説明

改善されたハロヒドリンデハロゲナーゼおよび関連するポリヌクレオチド

本発明は、新規なハロヒドリンデハロゲナーゼポリペプチド、および、そのようなポリペプチドをコードするポリヌクレオチドに関連する。これらのポリペプチドは、4位置換された3−酪酸誘導体、および、シアノ・ヒドロキシルがビシナル置換されたカルボン酸エステルの製造において有用である。本発明はまた、関連するベクター、宿主細胞および方法を提供する。本発明は、ハロヒドリンデハロゲナーゼ活性を有するポリペプチド、典型的には、ハロヒドリンデハロゲナーゼ活性を有する単離され、場合により精製されたポリペプチド(より典型的には、組換えポリペプチド)に関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(発明の分野)
本発明は、新規なハロヒドリンデハロゲナーゼポリペプチド、および、そのようなポリペプチドをコードするポリヌクレオチドに関連する。
【背景技術】
【0002】
(発明の背景)
ハロヒドリンデハロゲナーゼ(「HHDH」)は、ハロヒドリンハロゲン化水素リアーゼまたはハロヒドリンエポキシダーゼ[EC4.5.1]とも呼ばれており、1,2−ハロヒドリンと、対応する1,2−エポキシドとの下記の相互変換を触媒する:
【0003】
【化1】

特許文献1には、プロピレンオキシドを製造するためにある種のハロヒドリンエポキシダーゼを使用することが記載される。特許文献2および特許文献3には、1,3−ジクロロプロパノール(DCP)およびエピクロロヒドリン(ECH)をそれぞれ4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル(CHBN)に変換するためにこの酵素活性を使用することが記載される。アグロバクテリウム・ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter)およびコリネバクテリウム(Corynebacyerium)から得られるHHDH酵素が広範囲の様々なハロゲン化基質に対して特徴づけられている(非特許文献1;非特許文献2;非特許文献3)。
【0004】
HHDHはまた、クロリドまたはブロミドとは異なる求核試薬によるエポキシドの開環を触媒する。アジド(N)、ニトリト(NO)およびシアニド(CN)により、クロリドがエポキシドの開環の際に置換され得ることが明らかにされている(非特許文献4;非特許文献5;非特許文献6;非特許文献7を参照のこと):
【0005】
【化2】

Nakamuraら(非特許文献5)は、DCPを、中間体としてのエピクロロヒドリン(ECH)を介してクロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル(CHBN)に直接的に変換するためにHHDHを使用することを記載する:
【0006】
【化3】

いくつかのハロヒドリンデハロゲナーゼが特徴づけられている。例えば、A.radiobacter AD1から得られたHHDHは28kDサブユニットのホモ四量体である。Corynebacterium sp.N−1074は2つのHHDH酵素を産生し、そのうちの一方は28kDサブユニットから構成され(Ia)、もう一方は35kDおよび/または32kDの関連したサブユニットから構成される(Ib)。いくつかの供給源から得られたHHDHは、サブユニットの解離を生じさせるプロセスにおける酸化性条件下で容易に失活し、pH8〜9の至適pHおよび50℃の至適温度を有する(非特許文献8;非特許文献9)。HHDHにより触媒されるエポキシド形成に対する至適pHが8.0〜9.0として、また、至適温度が45℃〜55℃の範囲にあるとして報告されている(非特許文献1;非特許文献2;非特許文献3)。逆反応(クロリドによる開環)に対する至適pHがCorynebacterium sp.N−1074の2つの酵素について報告されており、7.4(Ia)または5(Ib)である。A.radiobacter AD1のHHDHに対する部位特異的変異誘発研究では、酸化的失活が、酵素の四次構造がシステイン残基の酸化により破壊されるためであることが示された(非特許文献10)。
【0007】
種々の供給源から得られた精製HHDH酵素は、146U/mg(Ib)〜2.75U/mg(Ia)に及ぶDCPに対する比活性を示す(非特許文献2;非特許文献3)。Ib酵素の高い活性には、高いエナンチオ選択性が伴っており、E−ECHがDCPから生じ、一方、Ia酵素はラセミ状のECHをもたらす。
【0008】
HHDHをコードする遺伝子が下記の微生物において同定されている:アグロバクテリウム・ラジオバクターAD1(hheC)、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)(halB)、コリネバクテリウムsp.(IaをコードするhheA、およびIbをコードするhheB)、アルスロバクター(Arthrobacter)sp.(hheAAD2)、およびミコバクテリウム(Mycobacterium)sp.GP1(hheBGP1)。すべての酵素が大腸菌において機能的に発現させられている。
【0009】
酵素が大きい容積生産性を示すこと、反応が、大きい最終生成物濃度を伴い、かつ、大きいエナンチオ選択性を伴って比較的短い期間で完了すること、および、化学的副生成物が形成されないことが、HHDHの様々な商業的適用のためには非常に望ましい。プロセスのこれらの特性は一般に、酵素の幅広い特性(例えば、基質に対する低いKm、大きいプロセス安定性、高い比活性、化学反応が進行していない条件下での基質阻害および生成物阻害がないこと)を規定するために使用することができる。現在利用可能なHHDH酵素はこれらの基準のすべてを満たしていない。例えば、HHDHによる3−ヒドロキシバレロニトリルへの1,2−エポキシブタンおよびシアニドに対する変換は3mmol/hrの最大速度で進行するが、この速度はほんの10分間しか持続されない(非特許文献4)。4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル(CHBN)へのDCPおよびECHの変換もまた2mmol/hr〜3mmol/hrの速度に制限される(Nakamuraら、特許文献2および特許文献3)。ECHからCHBNへの変換を詳しく分析することにより、hheBによりコードされるHHDH−Ib酵素は大きい活性を有する一方で、大きい生産性はほんの20分間しか維持されず、その後では、さらなる変換が、少なくとも1/50に低下した速度で生じ、全体的な変換率が60%をちょうど超えた程度であることが明らかにされている(非特許文献5)。DCPの、ECHを介したCHBNへの直接的な変換は、低下した速度で進行し、65.3%の収率をもたらしている。従って、文献に記載されるようなHHDHは、商業的適用における触媒のための所望される基準を満していない。
【特許文献1】米国特許第4,284,723号明細書
【特許文献2】米国特許第5,166,061号明細書
【特許文献3】米国特許第5,210,031号明細書
【非特許文献1】Van Hylckama Vliegら、J.Bacteriol.(2001)183:5058〜5066
【非特許文献2】Nakamuraら、Appl.Environ.Microbiol.(1994)60:1297〜1301
【非特許文献3】Nagasawaら、Appl.Microbiol.Biotechnol.(1992)36:478〜482
【非特許文献4】Nakamuraら、Biochem.Biophys Res.Comm.(1991)180:124〜130
【非特許文献5】Nakamuraら、Tetrahedron(1994)50:11821〜11826
【非特許文献6】Lutje Spelbergら、Org.Lett.(2001)3:41〜43
【非特許文献7】Lutje Spelbergら、Tetrahedron Assym.(2002)13:1083
【非特許文献8】Tang、Enz.Microbial.Technol.(2002)30:251〜258
【非特許文献9】Swanson、Curr.Opin.Biotechnol.(1999)10:365〜369
【非特許文献10】Tangら、Enz.Microbial.Technol.(2002)30:251〜258
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
従って、新しいハロヒドリンデハロゲナーゼが非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0011】
(発明の簡単な要旨)
本発明は、ハロヒドリンデハロゲナーゼ活性を有するポリペプチド、典型的には、ハロヒドリンデハロゲナーゼ活性を有する単離され、場合により精製されたポリペプチド(より典型的には、組換えポリペプチド)に関し、この場合、前記ポリペプチドは、下記のポリペプチドからなる群より選択されるアミノ酸配列を含む:
(a)配列番号4、配列番号12、配列番号16、配列番号18、配列番号34、配列番号38、配列番号44、配列番号48、配列番号52、配列番号66、配列番号80、配列番号84、配列番号114、配列番号154、配列番号158、配列番号170または配列番号270に対して少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(b)配列番号10、配列番号14、配列番号68、配列番号118、配列番号164、配列番号166または配列番号180に対して少なくとも98%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(c)配列番号110、配列番号162、配列番号262、配列番号422、配列番号440または配列番号520に対して少なくとも97%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(d)配列番号116または配列番号448に対して少なくとも96%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(e)配列番号264、配列番号266、配列番号470または配列番号476に対して少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(f)配列番号200に対して少なくとも93%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(g)配列番号442に対して少なくとも89%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(h)配列番号702に対して少なくとも88%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(i)配列番号2と最適に整列された場合、配列番号2に対して少なくとも80%同一であり、かつ、2位の(残基)位置におけるT、3位におけるAまたはPまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるCまたはSまたはKのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、58位におけるK、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるR、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、SまたはGのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、249位におけるY、252位におけるVまたはI、および、254位におけるVからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を含むポリペプチド;
(j)配列番号1に対応する核酸の実質的に全長にわたってストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされるポリペプチド(ただし、コードされるポリペプチドは、配列番号2と最適に整列された場合、2位の(残基)位置におけるT、3位におけるA、PまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるSまたはKまたはCのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、58位におけるK、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるRまたはQ、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、99位におけるG、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、GまたはSのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、189位におけるT、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、222位におけるA、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、252位におけるVまたはI、および、254位におけるVからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を有するアミノ酸配列を含む)。
【0012】
別の局面において、本発明は、HHDHを有するポリペプチド、典型的には、HHDHを有する単離され、場合により精製されたポリペプチド(より典型的には、組換えポリペプチド)に関し、この場合、前記ポリペプチドは、上記に記載されるような(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)および(j)からなる群より選択されるアミノ酸配列を含み、かつ、37位におけるQ、70位におけるY、72位におけるQ、80位におけるQ、99位におけるG、107位におけるR、146位におけるT、153位におけるC、186位におけるF、189位におけるT、および222位におけるAからなる群より選択されるアミノ酸残基をさらに含む。
【0013】
別の局面において、本発明は、アグロバクテリウムsp.に由来する野生型ハロヒドリンデハロゲナーゼ(配列番号2)と比較して1.4倍〜10,000倍大きい活性を有するハロヒドリンデハロゲナーゼ(HHDH)に関する。
【0014】
さらなる局面において、本発明は、配列番号2のアミノ酸を有する野生型HHDHと比較して少なくとも1.4倍大きいHHDH活性を有する単離されたポリペプチドまたは組換えポリペプチドに関し、
この場合、前記ポリペプチドは、配列番号3、配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号15、配列番号17、配列番号33、配列番号37、配列番号43、配列番号47、配列番号49、配列番号51、配列番号65、配列番号67、配列番号79、配列番号83、配列番号109、配列番号113、配列番号115、配列番号117、配列番号153、配列番号157、配列番号161、配列番号163、配列番号165、配列番号169、配列番号179、配列番号161、配列番号199、配列番号261、配列番号263、配列番号265、配列番号269、配列番号421、配列番号439、配列番号441、配列番号447、配列番号469、配列番号475、配列番号519、配列番号701、配列番号725、配列番号729、配列番号731、配列番号733、配列番号735、配列番号737、およびその相補的配列からなる群より選択される配列を有する核酸の実質的に全長にわたってストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされる。
【0015】
別の局面において、本発明は、ハロヒドリンデハロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするHHDHポリヌクレオチドに関する。
【0016】
さらにさらなる局面において、本発明は、プロモーターに作動可能に連結された本発明のHHDHポリヌクレオチドを含むベクターに関する。
【0017】
他の実施形態において、本発明は、本発明のHHDHポリペプチドを産生させるための宿主細胞、および、そのような宿主細胞から本発明のHHDHポリペプチドを産生させるための方法に関する。
【0018】
(詳細な説明)
(HHDHポリペプチド)
本発明は、ハロヒドリンデハロゲナーゼ(「HHDH」)活性を有する新規なポリペプチド、ならびに、そのようなポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを提供する。本発明のHHDHポリペプチドは、例えば、発明の名称が「4位置換された3−ヒドロキシ酪酸誘導体を製造するための酵素プロセス」である特許出願明細書(これは代理人文書番号0339.210USに対応する;2003年8月11日出願、米国特許出願第10/639,159号[これは本明細書によって参照として本明細書中に組み込まれる])に記載される方法を使用して、4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸誘導体を、4位置換された3−ヒドロキシ酪酸誘導体に変換することを触媒するために好適である。このような本発明のポリペプチドはまた、例えば、発明の名称が「4位置換された3−ヒドロキシ酪酸誘導体、ならびに、シアノおよびヒドロキシがビシナル置換されたカルボン酸エステルを製造するための酵素プロセス」である特許出願明細書(これは代理人文書番号0339.310USに対応する;2004年2月18日出願、米国特許出願第10/782,258号[これは本明細書によって参照として本明細書中に組み込まれる])に記載される方法を使用して、ハロおよびヒドロキシがビシナル置換されたカルボン酸エステルを、シアノおよびヒドロキシのビシナル置換のカルボン酸エステルに変換することを触媒するためにも好適である。本発明のポリペプチドは、ハロヒドリンを、医薬品中間体として有用なシアノヒドリンに変換するための触媒として特に有用である。具体的な適用において、本発明のHHDHポリペプチドは、4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルを4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルに変換することを触媒するために使用される。そのような変換を例示する様々な例が本明細書中下記に示される。そのような使用のより詳細な記載が、発明の名称が「4位置換された3−ヒドロキシ酪酸誘導体を製造するための酵素プロセス」および「4位置換された3−ヒドロキシ酪酸誘導体、ならびに、シアノおよびヒドロキシがビシナル置換されたカルボン酸エステルを製造するための酵素プロセス」(同上)である上記の特許出願明細書に示されている。
【0019】
本発明は、HHDH活性を有する単離されたポリペプチドまたは組換えポリペプチドを提供し、この場合、そのようなHHDHポリペプチドは、配列番号4、配列番号12、配列番号16、配列番号18、配列番号34、配列番号38、配列番号44、配列番号48、配列番号52、配列番号66、配列番号80、配列番号84、配列番号114、配列番号154、配列番号158、配列番号170または配列番号270に対して少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチドからなる群より選択されるアミノ酸配列を含む。
【0020】
本明細書中で使用される用語「HHDH活性」および用語「ハロヒドリンデハロゲナーゼ活性」は、実施例5Aに記載されるアッセイを使用して、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(「ECHB」)を検出可能な量の(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(「HN」)に変換することを触媒する能力を示すために本明細書中では交換可能に使用される。用語「HHDHポリペプチド」は、本明細書中では、HHDH活性を有するポリペプチドを示す。用語「HHDHポリヌクレオチド」は、HHDH活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを示す。
【0021】
本明細書中で使用される用語「単離された」は、通常の場合には会合している成分(他のタンパク質、核酸、細胞、合成試薬など)から部分的または完全に分離されている核酸、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、タンパク質または他の成分を示す。核酸またはポリペプチドが人工的または操作されているか、あるいは、人工的または操作されたタンパク質または核酸に由来するとき、核酸またはポリペプチドは「組換え」である。例えば、自然界において見出されるように通常の場合にはポリヌクレオチドに隣接するヌクレオチド配列と会合しないように、ベクターまたは任意の他の異種位置(例えば、組換え生物のゲノム)に挿入されているポリヌクレオチドは、組換えポリヌクレオチドである。組換えポリヌクレオチドからインビトロまたはインビボで発現したタンパク質は、組換えポリペプチドの一例である。同様に、自然界において現れないポリヌクレオチド配列(例えば、天然に存在する遺伝子の改変体)は組換えである。
【0022】
用語「同一性パーセント」、用語「同一性%」、「パーセント同一」および用語「%同一」は、アラインメントにおける同一の一致体の数を数え、同一の一致体のそのような数を参照配列の長さによって除算し、かつ、時間のかかる/正確な対毎の最適なアラインメントを達成するために下記の初期設定ClustalWパラメーター(Gap Open Penalty:10;Gap Extention Penalty:0.10;Protein加重行列:Gonnetシリーズ;DNA加重行列:IUB;対毎のSlow/Fastアラインメントの選択=SLOWまたはFULL Alignment)を使用するClustalW分析(バーションW1.8[これは、European Bioinfomatics Institute(Cambridge、英国)から入手可能である])によって得られるパーセントアミノ酸配列同一性を示すために本明細書中では交換可能に使用される。
【0023】
