JPH0581237B2 - - Google Patents
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- JPH0581237B2 JPH0581237B2 JP63173761A JP17376188A JPH0581237B2 JP H0581237 B2 JPH0581237 B2 JP H0581237B2 JP 63173761 A JP63173761 A JP 63173761A JP 17376188 A JP17376188 A JP 17376188A JP H0581237 B2 JPH0581237 B2 JP H0581237B2
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- strain
- plasmid
- yeast
- pαly1
- reductase
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
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- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、1原子酸素添加活性およびそれに必
要なNADPHからの還元力供給能力を同一分子
内に有する新規な酸化酵素、該酸化酵素をコード
する遺伝子、該遺伝子を含む酵母内発現プラスミ
ドおよび該発現プラスミドにより形質転換された
酵母菌株に関する。
更に詳しくはチトクロムP450(以下、P450と称
する)の有する1原子酸素添加活性および
NADPH−チトクロムP450還元酵素(以下、還
元酵素と称する)の有するNADPHAからの還元
力供給能を同一分子内に有する酸化酵素、該感化
酵素をコードする融合酵素遺伝子、該遺伝子を含
む酵母内発現プラスミドおよび該発現プラスミド
により形質転換された酵母菌株並びに該形質転換
酵母菌株を培養することを特徴とする該酸化酵素
を製造方法に関する。
本発明の背景
P450は微生物から哺乳動物にいたるまで広く
生物界に存在するヘム蛋白質であり、広範囲の脂
溶性化合物を基質として、1原子酸素添加反応を
触媒する。P450の示すこうした広範囲な基質特
異性はP450の分子多様性に起因する。すなわち、
P450には多数の分子種が存在し、各々は基質特
異性の幅が広く、しかも重複しており、広範囲の
脂溶性化合物を基質とすることができる。しかし
ながら、多数のP450に電子を供給する系路は共
通でありミクロソームでは主として、フラビンア
デニンジヌクレオチドとフラビンモノヌクレオチ
ドを分子内に補酵素として含有する還元酵素が
NADPHからの電子を基質を結合したP450へ供
給する。従つて、P450は基質と結合し、還元酵
素と共役することによりはじめて1原子酵素添加
反応を発揮する。
本発明者らはすでにラツトの肝に存在する
P450MCおよびラツト還元酵素の遺伝子を単離
し、酵母を宿主としてこれらの遺伝子を発現さ
せ、1原子酸素添加反応を示す酵素蛋白質を生産
させることに成功した(特開61−88878、特開61
−56702、特願62−019085、特願62−104582)。ま
た、さらに研究を進め、P450MCと還元酵素を同
時に酵母細胞内で発現させることを目的とした
P450MCと還元酵素の同時発現酵母菌株の作製
(特開63−104582)やP450MCと還元酵素の両遺
伝子を接続することにより単一の遺伝子とし、単
一分子内で電子伝達と基質の酸化の両機能を有し
た融合酵素を発現する酵母菌株の作製(特開63−
44888)を実施した。
糖質の代謝を支配し、肝にグリコーゲンを沈着
させる作用を有する糖質(グルコ)コルチコイド
は抗炎症、抗アレルギー作用をも有するので医薬
品として広く用いられる。ヒト体内ではプロゲス
テロン、17−ヒドロキシプロゲステロンを経て生
合成される。コルチコイドは医薬品として高価な
ものが多く、現在は全合成法あるいは発酵法によ
る多段階反応によつて製造されている。本発明者
らはすでにウシの副腎に存在するP45017αの遺伝
子を単離し、酵母を宿主としてこの遺伝子を発現
させ、プロゲステロンから17−ヒドロキシプロゲ
ステロンを製造することに成功した(特願62−
204101)。P45017αは本来、哺乳動物の副腎、睾
丸などに存在し、17位水酸化活性およびC17-20位
側鎖切断活性を有することが既知であり、プロゲ
ステロンから17−ヒドロキシプロゲステロンを経
て、アンドロステンジオン(あるいはプレグネノ
ロンから17−ヒドロキシプレグネノロンを経てデ
ヒドロエピアンドロステンン)を生成する。しか
し、本発明者らが作製したP45017α発現酵母菌株
は、高い17位水酸化活性を示したが、C17-20位側
鎖切断活性は示さず、17−ヒドロキシプロゲステ
ロン(あるいは17−ヒドロキシプレグネノロン)
のみを生成した。これは、ウシの副腎や睾丸など
の細胞と酵母とでは膜の構成成分などの環境因子
が大きく異なりP45017αの存在状態が異なること
によると考えられる。この反応性はプロゲステロ
ンから17−ヒドロキシプロゲステロンを経てグル
ココルチコイドを製造するのに非常に有利であ
る。
発明の構成
今回、本発明者らは、さらに研究を発展させ、
ウシP45017α遺伝子と酵母還元酵素遺伝子(特願
62−325527)を接続させることにより単一の遺伝
子とし、P450の有する1原子酸素添加活性およ
びNADPH−P450還元酵素の有するNADPHか
らの還元力供給能を同一分子内に併せ持つた酸化
酵素をコードする融合酵素遺伝子を構築し、これ
を酵母内発現ベクターに導入し、発現プラスミド
を構築した。
該発現プラスミドを導入した酵母菌株はP450
と酵母還元酵素との融合酵素を産生し、1原子酸
素添加活性を示した。その酸化活性は、P45017α
の単独発現酵母菌株よりも菌体あたりでは約3〜
5倍、P450分子あたりでは約4〜8倍と、酸化
反応プロセスなどへの有用性が高いことが判明し
た。
P45017αのミクロソーム膜への結合、基質の結
合およびヘム結合に関与する領域は、それぞれ、
アミノ末端部分、中央部分およびカルボキシル末
端側のHR2領域であることはすでに推定されて
いる。
一方、酵母還元酵素のミクロソーム膜への結
合、フラビンモノヌクレオチドやフラビンアデニ
ンジヌクレオチド結合およびNADPH結合に関
与する領域はアミノ末端メチオニンを1番とする
とそれぞれ1から50番目まで、50から465番目ま
で、および465から600番目までのアミノ酸である
ことも推定されている。
本発明の融合酵素遺伝子は、P45017α遺伝子の
うち少なくとも基質結合に関与する領域とヘム結
合に関与する領域を含む部分と、酵母還元酵素遺
伝子(特願No.62−325527)のうち少なくともフラ
ビンモノヌクレオチドやフラビンアデニンジヌク
レオチド結合に関与する領域とNADPH結合に
関与する領域を含む部分とをリンカーのより接続
することにより構築することができる。
発現プラスミド構築に用いたP45017αおよび還
元酵素のコーデイング領域に相当するcDNAは、
本発明の技術分野において用いられる常法により
製造することができる。例えば、ウシ副腎P45017
αについて言えば、このcDNAを含むプラスミド
(J.BIOL.CHEM.2612475(1986);特願62−
204101)から常法によりこの遺伝子を取り出すこ
とができる。また、還元酵素遺伝子についても同
様であり、これを含むプラスミドpgCYR(特願62
−305885)から取り出すことが可能である。
本発明の融合酵素を発現する発現プラスミドは
上述の通り構築した融合遺伝子を適当な発現プラ
スミドに常法により挿入し、構築することができ
る。発現プラスミドとしては公知の発現ベクター
を用いることができる。例えば酵母アルコール脱
水素酵素(ADHI)遺伝子のプロモーターおよび
同ターミネーターを保持する酵母発現ベクター
pAAH5(Washington Research Fundationから
入手可能、Methods in Enzymology,101 part
