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JP2008194004A - Mutant transglutaminase - Google Patents

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JP2008194004A
JP2008194004A JP2007034915A JP2007034915A JP2008194004A JP 2008194004 A JP2008194004 A JP 2008194004A JP 2007034915 A JP2007034915 A JP 2007034915A JP 2007034915 A JP2007034915 A JP 2007034915A JP 2008194004 A JP2008194004 A JP 2008194004A
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protein
transglutaminase
phenylalanine
amino acid
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JP2007034915A
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Keiichi Yokoyama
敬一 横山
Seiichi Taguchi
精一 田口
Hiromi Onoe
弘美 尾上
Nobuhisa Shinba
信久 榛葉
Takeshi Nakamura
壮史 中村
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Ajinomoto Co Inc
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Ajinomoto Co Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transglutaminase mutant protein improved in its activity for a polymer substrate. <P>SOLUTION: This transglutaminase mutant protein improved in the activity for the polymer substrate (especially, the protein substrate materials such as casein, gelatin, collagen, keratin, etc.) is obtained by introducing a suitable mutation into a WT (wild type) transglutaminase. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、放線菌由来トランスグルタミナーゼの変異体タンパク質に関する。トランスグルタミナーゼ(単にTGともいう)はタンパク質間に架橋結合を形成させることで、ゲル状物質を生じさせるので、食品加工等に幅広く利用されている。トランスグルタミナーゼ活性や熱安定性が向上した変異体TGはその必要量の低下に寄与し、基質特異性や至適pHが変化した変異体TGは新しい分野への本酵素の適用を可能にする。   The present invention relates to a mutant protein of actinomycete-derived transglutaminase. Transglutaminase (also simply referred to as TG) is widely used in food processing and the like because it forms a gel-like substance by forming a crosslink between proteins. Mutant TGs with improved transglutaminase activity and thermal stability contribute to the reduction of the required amount, and mutant TGs with altered substrate specificity and optimum pH make it possible to apply this enzyme to new fields.

トランスグルタミナーゼはタンパク質のペプチド鎖内にあるγ-カルボキシアミド基のアシル転移反応を触媒する酵素である。本酵素をタンパク質に作用させるとε-(γ-Glu)-Lys架橋形成反応、Glnの脱アミド化によるGluへの置換反応が起こりうる。トランスグルタミナーゼとしては、これまでに動物由来のものと微生物由来のものが知られている。前者は、Ca2+依存性の酵素で、動物の臓器、皮膚、血液などに分布している。例えば、モルモット肝臓トランスグルタミナーゼ(非特許文献1)、ヒト表皮ケラチン細胞トランスグルタミナーゼ(非特許文献2)、ヒト血液凝固因子XIII(非特許文献3)などがある。後者については、ストレプトマイセス属の菌から、Ca2+非依存性のものが発見されている。例えば、ストレプトマイセス・グリセオカルネウス(Streptomyces griseocarneus)NBRC 12776、ストレプトマイセス・シナモネウス(Streptomyces cinnamoneus)NBRC 12852、ストレプトマイセス・モバラエンシス(Streptomyces mobaraensis)NBRC 13819等が挙げられる。そのうちストレプトマイセス・モバラエンシスのvariantの培養上清から見出されたトランスグルタミナーゼをMTG(Microbial Transglutaminase)と称する。更に、ストレプトマイセス・リジクス (Streptomyces lydicus) NRRL B-3446からも、Ca2+非依存性トランスグルタミナーゼが発見されている(特許文献1)。これらの微生物が生産するトランスグルタミナーゼの一次構造はペプチドマッピング及び遺伝子構造解析の結果、動物由来のものとは相同性を全く持たないことが判明している(特許文献2)。 Transglutaminase is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction of a γ-carboxamide group in a peptide chain of a protein. When this enzyme is allowed to act on a protein, ε- (γ-Glu) -Lys cross-linking reaction and substitution reaction to Glu by deamidation of Gln can occur. As transglutaminase, an animal-derived one and a microorganism-derived one have been known so far. The former is a Ca 2+ -dependent enzyme and is distributed in animal organs, skin, blood and the like. For example, there are guinea pig liver transglutaminase (Non-patent document 1), human epidermal keratinocyte transglutaminase (Non-patent document 2), human blood coagulation factor XIII (Non-patent document 3), and the like. About the latter, the thing of Ca2 + independent was discovered from the microbe of Streptomyces genus. Examples include Streptomyces griseocarneus NBRC 12776, Streptomyces cinnamoneus NBRC 12852, Streptomyces mobaraensis NBRC 13819, and the like. Among these, the transglutaminase found in the culture supernatant of Streptomyces mobaraensis variant is called MTG (Microbial Transglutaminase). Furthermore, Ca 2+ -independent transglutaminase has also been discovered from Streptomyces lydicus NRRL B-3446 (Patent Document 1). As a result of peptide mapping and gene structure analysis, it has been found that the primary structure of transglutaminase produced by these microorganisms has no homology with those derived from animals (Patent Document 2).

MTGは331個のアミノ酸からなる分子量約38,000の単量体タンパク質である(非特許文献4)。MTGは、上記菌類等の培養物から精製操作を経て製造されているため、供給量、効率等の点で問題があった。また、遺伝子工学的手法によるトランスグルタミナーゼの製造も試みられている。エシェリヒア・コリ(E.coli)、酵母等による分泌発現による方法(特許文献3)や、エシェリヒア・コリでMTGをタンパク質封入体として発現させた後、この封入体をタンパク質変性剤で可溶化し、脱変性剤処理を経て再生させることにより活性をもつMTGを生産する方法(特許文献4)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)でMTGを分泌発現する方法(特許文献5)が報告されている。動物由来のトランスグルタミナーゼとは異なり、MTGをはじめとする微生物由来のトランスグルタミナーゼは、Ca2+非依存性であるため、ゼリー等のゲル化食品、ヨーグルト、チーズ、あるいはゲル状化粧品などの製造や食肉の肉質改善等に利用されている(特許文献6)。また、熱に安定なマイクロカプセルの素材、固定化酵素の担体などの製造に利用されているなど、産業上利用性の高い酵素である。酵素反応条件については、例えば、ゲル化食品の場合、酵素反応時間が短いと固まらず、逆に反応時間が長過ぎると堅くなり過ぎて、商品とならない。そこで、ゼリー等のゲル化食品、ヨーグルト、チーズ、あるいはゲル状化粧品などの製造や食肉の肉質改善等にMTGを利用する場合、基質及び酵素の濃度、反応温度、反応時間を調節することによって、目的物を作製している。しかしながら、MTGを利用した食品や試薬などが多岐にわたるにつれて、濃度、温度、時間等を調節するだけでは、目的とする製品を作製できない場合があり、MTGの酵素活性を改質する必要性が生じている。
特許文献7はMTGの立体構造を開示し、活性中心が64位のCys残基であることを開示しているが、立体構造中で活性中心近傍にくるアミノ酸を変異させることにより酵素活性の向上がもたらされることを具体的に示してはいない。
MTG is a monomeric protein consisting of 331 amino acids and having a molecular weight of about 38,000 (Non-patent Document 4). Since MTG is produced from a culture such as the above fungus through a purification operation, there are problems in terms of supply amount, efficiency, and the like. Attempts have also been made to produce transglutaminase by genetic engineering techniques. Escherichia coli (E. coli), a method by secretory expression by yeast or the like (Patent Document 3), or after expressing MTG as a protein inclusion body in Escherichia coli, the inclusion body is solubilized with a protein denaturant, A method for producing active MTG by regenerating through a denaturant treatment (Patent Document 4) and a method for secreting and expressing MTG in Corynebacterium glutamicum (Patent Document 5) have been reported. . Unlike animal-derived transglutaminase, MTG and other microorganism-derived transglutaminases are Ca 2+ -independent. Therefore, production of gelled foods such as jelly, yogurt, cheese, or gel-like cosmetics and meat (Patent Document 6). In addition, it is an enzyme with high industrial applicability, such as being used for the production of heat-stable microcapsule materials and immobilized enzyme carriers. As for the enzyme reaction conditions, for example, in the case of gelled food, if the enzyme reaction time is short, it does not harden. Conversely, if the reaction time is too long, it becomes too hard and does not become a commercial product. Therefore, when MTG is used for the production of gelled foods such as jelly, yogurt, cheese, or gel cosmetics, and for improving meat quality, etc., by adjusting the concentration of substrate and enzyme, reaction temperature, and reaction time, The object is being made. However, as foods and reagents using MTG diversify, it may not be possible to produce the target product by simply adjusting the concentration, temperature, time, etc., and the necessity of modifying the enzyme activity of MTG arises. ing.
Patent Document 7 discloses the three-dimensional structure of MTG, which discloses that the active center is the Cys residue at the 64th position, but improves the enzyme activity by mutating an amino acid near the active center in the three-dimensional structure. It does not specifically show that

MTGはこれまで、主に食品分野で利用されてきた。繊維、化成品(写真フィルム、皮なめし)、飼料、香粧品、医薬など様々な用途での応用可能性が示唆されているものの、これらの分野で実用化されているものは少ない。その理由としては、当該分野で産業上利用するにあたり、MTGの反応性が低いことが原因として挙げられる。MTGは、タンパク質中のグルタミン残基に反応するが、タンパク質中の全てのグルタミン残基に反応するわけではなく、グルタミン残基の周りのアミノ酸の一次配列、立体構造によって反応するグルタミン残基と反応しないグルタミン残基が存在することが知られている。また、トランスグルタミナーゼの種類によって、反応するグルタミン残基と個々のグルタミン残基への反応性が異なることが知られている(特許文献8)。このグルタミン残基への反応性が変化した変異体トランスグルタミナーゼをタンパク質に作用させると、もとの(即ち野生型)トランスグルタミナーゼを作用させた場合と比べて、タンパク質の架橋度、すなわち、ゲル化の度合も変化することになる。   So far, MTG has been mainly used in the food field. Although the possibility of application in various applications such as fibers, chemical products (photographic film, leather tannery), feed, cosmetics, and medicine has been suggested, there are few that have been put to practical use in these fields. The reason for this is that MTG has low reactivity when used industrially in this field. MTG reacts with glutamine residues in proteins, but does not react with all glutamine residues in proteins, but reacts with glutamine residues that react with the primary sequence and conformation of amino acids around glutamine residues. It is known that there are not glutamine residues. In addition, it is known that the reactivity to a reactive glutamine residue and an individual glutamine residue differs depending on the type of transglutaminase (Patent Document 8). When this mutant transglutaminase with altered reactivity to glutamine residues is allowed to act on the protein, the degree of cross-linking of the protein, ie gelation, is greater than when the original (ie, wild type) transglutaminase is allowed to act. The degree of will also change.

繊維分野では、トランスグルタミナーゼによるウールの改質が知られている。すなわち、ウールをトランスグルタミナーゼで処理することによって、風合いを維持したまま防縮性、抗ピリング性および疎水性を付与できることが知られている(特許文献9)。しかしながら、トランスグルタミナーゼを繊維分野で使用する場合、その価格が高いことから、ウールのケラチンに対する活性を向上させることによってトランスグルタミナーゼの使用量を少なくすることができれば、ウールの改質にトランスグルタミナーゼを利用することが可能になると考えられる。   In the textile field, modification of wool with transglutaminase is known. That is, it is known that by treating wool with transglutaminase, it is possible to impart shrinkage resistance, anti-pilling property and hydrophobicity while maintaining the texture (Patent Document 9). However, when transglutaminase is used in the fiber field, its price is high, so if the amount of transglutaminase used can be reduced by improving the activity of wool against keratin, transglutaminase can be used to modify wool. It will be possible to do this.

写真フィルム、印画紙などには、化学架橋剤によって架橋されたゼラチンがコートされていることが知られている。ゼラチンは、食品素材でもあり、トランスグルタミナーゼで架橋されることが知られている。また、化学架橋剤の代替としてトランスグルタミナーゼを使用した写真フィルムが有用であることも知られている(特許文献10)。しかしながら、トランスグルタミナーゼを写真フィルムへ使用する場合、その価格が高いことから、ゼラチンに対する活性を向上させることによってトランスグルタミナーゼの使用量を少なくすることができれば、写真フィルムの製造にトランスグルタミナーゼを利用することが可能になると考えられる。   It is known that photographic film, photographic paper and the like are coated with gelatin crosslinked by a chemical crosslinking agent. Gelatin is also a food material and is known to be cross-linked with transglutaminase. It is also known that a photographic film using transglutaminase as an alternative to a chemical crosslinking agent is useful (Patent Document 10). However, when transglutaminase is used for photographic film, its price is high, so if the amount of transglutaminase used can be reduced by improving the activity against gelatin, transglutaminase should be used for the production of photographic film. Will be possible.

皮なめしとは、動物の皮(hide/skin)に、複数の工程からなる処理、加工を施し、皮を、耐久性、柔軟性のある革にする加工のことであるが、この加工は、6価クロムで皮のコラーゲンを架橋することによって行われる。6価クロムは、有害で環境中への放出が好ましくないため、代替法の開発が強く求められている。皮なめしへのトランスグルタミナーゼの利用については、特許文献11で微生物由来トランスグルタミナーゼが皮なめしに使用できることが開示されているが、実際に皮に作用させた実施例はなく、いまだ実用化されていない。Jelenskaらは、動物由来トランスグルタミナーゼを使用した場合、天然型コラーゲンに対する活性は低いと報告している(非特許文献5)。微生物由来トランスグルタミナーゼにおいても、天然型コラーゲンに対する活性が低いために実用化されていないと考えられ、皮なめしにトランスグルタミナーゼを利用する場合、コラーゲンに対する活性が高い変異体トランスグルタミナーゼが必要と考えられる。コラーゲンは不溶性であるが、その熱変性物であるゼラチンは可溶性であり、トランスグルタミナーゼの基質として活性を評価しやすい。ゼラチンに対する活性の高い変異体トランスグルタミナーゼであれば、コラーゲンに対する活性も高いことが予測され、皮なめしに適用可能な変異体トランスグルタミナーゼと考えられる。   Skin tanning is the process of making hide / skin an animal skin (hide / skin) that is processed and processed in multiple steps to make the leather durable and flexible. This is done by crosslinking the collagen of the skin with hexavalent chromium. Hexavalent chromium is harmful and undesirable for release into the environment, so there is a strong demand for the development of alternative methods. Regarding the use of transglutaminase for tanning, Patent Document 11 discloses that microbial-derived transglutaminase can be used for tanning, but there is no example that actually acts on skin, and it has not yet been put into practical use. . Jelenska et al. Reported that when animal-derived transglutaminase is used, the activity against natural collagen is low (Non-patent Document 5). Microorganism-derived transglutaminase is also considered to have not been put into practical use because of its low activity against natural collagen, and when transglutaminase is used for tanning, a mutant transglutaminase with high activity against collagen is considered necessary. Although collagen is insoluble, gelatin, which is a heat-denatured product thereof, is soluble, and its activity is easily evaluated as a substrate for transglutaminase. A mutant transglutaminase having high activity against gelatin is expected to have high activity against collagen and is considered to be a mutant transglutaminase applicable to tanning.

