説明

アゼチジノンの生産のためのケトレダクターゼポリペプチド

ケトレダクターゼ(KRED)またはカルボニルレダクターゼクラス(EC1.1.1.184)に属する酵素は、対応するプロ立体異性体ケトン基質または対応するラセミのアルデヒド基質から光学活性アルコールを合成するのに有用である。本開示は、天然に存在する野生型ケトレダクターゼ酵素と比較して改良された特性を有する組み換えケトレダクターゼ酵素を提供する。また、組み換えられたケトレダクターゼ酵素をコードするポリヌクレオチド、組み換えケトレダクターゼ酵素を発現することができる宿主細胞、および様々なキラル化合物を合成するために組み換えケトレダクターゼ酵素を用いる方法が提供される。


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【特許請求の範囲】
【請求項1】
基質メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートを生成物2S,3R−メチル−2−ベンズアミドメチル−3−ヒドロキシブチラートに、少なくとも約60%の立体異性体過剰率(%)で変換することができるケトレダクターゼポリペプチド。
【請求項2】
以下の特徴:X94に対応する残基がトレオニンである;X199に対応する残基がヒスチジンである;およびX202に対応する残基がバリンまたはロイシンである、を有する配列番号2または4または86に基づく参照配列に対して、少なくとも約85%が同一であるアミノ酸配列を含み、但し、X94に対応する残基が、脂肪族または極性残基であり;X199に対応する残基が、脂肪族、拘束性、または極性残基であり;およびX202に対応する残基が、バリンまたはロイシンであるアミノ酸配列を有する、請求項1記載のポリペプチド。
【請求項3】
X94に対応する残基がトレオニンである、請求項2に記載のポリペプチド。
【請求項4】
X199に対応する残基が、アラニン、ヒスチジン、またはアスパラギンである、請求項2に記載のポリペプチド。
【請求項5】
X94に対応する残基が、極性残基であり;X199に対応する残基が、脂肪族、拘束性、または極性残基であり;およびX202に対応する残基が、バリンまたはロイシンである、請求項2に記載のポリペプチド。
【請求項6】
X94に対応する残基が、トレオニンであり、X199に対応する残基が、アラニン、ヒスチジン、またはアスパラギンであり;およびX202に対応する残基が、バリンまたはロイシンである、請求項2に記載のポリペプチド。
【請求項7】
ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下の特徴:
X2に対応する残基が、極性、非極性、または脂肪族残基である;
X4に対応する残基が、塩基性残基またはシステインである;
X11に対応する残基が、非極性、脂肪族、または芳香族残基である;
X40に対応する残基が、拘束性、または塩基性残基である;
X80に対応する残基が、非極性、脂肪族、または極性残基である;
X86に対応する残基が、非極性、脂肪族、または極性残基である;
X96に対応する残基が、極性、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X105に対応する残基が、非極性、脂肪族、塩基性、または酸性残基である;
X129に対応する残基が、非極性、または極性残基である;
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X153に対応する残基が、極性、非極性、または脂肪族残基である;
X190に対応する残基が、芳香族、または拘束性残基である;
X195に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X196に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X206に対応する残基が、非極性、または芳香族残基である;
X226に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X248に対応する残基が、非極性、または塩基性残基である;
X249に対応する残基が、芳香族残基である;
の1つ以上をさらに有し、ここで該アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項2〜6のいずれか1項に記載のポリペプチド。
【請求項8】
ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下の特徴:
X2に対応する残基が、アラニンである;
X4に対応する残基が、システインである;
X11に対応する残基が、フェニルアラニンである;
X40に対応する残基が、アルギニンである;
X80に対応する残基が、トレオニンである;
X86に対応する残基が、イソロイシンである;
X96に対応する残基が、バリンまたはフェニルアラニンである;
X105に対応する残基が、グリシンである;
X129に対応する残基が、トレオニンである;
X147に対応する残基が、メチオニンまたはロイシンである;
X153に対応する残基が、アラニンまたはセリンである;
X190に対応する残基が、ヒスチジンまたはプロリンである;
X195に対応する残基が、バリンである;
X196に対応する残基が、ロイシンである;
X206に対応する残基が、フェニルアラニンである;
X226に対応する残基が、バリンである;
X248に対応する残基が、リジン、またはアルギニンである;
X249に対応する残基が、トリプトファンである;
の1つ以上をさらに有し、ここで、該アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項2〜6のいずれか1項に記載のポリペプチド。
【請求項9】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下の特徴:
X40に対応する残基が、拘束性、または塩基性残基である;および
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
の1つ以上をさらに有する、請求項7に記載のポリペプチド。
【請求項10】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下の特徴:
X96に対応する残基が、極性であるか、芳香族であるか、非極性であるか、または脂肪族である;
X195に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X196に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X226に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X248に対応する残基が、非極性、または塩基性残基である;
X249に対応する残基が、芳香族残基である;
の1つ以上をさらに有する、請求項9に記載のポリペプチド。
【請求項11】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下の特徴:
X2に対応する残基が、極性、非極性、または脂肪族残基である;
X4に対応する残基が、塩基性残基またはシステインである;
X11に対応する残基が、非極性、脂肪族、または芳香族残基である;
X80に対応する残基が、非極性、脂肪族、または極性残基である;
X86に対応する残基が、非極性、脂肪族、または極性残基である;
X105に対応する残基が、非極性、脂肪族、塩基性、または酸性残基である;
X129に対応する残基が、非極性、または極性残基である;
X153に対応する残基が、極性、非極性、または脂肪族残基である;
X190に対応する残基が、芳香族、または拘束性残基である;
X206に対応する残基が、非極性、または芳香族残基である;
の1つ以上をさらに有する、請求項9または10に記載のポリペプチド。