Cp.192−201,Ammererらの方法により製造でき
る。)などを挙げることができるがPGKプロモー
ター、G3PDHプロモーター、GAL10プロモータ
ーを有する発現ベクターなど、宿主内で効率よく
機能するプロモーター、ターミネーターを有する
ものであればよく、特に限定されるものではな
い。また、発現プラスミドの構造も限定されるも
のでなく、酵母内で安定に保持されるものであれ
ばよい。
本発明の融合酵素の発現には、酵母、例えばサ
ツカロミセス・セレビシエAH22株、サツカロミ
セス・セレビシエSHY3株やサツカロミセス・セ
レビシエNA87−11A株などが宿主として好都合
に使用できる。これらの宿主の上記の本発明の融
合遺伝子を含む発現プラスミドによる形質転換は
アルカリ金属(LiCl)を用いる方法、プロトプラ
スト法など公知の方法により行なうことができ
る。
このようにして得られた形質転換酵母を培養す
ることにより本発明の融合酵素を製造することが
できる。
本発明により得られる形質転換酵母の培養は通
常の培養方法により行なうことができる。
以下、実施例に基づき、本発明を詳細に説明す
るが、本発明は実施例に限られるものではなく、
通常、本発明分野で行われている程度の変更を含
むものである。
実施例1 発現プラスミドの構築
図1にプラスミドpαLY1′,pαLY1,pαLY2,
pαLY3,pαLY4,の構造をしめした。P45017α
の遺伝子を〓〓で、還元酵素遺伝子を〓〓で、合
成DNAリンカーを〓〓で示した。各プラスミド
の上側の数字は、アミノ末端Metを1番とした場
合のP45017αのアミノ酸の番号であり、下側の数
字は、還元酵素のアミノ酸の番号である。また▼
は、還元酵素が、パパインにより切断される部位
を表す。還元酵素のこの部位よりアミノ末端側
は、ミクロソーム膜への結合に関与することが推
定されている。全プラスミドとも、P45017α部分
は、その全コーデイング領域を含む。一方、還元
酵素部分は、pαLY4が最も短くパパインによる
切断部位を含まない。このpαLY4のP45017αと
還元酵素との接続部分に合成リンカーを挿入し、
両ドメインが衝突しやすくなることにより、いつ
そう効率よく電子伝達が行われることを目的とし
てpαLY1′,pαLY1,pαLY2,pαLY3,を構築し
た。pαLY3は9アミノ酸分、pαLY1′および
pαLY2は16アミノ酸分、pαLY1′およびpαLY1は
27アミノ酸分pαLY4より長い。以下に、各発現
プラスミドの製造を詳細に説明する。
実施例1−1 発現プラスミドpαLY4の構築
図2にプラスミドpαLY4構築の概要を示した。
〔ステツプ1〕プラスミドpUR(s)の構築
P45017αcDNAのアミノ末端部分を含むプラス
ミドpαNR(H)(特願62−204101)を制限酵素
HphとEcoRで同時に切断した。反応混液を
低融点アガロース電気泳動に供し、P45017αアミ
ノ末端コーデイング領域に相当する約250kbの断
片を回収した。
この断片と合成リンカー:
5′−AGCTTAAAAAAATGTGGCTGCTCCTGGCTGTC
ATTTTTTTACACCGACGAGGACCGACA−5′
(左右両端にそれぞれHind、Hphを有す
る。以下、合成DNAは全てアプライド・バイオ
システム社製380A型シンセサイザーを用いて合
成した。)とをプラスミドpUC19のHind−
EcoR部位に挿入し、目的とするプラスミド
pαN(H)2を得た。こうして得られたプラスミ
ドpαN(H)2と、P45017αのカルボキシル末端
コーデイング領域を含むプラスミドpαC(H)(特
願62−204101)とを制限酵素HindとEcoRで
同時に切断した。反応混液を低融点アガロース電
気泳動に供し、P45017αアミノ末端およびカルボ
キシル末端コーデイング領域に相当するそれぞれ
約285bp,1400bpの断片を回収した。これらの両
断片を酵母発現ベクターpAAHのHind部位に
挿入し、P45017αの単独発現プラスミドpAα2を
得た。得られたプラスミドpAα2を制限酵素Hha
で切断した。反応混液を低融点アガロース電気
泳動に供し、P45017αカルボキシル末端コーデイ
ング領域に相当する約240bpのDNA断片を回収
した。このHha−Hha断片にあらかじめ5′−
末端をリン酸化し、アニーリングを行つた合成リ
ンカーSL1:
5′−CCAGGCCTGGAAGGAAGCCCAGGCTGAGGGG
GCGGTCCGGACCTTCCTTCGGGTCCGACTCCCCAGCT−5
′
(左右両端に、それぞれHha,Sal認識部
位を有する。)を加え、T4 DNAリガーゼにより
反応を行なつた。ついで制限酵素PstとSalで
同時に切断し、反応液にNaClおよびエタノール
を加え、エタノール沈澱を行つた。回収した
P45017αカルボキシル末端コーデイング領域に相
当する約140bpのPst−Sal切断をプラスミド
pUC18のPst,Sal部位にサブクローニング
し、プラスミドpUα−PSを得た。次にプラスミ
ドpAα2を制限酵素HindとPstで同時に切断
し、反応混液を低融点アガロースゲル電気泳動に
供し、P45017αアミノ末端コーデイング領域に相
当する約185bpの断片を回収した。一方、上記プ
ラスミドpUα−PSを制限酵素HindとPstで
同時に切断し、同様の方法で約2.8kbの断片を回
収した。この断片と前述のP45017αアミノ末端コ
ーデイング領域に相当する約185bpの断片とのリ
ガーゼ反応を行なつた。このようにしてプラスミ
ドpUΔαを得た。さらにプラスミドpAα2を制限
酵素Pstで切断し、反応混液を低融点アガロー
スゲル電気泳動に供し、P45017αの中央コーデイ
ング領域に相当する約1200bpの断片を回収した。
この断片を上記プラスミドpUΔαのPst部位に
挿入し、目的とするプラスミドpUα(s)を得た。
〔ステツプ2〕プラスミドpUYR717(B)の構
築
酵母還元酵素cDNAインサートを含むプラスミ
ドpgCYR(特願62−325527)を制限酵素EcoR
で切断した。反応混液を低融点アガロースゲル電
気泳動に供し、還元酵素アミノ末端側コーデイン
グ領域、カルボキシル末端側コーデイング領域に
相当するそれぞれ約410bp,1690bpの断片を回収
した。それぞれの断片をプラスミドpUC19の
EcoR部位にサブクローニングし、アミノ末端
側断片が、挿入されたプラスミドpUYR7とカル
ボキシル末端側断片が挿入されたプラスミド
pUYR17を得た。プラスミドpUYR17を制限酵素
EcoRで部分切断し、市販のHindリンカーを
挿入しプラスミドpUYR17(H)を得た。一方、
上記プラスミドpUYR7を制限酵素EcoRで切断
し、反応混液を低融点アガロースゲル電気泳動に
供し、還元酵素アミノ末端側コーデイング領域に
相当する約410bpの断片を回収した。この断片を
上記プラスミドpUYR17(H)のEcoR部位に挿
入し、プラスミドpUYR717(H)を得た。このプ
ラスミドpUYR717(H)を制限酵素Pvuと
Hindで同時消化した。反応混液を低融点アガ
ロースゲル電気泳動に供し、還元酵素cDNAの約
2.0kb断片を回収した。こうして得られた約2.0kb
のPvu−Hind断片と合成リンカーSL2−1:
5′−GATCCCCCGTCGACCCCAG
GGGGCAGCTGGGGTC−5′
(左右両端にそれぞれBamH,Pvu認識部
位をもち、内にSal認識部位を有する。)をプラ
スミドpUC18のBamH−Hind部位に挿入し、
目的とするプラスミドpUYR717(B)を得た。
〔ステツプ3〕発現プラスミドpαLY4の構築
ステツプ2で得られたプラスミドpUYR717
(B)を制限酵素BstEで部分切断し、さらに制
限酵素Pvuで切断した。このpUYR717(B)の
BstE−Pvu部位に市販のClaリンカーを挿
入しプラスミドpUYR4を得た。ステツプ1で得
られたプラスミドpUα(s)と、上記プラスミド
pUYR4を制限酵素HindとSalで同時に消化
した。反応混液を低融点アガロースゲル電気泳動
に供し、P45017αあるいは還元酵素コーデイング
