JP7749799B2 - Highly specific glycosyltransferase for rhamnose and its applications - Google Patents
Highly specific glycosyltransferase for rhamnose and its applicationsInfo
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Description
本発明は、バイオテクノロジー及び植物生物学の分野に関し、具体的に、本発明はラムノースの特異性の高い糖転移酵素及びその応用に関する。 The present invention relates to the fields of biotechnology and plant biology, and specifically to a glycosyltransferase with high specificity for rhamnose and its applications.
ジンセノサイドとは、オタネ属の植物(高麗人参、三七人参、アメリカ人参など)やアマチャヅルから単離されるサポニンの総称であり、トリテルペン化合物の一種である。ジンセノサイドは、その単離源に基づいて、ジンセノサイド、ノトギンセノサイド、ジペノサイドとも呼ばれる。ジンセノサイドは、これらの薬用植物の主な生理活性成分である。現在、約150種類のサポニンが単離されている。構造から見ると、ジンセノサイドは主にサポゲニンのグリコシル化後に形成される生理活性のある小分子である。ジンセノサイドには限られた数のサポゲニンしか存在せず、主にダンマラン型四環トリテルペンであるプロトパナキサジオールとプロトパナキサトリオール、及びオレアノール酸である。グリコシル化の後、サポゲニンは水溶性を高め、細胞内局在を変化させ、様々な生物活性を生み出すことができる。ほとんどのプロトパナキサジオール型サポニンは、C3及び/又はC20位のヒドロキシル基でグリコシル化修飾されているが、プロトパナキサトリオール型サポニンはC6及び/又はC20位のヒドロキシル基でグリコシル化修飾されている。グリコシルの種類とグリコシル化修飾の程度が異なると、様々な分子構造のジンセノサイドが生成される。 Ginsenosides are a collective term for saponins isolated from plants of the Panax genus (such as Korean ginseng, Panax notoginseng, and American ginseng) and Jiaogulan (Gynostemma pentaphyllum). They are a type of triterpene compound. Ginsenosides are also called ginsenosides, notoginsenosides, and gypenosides based on their isolation source. Ginsenosides are the main physiologically active components of these medicinal plants. Approximately 150 types of saponins have been isolated so far. Structurally, ginsenosides are primarily physiologically active small molecules formed after glycosylation of sapogenins. Ginsenosides contain only a limited number of sapogenins, primarily the dammarane-type tetracyclic triterpenes protopanaxadiol and protopanaxatriol, and oleanolic acid. After glycosylation, sapogenins can increase their water solubility, change their intracellular localization, and produce various biological activities. Most protopanaxadiol-type saponins are glycosylated at the hydroxyl groups at the C3 and/or C20 positions, while protopanaxatriol-type saponins are glycosylated at the hydroxyl groups at the C6 and/or C20 positions. Varying types of glycosyl and degrees of glycosylation result in ginsenosides with various molecular structures.
ラムノシル化修飾されたジンセノサイドは豊富な生物活性を持っている。例えば、Rg2はRh1のC6-O-Glcに1分子のラムノースを延長したものであり、Rg2は、うつ病の治療、心機能の改善、学習・記憶能力の向上、アルツハイマー型認知症の予防に優れた効果がある。ジンセノサイドReはRg1のC6-O-Glcに1分子のラムノースを延長したものであり、腸組織におけるグルカゴン様ペプチド-1の分泌を促進することで血糖値の低下と糖尿病の治療に役割を果たす可能性がある。 Rhamnosylated ginsenosides possess a wide range of biological activities. For example, Rg2 has one rhamnose molecule extended to the C6-O-Glc of Rh1, and Rg2 is highly effective in treating depression, improving cardiac function, enhancing learning and memory abilities, and preventing Alzheimer's disease. Ginsenoside Re has one rhamnose molecule extended to the C6-O-Glc of Rg1, and may play a role in lowering blood sugar levels and treating diabetes by promoting the secretion of glucagon-like peptide-1 in intestinal tissue.
ジンセノサイドは、高麗人参又は三七人参の総サポニン又は豊富なサポニンを原料として、化学、酵素及び微生物発酵による加水分解法によって調製される。野生の高麗人参資源は基本的に枯渇しているため、現在ジンセノサイド資源は高麗人参や三七人参の人工栽培から得られているが、人工栽培は生育サイクルが長く(一般に5~7年以上かかる)、地理的な制約を受けるほか、病害虫の被害を受けることが多く、多量の農薬を散布する必要があるため、高麗人参や三七人参の人工栽培は顕著な連作障害があり(高麗人参や三七人参の植栽地の連作障害を克服するために、5~15年以上休耕させる必要がある)、ジンセノサイドの収量、品質、安全性の全てが課題に直面している。 Ginsenosides are prepared using chemical, enzymatic, and microbial fermentation hydrolysis methods with the total saponins or abundant saponins of ginseng or Panax notoginseng as raw materials. Because wild ginseng resources have essentially been depleted, ginsenoside resources are currently obtained from the artificial cultivation of ginseng and Panax notoginseng. However, artificial cultivation has a long growth cycle (generally taking more than 5-7 years), is geographically limited, is frequently susceptible to damage from pests and diseases, and requires the application of large amounts of pesticides. Therefore, the artificial cultivation of ginseng and Panax notoginseng suffers from significant problems with continuous cropping (the land where ginseng or Panax notoginseng is planted must be left fallow for more than 5-15 years to overcome this problem), and the yield, quality, and safety of ginsenosides all face challenges.
合成生物学の発展は、植物由来の天然産物の異種合成に新たな機会をもたらす。酵母をシャーシとして使用し、代謝経路の構築と最適化により、安価な単糖からアルテミシニック酸又はジヒドロアルテミシニック酸を発酵合成し、次いで一段階の化学変換法によりアルテミシニンを製造することが可能になり、天然物の医薬品合成における合成生物学の大きな可能性を実証した。酵母シャーシ細胞を用いて合成生物学的手法によりジンセノサイドモノマーを異種合成し、 原料は安価な単糖であり、調製プロセスは安全で調節可能な発酵プロセスであるため、いかなる外部汚染(例えば、原料植物の人工栽培時に使用される農薬)を回避することができ、合成生物学技術を通じてジンセノサイドモノマーを調製すると、コスト面での利点があるだけでなく、最終製品の品質と安全性も確保される。合成生物学技術を用いて、活性測定や臨床試験に十分な量の様々な高純度の天然及び非天然ジンセノサイドモノマーを調製し、希少なジンセノサイドの革新的な医薬品の開発を促進する。 Developments in synthetic biology are bringing new opportunities for the heterologous synthesis of plant-derived natural products. Using yeast as a chassis, metabolic pathway construction and optimization enabled the fermentation synthesis of artemisinic acid or dihydroartemisinic acid from inexpensive monosaccharides, followed by the production of artemisinin through a single-step chemical conversion process, demonstrating the great potential of synthetic biology in the pharmaceutical synthesis of natural products. Heterologous synthesis of ginsenoside monomers was achieved using yeast chassis cells via synthetic biology techniques. The raw material was inexpensive monosaccharides, and the preparation process was a safe and tunable fermentation process, avoiding any external contamination (e.g., pesticides used in the artificial cultivation of the source plants). Preparing ginsenoside monomers through synthetic biology not only offers cost advantages, but also ensures the quality and safety of the final product. Using synthetic biology techniques, we can prepare a variety of high-purity natural and unnatural ginsenoside monomers in sufficient quantities for activity testing and clinical trials, facilitating the development of innovative pharmaceuticals targeting rare ginsenosides.
近年、高麗人参、三七人参及びアメリカ人参のトランスクリプトームや機能ゲノムの研究により、ジンセノサイドのサポゲニンの合成経路の解析が非常に進んでいる。2006年、日本と韓国の科学者らはそれぞれ、エポキシスクアレンをダンマレンジオールに変換するテルペン環化酵素エレメント(ダンマレンジオール合成酵素、PgDDS)を同定した。2011年から2012年にかけて、韓国の科学者らは、ダンマレンジオールをプロトパナキサジオールに酸化し、更にプロトパナキサジオールをプロトパナキサトリオールに酸化するシトクロムP450エレメントCYP716A4とCYP716A53v2も同定した。 In recent years, transcriptome and functional genomic studies of Korean ginseng, Panax notoginseng, and American ginseng have significantly advanced the understanding of the synthetic pathways of ginsenoside sapogenins. In 2006, Japanese and Korean scientists each identified a terpene cyclase element (dammarenediol synthase, PgDDS) that converts epoxysqualene to dammarenediol. Between 2011 and 2012, Korean scientists also identified the cytochrome P450 elements CYP716A4 and CYP716A53v2 that oxidize dammarenediol to protopanaxadiol and further oxidize protopanaxadiol to protopanaxatriol.
合成生物学的手法を用いてこれらの薬理活性のあるジンセノサイドを人工的に合成するには、サポゲニン合成のための代謝経路の構築だけでなく、ジンセノサイドのグリコシル化を触媒するUDP-糖転移酵素の同定も必要である。UDP-糖転移酵素の機能は、グリコシル供与体(UDP-グルコース、UDP-ラムノース、UDP-キシロース、UDP-アラビノースなどのヌクレオシド二リン酸糖)のグリコシルを異なるグリコシル受容体に転移させることである。これまでに配列決定された植物ゲノムの分析から、植物ゲノムは、100種類以上の異なる糖転移酵素をコードしていることが多い。2015年、中国の学者らは、プロトパナキサトリオールのC6位に1つのグルコシルを転移できるUDP-糖転移酵素エレメント(UGTPg100)を同定した。中国の学者らは特許(PCT/CN2015/081111)で、プロトパナキサトリオール型サポニンのC6位における糖鎖延長を行うことができる糖転移酵素(gGT29-7など)を開示しており、例えば、gGT29-7はUDP-Xylを用いてRh1のC6位における1分子のキシロシルの延長を触媒してノトギンセノサイドR2を生成することができ、UDP-Glcを用いてRh1のC6位における1分子のグルコシルの延長を触媒してRfを生成することができるが、基本的にUDP-Rhaを用いることはできない。特許(PCT/CN2015/081111)に開示されているgGT29-7の突然変異体gGT29-7(N343G、A359P)は、UDP-Rhaを用いてRh1のC6位における1分子のラムノシルの延長を触媒してRg2を生成するが、その活性は非常に低く、変換率はわずか約9%である。そして、gGT29-7(N343G、A359P)は、UDP-Rhaを供与体として糖転移反応を行うことに加えて、UDP-glcも供与体として糖転移反応を行うことができ、且つ触媒効率がUDP-Rhaをグリコシル供与体とする触媒反応よりも高い。従って、UDP-Rhaを触媒するgGT29-7(N343G、A359P)の活性は低く、特異的ではないため、多くの副生成物が合成され、応用のニーズを満たすことができない。 To artificially synthesize these pharmacologically active ginsenosides using synthetic biology techniques, it is necessary not only to construct a metabolic pathway for sapogenin synthesis but also to identify UDP-glycosyltransferases that catalyze the glycosylation of ginsenosides. The function of UDP-glycosyltransferases is to transfer glycosyl groups from glycosyl donors (nucleoside diphosphate sugars such as UDP-glucose, UDP-rhamnose, UDP-xylose, and UDP-arabinose) to different glycosyl acceptors. Analysis of previously sequenced plant genomes has revealed that they often encode more than 100 different glycosyltransferases. In 2015, Chinese researchers identified a UDP-glycosyltransferase element (UGTPg100) capable of transferring one glucosyl group to the C6 position of protopanaxatriol. Chinese scholars have disclosed in a patent (PCT/CN2015/081111) glycosyltransferases (such as gGT29-7) that can elongate the sugar chain at the C6 position of protopanaxatriol-type saponins. For example, gGT29-7 can catalyze the elongation of one molecule of xylosyl at the C6 position of Rh1 using UDP-Xyl to produce notoginsenoside R2, and can catalyze the elongation of one molecule of glucosyl at the C6 position of Rh1 using UDP-Glc to produce Rf, but cannot basically use UDP-Rha. The gGT29-7 mutant gGT29-7(N343G, A359P) disclosed in the patent (PCT/CN2015/081111) catalyzes the elongation of one rhamnosyl molecule at the C6 position of Rh1 using UDP-Rha to produce Rg2, but its activity is very low, with a conversion rate of only approximately 9%. Furthermore, gGT29-7(N343G, A359P) can perform transglycosylation using UDP-Rha as a donor, as well as UDP-glc as a donor, with higher catalytic efficiency than catalytic reactions using UDP-Rha as a glycosyl donor. Therefore, the activity of gGT29-7(N343G, A359P) catalyzing UDP-Rha is low and nonspecific, resulting in the synthesis of many by-products and failing to meet application needs.
上記の背景の下、本発明者らは、高麗人参から、C6位にUPD-ラムノースを延長することができる糖転移酵素URT94-1とURT94-2をスクリーニングして得られ、特異的にUDP-Rhaをグリコシル供与体としてジンセノサイドRh1、ジンセノサイドRg1又は三七人参R3のC-6位の第1のグリコシルにおける1分子のラムノースの延長を効率的に触媒して、ジンセノサイドRg2、ジンセノサイドRe又はYesanchinoside Eをそれぞれ得ることができる。しかし、URT94-1とURT94-2は、UDP-グルコースをグリコシル供与体として上記のサポニン基質を触媒することができない。従って、これらの糖転移酵素は、ジンセノサイドRg2、ジンセノサイドRe及びYesanchinoside E等のサポニンの効率的な調製に特異性の高い糖転移酵素を提供する。 In light of the above background, the inventors screened for glycosyltransferases URT94-1 and URT94-2 from ginseng, which are capable of extending UPD-rhamnose at the C6 position. These glycosyltransferases efficiently catalyze the extension of one rhamnose molecule at the first glycosyl residue at the C-6 position of ginsenoside Rh1, ginsenoside Rg1, or Panax notoginseng R3, specifically using UDP-Rha as the glycosyl donor, to yield ginsenoside Rg2, ginsenoside Re, or Yesanchinoside E, respectively. However, URT94-1 and URT94-2 cannot catalyze the above saponin substrates using UDP-glucose as the glycosyl donor. Therefore, these glycosyltransferases provide highly specific glycosyltransferases for the efficient preparation of saponins such as ginsenoside Rg2, ginsenoside Re, and Yesanchinoside E.
本発明の第一態様において、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又はその保存的変異体ポリペプチドである特異性糖転移酵素を用いて転移することを含む、四環トリテルペン(類)化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシルを結合する方法を提供する。
本発明の別の態様において、四環トリテルペン(類)化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシル(この反応に用いる触媒を含む)を結合するための特異性糖転移酵素の応用を提供し、前記特異性糖転移酵素は、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又はその保存的変異体ポリペプチドである。
In a first aspect of the present invention, there is provided a method for attaching rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene(s) compound, the method comprising transferring rhamnosyl using a specific glycosyltransferase that is a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, or a conservative variant polypeptide thereof.
In another aspect of the present invention, there is provided a use of a specific glycosyltransferase for attaching rhamnosyl (including a catalyst used in this reaction) to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound, wherein the specific glycosyltransferase is a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 14 or a conservative variant polypeptide thereof.
1つ又は複数の実施形態において、前記ラムノシルは、グリコシル供与体によって提供され;好ましくは、前記グリコシル供与体は、ラムノース基を有するグリコシル供与体であり;より好ましくは、前記グリコシル供与体は、ウリジン二リン酸(UDP)-ラムノース、グアノシン二リン酸(GDP)-ラムノース、アデノシン二リン酸(ADP)-ラムノース、シチジン二リン酸(CDP)-ラムノース、チミジン二リン酸(TDP)-ラムノースを含む(ただし、これらに限定されない)。 In one or more embodiments, the rhamnosyl is provided by a glycosyl donor; preferably, the glycosyl donor is a glycosyl donor having a rhamnose group; more preferably, the glycosyl donor includes (but is not limited to) uridine diphosphate (UDP)-rhamnose, guanosine diphosphate (GDP)-rhamnose, adenosine diphosphate (ADP)-rhamnose, cytidine diphosphate (CDP)-rhamnose, and thymidine diphosphate (TDP)-rhamnose.
1つ又は複数の実施形態において、前記四環トリテルペン化合物は式(I)の化合物であり、C-6位のグリコシルにグリコシルが結合した化合物は式(II)の化合物であり; In one or more embodiments, the tetracyclic triterpene compound is a compound of formula (I), and the compound with a glycosyl bonded to the glycosyl at the C-6 position is a compound of formula (II);
その内、R1及びR2はH又はグリコシルであり、R3は単糖グリコシルであり、R4はラムノシルであり;好ましくは、前記グリコシル又は単糖グリコシル(R3)は、グルコシル、キシロシル、アラビノシル又はラムノシルから選択され;
好ましくは、R1がHであり、R2及びR3がグルコシルである場合、前記式(I)の化合物はジンセノサイドRg1であり、前記式(II)の化合物はジンセノサイドReであり;R1及びR2がHであり、R3がグルコシルである場合、前記式(I)の化合物はジンセノサイドRh1であり、前記式(II)の化合物はジンセノサイドRg2である。
wherein R1 and R2 are H or glycosyl, R3 is monosaccharide glycosyl, and R4 is rhamnosyl; preferably, the glycosyl or monosaccharide glycosyl (R3) is selected from glucosyl, xylosyl, arabinosyl, or rhamnosyl;
Preferably, when R1 is H and R2 and R3 are glucosyl, the compound of formula (I) is ginsenoside Rg1, and the compound of formula (II) is ginsenoside Re; when R1 and R2 are H and R3 is glucosyl, the compound of formula (I) is ginsenoside Rh1, and the compound of formula (II) is ginsenoside Rg2.