【請求項12】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下のさらなる特徴:
X40に対応する残基が、拘束性、または塩基性残基である;および
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
をさらに有し、ここで、該アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項7に記載のポリペプチド。
【請求項13】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下のさらなる特徴:
X40に対応する残基が、拘束性、または塩基性残基である;
X96に対応する残基が、極性、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
を有し、ここで、該アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項7に記載のポリペプチド。
【請求項14】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下のさらなる特徴:
X96に対応する残基が、極性、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X195に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X196に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
を有し、ここで、該アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項7に記載のポリペプチド。
【請求項15】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下のさらなる特徴:X40に対応する残基が、アルギニンである、を有する、請求項7に記載のポリペプチド。
【請求項16】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下のさらなる特徴:X147に対応する残基が、メチオニンまたはロイシンである、を有する、請求項7に記載のポリペプチド。
【請求項17】
前記ケトレダクターゼアミノ酸配列が、以下のさらなる特徴:X40に対応する残基が、アルギニンである;およびX147に対応する残基が、メチオニンまたはロイシンである、を有する、請求項7に記載のポリペプチド。
【請求項18】
前記ケトレダクターゼポリペプチドが、以下の特徴:X94に対応する残基がトレオニンである;X199に対応する残基がヒスチジンである;およびX202に対応する残基がバリンまたはロイシンである、を有する配列番号2、4または86に基づく参照配列の残基90〜211に対して、少なくとも85%が同一であるアミノ酸配列を有する領域またはドメインを含み;但し、該ケトレダクターゼドメインまたは領域は、X94に対応する残基が、脂肪族または極性残基であり;X199に対応する残基が脂肪族、拘束性、または極性残基であり;およびX202に対応する残基がロイシンまたはバリンであるアミノ酸配列を有する、請求項1記載のポリペプチド。
【請求項19】
前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、X94に対応する残基がトレオニンであるアミノ酸配列を含む、請求項18に記載のポリペプチド。
【請求項20】
前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、X199に対応する残基がアラニン、ヒスチジンまたはアスパラギンであるアミノ酸配列を含む、請求項18に記載のポリペプチド。
【請求項21】
前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、X94に対応する残基が極性残基であり;X199に対応する残基が脂肪族、拘束性、または極性残基であり;およびX202に対応する残基がバリンまたはロイシンであるアミノ酸配列を含む、請求項18に記載のポリペプチド。
【請求項22】
前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、X94に対応する残基がトレオニンであり;X199に対応する残基がアラニン、ヒスチジン、またはアスパラギンであり;およびX202に対応する残基がバリンまたはロイシンであるアミノ酸配列を含む、請求項18に記載のポリペプチド。
【請求項23】
残基90〜211に対応する前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、以下の特徴:
X96に対応する残基が、極性、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X105に対応する残基が、非極性、脂肪族、塩基性、または酸性残基である;
X129に対応する残基が、非極性、または極性残基である;
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X153に対応する残基が、極性、非極性、または脂肪族残基である;
X190に対応する残基が、芳香族、または拘束性残基である;
X195に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X196に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X206に対応する残基が、非極性、または芳香族残基である;
の1つ以上をさらに有し、ここで、前記アミノ酸配列は、参照配列と比較して残基90〜211に対応するドメインでの他のアミノ酸残基位置において1つ以上の違いを場合により有する、請求項18〜21のいずれか1項に記載のポリペプチド。
【請求項24】
残基90〜211に対応する前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、以下の特徴:
X96に対応する残基が、バリンまたはフェニルアラニンである;
X105に対応する残基が、グリシンである;
X129に対応する残基が、トレオニンである;
X147に対応する残基が、メチオニンまたはロイシンである;
X153に対応する残基が、アラニンまたはセリンである;
X190に対応する残基が、ヒスチジンまたはプロリンである;
X195に対応する残基が、バリンである;
X196に対応する残基が、ロイシンである;
X206に対応する残基が、フェニルアラニンである;
の1つ以上をさらに有し、ここで、前記アミノ酸配列は、参照配列と比較して残基90〜211に対応するドメインでの他のアミノ酸残基位置において1つ以上の違いを場合により有する、請求項18〜21のいずれか1項に記載のポリペプチド。
【請求項25】
残基90〜211に対応する前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、以下の特徴:
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
をさらに有し、ここで、前記アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項18に記載のポリペプチド。
【請求項26】
残基90〜211に対応する前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、以下の特徴:
X96に対応する残基が、極性、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
をさらに有し、ここで、前記アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項18に記載のポリペプチド。
【請求項27】
残基90〜211に対応する前記ケトレダクターゼドメインまたは領域が、以下の特徴:
X96に対応する残基が、極性、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X147に対応する残基が、芳香族、非極性、または脂肪族残基である;
X195に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
X196に対応する残基が、非極性、または脂肪族残基である;
をさらに有し、ここで、前記アミノ酸配列は、参照配列と比較して他のアミノ酸残基位置において1つ以上の残基の違いを場合により有する、請求項18に記載のポリペプチド。
【請求項28】
配列番号6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、46、50、52、54、56、58、60、および62に対応するアミノ酸配列を含む、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項29】
少なくとも約90%の立体異性体過剰率(%)で、基質を生成物に変換することができる、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項30】
配列番号6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、40、42、50、52、56、58、60、または62に対応するアミノ酸配列を含む、請求項29に記載のポリペプチド。
【請求項31】
少なくとも約95%の立体異性体過剰率(%)で、基質を生成物に変換することができる、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項32】
配列番号6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、42、50、52、56、58、60、または62に対応するアミノ酸配列を含む、請求項31に記載のポリペプチド。
【請求項33】
少なくとも約99%の立体異性体過剰率(%)で、基質を生成物に変換することができる、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項34】
配列番号6、8、10、12、14、20、22、24、30、32、34、60、および62に対応するアミノ酸配列を含む、請求項33に記載のポリペプチド。
【請求項35】
配列番号48の参照ポリペプチドよりも少なくとも15倍大きい比率で、基質を生成物に変換することができる、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項36】
配列番号6、8、10、12、14、20、22、24、26、28、30、32、34、50、60、および62に対応するアミノ酸配列を含む、請求項35に記載のポリペプチド。
【請求項37】
配列番号48の参照ポリペプチドよりも少なくとも30倍大きい比率で、基質を生成物に変換することができる、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項38】
配列番号6、8、10、12、14、20、22、24、26、30、34、60、および62に対応するアミノ酸配列を含む、請求項37に記載のポリペプチド。
【請求項39】
配列番号48の参照ポリペプチドよりも少なくとも40倍大きい比率で、基質を生成物に変換することができる、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項40】
配列番号6、8、10、12、14、22、および60に対応するアミノ酸配列を含む、請求項39に記載のポリペプチド。
【請求項41】
配列番号48の参照ポリペプチドよりも少なくとも50倍大きい比率で、基質を生成物に変換することができる、請求項1に記載のポリペプチド。
【請求項42】
配列番号6、8、10、および12に対応するアミノ酸配列を含む、請求項41に記載のポリペプチド。
【請求項43】
基質メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートを生成物2R,3R−メチル−2−ベンズアミドメチル−3−ヒドロキシブチラートに、少なくとも約85%の立体異性体過剰率(%)で変換することができるケトレダクターゼポリペプチド。
【請求項44】
配列番号68、72、74、76、78、および82に対応するアミノ酸配列を含む、請求項43に記載のポリペプチド。
【請求項45】
請求項1〜42のいずれか1項に記載のポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
【請求項46】
配列番号5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、45、49、51、53、55、57、59、または61に対応する配列である、請求項45に記載のポリヌクレオチド。
【請求項47】
請求項43または44に記載のポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
【請求項48】
配列番号67、71、73、75、77、または81に対応する配列である、請求項47に記載のポリヌクレオチド。
【請求項49】
宿主細胞での発現を方向づけるのに適した制御配列に作動可能に連結された請求項45または47に記載のポリヌクレオチドを含む、発現ベクター。
【請求項50】
前記制御配列がプロモーターを含む、請求項49に記載の発現ベクター。
【請求項51】
前記プロモーターが、E.coliプロモーターを含む、請求項50に記載の発現ベクター。
【請求項52】
前記制御配列が分泌シグナルを含む、請求項50に記載の発現ベクター。
【請求項53】
請求項49に記載の発現ベクターを含む、宿主細胞。
【請求項54】
E.coliである、請求項53に記載の宿主細胞。
【請求項55】
請求項1〜42のいずれか1項に記載のケトレダクターゼ、および化合物メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートまたは化合物2S,3R−メチル−2−ベンズアミドメチル−3−ヒドロキシブチラートを含む、組成物。
【請求項56】
前記化合物が、メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートである、請求項55に記載の組成物。
【請求項57】
補因子再生系をさらに含む、請求項55に記載の組成物。
【請求項58】
前記補因子再生系が、グルコースデヒドロゲナーゼとグルコース;ホルメートデヒドロゲナーゼとホルメート;またはイソプロパノールと第2級アルコールデヒドロゲナーゼを含む、請求項57に記載の組成物。
【請求項59】
基質メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートを、生成物2S,3R−メチル−2−ベンズアミドメチル−3−ヒドロキシブチラートに還元する方法であって、該方法は、基質を生成物に還元するのに適した反応条件下で、該基質を請求項1〜42のいずれか1項に記載のケトレダクターゼポリペプチドと接触させるか、またはインキュベーションすることを含む、方法。
【請求項60】
前記生成物が約99%より大きい立体異性体過剰率(%)で存在する、請求項59に記載の組成物。
【請求項61】
ケトレダクターゼ酵素を発現する全細胞、またはそのような細胞の抽出物もしくは溶解物を用いて実施される、請求項59に記載の方法。
【請求項62】
ケトレダクターゼが、単離および/または精製され、還元反応が、ケトレダクターゼのための補因子および場合により補因子のための再生系の存在下で実施される、請求項59に記載の方法。
【請求項63】
補因子再生系が、グルコースデヒドロゲナーゼとグルコース;ホルメートデヒドロゲナーゼとホルメート;またはイソプロパノールと第2級アルコールデヒドロゲナーゼを含む、請求項59に記載の方法。
【請求項64】
前記第2級アルコールデヒドロゲナーゼが、ケトレダクターゼである、請求項63に記載の方法。
【請求項65】
式(IVa):
【化36】

