JPH09173076A - Method for producing heterogeneous ubiquinone - Google Patents
Method for producing heterogeneous ubiquinoneInfo
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- JPH09173076A JPH09173076A JP7351243A JP35124395A JPH09173076A JP H09173076 A JPH09173076 A JP H09173076A JP 7351243 A JP7351243 A JP 7351243A JP 35124395 A JP35124395 A JP 35124395A JP H09173076 A JPH09173076 A JP H09173076A
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- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 Saccharomyces cere
visiaeのヘキサプレニル二リン酸合成酵素の構造
遺伝子COQ1のミトコンドリアへの移行配列を含む断
片と、異種プレニルトランスフェラーゼ遺伝子とを融合
せしめ、融合遺伝子を作成する。
【効果】 融合遺伝子を発現せしめることにより、例え
ば、ispB遺伝子を用いた場合にはオクタプレニル二
リン酸合成酵素、デカプレニル二リン酸合成酵素遺伝子
を用いた場合には同酵素を酵母で異種生成せしめること
ができる。(57) [Summary] [Solution] Saccharomyces cere
A fragment containing the translocation sequence of the structural gene COQ1 of hexaprenyl diphosphate synthase of visiae to mitochondria is fused with a heterologous prenyltransferase gene to prepare a fusion gene. [Effect] By expressing a fusion gene, for example, when the ispB gene is used, octaprenyl diphosphate synthase and when the decaprenyl diphosphate synthase gene is used, the enzyme is heterologously produced in yeast. be able to.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、異種ユビキノンの
生成方法に関する。更に詳細には、Saccharom
yces cerevisiaeのヘキサプレニル二リ
ン酸合成酵素の構造遺伝子COQ1のシグナル配列を利
用して、異種プレニルトランスフェラーゼ遺伝子を発現
せしめ、該酵素の生成、イソプレノイドの生成、各種ユ
ビキノンの酵母での生産を実現するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing heterogeneous ubiquinone. More specifically, Saccharom
Yeast cerevisiae hexaprenyl diphosphate synthase structural gene COQ1 is used to express a heterologous prenyl transferase gene to realize the production of the enzyme, the production of isoprenoid, and the production of various ubiquinones in yeast. Is.
【0002】[0002]
【従来の技術】ユビキノンは、キノン骨格にイソプレノ
イドが付加した化合物であって、2,3−dimeth
oxy−5−methyl−6−polyprenyl
−1,4−benzoquinoneの構造を持ち、補
酵素(CoQ)とも称される重要な役割を果たしている
生体成分である。ユビキノンは、動植物の組織、微生物
の菌体成分として存在し、電子伝達系の必須成分として
生理的、生化学的に重要な機能を果たしている。天然に
は側鎖のイソプレノイド単位の数により主にユビキノン
−6からユビキノン−10までの同族体が存在してい
る。Ubiquinone is a compound in which an isoprenoid is added to a quinone skeleton, which is 2,3-dimeth.
oxy-5-methyl-6-polyprenyl
It is a biological component that has a structure of -1,4-benzoquinone and plays an important role also called coenzyme (CoQ). Ubiquinone exists as a tissue component of plants and animals, as a bacterial cell component of microorganisms, and fulfills physiologically and biochemically important functions as an essential component of the electron transfer system. Naturally, there are mainly homologues of ubiquinone-6 to ubiquinone-10 depending on the number of isoprenoid units in the side chain.
【0003】ユビキノンは、その薬理、臨床効果につい
ても研究され、うっ血性心不全、筋ジストロフィー、貧
血症等に効果があるとされ、医薬品としても価値の高い
物質である。しかし、医薬品として効果が認められてい
るのは、ユビキノン−10のみである。ユビキノン−1
0は、現在、たばこの葉、酵母あるいは微生物菌体から
抽出精製されているが、それらの詳細は明らかにされて
いない。しかし、その生産は需要に追いつかず、従来の
方法に代るより効率的な生産方法の開発が求められてい
る。Ubiquinone has been studied for its pharmacological and clinical effects and is said to be effective for congestive heart failure, muscular dystrophy, anemia and the like, and is a highly valuable substance as a drug. However, only ubiquinone-10 has been confirmed to be effective as a medicine. Ubiquinone-1
0 is currently extracted and purified from tobacco leaves, yeast or microbial cells, but the details thereof have not been clarified. However, its production cannot keep up with demand, and there is a need to develop more efficient production methods that can replace conventional methods.
【0004】このユビキノンの側鎖を形成するイソプレ
ノイドは炭素数が5のイソペンテニル二リン酸(IP
P)を基本単位とする、天然有機化合物であり、自然界
に数多く存在する。ユビキノンの側鎖として利用される
他に、カロチノイド、天然ゴム、またプレニル化蛋白質
としての姿も知られている。生体内での生合成は、基本
となるIPPや、FPP(ファネシル二リン酸)に新た
なIPPが結合していき、徐々に長い鎖長のイソプレノ
イドに成っていく。このようにイソプレノイドの合成を
触媒する酵素がプレニルトランスフェラーゼである。プ
レニルトランスフェラーゼはバクテリアを中心として多
種類存在が確認されている。E.coliではFPS,
OPS,UPSの3つの酵素の存在が確認されており、
遺伝子として単離されているのはFPSの構造遺伝子で
あるispAとオクタプレニル二リン酸合成酵素(OP
S)の構造遺伝子ispBである。The isoprenoid forming the side chain of ubiquinone is isopentenyl diphosphate (IP) having 5 carbon atoms.
