。
 態様1:β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質であって、該タンパク質は以下:
 (a)配列番号2のアミノ酸2-386において、配列番号2の319番目のグルタミン酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、アミノ酸配列;
 (b)配列番号2のアミノ酸2-386において、1又は複数個のアミノ酸の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列、ここで、少なくとも配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、前記アミノ酸配列;
 (c)配列番号2のアミノ酸2-386と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列、ここで、少なくとも配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、前記アミノ酸配列;及び
 (d)配列番号1のヌクレオチド4-1158の相補鎖にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、によりコードされるアミノ酸配列;
からなる群より選択されるアミノ酸配列を含んでなり、そして、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しない、前記タンパク質。
 態様2:アミノ酸配列が、請求項1の(a)-(d)において特定されるアミノ酸配列のN末端側にさらに、メチオニン、配列番号4のアミノ酸1-24若しくはシグナルペプチドを有するアミノ酸配列である、態様1に記載のタンパク質。
 態様3:配列番号2の319番目のグルタミン酸残基、又はそれに対応するアミノ酸残基が、中性アミノ酸残基又は塩基性アミノ酸残基へと置換している、態様1又は2に記載のタンパク質。
 態様4:配列番号2の319番目のグルタミン酸残基、又はそれに対応するアミノ酸残基が、中性アミノ酸残基へと置換している、態様1又は2に記載のタンパク質。
 態様5:以下のa)-l)
 a)配列番号2の123番目の又はそれに対応するチロシン残基は、改変されていない、あるいはトリプトファン又はフェニルアラニンに置換されている;
 b)配列番号2の124番目の又はそれに対応するアスパラギン酸残基は、改変されていない、あるいはグルタミン酸に置換されている;
 c)配列番号2の125番目の又はそれに対応するアスパラギン酸残基は、改変されていない、あるいはグルタミン酸に置換されている;
 d)配列番号2の126番目の又はそれに対応するグリシン残基は、改変されていない、あるいはアラニン又はバリンに置換されている;
 e)配列番号2の127番目の又はそれに対応するセリン酸残基は、改変されていない、あるいはスレオニンに置換されている;
 f)配列番号2の291番目の又はそれに対応するフェニルアラニン残基は、改変されていない、あるいはトリプトファン又はチロシンに置換されている;
 g)配列番号2の292番目の又はそれに対応するリジン残基は、改変されていない、あるいはアルギニンに置換されている;
 h)配列番号2の293番目の又はそれに対応するグリシン残基は、改変されていない、あるいはアラニン又はバリンに置換されている;
 i)配列番号2の294番目の又はそれに対応するヒスチジン残基は、改変されていない、あるいはリジン又はアルギニンに置換されている;
 j)配列番号2の295番目の又はそれに対応するプロリン残基は、改変されていない、あるいはバリン又はイソロイシンに置換されている;
 k)配列番号2の336番目の又はそれに対応するセリン残基は、改変されていない、あるいはスレオニンに置換されている;及び
 l)配列番号2の337番目の又はそれに対応するセリン残基は、改変されていない、あるいはスレオニンに置換されている;
からなる群より選択される1ないし全ての条件を満たす、態様1ないし4のいずれか1項に記載のタンパク質。
 態様6:態様1ないし5のいずれか1項に記載のタンパク質をコードする核酸。
 態様7:β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質をコードする単離された核酸であって、該タンパク質は実質的にノイラミニダーゼ活性を有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質であり、そして該核酸は以下:
 (a)配列番号1のヌクレオチド4-1158において、配列番号1の955-957番目のコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、塩基配列;
 (b)配列番号1のヌクレオチド4-1158において、1又は複数のヌクレオチドの欠失、置換、挿入及び/又は付加を含む塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;
 (c)配列番号1のヌクレオチド4-1158と80%以上の同一性を有する塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;及び
 (d)配列番号1のヌクレオチド4-1158の相補鎖にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;
からなる群より選択される塩基配列を含んでなる、前記単離された核酸。
 態様8:態様6又は7に記載の核酸を含んでなる発現ベクター。
 態様9:β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有する組換えタンパク質の製造方法であって、該タンパク質は実質的にノイラミニダーゼ活性を有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質であり、そして、以下の工程:
 1)態様6又は7に記載の核酸を含んでなる発現ベクターで宿主細胞を形質転換し;
 2)得られた形質転換細胞を培養し;そして、
 3)培養した形質転換細胞又はその培養上清から、実質的にノイラミニダーゼ活性を有しない、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質を単離する;
を含んでなる、前記製造方法。
 本発明は、海洋性微生物由来のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素の利点を維持しつつ、実質的にノイラミニダーゼ活性を有しない新規なβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質及びそれをコードする核酸を提供することにより、これまでよりも容易に扱うことができ、また効率的に糖鎖にシアル酸を転移することができる。シアル酸は、生体内の複合糖質糖鎖において非還元末端に存在することが多く、糖鎖機能という観点から極めて重要な糖である。このため、シアル酸転移酵素は糖転移酵素の中でも最も需要が高い酵素の一つであり、本発明の新規なシアル酸転移酵素の提供は、そのような高い需要に応えるものである。
図1-1は、3’-シアリルラクト-ス(3’-SL)、及びシアル酸(Neu5Ac)のHPLC分析結果である。 図1-2は、シグナルペプチド領域をコードするリーダー配列を欠失したJT-ISH-467株由来のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素遺伝子(配列番号1)を含む発現ベクターで形質転換した大腸菌を培養し、得られた菌体から調製した粗酵素液を、3’-シアリルラクトースに反応させた反応溶液のHPLC分析結果を示す図である。反応開始後0時間及び72時間で分析した。保持時間が22分のピークは3’-シアリルラクトース、12分のピークはシアル酸である。 図1-3は、配列番号2に記載した319番目のグルタミン酸をアラニンに変異させた改変型N2C0タンパク質(E319A変異体)をコードするβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素遺伝子を含む発現ベクターで形質転換した大腸菌を培養し、得られた菌体から調製した粗酵素液を、3’-シアリルラクトースに反応させた反応溶液のHPLC分析結果を示す図である。反応開始後0時間及び72時間で分析した。保持時間が22分のピークは3’-シアリルラクトース、12分のピークはシアル酸である。 図1-4は、配列番号2に記載した318番目のフェニルアラニンをアラニンに、319番目のグルタミン酸をアラニンに変異させた改変型N2C0タンパク質(F318AE319A変異体)をコードするβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素遺伝子を含む発現ベクターで形質転換した大腸菌を培養し、得られた菌体から調製した粗酵素液を、3’-シアリルラクト-スに反応させた反応溶液のHPLC分析結果を示す図である。反応開始後0時間及び72時間で分析した。保持時間が22分のピークは3’-シアリルラクトース、12分のピークはシアル酸である。 図2-1は、シグナルペプチド領域を欠失したJT-ISH-467株由来のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(野生型);配列番号2の319番目のグルタミン酸をアラニンに変異させた改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319A変異体);及び、配列番号2の318番目のフェニルアラニンをアラニンに、319番目のグルタミン酸をアラニンに変異させた改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(F318AE319A変異体);のそれぞれの酵素について、シアル酸転移酵素活性の30℃における至適pHを分析した結果を示す図である。 図2-2は、シグナルペプチド領域を欠失したJT-ISH-467株由来のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(野生型);配列番号2の319番目のグルタミン酸をアラニンに変異させた改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319A変異体);及び、配列番号2の318番目のフェニルアラニンをアラニンに、319番目のグルタミン酸をアラニンに変異させた変異体β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(F318AE319A変異体);のそれぞれの酵素について、シアル酸転移酵素活性のpH6.0における至適温度を分析した結果を示す図である。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
