JP2002500015A - Modified deacetoxycephalosporin C synthase (DAOCS) and X-ray structure - Google Patents
Modified deacetoxycephalosporin C synthase (DAOCS) and X-ray structureInfo
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Abstract
(57)【要約】 デアセトキシセファロスポリンCシンターゼ(DAOCS)の1以上の三次元結晶構造を記載する。X線座標により、DAOCS構造におけるアミノ酸の正確な三次元情報が提供される。これらのうちの一部は鉄および/または基質と複合体を形成している。かかる構造からの情報を用いて、DAOCS、デアセチルセファロスポリンCシンターゼDAOC/DACSを含めたセファロスポリン生合成経路の酵素を、それらが非天然の基質(例:ペニシリンG、V)を受け入れてβ-ラクタム抗生物質の生産を向上させるように改変する。かかる構造を用いて他の2-オキソグルタル酸依存性酵素の構造を予測し、それにより阻害剤および新触媒(例えば、酸化されたアミノ酸/ペプチド生産用の触媒)の設計が可能となる。アミノ酸残基の具体的な改変を提案して例示する。 (57) [Summary] One or more three-dimensional crystal structures of deacetoxycephalosporin C synthase (DAOCS) are described. X-ray coordinates provide accurate three-dimensional information of amino acids in the DAOCS structure. Some of these are complexed with iron and / or the substrate. Using information from such structures, enzymes of the cephalosporin biosynthetic pathway, including DAOCS, the deacetylcephalosporin C synthase DAOC / DACS, which accept non-natural substrates (eg, penicillin G, V) To increase the production of β-lactam antibiotics. Such structures can be used to predict the structure of other 2-oxoglutarate-dependent enzymes, thereby allowing the design of inhibitors and new catalysts (eg, catalysts for the production of oxidized amino acids / peptides). Specific modifications of amino acid residues are proposed and exemplified.
Description
【0001】 ペニシリンおよびセファロスポリン抗生物質は発酵によって直接製造されるか
、β-ラクタム環をもつ発酵誘導物質の改変によって製造される。ペニシリンお よびセファロスポリンに至る生合成経路は十分に研究され、論述されてきている
(J.E. Baldwin and C.J. Schofield, The Chemistry of β-lactams (M.I. Page
編), Chapter 1, Blackie, London 1992; Ingolia and Queener, Med. Res. Rev
., 1989, 9, 245-264; Aharonowitz, Cohen and Martin, Ann. Rev. Micobiol.,
1992, 46, 461-495; Schofield, Bycroft, Baldwin, Hadju, Roach, Current O
pinion in Structural Biology, 1997, 7, 857-864)。かかる生合成経路は次の 工程を含んでいる(図1)。[0001] Penicillin and cephalosporin antibiotics are produced directly by fermentation or by modification of a fermentation inducer with a β-lactam ring. Biosynthetic pathways leading to penicillins and cephalosporins have been well studied and discussed
(JE Baldwin and CJ Schofield, The Chemistry of β-lactams (MI Page
Ed.), Chapter 1, Blackie, London 1992; Ingolia and Queener, Med. Res. Rev
., 1989, 9, 245-264; Aharonowitz, Cohen and Martin, Ann. Rev. Micobiol.,
1992, 46, 461-495; Schofield, Bycroft, Baldwin, Hadju, Roach, Current O
pinion in Structural Biology, 1997, 7, 857-864). Such a biosynthetic pathway includes the following steps (FIG. 1).
【0002】 1. イソペニシリンNシンターゼ(IPNS)により触媒される工程でのトリペプチ
ド、すなわちL-δ-α-アミノアジポイル-L-システイニル-D-バリン(ACV)のイソ ペニシリンNへの変換。この工程はペニシリンとセファロスポリンの双方の生合
成に共通している。[0002] 1. Conversion of the tripeptide, L-δ-α-aminoadipoyl-L-cysteinyl-D-valine (ACV), to isopenicillin N in a step catalyzed by isopenicillin N synthase (IPNS). This step is common to the biosynthesis of both penicillin and cephalosporin.
【0003】 2. ある種の生物(例えば、Penicillium chrysogenumおよびAspergillus nid
ulans)において、イソペニシリンNがそのL-δ-α-アミノアジポイル側鎖の交 換により他の側鎖(通常はイソペニシリンNの側鎖よりも疎水性である)をもつ
ペニシリンに変換される。この変換はアミドヒドロラーゼ/アシルトランスフェ
ラーゼ酵素により触媒される。この生合成経路で製造されるペニシリンの例とし
ては、ペニシリンG(フェニルアセチル側鎖をもつ)とペニシリンV(フェノキ
シアセチル側鎖をもつ)がある。これらの疎水性ペニシリンは適切な条件のもと
での発酵により商業生産することができる。[0003] 2. Certain organisms (eg, Penicillium chrysogenum and Aspergillus nid
ulans), isopenicillin N is converted to penicillin with another side chain (usually more hydrophobic than the side chain of isopenicillin N) by replacement of its L-δ-α-aminoadipoyl side chain. This conversion is catalyzed by the amidohydrolase / acyltransferase enzyme. Examples of penicillins produced by this biosynthetic pathway include penicillin G (having a phenylacetyl side chain) and penicillin V (having a phenoxyacetyl side chain). These hydrophobic penicillins can be produced commercially by fermentation under appropriate conditions.
【0004】 3. 他の生物(例えば、Streptomyces clavuligerusおよびCephalosporium ac
remonium)では、イソペニシリンNがペニシリンNにエピマー化される。この反
応はエピメラーゼ酵素によって触媒される。[0004] 3. Other organisms such as Streptomyces clavuligerus and Cephalosporium ac
remonium), isopenicillin N is epimerized to penicillin N. This reaction is catalyzed by the epimerase enzyme.
【0005】 4. ある種の生物(例えば、S. clavuligerusおよびC. acremonium)では、ペ
ニシリンNがDAOCに変換される。この反応は一部の生物(例えば、Streptomyces
clavuligerus)ではデアセトキシセファロスポリンCシンターゼ(DAOCS)により
触媒されるが、他の生物(例えば、C. acremonium)ではデアセトキシ/デアセ チルセファロスポリンCシンターゼ(DAOC/DACS)により触媒される。[0005] 4. In certain organisms (eg, S. clavuligerus and C. acremonium), penicillin N is converted to DAOC. This reaction is performed by some organisms (eg, Streptomyces
clavuligerus) is catalyzed by deacetoxycephalosporin C synthase (DAOCS), while in other organisms (eg, C. acremonium) it is catalyzed by deacetoxy / deacetylcephalosporin C synthase (DAOC / DACS).