1つ又は複数の実施形態において、前記四環トリテルペン化合物は式(III)の化合物であり、C-6位のグリコシルにグリコシルが結合した化合物は式(IV)の化合物であり; In one or more embodiments, the tetracyclic triterpene compound is a compound of formula (III), and the compound with a glycosyl bonded to the glycosyl at the C-6 position is a compound of formula (IV);
その内、R1はH又はグリコシルであり、R2、R3、R4は単糖グリコシルであり、R5はラムノシルであり;好ましくは、前記グリコシル(R1)又は単糖グリコシル(R2、R3、R4)は、グルコシル、キシロシル、アラビノシル又はラムノシルから選択され;
好ましくは、R1がHであり、R2、R3及びR4がグルコシルであり、R5がラムノシルである場合、前記式(III)の化合物はノトギンセノサイドR3であり、式(IV)の化合物はYesanchinoside Eである。
wherein R1 is H or glycosyl, R2, R3, R4 are monosaccharide glycosyl, and R5 is rhamnosyl; preferably, the glycosyl (R1) or monosaccharide glycosyl (R2, R3, R4) is selected from glucosyl, xylosyl, arabinosyl, or rhamnosyl;
Preferably, when R1 is H, R2, R3 and R4 are glucosyl, and R5 is rhamnosyl, the compound of formula (III) is notoginsenoside R3, and the compound of formula (IV) is Yesanchinoside E.
1つ又は複数の実施形態において、基の種類、基質又は生成物は次の通りである。 In one or more embodiments, the type of group, substrate, or product is as follows:
1つ又は複数の実施形態において、基の種類、基質又は生成物は次の通りである。 In one or more embodiments, the type of group, substrate, or product is as follows:
1つ又は複数の実施形態において、前記反応式中の化合物(I)、(III)としては、S-配置又はR-配置のダンマラン型四環トリテルペン化合物、ラノリン型四環トリテルペン化合物、脱水グリカン(apotirucallane)型四環トリテルペン、チルカラン型四環トリテルペン化合物、シクロアルタン(シクロアルチナン)型四環トリテルペン化合物、ククルビタン型四環トリテルペン化合物、又はニーム型四環トリテルペン化合物を含むが、これらに限定されない。 In one or more embodiments, compounds (I) and (III) in the above reaction scheme include, but are not limited to, S- or R-configured dammarane-type tetracyclic triterpene compounds, lanolin-type tetracyclic triterpene compounds, apotirucallane-type tetracyclic triterpenes, tirucallane-type tetracyclic triterpene compounds, cycloartane (cycloartinane)-type tetracyclic triterpene compounds, cucurbitane-type tetracyclic triterpene compounds, or neem-type tetracyclic triterpene compounds.
1つ又は複数の実施形態において、前記反応式中の化合物(II)又は(IV)としては、ジンセノサイドRg2、ジンセノサイドRe、及びYesanchinoside Eを含む。 In one or more embodiments, compound (II) or (IV) in the above reaction scheme includes ginsenoside Rg2, ginsenoside Re, and Yesanchinoside E.
本発明の別の態様において、ラムノシルを細胞内の四環トリテルペン(類)化合物のC-6位の第1のグリコシルに結合する方法を提供し、この方法は、
(a)宿主細胞に四環トリテルペン化合物の反応前駆体又はそれを発現/形成するコンストラクト、特異性糖転移酵素又はそれを発現するコンストラクトを導入することによって組換え宿主細胞を得ること;前記特異性糖転移酵素はSEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又はその保存的変異体ポリペプチドであり;前記宿主細胞内にラムノース基を有するグリコシル供与体が存在し、又はラムノース基を有するグリコシル供与体(そのグリコシル供与体を形成できるコンストラクト/前駆体を含む)が導入され;
(b)(a)の組換え宿主細胞を培養して、C-6位の第1のグリコシルにラムノシルが結合した四環トリテルペン化合物の生成物を得ることを含み;
好ましくは、前記四環トリテルペン化合物の反応前駆体は、ジンセノサイドRg1、ジンセノサイドRh1、ノトギンセノサイドR3を含み;対応する生成物は、ジンセノサイドRe、ジンセノサイドRg2、Yesanchinoside Eを含み;
好ましくは、前記グリコシル供与体は、ウリジン二リン酸(UDP)-ラムノース、グアノシン二リン酸(GDP)-ラムノース、アデノシン二リン酸(ADP)-ラムノース、シチジン二リン酸(CDP)-ラムノース、チミジン二リン酸(TDP)-ラムノースを含む(ただし、これらに限定されない)。
In another aspect of the present invention, there is provided a method for attaching rhamnosyl to a first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene(s) compound in a cell, the method comprising:
(a) obtaining a recombinant host cell by introducing into a host cell a reactive precursor of a tetracyclic triterpene compound or a construct expressing/forming the reactive precursor, or a specific glycosyltransferase or a construct expressing the reactive precursor, wherein the specific glycosyltransferase is a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, or a conservative variant polypeptide thereof; a glycosyl donor having a rhamnose group is present in the host cell, or a glycosyl donor having a rhamnose group (including a construct/precursor capable of forming the glycosyl donor) is introduced;
(b) culturing the recombinant host cell of (a) to produce a tetracyclic triterpene compound having rhamnosyl attached to the first glycosyl at the C-6 position;
Preferably, the reaction precursors of the tetracyclic triterpene compounds include ginsenoside Rg1, ginsenoside Rh1, and notoginsenoside R3; and the corresponding products include ginsenoside Re, ginsenoside Rg2, and Yesanchinoside E;
Preferably, the glycosyl donor includes, but is not limited to, uridine diphosphate (UDP)-rhamnose, guanosine diphosphate (GDP)-rhamnose, adenosine diphosphate (ADP)-rhamnose, cytidine diphosphate (CDP)-rhamnose, and thymidine diphosphate (TDP)-rhamnose.
1つ又は複数の実施形態において、前記方法は更に、酵素活性を調節するための添加剤を反応系に供給することを含む。 In one or more embodiments, the method further includes providing an additive to the reaction system to regulate enzyme activity.
1つ又は複数の実施形態において、前記酵素活性を調節するための添加剤は、酵素活性を増加させる又は酵素活性を阻害する添加剤である。 In one or more embodiments, the additive for regulating enzyme activity is an additive that increases or inhibits enzyme activity.
1つ又は複数の実施形態において、前記酵素活性を調節するための添加剤は、Ca2+、Co2+、Mn2+、Ba2+、Al3+、Ni2+、Zn2+又はFe2+から選択される。 In one or more embodiments, the additive for regulating enzyme activity is selected from Ca 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Ba 2+ , Al 3+ , Ni 2+ , Zn 2+ , or Fe 2+ .
1つ又は複数の実施形態において、前記酵素活性を調節するための添加剤は、Ca2+、Co2+、Mn2+、Ba2+、Al3+、Ni2+、Zn2+又はFe2+を生成できる物質である。 In one or more embodiments, the additive for regulating enzyme activity is a substance capable of generating Ca 2+ , Co 2+ , Mn 2+ , Ba 2+ , Al 3+ , Ni 2+ , Zn 2+ or Fe 2+ .
1つ又は複数の実施形態において、反応系のpHは、pH4.0~10.0、好ましくはpH5.5~9.0である。 In one or more embodiments, the pH of the reaction system is 4.0 to 10.0, preferably 5.5 to 9.0.
1つ又は複数の実施形態において、反応系の温度は、10℃~105℃、好ましくは20℃~50℃である。 In one or more embodiments, the temperature of the reaction system is 10°C to 105°C, preferably 20°C to 50°C.
本発明の別の態様において、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又はその保存的変異体ポリペプチドである特異性糖転移酵素を提供し;好ましくは、前記保存的変異体ポリペプチドは、
(1)SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示される配列のポリペプチドが1つ又は複数(例えば、1~20個、好ましくは1~10個、より好ましくは1~5個、更に好ましくは1~3個)のアミノ酸残基の置換、欠失又は付加によって形成され、四環トリテルペン化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシルを結合する機能を有するポリペプチド;
(2)アミノ酸配列がSEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示される配列のポリペプチドと50%以上(好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上)の同一性を有し、四環トリテルペン化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシルを結合する機能を有するポリペプチド;又は
(3)SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示される配列のポリペプチドのN末端又はC末端にタグ配列を付加し、或いはそのN末端にシグナルペプチド配列を付加することによって形成されるポリペプチドを含む。
本発明の別の態様において、前記特異性糖転移酵素をコードする単離されたポリヌクレオチドを提供する。
In another aspect of the present invention, there is provided a specific glycosyltransferase, which is a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 14 or a conservative variant polypeptide thereof; preferably, the conservative variant polypeptide is
(1) A polypeptide having the sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, which is formed by substituting, deleting, or adding one or more (e.g., 1 to 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, and even more preferably 1 to 3) amino acid residues, and which has the function of binding rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound;
(2) A polypeptide having an amino acid sequence that is 50% or more (preferably 60% or more, more preferably 70% or more, more preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 98% or more, more preferably 99% or more) identical to a polypeptide having a sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, and that has the function of linking rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound; or (3) A polypeptide formed by adding a tag sequence to the N-terminus or C-terminus of a polypeptide having a sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, or by adding a signal peptide sequence to the N-terminus.
In another aspect of the present invention, there is provided an isolated polynucleotide encoding said specific glycosyltransferase.
1つ又は複数の実施形態において、前記特異性糖転移酵素をコードするポリヌクレオチドは、(A)SEQ ID NO:1、3又は13に示されるヌクレオチド配列、(B)SEQ ID NO:1、3又は13に示される配列と少なくとも95%の同一性を有するヌクレオチド配列、(E)SEQ ID NO:1、3又は13に示される配列の5’末端及び/又は3’末端に1~60個(好ましくは1~30個、より好ましくは1~10個)のヌクレオチドを切断又は付加することによって形成されるヌクレオチド配列、(F)(A)~(E)のいずれか1つに記載のヌクレオチド配列の相補配列、及び(G)(A)~(F)に記載の配列の20~50塩基長の断片から選択されるポリヌクレオチドを含む。 In one or more embodiments, the polynucleotide encoding the specific glycosyltransferase comprises a polynucleotide selected from (A) the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, or 13; (B) a nucleotide sequence having at least 95% identity to the sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, or 13; (E) a nucleotide sequence formed by truncating or adding 1 to 60 (preferably 1 to 30, more preferably 1 to 10) nucleotides to the 5' and/or 3' end of the sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, or 13; (F) a complementary sequence of the nucleotide sequence set forth in any one of (A) to (E); and (G) a 20 to 50 base fragment of the sequence set forth in (A) to (F).
1つ又は複数の実施形態において、前記ポリヌクレオチド配列は、SEQ ID NO:1、3又は13の何れか1つ又はその相補配列から選択される。 In one or more embodiments, the polynucleotide sequence is selected from any one of SEQ ID NO: 1, 3, or 13, or a complementary sequence thereof.
本発明の別の態様において、前記ポリヌクレオチドを含む、又は前記特異性糖転移酵素を発現する核酸構築物(コンストラクト)を提供し;好ましくは、前記核酸構築物は発現ベクター又は相同組換えベクターである。 In another aspect of the present invention, there is provided a nucleic acid construct comprising the polynucleotide or expressing the specific glycosyltransferase; preferably, the nucleic acid construct is an expression vector or a homologous recombination vector.
本発明の別の態様において、前記特異性糖転移酵素を発現するか、前記ポリヌクレオチドを含む、又は前記核酸構築物を含む組換え宿主細胞を提供し;好ましくは、この組換え宿主細胞はまた、四環トリテルペン化合物の反応前駆体又はそれを発現/形成するコンストラクトを含み;好ましくは、この組換え宿主細胞にはまた、ラムノース基を有するグリコシル供与体も存在する、又はラムノース基を有するグリコシル供与体が導入される(このグリコシル供与体を形成することができるコンストラクト/前駆体を含む)。 In another aspect of the present invention, a recombinant host cell is provided that expresses the specific glycosyltransferase, contains the polynucleotide, or contains the nucleic acid construct; preferably, the recombinant host cell also contains a reactive precursor of a tetracyclic triterpene compound or a construct that expresses/forms the precursor; preferably, the recombinant host cell also contains a glycosyl donor having a rhamnose group, or a glycosyl donor having a rhamnose group is introduced into the recombinant host cell (including a construct/precursor that can form the glycosyl donor).
1つ又は複数の実施形態において、前記四環トリテルペン化合物の反応前駆体は、ジンセノサイドRg1、ジンセノサイドRh1、ノトギンセノサイドR3を含み;対応する生成物は、ジンセノサイドRe、ジンセノサイドRg2、Yesanchinoside Eを含む。 In one or more embodiments, the reaction precursors of the tetracyclic triterpene compounds include ginsenoside Rg1, ginsenoside Rh1, and notoginsenoside R3; the corresponding products include ginsenoside Re, ginsenoside Rg2, and yesanchinoside E.
1つ又は複数の実施形態において、前記グリコシル供与体は、ウリジン二リン酸(UDP)-ラムノース、ウリジン二リン酸(UDP)-ラムノース、グアノシン二リン酸(GDP)-ラムノース、アデノシン二リン酸(ADP)-ラムノース、シチジン二リン酸(CDP)-ラムノース、チミジン二リン酸(TDP)-ラムノースを含む(ただし、これらに限定されない)。 In one or more embodiments, the glycosyl donor includes, but is not limited to, uridine diphosphate (UDP)-rhamnose, uridine diphosphate (UDP)-rhamnose, guanosine diphosphate (GDP)-rhamnose, adenosine diphosphate (ADP)-rhamnose, cytidine diphosphate (CDP)-rhamnose, and thymidine diphosphate (TDP)-rhamnose.
1つ又は複数の実施形態において、宿主細胞は原核細胞又は真核細胞である。
1つ又は複数の実施形態において、宿主細胞は、酵母細胞や植物細胞などの真核細胞である。1つ又は複数の実施形態において、宿主細胞は出芽酵母細胞である。1つ又は複数の実施形態において、宿主細胞は高麗人参細胞又は三七人参細胞である。
In one or more embodiments, the host cell is a prokaryotic or eukaryotic cell.
In one or more embodiments, the host cell is a eukaryotic cell such as a yeast cell or a plant cell. In one or more embodiments, the host cell is a Saccharomyces cerevisiae cell. In one or more embodiments, the host cell is a Korean ginseng cell or a Panax notoginseng cell.
1つ又は複数の実施形態において、宿主細胞は大腸菌などの原核細胞である。
1つ又は複数の実施形態において、宿主細胞は、本発明の前記特異性糖転移酵素による処理後に形成される生成物を天然に産生する細胞ではなく;例えば、式(II)、(IV)の化合物を天然に産生する細胞ではない。
In one or more embodiments, the host cell is a prokaryotic cell, such as E. coli.
In one or more embodiments, the host cell is not a cell that naturally produces the product formed after treatment with the specific glycosyltransferase of the invention; e.g., is not a cell that naturally produces the compounds of formula (II) or (IV).
1つ又は複数の実施形態において、前記宿主細胞は、ジンセノサイドRh1、ジンセノサイドRg1、ノトギンセノサイドR3、ジンセノサイドRg2、ジンセノサイドRe、及びYesanchinoside Eの1つ又は複数の物質を天然に産生する細胞ではない。 In one or more embodiments, the host cell is not a cell that naturally produces one or more of ginsenoside Rh1, ginsenoside Rg1, notoginsenoside R3, ginsenoside Rg2, ginsenoside Re, and yesanchinoside E.
1つ又は複数の実施形態において、前記宿主細胞は、以下から選択される特徴もあり、即ち、
(a)ダンマレンジオール及び/又はプロトパナキサジオール類サポニン及び/又はプロトパナキサトリオール類サポニンの同化経路における重要な酵素を発現し、その酵素と50%の配列同一性を有する突然変異体、
(b)(a)に記載の酵素を含む機能的断片、又はその断片と50%の配列同一性を有する突然変異体を発現するポリペプチド、
(c)(a)に記載の酵素若しくは(b)に記載のポリペプチドを含むポリヌクレオチド又はそれらの相補配列、及び/又は
(d)(c)に記載のコード配列を含む核酸構築物。
1つ又は複数の実施形態において、プロトパナキサトリオール類サポニンは、ジンセノサイドRh1、ジンセノサイドRg1、ノトギンセノサイドR3、ジンセノサイドRg2、ジンセノサイドRe、及びYesanchinoside Eを含む。
In one or more embodiments, the host cell also has a characteristic selected from the following:
(a) a mutant expressing a key enzyme in the anabolic pathway of dammarenediol and/or protopanaxadiol saponins and/or protopanaxatriol saponins, and having 50% sequence identity with said enzyme;
(b) a polypeptide expressing a functional fragment comprising the enzyme of (a) or a mutant having 50% sequence identity to the fragment;
(c) a polynucleotide comprising the enzyme according to (a) or the polypeptide according to (b), or a complementary sequence thereof, and/or (d) a nucleic acid construct comprising the coding sequence according to (c).
In one or more embodiments, protopanaxatriol saponins include ginsenoside Rh1, ginsenoside Rg1, notoginsenoside R3, ginsenoside Rg2, ginsenoside Re, and yesanchinoside E.
