JP2004222609A - Aspergillus npgO gene - Google Patents
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Abstract
【解決手段】麹菌Aspergillus oryzaeのホスホパントテン酸転移酵素遺伝子(npgO遺伝子)のクローニングが行われ、その塩基配列も決定された。
【効果】本発明に係るnpgO遺伝子を非リボソーム型ペプチド合成酵素(NRPS)遺伝子(例えば、ペプチドシンテターゼ遺伝子asb2又はasb4遺伝子)とともに高発現することにより、asb2、asb4単独では得られなかった活性型の非リボソーム型ペプチド(例えば、麹菌フェリクローム)を高生産することができるようになった。
【選択図】 なしKind Code: A1 A cloning of a phosphopantothenate transferase gene (npgO gene) of Aspergillus oryzae was performed, and its nucleotide sequence was also determined.
[Effect] By overexpressing the npgO gene according to the present invention together with a nonribosomal peptide synthase (NRPS) gene (for example, a peptide synthetase gene asb2 or asb4 gene), an active form which cannot be obtained by asb2 or asb4 alone is obtained. It has become possible to produce non-ribosomal peptides (for example, Aspergillus ferrichrome) at a high level.
[Selection diagram] None
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、麹菌のホスホパントテン酸転移酵素タンパク質、該タンパク質をコードする遺伝子、該遺伝子を含有する組み換えベクター、該組み換えベクターを含有する形質転換体、該遺伝子を含有する組み換え麹菌、該形質転換体が生産する非リボソーム型ペプチド、任意のペプチドシンテターゼ遺伝子を高発現した株にホスホパントテン酸転移酵素遺伝子を含有する組み換えベクターを導入した形質転換体、該形質転換体が生産する非リボソーム型ペプチド、任意のペプチドシンテターゼ遺伝子を高発現した麹菌にホスホパントテン酸転移酵素遺伝子を含有する組み換えベクターを導入した麹菌、該麹菌が生産する非リボソーム型ペプチドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
細菌、放線菌、糸状菌などの微生物は、種々の低分子の二次代謝産物を生合成する能力を有し、これらは長い歴史の間、産業的に非常に利用されてきた。その二次代謝産物の中でもポリケチドや非リボソーム型ペプチドは、ペニシリン、シクロスポリンなどの抗生物質を代表に最も産業的に重要な二次代謝産物である。これらは従来野生株あるいは変異株による発酵法により生産されてきたが、その生産量は微量であるために非常に高価なものが多かった。よって安価にこれらの二次代謝産物を提供するために、遺伝子工学的手法による高生産法の確立が求められた。近年の生化学的な研究から、ポリケチドや非リボソーム型ペプチドの基本骨格の生合成にはポリケチド合成酵素(PKS)や非リボソーム型ペプチド合成酵素(NRPS)が関与していることが明らかとなった。
【0003】
PKSやNRPSは、複合型の巨大酵素であり、全長が15,000アミノ酸残基を越えるものも存在する。よって、そのコード遺伝子は、全長20−50kbに及ぶものも存在する。このような長鎖の遺伝子はサブクローニングが難しく、遺伝子工学的手法を用いた高発現のために、ゲノム中に存在する該遺伝子のエンハンサー領域を高発現エンハンサーに相同組み換えさせる手法が行われた。しかし、該形質転換体は期待するほどの二次代謝産物の生産を示さないことが多く、実用的には該形質転換体は利用されていなかった。
【0004】
この原因として、本発明者らは、以下のような仮説をたてた。複合型巨大酵素であるPKSやNRPSは、複数のタンパク質機能モチーフを有しており、NRPSの場合代表的なものとしてアミノ酸活性化ドメイン、アシルキャリアータンパク質、縮合ドメインがあげられる。このうちアシルキャリアータンパク質は、活性発現のために補欠因子として共有結合したホスホパントテン酸を要求する。この翻訳後の修飾は、Bacillus subtilisにおいて、ホスホパントテン酸転移酵素によって触媒されることがMootz HD et. al. (例えば、非特許文献1参照)によって示された。また、糸状菌Aspergillus nidulansにおいてもホスホパントテン酸転移酵素遺伝子がクローニングされ、Saccharomyces cerevisiaeのLys5変異を相補できることが示された(例えば、非特許文献2参照)。
【0005】
産業用微生物として多く利用される麹菌Aspergillus oryzaeにおいても上記ホスホパントテン酸転移酵素遺伝子が存在し、多くの二次代謝産物生産に寄与すると推測される。現在までに麹菌はフェリクロームとよばれる鉄イオンをキレートできる非リボソーム型ペプチドを生産できることが明らかとなっている。我々は麹菌のフェリクローム生合成に関与する遺伝子群としてフェリクローム生合成を負に制御する転写制御因子sreO(例えば、特許文献1参照)、フェリクローム生合成の第一段階を触媒するオルニチンN5オキシゲナーゼをコードするasb1(特願2001−176264)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するペプチドシンテターゼ遺伝子をコードするasb2(特願2001−324112)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するクラスター遺伝子asb3、asbT、ankO、asbR(特願2001−324181)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するペプチドシンテターゼ遺伝子をコードするasb4(特願2002−348752)をクローニングしている。このうち、asb2、asb4の遺伝子は、高発現してもフェリクローム生産性の向上に寄与しなかった。
【0006】
その原因について本発明者らは、各方面から検討した結果、これは、上記のホスホパントテン酸転移酵素による翻訳後修飾されなかったアポ酵素しか生産されず、活性型であるホロ酵素が生産されなかったためとの観点にはじめてたった。そして、本発明者らは、麹菌においても、ペプチドシンテターゼ遺伝子とともにホスホパントテン酸転移酵素遺伝子も高発現することにより目的の二次代謝産物の生産性を実用レベルに向上できることにはじめて着目し、2002年に一部公開された麹菌A.oryzaeのゲノム配列から、麹菌の種々の二次代謝産物の生産性を実用レベルに向上できるホスホパントテン酸転移酵素をコードする遺伝子を取得できるとの新規着想を得た。
【0007】
【非特許文献1】
「ジャーナル オブ バイオロジカル ケミストリー(J. Biol. Chem.)」、276、37289−37298、2001
【0008】
【非特許文献2】
ムーツ HD他(Mootz HD et. al.)、「FEMS マイクロバイオロジカル レター(FEMS Microbiol. Lett.)」 213、51−57、2002
【0009】
【特許文献1】
特開2002−272477号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、麹菌Aspergillus oryzaeのフェリクロームを含む二次代謝産物の生産を自由に制御するために、麹菌のホスホパントテン酸転移酵素遺伝子を提供することにある。本発明の他の目的は、本遺伝子を含有する組み換えベクターとこの組み換えベクターを含有する形質転換体を提供することにある。また該形質転換体が生産する非リボソーム型ペプチドを提供することにある。さらに、任意のNRPS、PKSを高発現させた株に上記組み換えベクターを導入した株を用いて、任意の非リボソーム型ペプチドを提供することにある。
【0011】
現在までに我々は、麹菌のフェリクローム生合成に関与する遺伝子群としてフェリクローム生合成を負に制御する転写制御因子sreO(特開2002−272477)、フェリクローム生合成の第一段階を触媒するオルニチンN5オキシゲナーゼをコードするasb1(特願2001−176264)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するペプチドシンテターゼ遺伝子をコードするasb2(特願2001−324112)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するクラスター遺伝子asb3、asbT、ankO、asbR(特願2001−324181)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するペプチドシンテターゼ遺伝子をコードするasb4(特願2002−348752)をクローニングしている。このうち、asb2、asb4の遺伝子は、高発現してもフェリクローム生産性の向上に大きく寄与しなかった。これは、ホスホパントテン酸転移酵素による翻訳後修飾されなかったアポ酵素しか生産されなかったためとの新規観点にたった。