革製品の仕上げでは、カゼイン仕上げという工程も存在し、皮革が化学架橋剤で硬化したカゼインの仕上がりをもって提供されることが知られている。カゼイン仕上げへの利用においても、実用化においては、カゼインに対する活性の向上による使用量低減が求められていると考えられる。   In finishing leather products, there is a process called casein finishing, and it is known that leather is provided with a casein finish obtained by curing with a chemical crosslinking agent. Also in use for casein finishing, in practical use, it is considered that a reduction in the amount of use by improving activity against casein is required.

以上、述べてきたように、TGを汎用的な領域(繊維加工、写真フィルムの製造、皮なめしなど)で使用する場合、TGの酵素活性を向上させ、使用量を少なくする必要があり、MTGの酵素活性の向上が不可避である。   As described above, when TG is used in a general-purpose area (fiber processing, photographic film production, leather tanning, etc.), it is necessary to improve the enzyme activity of TG and reduce the amount used. Improvement of enzyme activity is inevitable.

MTGの酵素活性を改質するためには、MTGの変異体を作製し、その活性等を評価し、優良な変異体を探し出す必要がある。変異体を作製するには、野生型の遺伝子を操作する必要があり、したがって、遺伝子組換えタンパク質が調製可能なことが必要条件となる。MTGの場合は、コリネバクテリウム・グルタミカムを用いての分泌発現系が確立されている(特許文献5)。優良な変異体とは、カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンなどの高分子基質に対する活性が向上した変異体である。
特表平10-504721号公報 欧州特許公開公報0 481 504 A1 特開平5-199883号公報 特開平6-30771号公報 国際公開第2002/081694号パンフレット 特開昭64-27471号公報 国際公開第2002/014518号パンフレット 特開2001-321192号公報 特開平3-213574号公報 特開2004-29383号公報 米国特許6,849,095号明細書 K.Ikura et al., Biochemistry, 27, 2898, 1988 M.A. Phillips et al., Proc. Natl.Acad. Sci. U.S.A, 87, 9333, 1990 A. Ichinose et al., Biochemistry, 25, 6900, 1990 T. Kanaji et al., Journal of Biological Chemistry. 268, 11565, 1993 M.M. Jelenska et al., Biochimica et Biophysica Acta, 616, 167-178, 1980
In order to modify the enzyme activity of MTG, it is necessary to prepare a mutant of MTG, evaluate its activity, etc., and find a superior mutant. In order to produce a mutant, it is necessary to manipulate a wild-type gene, and therefore it is necessary that a recombinant protein can be prepared. In the case of MTG, a secretory expression system using Corynebacterium glutamicum has been established (Patent Document 5). Excellent mutants are mutants with improved activity against polymer substrates such as casein, gelatin, collagen and keratin.
Japanese National Patent Publication No. 10-504721 European Patent Publication 0 481 504 A1 Japanese Patent Laid-Open No. 5-199883 JP-A-6-30771 International Publication No. 2002/081694 Pamphlet Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-27471 International Publication No. 2002/014518 Pamphlet JP 2001-321192 A JP-A-3-213574 JP 2004-29383 A US Patent 6,849,095 K. Ikura et al., Biochemistry, 27, 2898, 1988 MA Phillips et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87, 9333, 1990 A. Ichinose et al., Biochemistry, 25, 6900, 1990 T. Kanaji et al., Journal of Biological Chemistry. 268, 11565, 1993 MM Jelenska et al., Biochimica et Biophysica Acta, 616, 167-178, 1980

本発明の目的は、野生型(以下単にWTとも略す)トランスグルタミナーゼと比較して高分子基質(特にタンパク質基質)に対する活性が向上したトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質を提供することである。特に、カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンを架橋する活性が向上したトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質を提供することにより、酵素の使用量を低下させ、それによってウールの改質、写真フィルムの製造、皮なめしなどにトランスグルタミナーゼを適用することを可能とする。   An object of the present invention is to provide a transglutaminase mutant protein having improved activity against a macromolecular substrate (particularly a protein substrate) as compared to wild-type (hereinafter also simply referred to as WT) transglutaminase. In particular, by providing a transglutaminase mutant protein with improved activity of cross-linking casein, gelatin, collagen, and keratin, the amount of enzyme used is reduced, thereby modifying wool, producing photographic films, tanning, etc. Makes it possible to apply transglutaminase.

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、WTトランスグルタミナーゼに適切な変異を導入することによって、カゼイン、ゼラチン、コラーゲン及びケラチンなどのタンパク質基質に対する活性が向上したトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質を作製し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have introduced transmutaminase mutations with improved activity against protein substrates such as casein, gelatin, collagen and keratin by introducing appropriate mutations into WT transglutaminase. It has been found that body proteins can be produced, and the present invention has been completed.

本発明を概説すれば、以下に列挙するとおりである。
[1] トランスグルタミナーゼ活性を有し、下記A、B、C又はDのアミノ酸配列を有するタンパク質:
(A)配列番号2において、3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312及び320位から選択される少なくとも1の位置に変異を有するアミノ酸配列;
(B)(A)の配列において、3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312又は320位以外の位置に、1〜数残基の置換、欠失、付加及び/又は挿入を有するアミノ酸配列;
(C)配列番号4、6、8、10及び12から選択されるアミノ酸配列、または、配列番号2、4、6、8、10及び12から選択されるアミノ酸配列と70%以上の相同性を有しトランスグルタミナーゼ活性を有するタンパク質のアミノ酸配列中の、配列番号2の3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312及び320位に対応する位置から選択される少なくとも1つの位置に変異を有するアミノ酸配列;又は
(D)(C)の配列において、配列番号2の3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312又は320位に対応する位置以外の位置に、1〜数残基の置換、欠失、付加及び/又は挿入を有するアミノ酸配列。
[2] 前記変異の位置が、10、12、14、16、30、32、34、38、42、49、65、77、199、299、312及び320位から選択される、上記[1]に記載のタンパク質。
[3] 前記変異が以下の変異から選択される、上記[1]または[2]に記載のタンパク質:
1)3位:フェニルアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン又はアスパラギンへの置換;
2)5位:リジンへの置換;
3)10位:セリンへの置換;
4)12位:セリンへの置換;
5)14位:アスパラギンへの置換;
6)16位:スレオニン、セリン、ロイシン、リジン又はアスパラギンへの置換;
7)26位:フェニルアラニンへの置換;
8)28位:アスパラギン酸への置換;
9)30位:アスパラギン酸への置換;
10)32位:アスパラギン酸への置換;
11)34位:フェニルアラニンへの置換;
12)38位:フェニルアラニンへの置換;
13)42位:ヒスチジンへの置換;
14)49位:アルギニンへの置換;
15)58位:アスパラギン酸への置換;
16)59位:ロイシン又はフェニルアラニンへの置換;
17)65位:イソロイシンへの置換;
18)74位:アスパラギン、アラニン又はセリンへの置換;
19)75位:フェニルアラニン、アラニン、ヒスチジン、イソロイシン、トリプトファン、バリン又はプロリンへの置換;
20)77位:セリン、アラニン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン又はプロリンへの置換;
21)199位:アラニン、ロイシン又はスレオニンへの置換;
22)238位:フェニルアラニン又はロイシンへの置換;
23)241位:アラニンへの置換;
24)248位:セリンへの置換;
25)284位:グリシン又はスレオニンへの置換;
26)289位:フェニルアラニン又はチロシンへの置換;
27)299位:ロイシンへの置換;
28)303位:フェニルアラニンへの置換;
29)312位:バリンへの置換;及び
30)320位:アスパラギン酸への置換。
[4] 上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載のタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
[5] 上記[4]に記載のポリヌクレオチドを含む組換えベクター。
[6] 上記[5]に記載の組換えベクターで形質転換された宿主細胞。
[7] 上記[6]に記載の宿主細胞を培養し、トランスグルタミナーゼ活性を有するタンパク質を採取することを特徴とする、上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載のタンパク質の製造方法。
[8] 上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載のタンパク質、上記[7]に記載の方法によって製造されたタンパク質、又は上記[6]に記載の宿主細胞を高分子基質に作用させる工程を含む、当該高分子基質の加工方法。
[9] 前記高分子基質が基質タンパク質である、上記[8]に記載の方法。
[10] 前記基質タンパク質が、コラーゲン、ゼラチン、カゼイン又はケラチンである、上記[9]に記載の方法。
[11] 皮なめし用、繊維加工用または写真フィルムの製造用である、上記[8]〜[10]のいずれか1項に記載の方法。
The present invention is outlined as follows.
[1] A protein having transglutaminase activity and having the following amino acid sequence of A, B, C, or D:
(A) In SEQ ID NO: 2, 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, 65, 74, 75, 77, 199, An amino acid sequence having a mutation at at least one position selected from positions 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 and 320;
(B) In the arrangement of (A), 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, 65, 74, 75, 77, Amino acid sequences having 1 to several residue substitutions, deletions, additions and / or insertions at positions other than positions 199, 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 or 320;
(C) An amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 4, 6, 8, 10 and 12 or an amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10 and 12 has a homology of 70% or more 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, SEQ ID NO: 2 in the amino acid sequence of the protein having transglutaminase activity. An amino acid sequence having a mutation at at least one position selected from positions corresponding to positions 65, 74, 75, 77, 199, 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 and 320; or (D ) In the sequence of (C), 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, 65, 74, 75 of SEQ ID NO: 2. Amino acids having 1 to several residue substitutions, deletions, additions and / or insertions at positions other than positions corresponding to positions 7, 199, 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 or 320 An array.
[2] The position of the mutation is selected from positions 10, 12, 14, 16, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 65, 77, 199, 299, 312 and 320 [1] The protein according to 1.
[3] The protein according to [1] or [2] above, wherein the mutation is selected from the following mutations:
1) 3rd position: substitution with phenylalanine, valine, leucine, isoleucine or asparagine;
2) 5-position: substitution with lysine;
3) 10th position: substitution with serine;
4) 12th position: substitution with serine;
5) 14th position: substitution with asparagine;
6) 16th position: substitution with threonine, serine, leucine, lysine or asparagine;
7) 26th position: substitution with phenylalanine;
8) 28th position: substitution with aspartic acid;
9) Position 30: substitution to aspartic acid;
10) Position 32: substitution to aspartic acid;
11) 34th position: substitution with phenylalanine;
12) 38th position: substitution with phenylalanine;
13) Position 42: substitution to histidine;
14) 49th position: substitution with arginine;
15) 58th position: substitution with aspartic acid;
16) 59th position: substitution with leucine or phenylalanine;
17) 65th position: substitution with isoleucine;
18) 74th position: substitution with asparagine, alanine or serine;
19) 75th position: substitution with phenylalanine, alanine, histidine, isoleucine, tryptophan, valine or proline;
20) Position 77: substitution with serine, alanine, phenylalanine, leucine, valine, asparagine, tryptophan, tyrosine or proline;
21) Position 199: substitution with alanine, leucine or threonine;
22) Position 238: substitution to phenylalanine or leucine;
23) Position 241: substitution with alanine;
24) Position 248: substitution with serine;
25) position 284: substitution to glycine or threonine;
26) Position 289: substitution with phenylalanine or tyrosine;
27) Position 299: substitution with leucine;
28) 303 position: substitution with phenylalanine;
29) 312 position: substitution with valine; and
30) Position 320: substitution with aspartic acid.
[4] A polynucleotide encoding the protein according to any one of [1] to [3] above.
[5] A recombinant vector comprising the polynucleotide according to [4] above.
[6] A host cell transformed with the recombinant vector according to [5] above.
[7] The production of the protein according to any one of [1] to [3] above, wherein the host cell according to [6] is cultured and a protein having transglutaminase activity is collected. Method.
[8] The protein according to any one of [1] to [3] above, the protein produced by the method according to [7] above, or the host cell according to [6] above as a polymer substrate A method for processing the polymer substrate, comprising a step of acting.
[9] The method according to [8] above, wherein the polymer substrate is a substrate protein.
[10] The method according to [9] above, wherein the substrate protein is collagen, gelatin, casein or keratin.
[11] The method according to any one of [8] to [10], wherein the method is for leather tanning, fiber processing, or photographic film production.

本発明によれば、WTトランスグルタミナーゼの改変によって、高分子基質に対する活性が向上したトランスグルタミナーゼを提供することができる。更に、高分子基質に対する活性が向上したトランスグルタミナーゼを用いることにより、新規製品、及び新規技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the transglutaminase which improved the activity with respect to a polymeric substrate can be provided by modification | change of WT transglutaminase. Furthermore, a new product and a new technique can be provided by using transglutaminase having improved activity against a polymer substrate.

以下、本発明を具体的に説明する。トランスグルタミナーゼは、ゼラチン、チーズ、ヨーグルト、豆腐、蒲鉾、ハム、ソーセージ、麺類などの食品の製造や食肉の肉質改善等に広く利用されている(特開昭64-27471号)。また、熱に安定なマイクロカプセルの素材、固定化酵素の担体などの製造に利用されているなど、産業上種々の目的に使用されている酵素である。トランスグルタミナーゼは、タンパク質分子のペプチド鎖内にあるグルタミン残基のγ−カルボキシアミド基のアシル転移反応を触媒する。タンパク質分子中のリジン残基のε−アミノ基がアシル受容体として作用するとタンパク質分子中及び分子間においてε−(γ−Glu)−Lys結合が形成される。   Hereinafter, the present invention will be specifically described. Transglutaminase is widely used for the production of foods such as gelatin, cheese, yogurt, tofu, salmon, ham, sausage, noodles and the like, and for improving meat quality (Japanese Patent Laid-Open No. 64-27471). In addition, it is an enzyme used for various industrial purposes, such as being used in the production of heat-stable microcapsule materials and immobilized enzyme carriers. Transglutaminase catalyzes the acyl transfer reaction of the γ-carboxyamide group of a glutamine residue in the peptide chain of a protein molecule. When the ε-amino group of the lysine residue in the protein molecule acts as an acyl acceptor, an ε- (γ-Glu) -Lys bond is formed in the protein molecule and between the molecules.