【0006】 5. ある種の生物(例えば、S. clavuligerusおよびC. acremonium)において
、DAOCがデアセチルセファロスポリンC(DAC)に変換される。この反応は一部の 生物(例えば、S. clavuligerus)ではデアセチルセファロスポリンCシンター ゼ(DACS) により触媒されるが、他の生物(例えば、C. acremonium)ではデアセ
トキシ/デアセチルセファロスポリンCシンターゼ(DAOC/DACS)により触媒され る。[0006] 5. In certain organisms (eg, S. clavuligerus and C. acremonium), DAOC is converted to deacetylcephalosporin C (DAC). This reaction is catalyzed by deacetylcephalosporin C synthase (DACS) in some organisms (eg, S. clavuligerus), but deacetoxy / deacetylcephalosporin in other organisms (eg, C. acremonium). It is catalyzed by C synthase (DAOC / DACS).
【0007】 他のセファロスポリン誘導体を与える更なる生合成工程も行われており、例え
ば、C. acremoniumではDACがセファロスポリンCに変換され、Streptomyces spp
.ではDACがセファマイシンCに変換され得る。上記の工程1〜6を触媒する酵素
のそれぞれをコードする遺伝子はすでに同定されて、配列決定がなされている。[0007] Further biosynthesis steps have been undertaken to give other cephalosporin derivatives, for example, in C. acremonium the DAC is converted to cephalosporin C and Streptomyces spp.
In. May be converted to cephamycin C. The genes encoding each of the enzymes that catalyze steps 1-6 above have been identified and sequenced.
【0008】 発酵により得られたペニシリン、セファロスポリンおよびそれらの生合成中間
体は抗生物質として、または抗生物質製造における中間体として有用である。疎
水性側鎖をもつペニシリンは、セファロスポリンやセファロスポリン製造用の中
間体を製造するために使用することができ、例えば、ペニシリン(ペニシリンG
およびペニシリンVを含む)を用いてC-3エキソメチレンセファムを製造するこ とができる。このようなセファム類は市販の抗生物質(例えば、Cefachlor)の 製造において中間体として使用される。[0008] The penicillins, cephalosporins and their biosynthetic intermediates obtained by fermentation are useful as antibiotics or as intermediates in antibiotic production. Penicillin having a hydrophobic side chain can be used for producing cephalosporins and intermediates for producing cephalosporins. For example, penicillins (penicillin G)
And penicillin V) can be used to produce C-3 exomethylene cepham. Such cephams are used as intermediates in the production of commercially available antibiotics (eg, Cefachlor).
【0009】 酵素IPNS、DAOCS、DACSおよびDAOC/DACSはFe(II)を利用するオキシダーゼおよ
びオキシゲナーゼ酵素の広範なファミリーのメンバーである。このファミリーの
大部分(DAOCS、DACSおよびDAOC/DACSを含む)は、二原子酸素および「プライム
(prime)」基質(例えば、DAOCSの場合にはペニシリンN)に加えて、共基質とし
て2-オキソ酸(通常は、2-オキソグルタル酸)を利用する。IPNSは2-オキソグル
タル酸を利用しないので、2-オキソグルタル酸依存性オキシゲナーゼとは実質的
に異なる作用機構を有し、これはかなり異なる活性部位を生じさせる。The enzymes IPNS, DAOCS, DACS and DAOC / DACS are members of a broad family of oxidase and oxygenase enzymes that utilize Fe (II). The majority of this family (including DAOCS, DACS and DAOC / DACS) consists of dioxygen and "prime"
(prime) In addition to a substrate (eg, penicillin N in the case of DAOCS), a 2-oxo acid (usually 2-oxoglutarate) is utilized as a co-substrate. Since IPNS does not utilize 2-oxoglutarate, it has a substantially different mechanism of action than 2-oxoglutarate-dependent oxygenase, which gives rise to a significantly different active site.
【0010】本発明の説明 本発明は、DAOCSの三次元結晶構造の決定ならびにそれから派生する情報およ び開発に基づくものである。X線座標は、DAOCSの構造におけるアミノ酸残基間 の関係に関して、さらにはDAOCSへのFe補因子と基質の結合様式に関して、非常 に詳細な三次元情報を提供する。DAOCSの構造は、DAOCSおよび関連酵素(DACSと
DAOC/DACSを含めた、ペニシリン/セファロスポリン生合成酵素)の改変を可能 にし、それらの基質および産物選択性を変更させることができる。DAOCS構造は2
-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼのファミリーから解明された最初の ものであるので、それらはこの酵素ファミリーの新たな阻害剤の設計をも可能に
するものである。以前に、マンガンと複合体を形成しているIPNS、ならびに鉄お
よびACVと複合体を形成しているIPNSの構造の部分的概略が報告されている(Roac
hら, Nature, 1995, 375, 700-704; Roach ら, Nature, 1997, 387, 827)。マン
ガンと複合体化されたIPNS、ならびに鉄、ACVおよび/または基質類似体と複合 体化されたIPNSの、X線座標により規定された構造が、Baldwin, Hajdu, Roach,
Hensgens, CliftonによるGB 9621486.1(オキシゲナーゼ酵素および方法)に報
告されている。DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is based on the determination of the three-dimensional crystal structure of DAOCS and the information and development derived therefrom. X-ray coordinates provide very detailed three-dimensional information about the relationship between amino acid residues in the structure of DAOCS, as well as the mode of binding of the Fe cofactor and substrate to DAOCS. The structure of DAOCS consists of DAOCS and related enzymes (DACS and
It allows the modification of penicillin / cephalosporin biosynthetic enzymes, including DAOC / DACS, and can alter their substrate and product selectivity. DAOCS structure is 2
Since they are the first to be elucidated from the family of oxoglutarate-dependent dioxygenases, they also allow the design of new inhibitors of this family of enzymes. Previously, a partial outline of the structure of IPNS complexed with manganese and of IPNS complexed with iron and ACV has been reported (Roac
h et al., Nature, 1995, 375, 700-704; Roach et al., Nature, 1997, 387, 827). The structures defined by the X-ray coordinates of IPNS complexed with manganese and of IPNS complexed with iron, ACV and / or substrate analogs are described by Baldwin, Hajdu, Roach,
Reported in GB 9621486.1 (oxygenase enzymes and methods) by Hensgens, Clifton.
【0011】 7-アミノデアセトキシセファロスポリンC(7-ADCA)を製造する方法が開発され
ており、この方法では、セファロスポリン製造のために、DAOCS遺伝子が導入さ れている組換え体P. chrysogenum株を用いている。特に、これらの組換え株にア
ジピン酸を添加する場合には、アジポイル-6-APAが産生され、これはDAOCSによ りアジポイル-7-ADCAに変換され、このアジポイル-7-ADCAからアジポイル側鎖が
除去される(EPA-A-0532341; Shibataら, Bioorg. Med. Chem. Latts, 1996, 6,
1579-1584)。A method for producing 7-aminodeacetoxycephalosporin C (7-ADCA) has been developed. In this method, for producing cephalosporin, a recombinant in which the DAOCS gene has been introduced has been used. P. chrysogenum strain is used. In particular, when adipic acid is added to these recombinant strains, adipoyl-6-APA is produced, which is converted into adipoyl-7-ADCA by DAOCS, and the adipoyl-6-APA is converted from the adipoyl-7-ADCA. Chains are removed (EPA-A-0532341; Shibata et al., Bioorg.Med.Chem.Latts, 1996, 6,
1579-1584).
