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TW201311890A - 固定化轉胺酶及製備與使用固定化轉胺酶之方法 - Google Patents

固定化轉胺酶及製備與使用固定化轉胺酶之方法 Download PDF

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TW201311890A
TW201311890A TW101121952A TW101121952A TW201311890A TW 201311890 A TW201311890 A TW 201311890A TW 101121952 A TW101121952 A TW 101121952A TW 101121952 A TW101121952 A TW 101121952A TW 201311890 A TW201311890 A TW 201311890A
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TW
Taiwan
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transaminase
ata117
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immobilized
artificial sequence
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Application number
TW101121952A
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English (en)
Inventor
Matthew D Truppo
Gregory Hughes
Jacob M Janey
Original Assignee
Merck Sharp & Dohme
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

本發明係關於固定化轉胺酶,及製備與使用其等之方法。

Description

固定化轉胺酶及製備與使用固定化轉胺酶之方法
本發明係關於固定化轉胺酶及製備與使用其等之方法。
酶係用於促進活細胞中之化學反應(通常以若干數量級)之蛋白質分子。在缺乏酶之情況下,大多數生化反應將變得十分緩慢以致甚至無法進行生命過程。酶顯示極高特異性且不因其參與反應而永久改質。由於其等在反應期間無變化,因此酶可成本有效地用作所需化學轉化之觸媒。
轉胺酶係催化酮直接胺化成對掌性胺之特定類別的酶。對映異構體上純對掌性胺係具有廣泛生物活性之諸多醫藥化合物中的重要中間物。目前正在相當努力地開發利用生物觸媒製備其等之有效催化方法。最近,轉胺酶已成為用於生成對掌性胺之有前景的生物觸媒。Truppo等人,Efficient kinetic resolution of recemic amines using a transaminase in combination with an amino acid oxidase,Chem.Commun.,2009,2127-2129;及Truppo等人,Efficient Production of Enantiomerically Pure Chiral Amines at Concentrations of 50 g/L Using Transaminases,Organic Process Research & Development 2010,14,234-237。
例如,銠催化型非對稱烯胺氫化作用最初係用於大規模製造抗糖尿病化合物西他列汀(sitagliptin)。使用轉胺酶代替銠,其最終形成廢物減少、產率及安全性提高、且無需金屬觸媒之酶促方法。此外,所得之生物觸媒對先前僅可 經由離析實現的對掌性胺合成顯示廣泛適用性。Savile等人,Biocatalytic Asymmetric Synthesis of Chiral Amines from Ketones Applied to Sitagliptin Manufacture,Science,第329卷,第305-309頁,2010年7月16日。
雖然使用轉胺酶生產對掌性胺之進步已受到高度關注,但該酶促方法仍然存在某些缺點。目前,酶促方法僅可在水性溶劑系統中操作,因為該等轉胺酶在100%有機溶劑中係不安定。此外,在產物胺單離期間,該轉胺酶觸媒係失活且經棄除,此導致無法再使用該觸媒。
因此,雖然已嘗試使轉胺酶固定,但仍未成功克服其不安定性,更特定言之其在有機溶劑中之不安定性。
本發明描述固定化轉胺酶,其包含藉由疏水相互作用或共價鍵物理連接至樹脂之重組轉胺酶。本文所述之固定化轉胺酶包括可在胺基供體之存在下將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮轉化成濃度可藉由分析技術測定之(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺的重組轉胺酶。在某些實施例中,本發明固定化轉胺酶係用於製備(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺。
在某些實施例中,本發明描述一種固定化轉胺酶,其包括可在胺基供體之存在下將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6- 二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮轉化成濃度可藉由分析技術測定之(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺之重組轉胺酶;及樹脂,其中該重組轉胺酶係藉由共價鍵或疏水相互作用連接至該樹脂,且其中該固定化轉胺酶在包含至少90%之有機溶劑之溶劑系統中係安定。
例如,在一實施例中,該重組轉胺酶係藉由疏水相互作用連接至樹脂。在另一實施例中,該重組轉胺酶係藉由共價鍵連接至樹脂。
本發明固定化轉胺酶在有機溶劑系統中係安定。如文中所使用,安定性固定化轉胺酶意指該固定化轉胺酶在有機溶劑系統中保持其結構構形或其活性。在本發明之一實施例中,該固定化轉胺酶在包含至少95%之有機溶劑之溶劑系統中係安定。
在本發明之某些實施例中,該重組轉胺酶係可在胺基供體之存在下將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮轉化成濃度可藉由HPLC-UV吸收測定之(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺之轉胺酶。
在另一實施例中,該重組轉胺酶係選自由以下組成之群:SEQ ID NO:16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、 56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144、146、148、150、152、154、156、158、160、162、164、166或168。較佳地,該等重組轉胺酶係選自由以下組成之群:SEQ ID NO:80、86、96、98、100、102、110或166。在一實施例中,該重組轉胺酶係SEQ ID NO:102。在另一實施例中,該重組轉胺酶係SEQ ID NO:110。
在本發明固定化轉胺酶之某些實施例中,該樹脂包含具有環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯、具有胺基環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯/DVB共聚物或具有十八烷基官能基之聚甲基丙烯酸酯。例如,在一實施例中,該樹脂包含苯乙烯/DVB共聚物或具有十八烷基官能基之聚甲基丙烯酸酯。在另一實例中,該樹脂係具有環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯或具有胺基環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯。在其他實施例中,該樹脂係選自由以下組成之群:SEPABEADS EC-EP、SEPABEADS EC-HFA/S、SEPABEADS EXA252、SEPABEADS EXE119及SEPABEADS EXE120。例如,在一實施例中,該樹脂係選自由以下組成之群:SEPABEADS EC-EP、SEPABEADS EC-HFA/S及SEPABEADS EXE119。較佳地,該樹脂係選自由以下組成之群:SEPABEADS EXA252及SEPABEADS EXE120。