領域に相当するそれぞれ約1540bp,2020bpの断
片を回収した。得られた両断片を酵母発現ベクタ
ーpAAH5のHind部位に挿入し、目的とするプ
ラスミドpαLY4を得た。
実施例1−2 発現プラスミドpαLY3の構築
図−3に、発現プラスミドpαLY3の概要を示
した。実施例1−1、ステツプ2で得られたプラ
スミドpUα(s)ステツプ2で得られたプラスミ
ドpUYR717(B)を制限酵素HindとSalで同
時に切断した。反応混液を低融点アガロースゲル
電気泳動に供し、P45017αあるいは還元酵素コー
デイング領域に相当するそれぞれ約1540bp,
2050bpの断片を回収した。得られた両断片を酵
母発現ベクターpAAH5のHind部位に挿入し目
的とするプラスミドpαLY3を得た。
実施例1−3 発現プラスミドpαLY2の構築
図4にプラスミドpαLY2の構築の概要を示し
た。実施例1−1、ステツプ2で得られたプラス
ミドpUYR717(H)を制限酵素PvuとHind
で同時に切断した。反応混液を低融点アガロース
ゲル電気泳動に供し、還元酵素cDNAの約2.0kb
断片を回収した。こうして得られた約2.0kbの
Pvu−Hind断片と合成リンカーSL2−2:
5′−TCGACCCCATCCGATGACGGAGATATCACAG
GGGGTAGGCTACTGCCTCTATAGTGTC−5′
(左右両端にそれぞれSal,Pvu認識部位
を有する。)をプラスミドpUC18のSal−Hind
部位に挿入し、目的とするプラスミド
pUYR717(s)を得た。実施例1−1、ステツプ
1で得られたプラスミドpUα(s)、及び上記プラ
スミドpUYR717(s)を制限酵素HindとSal
で同時に切断した。反応混合液を低融点アガロー
スゲル電気泳動に供し、P45017αあるいは還元酵
素コーデイング領域に相当する、それぞれ約
1540bp,2070bpの断片を回収した。得られた両
断片を酵母発現ベクターpAAH5のHind部位に
挿入し、目的とするプラスミドpαLY2を得た。
実施例1−4 発現プラスミドpαLY1′,pαLY1
の構築
図5にプラスミドpαLY1′,pαLY1構築の概要
を示した。実施例1−1、ステツプ2で得られた
プラスミドpUYR717(B)のPvu部位に合成リ
ンカーSL3:
5′−CTGTGATATCTCCGTCATCGGACAGTAGCACGGCAAGCA
GACACTATAGAGGCAGTAGCCTGTCATCGTGCCGTTCGT
CTAGCCCCGCCAGGA
GATCGGGGCGGTCCT−5′
あるいは合成リンカーSL4:
5′−TAAAGAGAAACTCCATCAAGGAACTGCTGATGTCCGAT
ATTTCTCTTTGAGGTAGTTCCTTGACGACTACAGGCTA
GACGGAGATATCACAG
CTGCCTCTATAGTGTC−5′
を挿入しプラスミドpUYR1′あるいはpUYR1を
得た実施例1−1、ステツプ1で得たプラスミド
pUα(s)と上記プラスミドpUYR1′あるいは
pUYR1を制現酵素HindとSalで同時消化し
た。反応混液を低融点アガロースゲル電気泳動に
供し、P45017αあるいは還元酵素コーデイング領
域に相当するそれぞれ約1540bp,2050bp,ある
いは2100bpの断片を回収した。得られた両断片
を酵母発現ベクターpAAH5のHind部位に挿入
し、目的とするプラスミドpαLY1′あるいは
pαLY1を得た。
実施例2 構築したプラスミドによる酵母の形質
転換
サツカロミセス・セレビシエー
(Saccharomyces cerevisiae)AH22株
〔ATCC38626〕を5mlのYPD培地(1%酵母エ
キス、2%ポリペプトン、2%グリコース)中で
30℃で18時間培養したのち、1mlの酵母培養液を
遠心し、集菌した。得られた菌体を0.2M LiCl溶
液1mlで洗浄した後、1M LiCl溶液20μに懸濁
した。これに70%ポリエチレングリコール4000溶
液30μ、プラスミドpαLY1′,pαLY1,pαLY2,
pαLY3あるいはpαLY4溶液10μ(約1μg相当)
を添加して、十分に混合したのち30℃1時間でイ
ンキユベートした。ついで、140μの水を加え、
よく攪拌したのち、この溶液をSD合成培地プレ
ート(2%グルコース、0.67%アミノ酸不含酵母
窒素源、20μg/mlヒスチジン、2%寒天)上に
まき、30℃でインキユベートすることにより、プ
ラスミドpαLY1′,pαLY1,pαLY2,pαLY3およ
びpαLY4を保有する形転換体AH22(pαLY1′),
AH22(pαLY1),AH22(pαLY2),AH22
(pαLY3)およびAH22(pαLY4)をそれぞれ得
た。
実施例3 P45017αと還元酵素の融合蛋白質発現
量の定量
実施例2で得た、AH22(pαLY1′),AH22
(pαLY1),AH22(pαLY2),AH22(pαLY3)お
よびAH22(pαLY4)をSD合成培地(2%グルコ
ース、0.67%アミノ酸不含酵母窒素源、20μg/ml
ヒスチジン)でそれぞれ約2×107細胞/mlまで
培養し、集菌して100mMリ酸カリウムPH7.0で洗
浄したのち100mリン酸カリウムPH7.0、2mlに懸
濁した。2本のキユベツトに菌懸濁液を1mlずつ
分注し、サンプル側キユベツトに一酸化炭素をふ
き込んだのち、両キユベツトにジチオナイト5〜
10mgを添加した。よく、攪拌したのち400〜
500nmの差スペクトルを測定し、Δε=91mM-1cm
−1という値をもとにして、ヘム含有P450量を算
出した。その結果、表1に示すようにAH22
(pαLY1′)株、AH22(pαLY1)株、AH22
(pαLY2)株、AH22(pαLY3)株およびAH22
(pαLY4)株は それぞれ菌体あたり約0.7×105
分子、0.4×105分子、0.9×105分子、0.7×105分
子、および0.9×105分子のヘム含有P450蛋白質を
産生することが判明した。
実施例4 形質転換酵母菌株のプロゲステロン17
位水酸化による17−ヒドロキシプロゲステロン
生成量の測定
SD合成培地で約0.7×107細胞/mlまで培養し
た形質転換酵母AH22(pαLY1′)株、AH22
(pαLY1)株、AH22(pαLY2)株、AH22
(pαLY3)、AH22(pαLY4)株およびAH22
(pAAH5)株とP45017αのみを産生したAH22
(pAα1)株(特願62−204101)の培養液中にそれ
ぞれ3μCiの〔3H〕−プロゲステロンを含む1mM
プロゲステロン−エタノール溶液を基質濃度が最
終的に10μMとなるように添加した。30℃で振盪
培養し、0,1,2,6時間後に1mlずつ分取し
遠心分離して得た上清0.8mlに2mlジクロロメタ
ンを添加し、激しく攪拌した。遠心分離後、ジク
ロロメタン層1mlを乾燥させ、残渣を0.5mMプ
ロゲステロン、0.5mM17−ヒドロキシプロゲス
テロン、0.5mMアンドロステンジオンを含むエ
タノール−酢酸エチル等容量溶液20μに溶解
し、10μを薄層プレートにアプライした。25%
酢酸エチルを含むクロロホルム溶液により、室温
で50分間展開した後、紫外線を照射し、プロゲス
テロン、17−ヒドロキシプロゲステロン、アンド
ロステンジオンの位置に相当する薄層ゲル部分を
かきとり、液体シンチレーシヨンカウンターによ
り放射活性を測定した。
その結果、形質転換酵母AH22(pαLY1′)株、
AH22(pαLY1)株、AH22(pαLY2)株、AH22
(pαLY3)株およびAH22(pαLY4)株で6時間
後に、それぞれ88%,86%,89%,90%および89
%のプロゲステロンが17−ヒドロキシプロゲステ
ロンに変換したことがわかつた(図6)。一方、
コントロールに用いたAH22(pAAH5)株では活
性は認められなかつた。またC17-20位側鎖切断活
性によるアンドロステンジオンの生成は全ての株
で認められなかつた。
基質添加後1時間での17−ヒドロキシプロゲス
テロンへの変換率をもとに各種形質転換株の菌体
当たりの17−ヒドロキシプロゲステロン生産量を
算出した。P45017αのみを生産しているAH22