【0012】 IPNS遺伝子配列(それゆえにアミノ酸配列)は、DAOCS、DACSおよびDAOC/DACS
の配列と関連があるものの、かなり異なっている。これらの酵素の折りたたみ構
造の大方の要素(すなわち、三次元構造内の大部分の要素)は保存されているが
、その活性部位構造は著しく異なっていると思われる。保存されている構造要素
には、βバレル「ゼリーロール(jelly roll)」コアおよび特定のαヘリックス(
Roachら, Nature, 1995, 375, 700-704に定義されるようなαヘリックス-10を含
む)が含まれるようである。類似性の程度は、IPNSの構造からDAOCS、DACSまた はDAOC/DACSの正確な構造を規定するには不十分なものである。これまで、IPNS の構造に基づいたDAOCS、DACSまたはDAOC/DACSのモデルは報告されたことがない
。これらの酵素の基質結合に関するどのような詳細な研究も報告されていない。
1つの公報(WO 97/20053)に、ペニシリンGのフェニルアセチル(G)-7-アミノ セファロスポラン酸への変換を向上させるための、DAOCS中の特定の残基の改変 により得られる生成物の使用がクレームされている。The IPNS gene sequence (hence the amino acid sequence) is DAOCS, DACS and DAOC / DACS
Related to, but quite different. Although most of the folds of these enzymes (ie, most of the elements within the three-dimensional structure) are conserved, their active site structures appear to be significantly different. Conserved structural elements include a β-barrel “jelly roll” core and a specific α-helix (
Including alpha helix-10 as defined in Roach et al., Nature, 1995, 375, 700-704). The degree of similarity is insufficient to define the exact structure of DAOCS, DACS or DAOC / DACS from the structure of IPNS. To date, no model of DAOCS, DACS or DAOC / DACS based on the structure of IPNS has been reported. No detailed studies on the substrate binding of these enzymes have been reported.
In one publication (WO 97/20053) there is a description of the products obtained by modifying certain residues in DAOCS to improve the conversion of penicillin G to phenylacetyl (G) -7-aminocephalosporanic acid. Use is claimed.
【0013】 DAOCSの三次元構造は、以下に記載するX線座標(構造A)によって規定され る。The three-dimensional structure of DAOCS is defined by X-ray coordinates (structure A) described below.
【0014】 さらに、S. clavuligerus由来の原核生物DAOCSとFe(II)および2-オキソグルタ
ル酸との複合体の高解像度結晶構造(構造B)も以下に記載される。Further, the high-resolution crystal structure (structure B) of the complex of the prokaryote DAOCS from S. clavuligerus with Fe (II) and 2-oxoglutarate is also described below.
【0015】 本発明は、一部には、DAOCS、DACSまたはDAOC/DACSに改変を施すためのDAOCS の構造の使用であって、改変された酵素が野性型酵素よりも効率的に非天然ペニ
シリン(例えば、ペニシリンGおよびペニシリンV)のセファロスポリンへの変
換を触媒するように改変するための前記使用に関する。本発明の更なる態様は、
微生物に非天然産物を産生させることを目的としたDAOCS構造の使用に関する。 この種の産物としては、α-アミノアジポイルまたは疎水性側鎖(例:フェニル アセチルまたはフェノキシアセチル)をもつまたはもたないエキソメチレンセフ
ァロスポリンが含まれる。かくして、本発明の一態様は、 (i) 新規なまたは商業上価値のある抗菌物質を製造するために、非天然ペニシ
リン基質を酵素が受け入れる(またはより効率よく受け入れる)ようにすること
、 (ii) 抗菌物質として、または抗菌物質もしくは商業上価値のある化合物の製造
における中間体として使用するために、改変型酵素が非天然産物(例えば、エキ
ソメチレンセファム)を生成できるように、またはマイナーな産物(例えば、3-
β-ヒドロキシセファム)の生成を最適化できるようにすること、 を目的として、DAOCS(または密接に関連した酵素DACSまたはDAOC/DACS)を改変
するためのDAOCSの構造の使用に関する。[0015] The present invention is directed, in part, to the use of the structure of DAOCS, DACS or DAOCS to modify DAOC / DACS, wherein the modified enzyme is a non-natural penicillin more efficiently than the wild-type enzyme. (E.g., penicillin G and penicillin V), for the use to modify to catalyze the conversion to cephalosporins. Further aspects of the invention include:
It relates to the use of DAOCS structures for the purpose of causing microorganisms to produce non-natural products. Such products include exomethylene cephalosporins with or without α-aminoadipoyl or hydrophobic side chains (eg, phenylacetyl or phenoxyacetyl). Thus, one aspect of the present invention is: (i) making the enzyme accept (or more efficiently accept) a non-natural penicillin substrate to produce a new or commercially valuable antimicrobial; ) For use as antimicrobial agents or as intermediates in the manufacture of antimicrobial agents or commercially valuable compounds so that the modified enzyme can produce non-natural products (eg, exomethylene cepham) or Product (for example, 3-
the use of the structure of DAOCS to modify DAOCS (or the closely related enzyme DACS or DAOC / DACS) for the purpose of optimizing the production of (β-hydroxycepham).
【0016】 別の態様において、本発明は上記技術の適用により得られる改変型酵素を提供
する。これらはDAOCSに対して(本明細書中で定義するような)顕著な配列類似 性それゆえに構造類似性を有する酵素である。すなわち、改変型酵素の構造はDA
OCS構造に基づいて予測可能である。好ましくは、改変型酵素の大部分とDAOCSの
主要部との間には配列類似性/同一性が存在するだろう。配列の対としての比較
(pairwise comparison)と、その後の単一連鎖クラスター分析を用いた以前の配 列比較(Roachら, Nature, 1995, 375, 700)から、IPNS、DAOCS、DACSおよびDAOC
/DACSは5.0未満の標準偏差値で集団をなしていることが示された(Barton and St
ernberg, J. Mol. Biol. 1987, 198, 327)。5.0を超える、好ましくは6.0を超え
る標準偏差値は、配列アライメントがタンパク質の二次構造要素の全部または大
半において正しいことを示している(Barton, Methods in Enzymol., 1990, 183,
403)。かくして、それらは顕著に類似した配列それゆえに類似した構造を有す る。顕著な配列類似性、例えば、同様の物理化学的性質を備えた側鎖をもつアミ
ノ酸の同一性%または類似性%を確かめるために、他の基準を採用しうることに
留意されたい(Barton and Sternberg, J. Mol. Biol. 1987, 198, 327)。こうし
て、配列比較に基づいて、ある酵素(例えば、DACSまたはDAOC/DACS)の構造を 別の密接に関連した酵素(例えば、DAOCS)から予測することが可能である。さ らに、2種類の酵素は二次構造要素の大部分または全部が保存されている構造を
有するのに、それら2種類の酵素の構造上の差異が二次構造要素を形成している
アミノ酸の側鎖から生じ得ることも認められている。比較された酵素の基質/産
物選択性を変更するこれらの差異の影響は、一方の酵素の三次元構造が知られて
いれば、予測可能である。In another aspect, the present invention provides a modified enzyme obtained by applying the above technique. These are enzymes that have significant sequence similarity (as defined herein) to DAOCS and therefore structural similarity. That is, the structure of the modified enzyme is DA
Predictable based on OCS structure. Preferably, there will be sequence similarity / identity between a majority of the modified enzymes and a major portion of the DAOCS. Compare arrays as pairs
(pairwise comparison) and subsequent sequence comparisons using single-chain cluster analysis (Roach et al., Nature, 1995, 375, 700) show that IPNS, DAOCS, DACS and DAOC
/ DACS were shown to be grouped with a standard deviation of less than 5.0 (Barton and St.