 定義
 本明細書で特段に定義されない限り、本発明に関連して用いられる科学用語及び技術用語は、当業者によって一般的に理解される意味を有するものとする。
 本明細書においてタンパク質、核酸又は抗体等の分子について「単離された」とは、当該分子の天然状態で付随する成分を実質的に含まない状態であることを意味する。そのような状態としては、例えば、当該分子を天然に産生する種由来の他の分子を実質的に含まない状態、当該分子を天然に産生する種とは異なる種の細胞若しくは確立された培養細胞系によって発現される状態、又は化学的に合成される状態、などが挙げられる。また、分子が「単離された」状態にある場合には、当該分子は当該技術分野において周知の技術により、天然状態で付随する成分を実質的に含まないように精製されていてもよい。本明細書において、ある成分を「実質的に含まない」とは、天然状態と比較して当該成分の含有量が減少している状態を意味する。ある成分を「実質的に含まない」状態には、例えば、当該成分を完全に含まない場合、検出限界以下の量で含む場合、又は、含有量が天然状態の50%以下、25%以下、10%以下、7%以下、5%以下、3%以下、1%以下、0.5%以下、若しくは0.1%以下に低減されている場合が含まれる。
 本明細書において「タンパク質」とは、ペプチド結合によって互いに連結している2以上のアミノ酸残基を含んでなる分子を意味する。また、本明細書において「タンパク質」の語は、「ポリペプチド」とも記載され得る。
 本明細書において「核酸」とは、2以上のヌクレオチドで構成されるデオキシリボ核酸(DNA)又はリボ核酸(RNA)を意味する。また、本明細書において「核酸」の語は、「ポリヌクレオチド」とも記載され得る。DNAの塩基配列で記載された核酸についてRNAが意図される場合には、DNAの塩基配列のチミンをウラシルに置き換えて理解すべきであることは当業者に理解されよう。
 本明細書において「シアル酸」とは、シアル酸ファミリーに属するノイラミン酸誘導体を示す。具体的には、N-アセチルノイラミン酸(Neu5Ac)、N-グリコリルノイラミン酸(Neu5Gc)、5-デアミノ-5-ヒドロキシノイラミン酸(KDN)、ジシアル酸(ジN-アセチルノイラミン酸:Neu5Acα2,8(9)Neu5Ac)などを示す。
 本明細書において「β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素」とは、シチジン1リン酸(CMP)-シアル酸からシアル酸を、複合糖質糖鎖若しくは遊離の糖鎖中のガラクトース残基の3位、ラクトース若しくはN-アセチルラクトサミンなどのオリゴ糖に存在するガラクトースの3位、又はガラクトース、N-アセチルガラクトサミン、グルコース、N-アセチルグルコサミン若しくはマンノースなどの複合糖質を構成しうる単糖であって3位の炭素に水酸基を有する単糖の3位、に転移させる活性を有するタンパク質を意味する。本明細書において「β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性」とは、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素について上述した活性を意味する。また、「β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性」は、本明細書において、単に「シアル酸転移酵素活性」と表記される場合がある。
 本明細書において「ノイラミニダーゼ」とは、複合糖質糖鎖又は遊離の糖鎖中の非還元末端に存在するシアル酸を当該糖鎖から切断する活性を有するタンパク質を意味する。また、ノイラミニダーゼは、当該技術分野においてシアリダーゼとも称される。また、本明細書において「ノイラミニダーゼ活性」とは、タンパク質についての活性であって、複合糖質糖鎖又は遊離の糖鎖中の非還元末端に存在するシアル酸を当該糖鎖から切断する反応を触媒する活性を意味する。本明細書において「ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しない」とは、野生型タンパク質と比較してノイラミニダーゼ活性が低減されている状態を意味する。例えば、ノイラミニダーゼ活性を完全に有しない場合、検出限界以下の活性である場合、又は、ノイラミニダーゼ活性が野生型タンパク質の10%以下、7%以下、5%以下、3%以下、1%以下、0.5%以下、0.1%以下、0.05%以下、0.01%以下に低減されている場合が含まれる。
 本明細書において「ベクター」とは、それに連結させた核酸を宿主細胞内に導入するために用いることが可能な核酸である。また、「発現ベクター」は、ベクターにより導入された核酸がコードするタンパク質の発現を導くことが可能なベクターである。ベクターには、プラスミドベクター、ウイルスベクター等が含まれる。
 本明細書において、「宿主細胞」とは、ベクターにより遺伝子導入又は形質転換を受ける細胞を意味する。宿主細胞は、使用するベクターに応じて当業者が適切に選択することが可能である。宿主細胞は、例えば、大腸菌(E.coli)などの原核生物由来であることが可能であり、あるいは、酵母などの単細胞真核生物、植物細胞、動物細胞(例えば、ヒト細胞、サル細胞、ハムスター細胞、ラット細胞、マウス細胞又は昆虫細胞)などの、真核生物由来の細胞であることが可能である。
 JT-ISH-467株由来N2C0タンパク質
 本発明は、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しない、新規なβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性タンパク質を提供する。
 本発明者らは、海洋性細菌フォトバクテリウム・フォスフォレウム(Photobacterium phosphoreum)JT-ISH-467株からβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質N0C0(配列番号4)を見出し、さらにN0C0からシグナルペプチド領域を除去した上で、N末端にメチオニンを付加してβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質N2C0(配列番号2)を得た(WO2006/112253)。このJT-ISH-467株由来N2C0は、他の多くの海洋性細菌由来のシアル酸転移酵素と同様、シアル酸転移酵素活性とノイラミニダーゼ活性の両方を有する酵素タンパク質であった。
 本明細書において「N2C0」と記載した場合には、特に言及しない限りJT-ISH-467株由来のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素について、シグナルペプチド領域を欠失したN2C0(配列番号2:以下、本明細書において野生型N2C0とも記載する)及びその変異体を意味する。また、配列番号2におけるN末端のメチオニンを除去し、適切なシグナルペプチドを付加したものもこれに含まれる。N2C0タンパク質の変異体又は変異型とは、配列番号2のアミノ酸配列において、アミノ酸残基に変異が導入されたタンパク質をいう。N2C0タンパク質の変異体の中でも、特に、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しないようにアミノ酸残基を改変させたタンパク質をN2C0タンパク質の改変体又は改変型という。したがって、文意により、「N2C0」と記載した場合には、本発明の改変型N2C0も含めて、N2C0の野生型、変異型、本発明の改変型の総称として使用する場合もある。また、N2C0はシアル酸転移酵素活性を示すことから、本明細書においてN2C0を単に「シアル酸転移酵素」と呼称することがある。本発明は、N2C0タンパク質の特定のアミノ酸残基を改変させることにより、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しない、改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性タンパク質を提供するものである。
 N2C0(野生型)は典型的には、配列番号2のアミノ酸配列を含んでなるタンパク質、又は、配列番号1の塩基配列を含んでなる核酸によってコードされるタンパク質、であってよい。あるいは、N2C0は、配列番号2のアミノ酸配列を含んでなるタンパク質、又は、配列番号1の塩基配列を含んでなる核酸によってコードされるタンパク質、の変異体であって、N2C0と同様のシアル酸転移酵素活性を有するタンパク質であってよい。
 N2C0の変異体は、配列番号2のアミノ酸配列において、1又は複数のアミノ酸の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列を含んでなるタンパク質であってもよい。置換は、保存的置換であってもよく、これは、特定のアミノ酸残基を類似の物理化学的特徴を有する残基で置き換えることである。保存的置換の非限定的な例には、Ile、Val、Leu又はAla相互の置換のような脂肪族基含有アミノ酸残基の間の置換、Lys及びArg、Glu及びAsp、Gln及びAsn相互の置換のような極性残基の間での置換などが含まれる。例えば、配列番号2の318番目のフェニルアラニン(F)をアラニン(A)に置換したタンパク質は、その1例である。
 アミノ酸の欠失、置換、挿入及び/又は付加による変異体は、野生型タンパク質をコードするDNAに、例えば周知技術である部位特異的変異誘発(例えば、Nucleic Acid Research, Vol.10, No. 20, p.6487-6500, 1982参照、引用によりその全体を本明細書に援用する)を施すことにより作成することができる。本明細書において、「1又は複数のアミノ酸」とは、部位特異的変異誘発法により欠失、置換、挿入及び/又は付加できる程度のアミノ酸を意味する。また、本明細書において「1又は複数のアミノ酸」とは、場合により、1又は数個のアミノ酸を意味し、限定するものではないが、好ましくは1ないしは10個、好ましくは9個以下、7個以下、5個以下、3個以下、又は2個以下、より好ましくは1個以下である。