(pAα1)株(特願62204101)を1とした場合、融
合酵素を産生しているAH22(pαLY1′)株、
AH22(pαLY1)株、AH22(pαLY2)株、AH22
(pαLY3)株およびAH22(pαLY4)株では、そ
れぞれ4.7,3.2,5.0,4.7,および3.2と増加して
いた。
なお、本発明の融合酵素系における水酸化活性
と従来の単なる混合酵素系における水酸化活性の
比較のために用いた菌体は、P45017αのみを生産
しているAH22(pAα1)株であり、該酵母株には
内在性の酵母還元酵素がもともと存在している。
その量は0.3X105分子/細胞である。すなわち、
AH22(pAα1)株は、1.0X105分子/細胞の割合
でP45017αと0.3X105分子/細胞の割合で還元酵
素を単なる混合状態で有する形質転換酵母株であ
る。
以上の結果から、P45017αと還元酵素の融合酵
素を用いる酵素融合系はP45017αと還元酵素の単
なる酵素混合系の場合に比べてより効率よく電子
伝達系を構成し、高い1原子酸素添加の反応を示
すことが明らかになつた。
さらに、代謝回転速度(表1記載のヘム含有
P450蛋白質含量あたりの17位水酸化活性)に関
して、表1のデータに基づき計算すると、AH22
(pαLY1′),AH22(pαLY1),AH22(pαLY2),
AH22(pαLY3)は各々6.7,8.0,5.6,6.7であり、
その値が比較のための単なる酵素混合系の値1.0
に比べて極めて高いことが明確になる。また、上
記の試験と同様に、代謝回転速度に関して本発明
の融合酵素系における水酸化活性と他の混合酵素
系(非融合のままの状態で、P45017αと外来の酵
母還元酵素を独立して存在する単なる酵素混合
系)の比較においてもすぐれた効果を示した。従
つて、これらの融合酵素は非常に高い能力を有す
ることが明らかとなつた。
発明の効果
本発明によつて得られた形質転換酵母菌株はヘ
ムを含有し、1原子酸素添加活性を有する、
P45017αと還元酵素との融合酵素を産生した。本
発明の酵母菌株はその培養液中にプロゲステロン
を添加し、インキユベートすることによつて17−
ヒドロキシプロゲステロンを生産した。この際、
基質転換後6時間後転換率は、約90%と非常に高
く生成物である17−ヒドロキシプロゲステロンの
ほとんどが培地中に分泌される。従つて、遠心分
離や濾過、適当な吸着剤などを使用することによ
り、容易に17−ヒドロキシプロゲステロンを回収
することが可能である。一方、酵母菌体は再使用
が可能である。さらに本発明の酵母菌株はC17-20
位側鎖切断活性は持ち合わせていないので、医薬
品として高価なグルココルチコイドを製造するの
に非常に好都合である。従つて本発明の酵母菌株
を医薬品として有用である前述ステロイド類合成
のためのバイオリアクターとして用いれば、現在
行われている、発酵と合成を組み合わせた多段階
反応による製造をより単純化することが可能とな
る。
【表】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a novel oxidase that has monoatomic oxygenation activity and the ability to supply reducing power from NADPH necessary for it in the same molecule, and a gene encoding the oxidase. , relates to an expression plasmid in yeast containing the gene and a yeast strain transformed with the expression plasmid. More specifically, the monoatomic oxygenation activity of cytochrome P450 (hereinafter referred to as P450) and
NADPH - an oxidizing enzyme that has the ability to supply reducing power from NADPHA possessed by cytochrome P450 reductase (hereinafter referred to as reductase) in the same molecule, a fused enzyme gene encoding the sensitizing enzyme, and a yeast expression plasmid containing the gene. The present invention also relates to a yeast strain transformed with the expression plasmid and a method for producing the oxidase, which comprises culturing the transformed yeast strain. BACKGROUND OF THE INVENTION P450 is a heme protein that exists widely in the living world, from microorganisms to mammals, and catalyzes monoatomic oxygenation reactions using a wide range of fat-soluble compounds as substrates. This broad substrate specificity exhibited by P450s is due to their molecular diversity. That is,
There are many molecular species of P450, each of which has a wide and overlapping substrate specificity, and can use a wide range of lipid-soluble compounds as substrates. However, the pathway that supplies electrons to many P450s is common, and in microsomes, reductases containing flavin adenine dinucleotide and flavin mononucleotide as coenzymes are mainly used.
Provides electrons from NADPH to P450 bound to substrate. Therefore, P450 exhibits a single-atom enzyme addition reaction only by binding to a substrate and conjugating with a reductase. The inventors have already discovered that
We isolated the genes for P450MC and rat reductase, expressed these genes using yeast as a host, and succeeded in producing an enzyme protein that exhibits a monoatomic oxygenation reaction (JP-A No. 61-88878, JP-A-61
-56702, patent application 62-019085, patent application 62-104582). In addition, we conducted further research with the aim of simultaneously expressing P450MC and reductase in yeast cells.