ernberg, J. Mol. Biol. 1987, 198, 327). Standard deviation values greater than 5.0, preferably greater than 6.0, indicate that the sequence alignment is correct for all or most of the secondary structural elements of the protein (Barton, Methods in Enzymol., 1990, 183,
403). Thus, they have a significantly similar sequence and therefore a similar structure. Note that other criteria may be employed to ascertain significant sequence similarity, for example,% identity or similarity of amino acids having side chains with similar physicochemical properties (Barton and Sternberg, J. Mol. Biol. 1987, 198, 327). Thus, based on sequence comparison, the structure of one enzyme (eg, DACS or DAOC / DACS) can be predicted from another closely related enzyme (eg, DAOCS). Furthermore, although the two enzymes have a structure in which most or all of the secondary structural elements are conserved, the structural difference between the two enzymes is due to the amino acids that form the secondary structural elements. It has also been recognized that it can arise from the side chains of The effect of these differences on altering the substrate / product selectivity of the compared enzymes is predictable if the three-dimensional structure of one enzyme is known.
【0017】 別の態様において、本発明は、DAOCSに対して(本明細書中で定義するような )顕著な配列類似性を有する酵素であって、ペニシリンNまたはDAOCの側鎖結合
部位が改変されており、かつ次の部位:Thr72, Arg74, Arg75, Glu156, Leu158,
Arg160, Arg162, Leu186, Ser187, Phe225, Phe264, Arg266, Asp301, Tyr302,
Val303, Asn304の少なくとも1つの部位で少なくとも1個のアミノ酸残基が別 のアミノ酸残基に変更されているかまたは欠失されており、かつ/または少なく
とも1個の追加のアミノ酸残基が領域300-311内に挿入されており、また、上記 アミノ酸残基と相互作用している他の残基が上記のものの1つの変更を受け入れ
るように変更されていてもよい、上記酵素を提供する。In another embodiment, the present invention relates to an enzyme having significant sequence similarity (as defined herein) to DAOCS, wherein the side chain binding site of penicillin N or DAOC is modified. And the following sites: Thr72, Arg74, Arg75, Glu156, Leu158,
Arg160, Arg162, Leu186, Ser187, Phe225, Phe264, Arg266, Asp301, Tyr302,
At least one amino acid residue has been changed or deleted in at least one position of Val303, Asn304, and / or at least one additional amino acid residue has been added to the region 300-. Provided is an enzyme as described above, wherein the enzyme is inserted within 311 and other residues interacting with the amino acid residue may be modified to accept a change of one of the above.
【0018】 この種の改変はペニシリンVまたはペニシリンGの対応するセファロスポリン
への展開(expansion)を可能にするだろう。これを行うためには、野性型DAOCSと
比べたときの変異体のkcat/Kmを増加させることが望ましい。反応速度論的結果 から、ペニシリンNとペニシリンGに対する見かけのkcat値は類似しているが、
KmはペニシリンGに対してかなり高いことが示される。したがって、これらの分
析に基づくと、ペニシリンGに対するDAOCSの結合定数を低下させることにより 、ペニシリンGに対するkcat/Kmを増加させることができるはずである。This kind of modification will allow the expansion of penicillin V or G to the corresponding cephalosporin. To do this, it is desirable to increase the kcat / Km of the mutant as compared to wild-type DAOCS. From the kinetic results, the apparent kcat values for penicillin N and penicillin G are similar,
Km is shown to be significantly higher for penicillin G. Therefore, based on these analyses, it should be possible to increase kcat / Km for penicillin G by reducing the DAOCS binding constant for penicillin G.
【0019】 DAOCSの側鎖結合ポケットはペプチド鎖のいろいろな部分からの残基で作られ ているので、より良好なペニシリンG/Vエキスパンダー(expander)を作るため
には、2個以上の残基を改変する必要があると思われる。それにもかかわらず、
いくつかの残基は他のものより重要である。結晶構造中の1個のDAOCS分子の最 後の数個のC末端残基(Thr-308からAla-311)と別の1個の分子の活性部位との間
の相互作用を検討した結果、添付図面の図2に示されるペニシリン核の結合様式
が提案される。ペナムC-3のカルボキシレート基は、おそらく活性部位において 対称関連分子由来のAla-311の位置に類似している位置を占めて、Arg-162および
Arg-160との静電的相互作用を形成していると考えられる。また、Arg-160の側鎖
はβ-ラクタムカルボニルとの水素結合相互作用を形成することも可能である。Since the side chain binding pocket of DAOCS is made up of residues from various parts of the peptide chain, to make a better penicillin G / V expander, two or more residues Need to be modified. Nevertheless,
Some residues are more important than others. As a result of examining the interaction between the last few C-terminal residues (Thr-308 to Ala-311) of one DAOCS molecule in the crystal structure and the active site of another molecule, The binding mode of the penicillin nucleus shown in FIG. 2 of the accompanying drawings is proposed. The carboxylate group of penam C-3 occupies a position similar to that of Ala-311 from the symmetry-related molecule, probably in the active site, with Arg-162 and
It is thought that it forms an electrostatic interaction with Arg-160. In addition, the side chain of Arg-160 can form a hydrogen bond interaction with β-lactam carbonyl.
【0020】 タンパク質の特異性は一般に2個以上のアミノ酸によりコントロールされると
いうことを心に止めておく必要がある。メジャーな方法でタンパク質の特異性を
変更するには、たとえ突然変異のそれぞれが寄与するとしても、以下で提案され
る突然変異による変化が2以上必要であると思われる。このことを考慮して、ペ
ニシリンの展開のために改変することが好ましい残基は次のとおりである。It must be kept in mind that the specificity of a protein is generally controlled by more than one amino acid. Changing the specificity of a protein in a major way would require two or more mutational changes as suggested below, even if each of the mutations contributes. In view of this, the following residues are preferably modified for penicillin development.
【0021】 a) Arg-266:この残基は天然基質のα-アミノアジペート側鎖と結合し、より疎
水性の残基(例えば、Phe, Ala, Val, Leu, Ile)に変更すべきである。A) Arg-266: This residue binds to the α-aminoadipate side chain of the natural substrate and should be changed to a more hydrophobic residue (eg, Phe, Ala, Val, Leu, Ile). is there.
