説明

中間体のエナンチオ選択的酵素的還元方法

一般式I:
【化12】


[式中,Rは,アミノ官能基の保護基(tert−ブチルオキシカルボニル基(BOC),ベンジルオキシカルボニル基,9−フルオレニルメトキシカルボニル基)を表し,Xは−Cl,−CN,−OH,Br,Fである]
のケト化合物のエナンチオ選択的酵素的還元方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は,一般式I:
【化1】

[式中,Rは,アミノ官能基の保護基(tert−ブチルオキシカルボニル基,ベンジルオキシカルボニル基,9−フルオレニルメトキシカルボニル基)を表し,Xは−Cl,−CN,−OH,Br,Fである]
のケト化合物を,補因子の存在下で酸化還元酵素を用いてエナンチオ選択的に酵素的に還元して,それぞれ式II(R,S−アルコール)およびIII(S,S−アルコール):
【化2】

の化合物とする方法に関する。
【0002】
式Iの好ましい化合物は,アミノ保護基としてブチルオキシカルボニル基またはベンジルオキシカルボニル基を含み,Xの位置に塩素原子を含む。
【背景技術】
【0003】
一般式IIおよびIIIのキラルアルコールは,HIVの治療用のプロテアーゼ阻害剤の製造における重要な中間体である。このようなプロテアーゼ阻害剤としては,例えば,リトナビル,アンプレナビル,フォサンプレナビル,アタザナビルまたはダルナビルが挙げられる。
【0004】
それぞれ式II(R,S−アルコール)およびIII(S,S−アルコール)の中間体は,例えば,対応する式Iのケト化合物をエナンチオ選択的に還元することにより得ることができ,これは現在の製造プロセスでは化学的に行われる。これを行う際に,化学的に触媒される還元反応は,一方では激しい反応条件のため副生成物が生じ,他方ではそれぞれエナンチオマーおよびジアステレオマー過剰の収率は満足的できるものではなく,非常に大きな努力を払ってのみ技術的に実現可能であるという欠点を有する。このため,エナンチオマー的に濃縮された形の式II(R,S−アルコール)の中間体は,式III(S,S−アルコール)より化学的に入手しにくい。
【0005】
この理由のため,かなり長い期間,該中間体のエナンチオ選択的還元を可能とする生物触媒プロセスを開発しようとする努力がなされてきた。生物触媒プロセスは,通常は,温和な条件下で進行し,このため,さらなる副生成物を形成せずに式Iのケト化合物を還元することが可能であると期待することができる。しかし,これまでのところ,単離された酵素を用いる酵素的還元が可能な,適当な生物触媒を見いだすことはできなかった。
【0006】
我々の知る限りでは,わずかに,式Iのケトンを全細胞プロセスでRhodococcus またはStreptomycesの株と反応させることを記載した刊行物が存在する(Tetrahedron Asymmetry 14(2003)3105−3109,Tetrahedron Asymmetry 8(1997)p.2547)。しかし,反応はそれぞれ野生型株の全細胞および溶解物を用いて実施されており,したがって,補酵素の再生なしに,2%よりはるかに低い非常に低濃度でしか行われて来なかった。これまでのところ,工業的規模で適用しうる酵素的還元プロセスは利用可能ではなく,反応に関与する酵素は単離されたことも同定されたこともない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は,一般式IIおよびIIIの,エナンチオマー的に純粋な,それぞれエナンチオマー的に濃縮された中間体を,高いエナンチオマー純度で副生成物なしで,高収率かつ経済的に製造することを可能とするプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明にしたがえば,かかる目的は,上述のプロセスにより達成され,このプロセスは,式IIの化合物(R,S−アルコール)の製造に用いられる酸化還元酵素が,以下のいずれか:
a)配列番号1,配列番号2,配列番号3または配列番号4にしたがうアミノ酸配列を含む,
b)アミノ酸の少なくとも60%が配列番号1,配列番号2,配列番号3または配列番号4のアミノ酸配列のものと同一であるアミノ酸配列を含む,または
c)少なくとも70%のアミノ酸が配列番号1,配列番号2,配列番号3または配列番号4のアミノ酸配列のものと同一であるアミノ酸配列を含む,または
d)配列番号16,配列番号17,配列番号18または配列番号19の核酸配列によりコードされる,または
e)ストリンジェントな条件下で配列番号16,配列番号17,配列番号18または配列番号19にハイブリダイズする核酸配列によりコードされる,
f)220−260アミノ酸の長さを有し,配列番号31−配列番号51:
nalvtgasrgig(31)
nalvtggsrgig(32)
gysvt(33)
gynvt(34)
gygitl(35)
gygvt(51)
vlaklp(36)
vkaklp(37)
fkgaplpa(38)
frgaplpa(39)
lkgaplpa(40)
spialtk(41)
spvaltk(42)
sqialtq(43)
avysask(44)
avysatk(45)
gvysatk(46)
pikgwi(47)
piegwi(48)
piggwi(49)および
pisgwi(50)
の配列からなる群より選択される部分配列の1または数個を含む,
であることを特徴とし,式Iの化合物を還元して,好ましくは式IIの化合物とする。
【0009】
さらに,かかる目的は,上述のプロセスにより達成され,このプロセスは,式IIIの化合物(S,S−アルコール)の製造に用いられる酸化還元酵素が以下のいずれか,
a)配列番号5,配列番号6,配列番号7,配列番号8,配列番号9,配列番号10,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14または配列番号15にしたがうアミノ酸配列を含む,
b)少なくとも60%のアミノ酸が配列番号5,配列番号6,配列番号7,配列番号8,配列番号9,配列番号10,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14または配列番号15にしたがうアミノ酸配列のものと同一であるアミノ酸配列を含む,または
c)配列番号20,配列番号21,配列番号22,配列番号23,配列番号24,配列番号25,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30の核酸配列によりコードされる,または
d)ストリンジェントな条件下で配列番号20,配列番号21,配列番号22,配列番号23,配列番号24,配列番号25,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30にハイブリダイズする核酸配列によりコードされる,または
e)220−260アミノ酸の長さを有し,配列番号31−配列番号66:
nalvtgasrgig(31)
nalvtggsrgig(32)
gysvt(33)
gynvt(34)
gygitl(35)
gygvt(51)
vlaklp(36)
vkaklp(37)
fkgaplpa(38)
frgaplpa(39)
lkgaplpa(40)
fkaaplpa(52)
fkgsplpa(53)
spialtk(41)
spvaltk(42)
sqialtq(43)
avysask(44)
avysatk(45)
gvysatk(46)
pikgwi(47)
piegwi(48)
piggwi(49)
pisgwi(50)
gigrat(54)
gigrasa(55)
gigret(56)
nnagig(57)
nnagieg(58)
irvvaiapg(59)
irvnaiapg(60)
irvnaicpg(61)
irvvgiapg(62)
