经修饰的甘氨酸氧化酶的制作方法_3

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别优选2. 0倍或更多。相对于野生型酶具有1. 3倍或更多的活性 增强的本发明的经修饰的酶中的突变的例子可以是(I)TTS基序中的第一苏氨酸(T)被取 代为下述氨基酸残基、HCY基序中的半胱氨酸(C)被取代为下述氨基酸残基、或者LRP基序 中的亮氨酸(L)被取代为下述氨基酸残基、或其组合,其适合于改善活性。
[0108] (1)适合于改善活性的取代
[0109] (1-1)在TTS基序中的第一苏氨酸(T)取代后的氨基酸残基
[0110] 丙氨酸(A)、丝氨酸(S)、半胱氨酸(C)或甘氨酸(G)
[0111] (1-2)在TTS基序中的丝氨酸(S)取代后的氨基酸残基
[0112] 赖氨酸(K)
[0113] (1-3)在HCY基序中的半胱氨酸(C)取代后的氨基酸残基
[0114] 丝氨酸(S)
[0115] (1-4)在LRP基序中的亮氨酸(L)取代后的氨基酸残基
[0116] 异亮氨酸(I)、缬氨酸(V)、半胱氨酸(C)、或苏氨酸(T)
[0117] (1-5)对于PGT基序中的甘氨酸(G),改善至少一种自特性(a)至(c)选择的特性 的突变(单独或与另一种/些突变组合的单一突变)的例子可以包括用谷氨酰胺(Q)的取 代。
[0118] 在另一个实施方案中,改善甘氨酸氧化酶的热稳定性作为与甘氨酸测量有关的甘 氨酸氧化酶特性。甘氨酸氧化酶的热稳定性的改善意指相对于野生型酶的热稳定性进一步 增强经修饰的酶的热稳定性。特别地,可以在下述情况中实现甘氨酸氧化酶的热稳定性的 改善:在于预先确定的高温(例如40°C、50°C或60°C的任何温度)的水性溶液中将酶处理 预先确定的时间段(例如1小时)时,经修饰的酶的剩余活性高于野生型酶的剩余活性。水 性溶液中的甘氨酸氧化酶的热稳定性测试可以具有作为用于评估甘氨酸氧化酶的稳定性 (特别是液体稳定性)的加速测试的意义。因此,当经修饰的酶在水性溶液中的热稳定性较 高时,经修饰的酶的稳定性(特别是液体稳定性)也趋向于较高。显示高液体稳定性的酶 可以以液体形式贮存较长的时间段,如此,此类经修饰的酶可用作测量甘氨酸的液体试剂。 相对于野生型酶的热稳定性,经修饰的酶的热稳定性的增强水平优选是I. 1倍或更多,且 更优选1. 2倍或更多。相对于野生型酶具有I. 1倍或更多倍增强的热稳定性的本发明的经 修饰的酶中的突变的例子可以是(2)HCY基序中的半管氨酸(C)被取代为下述氨基酸残基, 其适合于热稳定性的改善。
[0119] (2)适合于改善热稳定性的取代
[0120] (2-1)在TTS基序中的第一苏氨酸(T)取代后的氨基酸残基
[0121] 丙氨酸(A)、丝氨酸(S)或甘氨酸(G)
[0122] (2-2)在TTS基序中的丝氨酸(S)取代后的氨基酸残基
[0123] 赖氨酸(K)
[0124] (2-3)在HCY基序中的半胱氨酸(C)取代后的氨基酸残基
[0125] 丙氨酸(A)、天冬氨酸(D)、甘氨酸(G)、组氨酸(H)、天冬酰胺(N)、色氨酸(W)、酪 氨酸(Y)或丝氨酸(S)
[0126] (2-4)在LRP基序中的亮氨酸(L)取代后的氨基酸残基
[0127] 异亮氨酸(I)、缬氨酸(V)、脯氨酸(P)、或半胱氨酸(C)
[0128] (2-5)对于GML基序中的甲硫氨酸(M),改善至少一种自特性(a)至(c)选择的特 性的突变(单独或与另一种/些突变组合的单一突变)的例子可以包括用异亮氨酸(I)取 代。
[0129] (2-6)对于SG基序中的丝氨酸(S),改善至少一种自特性(a)至(c)选择的特性 的突变(单独或与另一种/些突变组合的单一突变)的例子可以包括用精氨酸(R)取代。
[0130] (2-7)对于PGT基序中的甘氨酸(G),改善至少一种自特性(a)至(c)选择的特性 的突变(单独或与另一种/些突变组合的单一突变)的例子可以包括用酪氨酸(Y)或谷氨 酰胺(Q)取代。
