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JP2009013256A - Novel production method of β-linked polyaspartic acid and β-linked polyaspartic acid produced by the method - Google Patents

Novel production method of β-linked polyaspartic acid and β-linked polyaspartic acid produced by the method Download PDF

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JP2009013256A
JP2009013256A JP2007175275A JP2007175275A JP2009013256A JP 2009013256 A JP2009013256 A JP 2009013256A JP 2007175275 A JP2007175275 A JP 2007175275A JP 2007175275 A JP2007175275 A JP 2007175275A JP 2009013256 A JP2009013256 A JP 2009013256A
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ester
salt
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JP2007175275A
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Japanese (ja)
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Tomohiro Hiraishi
知裕 平石
Mizuo Maeda
瑞夫 前田
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RIKEN
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RIKEN
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Abstract

【課題】β位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを、高純度で製造するための方法の提供。
【解決手段】有機溶媒中にてポリアスパラギン酸加水分解酵素を用いて、アスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを基質として、高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを合成する方法。
【選択図】なし
The present invention provides a method for producing β-bonded polyaspartic acid or a salt or ester thereof with high purity.
A method for synthesizing high-purity β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof using aspartic acid or a salt or ester thereof as a substrate using polyaspartic acid hydrolase in an organic solvent.
[Selection figure] None

Description

本発明は、有機溶媒中にてポリアスパラギン酸加水分解酵素を用いて、アスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを基質として、高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを合成する方法、および当該方法によって合成された高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルに関する。   The present invention relates to a method for synthesizing high-purity β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof using aspartic acid or a salt or ester thereof as a substrate using polyaspartic acid hydrolase in an organic solvent, and The present invention relates to a highly pure β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof synthesized by the method.

ポリアスパラギン酸(PAA)は、水溶性ポリマーであり、生分解性を有するとともに生体適合性や生体内吸収性などの有利な特徴を有することから、分散剤、界面活性剤、医薬など様々な産業分野で用いられている。   Polyaspartic acid (PAA) is a water-soluble polymer, and it has biodegradability and advantageous characteristics such as biocompatibility and bioabsorbability, so it can be used in various industries such as dispersants, surfactants, and pharmaceuticals. Used in the field.

PAAは、熱重合やリン酸系触媒などを用いて、化学的に合成することが可能である。この方法では、PAAは、アスパラギン酸の重縮合によって得られるポリスクシンイミドを加水分解して、熱重合により合成される。   PAA can be chemically synthesized using thermal polymerization or a phosphoric acid catalyst. In this method, PAA is synthesized by thermal polymerization by hydrolyzing polysuccinimide obtained by polycondensation of aspartic acid.

また、PAAを酵素的に合成する方法も見出されている。この方法では、放線菌由来のアルカリ性プロテアーゼを用いてアスパラギン酸エステルを処理することにより、PAAを合成している(特許文献1)。   A method for enzymatic synthesis of PAA has also been found. In this method, PAA is synthesized by treating aspartic acid ester with an alkaline protease derived from actinomycetes (Patent Document 1).

これらの方法は、容易に且つ大量にPAAを提供することができるが、得られるポリマーは、D体、L体の混合物、また、α位結合、β位結合の混合物であり得る。例えば、熱重合により化学的に合成したPAA(tPAA)は、αアスパラギン酸単位とβアスパラギン酸単位がそれぞれ3:7の割合で含まれていること、(図1)、それらの単位がPAA中にランダムに存在すること、D体およびL体のアスパラギン酸単位が等モルで存在すること、および分岐単位および不規則な鎖末端基を有することが、NMRなどの分析によってわかっている。また、アルカリ性プロテアーゼを用いて合成したポリL−アスパラギン酸エステルは、α位結合が約90%、β位結合が約10%含まれることがわかっている。   These methods can provide PAA easily and in large quantities, but the resulting polymer can be a mixture of D-form and L-form, and a mixture of α-position and β-position bonds. For example, PAA chemically synthesized by thermal polymerization (tPAA) contains α aspartic acid units and β aspartic acid units in a ratio of 3: 7 (FIG. 1), and these units are contained in PAA. It is known by analysis such as NMR that they are present at random, that the D-form and L-form aspartic acid units are present in equimolar amounts, and that they have branch units and irregular chain end groups. In addition, it has been found that poly L-aspartate synthesized using an alkaline protease contains about 90% α-position bond and about 10% β-position bond.

PAAに含まれる構成単位が、PAA構造に作用し、その生分解性や生体適合性およびキレート能(非特許文献1)などの機能に影響を与え得ることを鑑みれば、合成されるPAAが均一な構成単位を含むことが好ましい。   In view of the fact that the structural unit contained in PAA acts on the PAA structure and can affect functions such as biodegradability, biocompatibility, and chelating ability (Non-patent Document 1), the synthesized PAA is uniform. It is preferable that a structural unit is included.

しかしながら、従来の方法では、均一な構成単位からなるPAAのみを高純度で得ることはできなかった。   However, in the conventional method, it was not possible to obtain only high-purity PAA composed of uniform structural units.

特開2000−128898号公報JP 2000-128898 A Nakato T.ら、「Relationship between Structure and Properties of Poly(aspartic acid)s」, Macromolecules (1998), Vol. 31, pp.2107-2113Nakato T. et al., "Relationship between Structure and Properties of Poly (aspartic acid) s", Macromolecules (1998), Vol. 31, pp.2107-2113

β位結合のみを有するPAAは、分解に対する耐性が高い等の利点があり、β位結合のみを有するPAAを高純度で得る方法の確立が望まれていた。   PAA having only β-position bonds has advantages such as high resistance to degradation, and establishment of a method for obtaining PAA having only β-position bonds with high purity has been desired.

本発明は、有機溶媒中にてPAA加水分解酵素を用いて、アスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを基質として、高純度のβ位結合PAA(β−PAA)またはその塩もしくはエステルを合成する方法およびその方法によって合成された高純度のβ−PAAまたはその塩もしくはエステルを提供する。   The present invention relates to a method for synthesizing highly pure β-position PAA (β-PAA) or a salt or ester thereof using aspartic acid or a salt or ester thereof as a substrate using PAA hydrolase in an organic solvent. High-purity β-PAA or a salt or ester thereof synthesized by the method is provided.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、本願発明者らが単離した、PAA中のβ位結合を認識する2種のPAA加水分解酵素(Pedobacter sp. KP−2に由来するPAA加水分解酵素−1およびSphingomonas sp. KT−1に由来するポリアスパラギン酸加水分解酵素−1)を用いてPAAの重合反応を行わせることによって、β−PAAを高純度で合成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have isolated two types of PAA hydrolases (Pedobacter sp. KP-2) that recognize the β-position bond in PAA isolated by the present inventors. Β-PAA can be synthesized with high purity by allowing PAA to undergo polymerization using PAA hydrolase-1 derived from sucrose and polyaspartate hydrolase-1 derived from Sphingomonas sp. KT-1) As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] 水を含有する有機溶媒中において、β-βペプチド結合間を認識するポリアスパラギン酸加水分解酵素を用いて、アスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを基質として重合させる、高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを合成する方法。
[2] β位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルのみが合成される、[1]の方法。
[3] β-βペプチド結合間を認識するポリアスパラギン酸加水分解酵素が、Pedobacter sp. KP−2に由来するポリアスパラギン酸加水分解酵素−1である、[1]または[2]の方法。
[4] β-βペプチド結合間を認識するポリアスパラギン酸加水分解酵素が、Sphingomonas sp. KT−1に由来するポリアスパラギン酸加水分解酵素−1である、[1]または[2]の方法。
[5] 用いられる酵素が、両親媒性高分子物質で修飾されている、[1]〜[4]のいずれかの方法。
[6] 両親媒性高分子物質がポリエチレングリコールである[5]の方法。
[7] 有機溶媒が、アセトニトリル、トルエン、ベンゼン、およびTHFからなる群より選択される、[1]〜[6]のいずれかの方法。
[8] 合成を、0.1〜10%の水を含有する有機溶媒中において行う、[1]〜[7]のいずれかの方法。
[9] 重合を、4〜60℃の温度範囲内にて行う、[1]〜[8]のいずれかの方法。
[10] [1]〜[9]のいずれかの方法によって製造される、高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステル。
[11] β位結合ポリアスパラギン酸のみを含む[10]のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステル。
[12] ラセミ化を生じていない、[10]または[11]のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステル。
That is, the present invention is as follows.
[1] A high-purity β-position bond that polymerizes aspartic acid or a salt or ester thereof using a polyaspartate hydrolase that recognizes between β-β peptide bonds in an organic solvent containing water. A method of synthesizing polyaspartic acid or a salt or ester thereof.
[2] The method of [1], wherein only β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof is synthesized.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the polyaspartate hydrolase that recognizes between β-β peptide bonds is polyaspartate hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2.
[4] The method according to [1] or [2], wherein the polyaspartate hydrolase that recognizes between β-β peptide bonds is polyaspartate hydrolase-1 derived from Sphingomonas sp. KT-1.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the enzyme used is modified with an amphiphilic polymer substance.
[6] The method according to [5], wherein the amphiphilic polymer substance is polyethylene glycol.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the organic solvent is selected from the group consisting of acetonitrile, toluene, benzene, and THF.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the synthesis is performed in an organic solvent containing 0.1 to 10% of water.
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the polymerization is performed within a temperature range of 4 to 60 ° C.
[10] High-purity β-linked polyaspartic acid, a salt or an ester thereof, produced by the method according to any one of [1] to [9].
[11] The β-position-bound polyaspartic acid according to [10], containing only β-position-bound polyaspartic acid, or a salt or ester thereof.
[12] The β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof according to [10] or [11], which does not cause racemization.