peqiagav(63)
peaianav(64)
peevanav(65),および
peaianav(66)
の配列からなる群より選択される部分配列の1または数個を含む,
であることを特徴とし,式Iの化合物を還元して,好ましくは式IIIの化合物とする。
【発明を実施するための形態】
【0010】
式Iの化合物を還元して好ましくは式IIの化合物とするポリペプチドは,最適反応条件下で達成可能なR,S−アルコールの最大エナンチオマー過剰が少なくとも50%であるようなポリペプチドであることが理解される。したがって,最適反応条件は,ポリペプチドがR,S−アルコールの最高のエナンチオマー過剰を与えるような,ポリペプチドの反応条件であると理解される。
【0011】
配列番号1,配列番号2,配列番号3および配列番号4のアミノ酸配列を含むポリペプチドが酸化還元酵素活性を示し,これを用いて式Iの化合物を還元して,好ましくは式IIの化合物(R,S−化合物)としうることが見いだされた。達成しうるR,S−アルコールのエナンチオマー過剰は50%より高く,好ましくは80%より高く,特に好ましくは95%より高い。例えば,配列番号1を用いたときに達成されるエナンチオマー過剰は,99%より高いR,S−化合物(式II)である。
【0012】
同様に,配列番号5から配列番号15のアミノ酸配列を含むポリペプチドが酸化還元酵素活性を示し,これを用いて式Iの化合物を還元して,好ましくは式IIIの化合物(S,S−化合物)としうることが見いだされた。達成しうるR,S−アルコールのエナンチオマー過剰は80%より高く,好ましくは90%より高く,特に好ましくは95%より高い。配列番号5,配列番号6,配列番号9または配列番号12を用いたときに達成されるエナンチオマー過剰は,99%より高いR,S−化合物(式II)でありうる。
【0013】
上述した多数の酸化還元酵素,例えば,配列番号1,3,4,5,6,7および15は,二級アルコールを還元することにより,還元の間に形成される酸化された補因子を再生することができるというさらに別の利点を有する。すなわち,従来技術法と比較して,該酸化還元酵素の特に経済的な利点は,補因子再生のためにさらに別の酵素を用いる必要がないという点にもある。
【0014】
配列番号5を含むポリペプチドをコードする配列番号20のDNA配列は,例えば,生物Rubrobacter xylanophilus DSM9941のゲノムから得ることができる。
【0015】
配列番号6を含むポリペプチドをコードする配列番号21のDNA配列は,例えば,生物Geobacillus thermodenitrificans DSM465のゲノムから得ることができる。
【0016】
配列番号7を含むポリペプチドをコードする配列番号22のDNA配列は,例えば,生物Chloroflexus aurantiacus DSM635のゲノムから得ることができる。
【0017】
それぞれ配列番号8または配列番号9を含むポリペプチドをコードする配列番号23のDNA配列または配列番号24のDNA配列は,例えば,生物Candida magnoliae DSMZ70638のゲノムから得ることができる。
【0018】
配列番号11を含むポリペプチドをコードする配列番号26のDNA配列は,例えば,生物Candida magnoliae DSMZ70639のゲノムから得ることができる。
【0019】
配列番号1を含むポリペプチドをコードする配列番号16のDNA配列は,例えば,生物Candida magnoliae CBS6396のゲノムから得ることができる。
【0020】
さらに,配列番号2,配列番号3,配列番号4,配列番号12,配列番号13,配列番号14および配列番号15の酸化還元酵素は,例えば,Candida magnoliae CBS5659,CBS7318,CBS2798,JCM9448,Candida geochares MUCL29832,Candida spec.MUCL40660,Candida gropengiesseri MUCL29836の株からホモロジースクリーニングにより得ることができる。
【0021】
すなわち,本発明は,一般式Iのケト化合物を還元して,それぞれ一般式IIおよびIIIの化合物とするプロセスに関し,このプロセスは,配列番号1〜配列番号15のアミノ酸配列の1つを含むポリペプチド,または配列番号1〜配列番号15のアミノ酸配列の1つと少なくとも50%同一のアミノ酸配列を含むポリペプチド,すなわち,少なくとも1つのアミノ酸の置換,挿入,欠失または付加により配列番号1〜配列番号15の配列から誘導しうるポリペプチドを用いることにより,または,配列番号16〜配列番号30の核酸配列の1つ,またはストリンジェントな条件下で配列番号16〜配列番号30の配列にハイブリダイズする核酸配列によりコードされるポリペプチドを用いることにより,化合物IIまたはIIIの一方が明らかに過剰に形成されることを特徴とする。
【0022】
ストリンジェントな条件下で,例えば配列番号16にハイブリダイズする核酸配列は,配列番号16をDNAプローブとして用いて,コロニーハイブリダイゼーション法,プラークハイブリダイゼーション法,サザンハイブリダイゼーション法,またはこれらと同等の方法により,同定することができるポリヌクレオチドであることが理解される。
【0023】
この目的のために,フィルター上に固定化したポリヌクレオチドを,例えば,0.7−1MのNaCl溶液中で60℃で配列番号16とハイブリダイズさせる。ハイブリダイゼーションは,例えば,Molecular Cloning,A Laboratory Manual,Second Edition(Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)または同様の刊行物に記載されるようにして行う。次に,フィルターを0.1から2倍のSSC溶液で65℃で洗浄する。ここで,1倍のSSC溶液とは,150mMNaClおよび15mMクエン酸ナトリウムから構成される混合物であることが理解される。
【0024】
さらに,本発明は,配列番号1,配列番号2,配列番号3,配列番号4,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14および配列番号15のアミノ酸配列のポリペプチド,ならびに,配列番号1,配列番号2,配列番号3,配列番号4,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14および配列番号15のアミノ酸配列の1つと少なくとも55%,好ましくは65%から75%,特に好ましくは75%を越える同一性を有するポリペプチド,すなわち,少なくとも1つのアミノ酸の置換,挿入,欠失または付加により,配列番号1,配列番号2,配列番号3,配列番号4,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14および配列番号15の配列から誘導することができるポリペプチドに関する。さらに,本発明は,配列番号16,配列番号17,配列番号18,配列番号19,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30の核酸配列により,またはストリンジェントな条件下で配列番号16,配列番号17,配列番号18,配列番号19,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30の配列の1つにハイブリダイズする核酸配列によりコードされるポリペプチドに関する。
【0025】