By creating a yeast strain that co-expresses P450MC and reductase (Japanese Patent Application Laid-open No. 63-104582), and by connecting both P450MC and reductase genes into a single gene, both electron transfer and substrate oxidation can be performed within a single molecule. Preparation of a yeast strain expressing a functional fusion enzyme (JP-A-63-
44888) was implemented. Glucocorticoids, which control carbohydrate metabolism and have the effect of depositing glycogen in the liver, are widely used as pharmaceuticals because they also have anti-inflammatory and anti-allergic effects. In the human body, it is biosynthesized through progesterone and 17-hydroxyprogesterone. Corticoids are often expensive as pharmaceuticals, and are currently produced by multi-step reactions using total synthesis or fermentation methods. The present inventors have already isolated the gene for P450 17α present in the adrenal glands of bovines, expressed this gene using yeast as a host, and succeeded in producing 17-hydroxyprogesterone from progesterone (Patent Application No.
204101). P450 17α originally exists in the adrenal glands and testicles of mammals, and is known to have hydroxylation activity at position 17 and side chain cleavage activity at positions C17-20 . Produces stenedione (or dehydroepiandrostene from pregnenolone via 17-hydroxypregnenolone). However, the P450 17α -expressing yeast strain produced by the present inventors showed a high hydroxylation activity at the 17-position, but no side chain cleavage activity at the C 17-20 positions, indicating that 17-hydroxyprogesterone (or 17-hydroxyprogesterone) pregnenolone)
only generated. This is thought to be due to the fact that environmental factors such as membrane components differ greatly between cells such as bovine adrenal glands and testicles and yeast, and the presence state of P450 17 α differs. This reactivity is very advantageous for producing glucocorticoids from progesterone via 17-hydroxyprogesterone. Structure of the invention This time, the inventors further developed their research and
Bovine P450 17 α gene and yeast reductase gene (patent application)
62-325527) into a single gene, which encodes an oxidase that has both the 1-atom oxygenation activity of P450 and the ability to supply reducing power from NADPH of NADPH-P450 reductase in the same molecule. A fusion enzyme gene was constructed and introduced into a yeast expression vector to construct an expression plasmid. The yeast strain into which the expression plasmid was introduced is P450
A fusion enzyme of yeast reductase and yeast reductase was produced and showed monoatomic oxygenation activity. Its oxidative activity is P450 17 α
Approximately 3~3% per bacterial cell compared to yeast strains expressing
5 times, and about 4 to 8 times per P450 molecule, indicating that it is highly useful for oxidation reaction processes. The regions involved in P450 17α binding to microsomal membranes, substrate binding, and heme binding are, respectively,
It has already been predicted that the amino-terminal, central, and carboxyl-terminal HR2 regions. On the other hand, the regions involved in yeast reductase binding to microsomal membranes, flavin mononucleotide and flavin adenine dinucleotide binding, and NADPH binding range from positions 1 to 50 and positions 50 to 465, respectively, assuming the amino terminal methionine as number 1. It is also estimated that it is the 465th to 600th amino acid. The fusion enzyme gene of the present invention comprises a portion of the P450 17 α gene containing at least a region involved in substrate binding and a region involved in heme binding, and at least a portion of the yeast reductase gene (Patent Application No. 62-325527) containing flavin It can be constructed by connecting a region involved in mononucleotide or flavin adenine dinucleotide binding with a region including a region involved in NADPH binding with a linker. The cDNA corresponding to the coding region of P450 17 α and reductase used to construct the expression plasmid was
It can be produced by a conventional method used in the technical field of the present invention. For example, bovine adrenal P450 17
Regarding α, a plasmid containing this cDNA (J.BIOL.CHEM.2612475 (1986); Patent Application No. 62-
204101) by conventional methods. The same applies to the reductase gene, and the plasmid pgCYR (patent application 62
-305885). An expression plasmid that expresses the fusion enzyme of the present invention can be constructed by inserting the fusion gene constructed as described above into an appropriate expression plasmid using a conventional method. As the expression plasmid, a known expression vector can be used. For example, a yeast expression vector carrying the yeast alcohol dehydrogenase (ADHI) gene promoter and terminator
pAAH5 (available from Washington Research Foundation, Methods in Enzymology, 101 part
Cp.192-201, can be produced by the method of Ammerer et al. ), but there are no particular limitations as long as the expression vector has a promoter and terminator that function efficiently in the host, such as an expression vector having a PGK promoter, G3PDH promoter, or GAL10 promoter. Furthermore, the structure of the expression plasmid is not limited as long as it can be stably maintained in yeast. For expression of the fusion enzyme of the present invention, yeast such as S. cerevisiae strain AH22, S. cerevisiae SHY3 strain, and S. cerevisiae NA87-11A strain can be conveniently used as hosts. Transformation of these hosts with the expression plasmid containing the above-mentioned fusion gene of the present invention can be carried out by known methods such as a method using an alkali metal (LiCl) and a protoplast method. The fusion enzyme of the present invention can be produced by culturing the transformed yeast thus obtained. The transformed yeast obtained according to the present invention can be cultured by conventional culture methods. Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on Examples, but the present invention is not limited to the Examples.
It is intended to include modifications to the extent that normally occur in the art. Example 1 Construction of expression plasmids Figure 1 shows plasmids pαLY1′, pαLY1, pαLY2,
The structures of pαLY3 and pαLY4 are shown. P450 17α
The gene is shown as 〓〓, the reductase gene is shown as 〓〓, and the synthetic DNA linker is shown as 〓〓. The number on the top of each plasmid is the amino acid number of P450 17 α when the amino terminal Met is numbered 1, and the number on the bottom is the amino acid number of the reductase. Also▼
represents the site where the reductase is cleaved by papain. It is presumed that the amino terminal side of this site of the reductase is involved in binding to the microsomal membrane. For all plasmids, the P450 17 α portion contains its entire coding region. On the other hand, among the reductase parts, pαLY4 is the shortest and does not contain a papain cleavage site. A synthetic linker was inserted into the connection between the P450 17 α of pαLY4 and the reductase,
pαLY1′, pαLY1, pαLY2, and pαLY3 were constructed with the aim of facilitating efficient electron transfer by allowing both domains to easily collide. pαLY3 consists of 9 amino acids, pαLY1′ and
pαLY2 is 16 amino acids, pαLY1′ and pαLY1 are
27 amino acids longer than pαLY4. The production of each expression plasmid will be explained in detail below. Example 1-1 Construction of expression plasmid pαLY4 Figure 2 shows an outline of the construction of plasmid pαLY4. [Step 1] Construction of plasmid pUR(s) Plasmid pαNR(H) (patent application 62-204101) containing the amino terminal part of P450 17 αcDNA is
It was simultaneously cleaved with Hph and EcoR. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose electrophoresis, and an approximately 250 kb fragment corresponding to the P450 17 α-amino terminal coding region was recovered. This fragment and a synthetic linker: 5'-AGCTTAAAAAAATGTGGCTGCTCCTGGCTGTC ATTTTTTTACACCGACGAGGACCGACA-5' (Hind and Hph are present at both left and right ends, respectively. All synthetic DNAs hereinafter were synthesized using Applied Biosystems Model 380A synthesizer.) were combined into a plasmid. Hind− of pUC19
Insert into EcoR site and target plasmid
pαN(H)2 was obtained. Plasmid pαN(H)2 thus obtained and plasmid pαC(H) (Japanese Patent Application No. 62-204101) containing the carboxyl terminal coding region of P450 17α were simultaneously digested with restriction enzymes Hind and EcoR. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose electrophoresis, and fragments of approximately 285 bp and 1400 bp corresponding to the P450 17 α-amino terminal and carboxyl terminal coding regions, respectively, were recovered. Both of these fragments were inserted into the Hind site of the yeast expression vector pAAH to obtain a plasmid pAα2 for expressing P450 17α alone. The resulting plasmid pAα2 was digested with the restriction enzyme Hha
I cut it with. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose electrophoresis, and a DNA fragment of about 240 bp corresponding to the P450 17 α carboxyl terminal coding region was recovered. This Hha−Hha fragment has 5′-
Synthetic linker SL1 with terminal phosphorylation and annealing: 5′-CCAGGCCTGGAAGGAAGCCCAGGCTGAGGGG GCGGTCCGGACCTTCCTTCGGGTCCGACTCCCCAGCT-5
′ (having Hha and Sal recognition sites at both left and right ends, respectively) was added, and a reaction was performed with T4 DNA ligase. Then, it was simultaneously digested with restriction enzymes Pst and Sal, and NaCl and ethanol were added to the reaction solution to perform ethanol precipitation. collected
P450 17 Plasmid Pst-Sal cleavage of approximately 140 bp corresponding to the α-carboxyl-terminal coding region
It was subcloned into the Pst and Sal sites of pUC18 to obtain plasmid pUα-PS. Next, plasmid pAα2 was simultaneously digested with restriction enzymes Hind and Pst, and the reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis to recover an approximately 185 bp fragment corresponding to the P450 17 α amino-terminal coding region. On the other hand, the above plasmid pUα-PS was simultaneously digested with restriction enzymes Hind and Pst, and a fragment of approximately 2.8 kb was recovered in the same manner. A ligase reaction was performed between this fragment and the approximately 185 bp fragment corresponding to the P450 17 α-amino terminal coding region described above. Plasmid pUΔα was thus obtained. Furthermore, plasmid pAα2 was cut with the restriction enzyme Pst, and the reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis, and a fragment of approximately 1200 bp corresponding to the central coding region of P450 17α was recovered.