It is a natural organic compound having P) as a basic unit and exists in large numbers in nature. Besides being used as a side chain of ubiquinone, its appearance as carotenoid, natural rubber, and prenylated protein is also known. In biosynthesis in vivo, new IPP is bound to basic IPP and FPP (fanesyl diphosphate), and gradually becomes an isoprenoid with a long chain length. The enzyme that catalyzes the synthesis of isoprenoids is prenyltransferase. It has been confirmed that prenyltransferases exist in various types, mainly in bacteria. E. FIG. In E. coli, FPS,
The existence of three enzymes, OPS and UPS, has been confirmed,
The genes that have been isolated are FPS structural genes ispA and octaprenyl diphosphate synthase (OP
S) is a structural gene ispB.
【0005】このプレニルトランスフェラーゼの作用に
よって、大腸菌では側鎖長が8のオクタプレニル二リン
酸が、出芽酵素ではヘキサプレニル二リン酸が合成され
る。一方、大腸菌ubiA産物、酵母COQ2産物によ
って、PHB(p−ヒドロキシベンゾエート)から派生
したベンゾキノン骨格にこれらのポリイソプレノイドが
付加されて、それぞれユビキノン−8、ユビキノン−6
が完成する。このようなことから、ispB産物とub
iA産物等の触媒するポイントがユビキノン合成にとっ
て重要であると考えられる。ところでユビキノン−10
は薬理作用の高い生理活性物質として注目されている
が、側鎖を合成するデカプレニル二リン酸合成酵素の遺
伝子とubiA産物、酵母COQ2産物を利用すること
でユビキノン−10の効率的生産につながるとの観点に
たち、その一貫として大腸菌におけるユビキノン−6、
あるいは酵母におけるユビキノン−8の生成技術の確
立、及びデカプレニル二リン酸合成酵素遺伝子のクロー
ニングも必要である点に着目した。By the action of this prenyltransferase, octaprenyl diphosphate having a side chain length of 8 is synthesized in Escherichia coli and hexaprenyl diphosphate is synthesized in budding enzyme. On the other hand, these polyisoprenoids are added to the benzoquinone skeleton derived from PHB (p-hydroxybenzoate) by Escherichia coli ubiA product and yeast COQ2 product, and ubiquinone-8 and ubiquinone-6, respectively.
Is completed. From this, the ispB product and ub
It is considered that the point at which iA products catalyze is important for ubiquinone synthesis. Ubiquinone-10
Is attracting attention as a physiologically active substance with a high pharmacological action, but it is expected to lead to efficient production of ubiquinone-10 by utilizing the gene for decaprenyl diphosphate synthase that synthesizes a side chain and the ubiA product and yeast COQ2 product. From the viewpoint of ubiquinone-6 in E. coli,
Alternatively, attention was paid to the fact that it was necessary to establish a technique for producing ubiquinone-8 in yeast and to clone the decaprenyl diphosphate synthase gene.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した技
術の現状に鑑み、ユビキノンの側鎖であるイソプレノイ
ド合成に関わる遺伝子を利用し、異種ユビキノンを酵母
で生産する技術を開発する目的でなされたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned state of the art, the present invention has been made for the purpose of developing a technique for producing a heterologous ubiquinone in yeast by utilizing a gene involved in isoprenoid synthesis, which is a side chain of ubiquinone. It is a thing.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであって、各方面から研究の
結果、ispB遺伝子にCOQ1のミトコンドリアへの
移行配列を含む53アミノ酸をコードする領域とを融合
した融合遺伝子の創製、及び、この融合遺伝子の出芽酵
母での発現に成功し、通常は出芽酵母の保持するユビキ
ノン−6ではなく大腸菌が保持するユビキノン−8が合
成され、他の生物での異なった種のユビキノン合成には
じめて成功した。また、分裂酵母のデカプレニル合成酵
素遺伝子のクローニング及び配列決定にも成功し、これ
らの成功に基づき、本発明を完成するに至った。以下、
本発明について詳述する。[Means for Solving the Problems] The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned object, and as a result of researches from various fields, the ispB gene encodes 53 amino acids containing a translocation sequence of COQ1 to mitochondria. Succeeding in the creation of a fusion gene that fuses with the region to be expressed, and in the expression of this fusion gene in Saccharomyces cerevisiae, ubiquinone-8 that Escherichia coli retains, not ubiquinone-6 that Saccharomyces cerevisiae normally retains, was synthesized. We succeeded in synthesizing ubiquinone of different species in the organisms for the first time. In addition, they have succeeded in cloning and sequencing the decaprenyl synthase gene of fission yeast, and have completed the present invention based on these successes. Less than,
The present invention will be described in detail.