【0012】
本発明者らは、上記新規観点にたち、麹菌においてもペプチドシンテターゼ遺伝子とともにホスホパントテン酸転移酵素遺伝子も高発現することにより目的の二次代謝産物の生産性を実用レベルに向上できることにはじめて着目し、2002年に一部公開された麹菌A.oryzaeのゲノム配列から、麹菌の種々の二次代謝産物の生産性を実用レベルに向上できるホスホパントテン酸転移酵素をコードする遺伝子を取得できるとの新規着想を得た。
【0013】
例えば、得られたホスホパントテン酸転移酵素遺伝子をフェリクローム生合成に関与するNRPS遺伝子(非リボソーム型ペプチドの一種であるフェリクローム生合成に関与するペプチド合成酵素(ペプチドシンテターゼ)をコードする遺伝子:例えばasb2、asb4遺伝子)とともに発現させれば、NRPS遺伝子単独発現の場合と異なり、NRPS遺伝子がコードするペプチドシンテターゼが非活性のアポ酵素として生産されるのではなく活性型のホロ酵素として生産され、その結果、フェリクロームの生産性が向上し得るとの新規着想を得た。そして、このような新規着想を実現することにより、効率的に生産されたフェリクロームは、例えば鉄キレート剤としての試薬のほか、貧血の改善効果が期待できる機能性食品や医薬品自体として有効利用できるだけでなく、これらに添加する成分としても利用可能となり、その有効性は非常に大きいものがある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
麹菌A.oryzaeは、酒、醤油、味噌などの我が国の伝統的醗酵産業で使用されてきた糸状菌である。本菌株は、上記醗酵産業で有用なタンパク質や低分子を非常に大量に生産することである。本菌株が持つ高いタンパク質生産能と醸造微生物としての安全性から、異種タンパク質生産の宿主として注目されている。(Biotechnology、6、1419(1988)、特開昭62−272988)。発明者らの研究から、A.oryzaeを用いた異種タンパク質生産においては、アスペルギルス属などの近種の遺伝子であれば、その生産能はさらに増大することが認められた。特にA.oryzaeの遺伝子を、A.oryzaeの高発現プロモーター制御下で発現させた場合、非常に大量のタンパク質が生産されることを見出した(特開平11−154271、特願2000−36754)。また、A.oryzaeは、上記のようなタンパク質、酵素のみならず、産業的にも非常に貴重な2次代謝産物である低分子成分の生産も報告されている。中でも麹菌が固体培養で生産するフェリクロームは、近年貧血などの鉄欠乏症用の機能性成分としても非常に注目されている物質である。
【0015】
この麹菌のフェリクロームを医薬・食品に利用するためには、生産性をさらに向上させる必要があるが、変異法などの既存の菌株育種方法では、工業生産レベルにまで生産性が向上した変異株の取得はできなかった。そこで、本発明者らは、フェリクローム生合成に関与する遺伝子を単離し、これらの遺伝子の発現能を強化することによりフェリクロームの大量生産が可能であると考えた。
【0016】
麹菌におけるフェリクローム生合成経路については、その生合成の第一段階はオルニチンN5オキシゲナーゼによるオルニチンのヒドロキシル化であり、続いてペプチドシンテターゼによるN−ヒドロキシオルニチンのトリペプチドにグリシン、セリン、アラニンの環状ペプチド化であると考えられる。現在までに我々は麹菌のフェリクローム生合成に関与する遺伝子群としてフェリクローム生合成を負に制御する転写制御因子sreO(特願2001−83640)、フェリクローム生合成の第一段階を触媒するオルニチンN5オキシゲナーゼをコードするasb1(特願2001−176264)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するペプチドシンテターゼ遺伝子をコードするasb2(特願2001−324112)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するクラスター遺伝子asb3、asbT、ankO、asbR(特願2001−324181)、麹菌のフェリクローム生合成に関与するペプチドシンテターゼ遺伝子をコードするasb4(特願2002−348752)をクローニングしている。このうち、asb2、asb4の遺伝子は、高発現してもフェリクローム生産性の向上に大きく寄与しなかった。
【0017】
この原因として、本発明者らは、以下のような仮説をたてた。複合型巨大酵素であるPKSやNRPSは、複数のタンパク質機能モチーフを有しており、NRPSの場合代表的なものとしてアミノ酸活性化ドメイン、アシルキャリアータンパク質、縮合ドメインがあげられる。このうちアシルキャリアータンパク質は、活性発現のために補欠因子として共有結合したホスホパントテン酸を要求する。この翻訳後の修飾は、Bacillus subtilisにおいて、ホスホパントテン酸転移酵素によって触媒されることがMootz HD et. al. (J Biol Chem、276、37289−37298、2001)によって示された。また、糸状菌Aspergillus nidulansにおいてもホスホパントテン酸転移酵素遺伝子がクローニングされ、Saccharomyces cerevisiaeのLys5変異を相補できることが示された(Mootz HD et. al.、FEMS Microbiol Lett、213、51−57、2002)。
【0018】
すなわち、asb2、asb4の遺伝子は、高発現してもフェリクローム生産性の向上に大きく寄与しなかったのは、ホスホパントテン酸転移酵素によって翻訳後修飾された活性型のホロ酵素であるNRPSが生産されなかったためであると本発明者らは考えた。よって、A.oryzaeからホスホパントテン酸転移酵素遺伝子をクローニングし、asb2、asb4の遺伝子とともに高発現させることにより大幅なフェリクローム生産能の上昇に寄与するとの新規着想を得た。その結果、フェリクロームの生産を自由に制御できる遺伝子組み換え麹菌を育種でき、フェリクロームの工業生産が可能になるとの新規着想を得た。以下、麹菌が生産するフェリクローム類の中でも、最も含有量の多いフェリクリシンの生産を中心に記述するが、本発明は全てのフェリクローム類に応用が可能な技術であり、フェリクリシンだけに限定するものではない。
【0019】
我々は、フェリクリシン生合成に関与するNRPS遺伝子asb2、asb4を高発現させ、その遺伝子産物を効率的にホスホパントテン酸転移酵素により翻訳後活性化させることにより、フェリクリシンの工業生産に適した遺伝子組み換え麹菌を育種することを試みた。
【0020】
我々は、2002年度に一部公開された麹菌のゲノム遺伝子配列から上記のホスホパントテン酸転移酵素遺伝子の探索が可能であると考えた。
【0021】
麹菌ゲノムデータに含まれるコンティグ配列の中でBlast検索結果から、ホスホパントテン酸転移酵素遺伝子と考えられる遺伝子を抽出した。その中でGene FindingされたCon1616−JUNK−1は、A.nidulansのホスホパントテン酸転移酵素遺伝子npgAと57%の相同性を示した。鉄制限培地の液体培養した麹菌菌体から調製したポリA+RNAを鋳型に増幅したcDNA解析から、本遺伝子はイントロンを含まなかった。本遺伝子は、343アミノ酸残基からなるタンパク質をコードしていた。得られた遺伝子をnpgOと命名した。
【0022】
npgOの機能を同定するために、本遺伝子の麹菌での大量発現を試みた。まずフェリクローム生合成遺伝子のうちNRPSをコードするasb2を液体培養で高発現するmelOプロモーター(特願平11−154271)支配下で高発現させた麹菌を育種し、得られた形質転換体にmelOプロモーター支配下でnpgOを発現するプラスミドをさらに形質転換した。このasb2、npgOともに高発現した形質転換体は、asb2のみ高発現した対照株の8.5倍のフェリクロームを生産した。よって、npgOは、asb2などのNRPS遺伝子産物を活性型に変換することが示された。melO遺伝子は、麹菌のチロシナーゼ遺伝子として既知であり(Biochem.Biophys.Acta.、1261(1)、p.151、1995)、melOプロモーター含有プラスミドを導入した形質転換体(Aspergillus oryzae MEL−P450nor)は生命工学工業技術研究所(現、特許生物寄託センター)にFERM P−17942として寄託されている。なお、melOプロモーターの塩基配列を図19に示す。
【0023】
このように単離した遺伝子は単独であるいはmelOやglaB遺伝子プロモーター(特願平11−154271、特開平11−243965)のような高発現プロモーターと共に、A.oryzaeにて発現させて、NRPSの活性を制御しうるものである。遺伝子導入方法は、例えば宿主としてniaD変異株(例えば、Aspergillus oryzae 1013−niaD:FERM p−17707)を用いる公知方法により、目的遺伝子とマーカー遺伝子であるniaD遺伝子を同時に導入する。(S. UnkleらMol. Gen. Genet.、218、p.99−104 1989)この遺伝子導入の際に、ベクター配列などの異種遺伝子を排除することにより、異種遺伝子を全く含まないセルフクローニング株の形質転換体を得ることができる。
【0024】
以下に本発明の詳細について述べる。
【0025】