本発明にしたがうプロセスにおいては,配列番号1−配列番号15の配列を含むポリペプチドおよびかかるポリペプチドから誘導しうるポリペプチドは,それぞれ,完全に精製された状態で,部分的に精製された状態で,または配列番号1−配列番号15のポリペプチドの1つを含む細胞として,用いることができる。このようにして用いられる細胞は,天然の状態で,透過性にした状態で,または溶解した状態で提供することができる。好ましくは,配列番号1から配列番号15の配列を含むポリペプチドおよびこれらから誘導しうるそれぞれの誘導体は,適当な宿主生物,例えば,Escherichia coliで過剰発現させ,組換えポリペプチドを用いて一般式Iのヒドロキシケトンを還元する。
【0026】
本発明にしたがう酵素的還元は,温和な条件下で進行するため,式Iの不安定な化合物の分解を,したがって望ましくない副生成物の形成を,大幅に回避することができる。本発明にしたがうプロセスは,式IIの化合物(R,S−化合物)の99%までの,ただし用いられるポリペプチドによっては少なくとも50%の,R,S−化合物のエナンチオマー純度を有する。
【0027】
式IIIの化合物(S,S−化合物)については,本発明にしたがうプロセスは,式IIIの化合物(S,S−化合物)の少なくとも99%の,ただし用いられるポリペプチドによっては80%の,R,S−化合物のエナンチオマー純度を有する。
【0028】
本発明の好ましい態様は,プロセス中で用いられる補因子が補基質により連続的に還元されることを特徴とする。好ましくは,NAD(P)Hを補因子として用い,還元において形成されるNAD(P)は補基質によって還元されて元のNAD(P)Hとなる。
【0029】
本発明にしたがうプロセスにおいては,酸化還元酵素/デヒドロゲナーゼにより形成される酸化された補因子NADまたはNADPは,好ましくは連続的に再生される。
【0030】
本発明にしたがうプロセスのすべての好ましい態様によれば,酸化された補因子NADまたはNADPはアルコールの酸化により再生される。
【0031】
好ましくは,二級アルコール,例えば,2−プロパノール,2−ブタノール,2−ペンタノール,3−ペンタノール,4−メチル−2−ペンタノール,2−ヘプタノール,2−オクタノールまたはシクロヘキサノールを補基質として用いる。特に好ましい態様にしたがえば,2−プロパノールまたは4−メチル−2−ペンタノールを補酵素再生に用いる。再生のための補基質の量は,総容量に基づいて5−95容量%の範囲であることができる。
【0032】
好ましくは,一般式RCHOHの二級アルコールを補因子再生に用い,ここで,RおよびRは,独立して,水素,分枝鎖または非分枝鎖のC−C−アルキル基であり,Cの合計(Ctotal)は3以上である。
【0033】
本発明にしたがうプロセスのさらに別の好ましい態様によれば,追加の酸化還元酵素/デヒドロゲナーゼを補因子の再生用に加える。
【0034】
さらに別の好ましい態様においては,補因子の再生用にさらに追加のアルコールデヒドロゲナーゼを加える。適当なNADH依存性アルコールデヒドロゲナーゼは,例えば,パン酵母から,Candida parapsilosis(CPCR)(US5,523,223およびUS5,763,236,Enzyme Microb.Technol.,1993,15(11):950−8),Pichia capsulata(DE10327454.4)から,Rhodococcus erythropolis(RECR)(US5,523,223),Norcardia fusca(Biosci.Biotechnol.Biochem.,63(10),1999,p.1721−1729;Appl.Microbiol.Biotechnol,.2003,62(4):380−6;Epub 2003,Apr.26)またはRhodococcus ruber(J.Org.Chem.,2003,68(2):402−6)から得ることができる。これらのアルコールデヒドロゲナーゼ用の適当な補基質は,例えば,上述した二級アルコール,例えば2−プロパノール(イソプロパノール),2−ブタノール,2−ペンタノール,4−メチル−2−ペンタノール,2−オクタノールまたはシクロヘキサノールである。
【0035】
NADPHの再生用の適当な二級アルコールデヒドロゲナーゼは,例えば上述したものであり,Lactobacillalesの目の生物,例えば,Lactobacillus kefir(US5,200,335),Lactobacillus brevis(DE19610984 A1;Acta Crystallogr.D.Biol.Crystallogr.2000 Dec;56 Pt 12:1696−8),Lactobacillus minor(DE10119274),Leuconostoc carnosum(A1261/2005,Kl.C12N),または上述されるようなThermoanerobium brockii,Thermoanerobium ethanolicusまたはClostridium beijerinckiiから単離される。
【0036】
しかし,原理的には他の酵素系も補因子再生に用いることができる。例えば,補因子再生は,NAD−またはNADP−依存性ギ酸デヒドロゲナーゼ(Tishkov et al.,J.Biotechnol.Bioeng.[1999]64,187−193,Pilot−scale production and isolation of recombinant NAD and NADP specific formate dehydorgenase)を用いて行うことができる。ギ酸デヒドロゲナーゼの適当な補基質は,例えば,ギ酸の塩,例えばギ酸アンモニウム,ギ酸ナトリウムまたはギ酸カルシウムである。
【0037】
本発明にしたがうプロセスにおいては,一般式Iの化合物は,反応バッチ中で,好ましくは総容量に基づいて10g/lから500g/l,好ましくは25g/lから300g/l,特に好ましくは50g/lから200g/lで用いる。
【0038】
酵素的還元が進行する反応混合物の水性部分は,好ましくはバッファー,例えば,5−10のpH値,好ましくは6−9のpHを有するリン酸カリウム,tris/HClまたはトリエタノールアミンバッファーを含む。さらに,バッファーは,酵素を安定化させるかまたは活性化させるイオン,例えば,亜鉛イオンまたはマグネシウムイオンを含んでいてもよい。
【0039】
本発明にしたがうプロセスの実施に際しては,温度は約10℃−70℃,好ましくは20℃−45℃の範囲が適している。
【0040】
本発明にしたがうプロセスのさらに別の好ましい態様においては,酵素的反応は,水と混和性でないか,または限定された程度でしか水と混和性でない有機溶媒の存在下で行う。このような溶媒は,例えば,対称のまたは非対称のジ(C−C)アルキルエーテル,直鎖または分枝鎖のアルカンまたはシクロアルカン,または同時に補基質でもある水不溶性二級アルコールである。好ましい有機溶媒は,ジエチルエーテル,三級ブチルメチルエーテル,ジイソプロピルエーテル,ジブチルエーテル,酢酸ブチル,ヘプタン,ヘキサン,2−オクタノール,2−ヘプタノール,4−メチル−2−ペンタノールおよびシクロヘキサノールである。この場合,溶媒は同時に補因子再生用の補基質としても作用してもよい。
【0041】
水不溶性である溶媒および補基質を用いる場合には,反応バッチは水性相と有機相から構成される。上記式の化合物は,その溶解度にしたがって,有機相と水性相との間に分配される。一般に,有機相は,全反応容量に基づいて,5から95%,好ましくは10から90%の割合である。2つの液相は,好ましくはこれらの間に大きな表面積が生成するよう,機械的に混合する。また,この態様においては,例えば,上述したもの等の補基質を用いて,酵素的還元の間に形成されるNAD(P)を還元して元のNAD(P)Hとしてもよい。
【0042】
補因子,特にNADHまたはNADPHのそれぞれの水性相における濃度は,一般に,0.001mMから10mMの範囲であり,特に0.01mMから1mMである。
【0043】
本発明にしたがうプロセスにおいて達成されるTTN(総ターンオーバー数=還元された式Iの化合物のモル数/用いられた補因子のモル数)は,通常は10−10の範囲内であるが,好ましくは10以上である。