 部位特異的変異誘発法は、例えば、所望の変異である特定の不一致の他は、変異を受けるべき一本鎖ファージDNAに相補的な合成オリゴヌクレオチドプライマーを用いて次のように行うことができる。即ち、プライマーとして上記合成オリゴヌクレオチドを用いてファージに相補的な鎖を合成させ、得られた二重鎖DNAで宿主細胞を形質転換する。形質転換された細菌の培養物を寒天にプレーティングし、ファージを含有する単一細胞からプラークを形成させる。そうすると、理論的には50%の新コロニーが一本鎖として変異を有するファージを含有し、残りの50%が元の配列を有する。上記所望の変異を有するDNAと完全に一致するものとはハイブリダイズするが、元の鎖を有するものとはハイブリダイズしない温度において、得られたプラークをキナーゼ処理により標識した合成プローブとハイブリダイズさせる。次に該プローブとハイブリダイズするプラークを拾い、培養してDNAを回収する。
 なお、生物活性ペプチドのアミノ酸配列にその活性を保持しつつ1又は複数のアミノ酸の欠失、置換、挿入及び/又は付加を施す方法としては、上記の部位特異的変異誘発の他にも、遺伝子を変異源で処理する方法、及び遺伝子を選択的に開裂し、次に選択されたヌクレオチドを除去、置換、挿入又は付加し、次いで連結する方法もある。限定されるものではないが、本発明におけるN2C0は、配列番号2において1ないしは10個、好ましくは9個以下、7個以下、5個以下、3個以下、2個以下、より好ましくは1個以下のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質である。
 N2C0の変異体はさらに、配列番号2のアミノ酸配列と少なくとも80%以上、好ましくは85%以上、90%以上、93%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、又は99%以上、より好ましくは99.3%以上のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列を含んでなるタンパク質であってよい。ここで、N2C0の変異体は野生型N2C0と同様のシアル酸転移酵素活性を有するタンパク質であってもよい。
 2つのアミノ酸配列の同一性%は、視覚的検査及び数学的計算によって決定してもよい。あるいは、2つのタンパク質配列の同一性パーセントは、Needleman, S. B. 及びWunsch, C. D. (J. Mol. Biol., 48: 443-453, 1970)のアルゴリズムに基づき、そしてウィスコンシン大学遺伝学コンピューターグループ(UWGCG)より入手可能なGAPコンピュータープログラムを用い配列情報を比較することにより、決定してもよい。GAPプログラムの好ましいデフォルトパラメーターには:(1)Henikoff, S. 及びHenikoff, J. G. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 10915-10919, 1992)に記載されるような、スコアリング・マトリックス、blosum62;(2)12のギャップ加重;(3)4のギャップ長加重;及び(4)末端ギャップに対するペナルティなし、が含まれる。
 当業者に用いられる、配列比較の他のプログラムもまた、用いてもよい。同一性のパーセントは、例えばAltschulら(Nucl. Acids. Res., 25, p.3389-3402, 1997)に記載されているBLASTプログラムを用いて配列情報と比較し決定することが可能である。当該プログラムは、インターネット上でNational Center for Biotechnology Information(NCBI)、あるいはDNA Data Bank of Japan(DDBJ)のウェブサイトから利用することが可能である。BLASTプログラムによる同一性検索の各種条件(パラメーター)は同サイトに詳しく記載されており、一部の設定を適宜変更することが可能であるが、検索は通常デフォルト値を用いて行う。又は、2つのアミノ酸配列の同一性%は、遺伝情報処理ソフトウエアGENETYX Ver.7(ゼネティックス製)などのプログラム、又は、FASTAアルゴリズムなどを用いて決定してもよい。その際、検索はデフォルト値を用いてよい。
 2つの核酸配列の同一性%は、視覚的検査と数学的計算により決定可能であるか、又はより好ましくは、この比較はコンピュータ・プログラムを使用して配列情報を比較することによってなされる。代表的な、好ましいコンピュータ・プログラムは、遺伝学コンピュータ・グループ(GCG;ウィスコンシン州マディソン)のウィスコンシン・パッケージ、バージョン10.0プログラム「GAP」である(Devereux, et al., 1984, Nucl. Acids Res., 12: 387)。この「GAP」プログラムの使用により、2つの核酸配列の比較の他に、2つのアミノ酸配列の比較、核酸配列とアミノ酸配列との比較を行うことができる。ここで、「GAP」プログラムの好ましいデフォルトパラメーターには:(1)ヌクレオチドについての(同一物について1、及び非同一物について0の値を含む)一元(unary)比較マトリックスのGCG実行と、Schwartz及びDayhoff監修「ポリペプチドの配列及び構造のアトラス(Atlas of Polypeptide Sequence and Structure)」国立バイオ医学研究財団、353-358頁、1979により記載されるような、Gribskov及びBurgess, Nucl. Acids Res., 14: 6745, 1986の加重アミノ酸比較マトリックス;又は他の比較可能な比較マトリックス;(2)アミノ酸の各ギャップについて30のペナルティと各ギャップ中の各記号について追加の1のペナルティ;又はヌクレオチド配列の各ギャップについて50のペナルティと各ギャップ中の各記号について追加の3のペナルティ;(3)エンドギャップへのノーペナルティ:及び(4)長いギャップへは最大ペナルティなし、が含まれる。当業者により使用される他の配列比較プログラムでは、例えば、米国国立医学ライブラリーのウェブサイト:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/bls.htmlにより使用が利用可能なBLASTNプログラム、バージョン2.2.7、又はUW-BLAST2.0アルゴリズムが使用可能である。UW-BLAST2.0についての標準的なデフォルトパラメーターの設定は、以下のインターネットサイト:http://blast.wustl.eduに記載されている。さらに、BLASTアルゴリズムは、BLOSUM62アミノ酸スコア付けマトリックスを使用し、使用可能である選択パラメーターは以下の通りである:(A)低い組成複雑性を有するクエリー配列のセグメント(Wootton及びFederhenのSEGプログラム(Computers and Chemistry, 1993)により決定される;Wootton及びFederhen, 1996 「配列データベースにおける組成編重領域の解析(Analysis of compositionally biased regions in sequence databases)」Methods Enzymol., 266: 544-71も参照されたい)、又は、短周期性の内部リピートからなるセグメント(Claverie及びStates(Computers and Chemistry, 1993)のXNUプログラムにより決定される)をマスクするためのフィルターを含むこと、及び(B)データベース配列に対する適合を報告するための統計学的有意性の閾値、又はE-スコア(Karlin及びAltschul, 1990)の統計学的モデルにしたがって、単に偶然により見出される適合の期待確率;ある適合に起因する統計学的有意差がE-スコア閾値より大きい場合、この適合は報告されない);好ましいE-スコア閾値の数値は0.5であるか、又は好ましさが増える順に、0.25、0.1、0.05、0.01、0.001、0.0001、1e-5、1e-10、1e-15、1e-20、1e-25、1e-30、1e-40、1e-50、1e-75、又は1e-100である。
 N2C0の変異体はまた、配列番号1の塩基配列の相補鎖にストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含んでなる核酸によってコードされるタンパク質であってよい。ここで、N2C0の変異体は野生型N2C0と同様のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質であってもよい。
 ここで、「ストリンジェントな条件下」とは、中程度又は高程度にストリンジェントな条件においてハイブリダイズすることを意味する。具体的には、中程度にストリンジェントな条件は、例えば、DNAの長さに基づき、一般の技術を有する当業者によって、容易に決定することが可能である。基本的な条件は、Sambrookら,Molecular Cloning: A Laboratory Manual,第3版,第6章,Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001に示され、例えば5×SSC、0.5% SDS、1.0mM EDTA(pH8.0)の前洗浄溶液、約42℃での、約50%ホルムアミド、2×SSCないし6×SSC、好ましくは5×SSCないし6×SSC、0.5% SDS(又は約42℃での約50%ホルムアミド中の、スターク溶液などの他の同様のハイブリダイゼーション溶液)のハイブリダイゼーション条件、及び例えば、約50℃ないし68℃、0.1×SSCないし6×SSC、0.1% SDSの洗浄条件の使用が含まれる。好ましくは中程度にストリンジェントな条件は、約50℃、6×SSC、0.5% SDSのハイブリダイゼーション条件(及び洗浄条件)を含む。高ストリンジェントな条件もまた、例えばDNAの長さに基づき、当業者によって、容易に決定することが可能である。
 一般に、こうした条件は、中程度にストリンジェントな条件よりも高い温度及び/又は低い塩濃度でのハイブリダイゼーション(例えば、0.5%程度のSDSを含み、約65℃、6×SSCないし0.2×SSC、好ましくは6×SSC、より好ましくは2×SSC、より好ましくは0.2×SSC、あるいは0.1×SSCのハイブリダイゼーション)及び/又は洗浄を含み、例えば上記のようなハイブリダイゼーション条件、及びおよそ65℃、ないし68℃、0.2×SSCないし0.1×SSC、0.1% SDSの洗浄を伴うと定義される。ハイブリダイゼーション及び洗浄の緩衝液では、SSC(1×SSCは、0.15M NaCl及び15mM クエン酸ナトリウムである)にSSPE(1×SSPEは、0.15M NaCl、10mM NaH2PO4、及び1.25mM EDTA、pH7.4である)を代用することが可能であり、洗浄はハイブリダイゼーションが完了した後で15分間ないし1時間程度行う。