本発明はまた、配列番号10、配列番号14、配列番号68、配列番号118、配列番号164、配列番号166または配列番号180に対して少なくとも98%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチドを提供する。望ましいHHDHポリペプチドには、配列番号10、配列番号14、配列番号68、配列番号118、配列番号164、配列番号166または配列番号180に対して少なくとも99%同一であるポリペプチドが含まれる。
【0024】
別の実施形態において、本発明は、配列番号110、配列番号162、配列番号262、配列番号422、配列番号440または配列番号520に対して少なくとも97%同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチドを提供する。本発明のいくつかのHHDHポリペプチドは、配列番号110、配列番号162、配列番号262、配列番号422、配列番号440または配列番号520に対して少なくとも98%同一であり、場合により、少なくとも99%同一であることがある。
【0025】
さらにもう一つの実施形態において、本発明は、配列番号2の野生型HHDHよりも大きいHHDH活性を有するポリペプチドで、配列番号200に対して少なくとも93%同一であり、典型的には、配列番号200に対して少なくとも95%同一であり、より典型的には、配列番号200に対して少なくとも97%同一であり、最も典型的には、配列番号200に対して少なくとも99%同一であるポリペプチド(典型的には、単離および精製されたポリペプチド)に関する。
【0026】
さらに別の実施形態において、本発明は、配列番号2の野生型HHDHよりも大きいHHDH活性を有するポリペプチドで、配列番号442に対して少なくとも89%同一であり、典型的には、配列番号442に対して少なくとも93%同一であり、より典型的には、配列番号442に対して少なくとも95%同一であり、さらにより典型的には、配列番号442に対して少なくとも97%同一であり、最も典型的には、配列番号442に対して少なくとも99%同一であるポリペプチド(典型的には、単離および精製されたポリペプチド)に関する。
【0027】
別の実施形態において、本発明は、配列番号2の野生型HHDHよりも大きいHHDH活性を有するポリペプチドで、配列番号702に対して少なくとも88%同一であり、典型的には、配列番号702に対して少なくとも93%同一であり、より典型的には、配列番号702に対して少なくとも95%同一であり、さらにより典型的には、配列番号702に対して少なくとも97%同一であり、最も典型的には、配列番号702に対して少なくとも99%同一であるポリペプチド(典型的には、単離および精製されたポリペプチド)に関する。
【0028】
さらなる実施形態において、本発明は、配列番号116または配列番号448に対して少なくとも96%同一であるアミノ酸配列を有するHHDHポリペプチドを提供する。本発明のHHDHポリペプチドには、配列番号116または配列番号448に対して少なくとも97%同一であるHHDHポリペプチド、配列番号116または配列番号448に対して少なくとも98%同一であるHHDHポリペプチド、および、配列番号116または配列番号448に対して少なくとも99%同一であるHHDHポリペプチドが含まれる。
【0029】
本発明はさらに、配列番号264、配列番号266、配列番号470または配列番号476に対して少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するHHDHポリペプチドを提供する。本発明の望ましいHHDHポリペプチドには、配列番号264、配列番号266、配列番号470または配列番号476に対して少なくとも96%同一であるHHDHポリペプチド、配列番号264、配列番号266、配列番号470または配列番号476に対して少なくとも97%同一であるHHDHポリペプチド、配列番号264、配列番号266、配列番号470または配列番号476に対して少なくとも98%同一であるHHDHポリペプチド、および、配列番号264、配列番号266、配列番号470または配列番号476に対して少なくとも99%同一であるHHDHポリペプチドが含まれる。
【0030】
本発明はさらに、配列番号2と最適に整列された場合、配列番号2に対して少なくとも80%同一であるHHDHポリペプチドで、S2T、T3AまたはT3Pのいずれか、A4V、V6D、V9IまたはV9Fのいずれか、K10L、G13S、G14S、M15K、G16C、S17TまたはS17Rのいずれか、R20S、R20CまたはR20Kのいずれか、A24T、H26Q、V28F、A29T、C30A、H31L、E33G、S34R、F35L、K36N、Q37H、E40D、F44L、A45P、T47PまたはT47Aのいずれか、K52N、M54V、S55R、E56D、E58K、E61GまたはE61Dのいずれか、I63V、Q72R、V75I、L76P、S78C、F82Y、P84SまたはP84Lのいずれか、E85Q、K91E、A93D、E95QまたはE95G、D96N、R107K、V112A、A114TまたはA114GまたはA114Sのいずれか、V115A、S117P、K120N、K121E、R122P、H126R、I130V、A133S、T134AまたはT134V、F136LまたはF136WまたはF136V、W139H、L142IまたはL142R、T144S、T146S、A152T、C153S、T154SまたはT154Aのいずれか、I168V、P169T、Y177F、L178V、S180I、E181GまたはE181I、P184K、F186Y、T194I、H198N、V199M、K215E、V236G、F237V、W238L、A240T、M245IまたはM245AまたはM245Vのいずれか、W249Y、M252VまたはM252I、およびE254Vからなる群より選択される1つまたは複数の置換をさらに有するHHDHポリペプチドを提供する。いくつかの実施形態において、本発明のHHDHポリペプチドは、配列番号2に対して少なくとも85%同一であり、かつ、上記で示された置換の1つまたは複数を有する。本発明のいくつかのHHDHポリペプチドは配列番号2に対して少なくとも約90%同一であり、いくつかは配列番号2に対して少なくとも約95%同一であり、いくつかは配列番号2に対して少なくとも99%同一であり、ただし、これらのすべては、上記で示された置換の1つまたは複数を有する。これらのHHDHポリペプチドのいくつかは上記置換の少なくとも2つ以上を有し、また、これらのHHDHポリペプチドのいくつかは上記置換の少なくとも3つ以上を有する。
【0031】
配列番号2と最適に整列された場合、本発明の特定のHHDHポリペプチドは、配列番号2に対応する配列を有するが、S2T、T3AまたはT3Pのいずれか、A4V、V6D、V9IまたはV9Fのいずれか、K10L、G13S、G14S、M15K、G16C、S17TまたはS17Rのいずれか、R20S、R20CまたはR20Kのいずれか、A24T、H26Q、V28F、A29T、C30A、H31L、E33G、S34R、F35L、K36N、Q37H、E40D、F44L、A45P、T47PまたはT47Aのいずれか、K52N、M54V、S55R、E56D、E58K、E61GまたはE61Dのいずれか、I63V、Q72R、V75I、L76P、S78C、F82Y、P84SまたはP84Lのいずれか、E85Q、K91E、A93D、E95QまたはE95G、D96N、R107K、V112A、A114TまたはA114GまたはA114Sのいずれか、V115A、S117P、K120N、K121E、R122P、H126R、I130V、A133S、T134AまたはT134V、F136LまたはF136WまたはF136V、W139H、L142IまたはL142R、T144S、T146S、A152T、C153S、T154SまたはT154Aのいずれか、I168V、P169T、Y177F、L178V、S180I、E181GまたはE181I、P184K、F186Y、T194I、H198N、V199M、K215E、V236G、F237V、W238L、A240T、M245IまたはM245AまたはM245Vのいずれか、W249Y、M252VまたはM252I、およびE254Vからなる群より選択される1つまたは複数のアミノ酸置換を有する。いくつかの実施形態において、HHDHポリペプチドは上記置換の2つ以上を有し、場合により、上記置換の3つまたは4つまたはそれ以上を有することがある。典型的には、この実施形態において、生じるHHDHポリペプチドは、配列番号2との配列同一性が少なくとも80%であり、より典型的には少なくとも90%の配列同一性を有し、さらにより典型的には少なくとも95%の配列同一性を有し、なおさらにより典型的には少なくとも98%の配列同一性を有する。
【0032】
本明細書中に記載されるHHDHポリペプチドはさらに、37位におけるQ、70位におけるY、72位におけるQ、80位におけるQ、99位におけるG、107位におけるR、146位におけるT、153位におけるC、186位におけるF、189位におけるT、および222位におけるAからなる群より選択される1つまたは複数のアミノ酸残基を有することができる。いくつかの実施形態において、本発明のHHDHポリペプチドは、これらの選択された残基の2つ、3つ、4つまたはそれ以上を有する。これらの残基のうち、Q37、Y70、Q87、R107、T146、C153およびF186は、HHDH活性と好都合に相関するようである。他の残基は、より詳しくは下記で議論されているように、4−クロロ酢酸エチルによる阻害に対する抵抗性と好都合に十分に相関するようである。
【0033】
2つの配列が、その配列対に対してできる限り高いスコアに到達するように、規定されたアミノ酸置換行列(例えば、BLOSUM62)、ギャップ存在ペナルティーおよびギャップ伸長ペナルティーを使用して類似性をスコア化するためにアラインメントされているとき、その2つの配列は「最適にアラインメントされている」。様々なアミノ酸置換行列、および、2つの配列の間における類似性を定量化することにおけるそれらの使用がこの分野では広く知られている。例えば、Dayhoffら(1978)”A model of evolutionary change in proteins”;”Atlas of Protein Sequence and Structure”、Vol.5、Suppl.3(Ed.M.O.Dayhoff)、pp.345〜352、Natl.Biomed.Res.Round.、Washington,D.C.;Henikoffら(1992)、Proc.Natl.Acad.Sci.USA.、89:10915〜10919を参照のこと。BLOSUM62行列は、多くの場合、Capped BLAST2.0などの配列アラインメントプロトコルにおいて初期設定のスコア化置換行列として使用される。ギャップ存在ペナルティーは、アラインメントされた配列の一方に1つだけのアミノ酸ギャップを導入するために課され、ギャップ伸長ペナルティーは、既にあけられたギャップに挿入されたそれぞれのさらなる空位アミノ酸位置のために課される。アラインメントは、アラインメントが開始され、終了する各配列のアミノ酸位置によって、また、場合により、1個のギャップまたは多数のギャップを、できる限り高いスコアに到達するように一方の配列または両方の配列において挿入することによって規定される。最適なアラインメントおよびスコア化を手作業により達成することができる一方で、このプロセスは、コンピューターによって実行されるアラインメントアルゴリズムの使用によって、例えば、ギャップドBLAST2.0(これは、Altschulら(1997)Nucleic Acids Res.、25:3389〜3402に記載され、National Center for Biotechnology Information Websiteにおいて公開されている)の使用によって容易になる。最適なアラインメントは、多重アラインメントを含めて、PSI−BLAST(これはAltschulら(1997)Nucleic Acids Res.、25:3389〜3402によって記載される)などの容易に入手可能なプログラムを使用して作成することができる。
【0034】
参照配列と最適に整列されているアミノ酸配列に関して、アミノ酸残基は、残基がそれとのアラインメントにおいて対になっている参照配列における位置「に対応する」。「位置」は、N末端に対するその位置に基づいて参照配列における各アミノ酸を連続して特定する数字によって示される。最適なアラインメントを決定するときに考慮に入れなければならない欠失、挿入、短縮化、融合などのために、一般に、試験配列におけるアミノ酸残基の数は、N末端から単純に数えることによって決定され、参照配列におけるその対応する位置の数と同じである必要はない。例えば、アラインメントされた試験配列に欠失が存在する場合、その欠失部位での参照配列内の位置に対応するアミノ酸は存在しないことになる。アラインメントされた参照配列に挿入が存在する場合、その挿入は、参照配列内のどのアミノ酸位置にも対応しない。短縮化または融合の場合、対応する配列においてどのアミノ酸にも対応しないアミノ酸の領域が参照配列またはアラインメントされた配列のいずれかに存在し得る。
【0035】
さらなる実施形態において、本発明は、配列番号200に対して少なくとも93%同一であるHHDHポリペプチド(すなわち、配列番号200と最適に整列された場合、配列番号200と比較して18個以下のアミノ酸が異なるHHDHポリペプチド)を提供する。これらのHHDHポリペプチドのいくつかは配列番号200に対して少なくとも95%同一であり、いくつかは、配列番号200に対して少なくとも97%、98%または99%同一である。特定の実施形態において、これらのポリペプチドは下記の残基の1つ以上を有する:2位の(残基)位置におけるT、3位におけるAまたはPまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるCまたはSまたはKのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、58位におけるK、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるR、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、SまたはGのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、249位におけるY、252位におけるVまたはI、および、254位におけるV。
【0036】
本発明はまた、配列番号1に対応する核酸の実質的に全長にわたってストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされるHHDHポリペプチド(ただし、コードされるポリペプチドは、配列番号2と最適に整列された場合、2位の(残基)位置におけるT、3位におけるAまたはPまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるSまたはKのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるRまたはQ、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、99位におけるG、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、SまたはGのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、189位におけるT、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、222位におけるA、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、249位におけるY、252位におけるVまたはI、および、254位におけるVからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を有するアミノ酸配列を含む)を提供する。
【0037】
本発明はまた、配列番号2のアミノ酸配列を有する野生型HHDHと比較して少なくとも1.4倍大きいHHDH活性を有する単離されたポリペプチドまたは組換えポリペプチドを提供し、
この場合、前記ポリペプチドは、配列番号3、配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号15、配列番号17、配列番号33、配列番号37、配列番号43、配列番号47、配列番号49、配列番号51、配列番号65、配列番号67、配列番号79、配列番号83、配列番号109、配列番号113、配列番号115、配列番号117、配列番号153、配列番号157、配列番号161、配列番号163、配列番号165、配列番号169、配列番号179、配列番号161、配列番号199、配列番号261、配列番号263、配列番号265、配列番号269、配列番号421、配列番号439、配列番号441、配列番号447、配列番号469、配列番号475、配列番号519、配列番号701、配列番号725、配列番号729、配列番号731、配列番号733、配列番号735、配列番号737、およびその相補的配列からなる群より選択される配列を有する核酸の実質的に全長にわたってストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされる。
【0038】
核酸が典型的には溶液中で会合するとき、その核酸は「ハイブリダイズする」。核酸は、十分に特徴づけられた物理化学的な力により、例えば、水素結合、溶媒排除、塩基積み重なりなどによりハイブリダイズする。核酸のハイブリダイゼーションに対する広範な指針が、Tijssen(1993)”Laboratory Techniques in biochemistry and Molecular Biology−Hybridization with Nucleic Acid Probes”、Part I、Chapter 2(Elsevier、New York)に見出される。
【0039】
本明細書中で使用される用語「ストリンジェントなハイブリダイゼーション洗浄条件」は、核酸ハイブリダイゼーション実験(例えば、サザンハイブリダイゼーションおよびノーザンハイブリダイゼーションなど)の関連では、配列依存的であり、異なる環境パラメーターのもとでは異なる。核酸のハイブリダイゼーションに対する広範な指針が、Tijssen(1993)”Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology−Hybridization with Nucleic Acid Probes”、Part I、Chapter 2(Elsevier、New York)に見出される。
【0040】
本発明の目的のために、「高ストリンジェントな」(または「高ストリンジェンシー」の)ハイブリダイゼーション条件および洗浄条件は、一般には、(下記に記されるような)規定されたイオン強度およびpHにおいて、具体的な配列に対する熱的融解点(T)よりも約5℃以上低くするために選択される(高ストリンジェントな条件はまた、比較の用語で示され得る)。Tは、試験配列の50%が、完全に一致したプローブにハイブリダイズする(規定されたイオン強度およびpHでの)温度である。非常にストリンジェントな条件は、特定のプローブに対するTと等しくなるように選択される。
【0041】
核酸二重鎖のTは、二重鎖が所与の条件下で50%変性する温度を示し、核酸ハイブリッドの安定性の直接的な尺度を表している。従って、Tは、らせんからランダムコイルへの転移における中間点に対応する温度に対応する。そのため、Tは、長いヌクレオチド領域については、長さ、ヌクレオチド組成およびイオン強度に依存する。
【0042】
ハイブリダイゼーション後、ハイブリダイゼーションしていない核酸物質は一連の洗浄によって除くことができ、この場合、そのストリンジェンシーを、所望する結果に依存して調節することができる。低ストリンジェンシーの洗浄条件(例えば、より高い塩およびより低い温度を使用する洗浄条件)は感度を増大させ、しかし、非特異的なハイブリダイゼーションシグナルおよび高いバックグラウンドシグナルをもたらし得る(すなわち、特異性を失わせる)。より高いストリンジェンシーの条件(例えば、より低い塩、および、ハイブリダイゼーション温度により近いより高い温度を使用する条件)はバックグラウンドシグナルを低下させ、典型的には、特異的なシグナルのみが残留する(すなわち、特異性を増大させる)。Rapley,R.およびWalker,J.M.Eds.、”Molecular Biomethods Handbook”(Humana Press,Inc.1998)を参照のこと。
【0043】
DNA−DNA二重鎖のTを、下記の式1を使用して推定することができる:
(℃)=81.5℃+16.6(log10M)+0.41(%G+C)−0.72(%f)−500/n
式中、Mは一価カチオン(通常、Na+)のモル濃度であり、(%G+C)はグアノシン(G)ヌクレオチドおよびシトシン(C)ヌクレオチドの割合であり、(%f)はホルムアミドの割合であり、nはハイブリッドのヌクレオチド塩基の数(すなわち、長さ)である。上記文献を参照のこと。
【0044】
RNA−DNA二重鎖のTを、下記の式2を使用することによって推定することができる:
Tm(℃)=79.8℃+18.5(log10M)+0.58(%G+C)−11.8(%G+C)−0.56(%f)−820/n
式中、Mは一価カチオン(通常、Na+)のモル濃度であり、(%G+C)はグアノシン(G)ヌクレオチドおよびシトシン(C)ヌクレオチドの割合であり、(%f)はホルムアミドの割合であり、nはハイブリッドのヌクレオチド塩基の数(すなわち、長さ)である。上記文献を参照のこと。
【0045】
式1および式2は、典型的には、約100ヌクレオチド〜200ヌクレオチドよりも長いハイブリッド二重鎖についてのみ正確である。上記文献を参照のこと。
【0046】
50ヌクレオチド未満の短い核酸配列のTmは下記のように計算することができる:
(℃)=4(G+C)+2(A+T)
式中、A(アデニン)、C、T(チミン)およびGは、対応するヌクレオチドの数である。
【0047】