【0044】
本発明にしたがうプロセスにおいては,さらに酸化還元酵素/デヒドロゲナーゼの安定化剤を用いてもよい。適当な安定化剤としては,例えば,グリセロール,ソルビトール,1,4−DL−ジチオスレイトール(DTT)またはジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。
【0045】
本発明にしたがうプロセスは,例えば,ガラスまたは金属製の密封反応容器中で行うことができる。この目的のためには,成分を個別に反応容器に入れ,例えば窒素または空気雰囲気下で撹拌する。
【0046】
本発明の別の可能な態様にしたがえば,反応の平衡を反応生成物側にシフトさせるために,酸化された補基質(例えばアセトン)を連続的に除去することができ,および/または,補基質(例えば2−プロパノール)を連続的に新たに加えることができる。
【0047】
さらに別の態様においては,配列番号1−配列番号15にしたがう酸化還元酵素,および/または補基質の添加は,プロセスの経過中に少しずつ行ってもよい。
【0048】
還元が完了した後,反応混合物を加工する。この目的のために,例えば,水性相を任意に有機相から分離し,生成物を含む有機相を濾過する。任意に,有機相と同様に,水性相も抽出してさらに加工してもよい。その後,有機相から溶媒を蒸発させて一般式IIまたはIIIの生成物を粗生成物として得る。次に,粗生成物をさらに精製してもよく,または最終生成物の合成に直接使用してもよい。
【実施例】
【0049】
以下に実施例により本発明を具体的に説明する。
【0050】
実施例1
Rubrobacter xylanophilus DSM9941(配列番号5)からの酸化還元酵素のクローニングおよび提供
A) Rubrobacter xylanophilus DSM9941の培養
Rubrobacter xylanophilus DSM9941の細胞を,細菌振盪機で下記の培地で50℃(pH7.2)で140rpmで培養した:0.1%酵母エキス,0.1%トリプトン,0.004%CaSO・2HO,0.02%MgCl・6HO,0.01%ニトリロ三酢酸,100mlリン酸バッファー[5.44g/lKHPO,43g/lNaHPO・12HO],500μl/l0.01Mクエン酸Fe,500μl/l微量元素[500μl/lHSO,2.28g/lMnSO・HO,500mg/lZnSO・7HO,500mgHBO,25mg/lCuSO・5HO,25mg/lNaMoO・2HO,45mg/lCoCl・6HO]。培養の第6日に,遠心分離により細胞を培地から分離し,−80℃で保存した。
【0051】
B) 選択的酸化還元酵素をコードする遺伝子の増幅
ゲノムDNAを,"Molecular Cloning",Manniatis&Sambrookに記載される方法にしたがって抽出した。得られた核酸をテンプレートとして用いて,NCBIデータベース番号46106817として公表されている遺伝子配列に基づく特異的プライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行った。これを行うにあたって,プライマーには,続く発現ベクターへのクローニング用に5’末端の位置にそれぞれエンドヌクレアーゼNdeIおよびHindIIIまたはSphIの制限部位を含めた(配列番号67,配列番号68,配列番号69)。
【0052】
増幅は,PCRバッファー[10mM Tris−HCl,(pH8.0);50mM KCl;10mM MgSO;1mM dNTPミックス;それぞれの場合に20pMolのプライマーおよび2.5UのPlatinum Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen)]中で,500ngのゲノムDNAを用い,下記の温度サイクルで行った:
サイクル1: 94℃,2分間
サイクル2x30: 94℃,15秒間
54℃,30秒間
68℃,60秒間
サイクル3: 68℃,7分間
4℃,∞
【0053】
得られた約750bpのサイズのPCR産物を,1%アガロースゲルで精製した後に,それぞれエンドヌクレアーゼNdeIおよびHindIIIまたはSphIおよびHindIIIで消化し,それぞれ同じエンドヌクレアーゼで処理したpET21aベクター(Novagen)またはpQE70ベクター(Qiagen)の骨格にライゲーションした。2μlのライゲーションバッチをE.coli Top10F’細胞(Invitrogen)にトランスフォームした後,アンピリシン−耐性コロニーのプラスミドDNAを,それぞれエンドヌクレアーゼNdeIおよびHindIIIまたはSphIおよびHindIIIを用いる制限分析により,750bpのサイズを有する挿入物の存在について調べた。フラグメントが陽性であるクローンからのプラスミド調製物を配列分析し,次にそれぞれEscherichia coli BL21Star(Invitrogen)およびE.coli RB791(geneticstock,Yale)にトランスフォームした。
【0054】
C) Escherichia coli細胞におけるポリペプチド配列番号5の効率的発現
配列番号5のポリペプチドのEscherichia coli細胞における効率的な発現のため,配列番号70のコーディングDNAをテンプレートとして用いて,発現ベクターへのクローニングのためのPCR反応を行った。第1の領域において,このDNA配列は既知のDNA配列(配列番号20)から153塩基異なっていた。この変更は保存的でありアミノ酸配列を変化させない。
【0055】
増幅は,PCRバッファー[10mM Tris−HCl,(pH8.0);50mM KCl;10mM MgSO;1mM dNTPミックス;それぞれ20pMolのプライマー(配列番号71,配列番号68)および2,5UのPlatinum Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen)]中で,50ngの配列番号70のDNAをテンプレートとして,以下の温度サイクルで行った:
サイクル1: 94℃,2分間
サイクル2x30: 94℃,40秒間
56℃,30秒間
68℃,60秒間
サイクル3: 68℃,7分間
4℃,∞
【0056】
得られた約750bpのサイズを有するPCR産物を,1%アガロースゲルで精製した後,エンドヌクレアーゼNheIおよびHindIIIを用いて,pET21aベクター(Novagen)の骨格にライゲーションした。この骨格は,予め同じエンドヌクレアーゼで処理したものである。2μlのライゲーションバッチをE.coli Top10F’細胞(Invitrogen)にトランスフォームした後,アンピリシン−耐性コロニーのプラスミドDNAを,エンドヌクレアーゼNheIおよびHindIIIを用いる制限分析により,750bpのサイズを有する挿入物の存在について調べた。フラグメントについて陽性のクローンからのプラスミド調製物を配列分析し,次にEscherichia coli BL21 Star(Invitrogen)にトランスフォームした。
【0057】
D) Rubrobacter xylanophilus DSM9941からの酸化還元酵素の調製
それぞれ発現コンストラクトでトランスフォームしたEscherichia coli BL21 Star株(Invitrogen,Karlsruhe,Germany)およびRB791株(E.coli genetic stock,Yale,USA)を,アンピリシン(50μg/ml)を含む培地(1%トリプトン,0.5%酵母エキス,1%NaCl)で,550nmで測定した光学密度が0.5となるまで培養した。イソプロピルチオガラクトシド(IPTG)を0.1mMの濃度で加えることにより組換え蛋白質の発現を誘導した。25℃,220rpmで16時間誘導した後,細胞を回収し,−20℃で凍結した。