【0008】[0008]
(1)出芽酵母COQ1遺伝子を大腸菌で発現させるた
めに、まずispB遺伝子の破壊株の作製を行った。マ
ーカー遺伝子としてクロラムフェニコールアセチルトラ
ンスフェラーゼ遺伝子を用い、まずプラスミド上でis
pB遺伝子を破壊する。すなわち、ispB遺伝子のP
stIサイトにクロラムフェニコールアセチルトランス
フェラーゼ遺伝子(CAT)を挿入し、プラスミドpT
C2を得る。pTC2より必要な部分を切り出して、大
腸菌FS1576を形質転換する。FS1576は容易
に染色体との相同組換えを起こすことが可能な大腸菌で
あり、相同組み換えを起こした株はクロラムフェニコー
ル耐性となる。(1) In order to express the budding yeast COQ1 gene in Escherichia coli, an ispB gene-disrupted strain was first prepared. Using the chloramphenicol acetyltransferase gene as a marker gene,
Destroy the pB gene. That is, P of ispB gene
The chloramphenicol acetyltransferase gene (CAT) was inserted into the stI site, and the plasmid pT
Obtain C2. Escherichia coli FS1576 is transformed by cutting out a necessary portion from pTC2. FS1576 is Escherichia coli capable of easily causing homologous recombination with the chromosome, and the strain that has undergone homologous recombination becomes resistant to chloramphenicol.
【0009】しかし、形質転換の結果全くコロニーが得
られなかった。このような場合ターゲットとしているi
spB遺伝子が生育に必須であると考えられる。そこ
で、あらかじめ、FS1576にispB遺伝子を持つ
プラスミド(pKA3)を保持させておき、先と同様
に、相同組換えを行った。すると、多数のクロラムフェ
ニコール耐性株を得ることができた。染色体上に組み換
えが起きた物をプラスミドをチェックすることで選択し
た。このようにして選択された株について染色体を調製
し、ゲノミックサザンハイブリダイゼーションを行いi
spB上に組み換わっているかどうかを確認し、このi
spB破壊株をKO229と名付けた。KO229には
pKA3が保持されており、このプラスミドが染色体上
の欠失を相補していると考えられる。However, no colony was obtained as a result of the transformation. In such cases, the target i
The spB gene is considered to be essential for growth. Therefore, a plasmid (pKA3) having the ispB gene was held in FS1576 in advance, and homologous recombination was performed in the same manner as above. Then, many chloramphenicol resistant strains could be obtained. Those in which the recombination occurred on the chromosome were selected by checking the plasmid. Chromosomes were prepared for the strains selected in this manner and subjected to genomic Southern hybridization.
Check whether it has been recombined on spB,
The spB-disrupted strain was named KO229. Since KO229 retains pKA3, it is considered that this plasmid complements the deletion on the chromosome.
【0010】そこで、次にKO229からpKA3を落
とす実験を行った。大腸菌においては生育に必要でなく
なったプラスミドは分裂の際に娘細胞に分離されず、プ
ラスミドを落とすことが少なからず確認できる。すなわ
ち、プラスミドに対する非選択的な培地で数回継代培養
する。非選択プレートにプレーティングし、選択プレー
トと非選択プレートにレプリカして、選択培地でセンシ
ティブな株を単離する。しかし全くpKA3を落とした
株は単離できなかった。Therefore, next, an experiment was conducted to drop pKA3 from KO229. In Escherichia coli, the plasmid that is no longer required for growth is not separated into daughter cells during division, and it can be confirmed that the plasmid is dropped. That is, it is subcultured several times in a non-selective medium for the plasmid. Plate on non-selective plates and replicate to selective and non-selective plates to isolate sensitive strains in selective media. However, a strain in which pKA3 had been completely lost could not be isolated.
【0011】(2)ミトコンドリアへの移行配列とし
て、Saccharomyces cerevisia
eのヘキサプレニル二リン酸合成酵素遺伝子(COQ1
遺伝子)より、PCR法を利用して、N末端から53ア
ミノ酸と103アミノ酸の移行配列を含むと思われる2
種の長さの遺伝子を作製し、これらをそれぞれ、シャト
ルベクターYEp13M14上でEscherichi
a coliのオクタプレニル二リン酸合成酵素遺伝子
(ispB遺伝子)と融合し、プラスミドpYE6及び
pYE7を作成した。そして、プラスミドpYE6を野
生株SP1とユビキノンを合成できないCOQ1欠損株
(YKK6)に導入後、グルコース培地でユビキノンの
同定を行い、ユビキノン−6の生成のみを確認した(図
1)。(2) Saccharomyces cerevisiae as a mitochondrial translocation sequence
Hexaprenyl diphosphate synthase gene (COQ1
Gene), it seems to contain a transition sequence of 53 amino acids and 103 amino acids from the N terminus using PCR method 2
Genes of species length were generated and these were respectively transformed on the shuttle vector YEp13M14 with Escherichi.
The plasmids pYE6 and pYE7 were prepared by fusing with the acoli octaprenyl diphosphate synthase gene (ispB gene). Then, after introducing the plasmid pYE6 into a wild strain SP1 and a COQ1-deficient strain (YKK6) that cannot synthesize ubiquinone, ubiquinone was identified in a glucose medium, and only ubiquinone-6 production was confirmed (FIG. 1).