在固定化轉胺酶之一實施例中,轉胺酶SEQ ID NO:110係物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)。在另一實施例中,轉胺酶SEQ ID NO:102係物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)。
本發明亦描述製備與使用該等固定化轉胺酶之方法。本發明固定化轉胺酶可用於分批反應中,其中可在反應結束後過濾出該等固定化轉胺酶並再用於其他反應中。或者,本發明固定化轉胺酶可用於連續反應系統中,其中使初始材料連續通過該固定化轉胺酶之上方並收集產物。
在一實施例中,本發明方法係一種製備(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺之方法,其包括以下步驟:1)將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮溶解於有機溶劑中;2)使4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮與固定化轉胺酶接觸,該固定化轉胺酶可在胺基之存在下將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮轉化成(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺。
較佳地,在該方法中,該固定化轉胺酶係物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)之轉胺酶SEQ ID NO: 110。
本發明亦描述一種製備固定化轉胺酶之方法,其包括:1)使用樹脂及酶溶液培養轉胺酶溶液,以形成固定化轉胺酶;2)過濾並清洗該固定化轉胺酶;3)乾燥該固定化轉胺酶。
定義
文中所使用之「轉胺酶」(亦稱作「胺基轉移酶」)係指具有將胺基(NH2)及氫原子自一級胺(3)轉移至受體羰基化合物(2)並使該胺供體轉化成其對應羰基化合物(4)及使該受體轉化成其對應一級胺(1)之酶促能力之多肽:
關於本發明固定化轉胺酶,該等轉胺酶多肽可在式(3)胺基供體之存在下將式(2a)基質4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮(「酮醯胺基質」)轉化成式(1a)產物(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺(「產物」),如下: 其中R1、R2、R3及R4各獨立地係烷基、烷芳基或未經取代或經一或多個酶促非抑制性基團取代之芳基。R1及R3之結構或對掌性可分別與R2及R4相同或不同。基團R1及R2或R3及R4可一起形成未經取代、經取代或稠合至其他環之環。
「蛋白質」、「多肽」及「肽」在文中可互換使用以表示經醯胺鍵共價鍵接之至少兩個胺基酸之聚合物(不考慮其長度或轉譯後修飾,例如糖基化作用、磷酸化作用、脂化作用、肉豆蔻基化(myristilation)、泛素化作用等)。此定義內包含D-及L-胺基酸及D-及L-胺基酸之混合物。
如文中所使用,「基質」係指在由轉胺酶介導的反應中自胺基供體接受胺基之胺基受體(例如,酮)。如文中另外所述,基質可包括式(II)化合物、式(2)化合物及式(2a)化合物。在本發明之某些方法中,「酮醯胺基質」特定言之係指式(2a)化合物4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁- 2-酮。
「胺基供體」係指可為受體羰基化合物(即,胺基受體)提供胺基並由此形成羰基副產物之胺基化合物。胺基供體係通式(3)分子: 其中R1、R2各獨立地係烷基、烷芳基或未經取代或經一或多個酶促非抑制性基團取代之芳基。R1與R2之結構或對掌性可係相同或不同。基團R1及R2可一起形成未經取代、經取代或稠合至其他環之環。可用於本發明之典型的胺基供體包括對掌性及非對掌性胺基酸,及對掌性及非對掌性胺。
「對掌性胺」係指其中R1及R2係不同之通式R1-CH(NH2)-R2之胺且係最廣義地用於本文中,其包括各類具有不同及混合官能基類型的脂族及脂環族化合物,其特徵為:存在與第二碳原子鍵接之一級胺基,該第二碳原子除氫原子以外具有(i)形成對掌性環結構之二價基團或(ii)兩個結構或對掌性相互不同之取代基(除氫以外)。形成對掌性環結構之二價基團包括(例如)2-甲基丁-1,4-二基、戊-1,4-二基、己-1,4-二基、己-1,5-二基、2-甲基戊-1,5-二基。該第二碳原子上之兩個不同的取代基(上述R1及R2)亦可廣泛變化且包括烷基、芳烷基、芳基、鹵基、羥基、低碳數烷基、低碳數烷氧基、低碳數烷硫基、環烷基、羧 基、烷氧羰基、胺甲醯基、經低碳數烷基單-及二取代之胺甲醯基、三氟甲基、苯基、硝基、胺基、經低碳數烷基單-及二取代之胺基、烷磺醯基、芳磺醯基、烷基甲醯胺基、芳基甲醯胺基等,及經前述基團取代之烷基、芳烷基或芳基。
「羰基副產物」係指當胺基供體上的胺基在轉胺反應中轉移至胺基受體時自該胺基供體形成的羰基化合物。該羰基副產物具有式(4)之通式結構: 其中R1及R2係如上在胺基供體中所定義。
「磷酸吡哆醛」、「PLP」、「5'-磷酸吡哆醛」、「PYP」及「P5P」在文中可互換使用以指示在轉胺酶反應中作為輔酶之化合物。在某些實施例中,磷酸吡哆醛係定義為結構1-(4'-甲醯基-3'-羥基-2'-甲基-5'-吡啶)甲氧基膦酸(CAS號[54-47-7])。5'-磷酸吡哆醛係藉由吡哆醇(亦稱為吡哆素或維生素B6)之磷酸化作用及氧化作用於活體中產生。在使用轉胺酶酵素之轉胺反應中,胺基供體之胺基係轉移至輔酶上以產生酮基副產物,而5'-磷酸吡哆醛係轉化成磷酸吡哆胺。5'-磷酸吡哆醛係藉由與不同酮基化合物(胺基受體)反應而再生。胺基自磷酸吡哆胺轉移至胺基受體產生對掌性胺並使輔酶再生。可藉由維生素B6家族之其他成員(尤其包括:吡哆醛(PL)、吡哆胺(PM)及其磷酸化對應 物;磷酸吡哆醇(PNP)及磷酸吡哆胺(PMP))代替本發明之5'-磷酸吡哆醛。
「天然生成型」或「野生型」係指於自然中發現的形式。例如,天然生成型或野生型多肽或多核苷酸序列係存在於有機體中的可自自然源單離且未經人工操作有意修飾之序列。
當使用「重組」表示(例如)細胞、核酸或多肽時,其係指已以自然中原本不存在的方式經修飾或與其相同但自合成材料及/或使用重組技術操作產生或衍生的材料或相當於該材料之天然或原生形式之材料。其中非限制性實例包括表現原生(非重組)形式細胞中未發現的基因或另外以不同程度表現原生基因之重組細胞。
如文中所使用,「序列一致性百分比」、「一致性百分比」及「一致百分比」係指多核苷酸序列或多肽序列之間的比較且係藉由於比較窗口上比較兩條最佳比對序列來測定,其中與用於該兩條序列之最佳比對之參照序列相比,該比較窗口中多核苷酸或多肽序列之部分可包含添加或缺失(即,間隔)。該百分比之計算如下:測定兩條序列中出現相同核酸鹼基或胺基酸殘基或核酸鹼基或胺基酸殘基與間隔對準之位置的數量,以獲得匹配位置之數量,將匹配位置數量除以比較窗口中之位置總數量並將該結果乘以100,以得出序列一致性百分比。使用BLAST及BLAST2.0演算法進行最佳比對及序列一致性百分比之測定(參見例如,Altschul等人,1990,J.Mol.Biol.215:403-410及 Altschul等人,1977,Nucleic Acids Res.3389-3402)。進行BLAST分析之軟體可經由國際生物技術資訊中心(National Center for Biotechnology Information)網站公開獲得。