1つ又は複数の実施形態において、ジンセノサイドRh1の同化経路における重要な遺伝子は、ダンマレンジオール合成酵素遺伝子、シトクロムP450 CYP716A47遺伝子やP450 CYP716A47の還元酵素遺伝子、及び四環トリテルペンのC6の糖転移酵素UGTPg100(Genbank accession number AKQ76388.1)、又はそれらの組み合わせを含む(ただし、これらに限定されない)。 In one or more embodiments, key genes in the ginsenoside Rh1 assimilation pathway include, but are not limited to, the dammarenediol synthase gene, the cytochrome P450 CYP716A47 gene, the P450 CYP716A47 reductase gene, and the tetracyclic triterpene C6 glycosyltransferase UGTPg100 (Genbank accession number AKQ76388.1), or a combination thereof.
1つ又は複数の実施形態において、ジンセノサイドRg1の同化経路における重要な遺伝子は、ダンマレンジオール合成酵素遺伝子、シトクロムP450 CYP716A47遺伝子やP450 CYP716A47の還元酵素遺伝子、及び四環トリテルペンのC20位とC6の糖転移酵素UGTPg1とUGTPg100(Genbank accession number AKQ76388.1)、又はそれらの組み合わせを含む(ただし、これらに限定されない)。 In one or more embodiments, key genes in the ginsenoside Rg1 assimilation pathway include, but are not limited to, the dammarenediol synthase gene, the cytochrome P450 CYP716A47 gene, the P450 CYP716A47 reductase gene, and the tetracyclic triterpene C20 and C6 glycosyltransferases UGTPg1 and UGTPg100 (Genbank accession number AKQ76388.1), or combinations thereof.
1つ又は複数の実施形態において、ジンセノサイドRg2の同化経路における重要な遺伝子は、ダンマレンジオール合成酵素遺伝子、シトクロムP450 CYP716A47遺伝子やP450 CYP716A47の還元酵素遺伝子、四環トリテルペンのC6の糖転移酵素UGTPg100(Genbank accession number AKQ76388.1)、及び本発明におけるC6位のグリコシルの延長を触媒する糖転移酵素URT94-1とURT94-2、又はそれらの組み合わせを含む(ただし、これらに限定されない)。 In one or more embodiments, key genes in the ginsenoside Rg2 assimilation pathway include (but are not limited to) the dammarenediol synthase gene, the cytochrome P450 CYP716A47 gene, the P450 CYP716A47 reductase gene, the tetracyclic triterpene C6 glycosyltransferase UGTPg100 (Genbank accession number AKQ76388.1), and the glycosyltransferases URT94-1 and URT94-2 that catalyze the elongation of glycosyl groups at the C6 position in the present invention, or a combination thereof.
1つ又は複数の実施形態において、ジンセノサイドReの同化経路における重要な遺伝子は、ダンマレンジオール合成酵素遺伝子、シトクロムP450 CYP716A47遺伝子やP450 CYP716A47の還元酵素遺伝子、四環トリテルペンのC20位とC6の糖転移酵素UGTPg1とUGTPg100(Genbank accession number AKQ76388.1)、及び本明細書におけるC6位のグリコシルの延長を触媒する糖転移酵素URT94-1とURT94-2、又はそれらの組み合わせを含む(ただし、これらに限定されない)。 In one or more embodiments, key genes in the ginsenoside Re assimilation pathway include (but are not limited to) the dammarenediol synthase gene, the cytochrome P450 CYP716A47 gene, the P450 CYP716A47 reductase gene, the tetracyclic triterpene C20 and C6 glycosyltransferases UGTPg1 and UGTPg100 (Genbank accession number AKQ76388.1), and the glycosyltransferases URT94-1 and URT94-2 catalyzing the elongation of the C6 glycosyl group as described herein, or combinations thereof.
本発明の別の様態において、糖転移酵素、触媒試薬、又は式(II)、(IV)の化合物の調製における本発明に記載の宿主細胞の応用も提供する。 In another aspect, the present invention also provides the use of the host cells described in the present invention in the preparation of glycosyltransferases, catalytic reagents, or compounds of formula (II) or (IV).
本発明の別の様態において、本発明に記載の宿主細胞をインキュベートすることを含む、糖転移酵素、又は式(II)若しくは(IV)の化合物を生成する方法も提供する。 In another aspect, the present invention also provides a method for producing a glycosyltransferase or a compound of formula (II) or (IV), comprising incubating a host cell described in the present invention.
本発明の別の様態において、酵素触媒試薬の調製のための、又は糖転移酵素の生成のための、又は触媒細胞としての、又は式(II)、(IV)の化合物の生成のための、本発明に記載の宿主細胞の応用も提供する。 In another aspect of the present invention, there is also provided the use of the host cells described in the present invention for the preparation of enzyme catalytic reagents, for the production of glycosyltransferases, as catalytic cells, or for the production of compounds of formula (II) or (IV).
本発明の別の様態において、本発明に記載の宿主細胞を植物に再生するステップを含む、トランスジェニック植物を作製する方法も提供し、その内、前記宿主細胞は植物細胞である。1つ又は複数の実施形態において、前記宿主細胞は高麗人参細胞である。1つ又は複数の実施形態において、前記宿主細胞は三七人参細胞である。 In another aspect, the present invention also provides a method for producing a transgenic plant, comprising the step of regenerating a host cell described in the present invention into a plant, wherein the host cell is a plant cell. In one or more embodiments, the host cell is a ginseng cell. In one or more embodiments, the host cell is a Panax notoginseng cell.
本発明の別の態様において、四環トリテルペン(類)化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシルを結合することができ、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又はその保存的変異体ポリペプチドである特異性糖転移酵素を含む、糖転移のためのキットを提供する。 In another aspect of the present invention, a kit for glycosyltransferase is provided, which is capable of attaching rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound, and which comprises a specific glycosyltransferase that is a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:2, SEQ ID NO:4, or SEQ ID NO:14, or a conservative variant polypeptide thereof.
本発明の別の態様において、前記単離されたポリヌクレオチドを含む、糖転移のためのキットを提供する。 In another aspect of the present invention, there is provided a kit for glycosyltransferase, comprising the isolated polynucleotide.
本発明の別の態様において、前記核酸構築物(コンストラクト)を含む、糖転移のためのキットを提供する。 In another aspect of the present invention, there is provided a kit for glycosyltransferase, comprising the nucleic acid construct.
本発明の別の態様において、前記組換え宿主細胞を含む、糖転移のためのキットを提供する。 In another aspect of the present invention, there is provided a kit for glycosyltransferase, comprising the recombinant host cell.
1つ又は複数の実施形態において、キットにはまた、ラムノース基を有するグリコシル供与体が含まれ;より好ましくは、前記グリコシル供与体は、ウリジン二リン酸(UDP)-ラムノース、グアノシン二リン酸(GDP)-ラムノース、アデノシン二リン酸(ADP)-ラムノース、シチジン二リン酸(CDP)-ラムノース、チミジン二リン酸(TDP)-ラムノースを含む(ただし、これらに限定されない)。 In one or more embodiments, the kit also includes a glycosyl donor having a rhamnose group; more preferably, the glycosyl donor includes, but is not limited to, uridine diphosphate (UDP)-rhamnose, guanosine diphosphate (GDP)-rhamnose, adenosine diphosphate (ADP)-rhamnose, cytidine diphosphate (CDP)-rhamnose, and thymidine diphosphate (TDP)-rhamnose.
1つ又は複数の実施形態において、キットには四環トリテルペン化合物の反応前駆体が含まれる。 In one or more embodiments, the kit includes a reaction precursor of a tetracyclic triterpene compound.
本発明の範囲内において、本発明の上記各技術特徴と下記(例えば実施例)で具体的に記述した各技術特徴を互いに組合せることで、新しい又は好ましい実施形態を構成することができると理解すべきである。冗長な文章にならないように、ここで詳しく記述しない。 It should be understood that within the scope of the present invention, the above-mentioned technical features of the present invention and the technical features specifically described below (e.g., in the Examples) can be combined with each other to form new or preferred embodiments. To avoid lengthy descriptions, they will not be described in detail here.
本発明者らは、鋭意研究及びスクリーニングの結果、基質の特定の位置でのラムノシル化を触媒し、触媒活性を向上させることができる特異性糖転移酵素を初めて提供した。具体的には、本発明の特異性糖転移酵素は、四環トリテルペン化合物基質のC-6位の第1のグリコシルにおけるヒドロキシグリコシル化を特異的かつ効率的に触媒してラムノース基を延長することができる。 As a result of extensive research and screening, the present inventors have provided, for the first time, a specific glycosyltransferase that can catalyze rhamnosylation at a specific position in a substrate and improve catalytic activity. Specifically, the specific glycosyltransferase of the present invention can specifically and efficiently catalyze hydroxyglycosylation of the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound substrate, thereby extending the rhamnose group.
定義
本明細書で使用される場合、「単離されたポリペプチド」又は「活性ポリペプチド」とは、当該ポリペプチドが天然に関連する他のタンパク質、脂質、糖質、又は他の物質を基本的に含まないことを意味する。当業者は、標準的なタンパク質精製技術を用いて前記ポリペプチドを精製することができる。基本的に純粋なポリペプチドは、非還元ポリアクリルアミドゲル上で単一の主バンドを生成することができる。前記ポリペプチドの純度は、アミノ酸配列を使って更に分析することもできる。
Definitions As used herein, "isolated polypeptide" or "active polypeptide" means that the polypeptide is essentially free from other proteins, lipids, carbohydrates, or other materials with which it is naturally associated. One of skill in the art can purify the polypeptide using standard protein purification techniques. An essentially pure polypeptide will yield a single major band on a non-reducing polyacrylamide gel. The purity of the polypeptide can also be further analyzed using amino acid sequence.
本明細書で使用される場合、「活性ポリペプチド」、「本発明のポリペプチド及びその誘導体ポリペプチド」、「本発明の酵素」、「糖転移酵素」という用語は互換的に使用され、URT94-1(SEQ ID NO:2)、URT94-2(SEQ ID NO:4)ポリペプチド又はその誘導体ポリペプチドを含むと同時に、それらはまた、URT94-1m(SEQ ID NO:14)を含む糖転移酵素の突然変異体を指すこともできる。 As used herein, the terms "active polypeptide," "polypeptide of the present invention and derivative polypeptides thereof," "enzyme of the present invention," and "glycosyltransferase" are used interchangeably and include URT94-1 (SEQ ID NO: 2), URT94-2 (SEQ ID NO: 4) polypeptides or derivative polypeptides thereof, and may also refer to mutant glycosyltransferases, including URT94-1m (SEQ ID NO: 14).
本明細書で使用される場合、「保存的変異体ポリペプチド」という用語とは、前記ポリペプチドと相同な生物学的機能又は活性を基本的に保持しているポリペプチドを指す。前記「保存的変異体ポリペプチド」は、(i)1つ又は複数の保存的又は非保存的アミノ酸残基(好ましくは保存的アミノ酸残基)が置換されたポリペプチド、当該置換されたアミノ酸残基が遺伝コードによりコードされてもよく、或いはコードされなくてもよく、(ii)1つ又は複数のアミノ酸残基に置換基を有するポリペプチド、(iii)成熟したポリペプチドがその他の化合物(例えば、ポリエチレングリコールなどの、ポリペプチドの半減期を延長する化合物)に融合して形成されたポリペプチド、或いは(iv)付加されたアミノ酸配列が当該ポリペプチド配列に融合して形成されたポリペプチド(例えば、リーダー配列、分泌配列、当該ポリペプチドを精製するための配列又はタンパク質構成配列、或いは抗原IgG断片と形成された融合タンパク質)であってもよい。本明細書に教示されるように、これらの断片、誘導体及び類似体は、当業者の周知範囲である。 As used herein, the term "conservative variant polypeptide" refers to a polypeptide that essentially retains a biological function or activity homologous to the polypeptide. The "conservative variant polypeptide" may be (i) a polypeptide in which one or more conservative or non-conservative amino acid residues (preferably conservative amino acid residues) have been substituted, where the substituted amino acid residues may or may not be encoded by the genetic code; (ii) a polypeptide having a substitution at one or more amino acid residues; (iii) a polypeptide formed by fusing the mature polypeptide to another compound (e.g., a compound that extends the half-life of the polypeptide, such as polyethylene glycol); or (iv) a polypeptide formed by fusing an additional amino acid sequence to the polypeptide sequence (e.g., a leader sequence, a secretory sequence, a sequence for purifying the polypeptide, a proteinogenic sequence, or a fusion protein formed with an antigenic IgG fragment). As taught herein, these fragments, derivatives, and analogs are well known to those skilled in the art.
本明細書で使用される場合、「変異体」又は「突然変異体」という用語は、参照配列と比較して1つ又は複数のアミノ酸の挿入、欠失又は置換によってアミノ酸配列が変化しているが、少なくとも1つの生物学的活性を保持しているペプチド又はポリペプチドを指す。本明細書の任意の実施形態に記載される突然変異体は、参照配列(例えば、本明細書に記載のSEQ ID NO:2、4、又は14)と少なくとも50%、60%又は70%、好ましくは少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも97%の配列同一性を有し、且つ参照配列の生物学的活性(例えば、糖転移酵素として)を保持するアミノ酸配列を含む。比較される2つの配列間の配列同一性は、例えばNCBIのBLASTpを用いて計算することができる。突然変異体は、参照配列の生物学的活性を保持したまま、参照配列のアミノ酸配列に1つ又は複数の突然変異(挿入、欠失、又は置換)を有するアミノ酸配列も含む。前記複数の突然変異は、通常1~20個、例えば1~15個、1~10個、1~8個、1~5個又は1~3個を指す。置換は、好ましくは保存的置換である。例えば、本分野において、近い特性又は類似的な特性を持つアミノ酸で保存的置換した場合、通常、タンパク質又はポリペプチドの機能が変化することはない。「近い特性又は類似的な特性を持つアミノ酸」には、例えば、類似の側鎖を有するアミノ酸残基のファミリーが含まれ、これらのファミリーは、塩基性側鎖を有するアミノ酸(例えば、リジン、アルギニン、ヒスチジン)、酸性側鎖を有するアミノ酸(例えば、アスパラギン酸、グルタミン酸)、無電荷の極性側鎖を有するアミノ酸(例えば、グリシン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システイン)、無極性側鎖を有するアミノ酸(例えば、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン)、β‐分岐側鎖を有するアミノ酸(例えば、スレオニン、バリン、イソロイシン)、及び芳香族側鎖を有するアミノ酸(例えば、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン)を含む。従って、本発明のポリペプチドにおける1つ又は複数の部位を、同じ側鎖クラスからの別のアミノ酸残基で置換しても、その活性に実質的な影響を与えることはない。 As used herein, the terms "variant" or "mutant" refer to a peptide or polypeptide whose amino acid sequence has been altered by the insertion, deletion, or substitution of one or more amino acids compared to a reference sequence, but which retains at least one biological activity. Mutants described in any embodiment herein include amino acid sequences that share at least 50%, 60%, or 70%, preferably at least 80%, preferably at least 85%, preferably at least 90%, preferably at least 95%, and preferably at least 97% sequence identity with a reference sequence (e.g., SEQ ID NO: 2, 4, or 14 described herein) and retain the biological activity (e.g., as a glycosyltransferase) of the reference sequence. Sequence identity between two compared sequences can be calculated, for example, using NCBI's BLASTp. Mutants also include amino acid sequences that have one or more mutations (insertions, deletions, or substitutions) in the amino acid sequence of the reference sequence while retaining the biological activity of the reference sequence. The number of mutations is usually 1 to 20, for example, 1 to 15, 1 to 10, 1 to 8, 1 to 5, or 1 to 3. The substitutions are preferably conservative substitutions. For example, conservative substitutions with amino acids having close or similar properties are generally known in the art and usually do not alter the function of a protein or polypeptide. "Amino acids with close or similar properties" include, for example, families of amino acid residues with similar side chains, including amino acids with basic side chains (e.g., lysine, arginine, histidine), acidic side chains (e.g., aspartic acid, glutamic acid), uncharged polar side chains (e.g., glycine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine, cysteine), nonpolar side chains (e.g., alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan), β-branched side chains (e.g., threonine, valine, isoleucine), and aromatic side chains (e.g., tyrosine, phenylalanine, tryptophan, histidine). Thus, substitution of one or more positions in a polypeptide of the present invention with another amino acid residue from the same side chain class does not substantially affect its activity.
URT94-1m(SEQ ID NO:14)については、URT94-1の突然変異体である。本発明において、URT94-1mの保存的変異体ポリペプチドも含まれ得るが、この保存的変異体ポリペプチドは、SEQ ID NO:14の55位に対応するアミノ酸残基で保存される。 URT94-1m (SEQ ID NO: 14) is a mutant of UR T94-1. The present invention also includes conservative variant polypeptides of UR T94-1m, which are conserved at the amino acid residue corresponding to position 55 of SEQ ID NO: 14.
活性ポリペプチド、それをコードする遺伝子、ベクター及び宿主
本発明者らは、ゲノム情報及びトランスクリプトーム情報をマイニングし、大量の研究や実験作業と組み合わせることで、四環トリテルペン化合物基質のC-6の第1のグリコシルに特異的且つ効率的にグリコシルを転移させて糖鎖を延長させることができる、特異性を有する新規な糖転移酵素を見出し、その反応生成物は医薬品等の分野で高い応用価値を有する。
Active Polypeptide, Gene Encoding It, Vector, and Host The present inventors have mined genome and transcriptome information and combined this with a large amount of research and experimental work to discover a novel glycosyltransferase with specificity that can specifically and efficiently transfer glycosyl to the first glycosyl at C-6 of a tetracyclic triterpene compound substrate, thereby elongating the sugar chain, and the reaction product has high application value in the fields of pharmaceuticals, etc.