【0012】(3)上記において、グルコース培地でユ
ビキノンの抽出を行ったのに対し、呼吸基質であるグリ
セロール培地で培養した後、ユビキノンの同定を行っ
た。ユビキノン抽出後HPLC分析した結果(図2)、
通常ユビキノンを合成しないYKK6がpYEを保持さ
せることで、ユビキノン−8を合成していること、また
COQ1遺伝子を保持させた方では、ユビキノン−6を
合成していることが明らかとなった。加えて、出芽酵母
の野生株であるSP1にpYE6を保持させた場合、ユ
ビキノン−6とユビキノン−8の両方が生成されてい
た。これらの結果は、他の生物における異なる種類のユ
ビキノン合成に成功した初めての例であり、ユビキノン
の側鎖はプレニルトランスフェラーゼが決定しているこ
とを示している。また、出芽酵母において、ユビキノン
−8がユビキノン−6を機能的に相補することが明らか
となった。(3) In the above, ubiquinone was extracted in a glucose medium, whereas ubiquinone was identified after culturing in a glycerol medium which is a respiratory substrate. Results of HPLC analysis after extraction of ubiquinone (Fig. 2),
It was revealed that YKK6, which normally does not synthesize ubiquinone, synthesizes ubiquinone-8 by retaining pYE, and that those who retain the COQ1 gene synthesize ubiquinone-6. In addition, both ubiquinone-6 and ubiquinone-8 were produced when pYE6 was retained in SP1 which is a wild strain of Saccharomyces cerevisiae. These results represent the first successful synthesis of a different type of ubiquinone in other organisms, indicating that the side chain of ubiquinone is determined by prenyl transferase. Further, it was revealed that ubiquinone-8 functionally complements ubiquinone-6 in Saccharomyces cerevisiae.
【0013】(4)このようにユビキノン−8を生成す
る出芽酵母YKK6/pYE6におけるプレニルトラン
スフェラーゼは、ユニット数8のオクタプレニル二リン
酸を合成しているかどうかを明らかにするために産物の
同定を行った。YKK6/pYE6より調製したプレニ
ルトランスフェラーゼを基質の14CラベルIPP、非ラ
ベルFPPと共に反応し、伸長された産物をTLCで展
開した。その結果、normal phaseでは全ト
ランスのソラネソールと同様の位置に、reverse
d phaseではC45のソラネソールよりやや小さ
い位置にシグナルが得られた。これらのことから、YK
K6/pYE6で合成されたイソプレノイドは全トラン
ス型のオクタプレニル二リン酸であり、出芽酵母におい
てispB遺伝子が確実に発現していることが明らかと
なった(図3)。(4) In order to clarify whether or not the prenyltransferase in the budding yeast YKK6 / pYE6 producing ubiquinone-8 is synthesizing octaprenyl diphosphate having 8 units, the product is identified. went. The prenyl transferase prepared from YKK6 / pYE6 was reacted with the substrate 14 C-labeled IPP and unlabeled FPP, and the extended product was developed by TLC. As a result, in normal phase, reverse translocation was found at the same position as solanesol in all trans.
In d phase, a signal was obtained at a position slightly smaller than that of C45 solanesol. From these things, YK
The isoprenoid synthesized by K6 / pYE6 is all-trans octaprenyl diphosphate, and it was revealed that the ispB gene was reliably expressed in Saccharomyces cerevisiae (FIG. 3).
【0014】(5)上記からも明らかなように、S.c
erevisiae中ではミトコンドリアへの移行がヘ
キサプレニル二リン酸合成酵素のN末端側53アミノ酸
領域で充分であることが確認されたが、以下からも、そ
の点を確認した。(5) As is clear from the above, S. c
It was confirmed that the migration to mitochondria was sufficient in the 53 amino acid region on the N-terminal side of hexaprenyl diphosphate synthase in Erevisiae, but this was also confirmed from the following.