トランスグルタミナーゼは、動物由来のCa2+依存性のものと微生物由来のCa2+非依存性のものとに大別される。微生物由来のTGとしては、放線菌由来のものが知られている。各種放線菌由来のTGのヌクレオチド配列及びアミノ酸配列の代表例を、下記表に示す。 Transglutaminase is broadly divided into those of the Ca 2+ -independent and microbial origin that of Ca 2+ dependence of animal origin. As TG derived from microorganisms, those derived from actinomycetes are known. Representative examples of nucleotide sequences and amino acid sequences of TGs derived from various actinomycetes are shown in the following table.

これら以外のトランスグルタミナーゼホモログを用いても、本明細書中に記載される方法に従って、トランスグルタミナーゼ活性(特に、タンパク質基質などの高分子基質に対する活性)が向上した変異体タンパク質を得ることができる。すなわち、トランスグルタミナーゼは、微生物種や株によってはその配列が若干異なる場合もあるため、本発明の変異体タンパク質を得るために改変され得るトランスグルタミナーゼのアミノ酸配列は、上記アミノ酸配列2、4、6、8、10及び12に限定されず、トランスグルタミナーゼ活性を有するタンパク質であれば、配列番号2、4、6、8、10又は12とそれぞれ70%、好ましくは80%、更に好ましくは90%、とりわけ好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の相同性を有するタンパク質であれば、後述する方法と同様にしてアラインメントを実施し、対応するアミノ酸残基を特定することによって、当該アミノ酸残基に変異を導入し、本発明の変異体を得ることができる。なお、ここにいう「相同性」とは同一性をいう。
相同性の解析は、例えば、「Genetyx ver. 7(Genetyx Corporation)」のデフォルトパラメーターを用いて計算することができる。
さらに、前記配列番号1、3、5、7、9もしくは11に記載のヌクレオチド配列と相補的な配列又はこれらの配列から調製され得るプローブとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドであって、トランスグルタミナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドもまた本発明の変異体タンパク質の作成に用いることが出来る。
ここに、「ストリンジェントな条件」とは、例えば、相同性が高いヌクレオチド配列同士、例えば80、90、95、97または99%以上の相同性を有するヌクレオチド配列同士がハイブリダイズし、それより相同性が低いヌクレオチド配列同士がハイブリダイズしない条件、具体的には通常のサザンハイブリダイゼーションの洗浄条件である60℃、1xSSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1xSSC、0.1%SDS、さらに好ましくは、68℃、0.1xSSC、0.1%SDSに相当する塩濃度及び温度で、1回、より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。
プローブとして、配列番号1、3、5、7、9又は11のヌクレオチド配列の部分配列を用いることもできる。そのようなプローブは、該ヌクレオチド配列に基づいて作製したオリゴヌクレオチドをプライマーとし、配列番号1、3、5、7、9又は11のヌクレオチド配列を含むDNA断片を鋳型とするPCRによって作製することができる。例えば、プローブとして、300bp程度の長さのDNA断片を用いる場合には、ハイブリダイゼーションの洗いの条件としては、50℃、2xSSC、0.1%SDSが挙げられる。
Even when a transglutaminase homolog other than these is used, a mutant protein having improved transglutaminase activity (particularly, activity against a macromolecular substrate such as a protein substrate) can be obtained according to the method described herein. That is, since transglutaminase may have a slightly different sequence depending on the microorganism species and strain, the amino acid sequence of transglutaminase that can be modified to obtain the mutant protein of the present invention is the above amino acid sequence 2, 4, 6 , 8, 10 and 12 as long as the protein has transglutaminase activity, SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10 or 12, respectively 70%, preferably 80%, more preferably 90%, Particularly preferably, if the protein has a homology of 95% or more, most preferably 98% or more, alignment is performed in the same manner as described later, and the corresponding amino acid residue is identified, whereby the amino acid residue is identified. Mutations can be introduced into the mutants of the present invention. Here, “homology” refers to identity.
The homology analysis can be calculated using, for example, default parameters of “Genetyx ver. 7 (Genetyx Corporation)”.
Further, a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a sequence complementary to the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, or 11 or a probe that can be prepared from these sequences. A polynucleotide encoding a protein having transglutaminase activity can also be used for the production of the mutant protein of the present invention.
Here, “stringent conditions” means, for example, nucleotide sequences having high homology, for example, nucleotide sequences having homology of 80, 90, 95, 97 or 99% or more hybridize to each other, and homology is more than that. Under conditions where nucleotide sequences with low specificity do not hybridize, specifically, washing conditions for normal Southern hybridization, 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, more preferably 68 The conditions include washing once, more preferably 2-3 times at a salt concentration and temperature corresponding to ° C., 0.1 × SSC, and 0.1% SDS.
As a probe, a partial sequence of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9 or 11 can also be used. Such a probe can be prepared by PCR using an oligonucleotide prepared based on the nucleotide sequence as a primer and a DNA fragment containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9 or 11 as a template. it can. For example, when a DNA fragment having a length of about 300 bp is used as a probe, hybridization washing conditions include 50 ° C., 2 × SSC, and 0.1% SDS.

「トランスグルタミナーゼ活性」とは、上記のように、タンパク質中のグルタミン残基とリジン残基との間に架橋を形成する活性を意味する。本明細書中では、特に、基質タンパク質(例えば、カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンなど)間に架橋を形成すること、即ち基質タンパク質をゲル化する活性をいう。即ち、タンパク質に対する活性とは、タンパク質を架橋(ゲル化)する活性をいう。   “Transglutaminase activity” means the activity of forming a bridge between a glutamine residue and a lysine residue in a protein as described above. In the present specification, it particularly refers to the activity of forming a cross-link between substrate proteins (eg, casein, gelatin, collagen, keratin, etc.), that is, gelling the substrate protein. That is, the activity with respect to protein refers to the activity of crosslinking (gelling) the protein.

「WT(野生型)トランスグルタミナーゼ」とは、アミノ酸配列の変異が導入されていない天然に存在するトランスグルタミナーゼを意味する。このWTトランスグルタミナーゼ活性と比較してトランスグルタミナーゼ変異体の活性が「向上」したとき、この変異体は本発明の好ましい変異体である。   “WT (wild type) transglutaminase” means a naturally occurring transglutaminase into which no amino acid sequence mutation has been introduced. When the activity of a transglutaminase variant is “improved” compared to this WT transglutaminase activity, this variant is a preferred variant of the present invention.

「トランスグルタミナーゼ変異体タンパク質(本発明のトランスグルタミナーゼ変異体又は単に本発明の変異体などと呼ぶ)」は、配列番号2において、(A)3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312及び320位から選択される少なくとも1の位置に変異を有するアミノ酸配列;或いは(B)これらの位置以外の位置に、1〜数残基の置換、欠失、付加及び/又は挿入を有するアミノ酸配列、を有するタンパク質である。さらに、(C)配列番号4、6、8、10及び12から選択されるアミノ酸配列中の、上記位置に対応する位置から選択される少なくとも1つの位置に変異を有するアミノ酸配列;或いは(D)そのような対応する位置以外の位置に、1〜数残基の置換、欠失、付加及び/又は挿入を有するアミノ酸配列、を有するタンパク質もまた、本発明の範囲内である。   The “transglutaminase mutant protein (referred to as the transglutaminase mutant of the present invention or simply the mutant of the present invention)” is represented by (A) 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, 65, 74, 75, 77, 199, 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 and 320 A protein having an amino acid sequence having a mutation at at least one position; or (B) an amino acid sequence having substitution, deletion, addition and / or insertion of 1 to several residues at positions other than these positions. And (C) an amino acid sequence having a mutation at at least one position selected from positions corresponding to the above positions in an amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 4, 6, 8, 10 and 12; or (D) Proteins having amino acid sequences having one to several residue substitutions, deletions, additions and / or insertions at positions other than such corresponding positions are also within the scope of the present invention.

上記変異の位置は、10、12、14、16、30、32、34、38、42、49、65、77、199、299、312及び320位(上記(C)及び(D)の配列中の対応する位置を含む)から選択してもよい。これらの位置での変異は活性の面からも好ましい。   The positions of the mutations are positions 10, 12, 14, 16, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 65, 77, 199, 299, 312 and 320 (in the sequences (C) and (D) above. (Including the corresponding position). Mutations at these positions are preferable from the viewpoint of activity.

本明細書において、配列番号4、6、8、10及び12から選択されるアミノ酸配列中の、上記位置に「対応する」位置は、これらの配列と配列番号2のアミノ酸配列とをアラインさせて決定される。また、本明細書中に示されたもの以外のトランスグルタミナーゼホモログのアミノ酸配列を配列番号2のアミノ酸配列とアラインメントさせて「対応する」位置を決定し、その位置に変異を導入することも可能である。例えば、配列番号2と他の配列とをアラインさせる際にギャップが導入される場合は、上で言及した位置は前後にずれる可能性があることに留意すべきである。対応する位置については、例えば図3を参照のこと。   In the present specification, in the amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 4, 6, 8, 10 and 12, the position “corresponding” to the above position is obtained by aligning these sequences with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. It is determined. It is also possible to align the amino acid sequence of a transglutaminase homolog other than those shown in this specification with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 to determine the “corresponding” position, and to introduce a mutation at that position. is there. For example, if gaps are introduced when aligning SEQ ID NO: 2 with other sequences, it should be noted that the positions referred to above may shift back and forth. See, for example, FIG. 3 for the corresponding positions.

アミノ酸配列のアラインメントに使用されるアルゴリズムとしては、NCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool)、Karlinら, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877 (1993)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはNBLAST及びXBLASTプログラム(version 2.0)に組み込まれている(Altschulら, Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402 (1997))]、Needlemanら, J. Mol. Biol., 48: 444-453 (1970)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のGAPプログラムに組み込まれている]、Myers及びMiller, CABIOS, 4: 11-17 (1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはCGC配列アラインメントソフトウェアパッケージの一部であるALIGNプログラム(version 2.0)に組み込まれている]、Pearsonら, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2444-2448 (1988)に記載のアルゴリズム[該アルゴリズムはGCGソフトウェアパッケージ中のFASTAプログラムに組み込まれている]などが挙げられる。   Algorithms used for alignment of amino acid sequences are described in NCBI BLAST (National Center for Biotechnology Information Basic Local Alignment Search Tool), Karlin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5873-5877 (1993). [The algorithm is incorporated into the NBLAST and XBLAST programs (version 2.0) (Altschul et al., Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402 (1997))], Needleman et al., J. Mol. Biol., 48 The algorithm described in 444-453 (1970) [the algorithm is incorporated into the GAP program in the GCG software package], the algorithm described in Myers and Miller, CABIOS, 4: 11-17 (1988) [the algorithm Is incorporated into the ALIGN program (version 2.0) which is part of the CGC sequence alignment software package], an algorithm described in Pearson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2444-2448 (1988) [ The Algorithm is incorporated into FASTA program in the GCG software package] and the like.

なお、ストレプトマイセス・モバラエンシス由来トランスグルタミナーゼ(MTG)以外でも、本酵素とアミノ酸配列の相同性が認められるトランスグルタミナーゼ活性を有する酵素、あるいは、本酵素と類似の立体構造を持つと予想されるトランスグルタミナーゼ活性を有する酵素の改変を、MTGの立体構造を基に行うことは十分可能である。MTGにおいて、基質特異性等の改変に有効であるアミノ酸置換は、ストレプトマイセス・シナモネウスやストレプトマイセス・リジクス(特表平10-504721号)等の微生物に由来する類縁酵素においても有効であることが予測される。   In addition to Streptomyces mobaraensis-derived transglutaminase (MTG), an enzyme having transglutaminase activity in which homology between this enzyme and the amino acid sequence is recognized, or a trans that is expected to have a three-dimensional structure similar to this enzyme. It is sufficiently possible to modify an enzyme having glutaminase activity based on the three-dimensional structure of MTG. In MTG, amino acid substitution that is effective for modification of substrate specificity is also effective for related enzymes derived from microorganisms such as Streptomyces cinnamonius and Streptomyces rigix (Japanese translation of PCT publication No. 10-504721). It is predicted.

上記各々の位置における変異はアミノ酸残基の置換であることが好ましく、得られるトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質がトランスグルタミナーゼ活性を有している限り、特にWTトランスグルタミナーゼよりも高い活性を有している限り、どんな置換であってもよい。   The mutation at each of the above positions is preferably a substitution of an amino acid residue. As long as the resulting transglutaminase mutant protein has transglutaminase activity, particularly as long as it has higher activity than WT transglutaminase. Any substitution can be used.