サザンブロットまたはノーザンブロットにおいてフィルター上に100を超える相補的残留物を有する相補的核酸のハイブリダイゼーションのためのストリンジェントなハイブリダイゼーション条件の一例が、1mgのヘパリンを伴う42℃での50%ホルムアミドであり、この場合、ハイブリダイゼーションが一晩行われる。ストリンジェントな洗浄条件の一例が、65℃での15分間の0.2xSSC洗浄である(SSC緩衝液の説明については、Sambrookら、”Molecular Cloning−A Laboratory Manual”(1989)Cold Spring Harbor Laboratory(Cold Spring Harbor、New York)を参照のこと)。多くの場合、高ストリンジェンシーの洗浄の前に、低ストリンジェンシーの洗浄が、バックグランドプローブシグナルを除くために行われる。低ストリンジェンシーの洗浄の一例が、40℃での15分間の2xSSCである。
【0048】
一般に、特定のハイブリダイゼーションアッセイにおいて関連性のないプローブについて観測されるシグナル対ノイズ比よりも2.5倍〜5倍(またはそれ以上)のシグナル対ノイズ比により、特異的なハイブリダイゼーションの検出が示される。2つの配列の間における少なくともストリンジェントなハイブリダイゼーションの検出により、本発明の関連では、例えば、本明細書中の配列表に示される本発明の核酸に対する比較的強い構造的な類似性または相同性が示される。
【0049】
記される場合、「高ストリンジェントな」条件が、規定されたイオン強度およびpHにおいて、具体的な配列に対する熱的融解点(T)よりも約5℃以上低くするために選択される。関心のあるヌクレオチド配列(例えば、「プローブ」)に密接に関連するか、または同一である標的配列を高ストリンジェントな条件の下で同定することができる。より低いストリンジェンシーの条件が、あまり相補的でない配列については適切である。
【0050】
ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件(同様に、高ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件、超高ストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件、または超々高ストリンジェントシーのハイブリダイゼーション条件)および洗浄条件は、任意の試験核酸について経験的に容易に決定することができる。例えば、高ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件および洗浄条件を決定する際には、選択された一組の判断基準が満たされるまで、ハイブリダイゼーション条件および洗浄条件が、(例えば、ハイブリダイゼーションまたは洗浄において、温度を上昇させ、塩濃度を低下させ、界面活性剤の濃度を増大させ、かつ/または、有機溶媒(例えば、ホルムアミドなど)の濃度を増大させることによって)徐々に増大させられる。例えば、ハイブリダイゼーション条件または洗浄条件のストリンジェンシーが、配列番号3、配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号15、配列番号17、配列番号33、配列番号37、配列番号43、配列番号47、配列番号49、配列番号51、配列番号65、配列番号67、配列番号79、配列番号83、配列番号109、配列番号113、配列番号115、配列番号117、配列番号153、配列番号157、配列番号161、配列番号163、配列番号165、配列番号169、配列番号179、配列番号161、配列番号199、配列番号261、配列番号263、配列番号265、配列番号269、配列番号421、配列番号439、配列番号441、配列番号447、配列番号469、配列番号475、配列番号519、配列番号701、またはその相補的配列に対応するプローブが、完全に一致した相補的配列に結合するまで、徐々に増大させられる。試験核酸は、試験核酸が、プローブに対して、完全に一致した相補的な標的に対するのと同じくらい良好に少なくとも1/2(すなわち、完全に一致したプローブが、完全に一致した相補的な標的に結合する条件下での標的に対するプローブのハイブリダイゼーションと同じくらい大きい少なくとも1/2のシグナル対ノイズ比で)ハイブリダイズするとき、プローブ核酸に特異的にハイブリダイズすると言われる。
【0051】
超高ストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件および洗浄条件は、完全に一致した相補的な標的核酸に対するプローブの結合についてのシグナル対ノイズ比が少なくとも10xになるまで、ハイブリダイゼーション条件および洗浄条件のストリンジェンシーが増大させられる条件である。完全に一致した相補的な標的核酸のシグナル対ノイズ比の少なくとも1/2のシグナル対ノイズ比で、そのような条件下でプローブにハイブリダイズする標的核酸は、超高ストリンジェンシーの条件下でプローブに結合すると言われる。
【0052】
同様に、さらにより高いレベルのストリンジェンシーを、関連したハイブリダイゼーションアッセイのハイブリダイゼーション条件および/または洗浄条件のストリンジェンシーを徐々に増大させることによって決定することができる。例えば、完全に一致した相補的な標的核酸に対するプローブの結合についてのシグナル対ノイズ比が少なくとも10x、20X、50X、100Xまたは500Xになるまで、ハイブリダイゼーション条件および洗浄条件のストリンジェンシーが増大させられる条件。完全に一致した相補的な標的核酸のシグナル対ノイズ比の少なくとも1/2のシグナル対ノイズ比で、そのような条件下でプローブにハイブリダイズする標的核酸は、超々高ストリンジェンシーの条件下でプローブに結合すると言われる。
【0053】
本発明の具体的なHHDHポリペプチドには、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12、配列番号14、配列番号16、配列番号18、配列番号20、配列番号22、配列番号24、配列番号26、配列番号28、配列番号30、配列番号34、配列番号36、配列番号38、配列番号40、配列番号42、配列番号44、配列番号46、配列番号48、配列番号50、配列番号52、配列番号54、配列番号56、配列番号58、配列番号60、配列番号62、配列番号64、配列番号66、配列番号68、配列番号70、配列番号72、配列番号74、配列番号76、配列番号78、配列番号80、配列番号82、配列番号84、配列番号86、配列番号88、配列番号90、配列番号92、配列番号94、配列番号96、配列番号98、配列番号100、配列番号102、配列番号104、配列番号106、配列番号108、配列番号110、配列番号112、配列番号114、配列番号116、配列番号118、配列番号120、配列番号122、配列番号124、配列番号126、配列番号128、配列番号130、配列番号132、配列番号134、配列番号136、配列番号138、配列番号140、配列番号142、配列番号144、配列番号146、配列番号148、配列番号150、配列番号152、配列番号154、配列番号156、配列番号158、配列番号160、配列番号162、配列番号164、配列番号166、配列番号168、配列番号170、配列番号172、配列番号174、配列番号176、配列番号178、配列番号180、配列番号182、配列番号184、配列番号186、配列番号188、配列番号190、配列番号192、配列番号194、配列番号196、配列番号198、配列番号200、配列番号202、配列番号204、配列番号206、配列番号208、配列番号210、配列番号212、配列番号214、配列番号216、配列番号218、配列番号220、配列番号222、配列番号224、配列番号226、配列番号228、配列番号230、配列番号232、配列番号234、配列番号236、配列番号238、配列番号240、配列番号242、配列番号244、配列番号246、配列番号248、配列番号250、配列番号252、配列番号254、配列番号256、配列番号258、配列番号260、配列番号262、配列番号264、配列番号266、配列番号268、配列番号270、配列番号272、配列番号274、配列番号276、配列番号278、配列番号280、配列番号282、配列番号284、配列番号286、配列番号288、配列番号290、配列番号292、配列番号294、配列番号296、配列番号298、配列番号300、配列番号302、配列番号304、配列番号306、配列番号308、配列番号310、配列番号312、配列番号314、配列番号316、配列番号318、配列番号320、配列番号322、配列番号324、配列番号326、配列番号328、配列番号330、配列番号332、配列番号334、配列番号336、配列番号338、配列番号340、配列番号342、配列番号344、配列番号346、配列番号348、配列番号350、配列番号352、配列番号354、配列番号356、配列番号358、配列番号360、配列番号362、配列番号364、配列番号368、配列番号370、配列番号372、配列番号374、配列番号376、配列番号378、配列番号380、配列番号382、配列番号384、配列番号386、配列番号388、配列番号390、配列番号392、配列番号394、配列番号396、配列番号398、配列番号400、配列番号402、配列番号404、配列番号406、配列番号408、配列番号410、配列番号412、配列番号414、配列番号416、配列番号418、配列番号420、配列番号422、配列番号424、配列番号426、配列番号428、配列番号430、配列番号432、配列番号434、配列番号436、配列番号438、配列番号440、配列番号442、配列番号444、配列番号446、配列番号448、配列番号450、配列番号452、配列番号454、配列番号456、配列番号458、配列番号460、配列番号462、配列番号464、配列番号466、配列番号468、配列番号470、配列番号472、配列番号474、配列番号476、配列番号478、配列番号480、配列番号482、配列番号484、配列番号486、配列番号488、配列番号490、配列番号492、配列番号494、配列番号496、配列番号498、配列番号500、配列番号502、配列番号504、配列番号506、配列番号508、配列番号510、配列番号512、配列番号514、配列番号516、配列番号518、配列番号520、配列番号522、配列番号524、配列番号526、配列番号528、配列番号530、配列番号532、配列番号534、配列番号536、配列番号538、配列番号540、配列番号542、配列番号544、配列番号546、配列番号548、配列番号550、配列番号552、配列番号554、配列番号556、配列番号558、配列番号560、配列番号562、配列番号564、配列番号566、配列番号568、配列番号570、配列番号572、配列番号574、配列番号576、配列番号578、配列番号580、配列番号582、配列番号584、配列番号586、配列番号588、配列番号590、配列番号592、配列番号594、配列番号596、配列番号598、配列番号600、配列番号602、配列番号604、配列番号606、配列番号608、配列番号610、配列番号612、配列番号614、配列番号616、配列番号618、配列番号620、配列番号622、配列番号624、配列番号626、配列番号628、配列番号630、配列番号632、配列番号634、配列番号636、配列番号638、配列番号640、配列番号642、配列番号644、配列番号646、配列番号648、配列番号650、配列番号652、配列番号654、配列番号656、配列番号658、配列番号660、配列番号662、配列番号664、配列番号666、配列番号668、配列番号670、配列番号672、配列番号674、配列番号676、配列番号678、配列番号680、配列番号682、配列番号684、配列番号686、配列番号688、配列番号690、配列番号692、配列番号694、配列番号696、配列番号698、配列番号700、配列番号702、配列番号704、配列番号706、配列番号708、配列番号710、配列番号712、配列番号714、配列番号716、配列番号718、配列番号720、配列番号722、配列番号724、配列番号726、配列番号728、配列番号730、配列番号732、配列番号734、配列番号736、配列番号738、配列番号740、配列番号742または配列番号744に対応するアミノ酸配列を有するHHDHポリペプチドが含まれる。これらのHHDHポリペプチドのすべてが、実施例5Aまたは実施例5Bに記載されるアッセイにおいて活性を明らかにしている。
【0054】
これらのHHDHポリペプチドをコードする例示的なHHDHポリヌクレオチドが、配列番号3、配列番号5、配列番号7、配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号15、配列番号17、配列番号19、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号27、配列番号29、配列番号33、配列番号35、配列番号37、配列番号39、配列番号41、配列番号43、配列番号45、配列番号47、配列番号49、配列番号51、配列番号53、配列番号55、配列番号57、配列番号59、配列番号61、配列番号63、配列番号65、配列番号67、配列番号69、配列番号71、配列番号73、配列番号75、配列番号77、配列番号79、配列番号81、配列番号83、配列番号85、配列番号87、配列番号89、配列番号91、配列番号93、配列番号95、配列番号97、配列番号99、配列番号101、配列番号103、配列番号105、配列番号107、配列番号109、配列番号111、配列番号113、配列番号115、配列番号117、配列番号119、配列番号121、配列番号123、配列番号125、配列番号127、配列番号129、配列番号131、配列番号133、配列番号135、配列番号137、配列番号139、配列番号141、配列番号143、配列番号145、配列番号147、配列番号149、配列番号151、配列番号153、配列番号155、配列番号157、配列番号159、配列番号161、配列番号163、配列番号165、配列番号167、配列番号169、配列番号171、配列番号173、配列番号175、配列番号177、配列番号179、配列番号181、配列番号183、配列番号185、配列番号187、配列番号189、配列番号191、配列番号193、配列番号195、配列番号197、配列番号199、配列番号201、配列番号203、配列番号205、配列番号207、配列番号209、配列番号211、配列番号213、配列番号215、配列番号217、配列番号219、配列番号221、配列番号223、配列番号225、配列番号227、配列番号229、配列番号231、配列番号233、配列番号235、配列番号237、配列番号239、配列番号241、配列番号243、配列番号245、配列番号247、配列番号249、配列番号251、配列番号253、配列番号255、配列番号257、配列番号259、配列番号261、配列番号263、配列番号265、配列番号267、配列番号269、配列番号271、配列番号273、配列番号275、配列番号277、配列番号279、配列番号281、配列番号283、配列番号285、配列番号287、配列番号289、配列番号291、配列番号293、配列番号295、配列番号297、配列番号299、配列番号301、配列番号303、配列番号305、配列番号307、配列番号309、配列番号311、配列番号313、配列番号315、配列番号317、配列番号319、配列番号321、配列番号323、配列番号325、配列番号327、配列番号329、配列番号331、配列番号333、配列番号335、配列番号337、配列番号339、配列番号341、配列番号343、配列番号345、配列番号347、配列番号349、配列番号351、配列番号353、配列番号355、配列番号357、配列番号359、配列番号361、配列番号363、配列番号365、配列番号367、配列番号369、配列番号371、配列番号373、配列番号375、配列番号377、配列番号379、配列番号381、配列番号383、配列番号385、配列番号387、配列番号389、配列番号391、配列番号393、配列番号395、配列番号397、配列番号399、配列番号401、配列番号403、配列番号405、配列番号407、配列番号409、配列番号411、配列番号413、配列番号415、配列番号417、配列番号419、配列番号421、配列番号423、配列番号425、配列番号427、配列番号429、配列番号431、配列番号433、配列番号435、配列番号437、配列番号439、配列番号441、配列番号443、配列番号445、配列番号447、配列番号449、配列番号451、配列番号453、配列番号455、配列番号457、配列番号459、配列番号461、配列番号463、配列番号465、配列番号467、配列番号469、配列番号4712、配列番号473、配列番号475、配列番号477、配列番号479、配列番号481、配列番号483、配列番号485、配列番号487、配列番号489、配列番号491、配列番号493、配列番号495、配列番号497、配列番号499、配列番号501、配列番号503、配列番号505、配列番号507、配列番号509、配列番号511、配列番号513、配列番号515、配列番号517、配列番号519、配列番号521、配列番号523、配列番号525、配列番号527、配列番号529、配列番号531、配列番号533、配列番号535、配列番号537、配列番号539、配列番号541、配列番号543、配列番号545、配列番号547、配列番号549、配列番号551、配列番号553、配列番号555、配列番号557、配列番号559、配列番号561、配列番号563、配列番号565、配列番号567、配列番号569、配列番号571、配列番号573、配列番号575、配列番号577、配列番号579、配列番号581、配列番号583、配列番号585、配列番号587、配列番号589、配列番号591、配列番号593、配列番号595、配列番号597、配列番号599、配列番号601、配列番号603、配列番号605、配列番号607、配列番号609、配列番号611、配列番号613、配列番号615、配列番号617、配列番号619、配列番号621、配列番号623、配列番号625、配列番号627、配列番号629、配列番号631、配列番号633、配列番号635、配列番号637、配列番号639、配列番号641、配列番号643、配列番号645、配列番号647、配列番号649、配列番号651、配列番号653、配列番号655、配列番号657、配列番号659、配列番号661、配列番号663、配列番号665、配列番号667、配列番号669、配列番号671、配列番号673、配列番号675、配列番号677、配列番号679、配列番号681、配列番号683、配列番号685、配列番号687、配列番号689、配列番号691、配列番号693、配列番号695、配列番号697、配列番号699、配列番号701、配列番号703、配列番号705、配列番号707、配列番号709、配列番号711、配列番号713、配列番号715、配列番号717、配列番号719、配列番号721、配列番号723、配列番号725、配列番号727、配列番号729、配列番号731、配列番号733、配列番号735、配列番号739、配列番号741および配列番号743としてそれぞれ本明細書中に示される。
【0055】
本発明のHHDHポリペプチドは、多くの場合、実施例5Aに記載されるアッセイで測定されたとき、配列番号2のアミノ酸配列を有する野性型HHDHと比較して、少なくとも1.4倍大きいHHDH活性であるHHDH活性を有する。本発明のいくつかのHHDHポリペプチド(配列番号740、配列番号742、配列番号728、配列番号90、配列番号92、配列番号94、配列番号96および配列番号96)は、Agrobacterium sp.のHHDH(配列番号2)の活性よりも少なくとも2倍大きいHHDH活性を有し、多くの場合、Agrobacterium sp.のHHDH(配列番号2)の活性よりも少なくとも2.4倍〜100倍大きいHHDH活性を有し、配列番号100、配列番号732、配列番号734および配列番号736のHHDHポリペプチドは、Agrobacterium sp.のHHDH(配列番号2)の活性よりも100倍〜500倍大きいHHDH酵素活性を有し、また、配列番号726および配列番号730のHHDHポリペプチドは、Agrobacterium sp.のHHDH(配列番号2)の活性よりも500倍〜1000倍大きいHHDH酵素活性を有する(この場合、酵素活性は、実施例5Aに記載されるアッセイで測定される)。
【0056】
