EP0698112B1

One pot synthesis of oligosaccharides using multiple enzymes and cmp-sialic acid regenerating system

Abstract

A single reaction vessel process for the synthesis of a sialylated galactoside is disclosed. The synthesis utilizes a beta -galactosidase to catalyze the reaction of a galactose-containing substrate and an acceptor to form a new galactosyl glycoside that is then sialylated using a cyclic multienzyme synthesis system to form CMP-sialic acid that sialylates the formed galactosyl glycoside in the presence of an alpha -sialyltransferase. The value of Km/Vmax for the formed galactosyl glycoside as a substrate for the alpha -sialyltransferase is less than one-third the Km/Vmax value for the galactose-containing substrate for that alpha -sialyltransferase.

EP0698112B1, drawing sheet 1
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Expired 4 May 2014, 12.4 years ago.

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11 claims: 11 independent, 0 dependent

  1. 1
    A process for forming an α-sialylated galactosyl glycoside that comprises the steps of:admixing in a single vessel the following components to form a reaction mixture: (i) a catalytic amount of β-galactosidase;(ii) a catalytic amount of α(2,6)- or α(2,3)sialyltransferase;(iii) a β-galactose-containing donor substrate for said β-galactosidase;(iv) an acceptor substrate for said β-galactosidase;(v) a sialic acid;(vi) a cytidine monophosphate (CMP)-sialic acid regenerating system comprising at least two moles of phosphoenolpyruvate per each mole of said sialic acid, and catalytic amounts of adenosine triphosphate (ATP), myokinase, pyruvate kinase, inorganic pyrophosphatase and CMP-sialic acid synthetase;and(vii) an aqueous buffer solution containing enzymatically sufficient amounts of metal ion cofactors for said enzymes and having a pH value of about 6 to about 8;and maintaining said reaction mixture at a temperature of about zero degrees C to about 45°C for a time period sufficient for a β-galactosyl glycoside formed by the β-galactosidase-catalyzed reaction of said galactose-containing donor substrate and said acceptor substrate to be sialylated, said galactosyl glycoside having a Km/Vmax value as a substrate for said sialyltransferase that is less than one-third the Km/Vmax value of said galactose-containing donor substrate for said sialyltransferase, wherein Km represents the Michaelis constant and Vmax represents the maximum reaction velocity at a constant concentration of enzyme. Procédé pour former un galactosylglycoside α-sialylé qui comprend les étapes consistant à : mélanger dans une cuve unique les composants suivants pour former un mélange réactionnel : (i) une quantité catalytique de β-galactosidase ;(ii) une quantité catalytique d'α(2,6)- ou d'a(2,3)sialyltransférase ;(iii) un substrat donneur contenant du β-galactose pour ladite β-galactosidase ;(iv) un substrat accepteur pour ladite β-galactosidase ;(v) un acide sialique ;(vi) un système de régénération d'acide cytidine monophosphate (CMP)-sialique, comprenant au moins deux moles de phosphoénolpyruvate par mole dudit acide sialique, et des quantités catalytiques d'adénosine triphosphate (ATP), de myokinase, de pyruvate kinase, de pyrophosphatase inorganique et d'acide CMP-sialique synthétase ;et(vii) une solution tampon aqueuse contenant des quantités enzymatiquement suffisantes de cofacteurs ions métalliques pour lesdites enzymes et ayant une valeur de pH d'environ 6 à environ 8 ;et maintenir ledit mélange réactionnel à une température d'environ 0°C à environ 45°C pendant une durée suffisante pour qu'un β-galactosylglycoside formé par la réaction, catalysée par la β-galactosidase, dudit substrat donneur contenant du galactose et dudit substrat accepteur soit sialylé, ledit galactosylglycoside ayant une valeur de Km/Vmax en tant que substrat pour ladite sialyltransférase qui vaut moins d'un tiers de la valeur de Km/Vmax dudit substrat donneur contenant du galactose pour ladite sialyltransférase, où Km représente la constante de Michaelis et Vmax représente la vitesse de réaction maximale à une concentration constante d'enzyme. Prozess zur Bildung eines α-sialylierten Galactosylglycosids, der folgende Schritte umfasst: in einem einzigen Gefäß Mischen der folgenden Bestandteile zu einer Reaktionsmischung: (i) einer katalytischen Menge β-Galactosidase,(ii) einer katalytischen Menge α(2,6)- oder α(2,3)Sialyltransferase,(iii) eines