このような変異は、以下の変異から選択されることが好ましい:
1)3位:フェニルアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン又はアスパラギンへの置換;
2)5位:リジンへの置換;
3)10位:セリンへの置換;
4)12位:セリンへの置換;
5)14位:アスパラギンへの置換;
6)16位:スレオニン、セリン、ロイシン、リジン又はアスパラギンへの置換;
7)26位:フェニルアラニンへの置換;
8)28位:アスパラギン酸への置換;
9)30位:アスパラギン酸への置換;
10)32位:アスパラギン酸への置換;
11)34位:フェニルアラニンへの置換;
12)38位:フェニルアラニンへの置換;
13)42位:ヒスチジンへの置換;
14)49位:アルギニンへの置換;
15)58位:アスパラギン酸への置換;
16)59位:ロイシン又はフェニルアラニンへの置換;
17)65位:イソロイシンへの置換;
18)74位:アスパラギン、アラニン又はセリンへの置換;
19)75位:フェニルアラニン、アラニン、ヒスチジン、イソロイシン、トリプトファン、バリン又はプロリンへの置換;
20)77位:セリン、アラニン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン又はプロリンへの置換;
21)199位:アラニン、ロイシン又はスレオニンへの置換;
22)238位:フェニルアラニン又はロイシンへの置換;
23)241位:アラニンへの置換;
24)248位:セリンへの置換;
25)284位:グリシン又はスレオニンへの置換;
26)289位:フェニルアラニン又はチロシンへの置換;
27)299位:ロイシンへの置換;
28)303位:フェニルアラニンへの置換;
29)312位:バリンへの置換;及び
30)320位:アスパラギン酸への置換。
これらの位置は、上記(C)及び(D)の配列中の「対応する位置」でもある。本発明の変異体は、これらのアミノ酸変異を1個だけ又は複数個組み合わせて有していてもよい。このような変異体タンパク質は、当該分野で公知の部位特異的変異の導入方法を用いることによって作製できる。例えば、変異の導入は、Stratagene社のQuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kitなどを用い、TG発現プラスミド(例えばpPSPTG11)に変異を導入し、目的の変異が入ったプラスミドを、各種宿主細胞(例えば、E.coliやコリネ型細菌)にエレクトロポレーションにより導入することにより、トランスグルタミナーゼ変異体タンパク質の産生株(以下、変異体TG産生株ともいう)が得られる。得られた変異体TG産生株を培養し、タンパク質を産生・取得することによって、トランスグルタミナーゼ変異体タンパク質が得られる。
Such mutations are preferably selected from the following mutations:
1) 3rd position: substitution with phenylalanine, valine, leucine, isoleucine or asparagine;
2) 5-position: substitution with lysine;
3) 10th position: substitution with serine;
4) 12th position: substitution with serine;
5) 14th position: substitution with asparagine;
6) 16th position: substitution with threonine, serine, leucine, lysine or asparagine;
7) 26th position: substitution with phenylalanine;
8) 28th position: substitution with aspartic acid;
9) Position 30: substitution to aspartic acid;
10) Position 32: substitution to aspartic acid;
11) 34th position: substitution with phenylalanine;
12) 38th position: substitution with phenylalanine;
13) Position 42: substitution to histidine;
14) 49th position: substitution with arginine;
15) 58th position: substitution with aspartic acid;
16) 59th position: substitution with leucine or phenylalanine;
17) 65th position: substitution with isoleucine;
18) 74th position: substitution with asparagine, alanine or serine;
19) 75th position: substitution with phenylalanine, alanine, histidine, isoleucine, tryptophan, valine or proline;
20) Position 77: substitution with serine, alanine, phenylalanine, leucine, valine, asparagine, tryptophan, tyrosine or proline;
21) Position 199: substitution with alanine, leucine or threonine;
22) Position 238: substitution to phenylalanine or leucine;
23) Position 241: substitution with alanine;
24) Position 248: substitution with serine;
25) position 284: substitution to glycine or threonine;
26) Position 289: substitution with phenylalanine or tyrosine;
27) Position 299: substitution with leucine;
28) 303 position: substitution with phenylalanine;
29) 312 position: substitution with valine; and
30) Position 320: substitution with aspartic acid.
These positions are also “corresponding positions” in the sequences (C) and (D). The mutant of the present invention may have only one or a combination of these amino acid mutations. Such a mutant protein can be prepared by using site-directed mutagenesis methods known in the art. For example, the mutation is introduced using Stratagene's QuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kit, etc., and the mutation is introduced into a TG expression plasmid (eg, pPSPTG11), and the plasmid containing the desired mutation is transformed into various host cells (eg, E by transporation into a .coli or coryneform bacterium), a transglutaminase mutant protein production strain (hereinafter also referred to as a mutant TG production strain) can be obtained. Transglutaminase mutant protein can be obtained by culturing the obtained mutant TG production strain and producing / acquiring the protein.

上記位置以外の位置における置換、欠失、付加及び/又は挿入は、得られるトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質がトランスグルタミナーゼ活性を有している限り、特にWTトランスグルタミナーゼよりも高い活性を有している限り、特に限定されない。このような変異体タンパク質が有する置換、欠失、付加及び/又は挿入の数は、1〜数残基(1〜30、好ましくは1〜15、更に好ましくは1〜5、4、3若しくは2残基)であることが望ましいが、その変異体タンパク質がトランスグルタミナーゼ活性を有している限り、特にWTトランスグルタミナーゼよりも高い活性を有している限り、任意の数のアミノ酸の置換、挿入、付加、欠失を含んでもよい。例えば、この変異が置換の場合、類似アミノ酸による置換(即ち、保存的アミノ酸置換)はタンパク質の機能に影響を与え難いことが予測されるので、類似アミノ酸による置換が好ましい。ここで「類似アミノ酸」とは、物理化学的性質において類似したアミノ酸を意味し、例えば、芳香族アミノ酸(Phe、Trp、Tyr)、脂肪族アミノ酸(Ala、Leu、Ile、Val)、極性アミノ酸(Gln、Asn)、塩基性アミノ酸(Lys、Arg、His)、酸性アミノ酸(Glu、Asp)、水酸基を有するアミノ酸(Ser、Thr)、側鎖の小さいアミノ酸(Gly、Ala、Ser、Thr、Met)などの同じグループに分類されるアミノ酸が挙げられる。保存的アミノ酸置換の具体例は当該技術分野で周知である。   Substitutions, deletions, additions and / or insertions at positions other than the above positions are as long as the resulting transglutaminase mutant protein has transglutaminase activity, and particularly has higher activity than WT transglutaminase. There is no particular limitation. The number of substitutions, deletions, additions and / or insertions of such a mutant protein is 1 to several residues (1 to 30, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 5, 4, 3 or 2). Residue), but as long as the mutant protein has transglutaminase activity, in particular as long as it has higher activity than WT transglutaminase, any number of amino acid substitutions, insertions, Additions and deletions may be included. For example, when this mutation is a substitution, substitution with a similar amino acid (ie, conservative amino acid substitution) is expected to hardly affect the function of the protein, and therefore substitution with a similar amino acid is preferable. Here, “similar amino acids” mean amino acids that are similar in physicochemical properties, such as aromatic amino acids (Phe, Trp, Tyr), aliphatic amino acids (Ala, Leu, Ile, Val), polar amino acids ( Gln, Asn), basic amino acids (Lys, Arg, His), acidic amino acids (Glu, Asp), amino acids with hydroxyl groups (Ser, Thr), amino acids with small side chains (Gly, Ala, Ser, Thr, Met) Amino acids classified into the same group. Examples of conservative amino acid substitutions are well known in the art.

本発明はまた、本発明のトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質をコードするポリヌクレオチド(本発明のポリヌクレオチドと呼ぶ)を提供する。このようなポリヌクレオチドは、当該分野で公知の方法(例えば、本明細書中に記載した方法)を用いて取得可能である。適切な制限酵素を用いて、このポリヌクレオチドをベクターに挿入し、組換えベクターを得ることができる。   The present invention also provides a polynucleotide encoding the transglutaminase mutant protein of the present invention (referred to as the polynucleotide of the present invention). Such polynucleotides can be obtained using methods known in the art (for example, the methods described herein). Using an appropriate restriction enzyme, this polynucleotide can be inserted into a vector to obtain a recombinant vector.

本発明の組換えベクターに使用するベクター骨格は、その目的(例えば、クローニング、タンパク質の発現)に応じて、或いはこのベクターを導入すべき宿主細胞、好ましくは微生物に適したものを適宜選択し、使用することができる。この組換えベクターが発現ベクターである場合、この発現ベクターは、適切なプロモーターに機能可能に連結された本発明のポリヌクレオチドを含み、好ましくは本発明のポリヌクレオチドの下流に転写終結シグナル、すなわちターミネーター領域を含む。さらに、形質転換体を選択するための選択マーカー遺伝子(薬剤耐性遺伝子、栄養要求性変異を相補する遺伝子等)をさらに含むこともできる。また、発現したタンパク質の分離・精製に有用なタグ配列をコードする配列等を含んでもよい。また、ベクターは、対象宿主細胞のゲノムに組み込まれるものであってもよい。   The vector backbone used in the recombinant vector of the present invention is appropriately selected according to its purpose (for example, cloning, protein expression) or a host cell into which this vector is to be introduced, preferably suitable for a microorganism, Can be used. Where the recombinant vector is an expression vector, the expression vector comprises a polynucleotide of the invention operably linked to a suitable promoter, preferably a transcription termination signal, ie a terminator, downstream of the polynucleotide of the invention. Includes area. Furthermore, a selection marker gene (drug resistance gene, gene complementing an auxotrophic mutation, etc.) for selecting a transformant can be further included. Further, it may contain a sequence encoding a tag sequence useful for separation and purification of the expressed protein. In addition, the vector may be one that is integrated into the genome of the target host cell.

ベクターは、例えば、コンピテント細胞法、プロトプラスト法、リン酸カルシウム共沈法、ポリエチレングリコール法、リチウム法、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、リポソーム融合法、パーティクル・ガン法等の、公知の形質転換技術を用いて、対象宿主細胞内に導入することができる。   Vectors are known transformation techniques such as competent cell method, protoplast method, calcium phosphate coprecipitation method, polyethylene glycol method, lithium method, electroporation method, microinjection method, liposome fusion method, particle gun method, etc. Can be introduced into the subject host cell.

本発明は、このような組換えベクターで形質転換された宿主細胞(以下、本発明の形質転換体ともいう)もまた提供する。宿主細胞としては、大腸菌及び放線菌等の原核細胞並びに酵母等の真核細胞が挙げられる。タンパク質を発現させることを所望する場合、この宿主細胞は、タンパク質の産生に適し、且つ本発明の変異体タンパク質を機能的な形態で発現できる宿主細胞である。本発明の形質転換体は、上記形質転換技術を使用して得ることができる。使用可能な組換えベクター系の開発された微生物であれば、いずれの微生物であっても宿主細胞として利用可能であるが、好ましい宿主細胞としては、E. coli、コリネバクテリウム・グルタミカム、酵母、バチルス属細菌、各種放線菌などが挙げられるがこれらに限定されない。   The present invention also provides a host cell transformed with such a recombinant vector (hereinafter also referred to as the transformant of the present invention). Examples of host cells include prokaryotic cells such as E. coli and actinomycetes, and eukaryotic cells such as yeast. If it is desired to express the protein, the host cell is a host cell that is suitable for the production of the protein and is capable of expressing the mutant protein of the invention in a functional form. The transformant of the present invention can be obtained using the above transformation technique. Any microorganism can be used as a host cell as long as it is a developed recombinant vector system, and preferred host cells include E. coli, Corynebacterium glutamicum, yeast, Examples include, but are not limited to, Bacillus bacteria and various actinomycetes.

本発明の形質転換体は、当該分野で通常使用されている条件で培養することができる。例えば、培養の温度、時間、培地組成、pH、攪拌条件などは、培養する形質転換体に応じて適宜選択できる。   The transformant of the present invention can be cultured under conditions usually used in the art. For example, the culture temperature, time, medium composition, pH, stirring conditions and the like can be appropriately selected depending on the transformant to be cultured.

本発明のトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質は、本発明の形質転換体によって発現される。トランスグルタミナーゼ変異体タンパク質は、当該形質転換体から分泌されるか、当該形質転換体から分離・精製して使用してもよく、当該変異体タンパク質を含んだ形質転換体としてそのまま使用してもよい。タンパク質の分離・精製は自体公知の方法に従って実施され得る。   The transglutaminase mutant protein of the present invention is expressed by the transformant of the present invention. The transglutaminase mutant protein may be used by being secreted from the transformant or separated and purified from the transformant, or may be used as it is as a transformant containing the mutant protein. . Separation and purification of the protein can be performed according to a method known per se.

また、本発明のトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質は、プロ体として発現させ、その後適切なプロテアーゼ(例、サチライシン)で処理して成熟体としてもよく、或いはプロ体とプロテアーゼとを対象宿主細胞中で同時に発現させて成熟体を得てもよい。   Further, the transglutaminase mutant protein of the present invention may be expressed as a pro form and then treated with an appropriate protease (eg, subtilisin) to form a mature form, or the pro form and protease may be simultaneously used in the target host cell. It may be expressed to obtain a mature body.

得られた形質転換体の培養、トランスグルタミナーゼ変異体タンパク質の分離・精製は、例えば以下のように行うことができる。カナマイシンを含むCM2G培地を試験管に分注する。形質転換体を植菌し、30℃、24時間前培養する。カナマイシンとCaCO3を含むMM培地を50mlずつ坂口フラスコに分注し、前培養液を継代し、培養する。培養液を遠心後、上清をフィルター濾過し、Sephadex G25(M)を用いて、溶媒を20 mM リン酸緩衝液,pH 7.0に置換する。サチライシンをトランスグルタミナーゼの1/100量添加し、30℃、16時間反応させ、トランスグルタミナーゼを活性化する。活性化した溶液を、Sephadex G25(M)を用いて、陽イオン交換クロマトグラフィーの平衡化用緩衝液に交換する。次に、同緩衝液で十分平衡化された陽イオン交換カラム(リソースS 6 ml;GEヘルスケアバイオサイエンス社製)に全量を負荷する。同緩衝液で再平衡化後、波長280nmでのUV吸収を指標に0→0.5 M NaClの直線濃度勾配により溶出される、NaCl濃度が200 mM近辺に溶出してくるタンパク質画分を分画する。画分の活性、タンパク量を測定し、比活性が低い画分を除いた比活性がほぼ同等なピークトップ近傍の画分を回収する。回収した画分をSephadex G25(M)を用いて、溶媒を20 mM リン酸緩衝液, pH 6.0に置換する。得られたサンプルは濃度を20 mM リン酸緩衝液, pH 6.0で約1mg/mlに希釈し、使用時まで-80℃で保存する。 The obtained transformant can be cultured and the transglutaminase mutant protein can be separated and purified as follows, for example. Dispense CM2G medium containing kanamycin into test tubes. The transformant is inoculated and pre-cultured at 30 ° C. for 24 hours. Dispense 50 ml each of MM medium containing kanamycin and CaCO 3 into the Sakaguchi flask, subculture the preculture, and culture. After centrifugation of the culture solution, the supernatant is filtered and the solvent is replaced with 20 mM phosphate buffer, pH 7.0 using Sephadex G25 (M). Subtilisin is added in an amount of 1/100 of transglutaminase and reacted at 30 ° C. for 16 hours to activate transglutaminase. The activated solution is exchanged for cation exchange chromatography equilibration buffer using Sephadex G25 (M). Next, the entire amount is loaded onto a cation exchange column (Resource S 6 ml; manufactured by GE Healthcare Bioscience) that has been sufficiently equilibrated with the same buffer. After re-equilibration with the same buffer, fractionate the protein fraction that is eluted with a linear concentration gradient from 0 to 0.5 M NaCl, with the UV absorption at a wavelength of 280 nm as the index, and the NaCl concentration eluting around 200 mM. . The activity of the fraction and the amount of protein are measured, and the fraction near the peak top, which has almost the same specific activity except for the fraction with low specific activity, is collected. The collected fraction is replaced with 20 mM phosphate buffer, pH 6.0 using Sephadex G25 (M). The resulting sample is diluted to about 1 mg / ml with 20 mM phosphate buffer, pH 6.0, and stored at -80 ° C until use.