 また、プローブに放射性物質を使用しない市販のハイブリダイゼーションキットを使用することもできる。具体的には、ECL direct labeling & detection system(Amersham社製)を使用したハイブリダイゼーション等が挙げられる。ストリンジェントなハイブリダイゼーションとしては、例えば、キット中のhybridization bufferにBlocking試薬を5%(w/v)、NaClを0.5Mになるように加え、42℃で4時間行い、洗浄は、0.4% SDS、0.5×SSC中で、55℃で20分を2回、2×SSC中で室温、5分を一回行う、という条件が挙げられる。
 N2C0の変異体のシアル酸転移酵素活性は、公知の手法、例えば、J. Biochem., 120, 104-110 (1996)(引用によりその全体を本明細書に援用する)に記載されている方法で測定してもよい。例えば、糖供与体基質としてCMP-NeuAc(N-アセチルノイラミン酸)を、そして糖受容体基質としてラクトースを用いて酵素反応を行い、反応生成物であるシアリルラクトースの量を評価することで酵素活性を評価することができる。なお、シアル酸転移酵素についての酵素1単位(1U)は、1分間に1マイクロモルのシアル酸を転移する酵素量である。
 糖受容体基質に転移したシアル酸の結合様式の決定方法としては、限定するわけではないが、ピリジルアミノ化糖鎖を用いる手法、反応生成物の核磁気共鳴分光法(NMR)による分析など、当業者に公知の手法のいずれかを用いて行うことができる。ピリジルアミノ化糖鎖を用いる手法は、ピリジルアミノ化糖鎖を糖受容体基質として酵素反応を行うことを含む。具体的には、ピリジルアミノ化ラクトース(Galβ1-4Glc-PA、タカラバイオ製)を糖受容体基質、CMP-NeuAcを糖供与体基質として用いて酵素反応を行い、反応生成物を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分析し、反応生成物の保持時間からシアル酸が転移された位置を特定する。
のいずれかにより測定することが可能である。
 本発明の改変型N2C0タンパク質において、改変しないことが望ましいアミノ酸残基については後述する。
 改変型シアル酸転移酵素タンパク質
 本発明の改変型N2C0タンパク質は、野生型N2C0タンパク質又は変異型N2C0タンパク質のアミノ酸配列に対して、特定のアミノ酸残基の置換により、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しないように改変させたタンパク質である。
 すなわち、本発明の改変型N2C0タンパク質は、以下:
 (a)配列番号2のアミノ酸2-386において、配列番号2の319番目のグルタミン酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、アミノ酸配列;
 (b)配列番号2のアミノ酸2-386において、1又は複数個のアミノ酸の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列、ここで、少なくとも配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、前記アミノ酸配列;
 (c)配列番号2のアミノ酸2-386と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列、ここで、少なくとも配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、前記アミノ酸配列;及び
 (d)配列番号1のヌクレオチド4-1158の相補鎖にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、によりコードされるアミノ酸配列;
からなる群より選択されるアミノ酸配列を含んでなるタンパク質であってよい。ここで、本発明の改変型N2C0タンパク質は、実質的にノイラミニダーゼ活性を有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質であってよい。
 また、上記(a)~(d)で特定されるアミノ酸配列のN末端側にはさらに、メチオニン残基、または、配列番号4のアミノ酸1-24もしくは酵母α因子シグナルリーダー等のシグナルペプチドが付加されていてもよい。
 「グルタミン酸以外のアミノ酸」とは、天然型または非天然型のアミノ酸であって、グルタミン酸以外のアミノ酸を意味する。好ましくは、グルタミン酸以外のアミノ酸、とはグルタミン酸以外の天然型のL-アミノ酸をいう。
 好ましい態様において、本発明の改変型N2C0タンパク質は、配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基が中性アミノ酸残基又は塩基性アミノ酸残基へと置換されている。より好ましい態様において、本発明の改変型N2C0タンパク質は、配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基が中性アミノ酸残基へと置換されている。
 中性アミノ酸残基とは、アスパラギン、セリン、グルタミン、トレオニン、グリシン、チロシン、トリプトファン、システイン、メチオニン、プロリン、フェニルアラニン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシンである。そして、塩基性アミノ酸残基とは、リジン、アルギニン、ヒスチジンである。改変型N2C0タンパク質について、配列番号2の319番目のアミノ酸残基を置換するのに、より好ましい中性アミノ酸残基は、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、システイン、メチオニンである。さらに好ましくは、グリシン、アラニン、バリン、セリン、システインである。さらにより好ましくは、アラニン、バリン、セリンである。
 このような改変型N2C0は、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するが、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しない。
 ノイラミニダーゼ活性は、公知の手法で測定することができる。例えば、シアル酸含有糖鎖に対しノイラミニダーゼを作用させてシアル酸加水分解反応を行い、反応生成物である、シアル酸が脱離した糖鎖の量又は遊離のシアル酸の量を評価することで酵素活性を評価することができる。なお、ノイラミニダーゼについての酵素1単位(1U)は、1分間に1マイクロモルのシアル酸を遊離させる酵素量である。
 アミノ酸の改変方法
 N2C0のアミノ酸を改変して、本発明の改変型N2C0タンパク質を得るための方法は、公知のアミノ酸配列に変異を施す方法を使用でき、特に限定されない。好ましくは本発明の改変タンパク質をコードする核酸の塩基配列に修飾を施し改変する。
 例えば、アミノ酸配列の特定の位置のアミノ酸を改変するには、例えばPCRを利用した方法が挙げられる(Higuchi et al (1988) Nucleic Acid Res 16:7351-7367, Ho et al.(1989) Gene 77:51-59)。すなわち、標的変異のミスマッチコドンを含むプライマーを利用してPCRを行ない、目的の改変体をコードするDNAを作成しこれを発現させることにより、目的の改変体を得ることができる。
 また、アミノ酸の欠失、置換、挿入及び/又は付加による改変体は、野生型タンパク質をコードするDNAに、前述の周知技術である部位特異的変異誘発を施すなどの方法により作成することができる。
 改変型N2C0において改変されないことが望ましいアミノ酸残基
 本発明の改変型N2C0タンパク質におけるアミノ酸残基の改変は、改変型N2C0がβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を維持するような改変である。
 ところで、野生型N2C0については、他の海洋性微生物由来のシアル酸転移酵素の配列との比較研究から、非常によく保存されており、シアル酸転移酵素活性に重要と考えられるモチーフ配列(YDDGSモチーフ、FKGHPモチーフ、SSモチーフ)が、発明者らによって特定されている(Yamamoto et al.(2008)BBRC 365: 340-343)。よって、配列番号2において、Y123、D124、D125、G126、S127(YDDGSモチーフ)、F291、K292、G293、H294、P295(FKGHPモチーフ)、S336、S337(SSモチーフ)については、改変されないことが望ましい。あるいは、これらを改変する場合にはシアル酸転移酵素活性を維持できるよう、性質あるいは構造が類似したアミノ酸に改変することが望ましく、例えばチロシン(Y)の場合はトリプトファン(W)又はフェニルアラニン(F)へ、より好ましくはフェニルアラニン(F)へ、アスパラギン酸(D)の場合はグルタミン酸(E)へ、グリシン(G)の場合はアラニン(A)又はバリン(V)へ、より好ましくはアラニン(A)へ、セリン(S)の場合はスレオニン(T)へ、フェニルアラニン(F)の場合はトリプトファン(W)又はチロシン(Y)へ、より好ましくはチロシン(Y)へ、リジン(K)の場合はアルギニン(R)へ、ヒスチジン(H)の場合はリジン(K)又はアルギニン(R)へ、より好ましくはアルギニン(R)へ、プロリン(P)の場合はバリン(V)又はイソロイシン(I)へ、より好ましくはバリン(V)へ、それぞれ改変することが望ましい。
 改変型N2C0タンパク質をコードする核酸
 本発明は、本発明の改変型N2C0タンパク質をコードする核酸を提供する。このような核酸の塩基配列は、N2C0の塩基配列(配列番号1)を、改変型N2C0タンパク質の改変アミノ酸をコードする塩基配列に改変したものである。
 すなわち、本発明の改変型N2C0タンパク質をコードする核酸は、以下:
 (a)配列番号1のヌクレオチド4-1158において、配列番号1の955-957番目のコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、塩基配列;
 (b)配列番号1のヌクレオチド4-1158において、1又は複数のヌクレオチドの欠失、置換、挿入及び/又は付加を含む塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;