麹菌のゲノム遺伝子コンティグ中に新規なホスホパントテン酸転移酵素遺伝子が存在することが示唆された。麹菌ゲノムデータに含まれるコンティグ配列の中でBlast検索結果から、A. nidulansのホスホパントテン酸転移酵素遺伝子npgAと相同性を有する遺伝子を抽出した。Contig1616(57457 bp)中でGene FindingされたCon1616−JUNK−1(11199−12552)は、A.nidulansのホスホパントテン酸転移酵素遺伝子npgAと57%の相同性を示した。鉄制限培地の液体培養した麹菌菌体から調製したポリA+RNAを鋳型にRT−PCRで増幅したcDNAをクローニングし、塩基配列を決定した結果、Gene Findingとは異なる正確なコーディング領域が明らかとなり、イントロンが存在しないことが明らかとなった。本遺伝子は配列番号1に示す343アミノ酸残基からなるタンパク質をコードしており、イントロンを含まなかった。コーディング領域は配列番号2の1から1032bpである。得られた遺伝子をnpgOと命名した。すなわち、本発明に係る麹菌のホスホパントテン酸転移酵素のアミノ酸配列を配列番号1(図1、図2)に示し、それをコードする遺伝子(npgO遺伝子)の塩基配列を配列番号2(図3)に示した。
【0026】
さらにnpgOの機能解析のために、麹菌での発現解析を行った。フェリクローム生合成に関与するNRPSをコードするasb2をmelOプロモーター支配下で、sCをマーカーとして麹菌A.oryzae M−NS4に形質転換した。得られた形質転換体に対して、melOプロモーター支配下のnpgOをniaDをマーカーとして形質転換した。得られた形質転換体は、30℃7日間の鉄制限の液体培養で、asb2のみ高発現した対照株の8.5倍のフェリクロームを生産した。よって、npgOは、asb2などのNRPS遺伝子産物を翻訳後活性型に変換することが示された。
【0027】
本発明は、これら有用新知見に基づいてなされたものであって、ホスホパントテン酸転移酵素活性を有するタンパク質、それをコードする遺伝子、及びその利用に関するものであり、その態様例は以下に示される。
【0028】
(態様1) 以下の(a)または(b)のタンパク質:
(a)配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、または、(b)アミノ酸配列(a)においてアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつホスホパントテン酸転移酵素活性を有するタンパク質。
【0029】
(態様2) 配列番号2の塩基配列で示される、請求項1記載のタンパク質(a)をコードする遺伝子、または、該遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつホスホパントテン酸転移酵素活性を有するタンパク質(b)をコードする遺伝子のDNA。
【0030】
本発明において、上記した特定のアミノ酸配列には、これと実質的に同一のアミノ酸配列も包含されるものである。本発明における特定のアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列とは、該アミノ酸配列と全アミノ酸配列に亘ってアラインメントして比較した場合に、全体の平均で約30%以上、好ましくは約50%以上、更に好ましくは約80%以上、特に好ましくは約90%以上のアミノ酸が同一であるようなアミノ酸配列を意味する。従って、或るアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列から成るタンパク質は、該アミノ酸配列から成るタンパク質と実質的に同等の機能を有するものと考えられる。
【0031】
又、本発明タンパク質における特定のアミノ酸配列において一部のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列とは、該アミノ酸配列から成るタンパク質と実質的に同等の機能を有する限りにおいて、好ましくは、1〜20個程度、より好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加したアミノ酸配列、或いはそれらを組み合わせたアミノ酸配列から成るものを意味する。又、タンパク質の「機能」とは、それが細胞(菌体)の内部及び/又は外部において示す生物学的機能又は活性を意味する。
【0032】
上記の特定のアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列から成るタンパク質、又はその一部のアミノ酸が欠失、置換又は付加したアミノ酸配列から成るタンパク質は、例えば、部位特異的変異導入法、遺伝子相同組換え法、プライマー伸長法、及びPCR法等の当業者に周知の方法を適宜組み合わせて、容易に作成することが可能である。
尚、その際に、実質的に同等の機能を有するためには、当該タンパク質を構成するアミノ酸のうち、同族アミノ酸(極性・非極性アミノ酸、疎水性・親水性アミノ酸、陽性・陰性荷電アミノ酸、芳香族アミノ酸など)同士の置換が可能性として考えられる。又、実質的に同等の機能の維持のためには、本発明の各タンパク質に含まれる機能ドメイン内のアミノ酸は保持されることが望ましい。
【0033】
本明細書において、「ストリンジェントな条件下」とは、各塩基配列間の相同性の程度が、例えば、全体の平均で約80%以上、好ましくは約90%以上、より好ましくは約95%以上であるような、高い相同性を有する塩基配列間のみで、特異的にハイブリッドが形成されるような条件を意味する。具体的には、例えば、温度60℃〜68℃において、ナトリウム濃度150〜900mM、好ましくは600〜900mM、pH 6〜8であるような条件を挙げることが出来る。
ハイブリダイゼーションは、例えば、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー(Current protocols in molecular biology(edited by Frederick M. Ausubel et al.、1987))に記載の方法等、当業界で公知の方法あるいはそれに準じる方法に従って行なうことができる。また、市販のライブラリーを使用する場合、添付の使用説明書に記載の方法に従って行なうことができる。
【0034】
このように、本発明に係るnpgO遺伝子は新規なものであって、従来既知のホスホパントテン酸転移酵素とは異なる新規ホスホパントテン酸転移酵素をコードする遺伝子、該新規ホスホパントテン酸転移酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子、これらの遺伝子の少なくともひとつを含有する遺伝子、から選ばれる少なくともひとつを指示するものである(以下、単にnpgO遺伝子ということもあり、その塩基配列(1032bp)を配列表の配列番号2、及び、図面の図3に示す。)
【0035】
本発明に係るホスホパントテン酸転移酵素をコードする遺伝子(npgO遺伝子)のDNAは、その塩基配列が配列番号2(図3)に示すように、本発明者らによって明らかにされているので、当業者に周知の方法で調製することができる。例えば、本明細書において具体的な塩基配列で示される各DNAは、アスペルギルス・オリゼのゲノムを出発材料として用いて、例えば、実施例で記載したショットガン・クローニング法によって調製することができる。その際、断片化された各染色体DNAは、その長さ等に応じて、プラスミドベクター又はファージ等の適当なクローニングベクターに連結し、これを用いてエレクトロポレーション法等の適当な方法によって大腸菌等の適当な宿主細胞を形質転換し、該断片化各染色体DNAをクローニングする為の、クローンライブラリーを調製することができる。
更に、化学分解法(マキサム−ギルバート法)及びジデオキシ法等の公知の方法に従って、かかるクローンライブラリーから得られる断片化各染色体DNAの塩基配列を決定することができる。
【0036】
或は、本明細書に記載された本発明DNAの塩基配列又はアミノ酸配列の情報に基づき、当業者に周知の化学合成、又は、本発明のプライマーを使用したPCRにより増幅して調製することも出来る。
【0037】
本発明に係るDNA源として用いるアスペルギルス・オリゼのゲノムの1例としては、アスペルギルス・オリゼRIB40株のゲノムを使用することができる。なお、本菌株は、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにFERM P−18273として寄託されている。また、麹菌Aspergillus oryzae(アスペルギルス・オリゼ)のゲノム配列も一部公開されているので、これをDNA源としてもよく、本発明に係るnpgO遺伝子のDNAの調製は容易である。その際、後記する具体的実施例によれば、本遺伝子のクローニングは更に容易である。
【0038】
このように、ホスホパントテン酸転移酵素遺伝子(例えば、npgO遺伝子)の調製が容易に行われるだけでなく、この遺伝子と非リボソーム型ペプチド合成酵素(NRPS)遺伝子(例えば、asb2、asb4遺伝子)とを共発現せしめて、非リボソーム型ペプチド(例えば、フェリクローム)を効率的に生産する新規形質転換体の調製も当業者にとって容易である。
【0039】
すなわち、melOプロモーター、niaD変異株はいずれも既知であり、寄託もされているので(FERM P−17942、FERM P−17707)、入手には何の困難性もないし、更に、既述のように、asb2、asb4についても既に特許出願が完了している(特願2001−324112、特願2002−248752)。asb2遺伝子DNAの塩基配列を配列番号5(図6〜図10)に示し、asb4遺伝子DNAの塩基配列を配列番号6(図11〜図18)に示し、且つasb2遺伝子を導入した形質転換体エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)ASB2は寄託されており(FERM P−18541)、これらの入手調製は容易である。