簡言之,該BLAST分析包括首先藉由識別查詢序列中長度W之短字段來識別高得分序列對(HSP),該短字段在與資料庫序列中相同長度之字段比對時與某些正值臨限分數T相匹配或符合。T係稱為相鄰字段分數臨限值(Altschul等人,見上)。此等初始相鄰字段匹配係作為啟動搜索之種子以發現含有其等之更長HSP。然後,該等字段匹配沿各序列之兩個方向延伸,直至可提高累積比對分數。就核苷酸序列而言,使用參數M(匹配殘基對之得分;始終>0)及N(失配殘基之罰分;始終<0)計算累積分數。就胺基酸序列而言,使用打分矩陣來計算該累積分數。字段匹配在各方向上之延伸在以下情況下停止:該累積比對分數自其最大獲得值下降數量X;該累積分數因一或多個負得分殘基比對之累積而趨於0或更低;或到達任一序列之末端。該BLAST演算法參數W、T及X決定該比對之靈敏度及速度。BLASTN程式(就核苷酸序列而言)使用字段長度(W)11、期望值(E)10、M=5、N=4及雙股比較作為預設值。就胺基酸序列而言,BLASTP程式使用字段長度(W)3、期望值(E)10及BLOSUM62打分矩陣作為預設值(參見Henikoff及Henikoff,1989,Proc Natl Acad Sci USA 89:10915)。
可利用在提供兩條序列之一致性百分比上功能類似於BLAST之諸多其他演算法。可藉由(例如)局部同源性演算 法(Smith and Waterman,1981,Adv.Apple.Math.2:482)、同源性比對演算法(Needleman and Wunsch,1970,J.Mol.Biol.48:443)、相似性搜索方法(Pearson and Lipman,1988,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85:2444)、此等演算法之電腦實現(GCG Wisconsin軟體包中之GAP、BESTFIT、FASTA、及TFASTA)或藉由目測(通常參見Current Protocols in Molecular Biology,F.M.Ausubel等人eds.,Current Protocols,a joint venture between Greene Publishing Associates,Inc.and John Wiley & Sons,Inc.,(1995 Supplement)(Ausubel))進行比較序列之最佳比對。此外,可使用GCG Wisconsin軟體包(Accelrys,Madison WI)中之BESTFIT或GAP程式並使用所提供的預設參數測定序列比對及序列一致性百分比。
「實質一致性」係指與至少20個殘基位置之比較窗口(經常係至少30至50個殘基之窗口)上之參照序列相比,具有至少80%序列一致性,較佳至少85%序列一致性,更佳至少89%序列一致性,更佳至少95%序列一致性及甚至更佳至少99%序列一致性之多核苷酸或多肽序列,其中藉由比較參照序列與包括比較窗口上之參照序列之總共20%或更少的缺失或添加之序列來計算序列一致性百分比。在應用於多肽之特定實施例中,術語「實質一致性」意指兩條多肽序列在藉由(例如)使用預設間隔權重之程式GAP或BESTFIT經最佳比對時具有至少80%序列一致性,較佳至少89%序列一致性,更佳至少95%序列一致性或更多(例 如,99%序列一致性)。較佳地,不一致的殘基位置係保守胺基酸取代不同。
「立體選擇性」係指在化學或酶反應中一立體異構體之形成優先於另一者。立體選擇性可係部分(其中一立體異構體之形成優先於另一者)或可係完全(其中僅形成一種立體異構體)。當該等立體異構體係對映異構體時,該立體選擇性係稱為對映選擇性(一對映異構體在兩者總和中之分率(通常以百分比表示))。或者,其在此技術中通常以根據方程式[主要對映異構體-次要對映異構體]/[主要對映異構體+次要對映異構體]計算的對映異構體超量(e.e.)表示(通常以百分比表示)。當該等立體異構體係非對映異構體時,該立體選擇性係稱為非對映選擇性(一種非對映異構體在兩種非對映異構體混合物中之分率(通常以百分比表示)),或者通常以非對映異構體超量(d.e.)表示。對映異構體超量及非對映異構體超量係立體異構體超量類型。
「高立體選擇性」係指可將基質(例如式(2a))轉化成其對應產物(例如式(1a))且立體異構體超量為至少約85%之化學或酶反應。
「轉化」係指基質經酶轉變成對應產物。「轉化百分比」係指基質在特定條件下於一段時間內轉化成產物之百分比。因此,例如,轉胺酶多肽之「酶活性」或「活性」可以基質對產物之「轉化百分比」表示。
「安定」係指本發明固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中保持其結構構形及/或其活性之能力。在某些實施例 中,安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於10%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於9%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於8%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於7%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於6%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於5%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於4%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於3%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於2%之活性/小時。較佳地,本發明安定固定化酶在含有有機溶劑之溶劑系統中損失低於1%之活性/小時。
在本發明多肽中使用的「胺基酸」或「殘基」係指在序列位置上之特定單體(例如,P8表示在SEQ ID NO:2之位置8上之「胺基酸」或「殘基」係脯胺酸)。
「親水性胺基酸或殘基」係指具有根據Eisenberg等人,1984,J.Mol.Biol.179:125-142之標準化共識疏水性標度顯示疏水性低於零之側鏈之胺基酸或殘基。基因編碼的親水性胺基酸包括L-Thr(T)、L Ser(S)、L His(H)、L Glu(E)、L Asn(N)、L Gln(Q)、L Asp(D)、L Lys(K)及L Arg(R)。
「酸性胺基酸或殘基」係指當肽或多肽中包含該胺基酸時具有pK值低於約6之側鏈之親水性胺基酸或殘基。酸性胺基酸於生理pH下通常具有因失去氫離子而帶負電荷之側鏈。基因編碼的酸性胺基酸包括L Glu(E)及L Asp(D)。
「鹼性胺基酸或殘基」係指當肽或多肽中包含該胺基酸時具有pKa值大於約6之側鏈之親水性胺基酸或殘基。鹼性胺基酸於生理pH下通常具有因與水合氫離子締合而帶正電荷之側鏈。基因編碼的鹼性胺基酸包括L Arg(R)及L Lys(K)。
「極性胺基酸或殘基」係指含有在生理pH下不帶電但具有至少一個其中兩個原子之共用電子對係偏向於其中一個原子之鍵之側鏈的親水性胺基酸或殘基。基因編碼的極性胺基酸包括L Asn(N)、L Gln(Q)、L Ser(S)及L-Thr(T)。
「疏水性胺基酸或殘基」係指具有根據Eisenberg等人,1984,J.Mol.Biol.179:125-142之標準化共識疏水性標度顯示疏水性大於零之側鏈之胺基酸或殘基。基因編碼的疏水性胺基酸包括L Pro(P)、L Ile(I)、L Phe(F)、L Val(V)、L Leu(L)、L Trp(W)、L Met(M)、L Ala(A)及L Tyr(Y)。
「芳族胺基酸或殘基」係指具有包括至少一個芳環或雜芳環之側鏈之親水性或疏水性胺基酸或殘基。基因編碼的芳族胺基酸包括L Phe(F)、L Tyr(Y)、L His(H)及L Trp(W)。L His(H)組胺酸在文中係分類為親水性殘基或限制性殘基。
「非極性胺基酸或殘基」係指含有在生理pH下不帶電且具有其中兩個原子之共用電子對係由該兩個原子均等吸引的鍵之側鏈(即,該側鏈係非極性)之疏水性胺基酸或殘基。基因編碼的非極性胺基酸包括L Gly(G)、L Leu(L)、L Val(V)、L Ile(I)、L Met(M)及L Ala(A)。
「脂族胺基酸或殘基」係指具有脂族烴側鏈之疏水性胺基酸或殘基。基因編碼的脂族胺基酸包括L Ala(A)、L Val(V)、L Leu(L)及L Ile(I)。