本発明はまた、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12、配列番号14、配列番号16、配列番号18、配列番号20、配列番号22、配列番号24、配列番号26、配列番号28、配列番号30、配列番号34、配列番号36、配列番号38、配列番号40、配列番号42、配列番号44、配列番号46、配列番号48、配列番号50、配列番号52、配列番号54、配列番号56、配列番号58、配列番号60、配列番号62、配列番号64、配列番号66、配列番号68、配列番号70、配列番号72、配列番号74、配列番号76、配列番号78、配列番号80、配列番号82、配列番号84、配列番号86、配列番号88、配列番号90、配列番号92、配列番号94、配列番号96、配列番号98、配列番号100、配列番号102、配列番号104、配列番号106、配列番号108、配列番号110、配列番号112、配列番号114、配列番号116、配列番号118、配列番号120、配列番号122、配列番号124、配列番号126、配列番号128、配列番号130、配列番号132、配列番号134、配列番号136、配列番号138、配列番号140、配列番号142、配列番号144、配列番号146、配列番号148、配列番号150、配列番号152、配列番号154、配列番号156、配列番号158、配列番号160、配列番号162、配列番号164、配列番号166、配列番号168、配列番号170、配列番号172、配列番号174、配列番号176、配列番号178、配列番号180、配列番号182、配列番号184、配列番号186、配列番号188、配列番号190、配列番号192、配列番号194、配列番号196、配列番号198、配列番号200、配列番号202、配列番号204、配列番号206、配列番号208、配列番号210、配列番号212、配列番号214、配列番号216、配列番号218、配列番号220、配列番号222、配列番号224、配列番号226、配列番号228、配列番号230、配列番号232、配列番号234、配列番号236、配列番号238、配列番号240、配列番号242、配列番号244、配列番号246、配列番号248、配列番号250、配列番号252、配列番号254、配列番号256、配列番号258、配列番号260、配列番号262、配列番号264、配列番号266、配列番号268、配列番号270、配列番号272、配列番号274、配列番号276、配列番号278、配列番号280、配列番号282、配列番号284、配列番号286、配列番号288、配列番号290、配列番号292、配列番号294、配列番号296、配列番号298、配列番号300、配列番号302、配列番号304、配列番号306、配列番号308、配列番号310、配列番号312、配列番号314、配列番号316、配列番号318、配列番号320、配列番号322、配列番号324、配列番号326、配列番号328、配列番号330、配列番号332、配列番号334、配列番号336、配列番号338、配列番号340、配列番号342、配列番号344、配列番号346、配列番号348、配列番号350、配列番号352、配列番号354、配列番号356、配列番号358、配列番号360、配列番号362、配列番号364、配列番号368、配列番号370、配列番号372、配列番号374、配列番号376、配列番号378、配列番号380、配列番号382、配列番号384、配列番号386、配列番号388、配列番号390、配列番号392、配列番号394、配列番号396、配列番号398、配列番号400、配列番号402、配列番号404、配列番号406、配列番号408、配列番号410、配列番号412、配列番号414、配列番号416、配列番号418、配列番号420、配列番号422、配列番号424、配列番号426、配列番号428、配列番号430、配列番号432、配列番号434、配列番号436、配列番号438、配列番号440、配列番号442、配列番号444、配列番号446、配列番号448、配列番号450、配列番号452、配列番号454、配列番号456、配列番号458、配列番号460、配列番号462、配列番号464、配列番号466、配列番号468、配列番号470、配列番号472、配列番号474、配列番号476、配列番号478、配列番号480、配列番号482、配列番号484、配列番号486、配列番号488、配列番号490、配列番号492、配列番号494、配列番号496、配列番号498、配列番号500、配列番号502、配列番号504、配列番号506、配列番号508、配列番号510、配列番号512、配列番号514、配列番号516、配列番号518、配列番号520、配列番号522、配列番号524、配列番号526、配列番号528、配列番号530、配列番号532、配列番号534、配列番号536、配列番号538、配列番号540、配列番号542、配列番号544、配列番号546、配列番号548、配列番号550、配列番号552、配列番号554、配列番号556、配列番号558、配列番号560、配列番号562、配列番号564、配列番号566、配列番号568、配列番号570、配列番号572、配列番号574、配列番号576、配列番号578、配列番号580、配列番号582、配列番号584、配列番号586、配列番号588、配列番号590、配列番号592、配列番号594、配列番号596、配列番号598、配列番号600、配列番号602、配列番号604、配列番号606、配列番号608、配列番号610、配列番号612、配列番号614、配列番号616、配列番号618、配列番号620、配列番号622、配列番号624、配列番号626、配列番号628、配列番号630、配列番号632、配列番号634、配列番号636、配列番号638、配列番号640、配列番号642、配列番号644、配列番号646、配列番号648、配列番号650、配列番号652、配列番号654、配列番号656、配列番号658、配列番号660、配列番号662、配列番号664、配列番号666、配列番号668、配列番号670、配列番号672、配列番号674、配列番号676、配列番号678、配列番号680、配列番号682、配列番号684、配列番号686、配列番号688、配列番号690、配列番号692、配列番号694、配列番号696、配列番号698、配列番号700、配列番号702、配列番号704、配列番号706、配列番号708、配列番号710、配列番号712、配列番号714、配列番号716、配列番号718、配列番号720、配列番号722、配列番号724、配列番号726、配列番号728、配列番号730、配列番号732、配列番号734、配列番号736、配列番号738、配列番号740または配列番号742のポリペプチドの改変体であるHHDHポリペプチドであって、1個〜6個のアミノ酸残基の置換、欠失および/または挿入を有するHHDHポリペプチドを提供する。
【0057】
本発明のHHDHポリペプチドの改変体は、当業者に広く知られている方法を使用して作製することができる。これらの改変体のライブラリーを作製し、実施例4Aに記載されるHHDH活性の存在についてのハイスループットスクリーニングを使用してスクリーニングすることができる。場合により、シアノヒドリン生成物阻害剤の存在下で、例えば、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの存在下で活性を示すハロヒドリンデハロゲナーゼを同定することが望ましい場合がある。そのような酵素を同定するためのハイスループットスクリーニングが実施例4Bに示される。
【0058】
HHDHポリペプチドに対する残基変化のそれぞれを、配列変化と、所望する機能(増大した酵素活性)との間に、何らかの関係性があるならば、どのような関係性が存在したかを明らかにするために評価した。そのような評価を行うために、国際特許出願公開WO00/42561に記載される方法によって作製されたライブラリーの構成体における配列変化および得られる酵素活性を、米国特許出願第10/379,378号(2003年3月3日出願、発明の名称:「機能的生体分子を同定するための方法、システムおよびソフトウエア」、これは参照として本明細書中に組み込まれる)に開示される方法を使用して評価した。この方法に基づいて、活性に好都合に相関すると考えられる特定の位置における重要な残基をコードするコドンが特定され、続いて作製されたコンビナトリアルライブラリーのポリヌクレオチドに取り込まれた。すなわち、所望する変化をコードするポリヌクレオチドを作製し、発現させて、スクリーニングした。この方法は、スクリーニングでの当たり体の生じた配列および酵素活性に再び適用される。その結果は、その次のライブラリーにプログラム化するための、酵素活性を高めるそのような残基変化を選択するために再び利用される。この方法を使用することにより、様々な配列変化の機能性(および、特徴付けされていないが、同様に、潜在的な構造的変化)が直ちに評価される。野生型HHDHと比較して高まった酵素活性をもたらす様々な残基位置における残基変化が、特定された位置における好ましい残基として、配列において、また、他のところで本明細書中に開示される。
【0059】
HHDH活性の存在を示すそのような改変体は、実施例5Aに記載される定量的HHDHアッセイでさらに特徴付けすることができる。生成物シアノヒドリンの存在下で、例えば、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの存在下でHHDH活性を示す改変体を、実施例5Bに記載されるアッセイを使用してさらに特徴付けすることができる。実施例5Bには、生成物阻害に関して影響を受けない酵素についてアッセイするためのプロトコルが記載される。従って、改変体のライブラリーを、実際のプロセス条件を模倣する条件下で活性であるHHDHポリペプチドを同定するために容易にスクリーニングし、アッセイすることができる。本発明は、実施例5Bに記載されるアッセイにおいて、生成物の(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの存在下でさえ、有意な活性な示すHHDHポリペプチドを提供する(例えば、配列番号98、配列番号100、配列番号102、配列番号104、配列番号106、配列番号108、配列番号120、配列番号122、配列番号124、配列番号126、配列番号128、配列番号130、配列番号132、配列番号136、配列番号138、配列番号140、配列番号142、配列番号144、配列番号146、配列番号148、配列番号150、配列番号152、配列番号160、配列番号174、配列番号176、配列番号178、配列番号188、配列番号190、配列番号192、配列番号194、配列番号196、配列番号198、配列番号200、配列番号202、配列番号204、配列番号206、配列番号208、配列番号210、配列番号212、配列番号214、配列番号216、配列番号218、配列番号220、配列番号222、配列番号224、配列番号226、配列番号228、配列番号230、配列番号232、配列番号234、配列番号236、配列番号238、配列番号240、配列番号242、配列番号244、配列番号246、配列番号248、配列番号250、配列番号252、配列番号254、配列番号256、配列番号258、配列番号260、配列番号276、配列番号278、配列番号280、配列番号282、配列番号284、配列番号286、配列番号288、配列番号290、配列番号292、配列番号294、配列番号296、配列番号300、配列番号302、配列番号304、配列番号306、配列番号308、配列番号310、配列番号312、配列番号314、配列番号316、配列番号318、配列番号320、配列番号322、配列番号324、配列番号326、配列番号328、配列番号330、配列番号332、配列番号334、配列番号336、配列番号338、配列番号340、配列番号342、配列番号344、配列番号346、配列番号348、配列番号350、配列番号352、配列番号354、配列番号356、配列番号358、配列番号360、配列番号362、配列番号364、配列番号366、配列番号368、配列番号370、配列番号372、配列番号374、配列番号376、配列番号378、配列番号380、配列番号382、配列番号384、配列番号386、配列番号388、配列番号390、配列番号392、配列番号394、配列番号396、配列番号398、配列番号400、配列番号402、配列番号404、配列番号406、配列番号408、配列番号410、配列番号412、配列番号414、配列番号416、配列番号418、配列番号420、配列番号422、配列番号424、配列番号426、配列番号428、配列番号430、配列番号432、配列番号434、配列番号436、配列番号438、配列番号440、配列番号442、配列番号444、配列番号446、配列番号448、配列番号450、配列番号452、配列番号454、配列番号456、配列番号458、配列番号460、配列番号462、配列番号464、配列番号466、配列番号468、配列番号470、配列番号472、配列番号474、配列番号476、配列番号478、配列番号480、配列番号482、配列番号484、配列番号486、配列番号488、配列番号490、配列番号492、配列番号494、配列番号496、配列番号498、配列番号500、配列番号502、配列番号504、配列番号506、配列番号508、配列番号510、配列番号512、配列番号514、配列番号516、配列番号518、配列番号520、配列番号522、配列番号524、配列番号526、配列番号528、配列番号530、配列番号532、配列番号534、配列番号536、配列番号538、配列番号540、配列番号542、配列番号544、配列番号546、配列番号548、配列番号550、配列番号552、配列番号554、配列番号556、配列番号558、配列番号560、配列番号562、配列番号564、配列番号566、配列番号568、配列番号570、配列番号572、配列番号574、配列番号576、配列番号578、配列番号580、配列番号582、配列番号584、配列番号586、配列番号588、配列番号590、配列番号592、配列番号594、配列番号596、配列番号598、配列番号600、配列番号602、配列番号604、配列番号606、配列番号608、配列番号610、配列番号612、配列番号614、配列番号616、配列番号618、配列番号620、配列番号622、配列番号624、配列番号626、配列番号628、配列番号630、配列番号632、配列番号634、配列番号636、配列番号638、配列番号640、配列番号642、配列番号644、配列番号646、配列番号648、配列番号650、配列番号652、配列番号654、配列番号656、配列番号658、配列番号660、配列番号662、配列番号664、配列番号666、配列番号668、配列番号670、配列番号672、配列番号674、配列番号676、配列番号678、配列番号680、配列番号682、配列番号684、配列番号686、配列番号688、配列番号690、配列番号692、配列番号694、配列番号696、配列番号698、配列番号700、配列番号702、配列番号704、配列番号706、配列番号708、配列番号710、配列番号712、配列番号714、配列番号716、配列番号718、配列番号720、配列番号722、配列番号724、配列番号726、配列番号728、配列番号730、配列番号732、配列番号734、配列番号736、配列番号738、配列番号740または配列番号742)。実施例5Bのアッセイにおいて(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルを(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルに変換する能力を示すポリペプチドはまた実施例5AのアッセイにおいてHHDH活性を明らかにすると考えられる。
【0060】
改変体のライブラリーを作製するための様々な方法がこの分野では広く知られている。例えば、変異誘発法および指向性進化法を、本明細書中に記載される方法を使用して発現させ、スクリーニングし、かつ、アッセイすることができる改変体のライブラリーを作製するために、ポリヌクレオチド(例えば、野生型HHDHをコードするポリヌクレオチド、または本発明のポリヌクレオチドなど)に対して容易に適用することができる。様々な変異誘発法および指向性進化法がこの分野では広く知られている。例えば、下記を参照のこと:Lingら、”Approaches to DNA mutagenesis:an overview”、Anal.Biochem.、254(2):157〜78(1997);Daleら、”Oligonucleotide−directed random mutagenesis using the phosphorothioate method”、Methods Mol.Biol.、57:369〜74(1996);Smith、”In vitro mutagenesis”、Ann.Rev.Genet.、19:423〜462(1985);Botsteinら、”Strategies and applications of in vitro mutagenesis”、Science、229:1193〜1201(1985);Carter、”Site−directed mutagenesis”、Biochem.J.、237:1〜7(1986);Kramerら、”Point Mismatch Repair”、Cell、38:879〜887(1984);Wellsら、”Cassette mutagenesis:an efficient method for generation of multiple mutations at defined sites”、Gene、34:315〜323(1985);Minshullら、”Protein evolution by molecular breeding”、Current Opinion in Chemical Biology、3:284〜290(1999);Christiansら、”Directed evolution of thymidine kinase for AZT phosphorylation using DNA family shuffling”、Nature Biotechnology、17:259〜264(1999);Crameriら、”DNA shuffling of a family of genes from diverse species accelerates directed evolution”、Nature、391:288〜291;Crameriら、”Molecular evolution of an arsenate detoxification pathway by DNA shuffling”、Nature Biotechnology、15:436〜438(1997);Zhangら、”Directed evolution of an effective fucosidase from a galactosidase by DNA shuffling and screening”、Proceedings of the National Academy of Sciencess,U.S.A.、94:45−4−4509;Crameriら、”Improved green fluorescent protein by molecular evolution using DNA shuffling”、Nature Biotechnology、14:315〜319(1996);Stemmer、”Rapid evolution of a protein in vitro by DNA shuffling”、Nature、370:389〜391(1994);Stemmer、”DNA shuffling by random fragmentation and reassembly:In vitro recombination for molecular evolution”、Proceedings of the National Academy of Sciences,U.S.A.、91:10747〜10751(1994);国際特許出願公開WO95/22625;国際特許出願公開WO97/0078;国際特許出願公開WO97/35966;国際特許出願公開WO98/27230;国際特許出願公開WO00/42651;および国際特許出願公開WO01/75767。
【0061】
別の実施形態において、本発明はまた、実施例5AのアッセイにおいてAgrobacterium sp.の(野生型)HHDH(配列番号2)の活性より少なくとも1.4倍大きいHHDH活性を有する本明細書中に記載されるHHDHポリペプチドのフラグメントを提供する。本明細書中で使用される用語「フラグメント」は、カルボキシ末端、アミノ末端または両方からの1個〜5個のアミノ酸残基の欠失を有するポリペプチドを示す。好ましくは、欠失はカルボキシ末端からの1個〜5個の残基である。
【0062】
(HHDHポリヌクレオチド)
本発明は、本発明のHHDHポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを提供する。本発明の具体的な実施形態において、HHDHポリヌクレオチドは、配列番号1に対応する核酸の実質的に全長にわたってストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸を含み、この場合、HHDHポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドは、配列番号2と最適に整列された場合、2位の(残基)位置におけるT、3位におけるAまたはPまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるCまたはSまたはKのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、58位におけるK、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるR、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、SまたはGのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、249位におけるY、252位におけるVまたはI、および、254位におけるVからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を有するアミノ酸配列を含む。本発明はまた、大腸菌における発現のためにコドン最適化されているHHDHポリヌクレオチド(配列番号1)を提供する。このコドン最適化されたポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドは、Agrobacterium sp.に由来するHHDHポリペプチド(配列番号2)に対応する。
【0063】