This fragment was inserted into the Pst site of the above plasmid pUΔα to obtain the target plasmid pUα(s). [Step 2] Construction of plasmid pUYR717 (B) Plasmid pgCYR (patent application 62-325527) containing yeast reductase cDNA insert was digested with restriction enzyme EcoR.
I cut it with. The reaction mixture was subjected to low-melting-point agarose gel electrophoresis, and fragments of approximately 410 bp and 1690 bp corresponding to the amino-terminal and carboxyl-terminal coding regions of the reductase were recovered, respectively. Each fragment of plasmid pUC19
Plasmid pUYR7, in which the amino-terminal fragment was subcloned into the EcoR site, and a plasmid in which the carboxyl-terminal fragment was inserted.
pUYR17 was obtained. Restriction enzyme plasmid pUYR17
It was partially digested with EcoR and a commercially available Hind linker was inserted to obtain plasmid pUYR17 (H). on the other hand,
The above plasmid pUYR7 was cleaved with the restriction enzyme EcoR, and the reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis to recover an approximately 410 bp fragment corresponding to the amino-terminal coding region of the reductase. This fragment was inserted into the EcoR site of the above plasmid pUYR17 (H) to obtain plasmid pUYR717 (H). This plasmid pUYR717 (H) was combined with the restriction enzyme Pvu.
Co-digested with Hind. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis, and approximately
A 2.0kb fragment was recovered. Approximately 2.0kb obtained in this way
Pvu-Hind fragment and synthetic linker SL2-1: 5'-GATCCCCCGTCGACCCCAG GGGGCAGCTGGGGTC-5' (has BamH and Pvu recognition sites at both left and right ends, and Sal recognition site inside) was inserted into the BamH-Hind site of plasmid pUC18. Insert it into
The target plasmid pUYR717 (B) was obtained. [Step 3] Construction of expression plasmid pαLY4 Plasmid pUYR717 obtained in Step 2
(B) was partially digested with restriction enzyme BstE, and further digested with restriction enzyme Pvu. This pUYR717 (B)
A commercially available Cla linker was inserted into the BstE-Pvu site to obtain plasmid pUYR4. Plasmid pUα(s) obtained in step 1 and the above plasmid
pUYR4 was simultaneously digested with restriction enzymes Hind and Sal. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis, and fragments of approximately 1540 bp and 2020 bp corresponding to the P450 17 α or reductase coding region were recovered, respectively. Both obtained fragments were inserted into the Hind site of yeast expression vector pAAH5 to obtain the target plasmid pαLY4. Example 1-2 Construction of expression plasmid pαLY3 Figure 3 shows an outline of the expression plasmid pαLY3. The plasmid pUα(s) obtained in Step 2 of Example 1-1 and the plasmid pUYR717(B) obtained in Step 2 were simultaneously digested with restriction enzymes Hind and Sal. The reaction mixture was subjected to low-melting-point agarose gel electrophoresis to detect approximately 1540 bp and 1,540 bp, respectively, corresponding to P450 17 α or reductase coding region.
A 2050bp fragment was recovered. Both obtained fragments were inserted into the Hind site of yeast expression vector pAAH5 to obtain the target plasmid pαLY3. Example 1-3 Construction of expression plasmid pαLY2 Figure 4 shows an outline of the construction of plasmid pαLY2. Plasmid pUYR717 (H) obtained in Example 1-1, Step 2 was digested with restriction enzyme Pvu and Hind.
disconnected at the same time. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis, and approximately 2.0kb of reductase cDNA was detected.
Fragments were recovered. The approximately 2.0kb obtained in this way
Pvu-Hind fragment and synthetic linker SL2-2: 5'-TCGACCCCATCCGATGACGGAGATATCACAG GGGGTAGGCTACTGCCTCTATAGTGTC-5' (having Sal and Pvu recognition sites at both left and right ends, respectively) was added to Sal-Hind of plasmid pUC18.
Insert into the desired plasmid
pUYR717(s) was obtained. The plasmid pUα(s) obtained in Example 1-1, Step 1, and the above plasmid pUYR717(s) were treated with restriction enzymes Hind and Sal.
disconnected at the same time. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis to detect approximately
Fragments of 1540bp and 2070bp were recovered. Both obtained fragments were inserted into the Hind site of yeast expression vector pAAH5 to obtain the target plasmid pαLY2. Example 1-4 Expression plasmid pαLY1′, pαLY1
Construction of plasmids pαLY1' and pαLY1 construction is shown in Figure 5. Synthetic linker SL3: 5'-CTGTGATATCTCCGTCATCGGACAGTAGCACGGCAAGCA GACACTATAGAGGCAGTAGCCTGTCATCGTGCCGTTCGT CTAGCCCCGCCAGGA GATCGGGGCGGTCCT-5' or synthetic linker SL4: 5'-TAAAGAGAAACTCCATCAAGGAACTG CTGATGTCCGAT ATTTCTCTTTGAGGTAGTTCCTTGACGACTACAGGCTA GACGGAGATATCACAG CTGCCTCTATAGTGTC−5′ Example 1-1, in which plasmid pUYR1' or pUYR1 was obtained by inserting the plasmid obtained in step 1
pUα(s) and the above plasmid pUYR1′ or
pUYR1 was co-digested with the expression enzymes Hind and Sal. The reaction mixture was subjected to low melting point agarose gel electrophoresis, and fragments of approximately 1540 bp, 2050 bp, or 2100 bp corresponding to the P450 17 α or reductase coding region were recovered. Both obtained fragments were inserted into the Hind site of the yeast expression vector pAAH5, and the target plasmid pαLY1′ or
pαLY1 was obtained. Example 2 Transformation of yeast using the constructed plasmid Saccharomyces cerevisiae strain AH22 [ATCC38626] was grown in 5 ml of YPD medium (1% yeast extract, 2% polypeptone, 2% glycose).