 (c)配列番号1のヌクレオチド4-1158と80%以上の同一性を有する塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;及び
 (d)配列番号1のヌクレオチド4-1158の相補鎖にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;
からなる群より選択される塩基配列を含んでなる核酸であってよい。ここで、本発明の改変型N2C0タンパク質をコードする核酸は、実質的にノイラミニダーゼ活性を有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質をコードする単離された核酸であってよい。
 本発明の核酸は、N末端側にメチオニンをコードするコドン、配列番号3のヌクレオチド1-72に相当するリーダー配列、又は酵母α因子リーダーなどの他の生物源由来のリーダー配列を含んでいてもよい。
 上記の(a)~(d)において、「グルタミン酸以外のアミノ酸」とは、“改変型シアル酸転移酵素タンパク質”の項目において記載したように、グルタミン酸以外の天然型のL-アミノ酸、好ましくは中性アミノ酸又は塩基性アミノ酸、より好ましくは中性アミノ酸である。
 本発明のタンパク質を製造する方法
 本発明は、本発明の改変型N2C0タンパク質を製造する方法にも関する。好ましい態様において本発明の方法は、本発明のタンパク質を生産する方法である。
 (1)組換えタンパク質を製造する方法
 本発明は、本発明の核酸を含む発現ベクター、及び当該発現ベクターを含有する宿主細胞を提供する。そして、本発明は、当該発現ベクターを含有する宿主細胞を、組換えタンパク質の発現に適する条件下で培養して、発現された組換えタンパク質を回収することにより組換え改変型N2C0タンパク質を製造する方法も提供する。
 本発明の組換えタンパク質を製造するためには、使用する宿主に応じて選ばれた発現ベクターに、哺乳動物、微生物、ウィルス、又は昆虫遺伝子等から誘導された適当な転写又は翻訳調節ヌクレオチド配列に機能可能に連結した、改変型N2C0タンパク質をコードする核酸配列を挿入する。調節配列の例として、転写プロモーター、オペレーター、又はエンハンサー、mRNAリボソーム結合部位、ならびに、転写及び翻訳の開始及び終結を制御する適切な配列が挙げられる。
 本発明のベクターに挿入される、改変型N2C0タンパク質をコードする核酸配列は、上述した本発明の核酸の塩基配列である。この配列は、リーダー配列を含んでいても、含んでいなくてもよい。リーダー配列を含む場合、配列番号3のヌクレオチド1-72に相当するリーダー配列であってもよく、また他の生物源由来のリーダー配列に置き換えてもよい。リーダー配列を置き換えることによって、発現したタンパク質を宿主細胞の外に分泌させるように発現システムを設計することも可能である。
 また、本発明の組換え改変型N2C0組換えタンパク質は、当該タンパク質をコードする核酸に続いて、Hisタグ、FLAGTMタグ(アミノ酸配列DYKDDDDK(配列番号5)を含むタグ)、グルタチオン-S-トランスフェラーゼをコードする核酸などを連結した核酸をベクターに挿入することにより、融合タンパク質として発現することも可能である。本発明の酵素をこのような融合タンパク質として発現させることにより、当該酵素の精製及び検出を容易にすることができる。
 本発明のタンパク質の発現に適する宿主細胞には、原核細胞、酵母又は高等真核細胞が含まれる。細菌、真菌、酵母、及び哺乳動物細胞宿主で用いる適切なクローニング及び発現ベクターは、例えば、Pouwelsら、Cloning Vectors: A Laboratory Manual, Elsevier, New York, (1985)(引用によりその全体を本明細書に援用する)に記載されている。
 原核生物には、グラム陰性又はグラム陽性菌、例えば、大腸菌又は枯草菌が含まれる。大腸菌のような原核細胞を宿主として使用する場合、本発明のタンパク質は、原核細胞内での組換えポリペプチドの発現を容易にするためにN末端メチオニン残基を含むようにしてもよい。このN末端メチオニンは、発現後に組換えタンパク質から切り離すこともできる。
 原核宿主細胞内で用いる発現ベクターは、一般に1又は2以上の表現型選択可能マーカー遺伝子を含む。表現型選択可能マーカー遺伝子は、例えば、抗生物質耐性を付与するか、又は独立栄養要求性を付与する遺伝子である。原核宿主細胞に適する発現ベクターの例には、pBR322(ATCC37017)のような市販のプラスミド又はそれらから誘導されるものが含まれる。pBR322は、アンピシリン及びテトラサイクリン耐性のための遺伝子を含有するので、形質転換細胞を同定するのが容易である。適切なプロモーターならびに改変型N2C0タンパク質をコードする核酸のDNA配列が、このpBR322ベクター内に挿入される。他の市販のベクターには、例えば、pKK223-3(Pharmacia Fine Chemicals, スウェーデン、ウプサラ)及びpGEM1(Promega Biotech.、米国、ウイスコンシン州、マディソン)などが含まれる。
 原核宿主細胞用の発現ベクターにおいて通常用いられるプロモーター配列には、tacプロモーター、β-ラクタマーゼ(ペニシリナーゼ)プロモーター、ラクトースプロモーター(Changら、Nature 275:615, 1978;及びGoeddelら、Nature 281:544, 1979、引用によりその全体を本明細書に援用する。)などが含まれる。
 また、本発明の組換えタンパク質を酵母宿主内で発現させてもよい。好ましくは、サッカロミセス属(Saccharomyces、例えば、S. cerevisiae )を用いるが、ピキア属(Pichia)又はクルイベロミセス属(Kluyveromyces)のような他の酵母の属を用いてもよい。酵母ベクターは、2μ酵母プラスミドからの複製起点の配列、自立複製配列(ARS)、プロモーター領域、ポリアデニル化のための配列、転写終結のための配列、及び選択可能なマーカー遺伝子を含有することが多い。酵母α因子リーダー配列を用いて、改変型N2C0タンパク質の分泌を行わせることもできる。酵母宿主からの組換えポリペプチドの分泌を促進するのに適する他のリーダー配列も知られている。酵母を形質転換する方法は、例えば、Hinnenら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75: 1929-1933, 1978(引用によりその全体を本明細書に援用する)に記載されている。
 哺乳動物又は昆虫宿主細胞培養系を用いて、本発明の組換えタンパク質を発現することもできる。哺乳動物起源の株化細胞系も用いることができる。哺乳動物宿主細胞発現ベクターのための転写及び翻訳制御配列は、ウィルスゲノムから得ることができる。通常用いられるプロモーター配列及びエンハンサー配列は、ポリオーマウィルス、アデノウイルス2などから誘導される。SV40ウィルスゲノム、例えば、SV40起点、初期及び後期プロモーター、エンハンサー、スプライス部位、及びポリアデニル化部位から誘導されるDNA配列を用いて、哺乳動物宿主細胞内での構造遺伝子配列の発現のための他の遺伝子要素を与えてもよい。哺乳動物宿主細胞内で用いるためのベクターは、例えば、Okayama及びBerg(Mol. Cell. Biol., 3: 280, 1983、引用によりその全体を本明細書に援用する。)の方法で構築することができる。
 本発明の組換え改変型N2C0タンパク質を産生する1つの方法は、当該タンパク質をコードする核酸配列を含む発現ベクターで形質転換した宿主細胞を、当該タンパク質が発現する条件下で培養することを含む。次いで、用いた発現系に応じて当該タンパク質を培養培地又は細胞抽出液から回収する。
 組換え改変型N2C0タンパク質を精製する操作は、用いた宿主の型及び本発明のタンパク質を培養培地中に分泌させるかどうかといった要因に従って適宜選択される。例えば、組換えタンパク質を精製する操作には、陰イオン交換カラム、陽イオン交換カラム、ゲル濾過カラム、ハイドロキシアパタイトカラム、CDP-ヘキサノールアミンアガロースカラム、CMP-ヘキサノールアミンアガロースカラム、疎水性カラム等のカラムクロマトグラフィー及びネイティブ-PAGE等、又はそれらの組み合わせが含まれる。また、組換えタンパク質に精製を容易にするタグなどを融合させて発現させた場合には、アフィニティークロマトグラフィーによる精製方法を利用してもよい。例えば、ヒスチジンタグ、FLAGTMタグ、又はグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)などを融合させた場合には、それぞれ、Ni-NTA(ニトリロトリ酢酸)カラム、抗FLAG抗体を連結したカラム、又はグルタチオンを連結したカラム、などを用いてアフィニティークロマトグラフィーにより精製することができる。
 組換え改変型N2C0タンパク質は電気泳動的に単一バンドになるまで精製してもよいが、部分精製品でも十分な活性を有するため、本発明の改変型N2C0タンパク質は精製品であってもよく、又は部分精製品であってもよい。
 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明の技術的範囲を限定するためのものではない。当業者は本明細書の記載に基づいて容易に本発明に修飾・限定を加えることができ、それらは本発明の技術的範囲に含まれる。
 実施例1:変異型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素の作製
 (1)ISH467-N2C0変異体の作製