【0058】
酵素の回収のためには,30gの細胞を150mlのトリエタノールアミンバッファー(100mM,pH=7,2mMMgCl,10%グリセロール)に懸濁し,高圧ホモジナイザーを用いて破壊した。次に,酵素溶液を150mlのグリセロールと混合し,−20℃で保存した。
【0059】
このようにして得られた酵素溶液を用いて化合物Iを還元した(実施例3)。
【0060】
実施例2に記載される手順と同様にして,配列番号6および配列番号7の酸化還元酵素も得ることができる。
【0061】
実施例2
分子スクリーニングによるCandida magnoliaeからの酸化還元酵素のクローニングおよび提供(配列番号1)
A) 酸化還元酵素の分子スクリーニング
Candida magnoliae CBS6396の細胞から単離したゲノムDNAを,PCRによる分子スクリーニングのテンプレートとして用いた。これを行うに際し,増幅は,PCRバッファー[16mM(NHSO;67mM Tris−HClpH8.3(25℃);1.5mMgCl;0.01%Tween20;0.2mMdNTPミックス;それぞれ30pMolのプライマー(配列番号72,配列番号73)および1.25UのBioTherm Starポリメラーゼ(Genecraft)]中で,Candida magnoliae CBS6396の細胞から単離した50ngのゲノムDNAをテンプレートとして,下記のサイクルで行った:
サイクル1: 95℃,7分間
サイクル2x28: 94℃,40秒間
温度降下開始63℃ −0,5℃/段階,30秒間
68℃,60秒間x20
94℃,40秒間
53℃,40秒間
70℃,60秒間
サイクル3:70℃,7分間
4℃,∞
【0062】
全PCRバッチを1%アガロースゲルで分画した後,約400bpのバンドを同定し,オーバーハングしたアデノシン成分を利用してTopo−TAベクター(Invitrogen)にクローニングして,DNA配列を決定した。
【0063】
スクリーニング反応から得られたDNAバンドは,137アミノ酸残基の酸化還元酵素のフラグメントに対応するオープンリーディングフレームを示した。
【0064】
B) 単離(総RNAおよびmRNA)
600mgの新鮮な細胞を2.5mlの氷冷LETSバッファーに再懸濁した。この細胞懸濁液に,硝酸で洗浄し,3mlのフェノール(pH7.0)で平衡化した5ml(約20g)のガラスビーズを加えた。次に全バッチを,30秒間のボルテックスと30秒間の氷冷を交互に,合計10分間処理した。次に,5mlの氷冷LETSバッファーを加え,再び激しくボルテックスした。この細胞懸濁液を4℃で11000gで5分間遠心分離した。水性相を回収し,等量のフェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール(24:24:1)で2回抽出した。次に,クロロホルムで抽出した。最後の抽出後,1/10用量の5MLiClを加えて,総RNAを−20℃で4時間沈殿させた。
【0065】
このようにして得られた1mgの総RNAを用いて,オリゴdTセルロース(NEB Biolabs)によりmRNA分子を濃縮した。酸化還元酵素をコードする全配列の決定は,"Molecular Cloning",Manniatis&Sambrookに記載される方法にしたがって,RACE(cDNA末端の急速増幅)により行った。酸化還元酵素をコードする遺伝子配列は,239アミノ酸残基の長さに対応する720塩基対を含んでいた。
【0066】
C) PCRによるCandida magnoliaeCBS6396から短鎖ADHをコードする全長転写産物の合成
続いて全長転写産物を適当な発現系にクローニングするために,特異的プライマーを構築した。これを行うに際し,NdeIの認識配列を有する5’−プライマーおよびHindIIIの認識配列を有する3’−プライマーを改変した(配列番号74,配列番号75)。Candida magnoliae CBS6396の細胞から単離したゲノムDNAをポリメラーゼ連鎖反応のテンプレートとして用いた。増幅は,PCRバッファー[10mMTris−HCl(pH8.0);50mMKCl;10mM MgSO;1mMdNTPミックス;それぞれ20pMolのプライマーおよび2.5UのPlatinum Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen)]中で,50ngのテンプレートおよび以下の温度サイクルを用いて行った:
サイクル1: 94℃,2分間
サイクル2x30: 94℃,15秒間
58℃,30秒間
68℃,75秒間
サイクル3: 68℃,7分間
4℃,∞
【0067】
得られたPCR産物を,1%アガロースゲルで精製した後,エンドヌクレアーゼNdeIおよびHindIIIを用いて切断し,pET21aベクター(Novagen)の骨格にライゲーションした。この骨格は,同じエンドヌクレアーゼで予め処理したものである。2μlのライゲーションバッチをE.coli Top10F’細胞(Invitrogen)にトランスフォームした後,アンピリシン(またはカナマイシン)耐性コロニーのプラスミドDNAを,エンドヌクレアーゼNdeIおよびHindを用いる制限分析により,750bpのサイズを有する挿入物について調べた。発現コンストラクトpET21−MIXを配列決定した。Candida magnoliaeからの短鎖酸化還元酵素をコードする遺伝子は,合計で720bp(配列番号16)のオープンリーディングフレームを有しており,これは239アミノ酸(配列番号1)の蛋白質に対応した。
【0068】
D) 組換え酸化還元酵素のE.coli細胞における発現
コンピテントのEscherichia coli Star BL21(De3)細胞(Invitrogen)およびRB791細胞(E.coli geneticstock,Yale,USA)をそれぞれ,酸化還元酵素をコードする発現コンストラクトpET21−MIXでトランスフォームした。次に,発現コンストラクトでトランスフォームしたEscherichia coliコロニーを,それぞれ50μg/mlのアンピリシンまたは40μg/mlのカナマイシンを含む200mlのLB培地(1%トリプトン,0.5%酵母エキス,1%NaCl)で,550nmで測定した光学密度が0.5となるまで培養した。イソプロピルチオガラクトシド(IPTG)を0.1mMの濃度で加えることにより組換え蛋白質の発現を誘導した。25℃で220rpmで16時間インキュベーションした後,細胞を回収し,−20℃で凍結した。活性試験用には,10mgの細胞を500μlの100mMTEAバッファー(pH7.0),1mMMgClおよび500μlのガラスビーズと混合し,グローブミルを用いて10分間破砕した。次に,得られた溶解物を希釈した状態で用いて,それぞれの測定を行った。
【0069】
活性試験は次のように作成した:960μlの100mMTEAバッファー(pH7.0),1mMのMgCl,160μgのNADPH,10μlの希釈細胞溶解物。反応は,10μlの100mM基質溶液を反応混合物に加えることにより開始した。
【0070】
酵素を大量に回収するためには,30gの細胞を150mlのトリエタノールアミンバッファー(100mM,pH7,2mMMgCl,10%グリセロール)に再懸濁し,高圧ホモジナイザーを用いて破砕した。次に,酵素溶液を150mlのグリセロールと混合し,−20℃で保存した。
【0071】
実施例2に記載される手順と同様にして,配列番号2,3,4,8,9,10,11,12,13,14,15の酸化還元酵素も得ることができる。
【0072】
実施例3:
配列番号1から配列番号15の酸化還元酵素が式Iの化合物を還元する特性についての特徴付け
配列番号1から配列番号15の配列の酸化還元酵素を,式Iの化合物の変換について下記のようにして試験した。
【表1】