(式中、RはHまたは水酸基の保護基であり、R10はハロゲンまたは−OAcであり、ここでAcはアセタートである)の中間体を合成する方法であって、
該方法の工程は、基質メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートを請求項1〜42のいずれか1項に記載のケトレダクターゼと、該基質を生成物2S,3R−メチル−2−ベンズアミドメチル−3−ヒドロキシブチラートに還元または変換するのに適した反応条件下で、接触または反応させることを含む、方法。
【請求項66】
構造式(IX)
【化37】

(式中、Rは、HまたはC1−C4アルキルであり;Rは、Hまたは水酸基の保護基であり;Rは、H、カルボキシ基の保護基、アンモニア基、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属であり;およびXは、OHまたは脱離基である)の中間体を合成する方法であって、
該方法での工程は、基質メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートを請求項1〜42のいずれか1項に記載のケトレダクターゼと、該基質を生成物2S,3R−メチル−2−ベンズアミドメチル−3−ヒドロキシブチラートに還元または変換するのに適した反応条件下で、接触または反応させることを含む、方法。
【請求項67】
構造式(V):
【化38】

(式中、Rは、Hまたは−CHであり;Rは置換または非置換アルキル、置換または非置換アリール、置換または非置換ヘテロアルキル、置換または非置換ヘテロシクロアルキル、および置換または非置換ヘテロアリールアルキルから選択され;およびRは、Hまたはプロ基である)のカルバペネムまたはその溶媒和物、水和物、塩もしくはプロドラッグを合成する方法であって、
該方法での工程は、基質メチル−2−ベンズアミドメチル−3−オキソブチラートを請求項1〜42のいずれか1項に記載のケトレダクターゼと、該基質を生成物2S,3R−メチル−2−ベンズアミドメチル−3−ヒドロキシブチラートに還元または変換するのに適した反応条件下で、接触または反応させることを含む、方法。
【請求項68】
前記カルバペネムが、構造式(X):
【化39】

を有する、請求項67に記載の方法。
【請求項69】
前記カルバペネムが、構造式(XI):
【化40】

を有する、請求項67に記載の方法。
【請求項70】
前記カルバペネムが、構造式(XII):
【化41】

を有する、請求項67に記載の方法。
【請求項71】
前記カルバペネムが、構造式(XIII):
【化42】

を有する、請求項67に記載の方法。

【図1】
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【公表番号】特表2010−539952(P2010−539952A)
【公表日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−527257(P2010−527257)
【出願日】平成20年10月1日(2008.10.1)
【国際出願番号】PCT/US2008/078513
【国際公開番号】WO2009/046153
【国際公開日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【出願人】(506038257)コデクシス, インコーポレイテッド (11)
【Fターム(参考)】