 フォトバクテリウム・フォスフォレウム(Photobacterium phosphoreum)JT-ISH-467株由来のβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素N2C0(特許文献3:WO2006/112253)について、アミノ酸が置換された変異体を作製した。本発明者らが作製したISH467-N2C0/pTrc99A(特許文献3:WO2006/112253)を鋳型として、PCRを行った(1st PCR)。反応に用いたプライマー配列及びその組み合わせを表1及び2に示した。50μl反応液中、プラスミド、10×PyroBest buffer 5μl、2.5mM dNTP 4μl、プライマー 各5ピコモル、PyroBest DNA Polymerase (TaKaRa社製)0.5μlをそれぞれ含み、96℃ 3分を1回、96℃ 1分、55℃ 1分、72℃ 2分を15回、72℃ 1分を1回行った(1st PCR)。PCRに用いたプライマーセットを表2に示した。これらのPCR産物を、低融点アガロース(SeaPlaqueGTG)を用いてTAE緩衝液中でアガロース電気泳動を行った。各DNA断片をゲルごと切り出し、ゲルと等量の200mM NaClを加え、70℃で10分間処理し、ゲルを融解した。このサンプルをフェノール抽出、フェノール・クロロホルム抽出、クロロホルム抽出を各1回行い、エタノール沈殿によってDNA断片を回収した。得られた5’側断片と3’側断片を鋳型として、1st PCRと同様に反応液を調製し、5’側断片増幅に用いたFwプライマー及び3’側断片増幅に用いたRvプライマーを用いて、Fusion-PCRを行った(2nd PCR)。この2nd PCR産物についても、上述の通りに電気泳動した後に精製した。なお、今回作製した変異体には、表1に記載したISH467-23ST-C0-His-BamHIを用いてHis×6-Tagを付加したPCR産物も含まれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 以下に、PCRの具体例を1つ示す。ISH467-23ST-E319A変異体の1st PCRは、5’側断片増幅に、FwプライマーとしてISH467-23ST-N2-Ncoを、RvプライマーとしてISH467-23ST-E319A-Rを、3’側断片増幅に、FwプライマーとしてISH467-23ST-E319A-Fを、RvプライマーとしてISH467-23ST-C0-Bam(一部については、ISH467-23ST-C0-His-BamHI)を、それぞれ用いた。2nd PCRは、FwプライマーとしてISH467-23ST-N2-Ncoを、RvプライマーとしてISH467-23ST-C0-Bamを(一部については、ISH467-23ST-C0-His-BamHI)を、それぞれ用いた。
 次に、これらの2nd PCR断片を、ベクターpCR4BluntTOPO(Invitrogen社)にクローニングした。ライゲーション反応はベクターキット添付の説明書に従った。大腸菌TB1にエレクトロポレーション法を用いてプラスミドを導入し、常法(Sambrook et al. 1989, Molecular Cloning, A laboratory manual, 2nd edition)に従いプラスミドDNAを抽出した。インサートの確認されたクローンに関して、M13プライマー(Takara社)を用いて、ABI PRISM蛍光シークエンサー(Model 310 Genetic Analyzer, Perkin Elmer社)で、PCR産物の塩基配列をその両端から決定した。
 変異型N2C0/pCR4BluntTOPOを、NcoIとBamHIで消化した後、低融点アガロースを用いて電気泳動し精製を行った。ベクターは、pTrc99Aを制限酵素NcoI、BamHIで消化し、電気泳動したとき約3kbのバンドを切り出して、同様に調製した。制限酵素処理したDNA断片とベクターを、Ligation kit(Takara社)を用いてライゲーションした。ライゲーション産物を大腸菌TB1に形質転換し、コロニーPCRにより挿入遺伝子を含むクローンを決定した。常法に従いプラスミドDNAを抽出し、ABI PRISM蛍光シークエンサーで、組み換えた全塩基配列を決定した。なお、プライマーは、pTrc99A FW5、pTrc99A RV3 プライマーを用いて行った。pTrc99A FW5及びpTrc99A RV3 プライマーの配列は、以下のとおりである。
pTrc99A FW5:5’-GGAAGCTGTGGTATGGCTG-3’(19mer;配列番号25)
pTrc99A RV3:5’-CGTTTCACTTCTGAGTTCGG-3’(20mer;配列番号26)
 このようにして、ISH467-N2C0の変異体として、ISH467-N2C0-F318A(以下、単にF318Aと記載する);ISH467-N2C0-E319A(以下、単にE319Aと記載する);ISH467-N2C0-F318AE319A(以下、単にF318AE319Aと記載する);ISH467-N2C0-S337A(以下、単にS337Aと記載する);ISH467-N2C0-F318AE319AS337A(以下、単にF318AE319AS337Aと記載する);ISH467-N2C0-E319V(以下、単にE319Vと記載する);ISH467-N2C0-E319S(以下、単にE319Sと記載する);ISH467-N2C0-E319K(以下、単にE319Kと記載する);及び、ISH467-N2C0-E319H(以下、単にE319Hと記載する)を調製した。ここで、例えば、E319Aは野生型N2C0(配列番号2)の319番目のグルタミン酸がアラニンに置換されていることを意味するものとして命名した。その他の変異体の命名法についても同様である。 
 (2)His×6-Tagを含む変異型N2C0タンパク質の発現と精製
 (1)で作製したHis×6-Tagを含む変異型N2C0を含む大腸菌4菌株(F318A、E319A、F318AE319A及びS337A)を、アンピシリンを最終濃度100μg/mlを含むLB培地50mlに接種し、30℃で一晩振とう培養した。回収した菌体を、10~20mMイミダゾール、300mM NaCl、0.3%トリトンX-100を含む、20mM ビス-トリス緩衝液(pH6.0)(以下「Lysis buffer」という。)1.6mlに穏やかに懸濁し、氷冷下で超音波破砕した後、遠心分離し上清を回収した。回収した上清に、さらにLysis buffer3.4mlを加えて、全量5mlにしたものを2本に分注し、あらかじめLysis bufferで平衡化したNi-NTAアガロース(QIAGEN社製)を1本につき250μl加え、4℃で1時間、回転させながらインキュベートした。これを、オープンカラムに通し、20~40mMイミダゾール、300mM NaCl、0.3%トリトンX-100を含む、20mM ビス-トリス(pH6.0)(以下「Wash buffer」という。)を2.5mlで4回洗浄した。次いで、250mMイミダゾール、300mM NaCl、0.3%トリトンX-100を含む、20mM ビス-トリス(pH6.0)(以下「Elution buffer」という。)を0.5ml加えて、3回溶出し、His×6-Tagを含む変異型N2C0タンパク質を精製した。
 (3)His×6-Tagを含まないISH467-N2C0変異体の発現
 (1)で作製した変異型N2C0を含む大腸菌6菌株(改変型N2C0は、E319A、F318AE319A、E319H、E319K、E319S又はE319V)の単一コロニーを、抗生物質アンピシリン(最終濃度100μg/mL)を含むLB培地(5ml)に接種し、A600=0.5程度になるまで30℃で菌を前培養し、その後IPTG(イソプロピル-β-D(-)-チオガラクトピラノシド、和光純薬工業製)を最終濃度で1mMとなるように加え、30℃でさらに4時間振とう培養した。培養液2ml中の菌体を遠心分離によって集めた。この菌体を、200μlの0.3%トリトンX-100及び0.5M塩化ナトリウムを含む20mM ビス-トリス緩衝液(pH7.0)に懸濁し、氷冷下で超音波破砕した。得られた破砕液を粗酵素液とし、活性測定に供試した。
 (4)His×6-Tagを含まない変異型N2C0変異体の抽出及び精製
 LBAmp平板培地上で継代培養した変異型N2C0のクローンが組み込まれた発現ベクターpTrc99Aをもつ大腸菌TB1のコロニーから菌体をループで採取し、30μlの×200アンピシリン(400mg/20ml)を添加した6ml-LB液体培地10mlに接種し、30℃、毎分180回転で8時間振とう培養した。
 本培養は、以下の手順で実施した。1.5mlの×200アンピシリン(400mg/20ml)+300μlの1M IPTG(1.192g/5ml)を添加した300ml-LB培地を1000ml容のコブ付フラスコに300ml張り込み、これに前培養液12mlを接種し、30℃、毎分180回転で24時間振とう培養した。培養液を遠心分離し、菌体を回収した。
 この菌体を、0.3%トリトンX-100を含む20mM ビス-トリス緩衝液(pH6.0)に懸濁し、氷冷下で超音波破砕した。菌体破砕液を4℃、100,000×gで1時間、遠心分離を行い、上清を得た。
 この粗酵素液を、0.3%トリトンX-100を含む20mM ビス-トリス緩衝液(pH6.0)で平衡化したHiLoad 26/10 Q Sepharose HP(Amersham社製)陰イオン交換カラムに吸着させ、0.3%トリトンX-100を含む20mM Bis-Tris緩衝液(pH6.0)から1M塩化ナトリウムを含む同緩衝液へ直線濃度勾配法で溶出させた。その結果、塩化ナトリウム濃度が0.25M付近で溶出された酵素活性を有する画分を回収した。
 回収した画分を20mMリン酸緩衝液(pH6.0)で希釈し、予め0.3%トリトンX-100を含む20mMリン酸緩衝液(pH6.0)で平衡化したハイドロキシアパタイト(Bio-Rad製)に吸着させ、0.3%トリトンX-100を含む20mMリン酸緩衝液(pH6.0)から0.3%トリトンX-100を含む500mMリン酸緩衝液(pH6.0)へ直線濃度勾配法で溶出させ。その結果、リン酸緩衝液濃度が130mM付近に溶出された酵素活性を有する画分を回収した。
 この画分をMonoQ 5/50 GL(Amersham社製)陰イオン交換カラムに吸着させ、0.3%トリトンX-100を含む20mM ビス-トリス緩衝液(pH6.0)から1M 塩化ナトリウムを含む同緩衝液へ直線濃度勾配法で溶出させた。その結果、塩化ナトリウム濃度が0.25M付近で溶出される酵素活性を有する画分を回収し、His×6-Tagを含まない変異型N2C0タンパク質を精製した。
 実施例2:変異型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素の活性測定
 (1)His×6-Tagを含む変異型N2C0のシアル酸転移酵素活性の測定