【0040】
そして更に、宿主として用いた上記A.oryzae M−NS4は、独立行政法人酒類総合研究所より分譲していただける株であり、また本発明の形質転換もPEGカルシウム法の常法を用いればよく、よって、本菌株は、当業者ならば、本発明の実施例に従えば容易に育種できる。本菌株を育種することによって、麹菌のフェリクロームの大量生産が可能となる。
【0041】
以上の結果より、クローニングした遺伝子断片npgOには、ホスホパントテン酸転移酵素遺伝子がコードされていることが確認できた。得られたホスホパントテン酸転移酵素遺伝子をフェリクローム生合成に関与するNRPS遺伝子asb2、asb4とともに発現させれば、フェリクロームの生産性を向上させることができる。また、こうして生産されたフェリクロームを鉄キレート剤としての試薬、ならびに貧血の改善効果が期待できる機能性食品への添加に提供するが可能となる。
以下、本発明の実施例について述べる。
【0042】
【実施例1】
麹菌ゲノム配列コンティグからのホスホパントテン酸転移酵素遺伝子のクローニング
麹菌A.oryzae のNRPSの翻訳後活性化に関与する新規なホスホパントテン酸転移酵素遺伝子のクローニングを行うために、麹菌ゲノム配列コンティグの検索を行った。麹菌ゲノムデータに含まれるコンティグ配列の中でBlast検索結果から、ホスホパントテン酸転移酵素遺伝子と考えられる遺伝子を抽出した。Gene FindingされたContig1616(57457 bp)中でCon1616−JUNK−1(11199−12552)は、A.nidulansのホスホパントテン酸転移酵素遺伝子npgAと57%の相同性を示した。
【0043】
この全長のcDNAを得るためにRT−PCRを行った。30℃、4日間鉄制限培地(2%グルコース、0.6%アスパラギン、0.1%リン酸1水素2カリウム、0.1%硫酸マグネシウム、0.04%塩化カルシウム、pH6.0)で液体培養した麹菌菌体からニッポンジーン社ISOGENを利用して全RNAを抽出した。その全RNAから宝酒造Oligotex−dT30<Super>mRNA purification kitを用いてmRNAを抽出した。得られたmRNA 0.5μgをもとに宝酒造のTakara RNA LA PCR kit (AMV) ver.1.1によりRT−PCRを試みた。プライマーはP1:配列番号3(図4)P2:配列番号4(図5)を利用した。 反応条件は、以下にしたがった。
【0044】
PCR条件
● 30℃ (10分)、42℃ (60分)、99℃ (5分)、5℃ (5分)、96℃ (5分),1サイクル
● 96℃ (20秒)、45℃ (30秒)、72℃ (3分)、30サイクル72℃ (7分)、1サイクル
● 72℃(7分)、1サイクル
【0045】
反応液をアガロースゲル電気泳動で解析を行った結果、約1−kbのフラグメントの増幅が認められた。本増幅産物の塩基配列を決定した結果、ゲノム配列でGeneFindingされていたのは、Contig1616(57457 bp)中で 11199−12552 bp(Con1616−JUNK−1)であったが、実際には10599−11630bpがコーディング領域であった。またイントロンは、存在しなかった。本遺伝子は配列番号1に示す343アミノ酸残基からなるタンパク質をコードしており、イントロンを含まなかった。コーディング領域は配列番号2の1から1032bpである。また、A.nidulansのホスホパントテン酸転移酵素遺伝子npgAと57%の相同性を示した。得られた遺伝子をnpgOと命名した。
【0046】
【実施例2】
npgO遺伝子の麹菌での高発現
麹菌でのnpgOの機能を決定するために高発現を試みた。まず各種プラスミドを構築した。プラスミドAは、pUC119のPstI−HindIIIにA.oryzaeの4.5−kb niaD、melOプロモーター1−kbとnpgO 1−kbのSalIを順にサブクローニングした。プラスミドBは、pUC118のBamHIにA.oryzaeの3−kb sC BamHI−BglII、melOプロモーター1−kbとasb2 6−kbのBamHIの順にサブクローニングした。対照として用いるプラスミドCは、pUC119のPstI−HindIIIにA.oryzaeの4.5−kb niaDをサブクローニングし、プラスミドDは、pUC118のBamHIにA.oryzaeの3−kb sC BamHI−BglIIをサブクローニングした。形質転換は、独立行政法人酒類総合研究所から供与されたA.oryzae M−NS4(niaD、sC)を宿主として行った。目的の形質転換体は、M−NS4株にプラスミドB、プラスミドAの順に形質転換した。また対照株1として、M−NS4株にプラスミドD、プラスミドAの順に形質転換した株、対照株2としてM−NS4株にプラスミドB、プラスミドCの順に形質転換した株を用いた。
【0047】
得られた形質転換体を鉄制限培地(2%グルコース、0.6%アスパラギン、0.1%リン酸1水素2カリウム、0.1%硫酸マグネシウム、0.04%塩化カルシウム、pH6.0)にて30℃7日間の液体培養を行った。目的の形質転換体は46.1mg/1L−brothのフェリクロームを菌体外に分泌した。一方、対照株1は、3.5mg/1L−broth、対照株2は、5.4mg/1L−brothの生産量を示した。形質転換体は、対照株2の8.5倍のフェリクロームを菌体外に分泌した。
【0048】
以上の結果より、クローニングした遺伝子断片npgOには、ホスホパントテン酸転移酵素遺伝子がコードされていることが確認できた。得られたホスホパントテン酸転移酵素遺伝子をフェリクローム生合成に関与するNRPS遺伝子asb2、asb4とともに発現させれば、フェリクロームの生産性を向上させることができる。またこうして生産されたフェリクロームを鉄キレート剤としての試薬、ならびに貧血の改善効果が期待できる機能性食品への添加に提供することが可能となる。
【0049】
【発明の効果】
本発明により、麹菌Aspergillus oryzaeのフェリクロームを含む二次代謝産物の生産を自由に制御するために、麹菌のホスホパントテン酸転移酵素遺伝子npgOを提供することができた。またこの遺伝子をNRPSとともに高発現することにより、フェリクロームなどのNRPSによって生合成される非リボソーム型ペプチドの生産能を大きく改善できることができた。種々のNRPS遺伝子を高発現させた麹菌で本遺伝子を高発現することにより、産業利用レベルの非リボソーム型ペプチド生産能が可能な麹菌を育種できることができた。
【0050】
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図1】ホスホパントテン酸転移酵素のアミノ酸配列を示す。
【図2】同上の続きを示す。
【図3】ホスホパントテン酸転移酵素をコードする遺伝子(npgO遺伝子)の塩基配列を示す。
【図4】プライマーP1を示す。
【図5】プライマーP2を示す。
【図6】ペプチドシンテターゼ遺伝子(asb2遺伝子)の塩基配列を示す。
【図7】同上の続きを示す。
【図8】同上の続きを示す。
【図9】同上の続きを示す。
【図10】同上の続きを示す。
【図11】ペプチドシンテターゼ遺伝子(asb4遺伝子)の塩基配列を示す。
【図12】同上の続きを示す。
【図13】同上の続きを示す。
【図14】同上の続きを示す。
【図15】同上の続きを示す。
【図16】同上の続きを示す。
【図17】同上の続きを示す。
【図18】同上の続きを示す。
【図19】melOプロモーターの塩基配列を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a koji mold phosphopantothenate transferase protein, a gene encoding the protein, a recombinant vector containing the gene, a transformant containing the recombinant vector, a recombinant koji mold containing the gene, and the transformant Non-ribosomal peptide produced by the present invention, a transformant obtained by introducing a recombinant vector containing a phosphopantothenate transferase gene into a strain that highly expresses any peptide synthetase gene, a non-ribosomal peptide produced by the transformant, The present invention relates to a koji mold obtained by introducing a recombinant vector containing a phosphopantothenate transferase gene into a koji mold highly expressing the peptide synthetase gene of the present invention, and a nonribosomal peptide produced by the koji mold.