本発明は、本発明のトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質、又は当該タンパク質を発現している形質転換体を使用して、高分子基質(特に基質タンパク質)を加工する方法もまた提供する。トランスグルタミナーゼの基質となり得るタンパク質としては、トランスグルタミナーゼがアクセス可能なグルタミン残基及び/又はリジン残基を有するタンパク質が挙げられる。特に、本発明の好ましい基質タンパク質は、コラーゲン、ゼラチン、カゼイン及びケラチンである。この方法は、タンパク質の架橋工程を含む種々の用途(例えば、皮なめし、写真フィルムの製造、繊維(例、ウール)の加工)に適用できるが、特に皮なめしに好適である。   The present invention also provides a method for processing a macromolecular substrate (particularly a substrate protein) using the transglutaminase mutant protein of the present invention or a transformant expressing the protein. Examples of the protein that can serve as a substrate for transglutaminase include proteins having glutamine and / or lysine residues accessible to transglutaminase. In particular, preferred substrate proteins of the present invention are collagen, gelatin, casein and keratin. This method can be applied to various uses including a protein crosslinking step (for example, tanning, production of photographic film, processing of fibers (eg, wool)), and is particularly suitable for tanning.

本発明者らにより得られた前記知見に基づいて、トランスグルタミナーゼの上記残基に選択的に変異を導入することによって、高分子基質(例えば、カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンなどの基質タンパク質)を架橋(即ちゲル化)する活性を向上させたトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質が得られる。   Based on the above findings obtained by the present inventors, a polymer substrate (for example, a substrate protein such as casein, gelatin, collagen, keratin, etc.) can be obtained by selectively introducing mutations into the above-mentioned residues of transglutaminase. A transglutaminase mutant protein with improved cross-linking (ie gelling) activity is obtained.

本発明のトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質は、さらにランダム変異や部位特異的変異を導入し、スクリーニングを実施することによって、同程度の活性、ないしは、さらに高活性の変異体トランスグルタミナーゼを得ても良い。   The transglutaminase mutant protein of the present invention may be obtained by introducing a random mutation or a site-specific mutation and conducting screening to obtain a mutant transglutaminase having the same activity or higher activity.

例えば、MTG遺伝子へのランダム変異の導入とMTG変異体の一次スクリーニングは、以下のように行うことができる。S. mobaraense由来トランスグルタミナーゼ遺伝子(即ちMTG遺伝子)の配列は既に決定されている(Eur. J. Biochem.,257, 570-576, 1998)。この配列を参考にして、MTG活性本体をコードしている成熟体領域(約1,000bp)に変異が塩基配列レベルで2から3箇所となるように変異を導入する。変異を導入したPCR産物とMTG発現ベクターpPSPTG1(App. Env. Micro., 2003, 69, 358-366)を制限酵素で処理し、ライゲーションすることにより、pPSPTG1のMTG遺伝子部分を変異を導入したMTG遺伝子と置換することが容易にできる。ライゲーションによって作成したプラスミドで、E.coliを形質転換し、得られたコロニーをミックスカルチャーし、プラスミド抽出を行う。エレクトロポレーションによって、得られたプラスミドとプロ体切断酵素発現プラスミドpVSSIでコリネバクテリウム・グルタミカムAJ12036(FERM BP-734)(WO 2002 / 081694)を形質転換する。   For example, introduction of a random mutation into the MTG gene and primary screening of the MTG mutant can be performed as follows. The sequence of S. mobaraense-derived transglutaminase gene (ie, MTG gene) has already been determined (Eur. J. Biochem., 257, 570-576, 1998). With reference to this sequence, the mutation is introduced into the mature body region (about 1,000 bp) encoding the MTG active body so that the mutation is 2 to 3 sites at the base sequence level. The MTG with the mutation introduced into the MTG gene portion of pPSPTG1 by treating the PCR product with the mutation and the MTG expression vector pPSPTG1 (App. Env. Micro., 2003, 69, 358-366) with restriction enzyme and ligation. It can be easily replaced with a gene. E. coli is transformed with the plasmid prepared by ligation, and the resulting colony is mixed culture and plasmid extraction is performed. By electroporation, Corynebacterium glutamicum AJ12036 (FERM BP-734) (WO 2002/081694) is transformed with the obtained plasmid and the pro-cleaving enzyme expression plasmid pVSSI.

また、特定のアミノ酸残基を選択し、選択した各残基を異なる数種のアミノ酸へ置換した変異体を作成してもよい。この際、活性中心の64番目のCys残基近傍に変異を導入しても良い。変異の導入は、各種公知の部位特異的変異の導入方法(例えばStratagene社のQuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kitを用いることができる)によって、プロTG発現プラスミド(例えばpPSPTG11)に変異を導入してもよい。目的の変異が入ったプラスミドを、コリネ菌にエレクトロポレーションにより導入する。   Alternatively, a specific amino acid residue may be selected, and a mutant may be created in which each selected residue is substituted with several different amino acids. In this case, a mutation may be introduced near the 64th Cys residue of the active center. Mutation can be introduced by introducing a mutation into a pro-TG expression plasmid (eg, pPSPTG11) using various known site-specific mutation introduction methods (eg, QuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kit from Stratagene). Good. A plasmid containing the desired mutation is introduced into Corynebacterium by electroporation.

また、スクリーニングで得られた株の塩基配列を確認することで、変異点の解析を行うことができる。変異点が確認されたものに関して、活性、タンパク量を測定することによって、比活性を算出することができる。活性、タンパク量は、文献(Prot. Exp. Puri., 2002, 26, 329-335)記載の方法で測定できる。   In addition, mutation points can be analyzed by confirming the base sequence of the strain obtained by screening. The specific activity can be calculated by measuring the activity and the amount of protein with respect to the confirmed mutation point. The activity and protein amount can be measured by the methods described in the literature (Prot. Exp. Puri., 2002, 26, 329-335).

塩基配列を確認することで、高活性となる変異部位を同定した後、複数の変異の入っている変異体が存在していた場合は、変異点を一つだけ導入した変異体を作成し、変異点の活性に及ぼす効果を正確に評価することもできる。変異の導入は、Stratagene社のQuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kitなどを用いることによって簡便に行える。   After identifying the highly active mutation site by confirming the base sequence, if there is a mutant with multiple mutations, create a mutant with only one mutation point, The effect on the activity of the mutation point can also be accurately evaluated. Mutation can be easily introduced by using Stratagene's QuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kit.

形質転換体は、プレートアッセイ法(実施例1に記載)でアッセイでき、活性の高い変異体は、さらなるスクリーニングに供することができる。通常のハイドロキサメート法(J.Biol.Chem., 241, 5518-5525,1966)でアッセイすることもできる。アッセイは、96穴ウエルを用いても、試験管を用いてもよい。変異を導入していない株をコントロールとすると、吸光度がコントロールと同等以上のものを選抜することができる。   Transformants can be assayed in a plate assay (described in Example 1) and highly active variants can be subjected to further screening. It can also be assayed by the usual hydroxamate method (J. Biol. Chem., 241, 5518-5525, 1966). The assay may use 96 wells or test tubes. If a strain into which no mutation has been introduced is used as a control, one having an absorbance equal to or higher than that of the control can be selected.

ハイドロキサメート法におけるトランスグルタミナーゼの活性単位は、次のように定義される。すなわち、ベンジルオキシカルボニル−L−グルタミニルグリシンとヒドロキシルアミンを基質として反応を行い、生成したヒドロキサム酸をトリクロル酢酸存在下で鉄錯体に変換させた後、525nmの吸光度で、その量を測定する。このようにしてヒドロキサム酸の量より検量線を作製し、1分間に1μモルのハイドロキサメートを生成させる酵素量をトランスグルタミナーゼの活性単位、1ユニットと定義する。この測定法の詳細は既に報告されている通り(例えば、特開昭64-27471号公報等参照)である。   The activity unit of transglutaminase in the hydroxamate method is defined as follows. That is, the reaction is carried out using benzyloxycarbonyl-L-glutaminylglycine and hydroxylamine as substrates, and the resulting hydroxamic acid is converted to an iron complex in the presence of trichloroacetic acid, and then the amount is measured by absorbance at 525 nm. A calibration curve is prepared from the amount of hydroxamic acid in this way, and the amount of enzyme that produces 1 μmol of hydroxamate per minute is defined as one unit of transglutaminase activity. The details of this measurement method are as already reported (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-27471).

実施例6で具体的に述べるが、基質がカゼインやゼラチンといった高分子の場合、低分子(ベンジルオキシカルボニル−L−グルタミニルグリシンとヒドロキシルアミン)を基質としてハイドロキサメート法で測定したTG活性は、このような高分子のゲル化によって測定したTG活性と必ずしも一致しない。従って、TG活性は、高分子基質(基質タンパク質)のゲル化によって直接測定することが好ましい。   As specifically described in Example 6, when the substrate is a polymer such as casein or gelatin, the TG activity measured by the hydroxamate method using low molecules (benzyloxycarbonyl-L-glutaminylglycine and hydroxylamine) as substrates is The TG activity measured by gelation of such a polymer does not always coincide. Therefore, TG activity is preferably measured directly by gelation of a macromolecular substrate (substrate protein).

分離・精製した変異体タンパク質の活性はカゼインゲル化、ゼラチンゲル化によっても評価することができる。カゼインゲル化時間の測定は下記のように行う。試験管に10%カゼインナトリウム溶液(pH 7.5)1mlを分注し、37℃でプレインキュベートする。0.2mg/mlのTG溶液100μlを添加し、37℃でインキュベートし、転倒しても5秒間ゲルが流れなくなった時点をゲル化時間とする。ゼラチンゲル化時間の測定は下記のように行える。試験管に10%ゼラチン溶液(pH 5.0)1mlを分注し、37℃でプレインキュベートする。0.2mg/mlのTG溶液100μlを添加し、37℃でインキュベートし、転倒しても5秒間ゲルが流れなくなった時点をゲル化時間とする。ゲル化時間は基質品質、溶解状態によって変化するため、ゲル化能は、同時に同じロットの基質で測定した精製MTG標品(コントロール)のゲル化時間と対比することで決定することができる。すなわち、変異体のゲル化能=精製MTG標品のゲル化時間/変異体のゲル化時間とする。この値が、1より大きい場合、変異体は、精製MTG標品よりゲル化時間が早いことになる。   The activity of the separated and purified mutant protein can be evaluated by casein gelation or gelatin gelation. The casein gelation time is measured as follows. Dispense 1 ml of 10% sodium caseinate solution (pH 7.5) into a test tube and preincubate at 37 ° C. Add 100 μl of 0.2 mg / ml TG solution, incubate at 37 ° C., and set the gelation time when the gel stops flowing for 5 seconds even if it falls. The gelatin gelation time can be measured as follows. Dispense 1 ml of 10% gelatin solution (pH 5.0) into a test tube and preincubate at 37 ° C. Add 100 μl of 0.2 mg / ml TG solution, incubate at 37 ° C., and set the gelation time when the gel stops flowing for 5 seconds even if it falls. Since the gelation time varies depending on the substrate quality and dissolution state, the gelation ability can be determined by comparing the gelation time of the purified MTG standard (control) measured with the same lot of substrate at the same time. That is, the gelation ability of the mutant = the gelation time of the purified MTG preparation / the gelation time of the mutant. If this value is greater than 1, the mutant will have a faster gel time than the purified MTG preparation.

コラーゲンは不溶性タンパク質であるが、トランスグルタミナーゼによって架橋され、貯蔵弾性率が向上することが知られている(Tissue Eng. 12(6), 1467-74, 2006)。それぞれ変異体と天然型トランスグルタミナーゼによって架橋されたコラーゲンの貯蔵弾性率を比較することによって、コラーゲンに対する活性を評価することができる。   Collagen is an insoluble protein, but is known to be cross-linked by transglutaminase to improve storage elastic modulus (Tissue Eng. 12 (6), 1467-74, 2006). The activity against collagen can be evaluated by comparing the storage elastic modulus of collagen cross-linked with each mutant and natural transglutaminase.

ケラチンも不溶性タンパク質であるが、ウール(ケラチンが主要成分)をトランスグルタミナーゼで処理することによって、引っ張り強度が増加することが知られている(J. Biotechnol. 6, 116(4), 379-86, 2005)。それぞれ変異体と天然型トランスグルタミナーゼによって架橋されたウールの引っ張り強度を比較することによって、ケラチンに対する活性を評価することができる。   Keratin is also an insoluble protein, but it is known that the tensile strength is increased by treating wool (keratin is a major component) with transglutaminase (J. Biotechnol. 6, 116 (4), 379-86. , 2005). The activity against keratin can be evaluated by comparing the tensile strength of the wool crosslinked with the mutant and the natural transglutaminase, respectively.

選抜した株は、試験管培養、サチライシンでの活性化後、セリンプロテアーゼ阻害剤を添加することで、そのまま、カゼインゲル化、ゼラチンゲル化などで評価することができる。あるいは、坂口フラスコで培養、陽イオン交換クロマトグラフィーで精製することで、精製した変異体を評価することもできる。   The selected strain can be evaluated by casein gelation, gelatin gelation, or the like as it is by adding a serine protease inhibitor after culturing in test tube or subtilisin. Alternatively, the purified mutant can be evaluated by culturing in a Sakaguchi flask and purifying by cation exchange chromatography.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples.

本明細書及び図面において、アミノ酸等を略号で表示する場合、各表示は、IUPAC−IUB Commission on Biochemical Nomenclatureによる略号或いは当該分野における慣用略号に基づくものである。   In the present specification and drawings, when amino acids and the like are indicated by abbreviations, each indication is based on an abbreviation by IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature or a common abbreviation in the field.