 実施例1-(2)で精製したHis×6-Tagを含む変異型N2C0タンパク質(F318A、E319A、F318AE319A及びS337Aの4種類の変異体)について、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性測定を行った。シアル酸転移活性は、J. Biochem., 120, 104-110 (1996) (引用によりその全体を本明細書に援用する)に記載されている方法で測定した。具体的には、糖供与体基質CMP-NeuAc(70nmol、14CでNeuAcをラベルしたCMP-NeuAc 25000cpmを含む、356cpm/nmol。NeuAcはN-アセチルノイラミン酸を表す)、糖受容体基質としてラクトース(1.25μmol)、NaClを0.5M濃度になるように添加し、及び上記に記した方法で調製した酵素を含む反応溶液(30μl)を用いて酵素反応を行った。酵素反応は30℃で5分間行った。反応終了後、反応溶液に1.97mlの5mMリン酸緩衝液(pH6.8)を加え、この溶液をDowex1×8(PO 3-フォーム、0.2×2cm、BIO-RAD製)カラムに供した。このカラムの溶出液(0~2ml)に含まれる反応生成物、すなわち、シアリルラクトースに含まれる放射活性を測定することで、酵素活性を算出した。酵素1単位(1U)は、1分間に1マイクロモルのシアル酸を転移する酵素量とした。その結果、F318A、E319A、F318AE319Aについては、シアル酸転移活性が認められたが、S337Aについてはシアル酸転移活性が認められなかった。
 (2)His×6-Tagを含む変異型N2C0のノイラミニダーゼ活性の測定(Aminoff法)
 His×6-Tagを含むISH467-N2C0変異体(F318A、E319A、F318AE319A、及びS337Aの4種類の変異体)について、ノイラミニダーゼ活性の測定を行った。具体的には、3’-シアリルラクトース(3’-SL)を基質として反応させ、分解産物のシアル酸を過ヨウ素酸-チオバルビツール酸法(Aminoff法)で比色定量した。
 100mM カコジル酸ナトリウム緩衝液(pH5.5)、500mM 塩化ナトリウム、13mM 3’-シアリルラクトースから成る反応液に酵素溶液を添加し、30℃で反応を行った。反応後、1M KPB(pH8.0)を45μl加え、全量500μlにして、pH7.0に調製した。25mM過ヨウ素酸/0.125N HSOを250μl加えて、37℃で30分間インキュベートした後、2%亜ヒ酸ナトリウム/0.5N HClを200μl、0.1M 2-チオバルビツール酸 (pH 9.0)を2ml加えて混ぜ、100℃で7.5分間熱した。室温程度に冷ましてから、5%HCl/n-ブタノールを5ml加えて混ぜ、軽く遠心してから15分程度静置した後、O.D.=549nmを測定した。
 その結果、His×6-Tagを含む変異型N2C0(F318A)については、ノイラミニダーゼ活性が認められたが、3種類のHis×6-Tagを含む変異型N2C0(E319A、F318AE319A及びS337A)については、ノイラミニダーゼ活性が認められなかった。
 実施例2-(1)及び(2)の結果から、JT-ISH-467菌株由来N2C0タンパク質の319番目のグルタミン酸を改変することにより、実質的にノイラミニダーゼを有さず、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質を得ることに成功した。以下、JT-ISH-467菌株由来N2C0タンパク質の319番目のグルタミン酸が改変されているタンパク質は、実質的にノイラミニダーゼを有さず、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するため、改変型と称する。
 実施例3:改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素の性質
 実施例1-(4)で精製したHis×6-Tagを含まない改変型N2C0タンパク質(E319A、F318AE319Aの2種類)及びHis×6-Tagを含まない野生型N2C0タンパク質を用いて、それらのラクトース及びCMP-シアル酸に対する速度定数を算出した(表3)。His×6-Tagを含まないISH467-N2C0のラクトース及びCMP-シアル酸に対するKm及びVmaxはそれぞれ、8.4mM、0.72mMであった。His×6-Tagを含まないISH467-N2C0変異体E319A及びF318AE319Aの変異体のラクトース及びCMP-シアル酸に対するKm及びVmaxはそれぞれ、22mM、0.53mM及び85mM、1.59mMであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 実施例4:改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素のノイラミニダーゼ活性測定
 実施例1-(4)で精製したHis×6-Tagを含まない改変型N2C0タンパク質(E319A、F318AE319Aの2種類)及びHis×6-Tagを含まない野生型N2C0タンパク質を用いて、以下のようにノイラミニダーゼ活性を測定した。
 (1)ノイラミニダーゼ反応
 対照として、野生型のN2C0タンパク質(His×6-Tagを含まない)については、100mM ビス-トリス緩衝液(pH6.0)、500mM 塩化ナトリウム、40mM 3’-シアリルラクトースから成る反応液に酵素溶液を終濃度 2U/ml(シアル酸転移酵素活性換算)となるように添加して反応液を調整した。また、改変型N2C0タンパク質については、100mM リン酸緩衝液(pH8.0)、500mM 塩化ナトリウム、40mM 3’-シアリルラクトースから成る反応液に酵素溶液を終濃度 2U/ml(シアル酸転移酵素活性)となるように添加して反応液を調整した。反応は、各シアル酸転移酵素の至適温度で実施した。酵素溶液添加直後を反応0時間とし、経時的に10μlをサンプリングして直ちに95℃で3分間処理を行い、酵素を失活させて反応を停止させた。
 (2)高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によるノイラミニダーゼ活性の定性分析
 上記により経時的にサンプリングした反応液にアセトニトリル/15mM KHPO(pH5.2)(75:25、V/V)を300μl添加し、そのうち150μlをTSKgel Amide-80 5μm(4.6mm×25cm)カラムを用いたHPLC分析に供試した。移動相Aとしてアセトニトリル/15mM KHPO(pH5.2)(50:50、V/V)、移動相Bとしてアセトニトリル/15mM KHPO(pH5.2)(75:25、V/V)を使用し、0分から15分を移動相Bが100%、15分から45分を移動相Bが100%→0%の直線濃度勾配、45分から60分を移動相Bが0%の条件化、195nmの吸光度を測定することにより分析を行った。
 結果を図1-1ないし図1-4に示す。図に示すとおり、野生型のN2C0タンパク質の場合、反応開始後72時間で反応系に添加した3’-SL(3’-シアリルラクトース)が消失したが、2種類の改変型N2C0タンパク質E319A及びF318AE319Aについては、反応開始後72時間においても反応系に添加した3’-SLはほぼ全量残存していた。これらの結果から、2種類の変異型ISH467-N2C0E319A及びF318AE319Aについては、それらのノイラミニダーゼ活性が消失若しくは大幅に減少したと判断した。
 実施例5:改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素の至適pH、至適温度
 実施例1-(4)で精製した酵素を用い、改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319A及びF318AE319A)の至適pH、至適温度を調べた。
 (1)改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319A及びF318AE319A)の酵素活性の至適pH
 酢酸バッファー(pH4-5)、MESバッファー(pH5-6)、ビス-トリスバッファー(pH6-7)、リン酸バッファー(pH6-9.5)、TAPSバッファー(pH8-9)、CHESバッファー(pH9-10)、CAPSバッファー(pH10-11)をそれぞれ調製し、これらを用いて、30℃で各pHにおける酵素活性を測定した。
 その結果、図2-1に示すように、2種類の改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319A及びF318AE319A)とも、pH8.0において酵素活性が最大であった。なお、各pHにおける酵素活性はpH8.0における酵素活性を1とする相対活性で示した。一方、変異がない野生型のN2C0(His×6-Tagを含まない)の場合、酵素活性はpH6.0において最大であった。
 (2)改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319A及びF318AE319A)の酵素活性の至適温度
 リン酸バッファー(pH6.0)を用いて、10℃から50℃までの5℃毎の反応温度において、酵素活性を測定した。
 その結果、図2-2に示すように、変異がない野生型のN2C0(His×6-Tagを含まないISH467-N2C0)の場合、30℃において、酵素活性が最大であった。 一方、2種類の改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319A及びF318AE319A)とも、35から40℃において、酵素活性が最大であった。
 実施例6:各種改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素のシアル酸転移酵素活性及びノイラミニダーゼ活性
 実施例2において、N2C0の319番目のグルタミン酸をアラニンに変異させることによって、ノイラミニダーゼ活性が失活することが明らかになった。そこで、アラニン以外のアミノ酸に置換した場合の影響を確認するために、4種類の改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319V、E319S、E319K及びE319H)を作製し、下記の方法で粗酵素液を調製して、それらのシアル酸転移活性及びノイラミニダーゼ活性を測定した。