本発明に記載の特異性糖転移酵素の配列は、好ましくはSEQ ID NO:2、4又は14に示されるポリペプチドである。当該ポリペプチドは更に、示されるポリペプチドと同じ機能を有するSEQ ID NO:2、4又は14の配列を有する「保存的変異体ポリペプチド」も含む。本発明はまた、前記ポリペプチドの断片、誘導体及び類似体を含む。本明細書で使用される場合、「断片」、「誘導体」、及び「類似体」という用語は、前記ポリペプチドと相同な生物学的機能又は活性を基本的に保持しているポリペプチドを指す。 The specific glycosyltransferase sequence described in the present invention is preferably the polypeptide shown in SEQ ID NO: 2, 4, or 14. The polypeptide also includes "conservative variant polypeptides" having the sequence of SEQ ID NO: 2, 4, or 14 that have the same function as the polypeptide shown. The present invention also includes fragments, derivatives, and analogs of the polypeptide. As used herein, the terms "fragment," "derivative," and "analog" refer to polypeptides that essentially retain a biological function or activity homologous to the polypeptide.
本発明において、前記「保存的変異体ポリペプチド」とは、前記ポリペプチドと相同な生物学的機能又は活性を基本的に保持しているポリペプチドを指す。前記「保存的変異体ポリペプチド」は、(i)1つ又は複数の保存的又は非保存的アミノ酸残基(好ましくは保存的アミノ酸残基)が置換されたポリペプチド、当該置換されたアミノ酸残基が遺伝コードによりコードされてもよく、或いはコードされなくてもよく、(ii)1つ又は複数のアミノ酸残基に置換基を有するポリペプチド、(iii)成熟したポリペプチドがその他の化合物(例えば、ポリエチレングリコールなどの、ポリペプチドの半減期を延長する化合物)に融合して形成されたポリペプチド、或いは(iv)付加されたアミノ酸配列が当該ポリペプチド配列に融合して形成されたポリペプチド(例えば、リーダー配列、分泌配列、当該ポリペプチドを精製するための配列又はタンパク質構成配列、或いは抗原IgG断片と形成された融合タンパク質)であってもよい。本明細書に教示されるように、これらの断片、誘導体及び類似体は、当業者の周知範囲である。 In the present invention, the term "conservative variant polypeptide" refers to a polypeptide that essentially retains biological functions or activities homologous to the polypeptide. The "conservative variant polypeptide" may be (i) a polypeptide in which one or more conservative or non-conservative amino acid residues (preferably conservative amino acid residues) have been substituted, where the substituted amino acid residues may or may not be encoded by the genetic code; (ii) a polypeptide having a substitution at one or more amino acid residues; (iii) a polypeptide formed by fusing a mature polypeptide to another compound (e.g., a compound that extends the half-life of the polypeptide, such as polyethylene glycol); or (iv) a polypeptide formed by fusing an additional amino acid sequence to the polypeptide sequence (e.g., a leader sequence, a secretory sequence, a sequence for purifying the polypeptide, a protein-constituting sequence, or a fusion protein formed with an antigen IgG fragment). As taught herein, these fragments, derivatives, and analogs are well known to those skilled in the art.
前記「保存的変異体ポリペプチド」は、1つ又は複数の(通常1~50個、好ましくは1~30個、より好ましくは1~20個、最も好ましくは1~10個)アミノ酸が欠失、挿入及び/又は置換され、及びC末端及び/又はN末端に1つ又は複数の(例えば、50個以内、好ましくは20個又は10個以内、より好ましくは5個以内)アミノ酸が付加・欠失されることを含むが、これらに限定されない。例えば、本分野において、近い特性又は類似的な特性を持つアミノ酸で置換した場合、通常、タンパク質の機能が変化することはない。また、例えば、C末端及び/又はN末端に1つ又は複数のアミノ酸が付加された場合でも、通常、タンパク質の機能が変化することはない。本発明はまた、前記ポリペプチドの類似体を提供する。これらの類似体と天然ポリペプチドとの違いは、アミノ酸配列の違いであってもよく、配列に影響を与えない修飾形態の違いであってもよく、或いはその両方であってもよい。これらのポリペプチドは、天然又は誘導された遺伝的変異体を含む。誘導変異体は様々な技術により得られるが、例えば、放射により、又は突然変異誘起剤に暴露させることで、ランダムな突然変異を誘発し、或いは部位特異的突然変異誘発法又はその他の既知の分子生物学技術により得られる。類似体は、天然L-アミノ酸と異なる残基(例えば、D-アミノ酸)を有する類似体、及び天然に存在しないアミノ酸又は合成したアミノ酸(例えば、β、γ-アミノ酸)を有する類似体、を更に含む。本発明のポリペプチドは、上に例示した代表的なポリペプチドに限定されない、と理解すべきである。 The "conservative variant polypeptide" includes, but is not limited to, one or more amino acids (usually 1 to 50, preferably 1 to 30, more preferably 1 to 20, and most preferably 1 to 10) deleted, inserted, and/or substituted, and one or more amino acids (e.g., 50 or fewer, preferably 20 or 10 or fewer, more preferably 5 or fewer) added or deleted at the C-terminus and/or N-terminus. For example, substitution with amino acids with close or similar properties is known in the art, and typically does not alter the function of the protein. Furthermore, for example, addition of one or more amino acids to the C-terminus and/or N-terminus typically does not alter the function of the protein. The present invention also provides analogs of the above polypeptides. The difference between these analogs and the naturally occurring polypeptide may be in the amino acid sequence, in the form of a modification that does not affect the sequence, or both. These polypeptides include naturally occurring or induced genetic variants. Induced variants can be obtained by a variety of techniques, including, for example, random mutations induced by irradiation or exposure to mutagenic agents, or by site-directed mutagenesis or other known molecular biology techniques. Analogs also include those with residues different from naturally occurring L-amino acids (e.g., D-amino acids) and those with non-naturally occurring or synthetic amino acids (e.g., β-, γ-amino acids). It should be understood that the polypeptides of the present invention are not limited to the representative polypeptides exemplified above.
本発明のURT94-1(SEQ ID NO:2)、URT94-2(SEQ ID NO:4)又はURT94-1m(SEQ ID NO:14)又はその保存的変異体ポリペプチドのアミノ末端又はカルボキシル末端はまた、タンパク質タグとして1つ又は複数のポリペプチド断片を含み得る。任意の適切なタグを本発明において使用することができる。例えば、前記タグは、FLAG、HA、HA1、c-Myc、Poly-His、Poly-Arg、Strep-TagII、AU1、EE、T7、4A6、ε、B、gE、及びTy1であってもよい。これらのタグはタンパク質の精製に使用できる。 The amino or carboxyl terminus of the URT94-1 (SEQ ID NO: 2), URT94-2 (SEQ ID NO: 4), or URT94-lm (SEQ ID NO: 14) polypeptides of the present invention, or their conservative variants, may also contain one or more polypeptide fragments as protein tags. Any suitable tag can be used in the present invention. For example, the tag may be FLAG, HA, HA1, c-Myc, Poly-His, Poly-Arg, Strep-Tag II, AU1, EE, T7, 4A6, ε, B, gE, or Ty1. These tags can be used for protein purification.
本発明の特異性糖転移酵素又は他の酵素(例えば、宿主細胞内で反応して本発明の特異性糖転移酵素の基質を形成するために使用される酵素、本発明の生成物合成経路のいずれかのステップに関与する酵素)の生産に使用される場合、翻訳されたタンパク質を分泌及び発現する(例えば、細胞外に分泌する)目的で、シグナルペプチド配列を本発明のポリペプチドのアミノ末端に付加することもできる。シグナルペプチドは、ポリペプチドが細胞から分泌される過程で切断され得る。 When used to produce the specific glycosyltransferase of the present invention or other enzymes (e.g., enzymes used to react in host cells to form substrates for the specific glycosyltransferase of the present invention, or enzymes involved in any step of the product synthesis pathway of the present invention), a signal peptide sequence can also be added to the amino terminus of the polypeptide of the present invention for the purpose of secreting and expressing (e.g., secreting extracellularly) the translated protein. The signal peptide can be cleaved during the process of secreting the polypeptide from the cell.
本発明の活性ポリペプチドは、組換えポリペプチド、天然ポリペプチド、合成ポリペプチドであってもよい。本発明のポリペプチドは、天然精製産物、化学合成産物であってもよいし、又は組換え技術を用いて原核生物又は真核生物宿主(例えば、細菌、酵母、高等植物)から産生されたものであってもよい。組換え産生プロトコールで使用される宿主に応じて、本発明のポリペプチドはグリコシル化されていてもよいし、非グリコシル化されていてもよい。本発明のポリペプチドはまた、最初のメチオニン残基を含んでも含まなくてもよい。 Active polypeptides of the present invention may be recombinant, natural, or synthetic. Polypeptides of the present invention may be naturally purified products, chemically synthesized products, or produced using recombinant technology from prokaryotic or eukaryotic hosts (e.g., bacteria, yeast, higher plants). Depending on the host used in a recombinant production protocol, polypeptides of the present invention may be glycosylated or non-glycosylated. Polypeptides of the present invention may or may not contain an initial methionine residue.
本発明の特異性糖転移酵素及び他の酵素をコードするポリヌクレオチドは、DNA形態又はRNA形態であってもよい。DNA形態はcDNA、ゲノムDNA又は人工合成DNAを含む。DNAは一本鎖又は二本鎖であってもよい。DNAはコード鎖又は非コード鎖であってもよい。「ポリペプチドをコードするポリヌクレオチド」という用語は、このポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであってもよく、追加のコード配列及び/又は非コード配列も含むポリヌクレオチドであってもよい。 Polynucleotides encoding the specific glycosyltransferases and other enzymes of the present invention may be in the form of DNA or RNA. DNA forms include cDNA, genomic DNA, or artificially synthesized DNA. DNA may be single-stranded or double-stranded. DNA may be the coding strand or the non-coding strand. The term "polynucleotide encoding a polypeptide" may refer to a polynucleotide that encodes the polypeptide, or may also include additional coding and/or non-coding sequences.
本発明はまた、本発明のポリヌクレオチドを含むベクター、本発明のベクター又はポリペプチドコード配列で遺伝子操作された宿主細胞、及び組換え技術によって本発明の前記ポリペプチドを産生する方法にも関する。 The present invention also relates to vectors comprising the polynucleotides of the invention, host cells genetically engineered with the vectors or polypeptide-encoding sequences of the invention, and methods for producing the polypeptides of the invention by recombinant techniques.
本発明は、本明細書に記載のポリヌクレオチド、及びこれらの配列に操作可能に連結された1つ又は複数の調節配列又はゲノムの相同組換えに必要な配列を含む核酸構築物に関する。本発明に係るポリヌクレオチドは、前記ポリペプチド又はタンパク質の発現を確実にするために、様々な形態で操作されてもよい。核酸構築物をベクターに挿入する前に、発現ベクターの相違点又は要求に応じて核酸構築物を操作してもよい。組換えDNA方法でポリヌクレオチド配列を変更する技術は本分野で既知である。 The present invention relates to nucleic acid constructs comprising the polynucleotides described herein and, operably linked to these sequences, one or more regulatory sequences or sequences necessary for homologous recombination with a genome. The polynucleotides of the present invention may be manipulated in various ways to ensure expression of the polypeptide or protein. The nucleic acid construct may be manipulated prior to insertion into a vector to accommodate differences or requirements in the expression vector. Techniques for modifying polynucleotide sequences using recombinant DNA methods are known in the art.
特定の実施形態において、前記核酸構築物はベクターである。ベクターは、クローニングベクター、発現ベクター、又は遺伝子ノックインベクターであってもよい。本発明のポリヌクレオチドは、例えば、プラスミド、ファージミド、ファージ誘導体、動物ウイルス及びコスミドなどの、様々なタイプのベクターにクローニングされてもよい。クローニングベクターは、本発明のタンパク質又はポリペプチドのコード配列の提供に利用できる。発現ベクターは細菌ベクター又はウイルスベクターの形態で細胞に提供されてもよい。通常、本発明のポリヌクレオチドをプロモーターに操作可能に連結すると共に、コンストラクトを発現ベクターに導入することで、本発明のポリヌクレオチドの発現が実現される。当該ベクターは真核細胞の複製と統合に適する。代表的な発現ベクターは、所望される核酸配列の発現の調節に利用できる発現制御配列を含む。 In certain embodiments, the nucleic acid construct is a vector. The vector may be a cloning vector, an expression vector, or a gene knock-in vector. The polynucleotides of the invention may be cloned into various types of vectors, such as plasmids, phagemids, phage derivatives, animal viruses, and cosmids. Cloning vectors can be used to provide the coding sequence for the protein or polypeptide of the invention. Expression vectors can be provided to cells in the form of bacterial or viral vectors. Typically, expression of the polynucleotide of the invention is achieved by operably linking the polynucleotide of the invention to a promoter and introducing the construct into an expression vector. The vector is suitable for replication and integration in eukaryotic cells. Typical expression vectors include expression control sequences that can be used to regulate expression of the desired nucleic acid sequence.
遺伝子ノックインベクターは、本明細書に記載のポリヌクレオチド配列をゲノムの目的の領域に組み込むために使用される。通常、遺伝子ノックインベクターは、前記ポリヌクレオチド配列に加えて、ゲノムの相同組換えに必要な5’相同性アームと3’相同性アームを含むことができる。いくつかの実施形態では、本明細書の核酸構築物は、5’相同性アーム、本明細書に記載のポリヌクレオチド配列、及び3’相同性アームを含む。遺伝子ノックインベクターを使用する場合、CRISPR/Cas9技術を使用して、ポリヌクレオチド配列を目的の位置に相同組み換えることができる。CRISPR/Cas9技術は、標的遺伝子に対するガイドRNAを設計することで、Cas9ヌクレアーゼを誘導して挿入位置のゲノムを改変し、遺伝子改変領域の相同組換え効率を高め、遺伝子ノックインベクターに含まれる標的断片を標的部位に相同組換えする。CRISPR/Cas9技術のステップ及びCas9ヌクレアーゼ等の使用される試薬は、当技術分野でよく知られている。 A gene knock-in vector is used to integrate the polynucleotide sequence described herein into a desired region of the genome. In addition to the polynucleotide sequence, the gene knock-in vector typically comprises a 5' homology arm and a 3' homology arm, which are necessary for homologous recombination into the genome. In some embodiments, the nucleic acid construct described herein comprises a 5' homology arm, a polynucleotide sequence described herein, and a 3' homology arm. When a gene knock-in vector is used, the polynucleotide sequence can be homologously recombined into the desired location using CRISPR/Cas9 technology. CRISPR/Cas9 technology involves designing a guide RNA for the target gene to guide Cas9 nuclease to modify the genome at the insertion position, increasing the efficiency of homologous recombination of the gene-modified region, and homologously recombining the target fragment contained in the gene knock-in vector into the target site. The steps of the CRISPR/Cas9 technology and the reagents used, such as Cas9 nuclease, are well known in the art.
核酸構築物の構築には、当業者によく知られた方法を用いることができる。これらの方法は、インビトロ組換えDNA技術、DNA合成技術、インビボ組換え技術などを含む。mRNA合成を案内するために、前記DNA配列を発現ベクターにおける適切なプロモーターに有効的に連結してもよい。これらのプロモーターの代表的な例として、大腸菌のlac又はtrpプロモーター;λファージPLプロモーター;及びCMV前初期プロモーター、HSVチミジンキナーゼプロモーター、初期及び後期SV40プロモーター、レトロウイルスのLTRs、並びにその他の既知の制御可能な遺伝子の、原核細胞又は真核細胞或いはそのウイルスにおいて発現するプロモーターなどを含む真核細胞プロモーター、が挙げられる。発現ベクターは、翻訳開始に利用されるリボソーム結合部位と転写ターミネーターを更に含む。更に、発現ベクターは、好ましくは、形質転換の選択に使用される宿主細胞の表現型形質、例えば、真核細胞培養のためのジヒドロ葉酸レダクターゼ、ネオマイシン耐性及び緑色蛍光タンパク質(GFP)、又は大腸菌のためのテトラサイクリン耐性若しくはアンピシリン耐性を提供するための1つ又は複数の選択マーカー遺伝子を含む。 Nucleic acid constructs can be constructed using methods well known to those skilled in the art. These methods include in vitro recombinant DNA techniques, DNA synthesis techniques, and in vivo recombination techniques. The DNA sequence may be operatively linked to an appropriate promoter in an expression vector to direct mRNA synthesis. Representative examples of such promoters include the E. coli lac or trp promoter; the lambda phage PL promoter; and eukaryotic promoters, including the CMV immediate-early promoter, the HSV thymidine kinase promoter, the early and late SV40 promoters, retroviral LTRs, and other known promoters for expression of regulatable genes in prokaryotic or eukaryotic cells or their viruses. The expression vector may further include a ribosome binding site for translation initiation and a transcription terminator. Additionally, the expression vector preferably contains one or more selectable marker genes for providing a phenotypic trait of the host cell that is used for selection for transformation, such as dihydrofolate reductase, neomycin resistance, and green fluorescent protein (GFP) for eukaryotic cell culture, or tetracycline resistance or ampicillin resistance for E. coli.