【0022】 b) Thr-72:この残基はペニシリンGの疎水性側鎖との結合を助けるために疎水
性残基(例えば、Val, Leu, Ile, Phe, Ala)に変更すべきである。これは他の 突然変異との組合せにおいて有効であろう。B) Thr-72: This residue should be changed to a hydrophobic residue (eg, Val, Leu, Ile, Phe, Ala) to aid in binding to the hydrophobic side chain of penicillin G . This would be effective in combination with other mutations.
【0023】 c) Arg-74:この残基は中性または疎水性の残基(Phe, Tyr, Val, Leu, Ile, Al
a)に有利に変更することができる。Arg-75はArg-74との水素結合ネットワークを
形成するので、Arg-75の改変がさらに必要かもしれない。C) Arg-74: This residue is a neutral or hydrophobic residue (Phe, Tyr, Val, Leu, Ile, Al
a) can be changed advantageously. Since Arg-75 forms a hydrogen bonding network with Arg-74, further modifications of Arg-75 may be necessary.
【0024】 d) Glu-156:この残基はα-アミノアジペート側鎖と結合する。これはAla, Val
, Leu, Ile, Phe, Tyr, Trp, Asn, Gln, Serのうちの1個に変更すべきである。D) Glu-156: This residue binds to the α-aminoadipate side chain. This is Ala, Val
, Leu, Ile, Phe, Tyr, Trp, Asn, Gln, Ser.
【0025】 e) Leu-158、Asn-301およびTyr-302の側鎖はペニシリン側鎖のための結合ポケ ットの一部を形成し、より疎水性のものに有利に改変することができる。E) The side chains of Leu-158, Asn-301 and Tyr-302 form part of the binding pocket for penicillin side chains and can be advantageously modified to be more hydrophobic .
【0026】 f) Asn-304:この残基は側鎖をペナム核につないでいるアミドと結合する。短 縮側鎖をもつまたは側鎖のないペニシリンを進展させるために改変(例えば、6-
Apaの場合はAspまたはGluへ)が行われる。F) Asn-304: This residue binds to the amide that connects the side chain to the penumu nucleus. Modifications to promote penicillins with or without shortened side chains (eg, 6-
In the case of Apa, to Asp or Glu).
【0027】 水素結合または他の相互作用による側鎖結合ポケットの一部または全部を構築
するために他の変更も使用できることに留意されたい。Note that other modifications can be used to build some or all of the side chain binding pockets by hydrogen bonding or other interactions.
【0028】 ペニシリン側鎖のための疎水性結合ポケットを構築する際には、DAOCS配列へ の残基の挿入または欠失も使用することができる。C末端領域(残基300-311、 特に残基301-303)への疎水性残基の挿入はペニシリン側鎖用の疎水性結合ポケ ットの構築に役立ちうる。In constructing a hydrophobic binding pocket for penicillin side chains, the insertion or deletion of residues into the DAOCS sequence can also be used. Insertion of hydrophobic residues into the C-terminal region (residues 300-311, especially residues 301-303) may help construct a hydrophobic binding pocket for penicillin side chains.
【0029】 別の態様において、本発明は、DAOCSに対して(本明細書中で定義するような )顕著な配列類似性を有する酵素であって、ペニシリンNまたはDAOCのペニシリ
ン/セファロスポリン結合部位が改変されており、かつ次のアミノ酸残基:Ile8
8, Arg160, Arg162, Phe164, Met180, Thr190, Ile192, Phe225, Pro241, Val24
5, Val262, Phe264, Asn304, Ile305, Arg306, Arg307のうち少なくとも1個が 変更されているかまたは欠失されており、かつ/または少なくとも1個の追加の
アミノ酸残基が領域300-311内に挿入されており、また、上記アミノ酸残基と相 互作用している他の残基が上記のものの1つの変更を受け入れるように変更され
ていてもよい、上記酵素を提供する。In another embodiment, the present invention relates to an enzyme having significant sequence similarity (as defined herein) to DAOCS, wherein the penicillin N or DAOC penicillin / cephalosporin binding The site has been modified and the following amino acid residue: Ile8
8, Arg160, Arg162, Phe164, Met180, Thr190, Ile192, Phe225, Pro241, Val24
5, at least one of Val262, Phe264, Asn304, Ile305, Arg306, Arg307 has been changed or deleted and / or at least one additional amino acid residue has been inserted into region 300-311. And the other enzyme interacting with the amino acid residue may be modified to accept one of the above.
【0030】 この態様の更なる考察は1998年8月20日に発表されたNature, Vol.394, pp.805
-809に載っており、参照により本明細書中に含めるものとする。For further discussion of this embodiment, see Nature, Vol. 394, pp. 805, published August 20, 1998.
-809, which is hereby incorporated by reference.
【0031】 本発明の別の態様は、価値のある酸化化合物を製造するために、改変型酵素が
非βラクタム基質を受け入れるようにすることを目的として、DAOCS(または構 造的に関連した2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼ)の活性部位を改変
するためのDAOCSの構造の使用に関する。酸化されたアミノ酸(例えば、4-ヒド ロキシプロリン、ヒドロキシリシン、ヒドロキシアスパラギン酸など)は価値の
ある物質を製造する際の合成中間体として有用である。DAOCSの構造を用いるこ とにより、改変のために特定の残基をターゲッティングすることができ、その結
果、改変型酵素を使用して、酸化されたアミノ酸またはペプチドを製造すること
ができる。この方法は次の残基の改変を含みうる。すなわち、Arg74, Glu156, L
eu158, Arg160, Arg162, Leu186, Ser187, Phe225, Phe264, Arg266, Asp301, T
yr302, Val303, Asn304, Ile88, Arg162, Phe164, Met180, Thr190, Ile192, Pr
o241, Val245, Val262, Ile305, Arg306, Arg307である。Another aspect of the present invention is directed to DAOCS (or a structurally related protein) to produce modified oxidized compounds, with the goal of allowing the modified enzyme to accept non-β-lactam substrates. -Oxoglutarate-dependent dioxygenase) to modify the active site of DAOCS. Oxidized amino acids (eg, 4-hydroxyproline, hydroxylysine, hydroxyaspartic acid, etc.) are useful as synthetic intermediates in producing valuable materials. By using the structure of DAOCS, specific residues can be targeted for modification, so that oxidized amino acids or peptides can be produced using modified enzymes. The method may include the following residue modifications. That is, Arg74, Glu156, L
eu158, Arg160, Arg162, Leu186, Ser187, Phe225, Phe264, Arg266, Asp301, T
yr302, Val303, Asn304, Ile88, Arg162, Phe164, Met180, Thr190, Ile192, Pr
o241, Val245, Val262, Ile305, Arg306, Arg307.