加えて、本発明は、配列番号3、配列番号5、配列番号7、配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号15、配列番号17、配列番号19、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号27、配列番号29、配列番号33、配列番号35、配列番号37、配列番号39、配列番号41、配列番号43、配列番号45、配列番号47、配列番号49、配列番号51、配列番号53、配列番号55、配列番号57、配列番号59、配列番号61、配列番号63、配列番号65、配列番号67、配列番号69、配列番号71、配列番号73、配列番号75、配列番号77、配列番号79、配列番号81、配列番号83、配列番号85、配列番号87、配列番号89、配列番号91、配列番号93、配列番号95、配列番号97、配列番号99、配列番号101、配列番号103、配列番号105、配列番号107、配列番号109、配列番号111、配列番号113、配列番号115、配列番号117、配列番号119、配列番号121、配列番号123、配列番号125、配列番号127、配列番号129、配列番号131、配列番号133、配列番号135、配列番号137、配列番号139、配列番号141、配列番号143、配列番号145、配列番号147、配列番号149、配列番号151、配列番号153、配列番号155、配列番号157、配列番号159、配列番号161、配列番号163、配列番号165、配列番号167、配列番号169、配列番号171、配列番号173、配列番号175、配列番号177、配列番号179、配列番号181、配列番号183、配列番号185、配列番号187、配列番号189、配列番号191、配列番号193、配列番号195、配列番号197、配列番号199、配列番号201、配列番号203、配列番号205、配列番号207、配列番号209、配列番号211、配列番号213、配列番号215、配列番号217、配列番号219、配列番号221、配列番号223、配列番号225、配列番号227、配列番号229、配列番号231、配列番号233、配列番号235、配列番号237、配列番号239、配列番号241、配列番号243、配列番号245、配列番号247、配列番号249、配列番号251、配列番号253、配列番号255、配列番号257、配列番号259、配列番号261、配列番号263、配列番号265、配列番号267、配列番号269、配列番号271、配列番号273、配列番号275、配列番号277、配列番号279、配列番号281、配列番号283、配列番号285、配列番号287、配列番号289、配列番号291、配列番号293、配列番号295、配列番号297、配列番号299、配列番号301、配列番号303、配列番号305、配列番号307、配列番号309、配列番号311、配列番号313、配列番号315、配列番号317、配列番号319、配列番号321、配列番号323、配列番号325、配列番号327、配列番号329、配列番号331、配列番号333、配列番号335、配列番号337、配列番号339、配列番号341、配列番号343、配列番号345、配列番号347、配列番号349、配列番号351、配列番号353、配列番号355、配列番号357、配列番号359、配列番号361、配列番号363、配列番号365、配列番号367、配列番号369、配列番号371、配列番号373、配列番号375、配列番号377、配列番号379、配列番号381、配列番号383、配列番号385、配列番号387、配列番号389、配列番号391、配列番号393、配列番号395、配列番号397、配列番号399、配列番号401、配列番号403、配列番号405、配列番号407、配列番号409、配列番号411、配列番号413、配列番号415、配列番号417、配列番号419、配列番号421、配列番号423、配列番号425、配列番号427、配列番号429、配列番号431、配列番号433、配列番号435、配列番号437、配列番号439、配列番号441、配列番号443、配列番号445、配列番号447、配列番号449、配列番号451、配列番号453、配列番号455、配列番号457、配列番号459、配列番号461、配列番号463、配列番号465、配列番号467、配列番号469、配列番号4712、配列番号473、配列番号475、配列番号477、配列番号479、配列番号481、配列番号483、配列番号485、配列番号487、配列番号489、配列番号491、配列番号493、配列番号495、配列番号497、配列番号499、配列番号501、配列番号503、配列番号505、配列番号507、配列番号509、配列番号511、配列番号513、配列番号515、配列番号517、配列番号519、配列番号521、配列番号523、配列番号525、配列番号527、配列番号529、配列番号531、配列番号533、配列番号535、配列番号537、配列番号539、配列番号541、配列番号543、配列番号545、配列番号547、配列番号549、配列番号551、配列番号553、配列番号555、配列番号557、配列番号559、配列番号561、配列番号563、配列番号565、配列番号567、配列番号569、配列番号571、配列番号573、配列番号575、配列番号577、配列番号579、配列番号581、配列番号583、配列番号585、配列番号587、配列番号589、配列番号591、配列番号593、配列番号595、配列番号597、配列番号599、配列番号601、配列番号603、配列番号605、配列番号607、配列番号609、配列番号611、配列番号613、配列番号615、配列番号617、配列番号619、配列番号621、配列番号623、配列番号625、配列番号627、配列番号629、配列番号631、配列番号633、配列番号635、配列番号637、配列番号639、配列番号641、配列番号643、配列番号645、配列番号647、配列番号649、配列番号651、配列番号653、配列番号655、配列番号657、配列番号659、配列番号661、配列番号663、配列番号665、配列番号667、配列番号669、配列番号671、配列番号673、配列番号675、配列番号677、配列番号679、配列番号681、配列番号683、配列番号685、配列番号687、配列番号689、配列番号691、配列番号693、配列番号695、配列番号697、配列番号699、配列番号701、配列番号703、配列番号705、配列番号707、配列番号709、配列番号711、配列番号713、配列番号715、配列番号717、配列番号719、配列番号721、配列番号723、配列番号725、配列番号727、配列番号729、配列番号731、配列番号733、配列番号735、配列番号739および配列番号741に対応する具体的なポリヌクレオチドを提供する。
【0064】
当業者は、遺伝暗号の縮重性のために、本発明のHHDHポリペプチドをコードする多数のヌクレオチド配列が存在することを容易に理解するであろう。表Iは、各アミノ酸についての同義的コドンを提供するコドン表である。例えば、AGA、AGG、CGA、CGC、CGGおよびCGUのコドンはすべてがアミノ酸のアルギニンをコードする。従って、アルギニンがいずれかのコドンによって指定される本発明の核酸におけるすべての位置において、そのコドンを、コードされるポリペプチドを変化させることなく、上記の対応するコドンのいずれかに変更することができる。RNA配列におけるUはDNA配列におけるTに対応することが理解される。
【0065】
(表1:コドン表)
【0066】
【化4】

そのような「サイレントな変化」は「保存的」変化の1つの化学種である。当業者は、核酸における各コドン(通常の場合にはメチオニンに対する唯一のコドンであるAUGを除く)が、機能的に同一のポリペプチドをコードするように、標準的な技術によって改変され得ることを認識するであろう。従って、ポリペプチドをコードする核酸のサイレントな改変体のそれぞれが任意の記載された配列において暗示される。本発明は、可能なコドン選択に基づいて組合せを選択することによって作製することができる、本発明のポリペプチドをコードする核酸配列のありとあらゆる可能な変化を意図し、かつ、そのような変化を提供する。これらの組合せは、本発明のポリヌクレオチド配列に適用されるような、(表1に示される)標準的なトリプレット遺伝暗号に従って作製される。
【0067】
同じ文脈で翻訳されたとき、すべてが同じアミノ酸をコードする2つ以上の異なるコドンの一群は、本明細書中では、「同義的コドン」と呼ばれる。本発明のHHDHポリヌクレオチドは、ポリヌクレオチドを改変して、所望の宿主生物の最適なコドン使用と一致させることによって、特定の宿主生物における発現のためにコドン最適化することができる。当業者は、広範囲の様々な生物についてのえり好み情報を提供する様々な表および他の参考文献が容易に利用可能であることを認識する。例えば、HenautおよびDanchin、”Escherichia coli and Salmonella”(Neidhardtら編、ASM Pres、Washington D.C.(1996)、pp.2047〜2066)を参照のこと。
【0068】
本発明の例示的なHHDH改変体ポリヌクレオチド配列が配列番号31として提供され、これは大腸菌において良好に発現する。このポリヌクレオチドは、配列番号2に対応するポリペプチドを、配列番号1(すなわち、Agrobacterium sp.に由来する天然型HHDHをコードするHHDHコードポリヌクレオチド)から発現される量よりも約4.5倍大きいレベルで大腸菌から発現する配列番号1の改変体である。
【0069】
本発明のいくつかの実施形態において、下記の残基が本発明のHHDHポリペプチドにおいて用いられるときには、特定のコドンが好まれる:5位のアミノ酸位置においてイソロイシンをコードするATT、36位のアミノ酸位置においてリジンをコードするAAG、63位のアミノ酸位置においてイソロイシンをコードするATT、95位のアミノ酸位置においてグルタミン酸をコードするGAG、および、188位のアミノ酸位置においてプロリンをコードするCCC。上記に示されたアミノ酸位置は、本発明のHHDHポリペプチドが配列番号2と整列された場合の配列番号2における対応するアミノ酸位置である。
【0070】
用語「保存的に改変された変化」および用語「保存的変化」は、同一のアミノ酸配列または本質的に同一のアミノ酸配列をコードするそのような核酸を示すために本明細書中では交換可能に使用され、あるいは、核酸がコード配列でない状況では、この用語は、同一である核酸を示す。当業者は、コードされた配列において1個だけのアミノ酸または少ない割合のアミノ酸を変化させ、または付加し、または欠失する個々の置換、欠失または付加が、そのような変化が下記の1つ以上を生じさせる場合には、保存的に改変された変化であると見なされることを認識する:アミノ酸の欠失、アミノ酸の付加、または、化学的に類似するアミノ酸によるアミノ酸の置換。2つ以上のアミノ酸が影響を受けるとき、その割合は、典型的には、コードされた配列の長さにわたってアミノ酸残基の5%未満であり、より典型的には2%未満である。互いに保存的置換と見なされるアミノ酸を提供する様々な参考文献がこの分野では広く知られている。
【0071】
保存的置換の様々な例が、塩基性アミノ酸(アルギニン、リジンおよびヒスチジン)、酸性アミノ酸(グルタミン酸およびアスパラギン酸)、極性アミノ酸(グルタミンおよびアスパラギン)、疎水性アミノ酸(ロイシン、イソロイシンおよびバリン)、芳香族アミノ酸(フェニルアラニン、トリプトファンおよびチロシン)および小型アミノ酸(グリシン、アラニン、セリン、トレオニン、プロリン、システインおよびメチオニン)の群の中においてである。比活性を一般には変化させないアミノ酸置換がこの分野では知られており、例えば、H.NeurathおよびR.L.Hill(1979)によって、”The Proteins”(Academic Press、New York)に記載される。最も一般的に存在する交換は、Ala/Ser、Val/Ile、Asp/Glu、Thr/Ser、Ala/Gly、Ala/Thr、Ser/Asn、Ala/Val、Ser/Gly、Tyr/Phe、Ala/Pro、Lys/Arg、Asp/Asn、Leu/Ile、Leu/Val、Ala/GluおよびAsp/Gly、ならびに、これらの逆である。
【0072】
本発明のHHDHポリペプチドの保存的に置換された変化は、同じ保存的置換群の保存的に選択されたアミノ酸によるポリペプチド配列のアミノ酸の少ない割合の置換、典型的には5%未満の置換、より典型的には2%未満の置換、多くの場合には1%未満の置換を含む。HHDHポリヌクレオチドのコードされた活性を変化させない配列の付加、例えば、非機能的配列または非コード配列の付加などはHHDHポリヌクレオチドの保存的変化であると見なされる。
【0073】
本発明のポリヌクレオチドは、この分野では広く知られている方法を使用して調製することができる。典型的には、約120塩基までのオリゴヌクレオチドが個々に合成され、その後、(例えば、酵素的もしくは化学的な連結方法、またはポリメラーゼ媒介による方法によって)連結されて、本質的には任意の所望する連続した配列が形成される。例えば、本発明のポリヌクレオチドは、例えば、自動化された合成方法で典型的には実施されているように、例えば、Beaucageら(1981)(Tetrahedron Letters、22:1859〜69)によって記載される古典的なホスホルアミダイト法、または、Matthesら(1984)(EMBO J.、3:801〜05)によって記載される方法を使用する化学合成によって調製することができる。ホスホルアミダイト法に従って、オリゴヌクレオチドが、例えば、自動DNA合成機で合成されて、精製され、アニーリングされ、連結されて、適切なベクターにクローン化される。
【0074】
加えて、本質的には任意の核酸を様々な商業的供給元のいずれかから特注することができる:例えば、The Midland Certified Reagent Company(Midland、TX)、The Great American Gene Company(Ramona、CA)、ExpressGen Inc.(Chicago、IL)、Operon Technologies Inc.(Alameda、CA)など。
【0075】
ポリヌクレオチドはまた、科学文献に記載されるような広く知られている技術によって合成することができる。例えば、Carruthersら、Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.、47:411〜418(1982)、および、Adamsら、J.Am.Chem.Soc.、105:661(1983)を参照のこと。その後、相補鎖を合成し、適切な条件下で鎖をアニーリングして一緒にすることによるか、または、適切なプライマー配列とともにDNAポリメラーゼを使用して相補鎖を加えることによるかのいずれかによって、二本鎖DNAフラグメントを得ることができる。
【0076】
本発明において有用な分子生物学的技術(これには、ベクターおよびプロモーターの使用、ならびに多くの他の関連項目が含まれる)を記載する一般的な教本には、BergerおよびKimmel、Guide to Molecular Cloning Techniques,Methods in Enzymology、volume 152 Academic Press,Inc.、San Diego、CA(Berger);Sambrookら、Molecular Cloning−A Laboratory Manual(2nd Ed.)、Vol.1〜3、Cold Spring Harbor Laboratory、Cold Spring Harbor、New York、1989(”Sambrook”)、そして、Current Protocols in Molecular Biology、F.M.Ausubelら編、Current Protocols、Greene Publishing Associates,Inc.およびJohn Wiley&Sons,Inc.の共同事業(1999年以降増補されている)(”Ausubel”)が含まれる。様々なインビトロ増幅方法、例えば、本発明の相同的核酸を作製するための、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、Qβレプリカーゼ増幅および他のRNAポリメラーゼ媒介増幅(例えば、NASAB)をはじめとするインビトロ増幅方法によって当業者を導くために十分なプロトコルの例が下記に見出される:Berger、Sambrook、およびAusubel、ならびに、Mullisら(1987)米国特許第4,683,202号;PCR Protocols A Guide to Methods and Applications(Innisら編)、Academic Press Inc.、San Diego、CA(1990)(Innis);Arnheim&Levinson(1990年10月1日)、C&EN 36〜47;The Journal Of NIH Research(1991)3、81〜94;(Kwohら(1989)、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、86、1173;Guatelliら(1990)、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、87、1874;Lomellら(1989)、J.Clin.Chem、35、1826;Landegrenら(1988)、Science、241、1077〜1080;Van Brunt(1990)、Biotechnology、8、291〜294;WuおよびWallace(1989)、Gene、4、560;Barringerら(1990)、Gene、89、117、そして、SooknananおよびMalek(1995)、Biotechnology、13:563〜564。インビトロ増幅された核酸をクローン化するための改善された方法が、Wallaceらの米国特許第5,426,039号に記載される。大きい核酸をPCRによって増幅するための改善された方法が、Chengら(1994)、Nature、369:684〜685、およびその引用参考文献にまとめられており、この方法では、40kbまでのPCRアンプリコンが生じる。当業者は、本質的には任意のRNAを、逆転写酵素およびポリメラーゼを使用して、制限消化、PCR拡大および配列決定のために好適な二本鎖DNAに変換することができることを容易に理解する。例えば、Ausubel、Sambrook、およびBergerを参照のこと(すべて、上記参照)。
【0077】
(ベクター、プロモーターおよび発現システム)
本発明はまた、上記に幅広く記載されるようなHHDHポリヌクレオチドの1つ以上を含む組換え構築物を包含する。用語「構築物」または用語「核酸構築物」は、本明細書中では、一本鎖または二本鎖のいずれかであっても、天然に存在する遺伝子から単離されている核酸、または、そうでない場合には、自然界に存在しない様式で核酸のセグメントを含有するように改変されている核酸を示す。用語「核酸構築物」は、核酸構築物が、本発明のHHDHコード配列の発現のために要求される制御配列を含有するとき、用語「発現カセット」と同義的である。
【0078】
本発明はまた、プロモーターに作動可能に連結された本発明のHHDHポリヌクレオチドを含む発現ベクターを提供する。実施例1には、ハロヒドリンデハロゲナーゼを発現させるための発現構築物を作製する方法が記載される。用語「制御配列」は、本明細書中では、本発明のポリペプチドの発現のために必要であるか、または好都合である成分のすべてを示す。それぞれの制御配列は、ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列に対して生来的または外来的であり得る。そのような制御配列は、リーダー、ポリアデニル化配列、プロペプチド配列、プロモーター、シグナルペプチド配列および転写ターミネーターを含むが、これらに限定されない。最低限でも、制御配列は、プロモーター、ならびに、転写停止シグナルおよび翻訳停止シグナルを含む。制御配列は、ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列のコード領域との制御配列の連結を容易にする特異的な制限部位を導入するためのリンカーを備えることができる。
【0079】
用語「作動可能に連結された(される)」は、本明細書中では、制御配列がポリペプチドの発現を導くように、制御配列がDNA配列のコード配列に対して所定位置に適切に設置されている(される)形態を示す。
【0080】
本明細書中で使用されるとき、用語「コード配列」は、そのタンパク質生成物のアミノ酸配列を直接に指定するヌクレオチド配列を包含することが意図される。コード配列の境界は、ATGの開始コドンで通常の場合には始まるオープンリーディングフレームによって一般には決定される。コード配列は、典型的には、DNA配列、cDNA配列および/または組換えヌクレオチド配列を含む。
【0081】
本明細書中で使用される用語「発現」は、ポリペプチドの産生に関与する任意の段階を包含し、これには、転写、転写後修飾、翻訳、翻訳後修飾および分泌が含まれるが、これらに限定されない。
【0082】
用語「発現ベクター」は、本明細書中では、本発明のポリペプチドをコードするセグメントを含み、かつ、その転写を規定するさらなるセグメントに機能的に連結されているDNA分子(線状または環状)を示す。
【0083】
本明細書中で使用される用語「宿主細胞」は、核酸構築物による形質転換を受けやすい任意の細胞タイプを示す。
【0084】
本発明の核酸構築物は、本発明の核酸配列が順方向または逆方向の向きで挿入されているベクター(例えば、プラスミド、コスミド、ファージ、ウイルス、細菌人工染色体(BAC)、酵母人工染色体(YAC)など)を含む。この実施形態の好ましい形態において、構築物はさらに、配列に作動可能に連結された調節配列(これには、例えば、プロモーターが含まれる)を含む。非常に多数の好適なベクターおよびプロモーターが当業者には知られており、また市販されている。
【0085】
本発明のポリヌクレオチドは、ポリペプチドを発現させるために好適な様々な発現ベクターの任意の1つに組み込むことができる。好適なベクターには、染色体配列、非染色体配列および合成DNA配列、例えば、SV40の誘導体;細菌プラスミド;ファージDNA;バキュロウイルス;酵母プラスミド;プラスミドおよびファージDNAの組合せに由来するベクター;ウイルスDNA(例えば、ワクシニアウイルス、アデノウイルス、鶏痘ウイルス、偽狂犬病ウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルス、レトロウイルスなど)が含まれる。遺伝物質を細胞に形質導入し、また、複製が所望されるならば、適切な宿主細胞において複製可能かつ生存可能であるベクターはどれも使用することができる。
【0086】
発現ベクターに組み込まれるとき、本発明のポリヌクレオチドは、mRNA合成を導くための適切な転写制御配列(プロモーター)に機能的に連結され、例えば、T5プロモーターに機能的に連結される。遺伝子組換え植物における使用のために特に適するそのような転写制御配列の例には、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)およびゴマノハグサモザイクウイルス(FMV)が含まれる。原核生物細胞または真核生物細胞ならびにそれらのウイルスにおいて遺伝子の発現を制御することが知られている、本発明のいくつかの実施形態において使用することができる他のプロモーターには、SV40プロモーター、大腸菌のlacプロモーターまたはtrpプロモーター、ファージラムダのPプロモーター、tacプロモーター、およびT7プロモーターなどが含まれる。発現ベクターは、場合により、翻訳開始のためのリボソーム結合部位、および、転写ターミネーター(例えば、PinIIなど)を含有する。ベクターはまた、場合により、発現を増幅するための適切な配列(例えば、エンハンサー)を含む。