本発明のポリヌクレオチドを高等真核細胞で発現させる場合、ベクターにエンハンサー配列を挿入すると転写が増強される。エンハンサーはDNAのシス作用因子であり、通常は約10~ 300塩基対であり、プロモーターに作用して遺伝子の転写を増強する。例としては、複製開始点の後期側にある100~270塩基対のSV40エンハンサー、複製開始点の後期側にあるポリオーマエンハンサー、及びアデノウイルスエンハンサーなどが挙げられる。 When expressing a polynucleotide of the present invention in higher eukaryotic cells, transcription can be enhanced by inserting an enhancer sequence into the vector. Enhancers are cis-acting elements of DNA, usually about 10 to 300 base pairs, that act on a promoter to enhance gene transcription. Examples include the SV40 enhancer located 100 to 270 base pairs on the late side of the replication origin, the polyoma enhancer located on the late side of the replication origin, and adenovirus enhancers.
本発明はまた、目的の生成物の生合成のための宿主細胞を提供する。前記宿主細胞は、大腸菌、酵母、およびストレプトミセスなどの原核細胞であってもよいが、これらに限定されず、より好ましくは大腸菌細胞である。細胞宿主は生産ツールであり、当業者は何らかの技術的手段によって種々の宿主細胞を改変することで、本発明のような生合成を実現することもでき、このように構成された宿主細胞及び生産方法も本発明に含まれるものとする。 The present invention also provides host cells for the biosynthesis of a desired product. The host cells may be prokaryotic cells such as, but not limited to, E. coli, yeast, and Streptomyces, and are more preferably E. coli cells. A cellular host is a production tool, and those skilled in the art can achieve biosynthesis as in the present invention by modifying various host cells using any technical means. Host cells and production methods constructed in this way are also intended to be included in the present invention.
本発明のポリヌクレオチド配列は、従来の組換えDNA技術によって本明細書に記載のポリペプチドを発現又は生成するために使用され得る。一般に、(1)前記特異性糖転移酵素をコードする本発明のポリヌクレオチド(又は変異体)、又はそのようなポリヌクレオチドを含む発現ベクターで適切な宿主細胞を形質転換又は形質導入するステップ;(2)適切な培地で宿主細胞を培養するステップ;(3)培地又は細胞からタンパク質を単離・精製するステップを含む。 The polynucleotide sequences of the present invention can be used to express or produce the polypeptides described herein by conventional recombinant DNA techniques. This generally involves the steps of: (1) transforming or transducing a suitable host cell with a polynucleotide (or variant) of the present invention encoding the specific glycosyltransferase, or an expression vector containing such a polynucleotide; (2) culturing the host cell in a suitable medium; and (3) isolating and purifying the protein from the medium or cells.
上記のような適切なDNA配列及び適切なプロモーター又は制御配列を含むベクターは、タンパク質を発現させるように、適切な宿主細胞の形質転換に利用できる。宿主細胞は、細菌細胞などの原核細胞、酵母細胞などの下等真核細胞、または哺乳動物細胞などの高等真核細胞であり得る。代表的な例としては、大腸菌、ストレプトマイセス、サルモネラ・ティフィムリウムなどの細菌細胞、酵母などの真菌細胞、植物細胞、ミバエS2又はSf9などの昆虫細胞、CHO、COS、293細胞、又はBowes黒色腫細胞などの動物細胞などが挙げられる。当業者は適切なベクター、プロモーター、エンハンサー及び宿主細胞の選択方法をはっきりと知っている。 A vector containing an appropriate DNA sequence and an appropriate promoter or control sequence, as described above, can be used to transform an appropriate host cell to express the protein. The host cell can be a prokaryotic cell, such as a bacterial cell, a lower eukaryotic cell, such as a yeast cell, or a higher eukaryotic cell, such as a mammalian cell. Representative examples include bacterial cells such as Escherichia coli, Streptomyces, and Salmonella typhimurium, fungal cells such as yeast, plant cells, insect cells such as fruit fly S2 or Sf9, and animal cells such as CHO, COS, 293, or Bowes melanoma cells. Those skilled in the art will clearly know how to select appropriate vectors, promoters, enhancers, and host cells.
組換えDNAによる宿主細胞の形質転換は、当業者に周知の従来の技術で行うことができる。上記方法における組換えポリペプチドは、細胞内又は細胞膜に発現され、又は細胞外に分泌される。必要に応じて、その物理的、化学的、及びその他の特性を利用して、様々な単離方法で組換えタンパク質を単離及び精製してもよい。これらの方法は、当業者に周知するものである。これらの方法は、通常の再生処理、タンパク質沈殿剤による処理(塩析方法)、遠心分離、浸透殺菌、超音波処理、超遠心分離、分子ふるいクロマトグラフィー(ゲル濾過)、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)及びその他の様々な液体クロマトグラフィー技術、並びにこれらの方法の組合せを含むが、これらに限定されない。 Transformation of host cells with recombinant DNA can be carried out using conventional techniques well known to those skilled in the art. In the above-mentioned methods, the recombinant polypeptide is expressed intracellularly or on the cell membrane, or secreted extracellularly. If necessary, the recombinant protein may be isolated and purified using various isolation methods based on its physical, chemical, and other properties. These methods are well known to those skilled in the art. These methods include, but are not limited to, conventional renaturation treatment, treatment with protein precipitants (salting-out method), centrifugation, osmotic sterilization, sonication, ultracentrifugation, molecular sieve chromatography (gel filtration), adsorption chromatography, ion exchange chromatography, high-performance liquid chromatography (HPLC), and various other liquid chromatography techniques, as well as combinations of these methods.
応用
本発明者らは、糖転移酵素の研究に専念してきたが、これまでの研究において、ラムノシル供与体を効率的に利用し、四環トリテルペン(類)化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシルを特異的に結合できる酵素はまだ得られていない。既存の酵素の中には、基本的にラムノシル供与体(例えばUDP-Rha)を利用できないものもあり;活性が非常に低く、応用のニーズを十分に満たせないものもある。
Although the present inventors have devoted themselves to the study of glycosyltransferases, their research to date has not yet yielded an enzyme that can efficiently utilize rhamnosyl donors and specifically attach rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of tetracyclic triterpene(s). Some existing enzymes are essentially unable to utilize rhamnosyl donors (e.g., UDP-Rha); others have very low activity and cannot fully meet the needs of applications.
上記の背景の下、本発明者らが高麗人参からスクリーニングして得られた、C6位にラムノースを延長することができる特異性糖転移酵素(URT94s)は、ジンセノサイドRh1、ジンセノサイドRg1及びノトギンセノサイドR3というプロトパナキサトリオールサポニン(プロトパナキサトリオール型サポニン/プロトパナキサトリオール類サポニン)のC-6位の第1のグリコシルにおける1分子のラムノースの延長を効率的に触媒して、ジンセノサイドRg2、ジンセノサイドRe又はYesanchinoside Eを得ることができる。当該糖転移酵素は、ジンセノサイドRg2、ジンセノサイドRe又はYesanchinoside Eを効率的に調製するために提供される特異性の高い糖転移酵素である。好ましくは、前記プロトパナキサトリオール類サポニンは、ジンセノサイドRh1、ジンセノサイドRg1を含む。 In light of the above, the inventors screened ginseng and isolated a specific glycosyltransferase (URT94s) capable of extending rhamnose at the C6 position. The enzyme efficiently catalyzes the extension of one rhamnose molecule at the first glycosyl group at the C-6 position of protopanaxatriol saponins (protopanaxatriol-type saponins/protopanaxatriol-type saponins) known as ginsenoside Rh1, ginsenoside Rg1, and notoginsenoside R3 to yield ginsenoside Rg2, ginsenoside Re, or Yesanchinoside E. This glycosyltransferase is highly specific and provides the efficient preparation of ginsenoside Rg2, ginsenoside Re, or Yesanchinoside E. Preferably, the protopanaxatriol-type saponins include ginsenoside Rh1 and ginsenoside Rg1.
本発明の具体的な実施形態として、本発明の活性ポリペプチドは、糖転移酵素活性を有し、以下の反応の内の1つ又は複数を触媒することができる。 In a specific embodiment of the present invention, the active polypeptide of the present invention has glycosyltransferase activity and can catalyze one or more of the following reactions:
その内、R1及びR2はH又はグリコシルであり、R3及びR4は単糖グリコシルである。
1つ又は複数の実施形態において、R1~R4が置換された化合物は、以下の通りである。
wherein R1 and R2 are H or glycosyl, and R3 and R4 are monosaccharide glycosyl.
In one or more embodiments, the compounds substituted at R1 to R4 are as follows:
即ち、R1がHであり、R2及びR3がグルコシルである場合、前記式(I)の化合物はジンセノサイドRg1であり、R4がラムノシルである場合、前記式(II)の化合物はノトギンセノサイドReであり;或いはR1及びR2がHであり、R3がグルコシルである場合、前記式(I)の化合物はジンセノサイドRh1であり、R4がラムノシルである場合、前記式(II)の化合物はノトギンセノサイドRg2である。
本発明の別の具体的な実施形態として、
That is, when R1 is H and R2 and R3 are glucosyl, the compound of formula (I) is ginsenoside Rg1, and when R4 is rhamnosyl, the compound of formula (II) is notoginsenoside Re; or when R1 and R2 are H and R3 is glucosyl, the compound of formula (I) is ginsenoside Rh1, and when R4 is rhamnosyl, the compound of formula (II) is notoginsenoside Rg2.
As another specific embodiment of the present invention,
その内、R1はH又はグリコシルであり、R2、R3、R4及びR5は単糖グリコシルであり;前記ポリペプチドはSEQ ID NO:2、4もしくは14又はその誘導体ポリペプチドから選択される。 wherein R1 is H or glycosyl, and R2, R3, R4, and R5 are monosaccharide glycosyl; the polypeptide is selected from SEQ ID NO: 2, 4, or 14, or a derivative polypeptide thereof.
1つ又は複数の実施形態において、R1~R5が置換された化合物は、以下の通りである。 In one or more embodiments, the compound in which R1 to R5 are substituted is as follows:
即ち、R1がHであり、R2、R3及びR4がグルコシルである場合、前記式(III)の化合物はノトギンセノサイドR3であり、R5がラムノシルである場合、前記式(IV)の化合物はYesanchinoside Eである。 That is, when R1 is H and R2, R3, and R4 are glucosyl, the compound of formula (III) is notoginsenoside R3, and when R5 is rhamnosyl, the compound of formula (IV) is Yesanchinoside E.
本発明はまた、本明細書に記載のポリペプチド又はポリヌクレオチドを含む宿主細胞を植物に再生することを含む、トランスジェニック植物を構築する方法も提供し、その内、前記宿主細胞は植物細胞である。植物細胞を再生する方法と試薬は、当技術分野でよく知られている。 The present invention also provides a method for constructing a transgenic plant, comprising regenerating a host cell containing a polypeptide or polynucleotide described herein into a plant, wherein the host cell is a plant cell. Methods and reagents for regenerating plant cells are well known in the art.
本発明の糖転移酵素は、特にジンセノサイドRh1を、他の活性を有するジンセノサイドRg2にそれぞれ変換することができる。本発明の糖転移酵素は、特にジンセノサイドRg1を、他の活性を有するジンセノサイドReにそれぞれ変換することができる。 The glycosyltransferase of the present invention is particularly capable of converting ginsenoside Rh1 to ginsenoside Rg2, which has other activities. The glycosyltransferase of the present invention is particularly capable of converting ginsenoside Rg1 to ginsenoside Re, which has other activities.
本発明に係る活性ポリペプチド又は糖転移酵素は、既知のジンセノサイド、新規なジンセノサイド及びその誘導体を人工的に合成するために使用することができ、Rh1を活性を有するジンセノサイドRg2に変換することができ、Rg1を活性を有するジンセノサイドReに変換することができる。 The active polypeptide or glycosyltransferase of the present invention can be used to artificially synthesize known ginsenosides, novel ginsenosides, and their derivatives, and can convert Rh1 into active ginsenoside Rg2 and Rg1 into active ginsenoside Re.
本発明はまた、本明細書に記載のポリヌクレオチド又は核酸構築物で植物を形質転換すること、及びハイブリダイゼーション、スクリーニングにより、植物の子孫において、本明細書に記載のポリペプチドを発現する、前記ポリヌクレオチドを含む、又は前記核酸構築物を含むトランスジェニック陽性植物を得ることを含む、トランスジェニック植物を構築する方法を提供する。核酸を用いて植物を形質転換する方法、ならびに植物のハイブリダイゼーション及びトランスジェニック陽性植物のスクリーニング方法は、当技術分野でよく知られている。 The present invention also provides a method for constructing a transgenic plant, comprising transforming a plant with a polynucleotide or nucleic acid construct described herein, and obtaining, by hybridization and screening, a transgenic positive plant comprising the polynucleotide or comprising the nucleic acid construct in plant progeny, which expresses a polypeptide described herein. Methods for transforming plants with nucleic acids, as well as methods for plant hybridization and screening for transgenic positive plants, are well known in the art.
本発明はまた、目的の生成物又はその中間体を生合成するためのキットであって、SEQ ID NO:2、4又は14に示される新規な特異性糖転移酵素又はその保存的変異体ポリペプチドを含み;好ましくはその中にグリコシル供与体を更に含み;好ましくはその中に宿主細胞を更に含む、キットを提供する。より好ましくは、前記キットには生合成方法を記載した説明書も含まれる。 The present invention also provides a kit for biosynthesizing a desired product or an intermediate thereof, comprising a novel specific glycosyltransferase polypeptide set forth in SEQ ID NO: 2, 4, or 14 or a conservative variant thereof; preferably further comprising a glycosyl donor therein; and preferably further comprising a host cell therein. More preferably, the kit also includes instructions describing the biosynthesis method.
本発明の主な利点は次の通りである。
(1)本発明の特異性糖転移酵素は、四環トリテルペン化合物基質のC-6の第1のグリコシルに特異的且つ効率的にグリコシルを転移して糖鎖を延長することができる。
(2)本発明の糖転移酵素により、Rh1を活性を有するジンセノサイドRg2に効率的に変換することができ;本発明の糖転移酵素により、Rg1を活性を有するジンセノサイドReに効率的に変換することができる。Rg2は神経変性疾患の予防と治療に活性があり、Reは血糖値の低下と糖尿病の治療に活性がある。従って、本発明の糖転移酵素は幅広い応用価値を有する。
(3)触媒効率は高い。特許PCT/CN2015/081111に開示された糖転移酵素と比較して、URT94-1とURT94-2はグリコシル供与体としてUDP-ラムノースを使用して、Rh1のC6位における糖鎖の延長を触媒する活性が少なくとも5倍向上している。
The main advantages of the present invention are:
(1) The specific glycosyltransferase of the present invention can specifically and efficiently transfer glycosyl to the first glycosyl at C-6 of a tetracyclic triterpene compound substrate to elongate the sugar chain.
(2) The glycosyltransferase of the present invention can efficiently convert Rh1 to active ginsenoside Rg2; and the glycosyltransferase of the present invention can efficiently convert Rg1 to active ginsenoside Re. Rg2 is active in the prevention and treatment of neurodegenerative diseases, and Re is active in lowering blood sugar levels and treating diabetes. Therefore, the glycosyltransferase of the present invention has broad application value.
(3) High catalytic efficiency: Compared with the glycosyltransferases disclosed in patent PCT/CN2015/081111, URT94-1 and URT94-2 have at least five-fold improved activity in catalyzing the elongation of the sugar chain at the C6 position of Rh1 using UDP-rhamnose as the glycosyl donor.
以下、具体的な実施例を参照しながら本発明を更に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものだけであり、本発明の範囲を限定するものではない。以下の実施例において具体的な条件が明記されていない実験方法は、一般的に、J. Sambrookら編、Molecular Cloning: A Laboratory Manual、第3版、科学出版社に記載されているような従来の条件に従い、又はメーカーにより勧められた条件に従う。 The present invention will be further described below with reference to specific examples. Note that these examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention. Experimental methods for which specific conditions are not specified in the following examples generally follow conventional conditions such as those described in Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition, edited by J. Sambrook et al., Scientific Press, or conditions recommended by the manufacturer.