【0032】 本発明の別の態様は、2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼの選択的阻
害剤の設計のためのDAOCS構造の使用に関する。2-オキソグルタル酸依存性ジオ キシゲナーゼであるプロリル-4-ヒドロキシラーゼは線維性疾患(例えば、肝硬 変、関節炎)の治療的処置を提供することを目的とした阻害の標的となっている
。しかし、臨床的に使用されている阻害剤は皆無である。その理由は、おそらく
他の酵素(2-オキソグルタル酸依存性酵素を含む)に比べて標的酵素の選択的阻
害を達成することが困難であることによるだろう。DAOCSの構造は2-オキソグル タル酸依存性ジオキシゲナーゼの阻害剤を設計するための鋳型を提供する。Another aspect of the invention relates to the use of the DAOCS structure for the design of a selective inhibitor of 2-oxoglutarate-dependent dioxygenase. Prolyl-4-hydroxylase, a 2-oxoglutarate-dependent dioxygenase, has been a target of inhibition aimed at providing a therapeutic treatment for fibrotic diseases (eg, cirrhosis, arthritis). However, none of the inhibitors have been used clinically. The reason is probably that it is difficult to achieve selective inhibition of the target enzyme compared to other enzymes, including 2-oxoglutarate-dependent enzymes. The structure of DAOCS provides a template for designing inhibitors of 2-oxoglutarate-dependent dioxygenase.
【0033】 以下に、S. clavuligerus由来のDAOCSの2つの高解像度結晶構造、すなわち、
鉄を含まないアポ酵素の構造(構造A)およびFe(II)と2-オキソグルタレートを
含む複合体の構造(構造B)を記載する。それらの結果は、酵素− Fe(II)複合 体が2-オキソグルタル酸および二原子酸素と反応して反応性フェリル(ferryl)種
をもたらす作用機構(多くの非ヘムオキシゲナーゼに共通したプロセス)を暗示
している。その他の注目に値する2-オキソ酸依存性第1鉄酵素は、コラーゲンの
生合成に関与するプロリルヒドロキシラーゼ、突然変異を起こすと植物の茎の長
さに影響がでるジベレリン-3β-ヒドロキシラーゼ、およびβ-ラクタマーゼ阻害
剤クラブラン酸の生合成に関与するクラバミン酸シンターゼである。2-オキソ酸
依存性酵素のうち、DAOCSは、触媒作用において2-オキソ酸を使用しない酵素IPN
Sや1-アミノシクロプロパン-1-カルボキシレートオキシダーゼ(エチレン形成酵
素)に対して配列類似性を示すメンバーからなるサブファミリーに属している。The following are two high resolution crystal structures of DAOCS from S. clavuligerus:
The structure of the apoenzyme without iron (structure A) and the structure of the complex containing Fe (II) and 2-oxoglutarate (structure B) are described. These results imply a mechanism by which the enzyme-Fe (II) complex reacts with 2-oxoglutarate and dioxygen to yield reactive ferryl species, a process common to many non-heme oxygenases. are doing. Other notable 2-oxoacid-dependent ferrous enzymes are prolyl hydroxylases involved in collagen biosynthesis, and gibberellin-3β-hydroxylase, which, when mutated, affects plant length. And clavamic acid synthase involved in the biosynthesis of the β-lactamase inhibitor clavulanic acid. Among the 2-oxo acid-dependent enzymes, DAOCS is an enzyme IPN that does not use 2-oxo acid in catalysis.
It belongs to a subfamily of members showing sequence similarity to S and 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase (ethylene forming enzyme).
【0034】 鉄を含まない形のDAOCSは結晶学的3量体として空間群R3に結晶化する。この タンパク質の主鎖は隣接ヘリックスと共に保存されたゼリーロールコアへと折り
たたまれている。The iron-free form of DAOCS crystallizes as a crystallographic trimer in space group R3. The main chain of this protein folds into a conserved jellyroll core with adjacent helices.
【0035】 座標および構造因子はプロテインデータバンク(エントリー 1rxg、Fe(II)-2-
オキソグルタレート複合体についてはr1rxgsf)に寄託されている。Coordinates and structure factors are obtained from the protein data bank (entry 1rxg, Fe (II) -2-
The oxoglutarate complex has been deposited at r1rxgsf).
【0036】 構造AはDAOCSの三次元構造である。Structure A is a three-dimensional structure of DAOCS.
【0037】 構造BはFe(II)および2-オキソグルタレートとの複合体としてのS. clavulige
rus由来の原核生物DAOCSの高解像度結晶構造である。Structure B is a complex of S. clavulige with Fe (II) and 2-oxoglutarate
High resolution crystal structure of the prokaryotic DAOCS from rus.
【0038】 DAOCSのペプチド配列を、本明細書中で使用したアミノ酸番号と共に以下に記 載する。[0038] The peptide sequence of DAOCS is listed below along with the amino acid numbers used herein.
【0039】 [0039]
【図1】 ペニシリンおよびセファロスポリンに至る生合成経路を示す。FIG. 1 shows the biosynthetic pathway leading to penicillins and cephalosporins.
【図2】 鉄への2-オキソグルタレートの結合および提案されたペニシリンNの結合を示
すDAOCSの活性部位を示した図である。特定のアミノ酸残基の側鎖との相互作用 を矢印で示してある。FIG. 2 shows the active site of DAOCS showing the binding of 2-oxoglutarate to iron and the proposed binding of penicillin N. The interaction of a particular amino acid residue with the side chain is indicated by an arrow.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 1/19 C12N 1/21 4C084 1/21 9/00 5/10 C12P 35/00 9/00 C07D 501/10 C12P 35/00 C12N 15/00 A // C07D 501/10 5/00 A (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ボールドウィン,ジャック,エドワード イギリス国 オーエックス1 5ビーエイ チ オックスフォードシャー,オックスフ ォード,ヒンクシー ヒル,ブルーム (72)発明者 ローチ,ピーター,エル. イギリス国 オーエックス1 3ディーピ ー オックスフォードシャー,オックスフ ォード,エグゼター カレッジ (72)発明者 ロイド,マシュー,ディー. イギリス国 オーエックス2 6ユーピー オックスフォードシャー,オックスフォ ード,ノース ウォール ロード 8エイ (72)発明者 ハーロス,カール イギリス国 オーエックス3 0エイチデ ィー オックスフォードシャー,オックス フォード,パーセル ロード 47 (72)発明者 アンダーソン,インガー スウェーデン国 エス−755 91 アップ サラ,スタビー マルムスヴァーゲン 8 (72)発明者 ハーデュー,ヤーノス スウェーデン国 エス−755 91 アップ サラ,スタビー マルムスヴァーゲン 8 (72)発明者 ターバイスシャーヴァン シェルティン ガ,アンケ,エス. スウェーデン国 エス−752 25 アップ サラ,ルスアグス エスプラナーデン 8 エイ (72)発明者 ヴァルガード,カリン スウェーデン国 エス−752 28 アップ サラ,プランスガータン 6 (72)発明者 ラマズワミー,エス. スウェーデン国 エス−752 64 アップ サラ,コペンスガータン 9 Fターム(参考) 4B024 AA01 AA07 AA11 BA80 CA04 DA02 DA05 DA11 EA04 GA11 HA01 4B050 CC03 DD01 LL05 4B064 AE43 CA01 CA19 CC24 DA01 DA12 DA13 4B065 AA01X AA57X AA87X AB01 BA02 CA18 CA44 CA46 CA47 4C075 AA10 BB02 CC02 CC19 DD02 DD13 EE02 EE05 FF01 GG01 HH01 LL01 4C084 AA17 NA14 ZA752 ZA962 ZB112 ZC802 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) C12N 1/19 