【0015】すなわち、大腸菌のオクタプレニル二リン
酸合成酵素を用いてS.cerevisiaeのヘキサ
プレニル二リン酸合成酵素欠損株の相補実験を行うため
に3つのプラスミドを構築した。1つめはADHプロモ
ーターにオクタプレニル二リン酸合成酵素をつないだも
の、2つめはヘキサプレニル二リン酸合成酵素のN末端
側53アミノ酸にオクタプレニル二リン酸合成酵素をつ
ないだもの、3つめはヘキサプレニル二リン酸合成酵素
のN末端側103アミノ酸にオクタプレニル二リン酸合
成酵素をつないだものを構築した。ヘキサプレニル二リ
ン酸合成酵素のN末端側には、ミトコンドリアへの移行
シグナルがあると考えられている。またS.cerev
isiaeのヘキサプレニル二リン酸はURA3で破壊
してある。構築した3つのプラスミドをヘキサプレニル
二リン酸合成酵素破壊株に導入したところ、53アミノ
酸を付加したものだけがヘキサプレニル二リン酸合成酵
素の欠損を相補した(図4)。プレニル二リン酸合成酵
素の活性測定を行った結果、S.cerevisiae
のヘキサプレニル二リン酸合成酵素欠損株中でオクタプ
レニル二リン酸合成酵素にヘキサプレニル二リン酸合成
酵素のN末端側の53アミノ酸を付加したものを発現さ
せたものは、S.cerevisiae中でオクタプレ
ニル二リン酸を合成していることが確認された。That is, S. coli was isolated using octaprenyl diphosphate synthase of E. coli. Three plasmids were constructed in order to carry out a complementation experiment of the hexaprenyl diphosphate synthase deficient strain of S. cerevisiae. The first one is octaprenyl diphosphate synthase linked to the ADH promoter, the second is octaprenyl diphosphate synthase linked to the N-terminal 53 amino acids of hexaprenyl diphosphate synthase, and the third is A structure in which octaprenyl diphosphate synthase was connected to 103 amino acids on the N-terminal side of hexaprenyl diphosphate synthase was constructed. It is believed that there is a mitochondrial translocation signal on the N-terminal side of hexaprenyl diphosphate synthase. In addition, S.I. cerev
Hexaprenyl diphosphate of isiae is destroyed by URA3. When the three constructed plasmids were introduced into the hexaprenyl diphosphate synthase disrupted strain, only those with the addition of 53 amino acids complemented the hexaprenyl diphosphate synthase deficiency (FIG. 4). As a result of measuring the activity of prenyl diphosphate synthase, S. cerevisiae
In the hexaprenyl diphosphate synthase-deficient strain of S. cerevisiae, the one obtained by adding octaprenyl diphosphate synthase to which 53 amino acids at the N-terminal side of hexaprenyl diphosphate synthase was added was expressed by S. It was confirmed that octaprenyl diphosphate was synthesized in S. cerevisiae.
【0016】(6)以上の結果から、ispB遺伝子は
大腸菌の生育に必須であることが示唆され、また、次の
ことも明らかとなった。(6) From the above results, it was suggested that the ispB gene is essential for the growth of Escherichia coli, and the following was also clarified.
【0017】IspBにCoq1のミトコンドリアへの
移行配列を含む53a.a.の断片を融合したCoq1
−IspB融合タンパク質の発現は、COQ1欠損株の
呼吸欠損を回復した。また、この株においては、通常
S.cerevisiaeの保持するユビキノン−6で
はなく大腸菌の保持するユビキノン−8が合成されてい
た。この結果は、他の生物での異なった種のユビキノン
合成に成功した初めての結果であり、ユビキノンの側鎖
はプレニルトランスフェラーゼが決定していることを示
している。また、出芽酵母においてユビキノン−8がユ
ビキノン−6を機能的に相補することが明らかとなっ
た。53a. Containing a sequence for translocation of Coq1 to mitochondria in IspB 53a. a. Coq1 fused with a fragment of
Expression of the -IspB fusion protein restored respiratory defects in the COQ1 deficient strain. Moreover, in this strain, S. Ubiquinone-8 retained by Escherichia coli was synthesized instead of ubiquinone-6 retained by cerevisiae. This result is the first result of successful synthesis of ubiquinone of different species in other organisms, and shows that the side chain of ubiquinone is determined by prenyltransferase. Further, it was revealed that ubiquinone-8 functionally complements ubiquinone-6 in Saccharomyces cerevisiae.
【0018】(7)Schizosaccharomy
ces pombe(S.pombe)より、ユビキノ
ン−10の側鎖であるデカプレニル二リン酸合成酵素を
コードしている遺伝子の単離、クローニングを、次のス
トラテジーによって行った。(7) Schizosaccharomy
From ces pombe (S. pombe), the gene encoding decaprenyl diphosphate synthase, which is the side chain of ubiquinone-10, was isolated and cloned by the following strategy.
【0019】すなわち、プレニル二リン酸合成酵素には
保存されている領域が存在しているのでそれらの配列を
基にPCR用のプライマーをデザインし、S.pomb
eのゲノムを鋳型としPCRを行った。増幅された断片
を確認したところ、プレニルトランスフェラーゼをコー
ドしていると思われる断片が単離できたので、その断片
をプローブとしゲノム及びcDNAライブラリーから全
領域を単離した。That is, since there is a conserved region in prenyl diphosphate synthase, a primer for PCR was designed based on these sequences, and S. pomb
PCR was performed using the genome of e as a template. When the amplified fragment was confirmed, a fragment suspected of encoding prenyltransferase could be isolated. Therefore, the entire region was isolated from the genomic and cDNA libraries using the fragment as a probe.