[0002]
[Prior art]
Microorganisms such as bacteria, actinomycetes, and filamentous fungi have the ability to biosynthesize a variety of small secondary metabolites, which have been used extensively industrially for a long history. Among the secondary metabolites, polyketides and nonribosomal peptides are the most industrially important secondary metabolites represented by antibiotics such as penicillin and cyclosporine. These have been conventionally produced by fermentation methods using wild strains or mutant strains, but their production amounts are very small and are often very expensive. Therefore, in order to provide these secondary metabolites at low cost, establishment of a high production method by a genetic engineering technique was required. Recent biochemical studies have revealed that polyketide and nonribosomal peptide synthases (PKS) and nonribosomal peptide synthase (NRPS) are involved in the biosynthesis of the basic skeleton of polyketides and nonribosomal peptides. .
[0003]
PKS and NRPS are complex-type giant enzymes, some of which have a total length exceeding 15,000 amino acid residues. Therefore, some of the coding genes have a total length of 20 to 50 kb. Subcloning of such a long chain gene is difficult, and for high expression using a genetic engineering technique, a technique of homologously recombining the enhancer region of the gene present in the genome with a high expression enhancer has been used. However, the transformants often do not produce the expected production of secondary metabolites, and the transformants have not been practically used.
[0004]
As the cause, the present inventors have made the following hypothesis. PKS and NRPS, which are complex-type giant enzymes, have a plurality of protein function motifs. Typical examples of NRPS include an amino acid activation domain, an acyl carrier protein, and a condensation domain. Of these, acyl carrier proteins require a covalently bound phosphopantothenic acid as a prosthetic factor for activity expression. This post-translational modification is catalyzed by phosphopantothenate transferase in Bacillus subtilis by Mootz HD et. al. (For example, see Non-Patent Document 1). In addition, the phosphopantothenate transferase gene has also been cloned in the filamentous fungus Aspergillus nidulans, and it has been shown that it can complement the Lys5 mutation of Saccharomyces cerevisiae (for example, see Non-Patent Document 2).
[0005]
Aspergillus oryzae, a koji mold widely used as an industrial microorganism, also has the above-mentioned phosphopantothenate transferase gene, and is presumed to contribute to the production of many secondary metabolites. To date, it has been clarified that Aspergillus can produce a nonribosomal peptide capable of chelating iron ions called ferrichrome. We are a group of genes involved in ferrichrome biosynthesis of Aspergillus oryzae, a transcription factor sreO that negatively controls ferrichrome biosynthesis (see, for example, Patent Document 1), ornithine N5 oxygenase that catalyzes the first step of ferrichrome biosynthesis. (Japanese Patent Application No. 2001-176264), asb2 (Japanese Patent Application No. 2001-324112) encoding a peptide synthetase gene involved in ferrichrome biosynthesis of Aspergillus, cluster genes asb3 and asbT involved in ferrichrome biosynthesis of Aspergillus , AnkO, asbR (Japanese Patent Application No. 2001-324181) and asb4 (Japanese Patent Application No. 2002-348755) encoding a peptide synthetase gene involved in ferrichrome biosynthesis of Aspergillus oryzae have been cloned. Among them, the genes of asb2 and asb4 did not contribute to the improvement of ferrichrome productivity even when expressed at a high level.
[0006]
The inventors of the present invention have investigated the cause from various aspects, and found that only the apoenzyme that was not post-translationally modified by the above-described phosphopantothenate transferase was produced, and the active form of the holoenzyme was not produced. It was the first time that I had been in a position where I could. In addition, the present inventors have noticed for the first time that even in Aspergillus oryzae, the productivity of a target secondary metabolite can be improved to a practical level by highly expressing a phosphopantothenate transferase gene together with a peptide synthetase gene. Aspergillus oryzae A. From the genome sequence of oryzae, a new idea was obtained that a gene encoding a phosphopantothenate transferase capable of improving the productivity of various secondary metabolites of Aspergillus to a practical level could be obtained.
[0007]
[Non-patent document 1]
"Journal of Biological Chemistry (J. Biol. Chem.)", 276, 37289-37298, 2001.
[0008]
[Non-patent document 2]
Mootz HD et al., "FEMS Microbiological. Lett." 213, 51-57, 2002.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-272577
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a phosphopantothenate transferase gene of Aspergillus oryzae in order to freely control the production of a secondary metabolite containing ferrichrome of Aspergillus oryzae. Another object of the present invention is to provide a recombinant vector containing the present gene and a transformant containing the recombinant vector. Another object is to provide a non-ribosomal peptide produced by the transformant. It is still another object of the present invention to provide an arbitrary non-ribosomal peptide using a strain in which the above-mentioned recombinant vector has been introduced into a strain in which any NRPS or PKS is highly expressed.
[0011]
To date, we have a group of genes involved in ferrichrome biosynthesis of Aspergillus oryzae, a transcription factor sreO that negatively regulates ferrichrome biosynthesis (JP-A-2002-272377), and catalyzes the first step of ferrichrome biosynthesis. Asb1 encoding ornithine N5 oxygenase (Japanese Patent Application No. 2001-176264), asb2 encoding a peptide synthetase gene involved in ferrichrome biosynthesis in Aspergillus oryzae (Japanese Patent Application No. 2001-324112), cluster gene involved in ferrichrome biosynthesis in Aspergillus oryzae Asb3, asbT, ankO, asbR (Japanese Patent Application No. 2001-324181) and asb4 (Japanese Patent Application No. 2002-348755) encoding a peptide synthetase gene involved in ferrichrome biosynthesis of Aspergillus are cloned. Among them, the genes of asb2 and asb4 did not significantly contribute to the improvement of ferrichrome productivity even when expressed at high levels. This led to a novel viewpoint that only apoenzymes that were not post-translationally modified by phosphopantothenate transferase were produced.