After culturing at 30°C for 18 hours, 1 ml of the yeast culture solution was centrifuged to collect the bacteria. The obtained bacterial cells were washed with 1 ml of 0.2M LiCl solution and then suspended in 20μ of 1M LiCl solution. Add 30μ of 70% polyethylene glycol 4000 solution, plasmids pαLY1′, pαLY1, pαLY2,
10μ of pαLY3 or pαLY4 solution (equivalent to approximately 1μg)
was added, thoroughly mixed, and then incubated at 30°C for 1 hour. Next, add 140μ of water,
After stirring well, this solution was spread on an SD synthetic medium plate (2% glucose, 0.67% amino acid-free yeast nitrogen source, 20 μg/ml histidine, 2% agar) and incubated at 30°C to generate plasmid pαLY1′. , pαLY1, pαLY2, pαLY3 and pαLY4 transformant AH22 (pαLY1′),
AH22 (pαLY1), AH22 (pαLY2), AH22
(pαLY3) and AH22 (pαLY4) were obtained, respectively. Example 3 Quantification of expression level of fusion protein of P450 17 α and reductase AH22 (pαLY1′), AH22 obtained in Example 2
(pαLY1), AH22 (pαLY2), AH22 (pαLY3) and AH22 (pαLY4) in SD synthetic medium (2% glucose, 0.67% amino acid-free yeast nitrogen source, 20 μg/ml)
Histidine) to about 2 x 10 7 cells/ml, harvested the cells, washed with 100mM potassium phosphate PH7.0, and suspended in 2ml of 100mM potassium phosphate PH7.0. Dispense 1 ml of the bacterial suspension into two cuvettes, blow carbon monoxide into the sample-side cuvette, and add 5 to 50% dithionite to both cuvettes.
10 mg was added. After stirring well, add 400~
Measure the difference spectrum at 500nm, Δε=91mM -1 cm
Based on the value -1 , the heme-containing P450 amount was calculated. As a result, as shown in Table 1, AH22
(pαLY1′) strain, AH22 (pαLY1) strain, AH22
(pαLY2) strain, AH22 (pαLY3) strain and AH22
(pαLY4) strain is approximately 0.7×10 5 per bacterial cell.
molecule, 0.4×10 5 molecules, 0.9×10 5 molecules, 0.7×10 5 molecules, and 0.9×10 5 molecules of heme-containing P450 protein. Example 4 Progesterone 17 of transformed yeast strain
Measurement of the amount of 17-hydroxyprogesterone produced by position hydroxylation Transformed yeast AH22 (pαLY1′) strain cultured in SD synthetic medium to approximately 0.7×10 7 cells/ml, AH22
(pαLY1) strain, AH22 (pαLY2) strain, AH22
(pαLY3), AH22 (pαLY4) strain and AH22
(pAAH5) strain and AH22 that produced only P450 17 α
(pAα1) strain (patent application 62-204101) containing 1mM each containing 3μCi of [ 3H ]-progesterone.
A progesterone-ethanol solution was added so that the final substrate concentration was 10 μM. Culture was carried out with shaking at 30°C, and after 0, 1, 2, and 6 hours, 1 ml aliquots were collected and centrifuged. To 0.8 ml of the supernatant obtained, 2 ml of dichloromethane was added, and the mixture was vigorously stirred. After centrifugation, 1 ml of the dichloromethane layer was dried, the residue was dissolved in 20μ of an equal volume solution of ethanol-ethyl acetate containing 0.5mM progesterone, 0.5mM 17-hydroxyprogesterone, and 0.5mM androstenedione, and 10μ was applied to a thin layer plate. . twenty five%
After developing with a chloroform solution containing ethyl acetate for 50 minutes at room temperature, irradiation with ultraviolet rays, scraping off the thin gel portion corresponding to the positions of progesterone, 17-hydroxyprogesterone, and androstenedione, and measuring the radioactivity using a liquid scintillation counter. was measured. As a result, the transformed yeast AH22 (pαLY1′) strain,
AH22 (pαLY1) strain, AH22 (pαLY2) strain, AH22
(pαLY3) strain and AH22 (pαLY4) strain after 6 hours, 88%, 86%, 89%, 90% and 89%, respectively.
It was found that % of progesterone was converted to 17-hydroxyprogesterone (Figure 6). on the other hand,
No activity was observed in the AH22 (pAAH5) strain used as a control. In addition, the production of androstenedione due to C17-20 side chain cleavage activity was not observed in any of the strains. The amount of 17-hydroxyprogesterone produced per cell of each transformed strain was calculated based on the conversion rate to 17-hydroxyprogesterone one hour after addition of the substrate. AH22 producing only P450 17 α
(pAα1) strain (patent application 62204101) is set as 1, AH22 (pαLY1′) strain producing the fusion enzyme,
AH22 (pαLY1) strain, AH22 (pαLY2) strain, AH22
(pαLY3) strain and AH22 (pαLY4) strain, the increase was 4.7, 3.2, 5.0, 4.7, and 3.2, respectively. The bacterial cell used to compare the hydroxylation activity in the fusion enzyme system of the present invention and the hydroxylation activity in a conventional mixed enzyme system was the AH22 (pAα1) strain, which only produces P450 17 α. , endogenous yeast reductase is originally present in the yeast strain.
The amount is 0.3X10 5 molecules/cell. That is,
The AH22 (pAα1) strain is a transformed yeast strain having a simple mixture of P450 17 α at a rate of 1.0×10 5 molecules/cell and reductase at a rate of 0.3×10 5 molecules/cell. From the above results, the enzyme fusion system using a fused enzyme of P450 17 α and reductase constitutes an electron transport system more efficiently than a simple enzyme mixed system of P450 17 α and reductase, and has a high uniatomic oxygen content. It has become clear that this reaction shows an addition reaction. Furthermore, the turnover rate (heme content listed in Table 1)
Regarding the hydroxylation activity at position 17 per P450 protein content, calculated based on the data in Table 1, AH22
(pαLY1′), AH22 (pαLY1), AH22 (pαLY2),
AH22 (pαLY3) is 6.7, 8.0, 5.6, 6.7, respectively,
The value is 1.0 for a simple enzyme mixture system for comparison.
It is clear that this is extremely high compared to . In addition, similar to the above test, the hydroxylation activity of the fusion enzyme system of the present invention and other mixed enzyme systems (in the unfused state, P450 17 α and exogenous yeast reductase are independent of each other) regarding the turnover rate. It also showed excellent effects in comparison with simple enzyme mixed systems (which exist in many countries). Therefore, it has become clear that these fusion enzymes have extremely high potency. Effects of the Invention The transformed yeast strain obtained by the present invention contains heme and has monoatomic oxygenation activity.