「半胱胺酸」或L Cys(C)係因其可與其他L Cys(C)胺基酸或其他含硫基或巰基胺基酸形成二硫橋而不尋常。「半胱胺酸樣殘基」包括半胱胺酸及其他含有可用於形成二硫橋之巰基之胺基酸。L Cys(C)(及具有含SH側鏈之其他胺基酸)以低游離SH或氧化二硫橋形式存在於肽中之能力影響L Cys(C)是否促進肽之凈疏水性或親水性特徵。雖然L Cys(C)根據Eisenberg(Eisenberg等人,1984,見上)之標準化共識標度顯示0.29之疏水性,但應瞭解就本發明之目的而言,將L Cys(C)本身分類為唯一組。
「含羥基胺基酸或殘基」係指含有羥基(-OH)之胺基酸。基因編碼的含羥基胺基酸包括L Ser(S)、L Thr(T)及L-Tyr(Y)。
轉胺酶
通常,轉胺酶催化酮直接胺化成對掌性胺。轉胺酶之實例包括具有將胺基(NH2)及氫原子自一級胺(3)轉移至受體羰基化合物(2)並使該胺供體轉化成其對應羰基化合物(4) 及使該受體轉化成其對應一級胺(1)之酶促能力之任何多肽: 其中R1、R2、R3及R4各獨立地係烷基、烷芳基或未經取代或經一或多個酶促非抑制性基團取代之芳基。R1及R3之結構或對掌性可分別與R2及R4相同或不同。基團R1及R2或R3及R4可一起形成未經取代、經取代或稠合至其他環之環。
本發明描述包含重組轉胺酶之固定化轉胺酶,該重組轉胺酶可將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮(「酮醯胺基質」)轉化成(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺(「產物」)。
在本發明固定化轉胺酶之某些實施例中,該等固定化轉胺酶包括可於胺基供體之存在下將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮(「酮醯胺基質」)轉化成濃度可藉由分析技術(例如,HPLC-UV吸收)測定之(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺(「產物」)之轉胺酶。
在本發明固定化轉胺酶之其他實施例中,該等固定化轉胺酶包括SEQ ID NO:2之轉胺酶。SEQ ID NO:1描述編碼 SEQ ID NO:2之轉胺酶多肽之多核苷酸。
在本發明固定化轉胺酶之其他實施例中,該等固定化轉胺酶包括與SEQ ID NO:2相比可改善在胺基供體之存在下將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮(「酮醯胺基質」)轉化成濃度可藉由分析技術(例如,HPLC-UV吸收)測定之(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺(「產物」)之轉胺酶。該等轉胺酶係描述於2010年2月26號申請之美國專利申請案第12/714397號中,該案以全文引用之方式併入本文中。
在某些實施例中,可於胺基供體之存在下將酮醯胺基質4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮轉化成產物濃度可藉由分析技術(例如,HPLC-UV吸收)檢測之產物(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺之轉胺酶包含相當於以下SEQ ID NO序列之胺基酸序列:4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144、146、 148、150、152、154、156、158、160、162、164、166或168。
在某些實施例中,該等轉胺酶包含與以下SEQ ID NO之參照序列至少約80%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%相同之胺基酸序列:4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144、146、148、150、152、154、156、158、160、162、164、166或168。
SEQ ID NO:3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53、55、57、59、61、63、65、67、69、71、73、75、77、79、81、83、85、87、89、91、93、95、97、99、101、103、105、107、109、111、113、115、117、119、121、123、125、127、129、131、133、135、137、139、141、143、145、147、149、151、153、155、157、159、161、163、165或167描述編碼以下SEQ ID NO之轉胺酶多肽之多核苷酸:4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、 64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144、146、148、150、152、154、156、158、160、162、164、166或168。
在本發明固定化轉胺酶之某些實施例中,該轉胺酶係選自由以下組成之群:SEQ ID NO:16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130、132、134、136、138、140、142、144、146、148、150、152、154、156、158、160、162、164、166或168。
在本發明固定化轉胺酶之其他實施例中,該轉胺酶係選自由以下組成之群:SEQ ID NO:80、86、96、98、100、102、110或166。
本發明固定化轉胺酶包括藉由疏水相互作用物理連接至固體支持物或藉由共價鍵化學連接至固體支持物之轉胺酶。
在本發明固定化轉胺酶之某些實施例中,該等固定化轉胺酶包括藉由疏水相互作用物理連接至固體支持物之轉胺酶。適宜的轉胺酶包括疏水性胺基酸或殘基,即包括顯示疏水性大於零(根據Eisenberg等人,1984,J.Mol.Biol. 179:125-142之標準化共識疏水性標度)之至少一個側鏈之胺基酸或殘基。基因編碼型疏水性胺基酸包括L Pro(P)、L Ile(I)、L Phe(F)、L Val(V)、L Leu(L)、L Trp(W)、L Met(M)、L Ala(A)及L Tyr(Y)。在某些實施例中,該等轉胺酶可包括非極性胺基酸或殘基,例如(但不限於)L Gly(G)、L Leu(L)、L Val(V)、L Ile(I)、L Met(M)及L Ala(A)。在其他實施例中,該等轉胺酶可包括脂族胺基酸或殘基,例如(但不限於)L Ala(A)、L Val(V)、L Leu(L)及L Ile(I)。在其他實施例中,該等轉胺酶可包括芳族胺基酸或殘基,例如(但不限於)L Phe(F)、L Tyr(Y)及L Trp(W)。
藉由疏水相互作用物理連接至固體支持物(例如樹脂)之轉胺酶之一適宜實例係SEQ ID NO:102。藉由疏水相互作用物理連接至固體支持物(例如樹脂)之轉胺酶之一適宜實例係SEQ ID NO:110。
在本發明固定化轉胺酶之某些實施例中,包括藉由共價鍵化學連接至固體支持物之轉胺酶。適宜轉胺酶包括酸性或鹼性胺基酸或殘基。酸性胺基酸包括L Glu(E)及L Asp(D)。鹼性胺基酸包括L Arg(R)及L Lys(K)。可化學連接至固體支持物之其他轉胺酶包括包含親水性胺基酸或殘基、含羥基胺基酸或殘基或極性胺基酸或殘基或轉胺酶之轉胺酶。可以化學連接至固體支持物之其他轉胺酶包括包含半胱胺酸之轉胺酶。在一實例中,該轉胺酶含有共價鍵接至含環氧官能基樹脂之L Lys(K)。
藉由共價鍵化學連接至固體支持物(例如樹脂)之轉胺酶 之一適宜實例係SEQ ID NO:102。藉由共價鍵化學連接至固體支持物(例如樹脂)之轉胺酶之一適宜實例係SEQ ID NO:110。
如文中所述,本發明轉胺酶多肽可呈融合多肽形式,其中該等轉胺酶多肽係融合至其他多肽,如(舉例而言且無限制):抗體標記(例如,myc抗原決定基)、純化序列(例如,結合至金屬之His標記)及細胞定位信號(例如,分泌信號))。因此,可使用融合或未融合至其他多肽之轉胺酶多肽。