本発明の方法により、有機溶媒中においてPAA加水分解酵素を用いて実質的にβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルのみを合成することが可能である。本発明の方法においてラセミ化を生じず、得られるβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルは高い光学純度を有する。本発明の方法で得られるβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルは機能性に優れ、また生分解性を有しつつ分解に対する耐性も大きい。また、生体適合性にも優れ、医薬品、化粧品等の高分子材料として有用である。   By the method of the present invention, it is possible to synthesize substantially β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof using PAA hydrolase in an organic solvent. Racemization does not occur in the method of the present invention, and the resulting β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof has high optical purity. The β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof obtained by the method of the present invention is excellent in functionality and has high resistance to degradation while having biodegradability. Moreover, it is excellent in biocompatibility and is useful as a polymer material for pharmaceuticals, cosmetics and the like.

β−PAAとは、アスパラギン酸のβ炭素に結合したβ位のカルボキシル基を用いてペプチド結合しているものをいう。すなわち、β−PAAは、βアスパラギン酸単位のみから構成されている(図2)。本願発明によると、このβ−PAAのみを合成することができる。   β-PAA refers to a peptide bond using a β-position carboxyl group bonded to the β carbon of aspartic acid. That is, β-PAA is composed only of β-aspartic acid units (FIG. 2). According to the present invention, only this β-PAA can be synthesized.

本発明では、PAA加水分解酵素を用いてPAAを合成することができる。PAA加水分解酵素はβアスパラギン酸単位間のカルボキシル基とアミノ基との間の重合反応をより選択的に触媒し得る加水分解酵素、すなわちβ-βペプチド結合間を認識する加水分解酵素であれば用いることができるが、好ましくは、Pedobacter sp. KP−2に由来するPAA加水分解酵素−1(図3A、配列番号1(登録番号AB290350)及び配列番号2)およびSphingomonas sp. KT−1に由来するPAA加水分解酵素−1(図3B、配列番号3(登録番号AB112710)および配列番号4)を用いる。さらに好ましくは、Pedobacter sp. KP−2に由来するPAA加水分解酵素−1を用いる。   In the present invention, PAA can be synthesized using PAA hydrolase. PAA hydrolase is a hydrolase that can more selectively catalyze a polymerization reaction between a carboxyl group and an amino group between β-aspartic acid units, that is, a hydrolase that recognizes between β-β peptide bonds. Can be used, but preferably PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2 (FIG. 3A, SEQ ID NO: 1 (registration number AB290350) and SEQ ID NO: 2) and Sphingomonas sp. KT-1 PAA hydrolase-1 (FIG. 3B, SEQ ID NO: 3 (registration number AB112710) and SEQ ID NO: 4) is used. More preferably, PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2 is used.

Pedobacter sp. KP−2由来のPAA加水分解酵素−1およびSphingomonas sp. KT−1由来のPAA加水分解酵素−1は、本願発明者らにより初めて単離されたものである(Hiraishi Tら、Biomacromolecules. 2003, 4,80参照)。本願発明者らは、熱重合により得られたα,β-ポリ(D,L-アスパラギン酸)(tPAA)を分解する菌体として、Pedobacter sp. KP−2およびSphingomonas sp. KT−1を単離し、そしてそれぞれの菌株よりPAA加水分解酵素−1を精製した。本願発明者らによるこれまでの研究から、これらのPAA加水分解酵素−1は、PAA中のβアスパラギン酸単位間のアミド結合を認識して特異的に分解することがわかっている。図4(A)および(B)は、tPAAおよびPedobacter sp. KP−2由来のPAA加水分解酵素−1で処理したtPAAの13C NMRスペクトルをそれぞれ示す。酵素処理前は、アミド結合のカルボニル炭素の13C共鳴は、tPAA内の結合の種類に応じて、αアスパラギン酸単位間(α−α)、αアスパラギン酸単位とβアスパラギン酸単位間(α−βおよびβ−α)、およびβアスパラギン酸単位間(β−β)のアミド結合の3つのピークに分かれる(図4(A))。Pedobacter sp. KP−2由来のPAA加水分解酵素−1で処理すると、α−αおよびα−β+β−αのピーク面積は変化しないが、β−βアミド結合のピーク面積が減少する(図4(B))。また同時に、N末端のβアスパラギン酸単位のピークが新たに生じる((図4(B)矢印)。この結果より、Pedobacter sp. KP−2由来のPAA加水分解酵素−1は、β−βアミド結合を認識し分解していることがわかる。このように、Pedobacter sp. KP−2由来のPAA加水分解酵素−1およびSphingomonas sp. KT−1由来のPAA加水分解酵素−1は、ともに分子量20000以上のtPAAを分子量1000程度のオリゴマーにまで分解することがわかっている。また、Pedobacter sp. KP−2は、高分子量のtPAAを分解する能力を有し、一方Sphingomonas sp. KT−1は、5000以下のtPAAしか分解できないことがわかっている。 PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2 and PAA hydrolase-1 derived from Sphingomonas sp. KT-1 were first isolated by the present inventors (Hiraishi T et al., Biomacromolecules 2003, 4, 80). The inventors of the present application have used Pedobacter sp. KP-2 and Sphingomonas sp. KT-1 as microbial cells that decompose α, β-poly (D, L-aspartic acid) (tPAA) obtained by thermal polymerization. And PAA hydrolase-1 was purified from each strain. From previous studies by the present inventors, it has been found that these PAA hydrolase-1s specifically degrade by recognizing amide bonds between β-aspartic acid units in PAA. FIGS. 4 (A) and (B) show the 13 C NMR spectra of tPAA and tPAA treated with PAA hydrolase-1 from Pedobacter sp. KP-2, respectively. Before the enzyme treatment, the 13 C resonance of the carbonyl carbon of the amide bond is caused between α aspartic acid units (α-α), between α aspartic acid units and β aspartic acid units (α- It is divided into three peaks of β and β-α) and amide bonds between β aspartic acid units (β-β) (FIG. 4A). Treatment with PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2 does not change the peak areas of α-α and α-β + β-α, but decreases the peak area of β-β amide bond (FIG. 4 ( B)). At the same time, a peak of an N-terminal β-aspartic acid unit is newly generated (arrow in FIG. 4 (B)), and from this result, PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. Thus, it can be seen that the PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2 and the PAA hydrolase-1 derived from Sphingomonas sp. KT-1 both have a molecular weight of 20000. It has been found that the above tPAA can be decomposed into oligomers having a molecular weight of about 1000. In addition, Pedobacter sp.KP-2 has the ability to decompose high molecular weight tPAA, while Sphingomonas sp. It is known that only 5000 tPAA or less can be decomposed.