実施例1 プレートアッセイ法の確立
MTG遺伝子にランダム変異を導入した際、高活性の変異体を効率よくアッセイする必要がある。そのために、ニトロセルロース膜を用いたプレートアッセイ法を構築することとした。MTGの酵素活性は、ハイドロキサメート法(J.Biol.Chem., 241, 5518-5525,1966)で測定することができる。ハイドロキサメート法は、ベンジルオキシカルボニル-L-グルタミルグリシンと塩化ヒドロキシルアンモニウムを基質としてMTGの酵素反応を行い、生成したヒドロキサム酸と鉄との錯体(赤色を呈する)を定量することによって酵素活性を測定する。プレートアッセイ法では、ハイドロキサメート法を応用し、ニトロセルロース膜上で、菌株を生育させ(MTGを分泌)、基質を噴霧し、TG反応によってコロニーの周りが赤色を呈する菌株を活性型MTG分泌株と視覚的に判断することとした。TG発現プラスミドpPSPTG1とプロ体切断酵素発現プラスミドpVSS1を保持し、TGを活性型で分泌発現することができるコリネ菌(App. Env. Micro., 2003, 69, 358-366)とTG発現プラスミドを保持しないコリネ菌(ベクターpPK4とpVSS1を保持、コントロール)を25μg/mlのカナマイシンと5μg/mlのクロラムフェニコールを含むCM2Gプレート(Glucose 5g, Polypepton 10g, Yeast extract 10g, NaCl 5g, DL-Met 0.2g, Agar 1.5g, pH7.2/1L)で、30℃、24時間培養し、ニトロセルロース膜に転写した。そのニトロセルロース膜を上記と同じ濃度のカナマイシン、クロラムフェニコールを含むMM分泌プレート(Glucose 60g, MgSO4・7H2O 1g, FeSO4・7H2O 0.01g, MnSO4・5H2O 0.01g, (NH4)2SO4 30g, KH2PO4 1.5g, VB1-HCl 0.45mg, Biotin 0.45mg, DL-Met 0.15g, pH 7.5/1L)に乗せ、30℃、24時間培養した。培養後、プレートからニトロセルロース膜を剥がし、ガラス噴霧器で基質を含む試薬A(0.2M MES, 0.4M NH2OH, 0.04M Glutathion, 0.12M CBZ-Gln-Gly, pH 6.0)を噴霧し、37℃、45分間反応後、反応停止剤と発色剤を含む試薬B(1N HCl, 4% TCA, 1.67% FeCl3・6H2O)を噴霧した。その結果、酵素活性のあるものはコロニーの周りが赤く発色し、酵素活性のないものは、黄色のまま(コリネ菌は黄色を呈している)であった(図1)。
Example 1 Establishment of Plate Assay Method When a random mutation is introduced into the MTG gene, it is necessary to efficiently assay a highly active mutant. Therefore, it was decided to construct a plate assay method using a nitrocellulose membrane. The enzyme activity of MTG can be measured by the hydroxamate method (J. Biol. Chem., 241, 5518-5525, 1966). In the hydroxamate method, the enzymatic activity of MTG is determined by performing an MTG enzymatic reaction using benzyloxycarbonyl-L-glutamylglycine and hydroxylammonium chloride as substrates, and quantifying the resulting complex of hydroxamic acid and iron (showing a red color). taking measurement. In the plate assay method, the hydroxamate method is applied, the strain is grown on the nitrocellulose membrane (secreting MTG), the substrate is sprayed, and the strain showing a red color around the colony by the TG reaction is activated MTG secretion. It was decided to visually judge the stock. Corynebacterium (App. Env. Micro., 2003, 69, 358-366), which holds TG expression plasmid pPSPTG1 and pro-cleaving enzyme expression plasmid pVSS1 and can secrete and express TG, and TG expression plasmid Corynebacterium not retained (retained vectors pPK4 and pVSS1, control) CM2G plate containing 25 μg / ml kanamycin and 5 μg / ml chloramphenicol (Glucose 5 g, Polypepton 10 g, Yeast extract 10 g, NaCl 5 g, DL-Met 0.2 g, Agar 1.5 g, pH 7.2 / 1 L), cultured at 30 ° C. for 24 hours, and transferred to a nitrocellulose membrane. MM secretion plate containing the same concentration of kanamycin and chloramphenicol (Glucose 60g, MgSO 4 · 7H 2 O 1g, FeSO 4 · 7H 2 O 0.01g, MnSO 4 · 5H 2 O 0.01g) , (NH 4 ) 2 SO 4 30 g, KH 2 PO 4 1.5 g, VB1-HCl 0.45 mg, Biotin 0.45 mg, DL-Met 0.15 g, pH 7.5 / 1 L), and cultured at 30 ° C. for 24 hours. After incubation, the nitrocellulose membrane is peeled off from the plate and sprayed with reagent A (0.2 M MES, 0.4 M NH 2 OH, 0.04 M Glutathion, 0.12 M CBZ-Gln-Gly, pH 6.0) in a glass sprayer. After reaction at 45 ° C. for 45 minutes, reagent B (1N HCl, 4% TCA, 1.67% FeCl 3 .6H 2 O) containing a reaction terminator and a color former was sprayed. As a result, those with enzyme activity developed a red color around the colonies, and those without enzyme activity remained yellow (corynebacterium had a yellow color) (FIG. 1).

実施例2 MTG遺伝子へのランダム変異の導入とMTG変異体の一次スクリーニング
MTG遺伝子は、プレ領域、プロ領域、成熟体領域の三領域からなる。MTG活性本体をコードしている成熟体領域(約1000bp)にエラープローンPCRにより、変異を導入した。 S. mobaraense DSMZ株由来トランスグルタミナーゼ遺伝子の配列は既に決定されている(Eur. J. Biochem., 257, 570-576, 1998)。この配列を参考にして、成熟体領域の上流と下流にそれぞれ、Forward primer、Reverse primerを合成し、下記の反応液組成、条件にて、エラープローンPCRを実施した。反応液組成は、変異が塩基配列レベルで2から3箇所の変異が導入されるように設定した。得られたPCR産物とベクターpPSPTG1をライゲーションするために、BamHIで処理(37℃、2時間)後、BstEIIで処理(60℃、3時間)した。ベクターの方は、切り出して60μlのddH2Oに溶かした。PCR産物はフェノールクロロホルムとエタノール沈殿で精製した。ベクター:PCR産物=1:5になるように混合したのち、2×ligation mix(ニッポンジーン)で16℃、5min反応させ、ライゲーションさせた。ライゲーションによって作成したプラスミドで、E.coli DH5αを形質転換し、得られたコロニー8,000個を100個単位でミックスカルチャーし、プラスミド抽出を行った。エレクトロポレーションによって、得られた80種類のプラスミドとプロ体切断酵素発現プラスミドpVSSIでコリネバクテリウム・グルタミカムAJ12036(FERM BP-734)(WO 2002 / 081694)を形質転換し、1種類につき、300個の形質転換体をCM2G培地で培養(30℃、24時間)後、ニトロセルロース膜に移して、MM分泌プレートに乗せ培養(30℃、24時間)した。エレクトロポレーションは、文献(FEMS Microbiol. Lett., 53, 299-303, 1989)記載の方法で実施した。約24,000株をプレートアッセイ法でアッセイし、活性のある変異体約5,000株を選抜し、二次スクリーニングに供した。
・PCR反応液組成
Template DNA(1 ng/μl) 10μl
100 mM Tris-HCl (pH8.8) 10μl
500 mM KCl 10μl
1 mg/ml BSA 10μl
50mM MgCl2 10μl
2.5mM dNTPmix 10μl
Forward primer(1 pmol/l) 2.5μl
Reverce primer(1 pmol/l) 2.5μl
DMSO 10μl
rTaq polymerase(TAKARA) 0.5μl
ddH 2 O 24.5μl
100μl
PCR条件
(1) 94℃ 3 min
(2) 94℃ 2 min
58℃ 30 sec
72℃ 3 min ×25サイクル
(3) 4℃
Example 2 Introduction of random mutation into MTG gene and primary screening of MTG mutant The MTG gene consists of three regions: a pre-region, a pro region, and a mature region. Mutations were introduced into the mature region (about 1000 bp) encoding the MTG active body by error-prone PCR. The sequence of the transglutaminase gene from the S. mobaraense DSMZ strain has already been determined (Eur. J. Biochem., 257, 570-576, 1998). With reference to this sequence, forward primer and reverse primer were synthesized upstream and downstream of the mature body region, respectively, and error-prone PCR was performed under the following reaction solution composition and conditions. The reaction solution composition was set so that mutations were introduced at 2 to 3 mutations at the base sequence level. In order to ligate the obtained PCR product and vector pPSPTG1, it was treated with BamHI (37 ° C., 2 hours) and then with BstEII (60 ° C., 3 hours). The vector was cut out and dissolved in 60 μl of ddH 2 O. The PCR product was purified by phenol chloroform and ethanol precipitation. After mixing so that it might become a vector: PCR product = 1: 5, it was made to ligate by making it react at 16 degreeC and 5min by 2 * ligation mix (Nippon Gene). E. coli DH5α was transformed with the plasmid prepared by ligation, and 8,000 colonies obtained were mixed and cultured in units of 100, and plasmid extraction was performed. By electroporation, Corynebacterium glutamicum AJ12036 (FERM BP-734) (WO 2002/081694) was transformed with the 80 plasmids obtained and the pro-cleaving enzyme expression plasmid pVSSI, and 300 plasmids per type. After being cultured in CM2G medium (30 ° C., 24 hours), the transformant was transferred to a nitrocellulose membrane and placed on an MM secretion plate (30 ° C., 24 hours). Electroporation was performed by the method described in the literature (FEMS Microbiol. Lett., 53, 299-303, 1989). About 24,000 strains were assayed by a plate assay, and about 5,000 active mutants were selected and subjected to secondary screening.
・ PCR reaction solution composition
Template DNA (1 ng / μl) 10 μl
100 mM Tris-HCl (pH8.8) 10 μl
500 mM KCl 10 μl
1 mg / ml BSA 10 μl
50 mM MgCl 2 10 μl
2.5 mM dNTPmix 10 μl
Forward primer (1 pmol / l) 2.5μl
Reverce primer (1 pmol / l) 2.5μl
DMSO 10μl
rTaq polymerase (TAKARA) 0.5μl
ddH 2 O 24.5 μl
100 μl
PCR conditions (1) 94 ℃ 3 min
(2) 94 ℃ 2 min
58 ℃ 30 sec
72 ℃ 3 min x 25 cycles (3) 4 ℃

実施例3 変異体の二次、三次スクリーニング
25μg/mlカナマイシン、5μg/mlクロラムフェニコールを含むCM2G培地(Glucose 5g, Polypepton 10g, Yeast extract 10g, NaCl 5g, DL-Met 0.2g, pH7.2/1L)を1mlずつ96穴ディープウエルに分注した。実施例2で選抜した変異株(約5000株)を植菌し、1,500rpmで、30℃、24時間前培養した。25μg/mlカナマイシン、5μg/mlクロラムフェニコールと50g/LのCaCO3を含むMM培地(Glucose 60g, MgSO4・7H2O 1g, FeSO4・7H2O 0.01g, MnSO4・5H2O 0.01g, (NH4)2SO4 30g, KH2PO4 1.5g, VB1-HCl 0.45mg, Biotin 0.45mg, DL-Met 0.15g, pH 7.5/1L)を1mlずつ96穴ディープウエルに分注し、前培養液を50μlずつ継代した。1,500rpmで、30℃、48時間培養した。培養液を20mMリン酸緩衝液, pH6で10倍に希釈し、ハイドロキサメート法で活性を測定することによって二次スクリーニングを行った。活性測定では、96穴ウエルに、10倍希釈した培養液30μlを分注し、あらかじめ37℃で5分間加温した。あらかじめ37℃で5分間加温したA液(0.05M MES, 0.1M NH2OH, 0.01M Glutathion, 0.03M CBZ-Gln-Gly, pH 6.0)を各ウエルに50μlずつ分注し、37℃、20分反応後、B液(1N HCl, 4% TCA, 1.67% FeCl3・6H2O)を各ウエルに50μlずつ分注し、反応を停止させた後、プレートリーダーにて、525nmの吸光度を測定した。変異を導入していない株をコントロールとして、吸光度がコントロールと同等以上のもの約200株を選抜した。次に、25μg/mlカナマイシン、5μg/mlクロラムフェニコールを含むCM2G培地を3mlずつ試験管に分注した。二次スクリーニングで選抜した変異株(約200株)を植菌し、30℃、24時間前培養した。25μg/mlカナマイシン、5μg/mlクロラムフェニコールと50g/LのCaCO3を含むMM培地を4mlずつ試験管に分注し、前培養液を50μlずつ継代し、30℃で48時間培養した。培養液を適宜希釈し、ハイドロキサメート法で活性を測定することによって三次スクリーニングを行った。活性測定は、試験管に希釈した培養液100μlを分注し、あらかじめ37℃で5分間加温して行なった。あらかじめ37℃で5分間加温したA液(0.05M MES, 0.1M NH2OH, 0.01M Glutathion, 0.03M CBZ-Gln-Gly, pH 6.0)を1mlずつ分注し、37℃、10分反応後、B液(1N HCl, 4% TCA, 1.67% FeCl3・6H2O)を1mlずつ分注し、反応を停止させた後、525nmの吸光度を測定した。変異を導入していない株をコントロールとして、吸光度がコントロールと同等以上のもの80株を選抜した。
Example 3 Secondary and tertiary screening of mutants
CM2G medium (Glucose 5g, Polypepton 10g, Yeast extract 10g, NaCl 5g, DL-Met 0.2g, pH7.2 / 1L) containing 25μg / ml kanamycin, 5μg / ml chloramphenicol in 96-well deep wells Dispensed. The mutant strain (about 5000 strains) selected in Example 2 was inoculated and pre-cultured at 1,500 rpm at 30 ° C. for 24 hours. MM medium containing 25 µg / ml kanamycin, 5 µg / ml chloramphenicol and 50 g / L CaCO 3 (Glucose 60 g, MgSO 4 · 7H 2 O 1 g, FeSO 4 · 7H 2 O 0.01 g, MnSO 4 · 5H 2 O 0.01g, (NH 4 ) 2 SO 4 30g, KH 2 PO 4 1.5g, VB1-HCl 0.45mg, Biotin 0.45mg, DL-Met 0.15g, pH 7.5 / 1L) Then, 50 μl of the preculture was subcultured. The cells were cultured at 1,500 rpm at 30 ° C. for 48 hours. The culture was diluted 10-fold with 20 mM phosphate buffer, pH 6, and secondary screening was performed by measuring the activity by the hydroxamate method. In the activity measurement, 30 μl of 10-fold diluted culture solution was dispensed into a 96-well and pre-warmed at 37 ° C. for 5 minutes. 50 μl of A solution (0.05M MES, 0.1M NH 2 OH, 0.01M Glutathion, 0.03M CBZ-Gln-Gly, pH 6.0) pre-warmed at 37 ° C. for 5 minutes was dispensed into each well at 37 ° C. After reaction for 20 minutes, 50 μl of B solution (1N HCl, 4% TCA, 1.67% FeCl 3 · 6H 2 O) was dispensed into each well to stop the reaction, and the absorbance at 525 nm was measured with a plate reader. It was measured. About 200 strains having an absorbance equal to or higher than that of the control were selected with the strain having no mutation introduced as a control. Next, 3 ml of CM2G medium containing 25 μg / ml kanamycin and 5 μg / ml chloramphenicol was dispensed into test tubes. Mutant strains (about 200 strains) selected by the secondary screening were inoculated and pre-cultured at 30 ° C. for 24 hours. Dispense 4 ml of MM medium containing 25 μg / ml kanamycin, 5 μg / ml chloramphenicol and 50 g / L CaCO 3 into each test tube, subculture 50 μl of the preculture, and incubate at 30 ° C. for 48 hours. . Tertiary screening was performed by appropriately diluting the culture medium and measuring the activity by the hydroxamate method. The activity was measured by dispensing 100 μl of diluted culture solution in a test tube and preheating at 37 ° C. for 5 minutes. Dispense 1 ml each of solution A (0.05M MES, 0.1M NH 2 OH, 0.01M Glutathion, 0.03M CBZ-Gln-Gly, pH 6.0) preheated at 37 ° C for 5 minutes, and react at 37 ° C for 10 minutes. Thereafter, liquid B (1N HCl, 4% TCA, 1.67% FeCl 3 .6H 2 O) was dispensed in 1 ml portions to stop the reaction, and the absorbance at 525 nm was measured. 80 strains having an absorbance equal to or higher than that of the control were selected with the strain having no mutation introduced as a control.