【0087】
加えて、本発明の発現ベクターは、形質転換された宿主細胞を選択するための表現型形質を提供するための1つ以上の選択マーカー遺伝子を場合により含有する。好適なマーカー遺伝子には、スペクチノマイシンまたはストレプトマイシンの抗生物質に対する耐性をコードする遺伝子(例えば、aada遺伝子)、ストレプトマイシン耐性をコードするストレプトマイシンホスホトランスフェラーゼ(SPT)遺伝子、カナマイシン耐性またはゲンタマイシン耐性をコードするネオマイシンホスホトランスフェラーゼ(NPTII)遺伝子、ヒグロマイシン耐性をコードするヒグロマイシンホスホトランスフェラーゼ(HPT)遺伝子が含まれる。さらなる選択マーカー遺伝子には、真核生物細胞培養のためのジヒドロ葉酸レダクターゼまたはネオマイシン耐性、および、大腸菌におけるテトラサイクリン耐性またはアンピシリン耐性が含まれる。
【0088】
本発明のHHDHポリペプチドを発現させるための1つの例示的な発現ベクターが図1に示される。本発明のベクターは、適切な宿主を形質転換して、宿主が本発明のタンパク質またはポリペプチドを発現することができるようにするために用いることができる。適切な発現宿主の例には、細菌細胞、例えば、大腸菌、枯草菌およびストレプトミセス属細菌などが含まれる。細菌システムにおいて、数多くの発現ベクターを選択することができる(例えば、多機能な大腸菌クローニングベクターおよび発現ベクターなど)。
【0089】
本発明のHHDHポリヌクレオチドはまた、例えば、細胞の所望する細胞区画、膜またはオルガネラにポリペプチド発現を標的化するために、あるいは、ポリペプチドの分泌を細胞周辺腔または細胞培養培地内に導くために、分泌/局在化配列をコードする核酸に読み枠を合わせて融合することができる。そのような配列は当業者には知られており、これらには、分泌リーダーペプチド、オルガネラ標的化配列(例えば、核局在化配列、小胞体(ER)保持シグナル、ミトコンドリア移行配列、葉緑体移行配列)、膜局在化/アンカー配列(例えば、膜透過停止配列、GPIアンカー配列)などが含まれる。
【0090】
(発現宿主)
本発明はまた、本発明のベクターまたは構築物(例えば、本発明のクローニングベクターまたは本発明の発現ベクター)により形質導入(形質転換またはトランスフェクション)される操作された宿主細胞、ならびに、組換え技術による本発明のポリペプチドの産生に関連する。ベクターは、例えば、プラスミド、ウイルス粒子、ファージなどであり得る。宿主細胞は真核生物細胞(例えば、植物細胞など)が可能である。あるいは、宿主細胞は原核生物細胞(例えば、植物細胞など)が可能である。宿主細胞への構築物の導入は、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE−デキストラン媒介トランスフェクション、エレクトロポレーションまたは他の一般的な技術によって行うことができる(Davis,L.、Dibner,M.およびBattey,I.(1986)、Basic Methods in Molecular Biology)。操作された宿主細胞は、プロモーターを活性化するために、形質転換体を選択するために、または、HHDHポリヌクレオチドを増幅するために適切なように改変された従来の栄養培地において培養することができる。培養条件(例えば、温度およびpHなど)は、発現のために選択された宿主細胞とともに以前に使用された条件であり、当業者には明らかであり、また、本明細書中における引用参考文献(これには、例えば、Sambrook、Ausubel、およびBergerが含まれる)、ならびに、例えば、Freshney(1994)、Culture of Animal Cells,a Manual of Basic Technique(第3版、Wiley−Liss、New York)、およびそれにおける引用参考文献において明らかである。
【0091】
本発明のHHDHポリペプチドは、植物、酵母、菌類および細菌などの非動物細胞において産生させることができる。Sambrook、Berger、およびAusubelに加えて、非動物細胞の培養に関する詳細を下記に見出すことができる:Payneら(1992)、Plant Cell and Tissue Culture in Liquid Systems、John Wiley&Sons,Inc.、New York、NY;GamborgおよびPhillips(編)(1995)、Plant Cell,Tissue and Organ Culture:Fundamental Methods Springer Lab Manual、Springer−Verlag(Berlin、Heidelberg、New York);そして、AtlasおよびParks(編)The Handbook of Microbiological Media(1993)、CRC Press、Boca Raton、FL。宿主細胞は真核生物細胞(例えば、植物細胞など)が可能である。あるいは、宿主細胞は原核生物細胞(例えば、細菌細胞など)が可能である。宿主細胞への構築物の導入は、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE−デキストラン媒介トランスフェクション、エレクトロポレーションまたは他の一般的な技術によって行うことができる(Davis,L.、Dibner,M.およびBattey,I.(1986)、Basic Methods in Molecular Biology)。
【0092】
(精製のための融合ポリペプチド)
本発明のHHDHポリペプチドはまた、コードされるHHDHポリペプチドの精製を容易にするために、融合ポリペプチドの一部として発現させることができる。そのような融合ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドは、精製を容易にするドメインに読み枠を合わせて融合されている本発明のHHDHポリヌクレオチドに対応する核酸配列を含む。本明細書中で使用される用語「精製を容易にするドメイン」は、ドメインが融合されているポリペプチドの精製を媒介するドメインを示す。好適な精製ドメインには、金属にキレート化するペプチド、固定化された金属における精製を可能にするヒスチジン−トリプトファンモジュール、グルタチオンと結合する配列(例えば、GST)、ヘマグルチニン(HA)タグ(これは、インフルエンザのヘマグルチニンタンパク質に由来するエピトープに対応する;Wilsonら(1984)、Cell、37:767)、マルトース結合タンパク質配列、FLAG発現/アフィニティー精製システム(Immunex Corp、Seattle、WA)において利用されるFLAGエピトープなどが含まれる。プロテアーゼ切断可能なポリペプチドリンカー配列を精製ドメインとHHDHポリペプチドとの間に含むことは、精製を容易にするために有用である。本明細書中に記載される組成物および方法における使用のために意図される1つの発現ベクターにより、エンテロキナーゼ切断部位によって隔てられるポリヒスチジン領域に融合された本発明のポリペプチドを含む融合タンパク質の発現がもたらされる。そのヒスチジン残基は、IMIAC(固定化金属イオンアフィニティークロマトグラフィー;Porathら(1992)、Protein Expression and Purification 3:263〜281に記載されるようなアフィニティークロマトグラフィー)での精製を容易にし、一方、エンテロキナーゼ切断部位は、HHDHポリペプチドを融合タンパク質から分離するための手段を提供する。pGEXベクター(Promega;Madison、WI)もまた、外来ポリペプチドをグルタチオンS−トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として発現させるために使用することができる。一般に、そのような融合タンパク質は可溶性であり、リガンド−アガロースビーズ(例えば、GST融合物の場合にはグルタチオン−アガロース)に吸着させ、続いて、遊離リガンドの存在下で溶出することによって、溶解した細胞から容易に精製することができる。
【0093】
(HHDHポリペプチドの産生および回収)
本発明はさらに、HHDHポリペプチドを作製する方法を提供する。この場合、この方法は、(a)HHDHポリヌクレオチドにより形質転換された宿主細胞を、HHDHポリペプチドの産生のために好適な条件下で培養すること;および(b)HHDHポリペプチドを回収することを含む。典型的には、回収は、下記に記載される技術を含めて、この分野では広く知られているタンパク質回収技術を使用して、宿主細胞培養培地、宿主細胞または両方からである。
【0094】
好適な宿主株の形質導入を行い、宿主株を適切な細胞密度に成長させた(培養した)後、選択されたプロモーターが適切な手段(例えば、温度変化または化学的誘導)によって誘導され、細胞がさらなる期間にわたって培養される。細胞は、典型的には、遠心分離によって集められ、物理的手段または化学的手段によって破壊され、得られた粗抽出物がさらなる精製のために保持される。タンパク質の発現において用いられる微生物細胞は、凍結解凍サイクル処理、超音波処理、機械的破壊、または細胞溶解剤の使用、または他の方法を含む、当業者には広く知られている任意の従来の方法によって破壊することができる。
【0095】
記されたように、多くの参考文献が、細菌起源、植物起源、動物(特に哺乳動物)起源および古細菌起源の細胞を含めて、多くの細胞の培養および作製のために利用可能である。例えば、下記を参照のこと:Sambrook、Ausubel、およびBerger(すべて、上掲)、ならびに、Freshney(1994)、Culture of Animal Cells,a Manual of Basic Technique、第3版、Wiley−Liss、New York、およびそれにおける引用参考文献;DoyleおよびGriffiths(1997)、Mammalian Cell Culture:Essential Techniques、John Wiley and Sons、NY;Humason(1979)、Animal Tissue Techniques、第4版、W.H.Freeman and Company;そして、Ricciardelliら(1989)、In vitro Cell Dev.Biol.、25:1016〜1024。植物細胞の培養および再生については、Payneら(1992)、Plant Cell and Tissue Culture in Liquid Systems、John Wiley&Sons,Inc、New York、NY;GamborgおよびPhillips(編)(1995)、Plant Cell,Tissue and Organ Culture;Fundamental Methods Springer Lab Manual、Springer−Verlag(Berlin、Heidelberg、New York);Jonesら(1984)、Plant Gene Transfer and Expression Protocols、Humana Press、Totowa、New Jersey;そして、Plant Molecular Biology(1993)、R.R.D.Croy編、Bios Scientific Publishers、Oxford、U.K.、ISBN 0121983706。細胞培養培地は、一般には、AtlasおよびParks(編)、The Handbook of Microbiological Media(1993)(CRC Press、Boca Raton、FL)に示される。細胞培養のためのさらなる情報が下記の入手可能な商業的文献に見出される:例えば、Life Science Research Cell Culture Catalogue(1998)(これはSigma−Aldrich,Inc(St Louis、MO)から得られる)(”Sigma−LSRCCC”)、ならびに、例えば、The Plant Culture Catalogueおよび増補版(1997)(これらもまたSigma−Aldrich,Inc(St Louis、MO)から得られる)(”Sigma−PCCS”)。
【0096】
本発明のHHDHポリペプチドは、硫酸アンモニウム沈殿または溶媒(例えば、エタノール、アセトンなど)沈殿、酸抽出、アニオン交換クロマトグラフィーまたはカチオン交換クロマトグラフィー、ホスホセルロースクロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー(例えば、本明細書中に記されるようなタグ化システムのいずれかを使用するアフィニティークロマトグラフィー)、ヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィーおよびレクチンクロマトグラフィーをはじめとする、この分野では広く知られている数多くの方法のいずれかによって組換え細胞の培養物から回収および精製することができる。タンパク質折り畳み工程を、成熟タンパク質の立体配置を完成させる際に、所望に応じて使用することができる。最後に、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を最終精製工程で用いることができる。上記で記された参考文献に加えて、様々な精製方法がこの分野では広く知られており、これらには、例えば、下記に示される方法が含まれる:Sandana(1997)、Bioseparation of Proteins、Academic Press,Inc.;そして、Bollagら(1996)、Protein Methods,2nd Edition、Wiley−Liss、NY;Walker(1996)、The Protein Protocols Handbook、Humana Press、NJ;HarrisおよびAngal(1990)、Protein Purification Applications:A Practical Approach、IRL Press at Oxford、Oxford、England;HarrisおよびAngal、Protein Purification Methods:A Practical Approach、IRL Press at Oxford、Oxford、England;Scopes(1993)、Protein Purification:Principles and Practice 3rd Edition、 Springer Verlag、NY;JansonおよびRyden(1998)、Protein Purification:Principles,High Resolution Methods and Applications,Second Edition、Wiley−VCH、NY;そして、Walker(1998)、Protein Protocols on CD−ROM、Humana Press、NJ。
【0097】
場合により、本発明のHHDHポリペプチドを、工業的および/または商業的な適用のために好適な大規模で製造することが望ましい場合がある。そのような場合、大量発酵法が用いられる。HHDHポリペプチドを製造するための1つの例示的な大量発酵法が実施例2に提供される。簡単に記載すると、HHDHポリヌクレオチドが、例えば、図1に示されるベクター(PCK110700)などの発現ベクターにクローン化される。目的とするポリヌクレオチドをベクターに挿入した後、ベクターは、標準的な方法を使用して、大腸菌TOP10(Invitrogen、Carlsbad、CA)による継代の後、例えば、大腸菌BL21(Strategene、La Jolla、CA)などの細菌宿主に形質転換される。
【0098】
形質転換された宿主細胞は、この分野で知られている方法を使用してポリペプチドの産生のために好適な栄養培地において培養される。例えば、細胞は、ポリペプチドを発現させ、かつ/または単離することを可能にする好適な培地において、また、そのような条件下で行われる振とうフラスコ培養、および、研究室発酵装置または工業的発酵装置における小規模または大規模な発酵(これには、連続発酵、回分発酵、流加回分発酵または固体発酵が含まれる)によって培養することができる。培養は、この分野で知られている手法を使用して、炭素源および窒素源ならびに無機塩を含む好適な栄養培地において行われる。様々な好適な培地を商業的供給元から入手することができ、または、発表された組成(例えば、American Type Culture Collectionのカタログにおける組成)に従って調製することができる。分泌されたポリペプチドは栄養(培養)培地から直接に回収することができる。
【0099】
生じたポリペプチドは、この分野で知られている方法によって単離することができる。例えば、ポリペプチドは、遠心分離、ろ過、抽出、噴霧乾燥、エバポレーションまたは沈殿化(これらに限定されない)をはじめとする従来の手法によって栄養培地から単離することができる。単離されたポリペプチドは、その後、クロマトグラフィー(例えば、イオン交換、アフィニティー、疎水性、クロマトフォーカシングおよびサイズ排除)、電気泳動的手法(例えば、調製用等電点フォーカシング)、溶解度差(例えば、硫酸アンモニウム沈殿)または抽出(これらに限定されない)をはじめとするこの分野で知られている様々な手法によってさらに精製することができる(例えば、下記を参照のこと:Bollagら(1996)、Protein Methods,2nd Edition、Wiley−Liss、NY;Walker(1996)、The Protein Protocols Handbook、Humana Press、NJ;Bollagら(1996)、Protein Methods,2nd Edition、Wiley−Liss、NY;Walker(1996)、The Protein Protocols Handbook、Humana Press、NJ)。HHDHポリペプチドを細胞溶解物から回収するための手法が実施例3に例示される。
【0100】
配列番号2の野生型HHDHのpIは低すぎて、ポリエチレンイミン(PEI)沈殿を使用して、HHDHをDNAから精製することができないかもしれないことが考えられる。出願人らは、PEI沈殿による単離を可能にするために、しかし、HHDH酵素活性の喪失を伴うことなく、十分に高いpIを有する本発明のHHDHポリペプチドを産生させるために、配列番号2におけるアラインメントに対して下記の残基変化を行うことができることを発見している:E40Q,K、E42Q,K、E46Q,K、E56Q,K、E58Q,K、E61Q,K、およびE64Q,K。従って、別の実施形態において、本発明は、PEI沈殿によって溶液から単離することができるHHDHポリペプチドに関し、この場合、HHDHポリペプチドは、配列番号2と整列された場合、E40Q,K、E42Q,K、E46Q,K、E56Q,K、E58Q,K、E61Q,K、およびE64Q,Kからなる群より選択される残基変化の5つ以上を有する。例えば、PEI沈殿は下記の配列番号744のHHDHポリペプチド:
【0101】
【化5】

に適用された。このポリペプチドは下記の配列番号743のポリヌクレオチド:
【0102】
【化6】

によってコードされる。
【0103】
無細胞転写/翻訳システムもまた、本発明のポリヌクレオチドを使用してHHDHポリペプチドを産生させるために用いることができる。いくつかのそのようなシステムが市販されている。インビトロ転写プロトコルおよびインビトロ翻訳プロトコルのための一般的な指針が、Tymms(1995)、In Vitro Transcription and Translation Protocols:Methods in Molecular Biology(第37巻、Garland Publishing、NY)に見出される。
【0104】
4−クロロアセト酢酸エチル(ECAA)は、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(ECHB)を生じさせるためにKRED/GDHを使用する共役した還元反応のための基質である。ECHBは、その後、HHDH反応のための基質として使用される。しかしながら、ECAA出発物質はHHDHの強力な阻害剤である(近似的K=70μM)。KRED/GDHにより触媒される反応は、所望する99.97%の代わりに、99.9%の完了まで進行させることができるので、0.1%のECAAがECHB物質中に残留し、この0.1%のECAAがHHDH反応を阻害し得る。すなわち、最初の反応に由来する残留基質が第2の反応における阻害剤である。従って、本発明のHHDHポリペプチドが、ECAAによる阻害に対する抵抗性を有することが望ましい。
【0105】
出願人らは、ECAAによる阻害に対する増大した抵抗性を明らかにする本発明のHHDHポリペプチドを作製するために、配列番号2におけるアラインメントに対して下記の残基変化を行うことができることを発見している:A4V、A82Y、A134V、G136W、G136V、L142R、L178V、W238L、A240T、W249Y、M252I。従って、別の実施形態において、本発明は、ECAAによる阻害に対して抵抗性であるHHDHポリペプチドに関し、この場合、HHDHポリペプチドは、配列番号2と整列された場合、A4V、F82Y、T134V、F136W、F136V、L142R、L178V、W238L、A240T、W249YおよびM252Iからなる群より選択される残基変化の1つ以上を有する。
【0106】
本発明のHHDHポリペプチドをECAAの存在下でのその反応性について試験するための方法が本明細書中において実施例5Cに開示される。実施例5Cからの反応生成物をスクリーニングし、かつ、生じた生成物の量を測定するためのガスクロマトグラフィー方法が、本明細書中、実施例6Bに開示される。
【0107】
(HHDHポリペプチドを使用する方法)
上記で記載されたように、本発明のHHDHポリペプチドは、4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸誘導体を、4位が求核試薬で置換された3−ヒドロキシ酪酸誘導体に変換することを触媒するために使用することができる。本発明の新規なハロヒドリンデハロゲナーゼはまた、国際特許出願公開WO01/90397(これはその全体が参照として本明細書中に組み込まれる)に開示される様式で、混合物をハロヒドリンデハロゲナーゼの存在下でアニオン性求核試薬と反応させることによって、鏡像異性体エポキシドの混合物を酵素分割するためのプロセスにおいて有用であり、この場合、酵素はエポキシド鏡像異性体の一方を求核試薬と優先的に反応させて、生じる鏡像異性体的に濃縮されたビシナル求核試薬置換アルコールと、もう一方の鏡像異性体において濃縮された未反応エポキシドとの混合物を形成する。