これらの酵素は、以下の実施例に具体的に記載するように、当該分野において公知である一般的な方法によって、組換え的に発現させ、精製して得る事が可能である。   These enzymes can be recombinantly expressed and purified by general methods known in the art, as specifically described in the following examples.

精製したPAA加水分解酵素を、固定化して用いることもできる。固定化することによって、酵素が安定化され、連続反復使用が可能となる点において有効である。PAA加水分解酵素の固定化は、担体結合法、架橋法、包括法を用いて行うことができる。担体結合法では、PAA加水分解酵素を担体(例えば、セルロース、デキストラン、アガロースなどの多糖類の誘導体、ポリアクリルアミドゲル、ポリスチレン樹脂、多孔性ガラス、金属酸化物など)に、物理的吸着、イオン結合および共有結合等を用いて結合させることができる。架橋法では、2個またはそれ以上の官能基を持つ試薬を用いて、酵素同士を互いに架橋することによって固定化する。架橋試薬としては、Schiff塩基をつくるグルタルアルデヒド、ペプチド結合をするイソシアン酸誘導体、N,N’−エチレンマレイミド、ジアゾカップリングをするビスジアゾベンジン、あるいはアルキル化するN,N’−ポリメチレンビスヨードアセトアミドなどを用いることができる。包括法では、高分子ゲルの細かい格子の中にPAA加水分解酵素を取り込む格子型と、半透膜の高分子の皮膜によってPAA加水分解酵素を皮膜するマイクロカプセル型を用いる。格子型の方法では、合成高分子物質のポリアクリルアミドゲル、ポリビニルアルコール、光硬化性樹脂および天然高分子物質のデンプン、コンニャク粉、ゼラチン、アルギン酸、カラギーナンなどの高分子化合物を用いることができる。マイクロカプセル型の方法では、ヘキサメチレンジアミン、セバコイルクロリド、ポリスチレン、レシチンなどを用いることができる(福井三郎、千畑一郎、鈴木周一、「酵素工学」東京化学同人発行、1981年)。   The purified PAA hydrolase can be immobilized and used. Immobilization is effective in that the enzyme is stabilized and can be used continuously and repeatedly. The immobilization of PAA hydrolase can be performed using a carrier binding method, a crosslinking method, or a comprehensive method. In the carrier binding method, PAA hydrolase is physically adsorbed and ion bound to a carrier (eg, a derivative of a polysaccharide such as cellulose, dextran, agarose, polyacrylamide gel, polystyrene resin, porous glass, metal oxide, etc.). And can be bound using a covalent bond or the like. In the cross-linking method, the enzyme is immobilized by cross-linking each other using a reagent having two or more functional groups. Cross-linking reagents include glutaraldehyde that forms Schiff bases, isocyanic acid derivatives that form peptide bonds, N, N'-ethylenemaleimide, bisdiazobenzines that perform diazo coupling, or N, N'-polymethylene bisiodo that alkylates Acetamide or the like can be used. In the inclusion method, a lattice type in which PAA hydrolase is incorporated in a fine lattice of a polymer gel and a microcapsule type in which PAA hydrolase is coated with a semipermeable polymer film are used. In the lattice type method, a polymer compound such as a synthetic polymer material such as polyacrylamide gel, polyvinyl alcohol, a photocurable resin, and a natural polymer material such as starch, konjac powder, gelatin, alginic acid, and carrageenan can be used. In the microcapsule type method, hexamethylenediamine, sebacoyl chloride, polystyrene, lecithin and the like can be used (Saburo Fukui, Ichiro Chibata, Shuichi Suzuki, “Enzyme Engineering”, published by Tokyo Chemical Dojin, 1981).

本願発明では、有機溶媒中においてPAA加水分解酵素の加水分解反応の逆反応を用いて、基質を重合してPAAを合成する。   In the present invention, PAA is synthesized by polymerizing a substrate using the reverse reaction of the hydrolysis reaction of PAA hydrolase in an organic solvent.

PAA加水分解酵素は、両親媒性の高分子物質を結合させて修飾する。酵素を両親媒性とすることにより酵素が有機溶媒中に溶解し易くなり、反応効率が高まる。酵素に結合させる両親媒性の高分子物質として、ポリエチレングリコール(PEG)、モノメトキシ−ポリエチレングリコール、ポリ(N−ビニルピロリドン)ポリエチレングリコール等が挙げられるが、この中でもPEGが好ましい。PEGは、限定されないが、分子量2000〜10000、好ましくは分子量約5000のものを用いる。PEGで修飾した酵素をPEG化酵素ということがある。両親媒性の高分子物質を用いた酵素の修飾は、当該分野において一般的な方法で行うことができ、例えば酵素のN末端のα−アミノ基やリシンのε−アミノ基とアルデヒドのような反応性基を介して共有結合させればよい。1分子の酵素につき、複数分子の両親媒性の高分子物質で修飾されていてもよいが、1分子の酵素につき、1分子の両親媒性の高分子物質で修飾されていることが好ましい。また、酵素を修飾した後に、1分子の両親媒性の高分子物質で修飾されている酵素を精製して用いてもよい。また、酵素の両親媒性の高分子物質による修飾率は、約60%以上、好ましくは約70%以上である。酵素の修飾率は、例えばSDS-PAGEを行いバンド面積を測定することによって決定することができる。   PAA hydrolase is modified by binding an amphiphilic polymer. By making the enzyme amphiphilic, the enzyme is easily dissolved in the organic solvent, and the reaction efficiency is increased. Examples of the amphiphilic polymer substance to be bound to the enzyme include polyethylene glycol (PEG), monomethoxy-polyethylene glycol, poly (N-vinylpyrrolidone) polyethylene glycol, etc. Among them, PEG is preferable. The PEG is not limited, but has a molecular weight of 2000 to 10,000, preferably about 5000. An enzyme modified with PEG is sometimes called a PEGylase. Modification of an enzyme using an amphiphilic polymer substance can be performed by a general method in the art, such as an α-amino group at the N-terminal of the enzyme or an ε-amino group of lysine and an aldehyde. A covalent bond may be formed through a reactive group. One molecule of enzyme may be modified with a plurality of molecules of amphiphilic polymer material, but one molecule of enzyme is preferably modified with one molecule of amphiphilic polymer material. Further, after modifying the enzyme, an enzyme modified with one molecule of an amphiphilic polymer substance may be purified and used. Further, the modification rate of the enzyme with an amphiphilic polymer substance is about 60% or more, preferably about 70% or more. The enzyme modification rate can be determined, for example, by performing SDS-PAGE and measuring the band area.

用いる有機溶媒としては、アセトニトリル、トルエン、THF、ベンゼン、1,1,1‐トリクロロエタン、トリグリセリド、ジメチルスルホキシド(DMSO)、エタノールおよびメタノールなどが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、アセトニトリルを用いる。   Examples of the organic solvent to be used include, but are not limited to, acetonitrile, toluene, THF, benzene, 1,1,1-trichloroethane, triglyceride, dimethyl sulfoxide (DMSO), ethanol, and methanol. Preferably, acetonitrile is used.