【0073】
サンプルAおよびBを24時間インキュベーションした後,1mlのアセトニトリルをそれぞれ全反応バッチに加え,反応バッチを遠心分離し,HPLC分析容器(1mg/ml)に移した。
【0074】
反応バッチをHPLC(Nucleodur 1005 C18ec,125mm,直径4mm,Macherey−Nagel)により分析した。流速1ml/分で,アセトニトリル(B)と水(A)の溶媒系を使用した。40%から80%に増加するアセトニトリルの直線勾配により,式I,IIおよびIIIの化合物を10分以内に分離することができた。
【0075】
保持時間は次のとおりであった:(ケトン,式I)10.0分間;(R,S−化合物,式II)9.3分間および(S,S−化合物,式III)8.5分間。
【0076】
結果
【表2】

【0077】
実施例4:
配列番号1の酸化還元酵素による式Iの化合物の式IIの化合物(R,S−化合物)への変換
式Iの化合物を式IIの化合物(R,S−化合物)に変換するために,2.25mlの配列番号1(実施例1Dを参照)の酵素懸濁液および75ユニット(=2ml)の過剰発現させたThermoanerobium brockiiのアルコールデヒドロゲナーゼをそれぞれ3mlのバッファー(100mMTEA,pH=8,10%グリセロール),1.5gの式Iの化合物,0.3mgのNADPおよび7mlの4−メチル−2−ペンタノールの混合物に加えた。反応混合物を室温でよく撹拌しながらインキュベーションした。48時間後,用いた式Iの化合物の95%より多くが式IIの化合物に還元された。エナンチオマー過剰は98%より高かった。
【0078】
実施例5:
配列番号5の酸化還元酵素による式Iの化合物の式IIIの化合物(S,S−化合物)への変換
さらに,式Iの化合物を式IIIの化合物(S,S−化合物)に変換するために,600μlのバッファー(100mMTEA,pH=9),200μlの2−プロパノール,50mgの式Iの化合物,0.1mgのNADおよび200μlの配列番号5の酵素懸濁液(実施例1Dを参照)の混合物をエッペンドルフ反応容器中でインキュベーションした。反応混合物を室温でよく撹拌しながらインキュベーションした。48時間後,用いた式Iの化合物の90%より多くが式IIIの化合物(S,S)に還元された。エナンチオマー過剰は98%より高かった。
【表3】