配列情報
SEQ ID NO:1(URT94-1核酸)
atggataccaatgaaaaaaccagaataaaagttgtaatgttaccatggctggcatatggtcacatatcaccctatctagagctagcaaaaaaactctcaaaacgaaatttttacatatacttttgttccacatctatcaatcttagttccatcaggaaaaaacttgcagttgatgatcacgaggcaatacagctgatagaattccagttaacttcacaaaccgagctgccgccgcaccatcacacaaccaaaggtctccctccccatctcattcctgatttgatcaaggcccttggtatgtccggccccaacgtcatcaacattctaaatacagtaaaccctgatttaatcatctacgatgtcttccagttatgggtgcctgcatttgcagcctctcttcaaatcccagctgtccatttccaagtagtcggagccatatcaactgccgccgcctataggtttaaggtggatcctagtataccggttccttgttcaagaatctttctggatgacaccaacataaggaaaagccccgattatgattcatcttcagcagaaaatagtggtattcttgaccttacatttggtacagctatacaatcgtcagatataatcttgatcaagagttctagagagttcgatgaaaagaatatcgaatactattcccttttgatggacaagaagattgtgcctacgggtccacttgtacaagtcaacacatctgtggctgtccataccgaaaatgagaaggacgatataatggagtggctaagcaagaaagaagaatcctcaacagtttatgtttcttttgggagtgagtgctatttgtcagagcctaggatccgagagctggcccatgggctagagcttagcaatgtaaatttcatatgggttattagttttccagagggagatgaggaaatgtgtaatacttgtattgaagatgtattaccggaagggtttcttgatagggtgaaagatagaggggtgattgtgagttgggccccacaggaaagaatattagggcatggtggacttgggggatttgtgagtcattgtgggtggggttctgtagtggaaggcatgagctatggagttccaataattgccatgcccgcgcaatatgaacagcctttgcatgctatgtttgtggaggaggtgggcgttggcgtggaggttctaaaagacgagagtggagaatttaggagggatgaaatagcaaaagctataaaaaaggttgtggtggagaaaaatggagaaggtgtgaggaagaaggcaagagagatgggcaaggcaataaaaaagagaggagaagaagaagtggaatgtgtagttgaggagttgaccaaactttgcaaaaagtatcagaaagtagcagcaggccaggggaagcgatgcccctaa
Sequence information SEQ ID NO: 1 (URT94-1 nucleic acid)
atggataccaatgaaaaaaccagaataaaagttgtaatgttaccatggctggcatatggtcacatatcaccctatctagagctagca aaaaaactctcaaaacgaaatttttacatatacttttgttccacatctatcaatcttagttccatcaggaaaaaacttgcagttgatg atcacgaggcaatacagctgatagaattccagttaacttcacaaaccgagctgccgccgcaccatcacacaaccaaaggtctccctcc ccatctcattcctgatttgatcaaggcccttggtatgtccggcccccaacgtcatcaacattctaaatacagtaaaccctgatttaatc atctacgatgtcttccagttatgggtgcctgcatttgcagcctctcttcaaatcccagctgtccatttccaagtagtcggagccata tcaactgccgccgcctataggtttaaggtggatcctagtataccggttccttgttcaagaatctttctggatgacaccaacataagga aaagccccgattatgattcatcttcagcagaaaatagtggtattcttgaccttacatttggtacagctatacaatcgtcagatataat cttgatcaagagttctagagagttcgatgaaaagaatatcgaatactattcccttttgatggacaagaagattgtgcctacgggtcca cttgtacaagtcaacacatctgtggctgtccataccgaaaatgagaaggacgatataatggagtggctaagcaagaaagaaagaatcc tcaacagtttatgtttctttgggagtgagtgctatttgtcagagcctagggatccgagagctggcccatgggctagagcttagcaatg taaatttcatatgggttattagttttccagaggagagatgaggaaatgtgtaatacttgtattgaagatgtattaccggaaggttttt tgatagggtgaaagatagaggggtgattgtgagttggggccccacaggaaagaatattaggggcatggtggacttggggggatttgtgagt cattgtgggtggggttctgtagtggaaggcatgagctatggagttccaataattgccatgcccgcgcaatatgaacagcctttgcat gctatgtttgtggaggaggtgggcgttggcgtggaggttctaaaagacgagagtggagaatttaggagggatgaaatagcaaaagcta taaaaaaggttgtggtggagaaaaatggagagaaggtgtgaggaagaaggcaagagagatgggcaaggcaataaaaaagagaggagaagaa agaagtggaatgtgtagttgaggagttgaccaaacttttgcaaaaagtatcagaaagtagcagcaggccagggaagcgatgcccctaa
SEQ ID NO:2(URT94-1タンパク質)
MDTNEKTRIKVVMLPWLAYGHISPYLELAKKLSKRNFYIYFCSTSINLSSIRKKLAVDDHEAIQLIEFQLTSQTELPPHHHTTKGLPPHLIPDLIKALGMSGPNVINILNTVNPDLIIYDVFQLWVPAFAASLQIPAVHFQVVGAISTAAAYRFKVDPSIPVPCSRIFLDDTNIRKSPDYDSSSAENSGILDLTFGTAIQSSDIILIKSSREFDEKNIEYYSLLMDKKIVPTGPLVQVNTSVAVHTENEKDDIMEWLSKKEESSTVYVSFGSECYLSEPRIRELAHGLELSNVNFIWVISFPEGDEEMCNTCIEDVLPEGFLDRVKDRGVIVSWAPQERILGHGGLGGFVSHCGWGSVVEGMSYGVPIIAMPAQYEQPLHAMFVEEVGVGVEVLKDESGEFRRDEIAKAIKKVVVEKNGEGVRKKAREMGKAIKKRGEEEVECVVEELTKLCKKYQKVAAGQGKRCP
SEQ ID NO: 2 (URT94-1 protein)
MDTNEKTRIKVVMLPWLAYGHISPYLELAKKLSKRNFYIYFCSTSINLSSIRKK L AVDDHEAIQLIEFQLTSQTELPPHHHHTTKGLPPHLIPDLIKALGMSGPNVINILNTVNPDLIIYDVFQLWVPAFAASLQIPAVHFQVVGAISTAAAYRFKVDP SIPVPCSRIFLDDTNIRKSPDYDSSSAENSGILDLTFGTAIQSSDIILIKSSREFDEKNIEYYSLLMDKKIVPTGPLVQVNTSVAVHTENEKDDIMEWLSKKE ESSTVYVSFGSECYLSEPRIRELAHGLELSNVNFIWVISFPEGDEEMCNTCIEDVLPEGFLDRVKDRGVIVSWAPQERILGHGGLGGFVSHCGWGSVVEGMSY GVPIIAMPAQYEQPLHAMFVEEVGVGVEVLKDESGEFRRDEIAKAIKKVVVEKNGEGVRKKAREMGKAIKKRGEEEVECVVEELTKLCKKYQKVAAGQGKRCP
SEQ ID NO:3(URT94-2核酸)
atggataccaatgaaaaaaccagaataaaagttgtaatgttaccatggctggcatatggtcacatatcaccctatctagagctagcaaaaaaactctcaaaacgaaatttttacatatacttttgttccacatctatcaatcttagttccatcaggaaaaaacttgcagttgatgatcacgaggcaatacagctgatagaattccagttaacttcacaaaccgagctgccgccgcaccatcacacaaccaaaggtctccctccccatctcattcctgatttgatcaaggcccttggtatgtccggccccaacgtcatcaacattctaaatacagtaaaccctgatttaatcatctacgatgtcttccagttatgggtgcctgcatttgcagcctctcttcaaatcccagctgtccatttccaagtagtcggagccatatcaactgccgccgcctataggtttaaggtggatcctagtataccggttccttgttcaagaatctttctggatgacaccaacataaggaaaagccccgattatgattcatcttcagcagaaaatagtggtattcttgaccttacatttggtacagctatacaatcgtcagatataatcttgatcaagagttctagagagttcgatgaaaagaatatcgaatactattcccttttgatggacaagaagattgtgcctacgggtccacttgtacaagtcaacacatctgtggctgtccataccgaaaatgagaaggacgatataatggagtggctaagcaagaaagaagaatcctcaacagtttatgtttcttttgggagtgagtgctatttgtcagagcctaggatccgagagctggcccatgggctagagcttagcaatgtaaatttcatatgggttattagttttccagagggagatgaggaaatgtgtaatacttgtattgaagatgtattaccggaagggtttcttgatagggtgaaagatagaggggtgattgtgagttgggccccacaggaaagaatattagggcatggtggacttgggggatttgtgagtcattgtgggtggggttctgtagtggaaggcatgagctatggagttccaataattgccatgcccgcgcaatatgaacagcctttgcatgctatgtttgtggaggaggtgggcgttggcgtggaggttctaaaagacgagagcggagaatttaggagggatgaaatagcaaaagctataaaaaaggttgtggtggagaaaaatggagaaggtgtgaggaagaaggcaagagagatgggcaaggcaataaaaaagagaggagaagaagaagtggaatgtgtagttgaggagttgaccaaactttgcaaaaagtatcagaaagtagcagcaggccaggggaaggaatgcccctaa
SEQ ID NO: 3 (URT94-2 nucleic acid)
atggataccaatgaaaaaaccagaataaaagttgtaatgttaccatggctggcatatggtcacatatcaccctatctagagctagca aaaaaactctcaaaacgaaatttttacatatacttttgttccacatctatcaatcttagttccatcaggaaaaaacttgcagttgatg atcacgaggcaatacagctgatagaattccagttaacttcacaaaccgagctgccgccgcaccatcacacaaccaaaggtctccctcc ccatctcattcctgatttgatcaaggcccttggtatgtccggcccccaacgtcatcaacattctaaatacagtaaaccctgatttaatc atctacgatgtcttccagttatgggtgcctgcatttgcagcctctcttcaaatcccagctgtccatttccaagtagtcggagccata tcaactgccgccgcctataggtttaaggtggatcctagtataccggttccttgttcaagaatctttctggatgacaccaacataagga aaagccccgattatgattcatcttcagcagaaaatagtggtattcttgaccttacatttggtacagctatacaatcgtcagatataat cttgatcaagagttctagagagttcgatgaaaagaatatcgaatactattcccttttgatggacaagaagattgtgcctacgggtcca cttgtacaagtcaacacatctgtggctgtccataccgaaaatgagaaggacgatataatggagtggctaagcaagaaagaaagaatcc tcaacagtttatgtttctttgggagtgagtgctatttgtcagagcctagggatccgagagctggcccatgggctagagcttagcaatg taaatttcatatgggttattagttttccagaggagagatgaggaaatgtgtaatacttgtattgaagatgtattaccggaaggttttt tgatagggtgaaagatagaggggtgattgtgagttggggccccacaggaaagaatattaggggcatggtggacttggggggatttgtgagt cattgtgggtggggttctgtagtggaaggcatgagctatggagttccaataattgccatgcccgcgcaatatgaacagcctttgcat gctatgtttgtggaggaggtgggcgttggcgtggaggttctaaaagacgagagcggagaatttaggagggatgaaatagcaaaagcta taaaaaaggttgtggtggagaaaaatggagagaaggtgtgaggaagaaggcaagagagatgggcaaggcaataaaaaagagaggagaagaa agaagtggaatgtgtagttgaggagttgaccaaacttttgcaaaaagtatcagaaagtagcagcaggccagggaaggaatgcccctaa
SEQ ID NO:4(URT94-2タンパク質)
MDTNEKTRIKVVMLPWLAYGHISPYLELAKKLSKRNFYIYFCSTSINLSSIRKKLAVDDHEAIQLIEFQLTSQTELPPHHHTTKGLPPHLIPDLIKALGMSGPNVINILNTVNPDLIIYDVFQLWVPAFAASLQIPAVHFQVVGAISTAAAYRFKVDPSIPVPCSRIFLDDTNIRKSPDYDSSSAENSGILDLTFGTAIQSSDIILIKSSREFDEKNIEYYSLLMDKKIVPTGPLVQVNTSVAVHTENEKDDIMEWLSKKEESSTVYVSFGSECYLSEPRIRELAHGLELSNVNFIWVISFPEGDEEMCNTCIEDVLPEGFLDRVKDRGVIVSWAPQERILGHGGLGGFVSHCGWGSVVEGMSYGVPIIAMPAQYEQPLHAMFVEEVGVGVEVLKDESGEFRRDEIAKAIKKVVVEKNGEGVRKKAREMGKAIKKRGEEEVECVVEELTKLCKKYQKVAAGQGKECP
SEQ ID NO: 4 (URT94-2 protein)
MDTNEKTRIKVVMLPWLAYGHISPYLELAKKLSKRNFYIYFCSTSINLSSIRKKLAVD DHEAIQLIEFQLTSQTELPPHHHTTKGLPPHLIPDLIKALGMSGPNVINILNTVNPDL IIYDVFQLWVPAFAASLQIPAVHFQVVGAISTAAAYRFKVDPSIPVPCSRIFLDDTNI RKSPDYDSSSAENSGILDLTFGTAIQSSDIILIKSSREFDEKNIEYYSLLMDKKIVPTG PLVQVNTSVAVHTENEKDDIMEWLSKKEESSTVYVSFGSECYLSEPRIRELAHGLELS NVNFIWVISFPEGDEEMCNTCIEDVLPEGFLDRVKDRGVIVSWAPQERILGHGGLGGFV SHCGWGSVVEGMSYGVPIIAMPAQYEQPLHAMFVEEVGVGVEVLKDESGEFRRDEIAK AIKKVVVEKNGEGVRKKAREMGKAIKKRGEEEVECVVEELTKLCKKYQKVAAGQGKECP
SEQ ID NO:5(プライマー対1-F)
cgcagtacatctaacagaaaaaga
SEQ ID NO: 5 (primer pair 1-F)
cgcagtacatctaacagaaaaaaga
SEQ ID NO:6(プライマー対1-R)
caataatttgaaaaaaaatgaatta
SEQ ID NO: 6 (primer pair 1-R)
caataatttgaaaaaaaatgaatta
SEQ ID NO:7(プライマー対2-F)
cgtgacattaatggtgtcatttat
SEQ ID NO: 7 (primer pair 2-F)
cgtgacattaatggtgtcatttat
SEQ ID NO:8(プライマー対2-R)
cttttttatagcttttgctatccct
SEQ ID NO: 8 (primer pair 2-R)
ctttttatatagcttttgctatccct
SEQ ID NO:9(URT94-1_Pet28a-F)
ctttaagaaggagatataccatggataccaatgaaaaaacca
SEQ ID NO: 9 (URT94-1_Pet28a-F)
ctttaagaaggagagatataccatggataccaatgaaaaaacca
SEQ ID NO:10(URT94-1_Pet28a -R)
ctcgagtgcggccgcaagcttggggcatcgcttcccctggcctg
SEQ ID NO: 10 (URT94-1_Pet28a -R)
ctcgagtgcggccgcaagcttggggcatcgcttcccctggccctg
SEQ ID NO:11(URT94-2_Pet28a-F)
ctttaagaaggagatataccatggataccaatgaaaaaaccaga
SEQ ID NO: 11 (URT94-2_Pet28a-F)
ctttaagaaggagagatataccatggataccaatgaaaaaaccaga
SEQ ID NO:12(URT94-2_Pet28a -R)
ctcgagtgcggccgcaagcttggggcattccttcccctggcctg
SEQ ID NO: 12 (URT94-2_Pet28a -R)
ctcgagtgcggccgcaagcttggggcattccttcccctggccctg
SEQ ID NO:13 (URT94-1m1核酸)
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SEQ ID NO: 13 (URT94-1m1 nucleic acid)
atggataccaatgaaaaaaccagaataaaagttgtaatgttaccatggctggcatatggtcacatatcaccctatctagagctagca aaaaaactctcaaaacgaaatttttacatatacttttgttccacatctatcaatcttagttccatcaggaaaaaaatggcagttgatg atcacgaggcaatacagctgatagaattccagttaacttcacaaaccgagctgccgccgcaccatcacacaaccaaaggtctccctcc ccatctcattcctgatttgatcaaggcccttggtatgtccggcccccaacgtcatcaacattctaaatacagtaaaccctgatttaatc atctacgatgtcttccagttatgggtgcctgcatttgcagcctctcttcaaatcccagctgtccatttccaagtagtcggagccata tcaactgccgccgcctataggtttaaggtggatcctagtataccggttccttgttcaagaatctttctggatgacaccaacataagga aaagccccgattatgattcatcttcagcagaaaatagtggtattcttgaccttacatttggtacagctatacaatcgtcagatataat cttgatcaagagttctagagagttcgatgaaaagaatatcgaatactattcccttttgatggacaagaagattgtgcctacgggtcca cttgtacaagtcaacacatctgtggctgtccataccgaaaatgagaaggacgatataatggagtggctaagcaagaaagaaagaatcc tcaacagtttatgtttctttgggagtgagtgctatttgtcagagcctagggatccgagagctggcccatgggctagagcttagcaatg taaatttcatatgggttattagttttccagaggagagatgaggaaatgtgtaatacttgtattgaagatgtattaccggaaggttttt tgatagggtgaaagatagaggggtgattgtgagttggggccccacaggaaagaatattaggggcatggtggacttggggggatttgtgagt cattgtgggtggggttctgtagtggaaggcatgagctatggagttccaataattgccatgcccgcgcaatatgaacagcctttgcat gctatgtttgtggaggaggtgggcgttggcgtggaggttctaaaagacgagagtggagaatttaggagggatgaaatagcaaaagcta taaaaaaggttgtggtggagaaaaatggagagaaggtgtgaggaagaaggcaagagagatgggcaaggcaataaaaaagagaggagaagaa agaagtggaatgtgtagttgaggagttgaccaaacttttgcaaaaagtatcagaaagtagcagcaggccagggaagcgatgcccctaa
SEQ ID NO:14(URT94-1m1タンパク質)
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SEQ ID NO: 14 (URT94-1m1 protein)
MDTNEKTRIKVVMLPWLAYGHISPYLELAKKLSKRNFYIYFCSTSINLSSIRKK M AVDDHEAIQLIEFQLTSQTELPPHHHHTTKGLPPHLIPDLIKALGMSGPNVINILNTVNPDLIIYDVFQLWVPAFAASLQIPAVHFQVVGAISTAAAYRFKVDP SIPVPCSRIFLDDTNIRKSPDYDSSSAENSGILDLTFGTAIQSSDIILIKSSREFDEKNIEYYSLLMDKKIVPTGPLVQVNTSVAVHTENEKDDIMEWLSKKE ESSTVYVSFGSECYLSEPRIRELAHGLELSNVNFIWVISFPEGDEEMCNTCIEDVLPEGFLDRVKDRGVIVSWAPQERILGHGGLGGFVSHCGWGSVVEGMSY GVPIIAMPAQYEQPLHAMFVEEVGVGVEVLKDESGEFRRDEIAKAIKKVVVEKNGEGVRKKAREMGKAIKKRGEEEVECVVEELTKLCKKYQKVAAGQGKRCP
実施例1、高麗人参由来の糖転移酵素URT94sのクローニング
本発明者らは、鋭意研究及びスクリーニングの結果、単一の高麗人参植物からそれぞれURT94-1とURT94-2(URT94s)と名付けられた2つの糖転移酵素をクローニングして取得した。
Example 1: Cloning of Ginseng-Derived Glycosyltransferase URT94s As a result of extensive research and screening, the present inventors have cloned and isolated two glycosyltransferases, designated URT94-1 and URT94-2 (URT94s), from a single ginseng plant.