反応系には、酵素を活性化するために水を加える。反応系に添加する水の量は、反応液全体の0.1〜10%(v/v)、好ましくは1〜10%(v/v)、さらに好ましくは4%(v/v))である。   Water is added to the reaction system to activate the enzyme. The amount of water added to the reaction system is 0.1 to 10% (v / v), preferably 1 to 10% (v / v), more preferably 4% (v / v)) of the whole reaction solution.

反応系に添加する酵素の濃度は、好ましくは1.5〜6.1mg/mL、さらに好ましくは5.5mg/mLである。   The concentration of the enzyme added to the reaction system is preferably 1.5 to 6.1 mg / mL, more preferably 5.5 mg / mL.

反応温度は、4〜60℃の範囲で適宜選択されるが、好ましくは20〜60℃、さらに好ましくは30〜50℃、特に好ましくは40℃である。また、反応時間は、5時間〜30日間、好ましくは24時間〜15日間、さらに好ましくは48時間である。   The reaction temperature is appropriately selected within the range of 4 to 60 ° C, preferably 20 to 60 ° C, more preferably 30 to 50 ° C, and particularly preferably 40 ° C. The reaction time is 5 hours to 30 days, preferably 24 hours to 15 days, and more preferably 48 hours.

用いられる基質は、アスパラギン酸、その塩、またはエステルおよびそれらの混合物を含むものを用いることができる。アスパラギン酸はL体であっても、D体であってもよいが、L体が好ましい。好ましくはL−アスパラギン酸ジエチル塩酸塩を用いる。基質は、モノマー、ダイマーもしくはポリマーの形態、またはそれらの混合物であっても良い。反応系に含まれる基質の濃度は、好ましくは15〜61mg/mL、さらに好ましくは55mg/mLである。   As the substrate to be used, those containing aspartic acid, a salt thereof, or an ester and a mixture thereof can be used. Aspartic acid may be L-form or D-form, but L-form is preferred. Preferably, L-aspartic acid diethyl hydrochloride is used. The substrate may be in the form of a monomer, dimer or polymer, or a mixture thereof. The concentration of the substrate contained in the reaction system is preferably 15 to 61 mg / mL, more preferably 55 mg / mL.

添加する酵素と基質のモル比は、1:630〜1:2560、好ましくは1:2300である。   The molar ratio of the enzyme to be added and the substrate is 1: 630 to 1: 2560, preferably 1: 2300.

本発明の酵素を用いたPAAの合成は以下の工程で行えばよい。
(1)PAA加水分解酵素をPEG等の両親媒性の高分子物質で修飾する。
(2)修飾した酵素を水を含む有機溶媒に溶解する。この際、最初に修飾した酵素を少量の水に溶解し、そこに有機溶媒を添加してもよい。
(3)有機溶媒に溶解させた酵素を基質と混合し、攪拌し反応させる。
(4)反応後、酵素および不溶物を除去し、減圧乾燥により重合体を得る。
The synthesis of PAA using the enzyme of the present invention may be performed by the following steps.
(1) PAA hydrolase is modified with an amphiphilic polymer such as PEG.
(2) The modified enzyme is dissolved in an organic solvent containing water. At this time, the first modified enzyme may be dissolved in a small amount of water, and an organic solvent may be added thereto.
(3) An enzyme dissolved in an organic solvent is mixed with a substrate and stirred to react.
(4) After the reaction, the enzyme and insoluble matter are removed, and a polymer is obtained by drying under reduced pressure.

本発明方法によって合成される「高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸」とは、実質的にβ−PAAのみが合成されることを意味する。つまり、合成されるPAAの95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上、または99.9%以上が、β−PAAであることを意味する。すなわち、合成されるPAA中のペプチド結合の中のβ結合が占める割合が、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上、または99.9%以上である。合成されるβ−PAA中のβ−PAAの比率が上記の場合、あるいはβ結合の占める割合が上記の場合、本発明においては、「高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸」、「実質的にβ−PAAのみを含むβ位結合ポリアスパラギン酸」、「β−PAAのみを含むβ位結合ポリアスパラギン酸」等という。   “High-purity β-linked polyaspartic acid” synthesized by the method of the present invention means that substantially only β-PAA is synthesized. That is, it means that 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more, 99% or more, or 99.9% or more of the synthesized PAA is β-PAA. That is, the proportion of β bonds among peptide bonds in the synthesized PAA is 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more, 99% or more, or 99.9% or more. In the case where the ratio of β-PAA in the synthesized β-PAA is as described above, or the ratio of β bonds is as described above, in the present invention, “high-purity β-bonded polyaspartic acid”, “substantially It is referred to as “β-linked polyaspartic acid containing only β-PAA”, “β-linked polyaspartic acid containing only β-PAA”, and the like.

本発明方法によって合成されるβ−PAAは、好ましくは7量体以上、好ましくは8量体以上、好ましくは9量体以上、好ましくは10量体以上、好ましくは11量体以上、好ましくは12量体以上、好ましくは13量体以上、好ましくは14量体以上、好ましくは15量体以上、好ましくは16量体以上、好ましくは17量体以上、好ましくは18量体以上、好ましくは19量体以上、好ましくは20量体以上である。また、本発明の方法により合成されるβ−PAAの分子量は、好ましくは1047以上、好ましくは1190以上、好ましくは1333以上、好ましくは1476以上、好ましくは1619以上、好ましくは1762以上、好ましくは1905以上、好ましくは2048以上、好ましくは2191以上、好ましくは2334以上、好ましくは2477以上、好ましくは2620以上、好ましくは2763以上、好ましくは2906以上である。条件によっては、さらに大きな分子量のもの、例えば、数万以上のものも合成できる。   Β-PAA synthesized by the method of the present invention is preferably heptamer or more, preferably octamer or more, preferably 9mer or more, preferably 10mer or more, preferably 11mer or more, preferably 12 Or more, preferably 13 or more, preferably 14 or more, preferably 15 or more, preferably 16 or more, preferably 17 or more, preferably 18 or more, preferably 19 or more. It is a body or more, preferably a 20-mer or more. The molecular weight of β-PAA synthesized by the method of the present invention is preferably 1047 or more, preferably 1190 or more, preferably 1333 or more, preferably 1476 or more, preferably 1619 or more, preferably 1762 or more, preferably 1905. Or more, preferably 2048 or more, preferably 2191 or more, preferably 2334 or more, preferably 2477 or more, preferably 2620 or more, preferably 2763 or more, preferably 2906 or more. Depending on the conditions, higher molecular weights, for example, tens of thousands or more can be synthesized.

さらに、本発明の方法により合成されるβ−PAAはラセミ化を生じず、光学純度が高い。   Furthermore, β-PAA synthesized by the method of the present invention does not cause racemization and has high optical purity.

合成されたβ−PAAは、反応液より、タンパク質精製に用いられる公知の方法、例えば、硫安塩析、有機溶媒(エタノール、メタノール、アセトン等)による沈殿分離、イオン交換クロマトグラフィー、等電点クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、吸着カラムクロマトグラフィー、基質または抗体などを利用したアフィニティークロマトグラフィー、逆相カラムクロマトグラフィーなどのクロマトグラフィー、精密ろ過、限外ろ過、逆浸透ろ過等の濾過処理など、を1つまたは複数組み合わせて用いて精製することが可能である。   The synthesized β-PAA is obtained from the reaction solution by known methods used for protein purification, such as ammonium sulfate salting out, precipitation separation with an organic solvent (ethanol, methanol, acetone, etc.), ion exchange chromatography, isoelectric point chromatography. Chromatography, gel filtration chromatography, hydrophobic chromatography, adsorption column chromatography, affinity chromatography using substrates or antibodies, chromatography such as reverse phase column chromatography, microfiltration, ultrafiltration, reverse osmosis filtration, etc. It is possible to purify using one or a combination of filtration processes and the like.