[0012]
The present inventors have focused on the novel viewpoint described above, and for the first time focused on the fact that even in Aspergillus oryzae, the productivity of the target secondary metabolite can be improved to a practical level by highly expressing the phosphopantothenate transferase gene together with the peptide synthetase gene. Aspergillus A., partially disclosed in 2002. From the genome sequence of oryzae, a new idea was obtained that a gene encoding a phosphopantothenate transferase capable of improving the productivity of various secondary metabolites of Aspergillus to a practical level could be obtained.
[0013]
For example, the obtained phosphopantothenate transferase gene is transformed into a gene encoding a NRPS gene involved in ferrichrome biosynthesis (a peptide synthase (peptide synthetase) involved in ferrichrome biosynthesis which is a kind of non-ribosomal peptide: When expressed together with the NRPS gene alone, the peptide synthetase encoded by the NRPS gene is produced not as an inactive apoenzyme but as an active holoenzyme, As a result, a new idea that the productivity of ferrichrome can be improved was obtained. By realizing such a new idea, ferrichrome produced efficiently can be effectively used as a functional food or drug itself that can be expected to improve anemia, for example, as a reagent as an iron chelating agent. However, it can also be used as a component to be added to these, and its effectiveness is very large.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Aspergillus A. Oryzae is a filamentous fungus used in the traditional fermentation industry in Japan such as sake, soy sauce, and miso. The strain is to produce proteins and small molecules useful in the fermentation industry in very large quantities. Due to the high protein-producing ability of this strain and its safety as a brewing microorganism, it is attracting attention as a host for heterologous protein production. (Biotechnology, 6, 1419 (1988), JP-A-62-272988). From the inventors' research, A.I. In the production of a heterologous protein using oryzae, it was found that if a gene of a near species such as Aspergillus was used, its production ability was further increased. In particular, A. oryzae gene is It has been found that when expressed under the control of a high expression promoter of oryzae, a very large amount of protein is produced (JP-A-11-154271, Japanese Patent Application No. 2000-36754). A. Oryzae has been reported to produce not only the above-mentioned proteins and enzymes, but also low-molecular-weight components which are secondary metabolites which are very valuable industrially. Among them, ferrichrome produced by Aspergillus oryzae in solid culture is a substance that has recently attracted much attention as a functional component for iron deficiency such as anemia.
[0015]
In order to use this koji mold ferrichrome in medicines and foods, it is necessary to further improve the productivity.However, with existing strain breeding methods such as the mutation method, a mutant strain having improved productivity up to the industrial production level is required. Could not be obtained. Therefore, the present inventors have considered that it is possible to mass-produce ferrichrome by isolating genes involved in ferrichrome biosynthesis and enhancing the expression ability of these genes.
[0016]
Regarding the ferrichrome biosynthesis pathway in Aspergillus oryzae, the first step of the biosynthesis is the hydroxylation of ornithine by ornithine N5 oxygenase, followed by the tripeptide of N-hydroxyornithine by peptide synthetase to the cyclic peptide of glycine, serine and alanine. It is thought that it is. Up to now, we have a group of genes involved in ferrichrome biosynthesis in Aspergillus oryzae, a transcription factor sreO that negatively regulates ferrichrome biosynthesis (Japanese Patent Application No. 2001-83640) and ornithine that catalyzes the first step of ferrichrome biosynthesis. Asb1 encoding N5 oxygenase (Japanese Patent Application No. 2001-176264), asb2 encoding a peptide synthetase gene involved in koji mold ferrichrome biosynthesis (Japanese Patent Application No. 2001-324112), and cluster gene asb3 involved in koji mold ferrichrome biosynthesis , AsbT, ankO, asbR (Japanese Patent Application No. 2001-324181), and asb4 (Japanese Patent Application No. 2002-348755) encoding a peptide synthetase gene involved in ferrichrome biosynthesis of Aspergillus oryzae. Among them, the genes of asb2 and asb4 did not significantly contribute to the improvement of ferrichrome productivity even when expressed at high levels.
[0017]
As the cause, the present inventors have made the following hypothesis. PKS and NRPS, which are complex-type giant enzymes, have a plurality of protein function motifs. Typical examples of NRPS include an amino acid activation domain, an acyl carrier protein, and a condensation domain. Of these, acyl carrier proteins require a covalently bound phosphopantothenic acid as a prosthetic factor for activity expression. This post-translational modification is catalyzed by phosphopantothenate transferase in Bacillus subtilis by Mootz HD et. al. (J Biol Chem, 276, 37289-37298, 2001). In addition, the phosphopantothenate transferase gene was also cloned in the filamentous fungus Aspergillus nidulans and was shown to be able to complement the Lys5 mutation of Saccharomyces cerevisiae (Mootz HD et. Al., FEMS Microbiol Lett, 213, 571-51). .
[0018]
That is, the genes of asb2 and asb4 did not significantly contribute to the improvement of ferrichrome productivity even when expressed at a high level, because NRPS, which is an active holoenzyme post-translationally modified by phosphopantothenate transferase, was produced. The present inventors considered that this was not done. Therefore, A. A novel idea was obtained that a phosphopantothenate transferase gene was cloned from oryzae and that it was highly expressed together with the asb2 and asb4 genes, thereby contributing to a significant increase in ferrichrome-producing ability. As a result, the present inventors have obtained a new idea that a genetically modified koji mold capable of freely controlling ferrichrome production can be bred and industrial production of ferrichrome becomes possible. Hereinafter, among ferrichromes produced by Aspergillus, the production of ferricrisin with the highest content will be mainly described.However, the present invention is a technology applicable to all ferrichromes, and is limited to only ferricrysin. It does not do.
[0019]
We highly express the NRPS genes asb2 and asb4 involved in ferricrysin biosynthesis and efficiently activate their gene products after translation by phosphopantothenate transferase to obtain genes suitable for industrial production of ferricrysin. We tried to breed the recombinant koji mold.
[0020]
We thought that it would be possible to search for the above phosphopantothenate transferase gene from the genome gene sequence of Aspergillus oryzae, which was partially disclosed in 2002.
[0021]
Genes considered to be phosphopantothenate transferase genes were extracted from the Blast search results among the contig sequences contained in the koji mold genome data. Among them, Gene Finding Con1616-JUNK-1 is A.I. The protein showed 57% homology with npgA of the C. nidulans phosphopantothenate transferase gene. The gene was found to be free of introns by cDNA analysis using poly A + RNA prepared from Aspergillus oryzae cells liquid-cultured in an iron-restricted medium as a template. This gene encoded a protein consisting of 343 amino acid residues. The obtained gene was designated as npgO.
[0022]
In order to identify the function of npgO, we attempted to overexpress this gene in Aspergillus oryzae. First, a koji mold overexpressing asb2 encoding NRPS among ferrichrome biosynthesis genes under the control of a melO promoter (Japanese Patent Application No. 11-154271) that highly expresses in a liquid culture was bred, and the resulting transformant was melO promoter. Plasmids expressing npgO under promoter control were further transformed. The transformant which overexpressed both asb2 and npgO produced 8.5-fold ferrichrome as compared to the control strain which overexpressed only asb2. Therefore, it was shown that npgO converts NRPS gene products such as asb2 into an active form. The melO gene is known as a tyrosinase gene of Aspergillus oryzae (Biochem. Biophys. Acta., 1261 (1), p. 151, 1995), and a transformant (Aspergillus oryzae MEL-P450nor) into which a melO promoter-containing plasmid has been introduced is known. Deposited with FERM P-17942 at the Biotechnology Research Institute of Technology (currently the Patent Organism Depositary). FIG. 19 shows the base sequence of the melO promoter.
[0023]
The gene thus isolated may be used alone or together with a high expression promoter such as the melO or glaB gene promoter (Japanese Patent Application No. 11-154271, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-243965). It can be expressed in oryzae to control NRPS activity. In the gene transfer method, for example, a target gene and a niaD gene as a marker gene are simultaneously introduced by a known method using a niaD mutant strain (for example, Aspergillus oryzae 1013-niaD: FERM p-17707) as a host. (S. Uncle et al., Mol. Gen. Genet., 218, pp. 99-104, 1989) At the time of this gene transfer, a self-cloning strain containing no heterologous gene at all was eliminated by eliminating the heterologous gene such as a vector sequence. A transformant can be obtained.