C12N 1/21 4C084 1/21 9/00 5/10 C12P 35/00 9/00 C07D 501 / 10 C12P 35/00 C12N 15/00 A // C07D 501/10 5/00 A (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, A, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN , IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Baldwin, Jack, Edward United Kingdom Ox 15 BH Oxfordshire, Oxford, Hinksey Hill, Bloom (72) Inventor Roach, Peter, L. Ox 13 Deep Oxfordshire, Oxford, Exeter College (72) Lloyd, Matthew, De. Ox26, UK Oxfordshire, Oxfordshire, Oxford, North Wall Road 8A (72) Inventor Harros, Carl U.K.30 Oxfordshire Oxfordshire, Oxford, Purcell Road 47 (72) Invention Anderson, Swinger Es-755 91 Upsala, Staby Malmswagen 8 (72) Inventor Hardy, Janos Es-755 91 Upsala, Staby Malmswagen 8 (72) Inventor Turvis Shervan Shell Tinga, Anke, S. Sweden S-752 25 Upsala, Russags Esplanaden 8 A (72) Inventor Valgard, Karin Sweden S-752 28 Upsala, Plansgatan 6 (72) Inventor Ramazwamy, S.S. Sweden S-752 64 Up Sarah, Copens Gartan 9F term (reference) 4B024 AA01 AA07 AA11 BA80 CA04 DA02 DA05 DA11 EA04 GA11 HA01 4B050 CC03 DD01 LL05 4B064 AE43 CA01 CA19 CC24 DA01 DA12 DA13 4B065 AA01A AABAX CA46 CA47 4C075 AA10 BB02 CC02 CC19 DD02 DD13 EE02 EE05 FF01 GG01 HH01 LL01 4C084 AA17 NA14 ZA752 ZA962 ZB112 ZC802
Claims (26)
指定される構造を有するデアセトキシセファロスポリンCシンターゼ(DAOCS)。1. Deacetoxycephalosporin C synthase (DAOCS) having a structure specified by the X-ray coordinates of structure A or structure B described herein.
により基質および/または基質類似体または阻害剤が存在している、本明細書中
に記載したX線座標により指定される構造を有するDAOCS。2. X-ray coordinates as described herein, complexed with a metal (eg, iron or lead), optionally in the presence of a substrate and / or a substrate analog or inhibitor. DAOCS having the structure specified by
酸または二原子酸素であり、前記阻害剤がN-オキサリルアミノ酸、ピリジン-カ ルボキシレートおよび亜酸化窒素から選択される、請求項2記載のDAOCS。3. The method of claim 2, wherein said substrate is penicillin N, penicillin G, 2-oxoglutarate or diatomic oxygen, and said inhibitor is selected from N-oxalyl amino acids, pyridine-carboxylate and nitrous oxide. DAOCS described.
素である、請求項4記載の使用。5. The use according to claim 4, wherein the related 2-oxoglutarate-dependent enzyme is an oxygenase enzyme involved in the introduction of a 7α-methoxy group into DACS, DAOC / DACS or cephamycin C.
DAOCS、DACSまたはDAOC/DACSを改変するための、請求項5記載の使用。6. A method for accepting a non-natural substrate more efficiently than a wild-type enzyme.
6. Use according to claim 5, for modifying DAOCS, DACS or DAOC / DACS.
ようにDAOCS、DACSまたはDAOC/DACSを改変するための、請求項5記載の使用。7. Use according to claim 5, for modifying DAOCS, DACS or DAOC / DACS to convert a natural substrate into a drug or an intermediate for the manufacture of a drug.
ラン酸、アモキシリン、またはフェニルグリシンもしくはp-ヒドロキシフェニル
グリシン側鎖をもつペニシリンである、請求項6記載の使用。8. The use according to claim 6, wherein the unnatural substrate is penicillin G, penicillin V, 6-aminopenicillanic acid, amoxicillin, or penicillin having a phenylglycine or p-hydroxyphenylglycine side chain.
。9. Use according to claim 6, wherein the non-natural substrate is cephalosporin.
ノ酸またはペプチドである、請求項6記載の使用。10. The use according to claim 6, wherein the unnatural substrate is an amino acid or a peptide including amino acids constituting a protein.
シリンNが、セファロスポリンまたはエキソメチレンセファロスポリンに変換さ
れる、請求項6〜8のいずれか1項記載の使用。11. The use according to any one of claims 6 to 8, wherein penicillin G, penicillin V, other non-natural substrates or penicillin N is converted to cephalosporin or exomethylene cephalosporin.
されており、かつ次の部位:Thr72, Arg74, Arg75, Glu156, Leu158, Arg160, A
rg162, Leu186, Ser187, Phe225, Phe264, Arg266, Asp301, Tyr302, Val303, A
sn304の少なくとも1つの部位で少なくとも1個のアミノ酸残基が別のアミノ酸 残基に変更されているかまたは欠失されており、かつ/または少なくとも1個の
追加のアミノ酸残基が領域300-311内に挿入されており、また、上記アミノ酸残 基と相互作用している他の残基が上記のものの1つの変更を受け入れるように変
更されていてもよい、上記酵素。12. An enzyme having significant sequence similarity (as defined herein) to DAOCS, wherein the penicillin N or DAOC side chain binding site has been modified, and Site: Thr72, Arg74, Arg75, Glu156, Leu158, Arg160, A
rg162, Leu186, Ser187, Phe225, Phe264, Arg266, Asp301, Tyr302, Val303, A
At least one amino acid residue has been changed or deleted in another amino acid residue in at least one site of sn304 and / or at least one additional amino acid residue is in region 300-311. The enzyme as described above, wherein the other residue interacting with the amino acid residue may be modified to accept a change of one of the above.
ロスポリン結合部位が改変されており、かつ次のアミノ酸残基:Ile88, Arg160,
Arg162, Phe164, Met180, Thr190, Ile192, Phe225, Pro241, Val245, Val262,
Phe264, Ile305, Arg306, Arg307のうち少なくとも1個が変更されているかま たは欠失されており、かつ/または少なくとも1個の追加のアミノ酸残基が領域
300-311内に挿入されており、また、上記アミノ酸残基と相互作用している他の 残基が上記のものの1つの変更を受け入れるように変更されていてもよい、上記
酵素。13. An enzyme having significant sequence similarity (as defined herein) to DAOCS, wherein the penicillin N or DAOC penicillin / cephalosporin binding site has been modified. And the following amino acid residues: Ile88, Arg160,
Arg162, Phe164, Met180, Thr190, Ile192, Phe225, Pro241, Val245, Val262,
At least one of Phe264, Ile305, Arg306, Arg307 has been changed or deleted and / or at least one additional amino acid residue has been deleted.