また、合成されたβ-PAAは、NMRやMALDI TOF-MSなどの質量分析により、重合度等を測定することができる。   The synthesized β-PAA can be measured for the degree of polymerization and the like by mass spectrometry such as NMR and MALDI TOF-MS.

本発明は、本発明の合成法により得られたβ-PAAをも包含する。   The present invention also includes β-PAA obtained by the synthesis method of the present invention.

得られたβ-PAAは、例えば医薬品、化粧品等の材料として好適に用いることができる。   The obtained β-PAA can be suitably used as a material for pharmaceuticals, cosmetics and the like, for example.

本発明を以下の実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   The present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 Pedobacter sp. KP−2由来PAA加水分解酵素−1の調製
(1)Pedobacter sp. KP−2由来PAA加水分解酵素−1の精製
河川水より採取したPedobacter sp. KP−2を、0.15% (w/v)のtPAAを含有する無機培地(6 L)中にて、25℃にて24時間培養した。培養後、菌体を遠心分離(5000×g、4℃、15分間)して回収し、10 mMリン酸緩衝液(pH7.0)を用いて洗浄した。菌体を10 mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁し、懸濁液を氷上にて、30分間、20 kHzでソニケーションした。破砕した菌体を遠心分離し(150000×g、4℃、1時間)、上清を回収した。その後の全ての精製工程は、0〜4℃にて行った。得られた上清を、10 mMリン酸緩衝液(pH7.0)を用いて予め平衡化したSP Sepharose HP カラム(25 mL, GE Health Bio−Science Corp.)にアプライした。カラムを3体積倍量の10 mMリン酸緩衝液(pH7.0)を用いて洗浄した。続いて、酵素を90 mLの0〜500 mM NaClの直線勾配を用いて、3 mL/分で溶出し、画分を2分間ごとに回収した。回収した画分を10 mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.0)に対して透析し、10 mMリン酸緩衝液(pH7.0)を用いて予め平衡化したMono S カラム(1 mL, GE Health Bio−Science Corp.)にアプライし、カラムを3体積倍量の10 mMリン酸緩衝液(pH7.0)を用いて洗浄した。続いて、酵素を20 mLの0〜500 mM NaClの直線勾配を用いて、1 mL/分で溶出し、画分を2分間ごとに回収した。
Example 1 Preparation of Pedobacter sp. KP-2 derived PAA hydrolase-1 (1) Purification of Pedobacter sp. KP-2 derived PAA hydrolase-1 Pedobacter sp. KP-2 collected from river water was 0.15. The cells were cultured at 25 ° C. for 24 hours in an inorganic medium (6 L) containing% (w / v) tPAA. After culturing, the cells were collected by centrifugation (5000 × g, 4 ° C., 15 minutes) and washed with 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). The cells were suspended in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0), and the suspension was sonicated on ice for 30 minutes at 20 kHz. The disrupted cells were centrifuged (150,000 × g, 4 ° C., 1 hour), and the supernatant was collected. All subsequent purification steps were performed at 0-4 ° C. The obtained supernatant was applied to an SP Sepharose HP column (25 mL, GE Health Bio-Science Corp.) previously equilibrated with 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). The column was washed with 3 volumes of 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). Subsequently, the enzyme was eluted at 3 mL / min using 90 mL of a 0-500 mM NaCl linear gradient and fractions were collected every 2 minutes. The collected fraction was dialyzed against 10 mM sodium phosphate buffer (pH 6.0) and pre-equilibrated with 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) Mono S column (1 mL, GE Health Bio-Science Corp.) and the column was washed with 3 volumes of 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). Subsequently, the enzyme was eluted at 1 mL / min using a 20 mL linear gradient of 0-500 mM NaCl, and fractions were collected every 2 minutes.

(2)Pedobacter sp. KP−2由来PAA加水分解酵素−1の遺伝子クローニング
Pedobacter sp. KP−2由来PAA加水分解酵素−1のN末端アミノ酸の配列決定を行うために、当該酵素を、当該分野で公知の方法に従ってSDS−PAGEで分離後、Immobilon−Pトランスファーメンブレンへとトランスファーし、Applied Biosystems 473A protein sequencerに供した。
(2) Gene cloning of PAA hydrolase-1 from Pedobacter sp. KP-2
In order to determine the N-terminal amino acid sequence of Pedobacter sp. KP-2 derived PAA hydrolase-1, the enzyme was separated by SDS-PAGE according to a method known in the art, and then transferred to an Immobilon-P transfer membrane. Transferred and subjected to Applied Biosystems 473A protein sequencer.

その結果、Pedobacter sp. KP−2由来の成熟PAA加水分解酵素−1のN末端アミノ酸の配列は、XEGVGEFIYQDYKPLDNKPI(Xは未確定のアミノ酸残基を意味する、配列番号5)であると判明した。決定した配列の内側の配列(EGVGEFIYQDYKP)(配列番号6)の下流領域を増幅するために、LA PCR in vitroクローニングに用いる以下の縮重プライマーを設計した:
プライマーS1 (5’−GARGGIGTIGGIGARTTYATHTA−3’)(配列番号7)
プライマーS2 (5’−TTIATITAYCARGAYYAYAARCC−3’)(配列番号8)。
As a result, the sequence of the N-terminal amino acid of mature PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2 was found to be XEGVGEFIYQDYKPLDNKPI (X means an undefined amino acid residue, SEQ ID NO: 5). In order to amplify the downstream region of the sequence inside the determined sequence (EGVGEFIYQDYKP) (SEQ ID NO: 6), the following degenerate primers used for LA PCR in vitro cloning were designed:
Primer S1 (5'-GARGGIGTIGGIGARTTYATHTA-3 ') (SEQ ID NO: 7)
Primer S2 (5′-TTIATITAYCARGAYYAYAARCC-3 ′) (SEQ ID NO: 8).

LA PCR in vitroクローニングは、製造者の指示にしたがってキット(TAKARA BIO INC.)を用いて行った。KP−2株のゲノムDNAをEcoRIを用いて完全に消化した。このDNA断片をカセットオリゴヌクレオチドにライゲーションし、PCRテンプレートとして用いた。LA PCR後、得られたPCR産物をpGEM−T Easy(Promega)にライゲーションし、CEQ2000XL DNA sequencer(Beckman Coulter Inc.)を用いて、ヌクレオチドの配列決定を行い、GENETYXプログラム(Software Development Co.)を用いて、得られたPCR産物が、部分配列であり、停止コドンを含まないことを確認した。   LA PCR in vitro cloning was performed using a kit (TAKARA BIO INC.) According to the manufacturer's instructions. The genomic DNA of KP-2 strain was completely digested with EcoRI. This DNA fragment was ligated to a cassette oligonucleotide and used as a PCR template. After LA PCR, the obtained PCR product was ligated to pGEM-T Easy (Promega), nucleotide sequence was determined using CEQ2000XL DNA sequencer (Beckman Coulter Inc.), and GENETYX program (Software Development Co.) was It was confirmed that the obtained PCR product was a partial sequence and did not contain a stop codon.