本發明多肽係不限於基因編碼胺基酸。除該等基因編碼胺基酸之外,本發明多肽可全部或部分由天然生成型及/或合成型非編碼胺基酸組成。本發明多肽可包含的某些常見的非編碼胺基酸包括(但不限於):基因編碼胺基酸之D-立體異構體;2,3-二胺基丙酸(Dpr);α-胺基異丁酸(Aib);ε-胺基己酸(Aha);δ-胺基戊酸(Ava);N-甲基甘胺酸或肌胺酸(MeGly或Sar);鳥胺酸(Orn);瓜胺酸(Cit);第三丁基丙胺酸(Bua);第三丁基甘胺酸(Bug);N-甲基異白胺酸(MeIle);苯基甘胺酸(Phg);環己基丙胺酸(Cha);正白胺酸(Nle);萘基丙胺酸(Nal);2-氯苯丙胺酸(Ocf);3-氯苯丙胺酸(Mcf);4-氯苯丙胺酸(Pcf);2-氟苯丙胺酸(Off);3-氟苯丙胺酸(Mff);4-氟苯丙胺酸(Pff);2-溴苯丙胺酸(Obf);3-溴苯丙胺酸(Mbf);4-溴苯丙胺酸(Pbf);2-甲基苯丙胺酸(Omf);3-甲基苯丙胺酸(Mmf);4-甲基苯丙胺酸(Pmf);2-硝基苯丙胺酸(Onf);3-硝基苯丙胺酸(Mnf);4- 硝基苯丙胺酸(Pnf);2-氰基苯丙胺酸(Ocf);3-氰基苯丙胺酸(Mcf);4-氰基苯丙胺酸(Pcf);2-三氟甲基苯丙胺酸(Otf);3-三氟甲基苯丙胺酸(Mtf);4-三氟甲基苯丙胺酸(Ptf);4-胺基苯丙胺酸(Paf);4-碘苯丙胺酸(Pif);4-胺基甲基苯丙胺酸(Pamf);2,4-二氯苯丙胺酸(Opef);3,4-二氯苯丙胺酸(Mpcf);2,4-二氟苯丙胺酸(Opff);3,4-二氟苯丙胺酸(Mpff);吡啶-2-基丙胺酸(2pAla);吡啶-3-基丙胺酸(3pAla);吡啶-4-基丙胺酸(4pAla);萘-1-基丙胺酸(1nAla);萘-2-基丙胺酸(2nAla);噻唑基丙胺酸(taAla);苯并噻吩基丙胺酸(bAla);噻吩基丙胺酸(tAla);呋喃基丙胺酸(fAla);高苯丙胺酸(hPhe);高酪胺酸(hTyr);高色胺酸(hTrp);五氟苯丙胺酸(5ff);苯乙烯基丙胺酸(sAla);蒽基丙胺酸(aAla);3,3-二苯丙胺酸(Dfa);3-胺基-5-苯基戊酸(Afp);青黴胺(Pen);1,2,3,4-四氫異喹啉-3-羧酸(Tic);ß2-噻吩基丙胺酸(Thi);甲硫胺酸亞碸(Mso);N(w)-硝基精胺酸(nArg);高離胺酸(hLys);膦醯甲基苯丙胺酸(pmPhe);磷酸絲胺酸(pSer);磷酸蘇胺酸(pThr);高天冬胺酸(hAsp);高穀胺酸(hGlu);1-胺基環戊-(2或3)-烯-4-羧酸;2-哌啶甲酸(PA)、氮雜環丁烷-3-羧酸(ACA);1-胺基環戊烷-3-羧酸;烯丙基甘胺酸(aOly);炔丙基甘胺酸(pgGly);高丙胺酸(hAla);正纈胺酸(nVal);高白胺酸(hLeu)、高纈胺酸(hVal);高異白胺酸(hIle);高精胺酸(hArg);N-乙醯精胺酸(AcLys);2,4-二胺基丁酸(Dbu);2,3-二胺基丁酸(Dab);N-甲基纈胺酸(MeVal);高半胱胺 酸(hCys);高絲胺酸(hSer);羥脯胺酸(Hyp)及高脯胺酸(hPro)。熟習此項技術者將明瞭文中所述多肽可包含之其他非編碼胺基酸(參見,例如,Fastman,1989,CRC Practical Handbook of Biochemistry and Molecular Biology,CRC Press,Boca Raton,FL,第3-70頁及其引用的參考文獻(其等全部以引用之方式併入本文中)中提供的各種胺基酸)。此等胺基酸可係L或D構型。
熟習此項技術者將瞭解具有側鏈保護基之胺基酸或殘基亦可構成本發明多肽。該等保護型胺基酸(在此例中屬於芳族類別)之非限制性實例包括(保護基列於圓括號中)(但不限於):Arg(tos)、Cys(甲基苄基)、Cys(硝基吡啶硫基)、Glu(δ-苄酯)、Glu(呫噸基)、Asn(N-δ-呫噸基)、His(bom)、His(苄基)、His(tos)、Lys(fmoc)、Lys(tos)、Ser(O-苄基)、Thr(O-苄基)及Tyr(O-苄基)。
可構成本發明多肽之構象限制型非編碼胺基酸包括(但不限於)N-甲基胺基酸(L構型)、1-胺基環戊-(2或3)-烯-4-羧酸、哌啶甲酸、氮雜環丁烷-3-羧酸、高脯胺酸(hPro)、及1-胺基環戊-3-羧酸。
如上所述,可針對酶之特異性將各種修飾引入天然生成型多肽中以生成工程轉胺酶。
在另一態樣中,本發明提供編碼改良轉胺酶多肽之多核苷酸。該等多核苷酸可操作性連接至一或多個控制基因表現之異源調控序列,以形成可表現轉胺酶多肽之重組多核苷酸。可將含有編碼工程轉胺酶之異源多核苷酸之表現結 構物引入適當的主體細胞中,以表現相應的轉胺酶多肽。
因為已知對應於各類胺基酸之密碼子,所以蛋白質序列之可利用性提供可編碼該主體之所有多核苷酸之描述。遺傳密碼之簡併性(其中相同胺基酸係由替代或同義密碼子編碼)允許獲得極大數量之核酸,其全部編碼本發明改良轉胺酶多肽。因此,熟習此項技術者在已識別特定胺基酸序列之情況下可藉由以不改變該蛋白質胺基酸序列之方式簡單修飾一或多個密碼子之序列來製造多種不同核酸。就此而言,本發明明確涵蓋可藉由選擇基於可能密碼子選擇之組合來製造的多核苷酸之各種可能變型,且所有該等變型應被視為明確地揭示用於任何本發明多肽。
在某些實施例中,該等多核苷酸可經選擇及/或設計以包含經較佳選擇以適合其中生成蛋白質之主體細胞之密碼子。例如,細菌中使用的較佳密碼子係用於在細菌中表現基因;酵母中使用的較佳密碼子係用於在酵母中表現;及哺乳動物中使用的較佳密碼子係用於在哺乳動物細胞中表現。由於無需置換所有密碼子以使轉胺酶之密碼子使用最優化(例如,因為天然序列可具有較佳密碼子且因為並非所有胺基酸均需要使用較佳密碼子),因此編碼轉胺酶多肽之密碼子優化型多核苷酸可在全長編碼區域之約40%、50%、60%、70%、80%或大於90%之密碼子位置含有較佳密碼子。
固體支持物
本發明描述包含轉胺酶以物理或化學連接至固體支持物 之固定化轉胺酶。支持材料可包含廣泛範圍之材料,生物、非生物、有機物、無機物,或此等之任何組合。例如,該支持材料可係聚合Langmuir Blodgett薄膜、官能化玻璃、Si、Ge、GaAs、GaP、SiO2、SiN4、改質矽,或各類凝膠或聚合物(例如,(聚)四氟乙烯、(聚)偏二氟乙烯、聚苯乙烯、交聯聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚乳酸、聚羥乙酸、聚(丙交酯-共-乙交酯)、聚酐、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚矽氧烷、聚合二氧化矽、乳膠、葡聚糖聚合物、環氧樹脂、聚碳酸酯或其組合)中之任一者。支持材料可係平面結晶支持材料,例如基於矽石之支持材料(例如玻璃、石英或類似物),或用於例如半導體及微處理器工業中的結晶支持材料,例如矽、砷化鎵及類似物。二氧化矽氣凝膠亦可用作支持材料且可由此技術中已知之方法製得。氣凝膠支持材料可用作自支持(free standing)基材或另一支持材料之表面塗層。
支持材料可呈任何形式或形狀,且通常係平板、載片、珠粒、丸粒、圓盤、顆粒、束狀、沈澱物、膜、視需要多孔凝膠、薄片、管狀、球狀、容器、毛細管、墊片、切片、薄膜、晶片、多孔板或盤、光學纖維等。雖然支持材料通常係呈無生命形式,但對於某些連接多肽應用(例如流式細胞測量術或原位雜交),其可係任何剛性或半剛性形式。該支持材料可含有凸起或凹陷區域,捕捉探針位於其上。可使用熟知技術蝕刻該支持材料之表面,以提供所需表面特徵(例如溝槽、V型槽、臺式結構或類似結構)。
支持材料之表面可由該支持物內部相同之材料組成或可由不同材料製得,且可由化學或物理方式偶合至該內部支持材料。該等偶合表面可由各類材料組成,例如聚合物、塑膠、樹脂、多醣、二氧化矽或基於二氧化矽之材料、碳、金屬、無機玻璃、膜或任何上述支持材料。在一個實施例中,該表面係光學透明且可具有表面Si-OH官能基(例如發現於二氧化矽表面者)。
玻璃或塑膠顯微鏡載片已普遍用作微列陣分析之固體基質支持物。用於形成微列陣之不透明基質塗佈材料包括尼龍、PVDF(聚偏二氟乙烯)及硝基纖維素。硝基纖維素(使用超過50年之傳統聚合物基質)可用於微列陣連接應用(例如Tonkinson and Stillman,Frontiers in Bioscience 7:c1-12,2002)。不透明硝基纖維素已廣泛用於固定蛋白質及核苷酸以進行生物分子分析。硝基纖維素以接近定量方式固定受關注之分子且允許短期及長期儲存。硝基纖維素亦允許溶液相目標種類有效結合至固定化實體。