β-Galactose enthaltenden Donorsubstrats für die obengenannte β-Galactosidase,(iv) eines Akzeptorsubstrats für die obengenannte β-Galactosidase,(v) einer Sialsäure,(vi) eines Cytidinmonophosphat(CMP)-Sialsäure regenerierenden Systems, das mindestens zwei Mol Phosphoenolpyruvat pro Mol der genannten Sialsäure sowie katalytische Mengen Adenosintriphosphat (ATP), Myokinase, Pyruvatkinase, anorganische Pyrophosphatase und CMP-Sialsäure-Synthetase enthält sowie(vii) einer wässrigen Pufferlösung, die enzymatisch ausreichende Mengen Metallionen-Cofaktoren für die genannten Enzyme enthält und einen pH-Wert von etwa 6 bis etwa 8 hat,und Halten dieser Reaktionsmischung auf einer Temperatur von etwa Null Grad C bis etwa 45°C über einen ausreichenden Zeitraum, damit ein β-Galactosylglycosid, das durch die β-Galactosidase-katalysierte Reaktion des Galactose enthaltenden Donorsubstrats und des Akzeptorsubstrats entstanden ist, sialyliert werden kann, wobei das Galactosylglycosid einen Km/Vmax-Wert als Substrat für die Sialyltransferase hat, der weniger als ein Drittel des Km/Vmax-Werts des Galactose enthaltenden Donorsubstrats für die Sialyltransferase beträgt, wobei Km für die Michaelis-Konstante steht und Vmax für die maximale Reaktionsgeschwindigkeit bei einer konstanten Enzymkonzentration.
  2. 2
    Procédé selon la revendication 1 comprenant l'étape supplémentaire consistant à récupérer ledit galactosylglycoside sialylé formé. Prozess gemäß Anspruch 1, der weiter den Schritt der Gewinnung des gebildeten sialylierten Galactosylglycosids beinhaltet. The process according to claim 1 including the further step of recovering said formed sialylated galactosyl glycoside.
  3. 3
    Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit galactosylglycoside sialylé est le Neu5Acα2→6Galβ1→4GlcNAc ou le Neu5Acα2-6Galβ1→4GlcNAc-O-allyle. Prozess gemäß Anspruch 1, wobei das sialylierte Galactosylglycosid Neu5Acα2→6Galβ1→4GlcNAc oder Neu5Acα2-6Galβ1→4GlcNAc-O-Allyl ist. The process according to claim 1 wherein said sialylated galactosyl glycoside is Neu5Acα2→6Galβ1→4GlcNAc or Neu5Acα2-6Galβ1→4GlcNAc-O-allyl.
  4. 4
    Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit substrat donneur contenant du galactose (iii) est le lactose. Prozess gemäß Anspruch 1, wobei das Galactose enthaltende Donorsubstrat (iii) Lactose ist. The process according to claim 1 wherein said galactose-containing donor substrate (iii) is lactose.
  5. 5
    Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit substrat accepteur pour ladite β-galactosidase est GlcNAc. Prozess gemäß Anspruch 1, wobei das Akzeptorsubstrat für die β-Galactosidase GlcNAc ist. The process according to claim 1 wherein said acceptor substrate for said β-galactosidase is GlcNAc.
  6. 6
    Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite β-galactosidase est la β(1,4)galactosidase de Bacillus circulans. Prozess gemäß Anspruch 1, wobei die β-Galactosidase die β(1,4)Galactosidase von Bacillus circulans ist. The process according to claim 1 wherein said β-galactosidase is the β(1,4)galactosidase of Bacillus circulans.
  7. 7
    Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite sialyltransférase est l'α(2,6)sialyltransférase. Prozess gemäß Anspruch 1, wobei die Sialyltransferase α(2,6)Sialyltransferase ist. The process according to claim 1 wherein said sialyltransferase is α(2,6)sialyltransferase.
  8. 8
    Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite sialyltransférase est l'α(2,3)sialyltransférase. Prozess gemäß Anspruch 1, wobei die Sialyltransferase α(2,3)Sialyltransferase ist." The process according to claim 1 wherein said sialyltransferase is α(2,3)sialyltransferase.
  9. 9
    Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit galactosylglycoside a une valeur de Km/Vmax en tant que substrat pour ladite sialyltransférase qui vaut moins d'un dixième de la valeur de Km/Vmax dudit substrat donneur contenant du galactose pour ladite sialyltransférase. Prozess gemäß Anspruch 1, wobei das Galactosylglycosid einen Km/Vmax-Wert als Substrat für die Sialyltransferase hat, der weniger als ein Zehntel des KmA/max-Werts des Galactose enthaltenden Donorsubstrats für die Sialyltransferase beträgt. The process according to claim 1 wherein said galactosyl glycoside has a Km/Vmax value as a substrate for said sialyltransferase that is less than one-tenth the Km/Vmax value of said galactose-containing donor substrate for said sialyltransferase.