全長PAA加水分解酵素−1遺伝子を得るために、上記プライマーとは異なる2対のプライマーを用いて再びLA PCR in vitroクローニングを行った。これらのプライマーは、PAA加水分解酵素−1の部分配列に基づいて設計した。部分配列の下流用の以下のプライマー:
S3 (5’−AATAAGCCCATAAAAGTAAGATATTATAATCC−3’)(配列番号9)
S4 (5’−GGGAAAAATGACGCCCAAGTATTGTTCATTATGC−3’)(配列番号10)
および部分配列の上流用の以下のプライマー:
S5 (5’−GCATAATGAACAATACTTGGGCGTCATTTTTCCC−3’)(配列番号11)
S6 (5’−GATTATAATATCTTACTTTTATGGGCTTATTG−3’)(配列番号12)
を作製した。得られたPCR産物をpGEM−T Easyにライゲーションし、ヌクレオチド配列を決定し、BLASTなどのデータベースによって分析し、目的とするPAA加水分解酵素−1遺伝子であることを確認した。
In order to obtain the full-length PAA hydrolase-1 gene, LA PCR in vitro cloning was again performed using two pairs of primers different from the above primers. These primers were designed based on the partial sequence of PAA hydrolase-1. The following primers for downstream of the partial sequence:
S3 (5'-AATAAGCCCATAAAAGTAAGATATTATAATCC-3 ') (SEQ ID NO: 9)
S4 (5′-GGGAAAAATGACGCCCAAGTATTGTTCATTATGC-3 ′) (SEQ ID NO: 10)
And the following primers upstream of the partial sequence:
S5 (5′-GCATAATGAACAATACTTGGGCGTCATTTTTCCC-3 ′) (SEQ ID NO: 11)
S6 (5′-GATTATAATATCTTACTTTTATGGGCTTATTG-3 ′) (SEQ ID NO: 12)
Was made. The obtained PCR product was ligated to pGEM-T Easy, the nucleotide sequence was determined and analyzed by a database such as BLAST, and the target PAA hydrolase-1 gene was confirmed.

(3)Pedobacter sp. KP−2由来PAA加水分解酵素−1発現プラスミドの構築
PAA加水分解酵素−1遺伝子を、以下の合成ヌクレオチドプライマー:
S7 (5’−CAACCCACATATGGACGAGGGCGTAGGCGAG−3’)(配列番号13)
S8 (5’−GAGGGATCCGATTTATTTATCTTCGAACAGC−3’)(配列番号14)
および、Pedobacter sp. KP−2に由来のテンプレートDNAを用いて、増幅した。Nde IおよびBamH I制限酵素部位を、それぞれS7プライマーおよびS8プライマーに付加した。PCR産物を、Nde IおよびBamH Iで消化し、同じくNde IおよびBamH Iで予め処理したpET−15b(+)に導入した。得られたプラスミド(以下、pPAA1KP2)をE. coli BL21(DE3)細胞に、当該分野で公知の方法によって導入し、100μg/mLのアンピシリンを含有するLBプレートに撒いた。
(3) Construction of Pedobacter sp. KP-2 derived PAA hydrolase-1 expression plasmid
The PAA hydrolase-1 gene has the following synthetic nucleotide primers:
S7 (5′-CAACCCACATATGGACGAGGGCGTAGGCGAG-3 ′) (SEQ ID NO: 13)
S8 (5′-GAGGGATCCGATTTATTTATCTTCGAACAGC-3 ′) (SEQ ID NO: 14)
And it amplified using the template DNA derived from Pedobacter sp. KP-2. Nde I and BamH I restriction enzyme sites were added to the S7 and S8 primers, respectively. The PCR product was digested with NdeI and BamHI and introduced into pET-15b (+), which was also pretreated with NdeI and BamHI. The obtained plasmid (hereinafter referred to as pPAA1KP2) was introduced into E. coli BL21 (DE3) cells by a method known in the art and plated on an LB plate containing 100 μg / mL ampicillin.

(4)Pedobacter sp. KP−2由来の組み換えPAA加水分解酵素−1の発現および精製
pPAA1KP2を有する組み換えE. coli BL21(DE3)細胞を、アンピシリン(100μg/mL)を添加した1.75 mLのLB培地で37℃にて一晩培養した。そのうち200μlを100μg/mLのアンピシリンを含有する新たなLB培地20 mLに移し、37℃にて一晩培養した。このうち10 mLを100μg/mLのアンピシリンを含有する新たなLB培地1 Lに移し、37℃にて培養した。細胞密度が、O.D.=0.5〜1.0に達したら、イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG)(最終濃度0.05 mMにて)を培地に加えた。20℃にて20時間培養した後、菌体を遠心分離(5000×g、4℃、10分間)して回収した。集めた菌体を10 mMの緩衝液A (50 mM NaH2PO4, 300 mM NaClおよび10 mM イミダゾール)(pH 8.0)に懸濁し、フレンチプレスを用いて破砕した(14000 psiにて4回)。懸濁液を遠心分離し(18800×g、4℃、30分間)、上清を0.45μm酢酸セルロースフィルターを用いて濾過した。
(4) Expression and purification of recombinant PAA hydrolase-1 from Pedobacter sp. KP-2
Recombinant E. coli BL21 (DE3) cells carrying pPAA1KP2 were cultured overnight at 37 ° C. in 1.75 mL LB medium supplemented with ampicillin (100 μg / mL). Of these, 200 μl was transferred to 20 mL of fresh LB medium containing 100 μg / mL ampicillin and cultured at 37 ° C. overnight. Of this, 10 mL was transferred to 1 L of a new LB medium containing 100 μg / mL ampicillin and cultured at 37 ° C. When the cell density reached OD = 0.5-1.0, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) (at a final concentration of 0.05 mM) was added to the medium. After culturing at 20 ° C. for 20 hours, the cells were collected by centrifugation (5000 × g, 4 ° C., 10 minutes). The collected cells were suspended in 10 mM buffer A (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl and 10 mM imidazole) (pH 8.0) and crushed using a French press (4 times at 14000 psi). . The suspension was centrifuged (18800 × g, 4 ° C., 30 minutes), and the supernatant was filtered using a 0.45 μm cellulose acetate filter.

以下の工程は0〜4℃にて行った。得られた可溶性画分を、予め緩衝液A で平衡化したNi−NTA Superflow カラム(10 mL, QIAGEN)にアプライした。カラムを10体積倍量の緩衝液Aで洗浄した。酵素を、4〜60%濃度の緩衝液B(50 mM NaH2PO4, 300 mM NaClおよび250 mMイミダゾール)(pH 8.0)を用いて段階的に溶出し、5 mLの画分を回収した。酵素の画分を濃縮し、0.1 M NaClを含有する10 mM リン酸緩衝液(pH 7.0)で平衡化したSuperdex 200 pgカラム(120 mL, GE Health Bio−Sciences Corp.)にアプライした。溶出した酵素の画分を回収し、濃縮し、10 mM リン酸緩衝液(pH 7.0)に対して透析した。 The following steps were performed at 0-4 ° C. The obtained soluble fraction was applied to a Ni-NTA Superflow column (10 mL, QIAGEN) previously equilibrated with buffer A. The column was washed with 10 volumes of buffer A. The enzyme was eluted stepwise with 4-60% strength buffer B (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl and 250 mM imidazole) (pH 8.0) and 5 mL fractions were collected. The enzyme fraction was concentrated and applied to a Superdex 200 pg column (120 mL, GE Health Bio-Sciences Corp.) equilibrated with 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 0.1 M NaCl. The eluted enzyme fraction was collected, concentrated and dialyzed against 10 mM phosphate buffer (pH 7.0).

実施例2 活性化PEGによるPedobacter sp. KP−2由来の組み換えPAA加水分解酵素−1の修飾
精製後のタンパク質を20 mMホウ酸塩緩衝液(pH 9.0) で透析 (Slide−A−Lyzer Dialysis, 10000 MWCO, PIERCE) した後、濃度測定を行ない活性化PEG (mPEG−SMB−5000; MW 5763 Da、Nektar) で修飾した。
Example 2 Modification of Recombinant PAA Hydrolase-1 Derived from Pedobacter sp. KP-2 with Activated PEG Dialyze the purified protein against 20 mM borate buffer (pH 9.0) (Slide-A-Lyzer Dialysis, After 10000 MWCO, PIERCE), the concentration was measured and modified with activated PEG (mPEG-SMB-5000; MW 5763 Da, Nektar).