A fusion enzyme of P450 17 α and reductase was produced. The yeast strain of the present invention can be produced by adding progesterone to the culture solution and incubating it.
produced hydroxyprogesterone. On this occasion,
Six hours after substrate conversion, the conversion rate is very high, approximately 90%, and most of the product 17-hydroxyprogesterone is secreted into the medium. Therefore, 17-hydroxyprogesterone can be easily recovered by centrifugation, filtration, using an appropriate adsorbent, etc. On the other hand, yeast cells can be reused. Furthermore, the yeast strain of the present invention has a C 17-20
Since it does not have side chain cleavage activity, it is very convenient for producing glucocorticoids that are expensive as pharmaceuticals. Therefore, if the yeast strain of the present invention is used as a bioreactor for synthesizing the aforementioned steroids that are useful as pharmaceuticals, it will be possible to further simplify the current production by a multi-step reaction that combines fermentation and synthesis. It becomes possible. 【table】
図−1は、本発明のプラスミドの構造とプラス
ミドがコードする融合酵素のアミノ酸数をしめ
す。〓〓はP45017αコーデイング領域、〓〓は還
元酵素コーデイング領域、〓〓、〓〓は合成リン
カーを示す。▼は還元酵素がパパインにより切断
される部位を表す。各プラスミド上側の数字はア
ミノ末端Metを1番とした場合のP45017αのアミ
ノ酸の番号であり、下側の数字は還元酵素のアミ
ノ酸の番号である。また、図の右端に融合酵素の
アミノ酸数をP45017α由来と、合成リンカー由来
とに分けて記載した。図−2は本発明のプラスミ
ドpαLY4の構築工程示す。図−3は本発明のプ
ラスミドpαLY3の構築工程示す。図−4は本発
明のプラスミドpαLY2の構築工程示す。図−5
は本発明のプラスミドpαLY1′,pαLY1の構築工
程示す。図2,3,4,5全てにおいて、Hd,
Hh,Ps,Hp,Sa,Ec,Pv,Bm,Bs,Clはそ
れぞれ制限酵素Hind,Hha,Pst,Hph
,Sal,EcoR,Pvu,BamH,BstE
,Claの認識部位を示す。〓〓はP45017αコ
ーデイング領域、〓〓は還元酵素コーデイング領
域、〓〓、〓〓は合成リンカーを示す。図−6は
各種形質転換株のプロゲステロン17位水酸化活性
を示す。縦軸は、17−ヒドロキシプロゲステロン
への変換率を、横軸は、培養時間を示す。×−×
はAH22(pAAH5)株、●−●はAH22(pαLY1′)
株、○−○はAH22(pαLY1)株、□−□は
AH22(pαLY2)株、■−■はAH22(pαLY3)
株、△−△はAH22(pαLY4)株、▲−▲は
AH22(pAα1)を示す。
Figure 1 shows the structure of the plasmid of the present invention and the number of amino acids of the fusion enzyme encoded by the plasmid. 〓〓 indicates the P450 17 α coding region, 〓〓 indicates the reductase coding region, 〓〓, 〓〓 indicate the synthetic linker. ▼ represents the site where the reductase is cleaved by papain. The number at the top of each plasmid is the amino acid number of P450 17 α when the amino terminal Met is set as number 1, and the number at the bottom is the amino acid number of the reductase. In addition, the number of amino acids of the fused enzyme is shown on the right side of the figure, divided into those derived from P450 17α and those derived from the synthetic linker. Figure 2 shows the construction process of plasmid pαLY4 of the present invention. Figure 3 shows the construction process of plasmid pαLY3 of the present invention. Figure 4 shows the construction process of plasmid pαLY2 of the present invention. Figure-5
shows the construction steps of plasmids pαLY1′ and pαLY1 of the present invention. In all of Figures 2, 3, 4, and 5, Hd,
Hh, Ps, Hp, Sa, Ec, Pv, Bm, Bs, Cl are restriction enzymes Hind, Hha, Pst, Hph, respectively
, Sal, EcoR, Pvu, BamH, BstE
, shows the recognition site of Cla. 〓〓 indicates the P450 17 α coding region, 〓〓 indicates the reductase coding region, 〓〓, 〓〓 indicate the synthetic linker. Figure 6 shows the progesterone 17-position hydroxylation activity of various transformed strains. The vertical axis shows the conversion rate to 17-hydroxyprogesterone, and the horizontal axis shows the culture time. ×-×
AH22 (pAAH5) strain, ●−● AH22 (pαLY1′)
strain, ○−○ is AH22 (pαLY1) strain, □−□ is
AH22 (pαLY2) strain, ■−■ AH22 (pαLY3)
strain, △−△ is AH22 (pαLY4) strain, ▲−▲ is
AH22 (pAα1) is shown.
Claims (1)
伝子と酵母NADPH−チトクロムP450還元酵素
をコードする遺伝子が融合した融合酵素遺伝子。 2 請求項1に記載の遺伝子を含み、該酸化酵素
を発現する酵母発現プラスミド。 3 酵母発現プラスミドpαLY1′,pαLY1,
pαLY2,pαLY3或いはpαLY4として特定される
請求項2記載のプラスミド。 4 請求項2記載の酵母発現プラスミドを保持す
る形質転換酵母菌株。 5 サツカロミセス セレビシエ−AH22
(pαLY1′)株、AH22(pαLY1)株、AH22
(pαLY2)株、AH22(pαLY3)株あるいはAH22
(pαLY4)株として特定される請求項4記載の形
質転換酵母菌株。 6 ウシ副腎チトクロムP45017αと酵母NADPH
−チトクロムP450還元酵素との融合酵素。 7 請求項4記載の形質転換酵母菌株を培養する
ことを特徴とする該酸化酵素の製造方法。 8 請求項4記載の形質転換酵母菌株によりプロ
ゲステロンおよびプレグネノロン水酸化を特徴と
する17−ヒドロキシプロゲステロン、17−ヒドロ
キシプレグネノロンの製造方法。[Scope of Claims] 1. A fusion enzyme gene in which a gene encoding bovine adrenal cytochrome P450 17α and a gene encoding yeast NADPH-cytochrome P450 reductase are fused. 2. A yeast expression plasmid containing the gene according to claim 1 and expressing the oxidase. 3 Yeast expression plasmid pαLY1′, pαLY1,
The plasmid according to claim 2, specified as pαLY2, pαLY3 or pαLY4. 4. A transformed yeast strain carrying the yeast expression plasmid according to claim 2. 5 Satucharomyces cerevisiae-AH22
(pαLY1′) strain, AH22 (pαLY1) strain, AH22
(pαLY2) strain, AH22 (pαLY3) strain or AH22
The transformed yeast strain according to claim 4, which is identified as a (pαLY4) strain. 6 Bovine adrenal cytochrome P450 17 α and yeast NADPH
-Fusion enzyme with cytochrome P450 reductase. 7. A method for producing the oxidase, which comprises culturing the transformed yeast strain according to claim 4. 8. A method for producing 17-hydroxyprogesterone and 17-hydroxypregnenolone, which comprises hydroxylating progesterone and pregnenolone using the transformed yeast strain according to claim 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173761A JPH0223870A (en) | 1988-07-14 | 1988-07-14 | Fused oxidation enzyme of cytochrome p45017alpha and yeast nadph-cytochrome p450 reductase |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63173761A JPH0223870A (en) | 1988-07-14 | 1988-07-14 | Fused oxidation enzyme of cytochrome p45017alpha and yeast nadph-cytochrome p450 reductase |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0223870A JPH0223870A (en) | 1990-01-26 |
| JPH0581237B2 true JPH0581237B2 (en) | 1993-11-11 |
Family
ID=15966655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63173761A Granted JPH0223870A (en) | 1988-07-14 | 1988-07-14 | Fused oxidation enzyme of cytochrome p45017alpha and yeast nadph-cytochrome p450 reductase |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0223870A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2128399A1 (en) * | 1993-07-20 | 1995-01-21 | Koji Hayashi | Method for safety evaluation of chemical compound using recombinant yeast expressing human cytochrome p450 |
-
1988
- 1988-07-14 JP JP63173761A patent/JPH0223870A/en active Granted
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JOURNAL OF BIOCHEMISTRY=1988 * |
| JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY=1986 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0223870A (en) | 1990-01-26 |
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