【0079】
【表4】

【0080】
【表5】

【0081】
【表6】

【0082】
【表7】

【0083】
【表8】

【0084】
【表9】

【0085】
【表10】

【0086】
【表11】

【0087】
【表12】

【0088】
【表13】

【0089】
【表14】

【0090】
【表15】



【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般式I:
【化3】

[式中,Rはアミノ官能基の保護基(tert−ブチルオキシカルボニル基(BOC),ベンジルオキシカルボニル基,9−フルオレニルメトキシカルボニル基)を表し,およびXは−Cl,−CN,−OH,Br,Fである]
のケト化合物をエナンチオ選択的に酵素的に還元して一般式II(R,S−化合物):
【化4】

[式中,RおよびXは式Iにおけるものと同じ意味である]
のヒドロキシ化合物とする方法であって,
ケト化合物を,補因子の存在下で酸化還元酵素で還元し,ここで,形成された酸化された補因子NADまたはNADPは,一般式RCHOH(R,Rは,独立して,水素,分枝鎖または非分枝鎖のC−Cのアルキル基を表し,Cの合計は3以上である)の二級アルコールの酸化により連続的に再生されることを特徴とする方法。
【請求項2】
一般式I:
【化5】

[式中,Rはアミノ官能基の保護基(tert−ブチルオキシカルボニル基(BOC),ベンジルオキシカルボニル基,9−フルオレニルメトキシカルボニル基)を表し,Xは−Cl,−CN,−OH,Br,Fである]
のケト化合物をエナンチオ選択的に酵素的に還元して一般式II(R,S−化合物):
【化6】

[式中,RおよびXは式Iにおけるものと同じ意味である]
のヒドロキシ化合物とする方法であって,
ケト化合物を,補因子の存在下で酸化還元酵素により還元し,該酸化還元酵素は,
a) 配列番号1,配列番号2,配列番号3または配列番号4にしたがうアミノ酸配列を含む,または
b) 少なくとも65%のアミノ酸が配列番号1,配列番号2,配列番号3または配列番号4のアミノ酸配列のものと同一であるアミノ酸配列を含む,または
c)少なくとも72%のアミノ酸が配列番号1,配列番号2,配列番号3または配列番号4のアミノ酸配列のものと同一であるアミノ酸配列を含む,または
d)配列番号16,配列番号17,配列番号18または配列番号19の核酸配列によりコードされる,または
e)ストリンジェントな条件下で配列番号16,配列番号17,配列番号18または配列番号19にハイブリダイズする核酸配列によりコードされる,または
f)220−260アミノ酸の長さを有し,配列番号31−配列番号51の配列からなる群より選択される部分配列の1または数個を含む,
のいずれかであり,
そして,式Iの化合物を還元して好ましくは式IIの化合物とする,
の各工程を含む方法。
【請求項3】
一般式I:
【化7】