固體支持物可具有連接分子可適用之任何適宜組成。其可在塗佈連接/分子多肽之前經預處理或官能化以促進連接分子之結合或用於任何其他所需目的(例如,培養有利於實體之活性或其他所需性質之條件或避免與其他實體之非所欲相互作用)。諸多該等表面處理及/或官能化作用係相關技術中已知且適宜的處理及/或官能化作用之選擇將取決於連接分子/多肽及實體之識別及特徵並取決於附加條件及所需活性。
就本發明固定化轉胺酶而言,該固體支持物係樹脂。可自任何適宜組合物(包括(但不限於)聚甲基丙烯酸酯及苯乙烯/DVB共聚物)製備樹脂。該等樹脂可包括官能基並促進重組轉胺酶共價結合至該樹脂。適宜官能基包括(但不限於)環氧基及胺基環氧基。此外,其他官能基(例如十八烷基)及包含多孔結構之樹脂促進與該重組轉胺酶之疏水相互作用。
在本發明固定化轉胺酶之某些實施例中,該樹脂包含具有環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯、具有胺基環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯/DVB共聚物或具有十八烷基官能基之聚甲基丙烯酸酯。適宜樹脂之實例包括(但不限於)SEPABEADS EC-EP、SEPABEADS EC-HFA/S、SEPABEADS EXA252、SEPABEADS EXE119及SEPABEADS EXE120。
下表包括可用於本發明固定化轉胺酶之適宜樹脂:
在本發明固定化轉胺酶之某些實施例中,該固定化轉胺酶包括藉由疏水相互作用物理連接至該轉胺酶之樹脂。適宜樹脂包括苯乙烯/DVB共聚物或具有十八烷基官能基之聚甲基丙烯酸酯。實例包括(但不限於)SEPABEADS EXA252及SEPABEADS EXE120。
在本發明固定化轉胺酶之其他實施例中,該固定化轉胺酶包括藉由共價鍵化學連接至轉胺酶之樹脂。適宜樹脂包括具有環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯或具有胺基環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯。實例包括(但不限於)SEPABEADS EC-EP、SEPABEADS EC-HFA/S及SEPABEADS EXE119。
在本發明固定化轉胺酶之其他實施例中,該固定化轉胺酶係由物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)之轉胺酶SEQ ID NO:102組成。在本發明固定化轉胺酶之其他實施例中,該固定化轉胺酶係由物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)之轉胺酶SEQ ID NO:110組成。
製備固定化轉胺酶之方法
本發明亦描述製備固定化轉胺酶之方法。在本發明製備固定化轉胺酶之方法之某些實施例中,該方法係以製備該轉胺酶之緩衝液開始。該轉胺酶多肽可利用(例如)由其中表現該多肽之主體細胞提供的磷酸吡哆醛(PLP)作為輔酶,其可在製備時與該酶結合。在某些實施例中,可在表現轉胺酶多肽期間將PLP、PLP類似物或PLP前驅物添加至主體細胞之培養基中。在該方法之某些實施例中,可將PLP或PLP類似物添加至反應中以提供酶活性所需之輔酶。熟習此項技術者可確定足以提供酶活性之PLP量。
在製備固定化轉胺酶之方法之某些實施例中,該轉胺酶溶液可包含約5.0至約9.0之pH。在某些實施例中,該方法之反應條件係約7.5之pH。
該方法另外包含藉由將樹脂添加至該溶液中使該轉胺酶與該樹脂接觸或利用該樹脂培養該轉胺酶。然後攪拌該溶液一段時間(例如過夜)。
在某些實施例中,進行該方法之反應條件可包含約5℃至約70℃之溫度。在某些實施例中,該反應條件約25℃之溫度(室溫)。
一旦該反應完成,則過濾並清洗該固定化轉胺酶。在用緩衝液清洗該固定化轉胺酶後,在本發明方法之某些實施例中,該製劑在用於100%有機溶劑系統中之前係經乾燥。可於真空下利用氮吹掃自該固定化酶樹脂之外表面移除水以乾燥該固定化酶。可在乾燥的同時攪拌該固定化製劑以使該固定化酶床中之水含量均勻並防止該固定化酶製劑之任何部分乾燥過度或不足。亦可藉由用有機溶劑沖洗來乾燥該固定化製劑。過度乾燥可導致活性損失,因為水自連接至該樹脂之酶分子脫除。乾燥不足可導致有機溶劑系統中之質量轉移不足,從而影響所需基質之轉胺作用。
使用固定化轉胺酶之方法
本發明固定化轉胺酶可用於將胺基(NH2)及氫原子自一級胺轉移至受體羰基化合物,以使胺供體轉化成其對應羰基化合物及使該受體轉化成其對應一級胺。該方法包括於胺基供體之存在下,於適宜有機溶劑中及適宜反應條件下,使該受體羰基化合物與本發明固定化轉胺酶接觸,其中該受體羰基化合物轉化成其對應一級胺。
在某些實施例中,該等固定化轉胺酶可用於製備結構式 (I)化合物之方法中: 該化合物具有立體中心經*標記之所示立體化學構型,且相對於相反對映異構體之對映異構體超量係至少70%,其中Z係OR2或NR2R3;R1係C1-8烷基、芳基、雜芳基、芳基-C1-2烷基或雜芳基-C1-2烷基;R2及R3各獨立地係氫、C1-8烷基、芳基、芳基或芳基-C1-2烷基;或R2及R3與其等所連接之氮原子一起形成4至7員雜環系統,其視需要另外含有選自O、S、NH及NC0-4烷基之雜原子,該雜環係未經取代或經1至3個獨立地選自側氧基、羥基、鹵素、C1-4烷氧基及C1-4烷基之取代基取代,其中烷基及烷氧基係未經取代或經1至5個氟原子取代;且該雜環系統係視需要與5至6員飽和或芳族碳環系統或含有1至2個選自O、S及NC0-4烷基之雜原子之5至6員飽和或芳族雜環系統稠合,該稠合環系統係未經取代或經1至2個選自羥基、胺基、氟、C1-4烷基、C1-4烷氧基及三氟甲基之取代基取代。在此等實施例中,該方法包括以下步驟:於胺基供體之存在下,於適宜有機溶劑中及適宜反應條件下,使結構式(II)前對掌性酮: 與固定化轉胺酶多肽接觸,以使式(II)化合物轉化成式(I)化合物。
在該方法之某些實施例中,式(II)中之R1係苄基,其中該苄基之苯基係未經取代或經1至3個選自由氟、三氟甲基及三氟甲氧基組成之群之取代基取代。
在該方法之某些實施例中,式(II)中之Z係NR2R3
在該方法之某些實施例中,式(II)中之NR2R3係結構式(III)之雜環: 其中R4係氫或未經取代或經1至5個氟原子取代之C1-4烷基。
在某些實施例中,該等固定化轉胺酶可用於製備結構式(1)化合物之方法中: 該化合物具有立體中心經***標記之(R)-構型,且對映異構體超量相對於相反(S)-構型對映異構體係至少70%;其中Ar係苯基,其係未經取代或經1至5個獨立地選自由氟、 三氟甲基及三氟甲氧基組成之群之取代基取代;及R4係氫或未經取代或經1至5個氟原子取代之C1-4烷基。在該等實施例中,該方法包括以下步驟:於胺基供體之存在下,於適宜有機溶劑中及適宜反應條件下,使結構式(2)前對掌性酮: 與本發明固定化轉胺酶多肽接觸,以使式(2)化合物轉化成式(1)化合物。
在該方法之某些實施例中,式(2)中之Ar係2,5-二氟苯基或2,4,5-三氟苯基,且R4係三氟甲基。
在該方法之某些實施例中,式(2)中之Ar係2,4,5-三氟苯基。
在某些實施例中,該等轉胺酶可用於製備結構式(1a)化合物(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺(對映異構體超量)之方法中:
在此等實施例中,該方法包括以下步驟:於胺基供體之 存在下,於適宜有機溶劑中及適宜反應條件下,使結構式(2a)之前對掌性酮4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮: 與本發明固定化轉胺酶接觸,以使式(2a)化合物轉化成式(1a)化合物。
在上述方法之某些實施例中,生成至少70%、80%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更高對映異構體超量之式(I)化合物、式(1)化合物或式(1a)化合物。
在該等方法之某些實施例中,生成至少99%對映異構體超量之式(I)化合物、式(1)化合物或式(1a)化合物。
式(II)化合物、式(2)化合物及式(2a)化合物及其合成法係尤其描述於美國專利案第7,326,708號及第7,468,459號中,該等專利案之揭示內容係以全文引用之方式併入本文中。