活性化PEG、タンパク質ともに終濃度が 6 × 10−4 M となるように 20 mM ホウ酸塩緩衝液で 2.5mL に調製した。4 ℃で24 時間攪拌した後、MilliQ水に対して透析 (Slide−A−Lyzer Dialysis, 10000 MWCO, PIERCE)を行い、未反応 PEGを取り除いた。PEG 修飾率の結果を図5に示す(図5)。PEG 修飾率は ATTO Densito graph 4.1を用いて SDS−PAGEのバンド面積を測定した。この結果より、全体の70 %のPAA加水分解酵素−1 がPEG によって修飾されていることがわかった。次に、PEG修飾による酵素活性への影響を調べるために、PEG修飾酵素と未修飾酵素の活性試験を行った。活性試験は、濁度測定法により行った。基質であるtPAAを終濃度0.15% (w/v)となるように10 mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH 7.0)に仕込み、酵素溶液と30℃で反応させた。反応後、塩化ナトリウムを終濃度50 mM、エタノールを終濃度50% (v/v)となるように順次添加し、撹拌した。撹拌後、エタノールの添加により生じるPAAの白濁溶液の濁度を測定した。濁度測定は、波長595 nmにおける吸光度を吸光度計(Microplate Reader Model 550、BioRad)を用いて行った。活性試験の結果を図6に示す(図6)。PEG−PAA加水分解酵素-1は、未修飾のPAA加水分解酵素−1と同等の活性を保持していることが分かった。 Both activated PEG and protein were adjusted to 2.5 mL with 20 mM borate buffer so that the final concentration was 6 × 10 −4 M. After stirring at 4 ° C. for 24 hours, dialysis (Slide-A-Lyzer Dialysis, 10000 MWCO, PIERCE) was performed against MilliQ water to remove unreacted PEG. The result of the PEG modification rate is shown in FIG. 5 (FIG. 5). The PEG modification ratio was measured by SDS-PAGE band area using ATTO Densito graph 4.1. From this result, it was found that 70% of the total PAA hydrolase-1 was modified with PEG. Next, in order to investigate the influence of PEG modification on enzyme activity, the activity test of PEG modified enzyme and unmodified enzyme was performed. The activity test was conducted by a turbidity measuring method. The substrate tPAA was charged in a 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) to a final concentration of 0.15% (w / v), and reacted with the enzyme solution at 30 ° C. After the reaction, sodium chloride was sequentially added to a final concentration of 50 mM and ethanol was added to a final concentration of 50% (v / v), followed by stirring. After stirring, the turbidity of the cloudy solution of PAA produced by the addition of ethanol was measured. The turbidity measurement was performed by measuring absorbance at a wavelength of 595 nm using an absorptiometer (Microplate Reader Model 550, BioRad). The result of the activity test is shown in FIG. 6 (FIG. 6). PEG-PAA hydrolase-1 was found to retain the same activity as unmodified PAA hydrolase-1.

実施例3 β−PAAの合成および精製
(1) 基質の脱塩酸塩操作
500 mgのL−アスパラギン酸ジエチル塩を100 mLのMilliQ 水に溶解し NaOHを用いて中和した後、酢酸エチルで抽出した。溶媒を蒸発させた後、減圧乾燥を一晩行い、黄色の油状物として、227 mgのL−アスパラギン酸ジエチルが得られた。これを基質として用いた。
Example 3 Synthesis and Purification of β-PAA
(1) Dehydrochlorination of substrate
500 mg of L-aspartic acid diethyl salt was dissolved in 100 mL of MilliQ water, neutralized with NaOH, and then extracted with ethyl acetate. After evaporating the solvent, drying under reduced pressure was carried out overnight to obtain 227 mg of diethyl L-aspartate as a yellow oil. This was used as a substrate.

(2) β−PAAの合成と精製
55mgの基質を40μLのMilliQ水を含む1mLのアセトニトリル混合溶液に加えた後、5.5 mgのPEG−PAA加水分解酵素-1を加え均一になるようよく混合した。この反応溶液を窒素雰囲気下、40℃で48時間攪拌した。反応後、無水硫酸ナトリウム(1.5 g)を加え脱水し、不溶物をろ過にて除去した。次いで、得られたろ液を5 mL CHCl3 / TFA (100 : 3, v / v) と混合し、不溶性酵素を 0.1 μmフィルターでろ過した後に溶媒を除去し、次いで減圧乾燥を一晩行い淡黄色の液状物質として35.5 mgの生成物を得た。
(2) Synthesis and purification of β-PAA
After adding 55 mg of the substrate to 1 mL of acetonitrile mixed solution containing 40 μL of MilliQ water, 5.5 mg of PEG-PAA hydrolase-1 was added and mixed well to be uniform. The reaction solution was stirred at 40 ° C. for 48 hours under a nitrogen atmosphere. After the reaction, anhydrous sodium sulfate (1.5 g) was added for dehydration, and insoluble matters were removed by filtration. Next, the obtained filtrate was mixed with 5 mL CHCl 3 / TFA (100: 3, v / v), the insoluble enzyme was filtered through a 0.1 μm filter, the solvent was removed, and then drying under reduced pressure was performed overnight. As a liquid substance, 35.5 mg of product was obtained.

実施例4 MALDI−TOF MSによる生成物の分析
実施例3で得られた生成物をMALDI−TOF MS に供した。MALDI TOF−MS (JNM−AL 400 (日本電子)) 測定の際のマトリクスは、2,5−ジヒドロキシ安息香酸(DHB)をアセトニトリル:1 % TFA (トリフルオロ酢酸, 99 %,ALDRICH) (1:2, v/v) 混合溶液に 10 mg / mL になるように溶解したものを用いた。測定条件は Reflector mode, Positive で積算回数は 150 回で行なった。キャリブレーションは DHBを用いて行なった。
Example 4 Analysis of product by MALDI-TOF MS The product obtained in Example 3 was subjected to MALDI-TOF MS. MALDI TOF-MS (JNM-AL 400 (JEOL)) The matrix used for the measurement was 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) in acetonitrile: 1% TFA (trifluoroacetic acid, 99%, ALDRICH) (1: 2, v / v) What was dissolved in the mixed solution to 10 mg / mL was used. The measurement conditions were Reflector mode, Positive, and the number of integrations was 150. Calibration was performed using DHB.

図7にMS スペクトルの結果を示す。モノマーは300〜800 近辺に複雑なピークが見られるが、生成物では低分子量の複雑なピークが減少し、高分子側に多数のピークが現れた。生成物で見られるピークトップの値から、合成されたポリマーの分子量は m/z = 143n + 46 + 23 と表された。以上、 MS スペクトルの結果から、11量体をピークに16量体を超えるポリマーが得られた。   FIG. 7 shows the results of MS spectrum. The monomer has a complex peak around 300 to 800, but the product has decreased low molecular weight complex peaks and many peaks appearing on the polymer side. From the peak top value seen in the product, the molecular weight of the synthesized polymer was expressed as m / z = 143n + 46 + 23. As described above, from the result of MS spectrum, a polymer exceeding the 16-mer with the 11-mer peak was obtained.