【0108】
本発明の上記局面および他の局面が、下記の非限定的な実施例に関連してより良く理解され得る。
【実施例】
【0109】
(実施例1)
(ハロヒドリンデハロゲナーゼを発現させるための発現構築物の構築)
Agrobacterium sp.ハロヒドリンデハロゲナーゼに対する遺伝子を、Agrobacterium sp.から得られたハロヒドリンデハロゲナーゼのアミノ酸配列(配列番号2)に基づいて、大腸菌における発現のためにコドン最適化した(配列番号1)。遺伝子を、60merのオリゴマーを使用して合成し、T5プロモーターの制御下で発現ベクターPCK110700(図1に示される)にクローン化した。ベクターを大腸菌TOP10(Invitrogen、Carlsbad、CA)に形質転換し、この大腸菌TOP10から、プラスミドDNAを、標準的な方法を使用して調製した。その後、プラスミドDNAを、標準的な方法を使用して発現宿主の大腸菌BL21(Stratagene、La Jolla、CA)に形質転換した。活性なHHDHを発現するクローンが発現ライブラリーにおいて見出された。このクローンから得られた遺伝子を配列決定し(配列番号1(HHDH.1)を参照のこと)、Agrobacterium sp.のHHDH(配列番号2)をコードすることを見出した。
【0110】
本発明のハロヒドリンデハロゲナーゼをコードするポリヌクレオチドを、同様に、標準的な方法を使用してベクターPCK110700(図1に示される)にクローン化し、その後、大腸菌TOP10による継代の後、形質転換し、大腸菌BL21から発現させた。
【0111】
(実施例2)
(HHDHの産生)
通気撹拌型発酵装置において、0.528g/Lの硫酸アンモニウム;7.5g/Lのリン酸水素二カリウム三水和物;3.7g/Lのリン酸二水素カリウム;2g/LのTastone−154酵母抽出物;0.05g/Lの硫酸第一鉄;および3mL/Lの微量元素溶液(これは、2g/Lの塩化カルシウム二水和物、2.2g/Lの硫酸亜鉛七水和物、0.5g/Lの硫酸マンガン一水和物、1g/Lの硫酸第一銅五水和物、0.1g/Lのホウ酸ナトリウム十水和物および0.5g/LのEDTAを含有する)を含有する10.0Lの増殖培地を30℃の温度にした。発酵装置に、実施例1で記載されるようなHHDHポリヌクレオチドを含有するプラスミドが与えられ、その後、LB、1%のグルコース(Sigma Chemical Co.、St.Louis、MO)および30μg/mlのクロラムフェニコール(Sigma Chemical Co.、St.Louis、MO)を含有する振とうフラスコで成長させた大腸菌BL21(Stratagene、La Jolla、CA)の後期指数培養物を、0.5〜2.0の600nmでの開始光学濃度(OD600)に接種した。発酵装置を500rpm〜1500rpmで撹拌し、空気を1.0L/分〜15.0L/分で発酵槽に供給して、30%飽和以上の溶存酸素レベルを維持した。培養液のpHを20%(v/v)の水酸化アンモニウムの添加によって7.0で制御した。培養が40のOD600に達した後、温度を30℃で維持し、ハロヒドリンデハロゲナーゼの発現を、イソプロピル−β−D−チオガラクトシド(IPTG)(Sigma Chemical Corp.、St.Louis、MO)を1mMの最終濃度に添加することによって誘導した。培養物をさらに15時間成長させた。誘導後、細胞を遠心分離によって集め、10mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)により洗浄した。細胞ペーストを下工程の回収プロセスにおいてそのまま使用し、または、使用まで−80℃で保存した。
【0112】
(実施例3)
(酵素調製)
実施例2から得られた細胞ペーストを、1体積湿重量の細胞ペーストを3体積の100mM Tris/硫酸(pH7.2)に懸濁し、その後、Sorval 12BPにおける5000gでの40分間の遠心分離によって洗浄した。洗浄された細胞ペーストを2体積の100mM Tris/硫酸(pH7.2)に懸濁した。細胞内のHHDHを、最初の通過については14,000psigの圧力を使用し、2回目の通過については8,000psigの圧力を使用して懸濁物をホモジナイザーに2回通すことによって細胞から放出させた。細胞溶解物はホモジナイザーの通過の間で0℃に冷却された。溶解物を室温に暖め、その後、2.5MのMnSO(50mM〜350mMの最終濃度)または10%(w/v)のポリエチレンイミン(PEI)溶液(pH7.2)(0.6%(w/v)〜1.0%(w/v)の最終濃度)を溶解物に加え、30分間撹拌した。ホモジネートを、標準的な研究室遠心分離機で30分間〜60分間、5,000gと10,000gとの間で遠心分離した。上清を限外ろ過によって脱塩し、濃縮して、底の浅い容器に分注し、−20℃で凍結し、粉末に凍結乾燥して、粉末を−80℃で保存した。
【0113】
発酵後の調製物の性状を評価するために、発現したハロヒドリンデハロゲナーゼ酵素を含有する細胞溶解物を下記のプロトコルに従ってアッセイした。100mMのTris/SO、100mMのNaCN(pH8.0)における清澄化された細胞溶解物の約50μlを、10mMの(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(ECHB)(Sigma Aldrich、St.Louis、MO)と混合した。総反応体積は0.2mlであった。反応液を室温で30分間〜1時間インキュベーションした。反応液を7体積の酢酸エチルで抽出し、有機層を1.8mlのガスクロマトグラフィー(GC)バイアルに取り出した。有機層を生成物の(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの存在についてGCによって分析した。生じた生成物の量を、同じ条件下で調製および分析された標準曲線との比較によって求めた。
【0114】
(実施例4)
(HHDH活性の存在についてのハイスループットスクリーニング)
(A.アガロース中にシアノヒドリンが存在しない場合)
下記のスクリーニングを、HHDH活性の存在を確認するために使用した。1日目に、200mlのLB寒天+1%のグルコース、30μg/mlのクロラムフェニコールを含有するQトレー(Genetix USA,Inc.、Beaverton、OR)における新たに形質転換されたコロニーを、Q−bot(登録商標)ロボットコロニー採取装置(Genetix USA,Inc.、Beaverton、OR)を使用して選び、培地(70μL/ウエルの2xYT+1%のグルコース、30μg/mlのcam)を含有する底の浅い384ウエルNuncプレート(Nalge Nunc International、Rochester、NY)に入れ、30℃、250回転/分(rpm)、85%の相対湿度(RH)で一晩成長させた。陰性コントロール(空ベクターを有する大腸菌BL21)および陽性コントロール(HHDH Mzl/2G5(配列番号31)を含有するベクターを有する大腸菌BL21)を含めた。これらのマスターウエルプレート培養物をAirPore(商標)微孔性テープ(Qiagen,Inc.、Valencia、California)で覆った。
【0115】
2日目に、マスタープレート培養物をナイロンメンブラン(Ominitrayのために事前に切断されたPall Biodyne B Nylon Membrane、115x76mm、Nalge Nunc#250385)に方眼状に置き、その後、200mlのLB寒天+1%のグルコース、30μg/mlのクロラムフェニコールを含有するQトレー(Genetix USA,Inc.、Beaverton、OR)に載せた。Qトレーを、成長が検出されるまで、30℃で8時間〜12時間インキュベーションした。各ナイロンメンブランを、誘導培地(200mlのLB寒天+1mMのIPTG、30μg/mlのクロラムフェニコール)を含有するQトレーに移した。その後、Qトレーを23℃または室温で一晩インキュベーションした。
【0116】
3日目に、アッセイプレートを下記のように準備した。10mMのTris−SO(pH7.0)および1.0%の低融点アガロースの150mlの溶液を調製し、約45℃に冷却した。5MのNaClを加えて、500mMのNaClの最終濃度にした。ブロムクレゾールパープル(BCP)および(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(ECHB)をそれぞれ0.004%および0.3%の最終濃度に加えた。溶液を150mLのQトレーに注ぎ、固化させた。
【0117】
コロニーを有するナイロンメンブランを、誘導培地を含有するQトレーから取り出し、アッセイプレートに裏返しで置いた。メンブランを、Alpha Imaging ChemStation(Alpha Innotech Corporation、San Leandro、California)(4の絞り設定)を420nm(+/−10nmフィルター)とともに使用して、反転させたQトレーを透過により画像化した。画像を、反応の最初の1時間の間、取得した。その後、それぞれの画像化されたスポットについての強度データを陰性コントロールのスポットの値に対して正規化した。1よりも大きい正規化された値により、HHDH活性の存在が示される。このスクリーニングから得られた活性なクローンを、実施例5Aに記載される方法を使用してさらに特徴付けした。このスクリーニングから得られたクローンはまた、実施例5Bに記載される培地スループットアッセイを使用してさらに特徴付けすることができる。
【0118】
(B.アガロース中にシアノヒドリンが存在する場合)
このハイスループットスクリーニングは、シアノヒドリン生成物の存在下で、例えば、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの存在下でHHDH活性を示すHHDHポリペプチドについてスクリーニングすることが望ましいときに使用される。1日目および2日目に対するプロトコルはパートAの場合と同じである。3日目に、アッセイプレートを下記のように準備した:150mlの低融点アガロース溶液を下記のように作製した:10mMのTris(pH7.0)、2.0%の低融点アガロース(電子レンジで融解された)、0.004%のブロムクレゾールパープル(1.2ml/150ml)。この溶液を37℃に一晩冷却した。3日目に、ECHB(0.45mlのECHB/150ml溶液)および(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(8.26mlの(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチル/150ml溶液)を加えて、0.3%のECHBおよび400mMの(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの溶液にした。この溶液を混合し、そして、パートAに記載されるように、150mLのQトレーに注ぎ、その後、固化させた。
【0119】
コロニーを有するナイロンメンブランを、誘導培地を含有するQトレーから取り出し、アッセイプレートに裏返しで置いた。メンブランを、上記のパートAに記載されるように画像化した。
【0120】
このスクリーニングから得られた活性なクローンを、実施例5Bに記載されるガスクロマトグラフィー法(培地スループットアッセイ)を使用してさらに特徴付けした。
【0121】
(実施例5)
(ハロヒドリンデハロゲナーゼ活性の特徴付け)
(A.生成物の(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルを検出するためのガスクロマトグラフィー法)
500mMのHCN(リン酸によりpH7.0に調節された500mMのNaCN)における(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(10mM〜100mM)の溶液に、ハロヒドリンデヒドロゲナーゼ酵素を同じ緩衝液に事前に溶解された溶液として加えた。経時的に混合物の一定量を抜き取り、3体積の酢酸エチルにより抽出した。その後、有機層を、本明細書中下記において実施例6に記載されるように、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルについてガスクロマトグラフィー(GC)によって分析した。サンプルを様々な時点で採取し、生成物のシアノヒドリンである(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルのピーク面積を時間の関数としてプロットした。時間点は、生成物阻害の影響を避けるために、低い転換率で、例えば、5%未満の転換率で選択される(例えば、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%など)。ピーク面積を、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルについて調製された標準曲線を使用して濃度単位に変換した。ハロヒドリンデヒドロゲナーゼの活性をμmol(生成シアノヒドリン)/分/mg(総ハロヒドリンデヒドロゲナーゼ触媒)の単位で求めた。クローンのいくつかの相対的活性を、改善されたHHDH酵素の活性/Agrobacterium sp.HHDH(配列番号2)の活性としてコンピューター処理して表2に示す。
【0122】
(表2.改善されたHHDH酵素のECHB基質に対する相対的HHDH活性)
【0123】
【化7】

(B.シアノヒドリン生成物の存在下での培地スループット−ガスクロマトグラフィーアッセイ)
当たりを予備スクリーニングのマスターウエルプレートにおける所望のウエル(10μLの培養物)から選び、96ウエルのNUNCプレートのウエル(各ウエルは、200ulのLB+1%のグルコース、30μg/mlのクロラムフェニコール(cam)を含有する)に移し、30℃、250rpm、85%の相対湿度で一晩成長させた。陽性コントロールを予備スクリーニングのマスターウエルプレートから選んだ。
【0124】
翌日、一晩成長物の10μl量を、300μlの2xYT、100mMのNaHPO/NaHPO(pH7)、1mMのMgSO、30μg/mlのcamを各ウエルが含有する96深底ウエルプレートに継代培養した。これらのプレートを、細胞密度がOD(600nm)=0.6に達するまで、30℃、250rpm、85%の相対湿度で2時間〜4時間インキュベーションした。その後、プレートを1mMのイソプロピル−β−D−チオガラクトシド(IPTG)(例えば、34mMのIPTGストック溶液の10μl/ウエル、または、10mMのIPTGストックの30μL/ウエル)により誘導し、30℃、250rpm、85%の相対湿度で一晩インキュベーションした。
【0125】
翌日、プレートを遠心分離(4000rpm、10分間、4℃)して、細胞をペレット化し、使用済み培地を捨てた。プレートは、細胞の破壊を助けるために、−80℃で1時間凍結することができる。
【0126】
ペレット化された細胞を、2.04Mの4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(「NH」)(320g/L)(fw=157、d1.19、26.8ml/100ml溶解混合物)を含有する200μLのB−PER(登録商標)溶解液(Pierce、カタログ#78243)および1ul/10mlのDNase(約200U/ul)を加えることによって溶解した。細胞および溶解液の混合物をボルテックス処理して、細胞を再懸濁し、その後、2時間振とうしながら50℃でインキュベーションした。
【0127】
反応溶液を、好ましくはプラスチック(ポリプロピレン)製使い捨て容器を使用して、ドラフト内で作製した。反応溶液の体積は、スクリーニングされるプレートの数によって決定された。NaCNの1Mの最終濃度を有する反応溶液を調製するために、NaCN(fw=49.01、4.9g/100mL)を、所望する体積の100mMリン酸ナトリウム(pH7)に加えて、NaCNの1.47Mの濃度を作製した。このNaCN溶液の各68mLに24mLの5MストックNaClおよび8mlの濃HCl(約10M)を加えて、1.2MのNaCl、800mMのHClおよび1MのNaCNである所望する体積の反応混合物を作製した。反応混合物の最終pHは7.0〜7.2であった。この溶液に、ECHB(fw=166.6、d=1.19)を280μL/100mL反応ミックスで加えて、20mMの最終濃度を得た。反応ミックスにおける最終濃度は、約1MのHCN、2MのNaCl、50mMのリン酸ナトリウム(pH7.0〜7.2)、20mMのECHBである。
【0128】
200μLの反応混合物を各ウエルにおける溶解された細胞に加えた。プレートを、Velocity11PlateLoc(商標)熱シーラーを使用して密封した。その後、密封されたプレートを室温で120分間振とうした。振とう後、プレートを密封から解き、1mLの1mMチモール(酢酸エチルに溶解)を各ウエルに加えた。プレートを、Velocity11PlateLoc(商標)熱シーラーを使用して再び密封し、激しく振とうし、その後、約1分間静置して、層を分離させた。
【0129】
上部層の150μL量を、Hydra(商標)陽圧移動液体処理装置(Aspモード、AV150、AH2650、EH37800、WH3730、WV:full、洗浄:3)を使用して、Costar社の丸底の浅底ウエルのポリプロピレン(PP)製反応プレート(カタログ#3365)に移した。サンプルを深底ウエルプレートから浅底ウエルプレートに移した。
【0130】
これらのプレートを、Velocity11PlateLoc(商標)熱シーラーを使用して密封し、実施例6Bに記載されるようなガスクロマトグラフィーによる分析まで−20℃で保存した。
【0131】
(C.4−クロロアセト酢酸エチル(ECAA)の存在下での阻害についての培地スループット−ガスクロマトグラフィーアッセイ)
当たりを予備スクリーニングのマスターウエルプレートにおける所望のウエル(10μLの培養物)から選び、96ウエルのNUNCプレートのウエル(各ウエルは、200ulのLB+1%のグルコース、30μg/mlのクロラムフェニコール(cam)を含有する)に移し、30℃、250rpm、85%の相対湿度で一晩成長させた。陽性コントロールを予備スクリーニングのマスターウエルプレートから選んだ。
【0132】
翌日、一晩成長物の10μl量を、300μlの2xYT、100mMのNaHPO/NaHPO(pH7)、1mMのMgSO、30μg/mlのcamを各ウエルが含有する96深底ウエルプレートに継代培養した。これらのプレートを、細胞密度がOD(600nm)=0.6に達するまで、30℃、250rpm、85%の相対湿度で2時間〜4時間インキュベーションした。その後、プレートを1mMのIPTG(例えば、34mMのIPTGストック溶液の10μl/ウエル、または、10mMのIPTGストックの30μL/ウエル)により誘導し、30℃、250rpm、85%の相対湿度で一晩インキュベーションした。
【0133】
翌日、プレートを遠心分離(4000rpm、10分間、4℃)して、細胞をペレット化し、使用済み培地を捨てた。プレートは、細胞の破壊を助けるために、−80℃で1時間凍結することができる。
【0134】
ペレット化された細胞を、200μLのB−PER(登録商標)溶解液(Pierce、カタログ#78243)を1ul/10mlのDNase(約200U/ul)とともに加えることによって溶解した。細胞および溶解液の混合物をボルテックス処理して、細胞を再懸濁し、その後、2時間振とうしながら50℃でインキュベーションした。
【0135】
反応溶液を、好ましくはプラスチック(PP)製使い捨て容器を使用して、ドラフト内で作製した(反応溶液の体積は、スクリーニングされているプレートの数によって決定された)。NaCNの1Mの最終濃度を有する反応溶液を調製するために、NaCN(fw=49.01、4.9g/100mL)を、所望する体積の100mMリン酸ナトリウム(pH7)に加えて、NaCNの1.47Mの濃度を作製した。このNaCN溶液の各68mLに24mLの5MストックNaClおよび8mlの濃HCl(約10M)を加えて、1.2MのNaCl、800mMのHClおよび1MのNaCNである所望する体積の反応混合物を作製した。反応混合物の最終pHは7.0〜7.2である。この溶液に、ECHB(fw=166.6、d=1.19)を100mMの最終濃度に加え(1400μL/100mL反応ミックス)、また、ECAA(fw=164.6、d=1.21)を5mMの最終濃度に加える(100μL/100mL反応ミックス)。
【0136】
200μLの反応混合物を各ウエルにおける溶解された細胞に加えた。プレートを、Velocity11PlateLoc(商標)熱シーラーを使用して密封した。その後、密封されたプレートを室温で60分間振とうした。振とう後、プレートを密封から解き、1mLの1mMチモール(酢酸エチルに溶解)を各ウエルに加えた。プレートを、Velocity11PlateLoc(商標)熱シーラーを使用して再び密封し、激しく振とうし、その後、約1分間静置して、層を分離させた。
【0137】
上部層の150μL量を、Hydra(商標)陽圧移動液体処理装置(Aspモード、AV150、AH2650、EH37800、WH3730、WV:full、洗浄:3)を使用して、Costar社の丸底の浅底ウエルのポリプロピレン(PP)製反応プレート(カタログ#3365)に移した。サンプルを深底ウエルプレートから浅底ウエルプレートに移した。これらのプレートを、Velocity11PlateLoc(商標)熱シーラーを使用して密封し、実施例6Bに記載されるようなガスクロマトグラフィーによる分析まで−20℃で保存した。
【0138】
(実施例6)
(A.ガスクロマトグラフィーによる(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの検出)