Such an enzyme, wherein the enzyme has been inserted into 300-311 and other residues interacting with the amino acid residue may have been modified to accept a change of one of the above.
12または13記載の酵素。14. The enzyme according to claim 12, which is a mutant of DAOCS or DACS or a mutant of DAOC / DACS.
ファロスポリン結合部位の両方が改変されており、かつ請求項12および13で
特定した残基の少なくとも1個が変更されているかまたは欠失されている、請求
項12〜14のいずれか1項記載の酵素。15. Is both the penicillin N or DAOC side chain binding site and the penicillin / cephalosporin binding site altered, and is at least one of the residues specified in claims 12 and 13 altered? 15. The enzyme according to any one of claims 12 to 14, wherein the enzyme is deleted.
用を生じさせるかまたは欠失させるために、2以上の相補的変異が導入されてい
る、請求項12〜15のいずれか1項記載の酵素。16. The method of claim 12, wherein two or more complementary mutations have been introduced to create or delete a binding interaction, including a hydrogen bond, electrostatic or hydrophobic interaction. An enzyme according to any one of the preceding claims.
遺伝子。A gene encoding the enzyme according to any one of claims 12 to 16.
きる微生物。18. A microorganism capable of expressing the gene according to claim 17 under fermentation conditions.
ァミリーのβ-ラクタムを製造するための請求項18記載の微生物の使用。19. Use of the microorganism according to claim 18 for producing a β-lactam of the penicillin or cephalosporin (including cepham) family.
ラーゼ/アセチルトランスフェラーゼ、またはL-δ-(アミノアジポイル)-L-シス
テイン-D-バリン(ACV)シンテターゼを含むペニシリン/セファロスポリン生合成
経路の別の改変型酵素を含む、請求項19記載の使用。20. The penicillin / cephalosporin biosynthesis pathway, wherein the microorganism comprises isopenicillin N synthase, amidohydrolase / acetyltransferase, or L-δ- (aminoadipoyl) -L-cysteine-D-valine (ACV) synthetase. 20. Use according to claim 19, comprising another modified enzyme.
素の構造を決定または予測するために使用し、そのようにして得られた構造情報
を、他の酵素を改変するためにまたは他の酵素の阻害剤を設計するために使用す
ることを含む方法。21. The three-dimensional structure of DAOCS is used to determine or predict the structure of other related 2-oxoglutarate-dependent enzymes or related enzymes not derived from the penicillin / cephalosporin biosynthetic pathway. A method comprising using the structural information thus obtained to modify another enzyme or to design an inhibitor of another enzyme.
連酵素が、1-アミノシクロプロパン-1-カルボキシレートオキシダーゼ、ジベレ リンC-20オキシダーゼ、フラボンシンターゼ、フラバノン-3β-ヒドロキシラー ゼ、ヒオスシアミン-6β-ヒドロキシラーゼ、プロリル-4-ヒドロキシラーゼ、プ
ロリル-3-ヒドロキシラーゼ、アスパルチルヒドロキシラーゼ、リシルヒドロキ シラーゼ、プロリンヒドロキシラーゼ、γ-ブチロベタインヒドロキシラーゼ、 除草剤抵抗性メカニズムに関与する酵素、クラバミン酸シンターゼ、カルバペネ
ムの生合成に関与するオキシゲナーゼ酵素、Pseudomonas syringe由来のいわゆ るエチレン形成酵素、p-ヒドロキシフェニルピルビン酸ジオキシゲナーゼ、およ
びヒト肝臓ペルオキシソームにおいてフィトールの酸化に関与するオキシゲナー
ゼ酵素である、請求項21記載の方法。22. The other related 2-oxoglutarate-dependent enzyme or related enzyme is 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase, gibberellin C-20 oxidase, flavone synthase, flavanone-3β-hydroxylase. , Hyoscyamine-6β-hydroxylase, prolyl-4-hydroxylase, prolyl-3-hydroxylase, aspartyl hydroxylase, lysylhydroxylase, proline hydroxylase, γ-butyrobetaine hydroxylase, involved in herbicide resistance mechanisms Enzymes, clavamic acid synthase, oxygenase enzymes involved in carbapenem biosynthesis, so-called ethylene-forming enzymes from Pseudomonas syringe, p-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase, and phytosomes in human liver peroxisomes. An oxygenase enzyme involved in the oxidation of method of claim 21, wherein.
2または13で規定した部位の1以上で改変されるか、または阻害剤の設計のた
め次の情報を用いて改変される、請求項21または22記載の方法: Asp185、His183およびHis243は鉄に対する配位子として作用する;Arg258、Ser2
60およびFeは2-オキソグルタレートと結合する;Met180、Phe225、Leu31およびV
al245は鉄結合部位に接近する;Tyr33 、Arg160、Arg162、Phe164、Ile192、Gln
194、Leu204、Leu223およびLeu215は2-オキソグルタレートと結合する活性部位 の一部を構築するのに重要である;Arg160およびArg162はアミノ酸またはペプチ
ドから誘導される基質と結合するのに重要である。23. The method according to claim 1, wherein the other enzyme is deleted, added or substituted.
23. The method according to claim 21 or 22, wherein the modification is at one or more of the sites defined in 2 or 13 or using the following information for the design of the inhibitor: Asp185, His183 and His243 against iron. Acts as ligand; Arg258, Ser2
60 and Fe bind to 2-oxoglutarate; Met180, Phe225, Leu31 and V
al245 approaches the iron binding site; Tyr33, Arg160, Arg162, Phe164, Ile192, Gln
194, Leu204, Leu223 and Leu215 are important for building part of the active site that binds 2-oxoglutarate; Arg160 and Arg162 are important for binding substrates derived from amino acids or peptides .
3-ヒドロキシラーゼ、アスパルチルヒドロキシラーゼ、またはリシルヒドロキシ
ラーゼであり、前記阻害剤が肝硬変および関節炎などの線維性疾患を含むヒト疾
患の治療に用いられる、請求項21〜23のいずれか1項記載の方法。24. The other enzyme is prolyl-4-hydroxylase, prolyl-hydroxylase.
24. Any one of claims 21 to 23, which is 3-hydroxylase, aspartyl hydroxylase, or lysyl hydroxylase, wherein the inhibitor is used for treating human diseases including fibrotic diseases such as cirrhosis and arthritis. the method of.
ゲナーゼであり、前記阻害剤が特定の遺伝性疾患の治療に用いられる、請求項2
1〜23のいずれか1項記載の方法。25. The method of claim 2, wherein the other enzyme is p-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase, and wherein the inhibitor is used to treat a particular genetic disease.
24. The method according to any one of 1 to 23.
の問題を克服するための新除草剤の設計に用いられる、請求項21〜23のいず
れか1項記載の方法。26. The method of any one of claims 21 to 23, wherein the other enzyme is involved in herbicide resistance and the information is used in designing a new herbicide to overcome the resistance problem. the method of.
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