[0024]
The details of the present invention are described below.
[0025]
It was suggested that a novel phosphopantothenate transferase gene was present in the aspergillus genomic gene contig. From the Blast search results among the contig sequences included in the koji mold genome data, A gene having homology with nidlans phosphopantothenate transferase gene npgA was extracted. Con1616-JUNK-1 (11199-12552), Gene Finding in Contig1616 (57457 bp), The protein showed 57% homology with npgA of the C. nidulans phosphopantothenate transferase gene. As a result of cloning the cDNA amplified by RT-PCR using poly A + RNA prepared from Aspergillus oryzae cells liquid-cultured in an iron-restricted medium as a template and determining the nucleotide sequence, an accurate coding region different from Gene Finding was revealed. Was found not to exist. This gene encodes a protein consisting of 343 amino acid residues shown in SEQ ID NO: 1 and does not contain any intron. The coding region is from 1 to 1032 bp of SEQ ID NO: 2. The obtained gene was designated as npgO. That is, the amino acid sequence of the phosphopantothenate transferase of Aspergillus oryzae according to the present invention is shown in SEQ ID NO: 1 (FIGS. 1 and 2), and the nucleotide sequence of the gene encoding the same (npgO gene) is shown in SEQ ID NO: 2 (FIG. 3). It was shown to.
[0026]
Furthermore, expression analysis in Aspergillus was performed for functional analysis of npgO. Asb2, which encodes NRPS involved in ferrichrome biosynthesis, is controlled by melO promoter and sC is used as a marker for Aspergillus niger. oryzae M-NS4. The resulting transformant was transformed with npgO under the control of the melO promoter using niaD as a marker. The obtained transformant produced 8.5 times as much ferrichrome as the control strain in which only asb2 was highly expressed in an iron-limited liquid culture at 30 ° C. for 7 days. Thus, npgO was shown to convert NRPS gene products such as asb2 to the post-translationally active form.
[0027]
The present invention has been made based on these useful new findings, and relates to a protein having a phosphopantothenate transferase activity, a gene encoding the same, and use thereof, examples of which are shown below. .
[0028]
(Aspect 1) The following protein of (a) or (b):
(A) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or (b) consisting of an amino acid sequence in which amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence (a), and having a phosphopantothenate transferase activity protein.
[0029]
(Aspect 2) The gene encoding the protein (a) according to claim 1, which is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, or hybridizes with the gene under stringent conditions, and has a phosphopantothenate transferase activity. DNA of a gene encoding the protein (b) having
[0030]
In the present invention, the specific amino acid sequence described above includes an amino acid sequence that is substantially the same as this. An amino acid sequence that is substantially identical to a specific amino acid sequence in the present invention is, on average, about 30% or more, preferably about 50% Above, more preferably about 80% or more, particularly preferably about 90% or more amino acid sequences are identical. Therefore, a protein consisting of an amino acid sequence substantially identical to a certain amino acid sequence is considered to have substantially the same function as a protein consisting of the amino acid sequence.
[0031]
In addition, the amino acid sequence in which some amino acids are deleted, substituted or added in the specific amino acid sequence of the protein of the present invention is preferably as long as it has a function substantially equivalent to that of the protein comprising the amino acid sequence. About 1 to 20, more preferably about 1 to 10, and even more preferably several amino acids are deleted, substituted or added, or an amino acid sequence obtained by combining them. The “function” of a protein means a biological function or activity that the protein exhibits inside and / or outside a cell (cell).
[0032]
Proteins consisting of an amino acid sequence substantially identical to the specific amino acid sequence described above, or proteins consisting of an amino acid sequence in which some amino acids have been deleted, substituted or added are, for example, site-directed mutagenesis, gene homology It can be easily prepared by appropriately combining methods known to those skilled in the art, such as a recombination method, a primer extension method, and a PCR method.
At this time, in order to have substantially the same function, among the amino acids constituting the protein, homologous amino acids (polar / non-polar amino acids, hydrophobic / hydrophilic amino acids, positive / negative charged amino acids, aromatic (Such as group amino acids) are considered possible. In order to maintain substantially the same function, it is desirable that amino acids in the functional domains contained in each protein of the present invention be retained.
[0033]
In the present specification, “under stringent conditions” means that the degree of homology between nucleotide sequences is, for example, about 80% or more, preferably about 90% or more, more preferably about 95% or more on average. As described above, it means the conditions under which a hybrid is specifically formed only between base sequences having high homology. Specifically, for example, at a temperature of 60 ° C. to 68 ° C., conditions such as a sodium concentration of 150 to 900 mM, preferably 600 to 900 mM, and a pH of 6 to 8 can be mentioned.
Hybridization can be performed by a method known in the art, such as a method described in Current protocols in molecular biology (edited by Frederic M. Ausubel et al., 1987), or the like. It can be carried out according to a method corresponding thereto. When a commercially available library is used, it can be performed according to the method described in the attached instruction manual.
[0034]
As described above, the npgO gene according to the present invention is a novel gene, which encodes a novel phosphopantothenate transferase different from the conventionally known phosphopantothenate transferase, and has the activity of the novel phosphopantothenate transferase. It indicates at least one selected from a gene encoding a protein and a gene containing at least one of these genes (hereinafter, sometimes simply referred to as the npgO gene, and its base sequence (1032 bp) is represented by a sequence in the sequence listing. This is shown in number 2 and in FIG. 3 of the drawings.)
[0035]
The DNA of the gene (npgO gene) encoding the phosphopantothenate transferase according to the present invention has been clarified by the present inventors as shown in SEQ ID NO: 2 (FIG. 3). It can be prepared by methods well known to those skilled in the art. For example, each DNA represented by a specific nucleotide sequence in the present specification can be prepared, for example, by the shotgun cloning method described in the Examples using the genome of Aspergillus oryzae as a starting material. At this time, each fragmented chromosomal DNA is ligated to an appropriate cloning vector such as a plasmid vector or a phage depending on its length and the like, and Escherichia coli or the like is then used by an appropriate method such as electroporation using this. And a clone library for cloning each fragmented chromosomal DNA can be prepared.
Furthermore, the nucleotide sequence of each fragmented chromosomal DNA obtained from such a clone library can be determined according to a known method such as a chemical decomposition method (Maxam-Gilbert method) and a dideoxy method.
[0036]
Alternatively, it can also be prepared by chemical synthesis well-known to those skilled in the art based on information on the nucleotide sequence or amino acid sequence of the DNA of the present invention described in the present specification, or by amplification using PCR using the primers of the present invention. I can do it.
[0037]
As an example of the genome of Aspergillus oryzae used as the DNA source according to the present invention, the genome of Aspergillus oryzae RIB40 strain can be used. This strain has been deposited at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary as FERM P-18273. In addition, since the genome sequence of Aspergillus oryzae has also been partially disclosed, it may be used as a DNA source, and the preparation of the npgO gene DNA according to the present invention is easy. At that time, according to the specific examples described later, cloning of the present gene is even easier.
[0038]
Thus, not only is the preparation of the phosphopantothenate transferase gene (eg, npgO gene) easy, but also this gene and the non-ribosomal peptide synthase (NRPS) gene (eg, asb2, asb4 genes) It is also easy for those skilled in the art to prepare a novel transformant that is co-expressed to efficiently produce a nonribosomal peptide (eg, ferrichrome).