在某些實施例中,使用本發明固定化轉胺酶之方法包括以下步驟:1)將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮溶解於有機溶劑中;2)於胺基之存在下使4-側氧基-4-[3-(三 氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮與本發明固定化轉胺酶接觸。
本發明描述包含藉由共價鍵或疏水相互作用連接至樹脂之重組轉胺酶之固定化轉胺酶,其中該轉胺酶在有機溶劑中係安定。可用於本發明方法中之適宜的有機溶劑包括此項技術中普遍已知的任何有機溶劑(例如,甲醇、乙醇、THF、DMSO、甲苯、乙酸異丙酯、己烷、丙醇、苯、丙酮、二甲苯、甲基乙基酮、醚及乙酸乙酯)。在本發明方法之某些實例中,該有機溶劑係乙酸異丙酯。
在某些實施例中,該有機溶劑係非水飽和溶劑。在其他實施例中,該有機溶劑係水飽和溶劑。水飽和作用可使該固定化酶保持恆定水濃度並防止該固定化酶在反應過程中進一步乾燥。此可允許在於反應結束後單離該固定化酶並再用於多批料時具有更強的操作安定性。在本發明方法之某些實例中,該有機溶劑係水飽和乙酸異丙酯。
在某些實施例中,該轉胺酶在其中係安定之溶劑係溶劑系統之組分。在使用本發明固定化轉胺酶之方法之某些實施例中,該溶劑系統係100%有機溶劑系統。在其他實施例中,該溶劑系統含有50-60%的有機溶劑。較佳地,該溶劑系統含有60-70%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有70-80%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有80-90%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有90-100%的有機溶劑。在其他實施例中,該溶劑系統含有至少50%的有機溶劑。在其他實施例中,該溶劑系統含有至少55%的有機溶 劑。較佳地,該溶劑系統含有至少60%的有機溶劑。較佳地,該溶劑系統含有至少65%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有至少70%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有至少75%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有至少80%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有至少85%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有至少90%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有至少95%的有機溶劑。更佳地,該溶劑系統含有至少100%的有機溶劑。該溶劑系統可含有超過一種有機溶劑,其中該固定化轉胺酶在該溶劑系統中存在之一種或所有有機溶劑中係安定。
如上所述,該方法中使用的胺基供體可係對掌性胺或非對掌性胺。非對掌性胺基供體之優點係在其反應中不限於特定立體異構體,因此需要更少的胺基供體。可使用各種適宜的胺基供體,其包括(舉例而言且非限制):異丙胺(亦稱為2-胺基丙烷);L、D或DL-丙胺酸;苯丙胺酸;榖胺酸鹽;穀胺醯胺;白胺酸(或任何其他適宜的α-胺基酸);3-胺基丁酸(或任何其他適宜的ß-胺基酸);及甲基苄胺。在某些實施例中,該胺基供體係異丙胺。在某些實施例中,可使用其他胺基供體,尤其包括:α-苯乙胺(亦稱為1-苯基乙胺)及其對映異構體(S)-1-苯乙胺及(R)-1-苯乙胺、2-胺基-4-苯基丁烷、甘胺酸、L-穀胺酸、L-榖胺酸鹽、榖胺酸單鈉、L-天冬胺酸、L-離胺酸、L-鳥胺酸、ß-丙胺酸、牛磺酸、正辛胺、環己胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺、6-胺基己酸、4-胺基丁酸、酪胺及苄胺、2-胺基丁烷、2-胺基-1- 丁醇、1-胺基-1-苯乙烷、1-胺基-1-(2-甲氧基-5-氟苯基)乙烷、1-胺基-1-苯丙烷、1-胺基-1-(4-羥苯基)丙烷、1-胺基-1-(4-溴苯基)丙烷、1-胺基-1-(4-硝基苯基)丙烷、1-苯基-2-胺基丙烷、1-(3-三氟甲基苯基)-2-胺基丙烷、2-胺基丙醇、1-胺基-1-苯基丁烷、1-苯基-2-胺基丁烷、1-(2,5-二甲氧基-4-甲基苯基)-2-胺基丁烷、1-苯基-3-胺基丁烷、1-(4-羥苯基)-3-胺基丁烷、1-胺基-2-甲基環戊烷、1-胺基-3-甲基環戊烷、1-胺基-2-甲基環己烷、1-胺基-1-(2-萘基)乙烷、3-甲基環戊胺、2-甲基環戊胺、2-乙基環戊胺、2-甲基環己胺、3-甲基環己胺、1-胺基四氫化萘、2-胺基四氫化萘、2-胺基-5-甲氧基四氫化萘、及1-胺基茚滿,包括可能的(R)及(S)單一異構體且包括該等胺之所有可能鹽。在本發明方法之某些實例中,該胺供體係異丙胺。
在本發明方法之某些實例中,該固定化轉胺酶係物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)之轉胺酶SEQ ID NO:102。在本發明方法之某些實例中,該固定化轉胺酶係物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)之轉胺酶SEQ ID NO:110。
在上述方法之某些實施例中,可再循環本發明固定化轉胺酶,其中當反應完成時,濾出該等固定化轉胺酶並將其用於後續反應中。因此,本發明之某些方法可另外包括濾出該固定化轉胺酶並用於後續反應中之步驟。
在上述方法之某些實施例中,該方法中之步驟可另外包括移除在胺基轉移至胺基受體時由該胺基供體形成的羰基 副產物。該原位移除可降低逆反應速率,以使正反應為主且因此使更多基質轉化成產物。
可以諸多方式移除羰基副產物。當胺基供體係胺基酸(例如,丙胺酸)時,可藉由與過氧化物反應來移除該羰基副產物(酮酸)(參見(例如)US 2008/0213845,該案以引用之方式併入本文中)。可使用之過氧化物尤其包括過氧化氫、過氧酸(過酸)(例如過乙酸(CH3CO3H)、三氟過乙酸及間氯過氧苯甲酸)、有機過氧化物(例如,第三丁基過氧化物((CH3)COOH))或其他選擇性氧化劑(例如,過釕酸四丙基銨、MnO2、KMnO4、四氧化釕及相關化合物)。或者,可經由利用乳酸脫氫酶使丙酮酸鹽還原成乳酸鹽以使平衡轉向產物胺來實現丙酮酸鹽移除(參見,例如Koszelewski等人,2008,Adv.Syn.Catal.350:2761-2766)。亦可經由利用脫羧酶使丙酮酸鹽脫羧形成二氧化碳及乙醛來實現丙酮酸鹽移除(參見,例如Höhne等人,2008,Chem BioChem 9:363-365)。
在某些實施例中,當所選胺基供體生成蒸氣壓高於水之羰基副產物(例如,低沸副產物,如易揮發有機羰基化合物)時,可藉由用非反應性氣體噴射該反應溶液或藉由施加真空以降低反應壓力並移除氣相中存在的羰基副產物來移除該羰基副產物。該非反應性氣體係不與該等反應組分反應之任何氣體。各種非反應性氣體包括氮及貴族氣體(例如,惰性氣體)。在某些實施例中,該非反應性氣體係氮氣。
在某些實施例中,該方法中使用的胺基酸供體係異丙胺,其在胺基轉移至胺基受體時形成羰基副產物丙酮。可藉由氮氣噴射來移除該丙酮或對該反應溶液施加真空並藉由丙酮捕捉器(例如,冷凝器或其他冷卻槽)自氣相移除該丙酮。或者,可藉由使用酮還原酶還原成異丙醇來移除該丙酮。
在其中移除羰基副產物之上述方法之某些實施例中,可在該轉胺反應期間添加對應的胺基供體以補充胺基供體及/或維持該反應之pH。補充胺基供體亦使平衡轉向副產物形成,由此提高基質對產物之轉化率。因此,在其中胺基供體係異丙胺且原位移除丙酮產物之某些實施例中,可在丙酮移除期間將異丙胺添加至該溶液中以補充損失的胺基供體。或者,在其中使用胺基酸作為胺基供體之實施例中,可藉由使用適當胺基酸脫氫酶使酮酸羰基副產物與氨及NADH反應,使其再循環成胺基酸,由此補充胺基供體。
使用本發明固定化轉胺酶之方法包括分批方法及連續方法。連續方法包括其中使該酮基質與該固定化轉胺酶接觸且其中連續收集產物之方法。實例包括其中將該固定化轉胺酶封裝至管柱中並使該酮基質之溶液通過該管柱。因此,該酮係與該固定化樹脂連續接觸且在其通過該管柱之後收集產物。