前記URT94sのクローニング:高麗人参RNAを抽出し、逆転写を実行して高麗人参のcDNAを得た。このcDNAをテンプレートとして2対のプライマー(SEQ ID NO:5~SEQ ID NO:6はURT94-1を増幅し;SEQ ID NO:7~SEQ ID NO:8はURT94-2を増幅し)を設計してPCR増幅した。DNAポリメラーゼは宝生物工程有限公司のハイフィデリティーDNAポリメラーゼPrimeSTARを使用した。PCR産物はアガロースゲル電気泳動によって検出された(図1)。UV照射により標的DNAバンドを切断した。次に、AxyPrep DNA Gel Extraction Kit(AXYGEN社)を用いてアガロースゲルから増幅されたDNA断片であるDNAを回収した。このDNA断片を、宝生物工程有限公司のrTaq DNAポリメラーゼを用いて末端にAを付加した後、市販のクローニングベクターpMD18Tプラスミドにライゲーションし、組換えプラスミドURT94-1-pMD18TとURT94-2-pMD18Tを得た。ライゲーション産物を市販の大腸菌Top10コンピテント細胞に形質転換し、形質転換した大腸菌液を100ug/mLアンピシリンを添加したLBプレートに塗布し、更にPCRと酵素切断により組換えクローンを検証した。クローンの1つを別々に選択して組換えプラスミドを抽出し、配列を決定した。検証の結果、URT94-1とURT94-2は糖転移酵素遺伝子であり、そのORFが糖転移酵素ファミリー1の保存的機能ドメインPSPGボックスをコードすることが明らかになった。 Cloning of URT94s: Ginseng RNA was extracted and reverse-transcribed to obtain ginseng cDNA. This cDNA was used as a template to design two pairs of primers (SEQ ID NO: 5 to SEQ ID NO: 6 amplify URT94-1; SEQ ID NO: 7 to SEQ ID NO: 8 amplify URT94-2) for PCR amplification. The DNA polymerase used was the high-fidelity DNA polymerase PrimeSTAR from Takara Biotechnology Co., Ltd. The PCR product was detected by agarose gel electrophoresis (Figure 1). The target DNA band was excised by UV irradiation. The amplified DNA fragment, DNA, was then recovered from the agarose gel using the AxyPrep DNA Gel Extraction Kit (AXYGEN). This DNA fragment was then ligated into the commercially available cloning vector pMD18T plasmid, after adding A to the termini using Takara Biotechnology Co., Ltd.'s rTaq DNA polymerase, to yield the recombinant plasmids URT94-1-pMD18T and URT94-2-pMD18T. The ligation product was transformed into commercially available Escherichia coli Top10 competent cells, and the transformed E. coli solution was spread onto an LB plate supplemented with 100 μg/mL ampicillin. Recombinant clones were verified by PCR and enzymatic digestion. One clone was individually selected, and the recombinant plasmid was extracted and sequenced. Verification revealed that URT94-1 and URT94-2 are glycosyltransferase genes, and their ORFs encode the PSPG box, a conserved functional domain of glycosyltransferase family 1.
本発明者らは、URT94-1とURT94-2についてそれぞれ発現解析及び糖転移反応解析を行った。それらのうち、2つの核酸配列(それぞれSEQ ID NO:1、3)によってコードされる糖転移酵素(それぞれSEQ ID NO:2又は4)は、Rh1のC6位における1個のラムノシルの延長を触媒してRg2を生成することができ、その触媒活性は、以前の特許(PCT/CN2015/081111)に開示されたgGT29-7の突然変異体gGT29-7(N343G、A359P)と比較して少なくとも5倍向上しており、両者ともRh1のC6位における1個のグルコシルの延長を触媒してRfを生成することができなかった。 The inventors performed expression and transglycosylation analyses on URT94-1 and URT94-2, respectively. Among them, glycosyltransferases (SEQ ID NO: 2 or 4, respectively) encoded by two nucleic acid sequences (SEQ ID NO: 1 and 3, respectively) were able to catalyze the elongation of one rhamnosyl residue at the C6 position of Rh1 to produce Rg2, and their catalytic activity was at least five-fold improved compared to that of the gGT29-7 mutant gGT29-7 (N343G, A359P) disclosed in a previous patent (PCT/CN2015/081111). Neither mutant was able to catalyze the elongation of one glucosyl residue at the C6 position of Rh1 to produce Rf.
実験の結果によると、高麗人参由来のURT94-1とURT94-2は、Rh1のC6位における1個のラムノシルの延長を触媒してRg2を生成する変換率がいずれも50%以上に達し、Rg1のC6位における1個のラムノシルの延長を触媒してReを生成する変換率がいずれも50%以上に達し、両者ともRg1のC6位における1個のグルコシルの延長を触媒してC20-O-Glc-Rfを生成することはできず、UDP-ラムノースに対する特異性の高い糖転移酵素であることが分かった。 The experimental results showed that ginseng-derived URT94-1 and URT94-2 catalyzed the elongation of one rhamnosyl at the C6 position of Rh1 to produce Rg2 at a conversion rate of over 50%, and both catalyzed the elongation of one rhamnosyl at the C6 position of Rg1 to produce Re at a conversion rate of over 50%. Neither enzyme was able to catalyze the elongation of one glucosyl at the C6 position of Rg1 to produce C20-O-Glc-Rf, demonstrating that they are glycosyltransferases with high specificity for UDP-rhamnose.
実施例2、高麗人参糖転移酵素URT94s遺伝子の組換え発現プラスミドの構築
実施例1で構築したURT94-1とURT94-2遺伝子を含むpMD18Tプラスミドについて、プラスミドURT94-1-pMD18Tを例として、フォワードプライマーは2つの部分を含み、5’末端から3’末端まで順にpET28a相同アームの配列20bp及びURT94-1をコードする開始配列20bpを含み、リバース プライマーは2つの部分を含み、5’末端から3’末端まで順にpET28a相同アームの配列20bp及びURT94-1をコードする末端配列20bpを含み(SEQ ID NO:9~SEQ ID NO:10、表1を参照)、上記プライマーを用いてPCR法により増幅し、URT94-1をコードする遺伝子(pET28a相同アームを含む)を取得した。DNAポリメラーゼは宝生物工程有限公司のハイフィデリティーDNAポリメラーゼPrimeSTARを使用し、その説明書を参照してPCR手順を、94℃ 2 min、94℃ 15s、57℃ 30s、68℃ 1.5min、合計33サイクル、68℃ 10min、16℃保温に設定した。PCR産物はアガロースゲル電気泳動によって検出され、UV照射により標的DNAと同じサイズのバンドが切断された。次に、AxyPrep DNA Gel Extraction Kit(AXYGEN社)を用いてアガロースゲルからDNA断片を回収した。
Example 2: Construction of recombinant expression plasmid for ginseng glycosyltransferase URT94s gene Using the pMD18T plasmid containing the URT94-1 and URT94-2 genes constructed in Example 1 as an example, the forward primer contained two parts, from the 5' end to the 3' end, containing a 20 bp sequence of the pET28a homologous arm and a 20 bp initiation sequence encoding URT94-1, and the reverse primer contained two parts, from the 5' end to the 3' end, containing a 20 bp sequence of the pET28a homologous arm and a 20 bp termination sequence encoding URT94-1 (SEQ ID NO: 9 to SEQ ID NO: 10, see Table 1). A gene encoding URT94-1 (including the pET28a homologous arm) was obtained by PCR amplification using the above primers. The DNA polymerase used was the high-fidelity DNA polymerase PrimeSTAR from Takara Biotechnology Co., Ltd. The PCR protocol, according to the manufacturer's instructions, was set as follows: 94°C for 2 min, 94°C for 15 s, 57°C for 30 s, 68°C for 1.5 min (a total of 33 cycles), 68°C for 10 min, and incubation at 16°C. The PCR product was detected by agarose gel electrophoresis, and a band of the same size as the target DNA was excised by UV irradiation. The DNA fragment was then recovered from the agarose gel using an AxyPrep DNA Gel Extraction Kit (AXYGEN).
プラスミドpET28aを、Thermo社のFD制限エンドヌクレアーゼNcoIとSalIで二重酵素切断し、37℃で50min後、AxyPrep DNA Gel Extraction Kit(AXYGEN社)を用いてアガロースゲルから線状プラスミドpET28aを回収した。上海翊聖生物科技有限公司の組換え酵素を用いて、酵素切断された線状プラスミドを上記で得られたURT94-1等の2つのUGTsと相同組換えし、ライゲーション産物をE. coli BL21(DE3)コンピテント細胞に形質転換し、50μg/mLカナマイシン(Kana)を添加したLBプレートに塗布した。陽性形質転換体をコロニーPCRで確認し、配列決定を行って更に組換え発現プラスミドが正常に構築されたかどうかを検証した。陽性形質転換体は、大腸菌BL21-URT94-1とBL21-URT94-2と呼ばれた。 Plasmid pET28a was double-digested with FD restriction endonucleases NcoI and SalI (Thermo Biotechnology). After incubation at 37°C for 50 minutes, the linearized plasmid pET28a was recovered from an agarose gel using an AxyPrep DNA Gel Extraction Kit (AXYGEN). The digested linearized plasmid was homologously recombined with two UGTs, including URT94-1, obtained above, using recombination enzymes (Shanghai Yisheng Biotechnology Co., Ltd.). The ligation product was transformed into E. coli BL21 (DE3) competent cells and plated on LB plates supplemented with 50 μg/mL kanamycin (Kana). Positive transformants were confirmed by colony PCR and sequenced to further verify the successful construction of the recombinant expression plasmid. The positive transformants were designated E. coli BL21-URT94-1 and BL21-URT94-2.
実施例3、大腸菌における高麗人参糖転移酵素URT94sの発現
正しく配列決定された大腸菌BL21-URT94-1とBL21-URT94-2をそれぞれ50mL LB培地に接種し、OD600が約0.6~0.8になるまで37℃、200 rpmで培養し、菌液を4℃まで冷却し、最終濃度200μMのIPTGを添加し、18℃、120rpmで16 h発現誘導した。4℃で遠心分離して菌体を集め、超音波処理により細胞を破砕し、12000g、10 min、4℃で遠心分離して細胞溶解液の上清を集め、タンパク質粗酵素液を得た。pET28a上の6×His tag配列により、タンパク質URT94-1とURT94-2のC末端にそれぞれ6×His tagが付けられた。両タンパク質粗酵素液についてWestern blotによるタンパク質発現の検出を行った。抗6×His tag Western Blot(図2)では、45~55 kDの間に明らかなバンドが存在し、大腸菌において糖転移酵素URT94-1とURT94-2の両方が可溶性で発現していることを示した。
Example 3: Expression of ginseng glycosyltransferase URT94s in E. coli. Correctly sequenced E. coli BL21-URT94-1 and BL21-URT94-2 were each inoculated into 50 mL of LB medium and cultured at 37°C and 200 rpm until the OD600 reached approximately 0.6-0.8. The culture was then cooled to 4°C, and IPTG was added to a final concentration of 200 μM. Expression was induced for 16 hours at 18°C and 120 rpm. The cells were collected by centrifugation at 4°C, disrupted by sonication, and centrifuged at 12,000 g for 10 minutes at 4°C to collect the cell lysate supernatant, yielding a crude enzyme protein solution. A 6xHis tag was added to the C-terminus of proteins URT94-1 and URT94-2 using the 6xHis tag sequence on pET28a. The crude enzyme solutions of both proteins were subjected to Western blotting to detect protein expression. Anti-6xHis tag Western blot (Figure 2) showed a clear band between 45 and 55 kD, indicating that both glycosyltransferases URT94-1 and URT94-2 were expressed in soluble form in E. coli.
実施例4、プロトパナキサトリオール型サポニンRh1を基質とする糖転移酵素URT94sのインビトロ糖転移活性と生成物の同定
実施例4の組換え大腸菌BL21-URT94-1とBL21-URT94-2の細胞溶解液の上清を粗酵素液として糖転移反応を行い、空ベクターpET28a形質転換組換え大腸菌の細胞溶解液を対照として使用した。特許PCT/CN2015/081111に由来する高麗人参糖転移酵素gGT29-7、gGT29-7(N343G、A359P)を陽性対照として選択した。インビトロ糖転移試験を、表2に示す反応系に従って行い、35℃で一晩反応させた。
Example 4: In vitro transglycosylation activity of glycosyltransferase URT94s using protopanaxatriol-type saponin Rh1 as a substrate and identification of the product. The supernatants of cell lysates from recombinant E. coli BL21-URT94-1 and BL21-URT94-2 from Example 4 were used as crude enzyme solutions to carry out transglycosylation reactions, and the cell lysate of recombinant E. coli transformed with empty vector pET28a was used as a control. Ginseng glycosyltransferases gGT29-7 and gGT29-7 (N343G, A359P) derived from patent PCT/CN2015/081111 were selected as positive controls. In vitro transglycosylation experiments were performed according to the reaction system shown in Table 2, with the reaction mixture left at 35°C overnight.
反応結果はそれぞれ薄層クロマトグラフィー(TLC)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により検出した。 Reaction results were detected by thin layer chromatography (TLC) and high performance liquid chromatography (HPLC), respectively.
図3a、bに示すように、プロトパナキサトリオール型ジンセノサイドRh1をグリコシル受容体として、UDP-Rhaをグリコシル供与体とすると、BL21-URT94-1及びBL21-URT94-2はそれを触媒してRg2を生成し、それらの触媒効率は、以前に開示された糖転移酵素gGT29-7(N343G、A359P)の触媒効果よりも明らかに優れていた。且つ、HPLCの結果はTLCの結果と一致した。 As shown in Figures 3a and 3b, when protopanaxatriol-type ginsenoside Rh1 was used as the glycosyl acceptor and UDP-Rha as the glycosyl donor, BL21-URT94-1 and BL21-URT94-2 catalyzed the synthesis of Rg2, and their catalytic efficiency was significantly superior to that of the previously reported glycosyltransferase gGT29-7 (N343G, A359P). Furthermore, the HPLC results were consistent with the TLC results.
従って、URT94-1、URT94-2 は、gGT29-7(N343G、A359P)と同様に、Rh1のC6-O-Glcにおける1分子のラムノースの延長を触媒してジンセノサイドRg2を生成することができる。 Therefore, URT94-1 and URT94-2, like gGT29-7 (N343G, A359P), can catalyze the elongation of one rhamnose molecule at the C6-O-Glc of Rh1 to produce ginsenoside Rg2.
実施例5、プロトパナキサトリオール型サポニンRg1を基質とする糖転移酵素URT94sのインビトロ糖転移活性と生成物の同定
実施例4の組換え大腸菌BL21-URT94-1とBL21-URT94-2の細胞溶解液の上清を粗酵素液として糖転移反応を行い、空ベクターpET28a形質転換組換え大腸菌の細胞溶解液を対照として使用した。特許PCT/CN2015/081111に由来する高麗人参糖転移酵素gGT29-7、gGT29-7(N343G、A359P)を陽性対照として選択した。インビトロ糖転移試験を、表3に示す反応系に従って行い、35℃で一晩反応させた。
Example 5: In vitro transglycosylation activity of glycosyltransferase URT94s using protopanaxatriol-type saponin Rg1 as a substrate and identification of the product. Transglycosylation reactions were performed using the supernatants of cell lysates from recombinant E. coli BL21-URT94-1 and BL21-URT94-2 (Example 4) as crude enzyme solutions, and cell lysates from recombinant E. coli transformed with empty vector pET28a were used as controls. Ginseng glycosyltransferases gGT29-7 and gGT29-7 (N343G, A359P) derived from patent PCT/CN2015/081111 were selected as positive controls. In vitro transglycosylation experiments were performed according to the reaction system shown in Table 3, with the reaction mixture incubated overnight at 35°C.
反応結果はそれぞれ薄層クロマトグラフィー(TLC)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により検出した。 Reaction results were detected by thin layer chromatography (TLC) and high performance liquid chromatography (HPLC), respectively.
プロトパナキサトリオール型ジンセノサイドRg1をグリコシル受容体として、UDP-Rhaをグリコシル供与体とすると、URT94-1及びURT94-2はそれを触媒してReを生成し、それらの触媒効率は、以前に開示された糖転移酵素gGT29-7(N343G、A359P)(PCT/CN2015/081111)の触媒効果よりも明らかに優れていた。且つ、HPLCの結果はTLCの結果と一致した。図4a、bに示す通りである。 URT94-1 and URT94-2 catalyzed the production of Re using protopanaxatriol-type ginsenoside Rg1 as the glycosyl acceptor and UDP-Rha as the glycosyl donor. Their catalytic efficiency was significantly superior to that of the previously described glycosyltransferase gGT29-7 (N343G, A359P) (PCT/CN2015/081111). Furthermore, the HPLC results were consistent with the TLC results, as shown in Figures 4a and 4b.