[0131] 在又一个实施方案中,改善甘氨酸氧化酶对甘氨酸的底物特异性作为与甘氨酸测 量有关的甘氨酸氧化酶特性。甘氨酸氧化酶对甘氨酸的底物特异性的改善意味着与野生型 酶的反应性相比进一步增强经修饰的酶对甘氨酸的反应性,换言之,意味着经修饰的酶对 除甘氨酸外的氨基酸的反应性降低。除甘氨酸外的氨基酸的例子可以包括除甘氨酸外的 L- a -氨基酸。特别地,除甘氨酸外的氨基酸的例子可以包括除甘氨酸外的19种L- a -氨 基酸、和胱氨酸、牛磺酸、瓜氨酸、鸟氨酸和a-氨基丁酸,其构成蛋白质。例如,甘氨酸氧化 酶对甘氨酸的底物特异性已经得到改善的本发明的经修饰的酶的突变可以是TTS基序中 的第一苏氨酸(T)被取代为下述氨基酸残基、HCY基序中的半胱氨酸(C)被取代为下述氨 基酸残基、LRP基序中的亮氨酸(L)被取代为下述氨基酸残基、或其组合。
[0132] (3)适合于改善底物特异性的取代
[0133] (3-1)在TTS基序中的第一苏氨酸(T)取代后的氨基酸残基
[0134] 丙氨酸(A)
[0135] (3-2)在HCY基序中的半胱氨酸(C)取代后的氨基酸残基
[0136] 丝氨酸(S)
[0137] (3-3)在LRP基序中的亮氨酸(L)取代后的氨基酸残基
[0138] 缬氨酸(V)
[0139] 本发明的经修饰的酶还可以具有C端或N端的另一种肽组分(例如肽模块)。可 以对本发明的经修饰的酶添加的另一肽组分的例子可以包括使目的蛋白的纯化变得容易 的肽组分(例如标签模块,诸如组氨酸标签和strep-标签II ;通常用于纯化目的蛋白质的 蛋白质,诸如谷胱甘肽-S-转移酶和麦芽糖结合蛋白)、增强目的蛋白质的溶解度的肽组分 (例如Nus-标签)、起蛋白伴侣作用的肽组分(例如触发因子)、和作为具有另一种功能的 蛋白质或蛋白质域的肽组分或连接它们的接头。
[0140] 本发明的经修饰的酶在具有上述突变的甘氨酸氧化酶的氨基酸序列中还可以具 有一个或几个氨基酸残基的补充突变(例如取代、缺失、插入和添加),只要前述特性得到 保留。例如,补充突变的数目是1至100,优选1至50,更优选1至40,仍更优选1至30,且 最优选1至20或1至10 (例如1、2、3、4或5)。本领域技术人员可以适当生成保留前述特 性的此类经修饰的酶。在具有一个或多个补充突变的本发明的经修饰的酶中,相对于野生 型酶的活性,经修饰的酶的活性的增强水平优选是1. 3倍或更多,更优选1. 5倍或更多,仍 更优选1. 7倍或更多,且特别优选2. 0倍或更多。也在具有一个或多个补充突变的本发明的 经修饰的酶中,相对于野生型酶的热稳定性,经修饰的酶的热稳定性的增强水平优选是I. 1 倍或更多,且更优选1. 2倍或更多。
[0141] 因此,本发明的经修饰的酶可以是下述(i)或(ii):
[0142] (i)蛋白质,其包含具有甘氨酸氧化酶的氨基酸序列中的一个或多个选自下组的 氨基酸残基的一种或多种突变(例如取代)的氨基酸序列并且具有改善的与甘氨酸测量有 关的甘氨酸氧化酶特性:TTS基序中的第一苏氨酸、TTS基序中的丝氨酸、HCY基序中的半胱 氨酸、LRP基序中的亮氨酸、GML基序中的甲硫氨酸、SG基序中的丝氨酸、和PGT基序中的甘 氨酸;或
[0143] (ii)蛋白质,其包含具有氨基酸序列中的一个或几个氨基酸残基的补充突变的氨 基酸序列并且保留改善的与甘氨酸测量有关的甘氨酸氧化酶特性,所述氨基酸序列具有甘 氨酸氧化酶的氨基酸序列中的一个或多个选自下组的氨基酸的一种或多种突变(例如取 代):TTS基序中的第一苏氨酸、TTS基序中的丝氨酸、HCY基序中的半胱氨酸、LRP基序中的 亮氨酸、GML基序中的甲硫氨酸、SG基序中的丝氨酸、和PGT基序中的甘氨酸。
[0144] 本发明的经修饰的酶也可以是由于具有一个或多个前述突变和一个或多个补充 突变两者而与其突变前的(野生型)甘氨酸氧化酶的氨基酸序列具有至少90%或更多序列 同一性的氨基酸序列的。氨基酸序列同一性的百分比可以优选是92%或更多,更优选95% 或更多,仍更优选97%或更多,且最优选98%或更多或99%或更多。