実施例4 三次スクリーニング株の変異点解析
三次スクリーニングで得られた株の塩基配列を確認することで、変異点の解析を行った。三次スクリーニングで得られた株を25μg/mlカナマイシン、5μg/mlクロラムフェニコールを含むCM2G培地で、30℃、24時間培養後、QIAGEN社のQIAprepSpin Miniprep Kitにてプラスミドを抽出し、E.coli JM109株に形質転換した。形質転換したE.coli JM109株をLB培地で、37℃、16時間培養後、同様にプラスミドを抽出した。ABI PRISM Cycle Sequencing Kitを用い、業者の推奨する方法に従い、塩基配列の解析を行った。その結果、34株において、変異点の存在が確認された(表2)。変異点が確認されたものに関しては、活性、タンパク量を測定し、比活性を算出した。活性、タンパク量は、文献(Prot. Exp. Puri., 2002, 26, 329-335)記載の方法で測定した。ここで、コントロールのハイドロキサメート比活性は22〜24(U/mg)であり、25以上の比活性を示した変異体の変異点を解析した。
Example 4 Mutation point analysis of tertiary screening strain Mutation points were analyzed by confirming the base sequence of the strain obtained in the tertiary screening. The strain obtained by the third screening was cultured in CM2G medium containing 25 μg / ml kanamycin, 5 μg / ml chloramphenicol at 30 ° C. for 24 hours, and then the plasmid was extracted with QIAGEN's QIAprepSpin Miniprep Kit. It was transformed into JM109 strain. The transformed E. coli JM109 strain was cultured in LB medium at 37 ° C. for 16 hours, and then the plasmid was extracted in the same manner. Using ABI PRISM Cycle Sequencing Kit, the nucleotide sequence was analyzed according to the method recommended by the supplier. As a result, the presence of mutation points was confirmed in 34 strains (Table 2). For those with confirmed mutation points, the activity and protein amount were measured, and the specific activity was calculated. The activity and protein amount were measured by methods described in the literature (Prot. Exp. Puri., 2002, 26, 329-335). Here, the hydroxamate specific activity of the control was 22 to 24 (U / mg), and the mutation points of the mutants showing a specific activity of 25 or more were analyzed.

実施例5 シングル変異導入株の構築と変異酵素の精製
実施例4で高活性となる変異部位が同定されたが、複数の変異の入っている変異体が存在していること、プロ配列切断が起こらずプロ体のままのTGが存在していること(プロ配列切断酵素の活性が弱いために生じると考えられる)、天然の成熟型N末端配列以外の配列も含まれていること(N末端アミノ酸配列解析による)等が分かった。そこで、変異点を一つだけ導入した変異体を作成し、培養、プロ配列切断活性化後、精製を行い、変異点の活性に及ぼす効果を正確に評価することとした。変異の導入には、Stratagene社のQuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kitを用い、業者の推奨する方法に従い、プロTG発現プラスミドpPSPTG11(App. Env. Micro., 2003, 69, 3011-3014)に変異を導入した。変異が導入されているかどうかは、前述の方法と同様に、塩基配列を解析することによって確認した。作成した変異体のリストを表3に示した。なお、16番目のメチオニンのオリジナルな変異はスレオニンであるが、他のアミノ酸に置換した変異体も作成した。同様に、199番目のセリンのオリジナルな変異はアラニンであるが、他のアミノ酸に置換した変異体も作成した。目的の変異が入ったプラスミドを、前述のコリネ菌にエレクトロポレーションにより導入した。なお、コリネ菌で共発現させたプロ配列切断酵素は活性が弱かったため、プロ体切断酵素発現プラスミドは同時には形質転換しなかった。
25μg/mlカナマイシンを含むCM2G培地を3ml試験管に分注した。変異株を植菌し、30℃、24時間前培養した。25μg/mlカナマイシンと50g/LのCaCO3を含むMM培地を50mlずつ坂口フラスコに分注し、前培養液2.5mlを継代し、30℃で48時間培養した。培養液を遠心(10,000rpm、10分間)後、上清をフィルター濾過し、SephadexG25(M)を用いて、溶媒を20mM リン酸緩衝液,pH7.0に置換した。サチライシンをMTGの1/100量添加し、30℃、16時間反応させ、MTGを活性化した。活性化した溶液を、SephadexG25(M)を用いて、陽イオン交換クロマトグラフィーの平衡化用緩衝液(20mM 酢酸ナトリウム緩衝液,pH5.5)に交換した。次に、同緩衝液で十分平衡化された陽イオン交換カラム(リソースS 6 ml;GEヘルスケアバイオサイエンス社製)に全量を負荷した。同緩衝液で再平衡化後、波長280nmでのUV吸収を指標に0→0.5 M NaClの直線濃度勾配により溶出される、NaCl濃度が200 mM近辺に溶出してくるタンパク質画分を分画した。前述の方法で、画分の活性、タンパク量を測定し、比活性が低い画分を除いた比活性がほぼ同等なピークトップ近傍の画分を回収した。回収した画分をSephadexG25(M)を用いて、溶媒を20 mM リン酸緩衝液, pH 6.0に置換した。なお、クロマトグラフィーは全て室温で行った。得られたサンプルは濃度を20 mM リン酸緩衝液, pH 6.0で約1mg/mlに希釈し、使用時まで-80℃で保存した。
Example 5 Construction of a single mutation-introduced strain and purification of the mutant enzyme In Example 4, a highly active mutation site was identified. However, the presence of mutants containing multiple mutations, TG that does not occur and remains in a pro form (considered to be caused by the weak activity of the pro-sequence cleaving enzyme), and includes sequences other than the natural mature N-terminal sequence (N-terminal) (By amino acid sequence analysis). Therefore, a mutant in which only one mutation point was introduced was prepared, and after culture, pro-sequence cleavage activation, purification was performed, and the effect on the mutation point activity was accurately evaluated. To introduce mutations, use Stratagene's QuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kit, and follow the method recommended by the manufacturer to mutate the proTG expression plasmid pPSPTG11 (App. Env. Micro., 2003, 69, 3011-3014). Introduced. Whether or not a mutation was introduced was confirmed by analyzing the base sequence in the same manner as described above. Table 3 shows the list of mutants prepared. The original mutation of the 16th methionine was threonine, but a mutant in which another amino acid was substituted was also created. Similarly, although the original mutation of the 199th serine is alanine, a mutant in which another amino acid is substituted was also created. The plasmid containing the desired mutation was introduced into the aforementioned Corynebacterium by electroporation. Note that the pro-sequence cleavage enzyme co-expressed with Corynebacterium had a weak activity, and the pro-form cleavage enzyme expression plasmid was not transformed at the same time.
CM2G medium containing 25 μg / ml kanamycin was dispensed into 3 ml test tubes. The mutant strain was inoculated and pre-cultured at 30 ° C. for 24 hours. 50 ml each of MM medium containing 25 μg / ml kanamycin and 50 g / L CaCO 3 was dispensed into the Sakaguchi flask, subcultured 2.5 ml of the preculture, and cultured at 30 ° C. for 48 hours. The culture solution was centrifuged (10,000 rpm, 10 minutes), the supernatant was filtered, and the solvent was replaced with 20 mM phosphate buffer, pH 7.0 using Sephadex G25 (M). Subtilisin was added in an amount of 1/100 of MTG and reacted at 30 ° C. for 16 hours to activate MTG. The activated solution was exchanged into a cation exchange chromatography equilibration buffer (20 mM sodium acetate buffer, pH 5.5) using Sephadex G25 (M). Next, the entire amount was loaded onto a cation exchange column (Resource S 6 ml; manufactured by GE Healthcare Bioscience) that was sufficiently equilibrated with the same buffer. After re-equilibration with the same buffer, the fraction of protein eluted with a linear concentration gradient from 0 to 0.5 M NaCl, with the UV absorption at a wavelength of 280 nm as the index, was eluted around 200 mM NaCl. . By measuring the activity of the fraction and the amount of protein by the method described above, the fraction near the peak top having almost the same specific activity was collected except for the fraction having a low specific activity. The collected fraction was replaced with 20 mM phosphate buffer, pH 6.0 using Sephadex G25 (M). All chromatography was performed at room temperature. The obtained sample was diluted to a concentration of about 1 mg / ml with 20 mM phosphate buffer, pH 6.0, and stored at −80 ° C. until use.

実施例6 カゼインゲル化能、ゼラチンゲル化能評価
カゼインゲル化時間の測定は下記のように行った。0.1M トリス塩酸緩衝液,pH7.5に、10%(W/W)になるように、カゼインナトリウムを溶解する(一昼夜攪拌)。試験管に10%カゼインナトリウム溶液1mlを分注し、37℃でプレインキュベートした。0.2mg/mlのTG溶液100μlを添加した。37℃でインキュベートし、転倒しても5秒間ゲルが流れなくなった時点をゲル化時間とした。精製MTG標品を用いた場合、約85分でゲル化する。
ゼラチンゲル化時間の測定は下記のように行った。50mM 酢酸ナトリウム緩衝液,pH5.0に、10%(W/W)になるように、牛皮由来のゼラチンを溶解した(50〜55℃で加温して溶解する)。試験管に10%ゼラチン溶液1mlを分注し、37℃でプレインキュベートした。0.2mg/mlのTG溶液100μlを添加した。37℃でインキュベートし、転倒しても5秒間ゲルが流れなくなった時点をゲル化時間とした。精製MTG標品を用いた場合、約85分でゲル化する。
ゲル化時間は基質品質、溶解状態によって変化するため、ゲル化能は、同時に同じロットの基質で測定した精製MTG標品のゲル化時間と対比することで決定することとした。すなわち、変異体のゲル化能=精製MTG標品のゲル化時間/変異体のゲル化時間とした。この値が、1より大きい場合、変異体は、精製MTG標品よりゲル化時間が早いことになる。
ゲル化能評価の結果は、表4にまとめたが、ハイドロキサメート法で比活性の高い変異体(例えば199S→Aの変異体)が必ずしもゲル化能が高いわけではなく、カゼインやゼラチンの高分子基質でアッセイを行う重要性が確認できた。TGの酵素活性は、通常、ハイドロキサメート法(特許文献6等参照)で測定されるが、低分子(ベンジルオキシカルボニル−L−グルタミニルグリシンとヒドロキシルアミン)を基質としているため、ハイドロキサメート法での活性向上が、必ずしも高分子基質に対する活性の向上と一致しているわけではない。実際、本実施例において、ハイドロキサメート法で測定した比活性の向上とカゼインゲル化、ゼラチンゲル化能の向上とが一致していないことが分かった。また、ゲル化能を向上させる優良変異は、N末端近傍に集中していることが分かった。
Example 6 Casein Gelling Ability, Gelatin Gelling Ability Evaluation Casein gelation time was measured as follows. Dissolve sodium caseinate in 0.1M Tris-HCl buffer, pH 7.5 to 10% (W / W) (stir overnight). A test tube was dispensed with 1 ml of 10% sodium caseinate solution and preincubated at 37 ° C. 100 μl of 0.2 mg / ml TG solution was added. The gelation time was defined as the point at which the gel stopped flowing for 5 seconds after incubating at 37 ° C. When purified MTG preparation is used, gelation takes about 85 minutes.
The gelatin gelation time was measured as follows. Gelatin derived from cowhide was dissolved in 50 mM sodium acetate buffer, pH 5.0 so as to be 10% (W / W) (dissolved by heating at 50 to 55 ° C.). 1 ml of 10% gelatin solution was dispensed into a test tube and preincubated at 37 ° C. 100 μl of 0.2 mg / ml TG solution was added. The gelation time was defined as the point at which the gel stopped flowing for 5 seconds after incubating at 37 ° C. When purified MTG preparation is used, gelation takes about 85 minutes.
Since the gelation time varies depending on the substrate quality and the dissolution state, the gelation ability was determined by comparing the gelation time of the purified MTG preparation measured with the same lot of substrate at the same time. That is, the gelation ability of the mutant = the gelation time of the purified MTG preparation / the gelation time of the mutant. If this value is greater than 1, the mutant will have a faster gel time than the purified MTG preparation.
The results of gelation ability evaluation are summarized in Table 4. However, mutants with high specific activity by hydroxamate method (for example, 199S → A mutant) do not necessarily have high gelation ability. The importance of performing the assay on a polymer substrate was confirmed. The enzyme activity of TG is usually measured by the hydroxamate method (see Patent Document 6, etc.), but since it uses low molecules (benzyloxycarbonyl-L-glutaminylglycine and hydroxylamine) as substrates, hydroxamate The increase in activity by the method is not necessarily consistent with the increase in activity on the polymer substrate. In fact, in this example, it was found that the improvement in specific activity measured by the hydroxamate method did not coincide with the improvement in casein gelation and gelatin gelation ability. Moreover, it was found that excellent mutations that improve gelation ability are concentrated near the N-terminus.