  10. 10
    A process for forming an α-sialylated galactosyl glycoside that comprises the steps of:admixing in a single vessel the following components to form a reaction mixture: (i) a catalytic amount of Bacillus circulans β(1,4)-galactosidase;(ii) a catalytic amount of α(2,3)sialyltransferase or a(2,6)sialyltransferase;(iii) lactose as a donor substrate for said β(1,4)-galactosidase;(iv) N-acetylglucosamine or allyl N-acetylglucosamine glycoside as an acceptor substrate for said β(1,4)-galactosidase;(v) sialic acid;(vi) a CMP-sialic acid regenerating system comprising at least two moles of phosphoenolpyruvate per each mole of said sialic acid, and catalytic amounts of ATP, myokinase, pyruvate kinase, inorganic pyrophosphatase and CMP-sialic acid synthetase;and(vii) an aqueous buffer solution containing enzymatically sufficient amounts of metal ion cofactors for said enzymes and having a pH value of about 6 to about 8;and maintaining said reaction mixture at a temperature of about zero degrees C to about 45°C for a time period sufficient for N-acetyllactosamine or allyl N-acetyllactosamine glycoside formed by the β-galactosidase-catalyzed reaction of said donor substrate and said acceptor substrate to be sialylated to form an α-sialylated galactosyl glycoside. Procédé pour former un galactosylglycoside α-sialylé qui comprend les étapes consistant à : mélanger dans une cuve unique les composants suivants pour former un mélange réactionnel : (i) une quantité catalytique de β(1,4)-galactosidase de Bacillus circulans ;(ii) une quantité catalytique d'α(2,3)sialyltransférase ou d'α(2,6)sialyltransférase ;(iii) du lactose en tant que substrat donneur pour ladite β(1,4)-galactosidase ;(iv) du N-acétylglucosamine glycoside ou de l'allyl-N-acétylglucosamine glycoside en tant que substrat accepteur pour ladite β(1,4)-galactosidase ;(v) de l'acide sialique ;(vi) un système de régénération d'acide CMP-sialique, comprenant au moins deux moles de phosphoénolpyruvate par mole dudit acide sialique, et des quantités catalytiques d'ATP, de myokinase, de pyruvate kinase, de pyrophosphatase inorganique et d'acide CMP-sialique synthétase ;et(vii) une solution tampon aqueuse contenant des quantités enzymatiquement suffisantes de cofacteurs ions métalliques pour lesdites enzymes et ayant une valeur de pH d'environ 6 à environ 8 ;et maintenir ledit mélange réactionnel à une température d'environ 0°C à environ 45°C pendant une durée suffisante pour que le N-acétyllactosamine glycoside ou l'allyl-N-acétyllactosamine glycoside formé par la réaction, catalysée par la β-galactosidase, dudit substrat donneur et dudit substrat accepteur soit sialylé, pour former un galactosylglycoside α-sialylé. Prozess zur Bildung eines α-sialylierten Galactosylglycosids, der folgende Schritte umfasst: in einem einzigen Gefäß Mischen der folgenden Bestandteile zu einer Reaktionsmischung: (i) er katalytischen Menge β(1,4)-Galactosidase von Bacillus circulans,(ii) einer katalytischen Menge α(2,3)Sialyltransferase oder α(2,6)Sialyltransferase,(iii) Lactose als Donorsubstrat für die β(1,4)-Galactosidase,(iv) N-Acetylglucosamin- oder Allyl-N-acteylglucosaminglycosid als Akzeptorsubstrat für die β(1,4)-Galactosidase,(v) einer Sialsäure,(vi) eines CMP-Sialsäure regenerierenden Systems, das mindestens zwei Mol Phosphoenolpyruvat pro Mol der genannten Sialsäure sowie katalytische Mengen ATP, Myokinase, Pyruvatkinase, anorganische Pyrophosphatase und CMP-Sialsäure-Synthetase enthält sowie(vii) einer wässrigen Pufferlösung, die enzymatisch ausreichende Mengen Metallionen-Cofaktoren für die obengenannten Enzyme enthält und einen pH-Wert von etwa 6 bis etwa 8 hat,und Halten dieser Reaktionsmischung auf einer Temperatur von etwa Null Grad C bis etwa 45°C über einen ausreichenden Zeitraum, damit das N-Acetyllactosamin- oder Allyl-N-acetyllactosaminglycosid, das durch die β-Galactosidase-katalysierte Reaktion des Donorsubstrats und des Akzeptorsubstrats entstanden ist, sialyliert werden kann, so dass ein α-sialyliertes Galactosylglycosid entsteht.
  11. 11
    Procédé selon la revendication 10 comprenant l'étape supplémentaire consistant à récupérer ledit galactosylglycoside sialylé formé. Prozess gemäß Anspruch 10, der den weiteren Schritt der Gewinnung des entstandenen sialylierten Galactosylglycosids beinhaltet. The process according to claim 10 including the further step of recovering said formed sialylated galactosyl glycoside.