 実施例1-(1)で作製したISH467-N2C0変異体を含む大腸菌株の単一コロニーを、抗生物質アンピシリン(最終濃度100μg/mL)を含むLB培地(5ml)に接種し、A600=0.5程度になるまで30℃で菌を前培養し、その後IPTG(イソプロピル-β-D(-)-チオガラクトピラノシド、和光純薬工業製)を最終濃度で1mMとなるように加え、30℃でさらに4時間振とう培養した。培養液2ml中の菌体を遠心分離によって集めた。この菌体を、200μlの0.3%トリトンX-100及び0.5M塩化ナトリウムを含む20mM ビストリス緩衝液(pH7.0)に懸濁し、氷冷下で超音波破砕した。得られた破砕液を粗酵素液とし、活性測定に供試した。なお、シアル酸転移酵素活性は実施例2-(1)に記載の方法により、ノイラミニダーゼ活性は実施例4に記載の方法により測定した。その結果、いずれの改変型β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素(E319V、E319S、E319K及びE319H)も、シアル酸転移酵素活性を示し、またノイラミニダーゼ活性を示さないことを見出した。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 本発明の改変型N2C0タンパク質は、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しないβーガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質である。本発明の酵素は、シアル酸転移反応において、糖受容体基質特異性が広いという海洋性細菌由来酵素の利点を維持したまま、シアル酸の加水分解を低減することが可能である。本発明のタンパク質の上記の性質により、シアル酸を含む複合糖質糖鎖の合成における有用性が期待される。
 配列番号1:β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素N2C0(フォトバクテリウム・フォスフォレウムJT-ISH-467株由来β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素N0C0遺伝子よりシグナル配列を除去した後、組換え発現が可能となるようにN末端にMetを付加した)をコードする核酸配列
 配列番号2:β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素N2C0のアミノ酸配列
 配列番号3:フォトバクテリウム・フォスフォレウムJT-ISH-467株由来β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素N0C0をコードする核酸
 配列番号4:β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素N0C0のアミノ酸配列
 配列番号5:FLAGペプチド
 配列番号6:プライマー 467-23ST-N2-Nco
 配列番号7:プライマー ISH467-23ST-C0-BamHI
 配列番号8:プライマー ISH467-23ST-C0-His-BamHI
 配列番号9:プライマー ISH467-23ST-F318A-F
 配列番号10:プライマー ISH467-23ST-F318A-R
 配列番号11:プライマー ISH467-23ST-E319A-F
 配列番号12:プライマー ISH467-23ST-E319A-R
 配列番号13:プライマー ISH467-23ST-F318AE319A-F
 配列番号14:プライマー ISH467-23ST-F318AE319A-R
 配列番号15:プライマー ISH467-23ST-S337A-F
 配列番号16:プライマー ISH467-23ST-S337A-R
 配列番号17:プライマー ISH467-23ST-E319V-F
 配列番号18:プライマー ISH467-23ST-E319V-R
 配列番号19:プライマー ISH467-23ST-E319S-F
 配列番号20:プライマー ISH467-23ST-E319S-R
 配列番号21:プライマー ISH467-23ST-E319K-F
 配列番号22:プライマー ISH467-23ST-E319K-R
 配列番号23:プライマー ISH467-23ST-E319H-F
 配列番号24:プライマー ISH467-23ST-E319H-R
 配列番号25:プライマー pTrc99A FW5
 配列番号26:プライマー pTrc99A RV3

Claims (9)

  1.  β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質であって、該タンパク質は以下:
     (a)配列番号2のアミノ酸2-386において、配列番号2の319番目のグルタミン酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、アミノ酸配列;
     (b)配列番号2のアミノ酸2-386において、1又は複数個のアミノ酸の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列、ここで、少なくとも配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、前記アミノ酸配列;
     (c)配列番号2のアミノ酸2-386と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列、ここで、少なくとも配列番号2の319番目のグルタミン酸残基に対応するアミノ酸残基がグルタミン酸以外のアミノ酸へと置換している、前記アミノ酸配列;及び
     (d)配列番号1のヌクレオチド4-1158の相補鎖にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、によりコードされるアミノ酸配列;
    からなる群より選択されるアミノ酸配列を含んでなり、そして、ノイラミニダーゼ活性を実質的に有しない、前記タンパク質。
  2.  アミノ酸配列が、請求項1の(a)-(d)において特定されるアミノ酸配列のN末端側にさらに、メチオニン、配列番号4のアミノ酸1-24若しくはシグナルペプチドを有するアミノ酸配列である、請求項1に記載のタンパク質。
  3.  配列番号2の319番目のグルタミン酸残基、又はそれに対応するアミノ酸残基が、中性アミノ酸残基又は塩基性アミノ酸残基へと置換している、請求項1又は2に記載のタンパク質。
  4.  配列番号2の319番目のグルタミン酸残基、又はそれに対応するアミノ酸残基が、中性アミノ酸残基へと置換している、請求項1又は2に記載のタンパク質。
  5. 以下のa)-l)
     a)配列番号2の123番目の又はそれに対応するチロシン残基は、改変されていない、あるいはトリプトファン又はフェニルアラニンに置換されている;
     b)配列番号2の124番目の又はそれに対応するアスパラギン酸残基は、改変されていない、あるいはグルタミン酸に置換されている;
     c)配列番号2の125番目の又はそれに対応するアスパラギン酸残基は、改変されていない、あるいはグルタミン酸に置換されている;
     d)配列番号2の126番目の又はそれに対応するグリシン残基は、改変されていない、あるいはアラニン又はバリンに置換されている;
     e)配列番号2の127番目の又はそれに対応するセリン酸残基は、改変されていない、あるいはスレオニンに置換されている;
     f)配列番号2の291番目の又はそれに対応するフェニルアラニン残基は、改変されていない、あるいはトリプトファン又はチロシンに置換されている;
     g)配列番号2の292番目の又はそれに対応するリジン残基は、改変されていない、あるいはアルギニンに置換されている;
     h)配列番号2の293番目の又はそれに対応するグリシン残基は、改変されていない、あるいはアラニン又はバリンに置換されている;
     i)配列番号2の294番目の又はそれに対応するヒスチジン残基は、改変されていない、あるいはリジン又はアルギニンに置換されている;
     j)配列番号2の295番目の又はそれに対応するプロリン残基は、改変されていない、あるいはバリン又はイソロイシンに置換されている;
     k)配列番号2の336番目の又はそれに対応するセリン残基は、改変されていない、あるいはスレオニンに置換されている;及び
     l)配列番号2の337番目の又はそれに対応するセリン残基は、改変されていない、あるいはスレオニンに置換されている;
    からなる群より選択される1ないし全ての条件を満たす、請求項1ないし4のいずれか1項に記載のタンパク質。
  6.  請求項1ないし5のいずれか1項に記載のタンパク質をコードする核酸。
  7.  β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質をコードする単離された核酸であって、該タンパク質は実質的にノイラミニダーゼ活性を有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質であり、そして該核酸は以下:
     (a)配列番号1のヌクレオチド4-1158において、配列番号1の955-957番目のコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、塩基配列;
     (b)配列番号1のヌクレオチド4-1158において、1又は複数のヌクレオチドの欠失、置換、挿入及び/又は付加を含む塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;
     (c)配列番号1のヌクレオチド4-1158と80%以上の同一性を有する塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;及び
     (d)配列番号1のヌクレオチド4-1158の相補鎖にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列、ここで、少なくとも配列番号1の955-957番目の塩基配列に対応するコドンがグルタミン酸以外のアミノ酸をコードするコドンに変化している、前記塩基配列;
    からなる群より選択される塩基配列を含んでなる、前記単離された核酸。
  8.  請求項6又は7に記載の核酸を含んでなる発現ベクター。
  9.  β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有する組換えタンパク質の製造方法であって、該タンパク質は実質的にノイラミニダーゼ活性を有しないβ-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素タンパク質であり、そして、以下の工程:
     1)請求項6又は7に記載の核酸を含んでなる発現ベクターで宿主細胞を形質転換し;
     2)得られた形質転換細胞を培養し;そして、
     3)培養した形質転換細胞又はその培養上清から、実質的にノイラミニダーゼ活性を有しない、β-ガラクトシド-α2,3-シアル酸転移酵素活性を有するタンパク質を単離する;
    を含んでなる、前記製造方法。
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