従って、URT94-1、URT94-2 は、gGT29-7(N343G、A359P)と同様に、Rg1のC6-O-Glcにおける1分子のラムノースの延長を触媒してジンセノサイドReを生成することができる。 Therefore, URT94-1 and URT94-2, like gGT29-7 (N343G, A359P), can catalyze the elongation of one rhamnose molecule at the C6-O-Glc of Rg1 to produce ginsenoside Re.
実施例6、プロトパナキサトリオール型サポニンRh1/Rg1を基質とし、UDP-Glcをグリコシル供与体とする糖転移酵素URT94sのインビトロ糖転移活性と生成物の同定
実施例4の組換え大腸菌BL21-URT94-1とBL21-URT94-2の細胞溶解液の上清を粗酵素液として糖転移反応を行い、空ベクターpET28a形質転換組換え大腸菌の細胞溶解液を対照として使用した。特許PCT/CN2015/081111に由来する高麗人参糖転移酵素gGT29-7、gGT29-7(N343G、A359P)を陽性対照として選択した。インビトロ糖転移試験を、表3に示す反応系に従って行い、35℃で一晩反応させた。反応結果はそれぞれ薄層クロマトグラフィー(TLC)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により検出した。
Example 6: In Vitro Glycosyltransferase Activity and Product Identification of URT94s, a Glycosyltransferase Using Protopanaxatriol-Type Saponins Rh1/Rg1 as Substrates and UDP-Glc as Glycosyl Donor. Transglycosylation reactions were performed using the supernatants of cell lysates from recombinant E. coli BL21-URT94-1 and BL21-URT94-2 (Example 4) as crude enzyme solutions, and cell lysates from recombinant E. coli transformed with empty vector pET28a were used as controls. Ginseng glycosyltransferases gGT29-7 and gGT29-7(N343G, A359P), derived from patent PCT/CN2015/081111, were selected as positive controls. In vitro transglycosylation experiments were performed according to the reaction system shown in Table 3, with the reaction mixture incubated overnight at 35°C. The reaction results were detected by thin-layer chromatography (TLC) and high-performance liquid chromatography (HPLC), respectively.
プロトパナキサトリオール型ジンセノサイドRh1をグリコシル受容体として、UDP-Glcをグリコシル供与体とすると、URT94-1とURT94-2はそれを触媒してRfを生成できず、且つHPLCの結果はTLCの結果と一致した。従って、gGT29-7及びgGT29-7(N343G、A359P)とは異なり、本発明の糖転移酵素URT94-1とURT94-2は、図5に示すように、Rh1のC6-O-Glcにおける1分子のグルコースの延長を触媒してジンセノサイドRfを生成することはできない。 When protopanaxatriol-type ginsenoside Rh1 was used as the glycosyl acceptor and UDP-Glc as the glycosyl donor, URT94-1 and URT94-2 were unable to catalyze the synthesis to produce Rf, and the HPLC results were consistent with the TLC results. Therefore, unlike gGT29-7 and gGT29-7 (N343G, A359P), the glycosyltransferases URT94-1 and URT94-2 of the present invention are unable to catalyze the elongation of one glucose molecule at C6-O-Glc of Rh1 to produce ginsenoside Rf, as shown in Figure 5.
プロトパナキサトリオール型ジンセノサイドRg1をグリコシル受容体として、UDP-Glcをグリコシル供与体とすると、URT94-1とURT94-2はそれを触媒してC20-O-Glc-Rfを生成できず、且つHPLCの結果はTLCの結果と一致した。従って、gGT29-7及びgGT29-7(N343G、A359P)とは異なり、本発明の糖転移酵素URT94-1とURT94-2は、図6に示すように、Rg1のC6-O-Glcにおける1分子のグルコースの延長を触媒してジンセノサイドC20-O-Glc-Rfを生成することはできなかった。URT94-1とURT94-2は、UDP-ラムノースに対する特異性の高い糖転移酵素であることが示された。 When protopanaxatriol-type ginsenoside Rg1 was used as the glycosyl acceptor and UDP-Glc as the glycosyl donor, URT94-1 and URT94-2 were unable to catalyze the synthesis to produce C20-O-Glc-Rf, and the HPLC results were consistent with the TLC results. Therefore, unlike gGT29-7 and gGT29-7(N343G, A359P), the glycosyltransferases URT94-1 and URT94-2 of the present invention were unable to catalyze the elongation of one glucose molecule at C6-O-Glc of Rg1 to produce ginsenoside C20-O-Glc-Rf, as shown in Figure 6. URT94-1 and URT94-2 were shown to be glycosyltransferases with high specificity for UDP-rhamnose.
実施例7、C6における1分子のラムノースの延長を触媒するURT94sの効率の比較
特許PCT/CN2015/081111に由来する糖転移酵素gGT29-7は、C6に1分子のグルコースを延長することができ、gGT29-7(N343G、A359P)はC6に1分子のグルコースを延長することができ、C6に1分子のラムノースを延長することもできる。本発明の糖転移酵素gGT29-7、gGT29-7(N343G、A359P)、及び本発明の糖転移酵素URT94-1、URT94-2を、実施例4の方法に従って発現させ、粗酵素液を調製した。UDP-Rhaをグリコシル供与体、Rh1及び/又はRg1をグリコシル受容体として、実施例5に従って酵素触媒反応を行い、35℃で1時間反応させ、HPLCで生成物を定量した。触媒効率の計算は、以下の式に従って行った。
変換効率(%)=生成物量/(基質量+生成物量)
Example 7: Comparison of the Efficiency of URT94s in Catalyzing the Elongation of One Rhamnose Molecule at C6. The glycosyltransferase gGT29-7 derived from patent PCT/CN2015/081111 can elongate one glucose molecule at C6, while gGT29-7(N343G, A359P) can elongate one glucose molecule at C6 and also one rhamnose molecule at C6. The glycosyltransferases gGT29-7 and gGT29-7(N343G, A359P) of the present invention, and the glycosyltransferases URT94-1 and URT94-2 of the present invention were expressed according to the method of Example 4, and crude enzyme solutions were prepared. Using UDP-Rha as the glycosyl donor and Rh1 and/or Rg1 as the glycosyl acceptor, the enzyme-catalyzed reaction was carried out according to Example 5, reacted at 35°C for 1 hour, and the product was quantified by HPLC. The catalytic efficiency was calculated according to the following formula:
Conversion efficiency (%) = amount of product/(amount of substrate + amount of product)
表4に示すように、特許PCT/CN2015/081111に開示された糖転移酵素gGT29-7、gGT29-7(N343G、A359P)と比較して、URT94-1とURT94-2はグリコシル供与体としてUDP-ラムノースを使用して、Rh1及び/又はRg1のC6位における糖鎖の延長を触媒する活性が向上している。 As shown in Table 4, compared to the glycosyltransferases gGT29-7 and gGT29-7 (N343G, A359P) disclosed in patent PCT/CN2015/081111, URT94-1 and URT94-2 have improved activity in catalyzing the elongation of the glycan at the C6 position of Rh1 and/or Rg1 using UDP-rhamnose as the glycosyl donor.
従って、これまでの糖転移酵素とは異なり、本発明のURT94-1とURT94-2は、四環トリテルペン化合物基質のC-6の第1のグリコシルに特異的且つ効率的にラムノシルを付加して糖鎖を延長することができる。 Therefore, unlike previous glycosyltransferases, URT94-1 and URT94-2 of the present invention can specifically and efficiently add rhamnosyl to the first glycosyl at C-6 of a tetracyclic triterpene compound substrate, thereby elongating the sugar chain.
実施例8、高効率ラムノシル転移酵素URT94-1の突然変異体タンパク質
ラムノシル転移酵素の触媒活性を更に向上させるために、本発明者らはランダム変異法を用いてURT94-1に対する突然変異体のライブラリーを構築した。
Example 8: Mutant proteins of highly efficient rhamnosyltransferase URT94-1 To further improve the catalytic activity of rhamnosyltransferase, the present inventors constructed a library of mutants for URT94-1 using random mutagenesis.
(1)エラープローンPCR
ラムノシル転移酵素URT94-1遺伝子配列(SEQ ID NO:1)をテンプレートとして使用し、プライマーURT94-1_Pet28a-F (5’-ctttaagaaggagatataccatggataccaatgaaaaaacca-3’(SEQ ID NO:9))及びURT94-1_Pet28a-R (5’-ctcgagtgcggccgcaagcttggggcatcgcttcccctggcctg-3’ (SEQ ID NO:10))を用いてエラープローンPCRを実行した。前記エラープローンPCRは、Stratagene社のGeneMorph II Random Mutagenesis Kitランダム変異キットを使用した。PCR手順は、95℃ 2min、95℃ 10s、55℃ 15s、72℃ 2min、合計28サイクル、72℃ 10min、その後10℃に下げ、テンプレートの使用量50ngであった。アガロースゲル電気泳動後にPCR産物を回収し、ラムノシル転移酵素URT94-1のエラープローンPCR産物を得た。
(1) Error-prone PCR
Using the rhamnosyltransferase URT94-1 gene sequence (SEQ ID NO: 1) as a template, error-prone PCR was performed with primers URT94-1_Pet28a-F (5'-ctttaagaaggagatataccatggataccaatgaaaaaacca-3' (SEQ ID NO: 9)) and URT94-1_Pet28a-R (5'-ctcgagtgcggccgcaagcttggggcatcgcttcccctggcctg-3' (SEQ ID NO: 10)). The error-prone PCR was performed using Stratagene's GeneMorph II Random Mutagenesis Kit. The PCR procedure was 95°C for 2 min, 95°C for 10 s, 55°C for 15 s, and 72°C for 2 min (a total of 28 cycles), and 72°C for 10 min, then reduced to 10°C. The template amount was 50 ng. The PCR product was recovered after agarose gel electrophoresis, and the error-prone PCR product of rhamnosyltransferase URT94-1 was obtained.
(2)酵素の発現
上記のPCR産物をpET28aプラスミド(ワンステップクローニングキット、上海翊聖より購入)にライゲーションし、ライゲーション産物を実験室で調製した大腸菌BL21コンピテント細胞に形質転換し、形質転換した大腸菌液を100ug/mLカナマイシンを添加したLBプレートに塗布し、更にPCRにより組換えクローンを検証した。幾つかのクローンを別々に選択して組換えプラスミドを抽出し、配列を決定した。
(2) Enzyme Expression The PCR product was ligated into pET28a plasmid (One-Step Cloning Kit, purchased from Shanghai Yisheng), and the ligation product was transformed into laboratory-prepared E. coli BL21 competent cells. The transformed E. coli solution was spread on an LB plate supplemented with 100 μg/mL kanamycin, and recombinant clones were verified by PCR. Several clones were individually selected, and recombinant plasmids were extracted and sequenced.
(3)酵素活性の測定とスクリーニング
ステップ(2)で得られた高麗人参糖転移酵素URT94-1突然変異体の大腸菌発現株を数株選択し、それぞれ50mLのLB液体培地に接種し、OD600が0.6~0.8になるように37℃、200rpmで培養し、0.2mMのIPTGで誘導し、16℃、110rpmで18h培養した。低温で菌体を回収した後、2mLの50mM tris-HCl PH8.0を用いて菌体を再選択し、細胞破砕機で細胞を破砕してタンパク質粗酵素液を得た。
(3) Measurement of Enzyme Activity and Screening Several strains of Escherichia coli expressing the ginseng glycosyltransferase URT94-1 mutant obtained in step (2) were selected and each was inoculated into 50 mL of LB liquid medium and cultured at 37°C and 200 rpm until the OD600 reached 0.6 to 0.8. The medium was then induced with 0.2 mM IPTG and cultured at 16°C and 110 rpm for 18 hours. After recovering the bacterial cells at low temperature, the bacterial cells were reselected using 2 mL of 50 mM tris-HCl (pH 8.0) and disrupted using a cell disrupter to obtain a crude protein enzyme solution.
表3の酵素活性測定反応系を用いて酵素活性を比較し、多数の突然変異体を分析、スクリーニングした結果、本発明者らは、特に高い酵素活性を示す突然変異体を1本取得し、URT94-1m1(核酸配列はSEQ ID NO:13の通り、タンパク質配列はSEQ ID NO:14の通り)と名付けられ、野生型URT94-1に対応し、55番目の位置がLからMに突然変異していた(L55M)。ラムノシル転移酵素URT94-1及びその突然変異体URT94-1m1の活性の比較結果を表5に示す。 By comparing enzyme activity using the enzyme activity measurement reaction system shown in Table 3 and analyzing and screening numerous mutants, the inventors isolated one mutant exhibiting particularly high enzyme activity, designated URT94-1m1 (nucleic acid sequence as shown in SEQ ID NO: 13, protein sequence as shown in SEQ ID NO: 14). This mutant corresponds to wild-type URT94-1, but has a mutation from L to M at position 55 (L55M). The comparative activity of rhamnosyltransferase URT94-1 and its mutant URT94-1m1 is shown in Table 5.
表5によると、この突然変異体の触媒活性はURT94-1の触媒活性よりも著しく高く、Rh1を触媒してRg2を合成する効率は92%に増加し、Rg1を触媒してReを生成する効率は99%に達し、具体的には表5及び図7を参照してください。 According to Table 5, the catalytic activity of this mutant was significantly higher than that of URT94-1, with the efficiency of catalyzing Rh1 to synthesize Rg2 increasing to 92%, and the efficiency of catalyzing Rg1 to produce Re reaching 99%. See Table 5 and Figure 7 for details.
本発明者は、Western blot法を用いてタンパク質発現を検出し、その結果を図8に示し、突然変異体URT94-1m1は効率的に発現され得る。 The inventors detected protein expression using Western blot analysis, and the results are shown in Figure 8, demonstrating that the mutant UR94-1m1 can be efficiently expressed.
各文献がそれぞれ単独に引用されるように、本発明に係るすべての文献は本出願で参考として引用する。また、当業者は本発明の上記内容を読み終わった後、本発明に対して様々な変動や修正を行ってもよいが、これらの等価形態のものも本発明の請求の範囲に含まれると理解される。 All documents related to the present invention are incorporated herein by reference as if each document were individually incorporated by reference. Furthermore, after reading the above content of the present invention, those skilled in the art may make various variations and modifications to the present invention, and it is understood that these equivalents are also within the scope of the claims of the present invention.
本願は、2021年7月30日に提出された、中国出願番号が202110871374.0である出願の優先権を主張する。 This application claims priority to an application filed on July 30, 2021, bearing Chinese application number 202110871374.0.
Claims (38)
ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は前記アミノ酸配列と少なくとも95%の配列同一性を有する保存的変異体ポリペプチドであり;前記宿主細胞内にラムノース基を有するグリコシル供与体が存在し、又はラムノース基を有するグリコシル供与体が導入され;
(b)(a)の組換え宿主細胞を培養して、C-6位の第1のグリコシルにラムノシルが結合した四環トリテルペン化合物の生成物を得ることを含む、ラムノシルを細胞内の四環トリテルペン化合物のC-6位の第1のグリコシルに結合する方法。 (a) obtaining a recombinant host cell by introducing into the host cell a reaction precursor of a tetracyclic triterpene compound or a construct for expressing/forming the precursor, or a specific glycosyltransferase or a construct for expressing the specific glycosyltransferase; the specific glycosyltransferase is selected from the group consisting of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 15, SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 20, SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO:
a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 14, or a conservative variant polypeptide having at least 95% sequence identity to said amino acid sequence ; wherein a glycosyl donor having a rhamnose group is present in said host cell or a glycosyl donor having a rhamnose group is introduced into said host cell;
(b) a method for attaching rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound in the cell, comprising culturing the recombinant host cell of (a) to obtain a product of the tetracyclic triterpene compound in which rhamnosyl is attached to the first glycosyl at the C-6 position.
(1)SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示される配列のポリペプチドが1つ又は複数のアミノ酸残基の置換、欠失又は付加によって形成され、四環トリテルペン化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシルを結合する機能を有するポリペプチド;(1) A polypeptide having the sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, formed by the substitution, deletion, or addition of one or more amino acid residues, and having the function of binding rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound;
(2)アミノ酸配列がSEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示される配列のポリペプチドと95%以上の同一性を有し、四環トリテルペン化合物のC-6位の第1のグリコシルにラムノシルを結合する機能を有するポリペプチド;又は(2) A polypeptide having an amino acid sequence that is 95% or more identical to the polypeptide of the sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, and that has the function of linking rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound; or
(3)SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4又はSEQ ID NO:14に示される配列のポリペプチドのN末端又はC末端にタグ配列を付加し、或いはそのN末端にシグナルペプチド配列を付加することによって形成されるポリペプチドを含むことを特徴とする、請求項24に記載の特異性糖転移酵素。(3) The specific glycosyltransferase according to claim 24, characterized in that it comprises a polypeptide formed by adding a tag sequence to the N-terminus or C-terminus of a polypeptide having a sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 14, or by adding a signal peptide sequence to the N-terminus thereof.
請求項24に記載の特異性糖転移酵素;又は
請求項26に記載の単離されたポリヌクレオチド;又は
請求項27または28に記載の核酸構築物、を含むことを特徴とする、糖転移のためのキット。 A polypeptide capable of binding rhamnosyl to the first glycosyl at the C-6 position of a tetracyclic triterpene compound, having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 14, or a conservative variant polypeptide having at least 95% sequence identity with said amino acid sequence .
29. A kit for glycosyltransferase, comprising: the specific glycosyltransferase of claim 24 ; or the isolated polynucleotide of claim 26 ; or the nucleic acid construct of claim 27 or 28 .
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