実施例5 NMRによる生成物の分析
1H−NMR測定には、溶媒として0.05 v/v % TMS含有99.9 % ジメチルスルホキシド−d6(Wako)を用いた。積算回数は 96 回行なった。
図8に1H−NMRの結果を示す。上から、PEG−PAA分解酵素-1で合成したPAA、Biopraseで合成したPAAおよびアスパラギン酸ジエチル(モノマー)のスペクトルを示してある。αユニットおよびβユニットに含まれるメチン水素に由来するピークは、それぞれ4.56ppmおよび4.30ppmに観測される。プロテアーゼ(Bioprase)を用いて合成したPAAでは、4.56 ppm付近にαユニットに由来するピークと4.30 ppm付近にβユニットに由来するピークが観測され、そのピーク面積比は10:7.5であった。一方、本発明のPEG修飾したPAA加水分解酵素−1を用いて合成したPAAでは、βユニットに由来するピークのみが確認された。
Example 5 Analysis of the product by NMR
For 1 H-NMR measurement, 99.9% dimethyl sulfoxide-d 6 (Wako) containing 0.05 v / v% TMS was used as a solvent. Integration was performed 96 times.
FIG. 8 shows the result of 1 H-NMR. From the top, spectra of PAA synthesized with PEG-PAA degrading enzyme-1, PAA synthesized with Bioprase, and diethyl aspartate (monomer) are shown. Peaks derived from methine hydrogen contained in the α unit and β unit are observed at 4.56 ppm and 4.30 ppm, respectively. In PAA synthesized using protease (Bioprase), a peak derived from α unit was observed around 4.56 ppm and a peak derived from β unit was observed near 4.30 ppm, and the peak area ratio was 10: 7.5. . On the other hand, in the PAA synthesized using the PEG-modified PAA hydrolase-1 of the present invention, only the peak derived from the β unit was confirmed.

この結果より、本願発明に係る方法を用いることによって、β−PAAのみを合成できることが明らかとなった。   From this result, it became clear that only β-PAA can be synthesized by using the method according to the present invention.

本発明は、有機溶媒中にてPAA加水分解酵素を用いて、アスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを基質として、高純度のβ−PAAまたはその塩もしくはエステルを合成することを可能とするため、再現性のある均一なPAAを比較的低温にて大量に製造できる。   Since the present invention makes it possible to synthesize highly pure β-PAA or a salt or ester thereof using aspartic acid or a salt or ester thereof as a substrate using PAA hydrolase in an organic solvent. It is possible to produce a large amount of homogeneous uniform PAA at a relatively low temperature.

tPAA(α,β−ポリ(D,L−アスパラギン酸))の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of tPAA ((alpha), (beta) -poly (D, L-aspartic acid)). β位結合ポリアスパラギン酸(β−PAA)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of (beta) position coupling | bonding poly aspartic acid ((beta) -PAA). Pedobacter sp. KP−2由来PAA加水分解酵素−1のヌクレオチド配列(配列番号1)およびアミノ酸配列(配列番号2)を示す図である。It is a figure which shows the nucleotide sequence (sequence number 1) and amino acid sequence (sequence number 2) of Pedobacter sp. KP-2 origin PAA hydrolase-1. Sphingomonas sp. KT−1由来PAA加水分解酵素−1のヌクレオチド配列(配列番号3)およびアミノ酸配列(配列番号4)を示す図である。It is a figure which shows the nucleotide sequence (sequence number 3) and amino acid sequence (sequence number 4) of Sphingomonas sp. KT-1 origin PAA hydrolase-1. (A)tPAAの13C NMRスペクトルを示す図である。(B)Pedobacter sp. KP−2由来のPAA加水分解酵素−1で処理したtPAAの13C NMRスペクトルを示す図である。(A) It is a figure which shows the 13 C NMR spectrum of tPAA. (B) 13 C NMR spectrum of tPAA treated with PAA hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2. PEG修飾の結果を示す図である。(A)は、PEG修飾PAA分解酵素-1のSDS−PAGEを示す。左から、マーカー、5 mg/mL 未修飾PAA分解酵素-1、5 mg/mL PEG修飾PAA分解酵素-1、1 mg/mL 未修飾PAA分解酵素-1、1 mg/mL PEG修飾PAA分解酵素-1、0.5 mg/mL 未修飾PAA分解酵素-1、0.5 mg/mL PEG修飾PAA分解酵素-1を示す。(B)は、1 mg/mL 未修飾PAA分解酵素-1および1 mg/mL PEG−PAA分解酵素-1のPEG修飾率を示す。It is a figure which shows the result of PEG modification. (A) shows SDS-PAGE of PEG-modified PAA-degrading enzyme-1. From left, marker, 5 mg / mL unmodified PAA-degrading enzyme-1, 5 mg / mL PEG-modified PAA-degrading enzyme-1, 1 mg / mL unmodified PAA-degrading enzyme-1, 1 mg / mL PEG-modified PAA-degrading enzyme -1, 0.5 mg / mL unmodified PAA-degrading enzyme-1, 0.5 mg / mL PEG-modified PAA-degrading enzyme-1 is shown. (B) shows the PEG modification rate of 1 mg / mL unmodified PAA-degrading enzyme-1 and 1 mg / mL PEG-PAA-degrading enzyme-1. 未修飾PAA分解酵素-1およびPEG修飾PAA分解酵素-1の活性試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the activity test of unmodified PAA degrading enzyme-1 and PEG modification PAA degrading enzyme-1. 本発明方法により得られた合成産物のMSスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the MS spectrum of the synthetic product obtained by the method of this invention. (A)PEG修飾PAA分解酵素-1を用いて合成したPAA;(B)プロテアーゼ(Bioprase)を用いて合成したPAA;(C)モノマーの1H-NMRスペクトルを示す図である。It is a diagram showing the 1 H-NMR spectrum of (C) monomer; synthesized PAA by using the (B) protease (Bioprase); PAA was synthesized using (A) PEG-modified PAA enzymes -1.

Claims (12)

水を含有する有機溶媒中において、β-βペプチド結合間を認識するポリアスパラギン酸加水分解酵素を用いて、アスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを基質として重合させる、高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルを合成する方法。   High-purity β-linked polyaspartic acid polymerized using aspartic acid or a salt or ester thereof as a substrate using polyaspartic acid hydrolase that recognizes between β-β peptide bonds in an organic solvent containing water Or a method of synthesizing a salt or ester thereof. β位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステルのみが合成される、請求項1記載の方法。   The process according to claim 1, wherein only β-linked polyaspartic acid or a salt or ester thereof is synthesized. β-βペプチド結合間を認識するポリアスパラギン酸加水分解酵素が、Pedobacter sp. KP−2に由来するポリアスパラギン酸加水分解酵素−1である、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the polyaspartate hydrolase that recognizes between β-β peptide bonds is polyaspartate hydrolase-1 derived from Pedobacter sp. KP-2. β-βペプチド結合間を認識するポリアスパラギン酸加水分解酵素が、Sphingomonas sp. KT−1に由来するポリアスパラギン酸加水分解酵素−1である、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the polyaspartate hydrolase that recognizes between β-β peptide bonds is polyaspartate hydrolase-1 derived from Sphingomonas sp. KT-1. 用いられる酵素が、両親媒性高分子物質で修飾されている、請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the enzyme used is modified with an amphiphilic polymer substance. 両親媒性高分子物質がポリエチレングリコールである請求項5記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the amphiphilic polymer substance is polyethylene glycol. 有機溶媒が、アセトニトリル、トルエン、ベンゼン、およびTHFからなる群より選択される、請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of acetonitrile, toluene, benzene, and THF. 合成を、0.1〜10%の水を含有する有機溶媒中において行う、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the synthesis is carried out in an organic solvent containing 0.1 to 10% water. 重合を、4〜60℃の温度範囲内にて行う、請求項1〜8のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymerization is carried out within a temperature range of 4 to 60 ° C. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法によって製造される、高純度のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステル。   A high-purity β-linked polyaspartic acid, a salt or an ester thereof, produced by the method according to claim 1. β位結合ポリアスパラギン酸のみを含む請求項10記載のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステル。   The β-position binding polyaspartic acid or a salt or ester thereof according to claim 10, comprising only β-position polyaspartic acid. ラセミ化を生じていない、請求項10または11に記載のβ位結合ポリアスパラギン酸またはその塩もしくはエステル。   The β-bonded polyaspartic acid or a salt or ester thereof according to claim 10 or 11, wherein no racemization has occurred.
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