[0039]
That is, since the melO promoter and niaD mutant are both known and have been deposited (FERM P-17942, FERM P-17707), there is no difficulty in obtaining them and, as already described, , Asb2 and asb4 have already been filed (Japanese Patent Application Nos. 2001-324112 and 2002-248755). The nucleotide sequence of asb2 gene DNA is shown in SEQ ID NO: 5 (FIGS. 6 to 10), the nucleotide sequence of asb4 gene DNA is shown in SEQ ID NO: 6 (FIGS. 11 to 18), and a transformant Escherichia into which asb2 gene was introduced -Escherichia coli ASB2 has been deposited (FERM P-18541), and their preparation is easy.
[0040]
And further, the above A.I. oryzae M-NS4 is a strain that can be obtained from the National Institute of Liquor Research, and the transformation of the present invention may be performed using a conventional method of the PEG calcium method. According to the embodiment of the present invention, breeding can be easily performed. By breeding this strain, large-scale production of koji mold ferrichrome becomes possible.
[0041]
From the above results, it was confirmed that the cloned gene fragment npgO encodes a phosphopantothenate transferase gene. If the obtained phosphopantothenate transferase gene is expressed together with the NRPS genes asb2 and asb4 involved in ferrichrome biosynthesis, the productivity of ferrichrome can be improved. In addition, the ferrichrome thus produced can be provided as a reagent as an iron chelating agent and added to a functional food that can be expected to improve anemia.
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0042]
Embodiment 1
Cloning of phosphopantothenate transferase gene from Aspergillus genomic sequence contig
Aspergillus A. In order to clone a novel phosphopantothenate transferase gene involved in the post-translational activation of oryzae NRPS, a search was made for Aspergillus genomic sequence contigs. Genes considered to be phosphopantothenate transferase genes were extracted from the Blast search results among the contig sequences contained in the koji mold genome data. Con 1616-JUNK-1 (11199-12552) in Gene Finding Contig 1616 (57457 bp) The protein showed 57% homology with npgA of the C. nidulans phosphopantothenate transferase gene.
[0043]
RT-PCR was performed to obtain this full-length cDNA. Liquid in iron-limited medium (2% glucose, 0.6% asparagine, 0.1% dipotassium hydrogen phosphate, 0.1% magnesium sulfate, 0.04% calcium chloride, pH 6.0) at 30 ° C for 4 days Total RNA was extracted from the cultured Aspergillus oryzae cells using Nippon Gene's ISOGEN. MRNA was extracted from the total RNA by using Takara Shuzo Oligotex-dT30 <Super> mRNA purification kit. Based on 0.5 μg of the obtained mRNA, Takara RNA LA PCR kit (AMV) ver. RT-PCR was attempted according to 1.1. The primers used were P1: SEQ ID NO: 3 (FIG. 4) and P2: SEQ ID NO: 4 (FIG. 5). The reaction conditions were as follows.
[0044]
PCR conditions
● 30 ° C (10 minutes), 42 ° C (60 minutes), 99 ° C (5 minutes), 5 ° C (5 minutes), 96 ° C (5 minutes), 1 cycle
● 96 ° C (20 seconds), 45 ° C (30 seconds), 72 ° C (3 minutes), 30 cycles 72 ° C (7 minutes), 1 cycle
● 72 ° C (7 minutes), 1 cycle
[0045]
The reaction solution was analyzed by agarose gel electrophoresis. As a result, amplification of a fragment of about 1-kb was observed. As a result of determining the base sequence of this amplification product, it was 11199-12552 bp (Con1616-JUNK-1) in Contig1616 (57457 bp) that was GeneFinded in the genomic sequence, but actually 10599-11630 bp Was the coding area. Also, no intron was present. This gene encodes a protein consisting of 343 amino acid residues shown in SEQ ID NO: 1 and does not contain any intron. The coding region is from 1 to 1032 bp of SEQ ID NO: 2. A. The protein showed 57% homology with npgA of the C. nidulans phosphopantothenate transferase gene. The obtained gene was designated as npgO.
[0046]
Embodiment 2
High expression of npgO gene in Aspergillus oryzae
High expression was attempted to determine the function of npgO in Aspergillus. First, various plasmids were constructed. Plasmid A is located in PstI-HindIII of pUC119. Oryzae 4.5-kb niaD, melO promoter 1-kb and npgO 1-kb SalI were sequentially subcloned. Plasmid B is located in BamHI of pUC118 with A. Oryzae 3-kb sC BamHI-BglII, melO promoter 1-kb and asb26-kb BamHI were subcloned in this order. Plasmid C used as a control contains A. coli in PstI-HindIII of pUC119. oryzae 4.5 kb niaD was subcloned and plasmid D was inserted into BamHI of pUC118 by A. Oryzae 3-kb sC BamHI-BglII was subcloned. Transformation was performed using A. cerevisa provided by the National Research Institute of Brewing. Oryzae M-NS4 (niaD, sC) was used as a host. The desired transformant was transformed into M-NS4 strain in the order of plasmid B and plasmid A. As control strain 1, a strain obtained by transforming M-NS4 strain in the order of plasmid D and plasmid A was used. As control strain 2, a strain obtained by transforming M-NS4 strain in the order of plasmid B and plasmid C was used.
[0047]
The obtained transformant was transformed into an iron-limited medium (2% glucose, 0.6% asparagine, 0.1% dipotassium hydrogen phosphate, 0.1% magnesium sulfate, 0.04% calcium chloride, pH 6.0). At 30 ° C. for 7 days. The target transformant secreted 46.1 mg / 1 L-broth ferrichrome outside the cells. On the other hand, the control strain 1 produced 3.5 mg / 1L-broth, and the control strain 2 produced 5.4 mg / 1L-broth. The transformant secreted extra-ferrichrome 8.5 times that of the control strain 2.
[0048]
From the above results, it was confirmed that the cloned gene fragment npgO encodes a phosphopantothenate transferase gene. If the obtained phosphopantothenate transferase gene is expressed together with the NRPS genes asb2 and asb4 involved in ferrichrome biosynthesis, the productivity of ferrichrome can be improved. Further, the ferrichrome thus produced can be provided as a reagent as an iron chelating agent and added to a functional food which can be expected to improve anemia.
[0049]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the phosphopantothenate transferase gene npgO of Aspergillus oryzae could be provided in order to freely control the production of the secondary metabolite containing ferrichrome of Aspergillus oryzae. By overexpressing this gene together with NRPS, the ability to produce nonribosomal peptides biosynthesized by NRPS such as ferrichrome could be greatly improved. By overexpressing this gene in koji molds overexpressing various NRPS genes, it was possible to breed koji molds capable of producing nonribosomal peptides at an industrial use level.
[0050]
[Sequence list]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the amino acid sequence of phosphopantothenate transferase.
FIG. 2 shows a continuation of the above.
FIG. 3 shows the nucleotide sequence of a gene (npgO gene) encoding phosphopantothenate transferase.
FIG. 4 shows primer P1.
FIG. 5 shows primer P2.
FIG. 6 shows the nucleotide sequence of a peptide synthetase gene (asb2 gene).
FIG. 7 shows a continuation of the above.
FIG. 8 shows a continuation of the above.
FIG. 9 shows a continuation of the above.
FIG. 10 shows a continuation of the above.
FIG. 11 shows the nucleotide sequence of the peptide synthetase gene (asb4 gene).
FIG. 12 shows a continuation of the above.
FIG. 13 shows a continuation of the above.
FIG. 14 shows a continuation of the above.
FIG. 15 shows a continuation of the above.
FIG. 16 shows a continuation of the above.
FIG. 17 shows a continuation of the above.
FIG. 18 shows a continuation of the above.
FIG. 19 shows the nucleotide sequence of the melO promoter.
Claims (11)
(a)配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、または、(b)アミノ酸配列(a)においてアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつホスホパントテン酸転移酵素活性を有するタンパク質。The following (a) or (b) protein:
(A) a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or (b) consisting of an amino acid sequence in which amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence (a), and having a phosphopantothenate transferase activity protein.
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