[式中,Rはアミノ官能基の保護基(tert−ブチルオキシカルボニル基(BOC),ベンジルオキシカルボニル基,9−フルオレニルメトキシカルボニル基)を表し,Xは−Cl,−CN,−OH,Br,Fである]
のケト化合物をエナンチオ選択的に酵素的に還元して一般式III(S,S−化合物):
【化8】

[式中,RおよびXは式Iにおけるものと同じ意味である]
のヒドロキシ化合物とする方法であって,ケト化合物を補因子の存在下で酸化還元酵素により還元し,ここで,形成された酸化された補因子NADまたはNADPは,一般式RCHOH[式中,R,Rは,独立して,水素,分枝鎖または非分枝鎖のC−Cのアルキル基であり,およびCの合計は3以上である]の二級アルコールの酸化により連続的に再生されることを特徴とする方法。
【請求項4】
一般式I:
【化9】

[式中,Rはアミノ官能基の保護基(tert−ブチルオキシカルボニル基,ベンジルオキシカルボニル基,9−フルオレニルメトキシカルボニル基)を表し,Xは−Cl,−CN,−OH,Br,Fである]
のケト化合物をエナンチオ選択的に酵素的に還元して,一般式III(S,S−化合物):
【化10】

[式中,RおよびXは式Iにおけるものと同じ意味である]
のヒドロキシ化合物とする方法であって,ケト化合物を補因子の存在下で酸化還元酵素により還元し,該酸化還元酵素は,
a)配列番号5,配列番号6,配列番号7,配列番号8,配列番号9,配列番号10,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14または配列番号15にしたがうアミノ酸配列を含む,または
b)アミノ酸の少なくとも65%が配列番号5,配列番号6,配列番号7,配列番号8,配列番号9,配列番号10,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14または配列番号15にしたがうアミノ酸配列と同一であるアミノ酸配列を含む,または
c)配列番号20,配列番号21,配列番号22,配列番号23,配列番号24,配列番号25,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30の核酸配列によりコードされる,または
d)ストリンジェントな条件下で配列番号20,配列番号21,配列番号22,配列番号23,配列番号24,配列番号25,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30にハイブリダイズする核酸配列によりコードされる,または
e)220−260アミノ酸の長さを有し,配列番号31−配列番号66の配列からなる群より選択される部分配列の1またはいくつかを含む,
のいずれかであり,
そして,式Iの化合物を還元して好ましくは式IIIの化合物とする,
の各工程を含む方法。
【請求項5】
形成された酸化された補因子NADまたはNADPが連続的に再生される,請求項2または4のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
形成された酸化された補因子NADまたはNADPが,一般式RCHOHの二級アルコールの酸化により連続的に再生される,請求項2,4または5のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
2−プロパノール,2−ブタノール,2−ペンタノール,4−メチル−2−ペンタノール,2−ヘプタノールまたは2−オクタノールをそれぞれ補基質または二級アルコールとして用いる,請求項1−6のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
補因子の再生用に追加の酸化還元酵素/デヒドロゲナーゼを加える,請求項1−7のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
式1の化合物は,20g/l以上,好ましくは50g/lより高い,および特に好ましくは100g/lより高い濃度で反応バッチ中に存在する,請求項1−8のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
TTN(総ターンオーバー数=還元された式Iの化合物のモル数/用いられた補因子のモル数)は10以上である,請求項1−9のいずれかに記載の方法。
【請求項11】
水性有機二相系で実施される,請求項1−10のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
さらに,有機溶媒,例えば,ジエチルエーテル,三級ブチルメチルエーテル,ジイソプロピルエーテル,ジブチルエーテル,酢酸エチル,酢酸ブチル,ヘプタン,ヘキサンまたはシクロヘキサンを用いる,請求項1−11のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
式IV:
【化11】

の特定の化合物をケト化合物として用いる,請求項1−11のいずれかに記載の方法。
【請求項14】
配列番号1,配列番号2,配列番号3,配列番号4,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14または配列番号15のアミノ酸配列のポリペプチド。
【請求項15】
配列番号1,配列番号2,配列番号3,配列番号4,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14または配列番号15のアミノ酸配列の1つに対して少なくとも65%,好ましくは70%,特に好ましくは75%より高い同一性を有するポリペプチド。
【請求項16】
配列番号1,配列番号2,配列番号3,配列番号4,配列番号11,配列番号12,配列番号13,配列番号14または配列番号15の配列から少なくとも1つのアミノ酸の置換,挿入,欠失または付加により誘導されるポリペプチド。
【請求項17】
配列番号16,配列番号17,配列番号18,配列番号19,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30の核酸配列によりコードされるポリペプチド。
【請求項18】
ストリンジェントな条件下で配列番号16,配列番号17,配列番号18,配列番号19,配列番号26,配列番号27,配列番号28,配列番号29または配列番号30の配列の1つにハイブリダイズする核酸配列によりコードされるポリペプチド。
【請求項19】
220−260アミノ酸の長さを有し,配列番号31−配列番号51からなる群より選択される配列の1またはいくつかの部分配列を含み,かつ式Iの化合物を還元して,好ましくは式IIの化合物とするポリペプチド。


【公表番号】特表2010−539910(P2010−539910A)
【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2010−526201(P2010−526201)
【出願日】平成20年9月22日(2008.9.22)
【国際出願番号】PCT/EP2008/007992
【国際公開番号】WO2009/040080
【国際公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【出願人】(503382003)イーエーペー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング (5)
【Fターム(参考)】