実施例5Aで生じた(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルを、下記のプログラムを使用する、Agilent(登録商標)HP−5(商標)カラム(長さ:30m、内径:0.32mm、膜厚:0.25μm)を使用するフレームイオン化(FID)検出によるガスクロマトグラフィーを使用して分析した:100℃で1分間、5℃/分で10分間、25℃/分で2分間、次いで200℃で2分間。入口温度および出口温度はともに300℃であり、流速は2ml/分であった。これらの条件下で、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルが6.25分で溶出し、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルが4.5分で溶出する。この化学種の化学的純度を、ガスクロマトグラフィー結果から得られる積分されたピーク面積を使用して測定した。
【0139】
(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルに関するハロヒドリンデハロゲナーゼ(HHDH)のエナンチオ選択性を、下記のプログラムを使用して、ガスクロマトグラフィー、および、Restek gammaDex SA(商標)カラム(長さ:30m、内径:0.32μm)を使用するFID検出によって測定した:165℃で25分間、および、2ml/分での流速。入口温度および出口温度はともに230℃であった。これらの条件下で、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルが19.6分で溶出し、(S)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルが19.2分で溶出する。
【0140】
(B.ガスクロマトグラフィーによる残留(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの検出)
実施例4Bの予備スクリーニング法においてシアノヒドリン生成物の存在下で活性を示した本発明のハロヒドリンデハロゲナーゼを、実施例5Bに記載されるアッセイでさらに特徴付けした。実施例5Bから得られる反応混合物における残留(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルを、Agilent(登録商標)19091J−413HP−5(商標) 5%フェニルメチルシロキサンカラム(30.0m(長さ)x320μm(内径)x0.25μm(公称))および2.6ml/分の流速によるガスクロマトグラフィーを使用して分析した。下記のプログラムを使用した:100℃で1分間、50℃/分で2分間、2分間の保持、10分のサイクル時間。検出器の条件は下記の通りであった:300℃、40ml/分のH、450ml/分の空気。これらの条件下で、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルが3.12分で溶出し、(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルが3.06分で溶出し、チモールが3.21分で溶出する。活性を、抽出効率に対して正規化された残留(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの量(すなわち、ECHB面積/チモール面積)によって特徴付けることができる。チモールは、水から酢酸エチルへの反応混合物の抽出効率のための内部標準として使用される。
【0141】
(実施例7)
((S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルからの(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの製造)
機械的撹拌装置を備え、pH電極による自動滴定装置と、塩基を添加するための供給チューブとにつながれた三つ口のジャケット付き3Lフラスコに、HO(1200mL)、NaCN(37.25g)およびNaHPO(125g)を仕込み、溶液をpH7にした。水循環装置を40℃に設定した。10分後、ハロヒドリンデハロゲナーゼ(配列番号32)を細胞溶媒物(250mL)として加えた。反応混合物を5分間撹拌した。滴下ロートを使用して、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(45g)を1時間かけてゆっくり加えた。pHが、17時間にわたる10MのNaOH(27mL)の添加により自動滴定装置によって7で維持された。その後で、反応サンプルのガスクロマトグラフィーは生成物への完全な変換を示した。セライト(16g)をフラスコに加えて、フラスコをダイアフラムポンプにつなぎ、その排気を、HCNを除くために5MのNaOH(200mL)に吹き込む。混合物を100mmHgの圧力のもとで60℃に加熱した。1時間後、液面下の空気吹き込み管を溶液に入れて、HCNの除去を助けた。3時間後、HCN検出器は、排ガス中のHCNが5ppm未満であることを示した。混合物を室温に冷却し、その後、セライトの詰め物に通してろ過した。ろ液を酢酸エチル(800mLで3回)で抽出し、有機層を一緒にして、活性炭の詰め物に通してろ過した。溶媒をロータリーエバポレーションによって真空下で除き、28.5gの(R)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルを得た。純度はHPLCによって98%(w/w)であり、エナンチオマー過剰は>99%であった(キラルGCによって、Sエナンチオマーは検出できなかった)。本明細書中で使用される用語「エナンチオマー過剰」または用語「e.e.」は、主成分エナンチオマー(F(+))および副成分エナンチオマー(F(−))のモル割合または重量割合の絶対差(すなわち、|F(+)−F(−)|)を示す(ただし、F(+)+F(−)=1)。パーセントe.e.は100X|F(+)−F(−)|である。エナンチオマー組成物は、上記の実施例6に記載されるガスクロマトグラフィー法を使用することによって、また、この分野で知られている方法を使用することによって容易に特徴付けすることができる。
【0142】
(実施例8〜12)
((S)−4−シアノ−3−ヒドロキシ酪酸エチルへの(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルの変換)
実施例8〜12のそれぞれについて、pH電極による自動滴定装置と、塩基を添加するための供給チューブとにつながれた170mLの容器に、NaCN(1.5g、31mmol)および水(50mL)を仕込んだ。容器を密封し、pHを濃HSO(0.9mL)の添加によって7に調節した。反応混合物を40℃に加熱し、ハロヒドリンデハロゲナーゼの溶液(10mLの水における0.4g)により処理した。これらの実施例のために使用されたハロヒドリンデハロゲナーゼは、下記の配列番号:
実施例8 配列番号32
実施例9 配列番号90
実施例10 配列番号94
実施例11 配列番号96
実施例12 配列番号98
について示されるポリペプチド配列を有した。その後、(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチル(5.00g、30.1mmol)をシリンジによって加えた。自動滴定装置により、pHを4MのNaCNの添加によって7で維持した。反応の進行を、時間に対する添加NaCN溶液の累積体積を記録することによってモニターした。
【0143】
図2は、これらの実施例のそれぞれについて時間に対する(S)−4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エチルのパーセント変換率(これは添加NaCNの累積当量から計算された)を示す。実施例8では、配列番号31に対応する新規な核酸から発現させた、配列番号32のアミノ酸配列(これはアグロバクテリウム・ラジオバクターAD1(hheC)由来の天然型ハロヒドリンデハロゲナーゼである)を有するハロヒドリンデハロゲナーゼが使用された。実施例9〜実施例12についてのパーセント変換率対時間を実施例8のパーセント変換率対時間と比較することにより、本発明の新規なハロヒドリンデハロゲナーゼはアグロバクテリウム・ラジオバクターAD1(hheC)由来の天然型ハロヒドリンデハロゲナーゼよりも大きな活性を有することが示される。
【0144】
本明細書に引用されているすべての刊行物、特許、特許出願および他の文書は、それぞれの個々の刊行物、特許、特許出願または他の文書が、すべての目的のために参照として組み込まれることが個々に示されている場合と同様に、すべての目的のためにその全体が参照として組み込まれる。
【0145】
本発明の好ましい実施形態が例示および記載されているが、様々な変化が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明において行われ得ることが容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0146】
【図1】図1は、p15Aの複製起点(P15Aori)、lacIリプレッサー、T5プロモーター、T7リボソーム結合部位(T7g10)およびクロラムフェニコール耐性遺伝子(camR)を含む本発明の3944bpの発現ベクター(PCK110700)である。
【図2】図2は、実施例8〜実施例12に記載される様々なハロヒドリンデハロゲナーゼ酵素の存在下でのシアン化水素酸水溶液を用いた(S)−4−クロロ−(3)−ヒドロキシ酪酸エチルの反応についてのパーセント変換率対時間を示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
HHDH活性を有する単離されたポリペプチドであって、該ポリペプチドは、
(a)配列番号4、配列番号12、配列番号16、配列番号18、配列番号34、配列番号38、配列番号44、配列番号48、配列番号52、配列番号66、配列番号80、配列番号84、配列番号114、配列番号154、配列番号158、配列番号170または配列番号270に対して少なくとも99%同一である、アミノ酸配列;
(b)配列番号10、配列番号14または配列番号68、配列番号118、配列番号164、配列番号166または配列番号180に対して少なくとも98%同一であるアミノ酸配列を有する、ポリペプチド;
(c)配列番号110、配列番号162、配列番号262、配列番号422、配列番号440または配列番号520に対して少なくとも97%同一である、アミノ酸配列;
(d)配列番号116または配列番号448に対して少なくとも96%同一である、アミノ酸配列;
(e)配列番号264、配列番号266、配列番号470または配列番号476に対して少なくとも95%同一である、アミノ酸配列;
(f)配列番号200に対して少なくとも93%同一である、アミノ酸配列;
(g)配列番号442に対して少なくとも89%同一である、アミノ酸配列;
(h)配列番号702に対して少なくとも88%同一である、アミノ酸配列;
(i)配列番号2と最適に整列された場合に配列番号2に対して少なくとも80%同一であるアミノ酸配列であって、該アミノ酸配列は、2位の(残基)位置におけるT、3位におけるAまたはPまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるCまたはSまたはKのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、58位におけるK、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるR、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、SまたはGのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、249位におけるY、252位におけるVまたはI、および、254位におけるVからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を含む、アミノ酸配列;あるいは
(j)配列番号1に対応する核酸の実質的に全長にわたってストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされるアミノ酸配列であって、コードされるポリペプチドが、配列番号2と最適にアラインメントされた場合に、2位の(残基)位置におけるT、3位におけるAまたはPまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるCまたはSまたはKのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、58位におけるK、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるR、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、SまたはGのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、249位におけるY、252位におけるVまたはI、および、254位におけるVからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を有するアミノ酸配列を含む、アミノ酸配列;
からなるアミノ酸配列を含む、ポリペプチド。
【請求項2】
請求項1に記載の単離されたポリペプチドであって、該ポリペプチドは、配列番号2に対応するアミノ酸配列を有するが、S2T、T3AまたはT3Pのいずれか、A4V、V6D、V9IまたはV9Fのいずれか、K10L、G13S、G14S、M15K、G16C、S17TまたはS17Rのいずれか、R20S、R20CまたはR20Kのいずれか、A24T、H26Q、V28F、A29T、C30A、H31L、E33G、S34R、F35L、K36N、Q37H、E40D、F44L、A45P、T47PまたはT47Aのいずれか、K52N、M54V、S55R、E56D、E58K、E61GまたはE61Dのいずれか、I63V、Q72R、V75I、L76P、S78C、F82Y、P84SまたはP84Lのいずれか、E85Q、K91E、A93D、E95QまたはE95G、D96N、R107K、V112A、A114TまたはA114GまたはA114Sのいずれか、V115A、S117P、K120N、K121E、R122P、H126R、I130V、A133S、T134AまたはT134V、F136LまたはF136WまたはF136V、W139H、L142IまたはL142R、T144S、T146S、A152T、C153S、T154SまたはT154Aのいずれか、I168V、P169T、Y177F、L178V、S180I、E181GまたはE181I、P184K、F186Y、T194I、H198N、V199M、K215E、V236G、F237V、W238L、A240T、M245IまたはM245AまたはM245Vのいずれか、W249Y、M252VまたはM252I、およびE254Vからなる群より選択される1つ以上の置換を有する、単離されたポリペプチド。
【請求項3】
配列番号2のアミノ酸配列を有する野生型HHDHと比較して少なくとも1.4倍〜10,000倍大きいHHDH活性を有する、請求項1に記載の単離されたポリペプチド。
【請求項4】
配列番号2のアミノ酸配列を有する野生型HHDHと比較して少なくとも1.4倍〜10,000倍大きいHHDH活性を有する単離されたポリペプチドまたは組換えポリペプチドであって、
該ポリペプチドは、配列番号3、配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号15、配列番号17、配列番号33、配列番号37、配列番号43、配列番号47、配列番号49、配列番号51、配列番号65、配列番号67、配列番号79、配列番号83、配列番号109、配列番号113、配列番号115、配列番号117、配列番号153、配列番号157、配列番号161、配列番号163、配列番号165、配列番号169、配列番号179、配列番号161、配列番号199、配列番号261、配列番号263、配列番号265、配列番号269、配列番号421、配列番号439、配列番号441、配列番号447、配列番号469、配列番号475、配列番号519、配列番号701、配列番号725、配列番号729、配列番号731、配列番号733、配列番号735、配列番号737、およびその相補的配列からなる群より選択される配列を有する核酸の実質的に全長にわたってストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされる、単離されたポリペプチドまたは組換えポリペプチド。
【請求項5】
請求項1、請求項2または請求項4に記載されるポリペプチドをコードする、単離されたポリヌクレオチドまたは組換えポリヌクレオチド。
【請求項6】
請求項5に記載の単離されたポリヌクレオチドまたは組換えポリヌクレオチドであって、該ポリヌクレオチドは、コードされるHHDHポリペプチドにおけるアミノ酸位置5においてイソロイシンをコードするATT、コードされるHHDHポリペプチドにおけるアミノ酸位置36においてリジンをコードするAAG、コードされるHHDHポリペプチドにおけるアミノ酸位置63においてイソロイシンをコードするATT、コードされるHHDHポリペプチドにおけるアミノ酸位置95においてグルタミン酸をコードするGAG、および、コードされるHHDHポリペプチドにおけるアミノ酸位置188においてプロリンをコードするCCCからなる群より選択される1つ以上のコドンを含み、
前記アミノ酸位置は、配列番号2に関して、コードされるポリペプチドにおける対応する位置である、単離されたポリヌクレオチドまたは組換えポリヌクレオチド。
【請求項7】
プロモーターに作動可能に連結された請求項5に記載されるポリヌクレオチドを含む、発現ベクター。
【請求項8】
請求項5に記載されるポリヌクレオチドにより形質転換された、宿主細胞。
【請求項9】
HHDHポリペプチドを作製する方法であって、該方法は、
(a)請求項8に記載の宿主細胞を、HHDHポリペプチドを産生させるために好適な条件下で培養する工程、および
(b)HHDHポリペプチドを回収する工程、
を包含する、方法。
【請求項10】
請求項1に記載の単離されたポリペプチドであって、該ポリペプチドは、ECAAによる阻害に対する抵抗性をさらに有し、該ポリペプチドは、配列番号2と整列された場合に、A4V、F82Y、T134V、F136W、F136V、L142R、L178V、W238L、A240T、W249YおよびM252Iからなる群より選択される残基変化のうちの1つ以上を有する、単離されたポリペプチド。
【請求項11】
配列番号4、配列番号12、配列番号16、配列番号18、配列番号34、配列番号38、配列番号44、配列番号48、配列番号52、配列番号66、配列番号80、配列番号84、配列番号114、配列番号154、配列番号158、配列番号170または配列番号270に対して少なくとも99%同一であ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12】
配列番号10、配列番号14、または配列番号68、配列番号118、配列番号164、配列番号166、または配列番号180に対して少なくとも98%同一であ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13】
請求項1に記載のポリペプチドであって、該ポリペプチドは、配列番号2と最適に整列された場合に、配列番号2に対して少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を含み、該アミノ酸配列は、2位の(残基)位置におけるT、3位におけるAまたはPまたはS、4位におけるV、6位におけるD、9位におけるIまたはFのいずれか、10位におけるL、13位におけるS、14位におけるS、15位におけるK、16位におけるC、17位におけるTまたはR、20位におけるCまたはSまたはKのいずれか、24位におけるT、26位におけるQ、28位におけるF、29位におけるT、30位におけるA、31位におけるL、33位におけるG、34位におけるR、35位におけるL、36位におけるN、37位におけるH、40位におけるD、44位におけるL、45位におけるP、47位におけるPまたはAのいずれか、52位におけるN、54位におけるV、55位におけるR、56位におけるD、58位におけるK、61位におけるGまたはD、63位におけるV、72位におけるR、75位におけるI、76位におけるP、78位におけるC、82位におけるY、84位におけるSまたはLのいずれか、85位におけるA、91位におけるE、93位におけるD、95位におけるQまたはG、96位におけるN、107位におけるK、112位におけるA、114位におけるT、SまたはGのいずれか、115位におけるA、117位におけるP、120位におけるN、121位におけるE、122位におけるP、126位におけるR、130位におけるV、133位におけるS、134位におけるAまたはV、136位におけるL、WまたはV、139位におけるH、142位におけるIまたはR、144位におけるS、146位におけるS、152位におけるT、153位におけるS、154位におけるSまたはAのいずれか、168位におけるV、169位におけるT、177位におけるF、178位におけるV、180位におけるI、181位におけるGまたはI、184位におけるK、186位におけるY、194位におけるL、198位におけるN、199位におけるM、215位におけるE、236位におけるG、237位におけるV、238位におけるL、240位におけるT、245位におけるIまたはAまたはVのいずれか、249位におけるY、252位におけるVまたはI、および、254位におけるVからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を含む、ポリペプチド。

【図1】
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【図2】
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【公表番号】特表2007−502123(P2007−502123A)
【公表日】平成19年2月8日(2007.2.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−523447(P2006−523447)
【出願日】平成16年8月11日(2004.8.11)
【国際出願番号】PCT/US2004/026654
【国際公開番号】WO2005/017141
【国際公開日】平成17年2月24日(2005.2.24)
【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)】