在某些實施例中,將酮醯胺基質4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5- 三氟苯基)丁-2-酮轉化成產物(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺之方法包括使該酮醯胺基質4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮溶於乙酸異丙酯中以獲得產物(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺;於約1 M至約2 M異丙胺之存在下及30至50℃溫度之反應條件下,使該酮醯胺基質與本發明固定化轉胺酶接觸,其中至少80%、85%、90%、92%、94%、96%或98%或更多的酮醯胺基質於24小時內轉化成產物。在某些實施例中,可進行前述反應之固定化轉胺酶包括相當於物理或化學連接至樹脂之SEQ ID NO:80、86、96、98、100、102、110或166之胺基酸序列,該樹脂包括SEPABEADS EXE119、SEPABEADS EXE120、SEPABEADS EC-EP、SEPABEADS EC-HFA/S及SEPABEADS EXA252。
在某些實施例中,上述方法可另外包括自反應溶劑單離結構式(I)化合物、結構式(1)化合物或結構式(1a)化合物之步驟。
在某些實施例中,上述方法可另外包括藉由使結構式(1)化合物或結構式(1a)化合物與醫藥上可接受的酸於適宜反應溶劑中接觸以使該化合物轉化成醫藥上可接受的鹽之步驟。在某些實施例中,該醫藥上可接受的酸係磷酸且該醫藥上可接受的鹽係磷酸二氫鹽。在某些實施例中,(2R)- 4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺之鹽係磷酸單水合物鹽,其具有以下化學式:
在某些實施例中,在製備(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺磷酸鹽(1:1)單水合物之方法中,該方法之改良包括以下步驟:於胺基供體之存在下,在適宜有機溶劑中及適宜反應條件下,利用本發明固定化轉胺酶使式(1a)化合物轉化成式(2a)化合物,其中該式(1a)化合物係: 且該式(2a)化合物係:
在製備該磷酸單水合物鹽之某些實施例中,該胺基供體係異丙胺。
製備各種鹽之方法係描述於美國專利案第7,326,708號及第7,468,459號中,其各以引用之方式併入本文中。
實例 實例1-5:轉胺酶之固定化作用
評估如表2中所示之五種不同樹脂。
製備具有1 g/L PLP(5-磷酸吡哆醛)且含於100 mM磷酸鉀緩衝劑(pH 7.5)中之SEQ ID NO:110之25 g/L溶液。於室溫下,使用5 mL酶溶液於振盪器中培養1 g各樹脂過夜。自該轉胺酶溶液濾出該樹脂且用5 mL之100 mM磷酸鉀緩衝劑(pH 7.5)清洗5次。然後在以下轉胺作用中評估相對於凍乾酶製劑之樹脂性能:
與該凍乾酶相比,該等固定化轉胺酶製劑顯示良好的特異性活性。
實例6:SEPABEADS EXE120樹脂乾燥步驟及固定化轉胺酶活性在100%有機溶劑系統中之顯示之評估
於真空下藉由氮氣吹掃來乾燥該固定化酶(SEQ ID NO:110/SEPABEADS EXE120樹脂)以移除該固定化酶樹脂之外表面的水。在乾燥該固定化製劑之同時進行攪拌,以使該固定化酶床中之水分含量均勻並防止該固定化酶製劑之任何部分乾燥過度或不足。將100 mg酮醯胺基質溶解於1 mL水飽和IPAc(乙酸異丙酯)中。將40 μL IPM(異丙胺)添加至該反應溶液中。將100 mg乾燥固定化轉胺酶(SEQ ID NO:110/SEPABEADS EXE120樹脂)添加至該反應中。在熱混合器中,於1000 rpm及50℃下攪拌該反應。歷時70小時獲取樣品並測定轉化率及ee。獲得ee>99.9%之所需胺產物。與在IPAc反應系統中不顯示活性之凍乾游離酶相比,該固定化轉胺酶顯示適當活性。
實例7:於IPAc中製造西他列汀(Sitagliptin)之栓塞流反應(PFR)方法
製備10 mL酮醯胺基質溶液(100 g/L-400 g/L酮,40 μL/mL-160 μL/mL異丙胺/IPAc)。利用IPAc將0.75 g固定化轉胺酶(SEQ ID NO:110/SEPABEADS EXE120樹脂)調成漿液並於重力下填充至管柱中。經由注射器泵將該基質溶液饋送至於50℃下夾套之該管柱中。將流速設定為0.1 mL/h。
在穩定狀態下,於該管柱之出口觀察到對西他列汀胺(ee>99%)之轉化率為85至90%。
<110> 美商默沙東公司
<120> 固定化轉胺酶及製備與使用固定化轉胺酶之方法
<130> MRL-DOB-00066
<140> 101121952
<141> 2012/06/19
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<160> 168
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<210> 1
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<223> ATA117
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<212> PRT
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<223> ATA117之變型
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Claims (11)

  1. 一種固定化轉胺酶,其包含:重組轉胺酶,其為SEQ ID NO:110;及樹脂,其中該重組轉胺酶係連接至該樹脂,且其中該固定化轉胺酶在包含至少90%有機溶劑之溶劑系統中安定。
  2. 如請求項1之固定化轉胺酶,其中該重組轉胺酶係由疏水相互作用連接至樹脂。
  3. 如請求項1之固定化轉胺酶,其中該固定化轉胺酶在包含至少95%有機溶劑之溶劑系統中安定。
  4. 如請求項1之固定化轉胺酶,其中該樹脂包含具有環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯、具有胺基環氧官能基之聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯/DVB共聚物,或具有十八烷基官能基之聚甲基丙烯酸酯。
  5. 如請求項1之固定化轉胺酶,其中該樹脂係選自由以下組成之群:SEPABEADS EC-EP、SEPABEADS EC-HFA/S、SEPABEADS EXA252、SEPABEADS EXE119及SEPABEADS EXE120。
  6. 如請求項2之固定化轉胺酶,其中該樹脂包含苯乙烯/DVB共聚物或具有十八烷基官能基之聚甲基丙烯酸酯。
  7. 如請求項2之固定化轉胺酶,其中該樹脂係選自由SEPABEADS EC-EP、SEPABEADS EC-HFA/S及SEPABEADS EXE119組成之群。
  8. 一種固定化轉胺酶,其包含轉胺酶SEQ ID NO:110以物 理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)。
  9. 一種製備(2R)-4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-胺之方法,其包含以下步驟:1)將4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮溶於有機溶劑中;2)於胺基存在下,使4-側氧基-4-[3-(三氟甲基)-5,6-二氫[1,2,4]三唑并[4,3-α]吡嗪-7(8H)-基]-1-(2,4,5-三氟苯基)丁-2-酮與如請求項1之固定化轉胺酶接觸。
  10. 如請求項9之方法,其中該固定化轉胺酶係轉胺酶SEQ ID NO:110以物理連接至樹脂SEPABEADS EXE120(Mitsubishi)。
  11. 一種製備固定化轉胺酶之方法,其包含:1)轉胺酶溶液與樹脂及酶溶液培育,形成固定化轉胺酶;2)過濾並清洗該固定化轉胺酶;3)乾燥該固定化轉胺酶。
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