【0020】(8)S.pombeより単離したプレニ
ル二リン酸合成酵素とS.cerevisiaeのヘキ
サプレニル二リン酸合成酵素、Bacillusのヘプ
タプレニル二リン酸合成酵素、大腸菌のオクタプレニル
二リン酸合成酵素とを比較した結果、S.cerevi
siaeは他のものと比べるとN末端側及び領域(I)
と領域(II)の間が長いことが分かる。S.pombe
のプレニルトランスフェラーゼは377アミノ酸で、ヘ
キサプレニル二リン酸合成酵素と39.9%、ヘプタプ
レニル二リン酸合成酵素とは30.9%、オクタプレニ
ル二リン酸合成酵素とは34.0%の相同性を示した
(図5)。(8) S. prenyl diphosphate synthase isolated from Pombe and S. S. cerevisiae hexaprenyl diphosphate synthase, Bacillus heptaprenyl diphosphate synthase, and E. coli octaprenyl diphosphate synthase. cerevi
siae is N-terminal side and region (I) compared to others
It can be seen that there is a long distance between and area (II). S. pombe
Has 377 amino acids and has a homology of 39.9% with hexaprenyl diphosphate synthase, 30.9% with heptaprenyl diphosphate synthase and 34.0% with octaprenyl diphosphate synthase. Is shown (FIG. 5).
【0021】(9)先に述べたように、S.cerev
isiae中ではミトコンドリアへの移行がヘキサプレ
ニル二リン酸合成酵素のN末端側53アミノ酸で充分で
あることが確認されたので、オクタプレニル二リン酸合
成酵素同様にS.pombeから単離したプレニル二リ
ン酸合成酵素にヘキサプレニル二リン酸合成酵素のN末
端側53アミノ酸を付加したプラスミドを3つ構築し
た。1つめは53アミノ酸に全領域を付加したもの、2
つめは53アミノ酸にN末端側20アミノ酸を削ったも
のに付加したもの、3つめは53アミノ酸にN末端側3
0アミノ酸削ったものに付加したものを構築した。構築
した3つのプラスミドをS.cerevisiaeのヘ
キサプレニル二リン酸合成酵素欠損株に導入した(図
6)。(9) As described above, the S. cerev
Since it was confirmed that 53 amino acids on the N-terminal side of hexaprenyl diphosphate synthase were sufficient for migration to mitochondria in S. isiae, S. Three plasmids were constructed by adding 53 amino acids on the N-terminal side of hexaprenyl diphosphate synthase to prenyl diphosphate synthase isolated from pombe. The first is 53 amino acids with the entire region added, 2
The third is 53 amino acids with 20 amino acids on the N-terminal side deleted, and the third is 53 amino acids with 3 N-terminals.
Constructed by adding 0 amino acids deleted. The three constructed plasmids were transformed into S. It was introduced into a hexaprenyl diphosphate synthase deficient strain of S. cerevisiae (Fig. 6).
【0022】これらのプラスミドを用いて、プレニル二
リン酸合成酵素の活性測定を行った結果、次のことが明
らかになった(図7)。lane 1はS.cerev
isiaeの野生株、lane 2はS.cerevi
siaeのヘキサプレニル二リン酸合成酵素欠損株、l
ane 3はヘキサプレニル二リン酸合成酵素欠損株中
でヘキサプレニル二リン酸合成酵素のN末端側53アミ
ノ酸にS.pombeから単離したプレニル二リン酸合
成酵素のN末端側20アミノ酸削ったものを付加したも
のである。lane 3で分かるようにデカプレニル二
リン酸合成活性が確認できた。この事より、今回S.p
ombeより単離したプレニル二リン酸合成酵素はデカ
プレニル二リン酸合成酵素であることが確認できた。し
かしながら、S.cerevisiaeのヘキサプレニ
ル二リン酸合成酵素欠損により呼吸欠損は相補できなか
った。これは、S.cerevisiae中では活性が
低いことあるいはCOQ2がデカプレニル二リン酸を認
識できないことが考えられる。また、構築した残りの2
種類のプラスミドについては活性は確認できなかった。As a result of measuring the activity of prenyl diphosphate synthase using these plasmids, the following was revealed (FIG. 7). lane 1 is S. cerev
A wild strain of isiae, lane 2, is S. cerevi
siae hexaprenyl diphosphate synthase deficient strain, l
Ane 3 is S. cerevisiae at the N-terminal 53 amino acids of hexaprenyl diphosphate synthase in the hexaprenyl diphosphate synthase-deficient strain. It is a product in which 20 amino acids at the N-terminal side of prenyl diphosphate synthase isolated from pombe were deleted. As can be seen from lane 3, the decaprenyl diphosphate synthetic activity was confirmed. From this, S. p
It was confirmed that the prenyl diphosphate synthase isolated from ombe was decaprenyl diphosphate synthase. However, S. Respiratory defects could not be complemented due to the deficiency of hexaprenyl diphosphate synthase in S. cerevisiae. This is the S. It is considered that the activity is low in C. cerevisiae or COQ2 cannot recognize decaprenyl diphosphate. Also, the remaining 2 built
No activity could be confirmed for any type of plasmid.