実施例7 活性中心近傍の改変による変異体の作成と一次、二次評価
その立体構造において活性中心の64番目のCysから15Å以内にあり、溶媒露出度の高い残基43残基を抽出した。抽出した各残基を異なる数種のアミノ酸へ置換した変異体を作成した。変異の導入は、実施例5と同様に、Stratagene社のQuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kitを用い、プロTG発現プラスミドpPSPTG11に変異を導入した。変異が導入されているかどうかは、前述の方法と同様に、塩基配列を解析することによって確認した。目的の変異が入ったプラスミドを、コリネ菌にエレクトロポレーションにより導入した。
25μg/mlカナマイシンを含むCM2G培地を1mlずつ96穴ディープウエルに分注した。変異株(約220株)を植菌し、1,500rpmで、30℃、24時間前培養した。25μg/mlカナマイシンと50g/LのCaCO3を含むMM培地を1mlずつ96穴ディープウエルに分注し、前培養液を50μlずつ継代した。1,500rpmで、30℃、48時間培養した。培養液を20mMリン酸緩衝液(pH7)で10倍に希釈し、サチライシンをMTGの1/100量添加し、30℃、16時間反応させ、MTGを活性化した。実施例3と同様に、96穴ウエルを用いて、ハイドロキサメート法により活性測定を行うことで一次評価を行った。変異を導入していない株をコントロールとして、吸光度がコントロールと同等以上のもの約100株を選抜した。
次に、25μg/mlカナマイシンを含むCM2G培地を3mlずつ試験管に分注した。一次評価で選抜した変異株を植菌し、30℃、24時間前培養した。25μg/mlカナマイシンと50g/LのCaCO3を含むMM培地を4mlずつ試験管に分注し、前培養液を50μlずつ継代し、30℃で48時間培養した。培養液を20mMリン酸緩衝液, pH 7で10倍に希釈し、サチライシンをMTGの1/100量添加し、30℃、16時間反応させ、MTGを活性化した。培養液を適宜希釈し、ハイドロキサメート法で活性を測定することによって三次評価を行った。変異を導入していない株をコントロールとして、吸光度がコントロールと同等以上のもの80株を選抜した。
Example 7 Preparation of mutants by modification near the active center and primary and secondary evaluation In the three-dimensional structure, 43 residues that are within 15 mm from the 64th Cys of the active center and have high solvent exposure were extracted. Mutants were created in which each extracted residue was substituted with several different amino acids. As in Example 5, the mutation was introduced into the pro-TG expression plasmid pPSPTG11 using the QuikChange II Site-Directed Mutagenesis Kit from Stratagene. Whether or not a mutation was introduced was confirmed by analyzing the base sequence in the same manner as described above. A plasmid containing the desired mutation was introduced into Corynebacterium by electroporation.
1 ml of CM2G medium containing 25 μg / ml kanamycin was dispensed into 96 wells. Mutant strains (about 220 strains) were inoculated and pre-cultured at 1,500 rpm at 30 ° C. for 24 hours. 1 ml each of MM medium containing 25 μg / ml kanamycin and 50 g / L CaCO 3 was dispensed into a 96-well deep well, and 50 μl of the preculture was subcultured. The cells were cultured at 1,500 rpm at 30 ° C. for 48 hours. The culture was diluted 10-fold with 20 mM phosphate buffer (pH 7), 1/100 volume of MTG was added, and reacted at 30 ° C. for 16 hours to activate MTG. As in Example 3, primary evaluation was performed by measuring activity by hydroxamate method using a 96-well. About 100 strains having an absorbance equal to or higher than that of the control were selected with the strain having no mutation introduced as a control.
Next, 3 ml of CM2G medium containing 25 μg / ml kanamycin was dispensed into test tubes. The mutant strain selected in the primary evaluation was inoculated and pre-cultured at 30 ° C. for 24 hours. 4 ml each of MM medium containing 25 μg / ml kanamycin and 50 g / L CaCO 3 was dispensed into a test tube, and 50 μl of the preculture was subcultured and cultured at 30 ° C. for 48 hours. The culture was diluted 10-fold with 20 mM phosphate buffer, pH 7, and subtilisin was added to 1/100 of MTG and reacted at 30 ° C. for 16 hours to activate MTG. The culture solution was appropriately diluted, and the tertiary evaluation was performed by measuring the activity by the hydroxamate method. 80 strains having an absorbance equal to or higher than that of the control were selected with the strain having no mutation introduced as a control.

実施例8 カゼインゲル化能、ゼラチンゲル化能評価
実施例6と同様、実施例7で選抜した変異体のカゼインゲル化能、ゼラチンゲル化能の評価を行った。評価は下記のように行った。25μg/mlカナマイシンを含むCM2G培地を3mlずつ試験管に分注した。実施例7で選抜した変異株を植菌し、30℃、24時間前培養した。25μg/mlカナマイシンと50g/LのCaCO3を含むMM培地を4mlずつ試験管に分注し、前培養液を50μlずつ継代し、30℃で48時間培養した。培養液をSephadexG25(M)を用いて、20mMリン酸緩衝液(pH7)に交換した。サチライシンをMTGの1/100量添加し、30℃、16時間反応させ、MTGを活性化した。活性化したMTGに終濃度5mMになるようにセリンプロテアーゼ阻害剤PMSFを添加し、実施例6と同じ方法で、カゼインゲル化能、ゼラチンゲル化能を測定した。測定の結果、MTGと同等以上のゲル化能を持つと考えられた変異体は、実施例4記載の陽イオン交換クロマトグラフィーを用いる方法で精製品を調製し、実施例6と同じ方法で、カゼインゲル化能とゼラチンゲル化能を測定した。得られた結果を表6に示す。
Example 8 Casein gelling ability and gelatin gelling ability evaluation As in Example 6, the mutants selected in Example 7 were evaluated for casein gelling ability and gelatin gelling ability. Evaluation was performed as follows. 3 ml of CM2G medium containing 25 μg / ml kanamycin was dispensed into test tubes. The mutant strain selected in Example 7 was inoculated and pre-cultured at 30 ° C. for 24 hours. 4 ml each of MM medium containing 25 μg / ml kanamycin and 50 g / L CaCO 3 was dispensed into a test tube, and 50 μl of the preculture was subcultured and cultured at 30 ° C. for 48 hours. The culture solution was replaced with 20 mM phosphate buffer (pH 7) using Sephadex G25 (M). Subtilisin was added in an amount of 1/100 of MTG and reacted at 30 ° C. for 16 hours to activate MTG. A serine protease inhibitor PMSF was added to the activated MTG to a final concentration of 5 mM, and the casein gelation ability and gelatin gelation ability were measured by the same method as in Example 6. As a result of the measurement, a mutant that was considered to have a gelling ability equivalent to or higher than that of MTG was prepared by a method using cation exchange chromatography described in Example 4, and the same method as in Example 6, Casein gelation ability and gelatin gelation ability were measured. The results obtained are shown in Table 6.

本発明は、WTタンパク質と比較して高分子基質(特に、カゼイン、ゼラチン、コラーゲン、ケラチンのようなタンパク質基質)に対する活性が向上したトランスグルタミナーゼ変異体タンパク質を提供することができるので、ウールの改質、写真フィルムの製造、皮なめしなどを含む種々の用途におけるこの酵素の使用量を低下させることができる。   The present invention can provide a transglutaminase mutant protein having improved activity against a high molecular weight substrate (particularly protein substrates such as casein, gelatin, collagen, keratin) as compared with WT protein. The amount of this enzyme used in various applications including quality, photographic film production, tannery, etc. can be reduced.

実施例1に示されるプレートアッセイの例示的な結果を示す図である。TG発現プラスミドを保持する菌株は発色し(赤色を呈する)、TG発現プラスミドを保持しない菌株は発色しない。FIG. 3 shows exemplary results of the plate assay shown in Example 1. Strains that retain the TG expression plasmid develop color (shows red color), and strains that do not retain the TG expression plasmid do not develop color. MTGの立体構造(左)とアミノ酸配列(右)を示す図である。It is a figure which shows the three-dimensional structure (left) and amino acid sequence (right) of MTG. MTGと各種放線菌由来TGのアミノ酸配列のアラインメントを表した図である。保存されているアミノ酸残基を*で示した。It is a figure showing the alignment of the amino acid sequence of MTG and TG derived from various actinomycetes. Conserved amino acid residues are indicated by *.

Claims (11)

トランスグルタミナーゼ活性を有し、下記A、B、C又はDのアミノ酸配列を有するタンパク質:
(A)配列番号2において、3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312及び320位から選択される少なくとも1の位置に変異を有するアミノ酸配列;
(B)(A)の配列において、3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312又は320位以外の位置に、1〜数残基の置換、欠失、付加及び/又は挿入を有するアミノ酸配列;
(C)配列番号4、6、8、10及び12から選択されるアミノ酸配列、または、配列番号2、4、6、8、10及び12から選択されるアミノ酸配列と70%以上の相同性を有しトランスグルタミナーゼ活性を有するタンパク質のアミノ酸配列中の、配列番号2の3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312及び320位に対応する位置から選択される少なくとも1つの位置に変異を有するアミノ酸配列;又は
(D)(C)の配列において、配列番号2の3、5、10、12、14、16、26、28、30、32、34、38、42、49、58、59、65、74、75、77、199、238、241、248、284、289、299、303、312又は320位に対応する位置以外の位置に、1〜数残基の置換、欠失、付加及び/又は挿入を有するアミノ酸配列。
A protein having transglutaminase activity and having the following amino acid sequence of A, B, C or D:
(A) In SEQ ID NO: 2, 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, 65, 74, 75, 77, 199, An amino acid sequence having a mutation at at least one position selected from positions 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 and 320;
(B) In the arrangement of (A), 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, 65, 74, 75, 77, Amino acid sequences having 1 to several residue substitutions, deletions, additions and / or insertions at positions other than positions 199, 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 or 320;
(C) An amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 4, 6, 8, 10 and 12 or an amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10 and 12 has a homology of 70% or more 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, SEQ ID NO: 2 in the amino acid sequence of the protein having transglutaminase activity. An amino acid sequence having a mutation at at least one position selected from positions corresponding to positions 65, 74, 75, 77, 199, 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 and 320; or (D ) In the sequence of (C), 3, 5, 10, 12, 14, 16, 26, 28, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 58, 59, 65, 74, 75 of SEQ ID NO: 2. Amino acids having 1 to several residue substitutions, deletions, additions and / or insertions at positions other than positions corresponding to positions 7, 199, 238, 241, 248, 284, 289, 299, 303, 312 or 320 An array.
前記変異の位置が、10、12、14、16、30、32、34、38、42、49、65、77、199、299、312及び320位から選択される、請求項1に記載のタンパク質。   The protein according to claim 1, wherein the position of the mutation is selected from positions 10, 12, 14, 16, 30, 32, 34, 38, 42, 49, 65, 77, 199, 299, 312 and 320. . 前記変異が以下の変異から選択される、請求項1または2に記載のタンパク質:
1)3位:フェニルアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン又はアスパラギンへの置換;
2)5位:リジンへの置換;
3)10位:セリンへの置換;
4)12位:セリンへの置換;
5)14位:アスパラギンへの置換;
6)16位:スレオニン、セリン、ロイシン、リジン又はアスパラギンへの置換;
7)26位:フェニルアラニンへの置換;
8)28位:アスパラギン酸への置換;
9)30位:アスパラギン酸への置換;
10)32位:アスパラギン酸への置換;
11)34位:フェニルアラニンへの置換;
12)38位:フェニルアラニンへの置換;
13)42位:ヒスチジンへの置換;
14)49位:アルギニンへの置換;
15)58位:アスパラギン酸への置換;
16)59位:ロイシン又はフェニルアラニンへの置換;
17)65位:イソロイシンへの置換;
18)74位:アスパラギン、アラニン又はセリンへの置換;
19)75位:フェニルアラニン、アラニン、ヒスチジン、イソロイシン、トリプトファン、バリン又はプロリンへの置換;
20)77位:セリン、アラニン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、アスパラギン、トリプトファン、チロシン又はプロリンへの置換;
21)199位:アラニン、ロイシン又はスレオニンへの置換;
22)238位:フェニルアラニン又はロイシンへの置換;
23)241位:アラニンへの置換;
24)248位:セリンへの置換;
25)284位:グリシン又はスレオニンへの置換;
26)289位:フェニルアラニン又はチロシンへの置換;
27)299位:ロイシンへの置換;
28)303位:フェニルアラニンへの置換;
29)312位:バリンへの置換;及び
30)320位:アスパラギン酸への置換。
The protein according to claim 1 or 2, wherein the mutation is selected from the following mutations:
1) 3rd position: substitution with phenylalanine, valine, leucine, isoleucine or asparagine;
2) 5-position: substitution with lysine;
3) 10th position: substitution with serine;
4) 12th position: substitution with serine;
5) 14th position: substitution with asparagine;
6) 16th position: substitution with threonine, serine, leucine, lysine or asparagine;
7) 26th position: substitution with phenylalanine;
8) 28th position: substitution with aspartic acid;
9) Position 30: substitution to aspartic acid;
10) Position 32: substitution to aspartic acid;
11) 34th position: substitution with phenylalanine;
12) 38th position: substitution with phenylalanine;
13) Position 42: substitution to histidine;
14) 49th position: substitution with arginine;
15) 58th position: substitution with aspartic acid;
16) 59th position: substitution with leucine or phenylalanine;
17) 65th position: substitution with isoleucine;
18) 74th position: substitution with asparagine, alanine or serine;
19) 75th position: substitution with phenylalanine, alanine, histidine, isoleucine, tryptophan, valine or proline;
20) Position 77: substitution with serine, alanine, phenylalanine, leucine, valine, asparagine, tryptophan, tyrosine or proline;
21) Position 199: substitution with alanine, leucine or threonine;
22) Position 238: substitution to phenylalanine or leucine;
23) Position 241: substitution with alanine;
24) Position 248: substitution with serine;
25) position 284: substitution to glycine or threonine;
26) Position 289: substitution with phenylalanine or tyrosine;
27) Position 299: substitution with leucine;
28) 303 position: substitution with phenylalanine;
29) 312 position: substitution with valine; and
30) Position 320: substitution with aspartic acid.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のタンパク質をコードするポリヌクレオチド。   The polynucleotide which codes the protein of any one of Claims 1-3. 請求項4に記載のポリヌクレオチドを含む組換えベクター。   A recombinant vector comprising the polynucleotide according to claim 4. 請求項5に記載の組換えベクターで形質転換された宿主細胞。   A host cell transformed with the recombinant vector according to claim 5. 請求項6に記載の宿主細胞を培養し、トランスグルタミナーゼ活性を有するタンパク質を採取することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のタンパク質の製造方法。   The method for producing a protein according to any one of claims 1 to 3, wherein the host cell according to claim 6 is cultured, and a protein having transglutaminase activity is collected. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のタンパク質、請求項7に記載の方法によって製造されたタンパク質、又は請求項6に記載の宿主細胞を高分子基質に作用させる工程を含む、当該高分子基質の加工方法。   The protein according to any one of claims 1 to 3, the protein produced by the method according to claim 7, or the step of causing the host cell according to claim 6 to act on a macromolecular substrate. A method for processing molecular substrates. 前記高分子基質が基質タンパク質である、請求項8に記載の方法。   The method of claim 8, wherein the macromolecular substrate is a substrate protein. 前記基質タンパク質が、コラーゲン、ゼラチン、カゼイン又はケラチンである、請求項9に記載の方法。   The method according to claim 9, wherein the substrate protein is collagen, gelatin, casein or keratin. 皮なめし用、繊維加工用または写真フィルムの製造用である、請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 8 to 10, which is used for tanning, fiber processing, or photographic film production.
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