[0145] 例如,可以使用 Karl in 和 Altschul (Pro. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 5873(1993))的 算法 BLAST 及 Pearson (MethodsEnzymol.,183, 63 (1990))的 FASTA 测定氨基酸序列间的同 一性。称为BLASTP的程序已经基于此算法BLAST开发(see http://www. ncbi. nlm. nih. gov)。如此,可以使用具有缺省设置的这些程序计算氨基酸序列间的同一性。还有,例如可 以使用数值作为氨基酸序列间的同一性,所述数值通过使用ORF中编码的全长多肽部分并 使用米用 Lipman-Pearson 法的来自 Genetyx Corporation 的软件 GENETYX Ver. 7. 09 以百 分比计算相似性获得,该软件GENETYX Ver. 7. 09具有比较=2的单元大小设置。可以采用 从这些计算推出的数值间的最低值作为氨基酸序列间的同一性。
[0146] 可以在氨基酸序列中引入补充突变的氨基酸残基的位置对于本领域技术人员来 说是明显的。例如,可以参考氨基酸序列比对引入补充突变。特别地,本领域技术人员可以 (1)比较多个同系物的氨基酸序列(例如以SEQ ID N0:2表示的氨基酸序列和另一同系物 的氨基酸序列),(2)证明相对保守的区域和相对不保守的区域,然后(3)分别从相对保守 的区域和相对不保守的区域预测能够发挥功能上重要作用的区域和不能发挥功能上重要 作用的区域,如此识别结构和功能之间的关联性。已经对甘氨酸氧化酶报告了三维结构的 分析结果,如上文描述的。如此,本领域技术人员可以基于三维结构的分析结果引入补充突 变以实现前述特性的保留。引入补充突变的位点可以是除TTS基序中的第一苏氨酸、TTS基 序中的丝氨酸、HCY基序中的半胱氨酸、LRP基序中的亮氨酸、GML基序中的甲硫氨酸、SG基 序中的丝氨酸和PGT基序中的甘氨酸外的氨基酸残基,且优选是除TTS基序、TTS基序、HCY 基序、LRP基序、GML基序、SG基序和PGT基序中的氨基酸残基外的氨基酸残基。
[0147] 在氨基酸残基的补充突变是取代时,氨基酸残基的此类取代可以是保守取代。术 语"保守取代"指用具有相似侧链的氨基酸残基取代给定的氨基酸残基。具有相似侧链的氨 基酸残基的家族是本领域中公知的。此类家族的例子可以包括具有碱性侧链的氨基酸(例 如赖氨酸、精氨酸、组氨酸)、具有酸性侧链的氨基酸(例如天冬氨酸、谷氨酸)、具有不带 电荷的极性侧链的氨基酸(例如天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸)、 具有非极性侧链的氨基酸(例如甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙 氨酸、甲硫氨酸、色氨酸)、在P位处具有分支侧链的氨基酸(例如苏氨酸、缬氨酸、异亮氨 酸)、具有芳香族侧链的氨基酸(例如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸)、具有含有羟基 (例如具有含有羟基(例如醇、酚)基团的侧链的氨基酸(例如丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸)、 和具有含硫的侧链的氨基酸(例如半胱氨酸、甲硫氨酸)。优选地,氨基酸的保守取代可以 是天冬氨酸和谷氨酸之间的取代,精氨酸、赖氨酸和组氨酸之间的取代,色氨酸和苯丙氨酸 之间的取代,苯丙氨酸和缬氨酸之间的取代,亮氨酸、异亮氨酸和丙氨酸之间的取代,以及 甘氨酸和丙氨酸之间的取代。
[0148] 可以使用本发明的转化体(其表达本发明的经修饰的酶)、无细胞系统等制备本 发明的经修饰的酶。例如,可以通过生成用本发明的经修饰的酶的表达载体,并将此表达载 体导入宿主中来生成本发明的转化体。
[0149] 本发明的表达载体包含编码本发明的经修饰的酶的本发明的多核苷酸(例如 DNA、RNA)。在本发明的多核苷酸外,本发明的表达载体可以进一步包含区域,诸如编码启 动子、终止子和药物(例如四环素、氨苄青霉素、卡那霉素、潮霉素、膦丝菌素)抗性基因的 区域。本发明的表达载体可以是质粒或整合型载体。本发明的表达载体也可以是病毒载体 或用于无细胞系统的载体。本发明的表达载体可以进一步包含在本发明的多核苷酸的3' 或5'端侧的编码另一种可以对本发明的经修饰的酶添加的肽组分的多核苷酸。编码另一 种肽组分
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