【0023】(10)以上の結果から次のことが明らか
となった。プレニル二リン酸合成酵素に保存されている
領域を基にプライマーをデザインし、S.pombeの
ゲノムを鋳型にし、PCRを行ったところプレニル二リ
ン酸合成酵素をコードしていると思われる断片が単離で
きた。その断片をプローブとし、ゲノム及びcDNAラ
イブラリーから全領域を単離した。塩基配列の決定を行
った結果(下記表1、表2に示す配列表の配列番号1)
プレニル二リン酸合成酵素に保存されている領域が全て
存在していた。(10) From the above results, the following is clarified. A primer was designed based on the region conserved in prenyl diphosphate synthase, and S. When PCR was carried out using the pombe genome as a template, a fragment suspected of encoding prenyl diphosphate synthase could be isolated. The fragment was used as a probe to isolate the entire region from genomic and cDNA libraries. Results of base sequence determination (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing shown in Tables 1 and 2 below)
The entire region conserved in prenyl diphosphate synthase was present.
【0024】[0024]
【表1】 [Table 1]
【0025】[0025]
【表2】 [Table 2]
【0026】単離したプレニル二リン酸合成酵素にS.
cerevisiaeのヘキサプレニル二リン酸合成酵
素のミトコンドリアへの移行ジグナルを付加し、ヘキサ
プレニル二リン酸合成酵素欠損株に導入したところ、デ
カプレニル二リン酸合成酵素の活性は確認できた。The isolated prenyl diphosphate synthase was transformed into S.
Transfer of hexaprenyl diphosphate synthase from S. cerevisiae to mitochondria When a signal was introduced into a strain deficient in hexaprenyl diphosphate synthase, the activity of decaprenyl diphosphate synthase was confirmed.
【0027】[0027]
【発明の効果】出芽酵母由来のCOQ1遺伝子のミトコ
ンドリアへの移行配列を利用することによって、大腸菌
由来のispB遺伝子を出芽酵母内で発現させることに
成功し、本来酵母の保持するユビキノン−6以外に異種
ユビキノンであるユビキノン−8を生成させることがは
じめて可能となった。また、上記移行配列を利用するこ
とによって、ユビキノン−10の側鎖も同酵母内で生成
させることもはじめて可能となり、ユビキノンの側鎖を
遺伝子工学的に自由に変化させることが可能となった。The present invention succeeded in expressing the Escherichia coli-derived ispB gene in Saccharomyces cerevisiae by utilizing the transfer sequence of the budding yeast-derived COQ1 gene to mitochondria, and other than ubiquinone-6 originally held by yeast. For the first time, it was possible to generate a heterogeneous ubiquinone, ubiquinone-8. Further, by utilizing the above-mentioned transition sequence, it was possible for the first time to generate the side chain of ubiquinone-10 in the same yeast, and it became possible to freely change the side chain of ubiquinone by genetic engineering.
【図1】プラスミドpYE6、pYE7の構築とこれを
導入した菌株のユビキノンの生成を示すHPLCクロマ
トグラムを示す。FIG. 1 shows an HPLC chromatogram showing the construction of plasmids pYE6 and pYE7 and the production of ubiquinone in the strain into which the plasmids were introduced.
【図2】pYE6又はpCOQ1を導入したS.cer
evisiae YKK6から抽出したユビキノンのH
PLCクロマトグラムを示す。FIG. 2 shows S. pneumoniae introduced with pYE6 or pCOQ1. cer
H of ubiquinone extracted from Evisiae YKK6
A PLC chromatogram is shown.
【図3】S.cerevisiae YKK6/pYE
6産物の薄層クロマトグラムを示す。FIG. 3 S. cerevisiae YKK6 / pYE
The thin-layer chromatogram of 6 products is shown.
【図4】pYE6、pYE7の構造を示す。FIG. 4 shows the structures of pYE6 and pYE7.
【図5】S.pombe、S.cerevisiae、
B.subtilis、E.coliの各プレニルトラ
ンスフェラーゼのアミノ酸配列の比較図である。FIG. 5: S. Pombe, S. cerevisiae,
B. subtilis, E .; It is a comparison figure of the amino acid sequence of each prenyl transferase of E. coli.
【図6】S.pombeから単離したプレニル二リン酸
合成酵素遺伝子(DPS)にヘキサプレニル二リン酸合
成酵素遺伝子(COQ1)のシグナル配列含有領域を付
加した3種類のプラスミドを示す。FIG. 6: S. 3 shows three types of plasmids in which the signal sequence-containing region of the hexaprenyl diphosphate synthase gene (COQ1) is added to the prenyl diphosphate synthase gene (DPS) isolated from pombe.
【図7】S.cerevisiae野生株(wild
type)、S.cerevisiaeのヘキサプレニ
ル二リン酸合成酵素遺伝子欠損株(YKK6(ΔCOQ
1))、COQ1のN末端側53アミノ酸にS.pom
beから単離したデカプレニル二リン酸合成酵素遺伝子
のN末端側20アミノ酸を削除したものを付加した株
(YKK6/pDPS)についての、デカプレニル二リ
ン酸合成酵素の活性測定図である。FIG. 7: S. cerevisiae wild strain (wild
type), S.I. cerevisiae hexaprenyl diphosphate synthase gene-deficient strain (YKK6 (ΔCOQ
1)), S. cerevisiae in the 53 amino acids on the N-terminal side of COQ1. pom
FIG. 3 is a diagram showing the activity measurement of decaprenyl diphosphate synthase in a strain (YKK6 / pDPS) to which the N-terminal 20 amino acids of the decaprenyl diphosphate synthase gene isolated from be was added.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 15/09 ZNA C12R 1:645) (C12N 9/10 C12R 1:865) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication (C12N 15/09 ZNA C12R 1: 645) (C12N 9/10 C12R 1: 865)
Claims (9)
visiaeのヘキサプレニル二リン酸合成酵素の構造
遺伝子COQ1のミトコンドリアへの移行配列を含む断
片と、異種プレニルトランスフェラーゼ遺伝子とを融合
せしめ、得られた融合遺伝子を発現せしめること、を特
徴とする異種プレニルトランスフェラーゼの生成方法。1. Saccharomyces cere
A heterologous prenyltransferase characterized by fusing a fragment containing a translocation sequence of the structural gene COQ1 of hexaprenyl diphosphate synthase of Visaeae to mitochondria with a heterologous prenyltransferase gene and expressing the resulting fusion gene. How to generate.
ノ酸をコードする領域内に含まれること、を特徴とする
請求項1に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the translocation sequence is contained within a region encoding the N-terminal 53 amino acids of COQ1.
子が、Escherichia coli由来のisp
B遺伝子又はSchizosaccharomyces
pombe由来のデカプレニル二リン酸合成酵素遺伝
子であること、を特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の方法。3. The heterologous prenyl transferase gene is isp derived from Escherichia coli.
B gene or Schizosaccharomyces
It is a decaprenyl diphosphate synthase gene derived from pombe, The method of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
タプレニル二リン酸合成酵素を生成せしめ、デカプレニ
ル二リン酸合成酵素遺伝子を用いることによりデカプレ
ニル二リン酸合成酵素を生成せしめること、を特徴とす
る請求項3に記載の方法。4. The octaprenyl diphosphate synthase is produced by using the ispB gene, and the decaprenyl diphosphate synthase is produced by using the decaprenyl diphosphate synthase gene. The method according to 3.
する領域Coq1とispB遺伝子との融合遺伝子をシ
ャトルベクターYEp13M4に挿入してなる発現プラ
スミドpYE6。5. An expression plasmid pYE6 obtained by inserting a fusion gene of a region Coq1 encoding the N-terminal 53 amino acids of COQ1 and an ispB gene into a shuttle vector YEp13M4.
6をSaccharomyces cerevisia
eで発現せしめること、を特徴とするユビキノン−8の
生成方法。6. The expression plasmid pYE according to claim 5.
6 for Saccharomyces cerevisia
The method for producing ubiquinone-8 is characterized in that it is expressed in e.
6をSaccharomyces cerevisia
eで発現せしめること、を特徴とするユビキノン−6及
びユビキノン−8の生成方法。7. The expression plasmid pYE according to claim 5.
6 for Saccharomyces cerevisia
The method for producing ubiquinone-6 and ubiquinone-8 is characterized in that the ubiquinone-6 and the ubiquinone-8 are expressed.
いる領域を基にPCR用のプライマーをデザインし、S
chizosaccharomyces pombeの
ゲノムを鋳型としPCRを行い、増幅されたDNA断片
を確認し、プレニルトランスフェラーゼをコードしてい
ると予想される断片を単離し、その断片をプローブとし
てゲノム及びcDNAライブラリーから全領域を単離す
ること、を特徴とするデカプレニル二リン酸合成酵素遺
伝子の製造方法。8. A primer for PCR is designed based on the region conserved in prenyl diphosphate synthase, and S
PCR was performed using the genome of chizosaccharomyces pombe as a template, the amplified DNA fragment was confirmed, the fragment expected to encode prenyltransferase was isolated, and the fragment was used as a probe to isolate the entire region from the genome and cDNA library. A method for producing a decaprenyl diphosphate synthase gene, which comprises isolating.
するデカプレニル二リン酸合成酵素遺伝子。9. A decaprenyl diphosphate synthase gene having the sequence represented by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7351243A JPH09173076A (en) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Method for producing heterogeneous ubiquinone |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7351243A JPH09173076A (en) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Method for producing heterogeneous ubiquinone |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09173076A true JPH09173076A (en) | 1997-07-08 |
Family
ID=18416021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7351243A Pending JPH09173076A (en) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | Method for producing heterogeneous ubiquinone |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09173076A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001014567A1 (en) * | 1999-08-24 | 2001-03-01 | Kaneka Corporation | Process for producing coenzyme q¿10? |
| JP2007151496A (en) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Toyota Motor Corp | Method for producing ubiquinone-10 by gene recombination |
| US7320883B2 (en) | 2000-12-27 | 2008-01-22 | Kaneka Corporation | Process for producing coenzyme Q10 |
| US7402413B2 (en) | 2001-05-11 | 2008-07-22 | Kaneka Corporation | Method of expressing long-chain prenyl diphosphate synthase |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP7351243A patent/JPH09173076A/en active Pending
Cited By (5)
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| US8163525B2 (en) | 2001-05-11 | 2012-04-24 | Kaneka Corporation | Method of expressing long-chain prenyl diphosphate synthase |
| JP2007151496A (en) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Toyota Motor Corp | Method for producing ubiquinone-10 by gene recombination |
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