JP2009118749A - Stable antibody-binding protein - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved protein of protein G extracellular domain which does not deteriorate the antibody-binding action of the protein G extracellular domain and improves the stability of protein molecule such as thermal stability, chemical stability against modifying agents, and resistance to proteases. <P>SOLUTION: This improved protein of protein G extracellular domain is obtained by selecting an amino acid residue in a partial segment, having a three-dimensional structure stabilized by the interaction of amino acid residues close to the amino acid sequence of the domain with the three-dimensional structure coordinate data of the protein G extracellular domain, as a mutation target site, selecting an amino acid residue high in appearance frequency in a conformation identical or similar to the conformation of the partial segment, as another amino acid residue for replacing the mutation target site, and then replacing the mutation target site. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、抗体結合性蛋白質であるプロテインG細胞外ドメインの新規改良型タンパク質及び該蛋白質をコードする核酸に関する。   The present invention relates to a novel and improved protein G extracellular domain which is an antibody-binding protein, and a nucleic acid encoding the protein.

連鎖球菌由来のタンパク質であるプロテインGは、抗体(免疫グロブリンG)のFc領域に対する特異的結合活性を有することが知られている(非特許文献1、特許文献1)。プロテインGは、複数のドメインからなるマルチドメイン型膜タンパク質で、免疫グロブリンGのFc領域に対する結合活性(以下抗体結合活性と呼ぶ)を示すのは、このうちの一部の細胞膜外ドメインである(非特許文献2.)。たとえば、図1に示すG148株由来のプロテインGの場合、抗体結合活性を示すのは、B1、B2、B3の3つのドメインである(文献によってC1、C2、C3ドメインとも表記される)。また、GX7805株のプロテインGでは3つの、GX7809のプロテインGでは2つの抗体結合ドメインが存在する。これらは、いずれも60アミノ酸弱の小型タンパク質で、そのアミノ酸配列の間には高い相同性が見られる(図2)。また、プロテインGを切断して各々のドメイン単独を単離しても、抗体結合活性は保たれることが知られている(非特許文献3)。   Protein G, which is a streptococcal protein, is known to have specific binding activity to the Fc region of an antibody (immunoglobulin G) (Non-patent Document 1, Patent Document 1). Protein G is a multi-domain membrane protein composed of a plurality of domains, and it is the extracellular domain of some of these that shows the binding activity to the Fc region of immunoglobulin G (hereinafter referred to as antibody binding activity) ( Non-patent document 2.). For example, in the case of protein G derived from the G148 strain shown in FIG. 1, three domains B1, B2, and B3 exhibit antibody binding activity (also referred to as C1, C2, and C3 domains in the literature). In addition, there are three antibody binding domains in protein G of GX7805 strain and two antibody binding domains in protein G of GX7809. These are all small proteins of less than 60 amino acids, and high homology is observed between their amino acid sequences (FIG. 2). In addition, it is known that antibody binding activity is maintained even when protein G is cleaved to isolate each domain alone (Non-patent Document 3).

プロテインGの細胞膜外ドメインは、現在、その抗体結合活性を利用した多くのプロテインG細胞膜外ドメイン含有製品が上市されている(例えば、抗体精製のためのアフィニティークロマトグラフィー用担体(特許文献3、4:特開平03-128400、特開2003-088381)や抗体を検出するための検査試薬など)。これらの製品は、タンパク質であるプロテインG細胞膜外ドメインを利用していることから、基本的に不安定あり、長期保存や長期使用に伴う劣化が不可避である。   As for the extracellular domain of protein G, many products containing the extracellular domain of protein G utilizing its antibody binding activity are currently on the market (for example, carriers for affinity chromatography for antibody purification (Patent Documents 3 and 4). : JP-A-03-128400, JP-A-2003-088381) and test reagents for detecting antibodies). Since these products utilize the protein G extracellular domain, which is a protein, they are basically unstable, and deterioration due to long-term storage and long-term use is inevitable.

Bjorck L, Kronvall G. (1984) Purification andsome properties of streptococcal protein G, a novel IgG-binding reagent. J Immunol. 133, 969-974.Bjorck L, Kronvall G. (1984) Purification andsome properties of streptococcal protein G, a novel IgG-binding reagent.J Immunol. 133, 969-974. Boyle M. D.P., Ed. (1990) BacterialImmunoglobulin Binding Proteins. Academic Press, Inc., San Diego, CA.Boyle M. D.P., Ed. (1990) Bacterial Immunoglobulin Binding Proteins. Academic Press, Inc., San Diego, CA. Gallagher T, Alexander P, Bryan P, GillilandGL. (1994) Two crystalstructures of the B1 immunoglobulin-binding domain of streptococcal protein Gand comparison with NMR. Biochemistry19, 4721-4729.Gallagher T, Alexander P, Bryan P, GillilandGL. (1994) Two crystalstructures of the B1 immunoglobulin-binding domain of streptococcal protein Gand comparison with NMR.Biochemistry19, 4721-4729. 特表平03−501801公報Japanese National Publication No. 03-501801 特許第2764021号公報Japanese Patent No.2764021 特開平03-128400号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 03-128400 特開2003-088381号公報JP 2003-088381 A

本発明の課題は、上記従来技術における問題点を解消することにあり、より具体的には上記プロテインG細胞外ドメインの抗体結合活性を損なうことなしに、野生型のプロテインGの細胞外ドメインに比べて、熱安定性、変性剤に対する化学的安定性、および蛋白分解酵素に対する耐性が共に向上した改良型タンパク質を提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to eliminate the problems in the above prior art, and more specifically, to the extracellular domain of the wild-type protein G without impairing the antibody binding activity of the protein G extracellular domain. It is an object of the present invention to provide an improved protein having improved thermal stability, chemical stability against denaturing agents, and resistance to proteolytic enzymes.

本発明者は、プロテインG細胞膜外ドメイン含有製品の長期保存や長期使用に伴う劣化の主要な原因は、タンパク質であるプロテインG細胞膜外ドメイン自身の物理化学的性質に依存していることから、プロテインG細胞膜外ドメイン自身を改変し、その生来の安定性を向上させることができれば、上記製品の長期保存や長期使用に伴う劣化を防止できるのではないかと考え、鋭意研究の結果、任意のタンパク質の立体構造座標データを用いて安定な変異型タンパク質を製造する方法を開発し、これを野生型のプロテインG・B1ドメインに適用し、上記の目的を満たす新規な変異体を合成し、この改良型タンパク質が意図どおりの物性を有することを確認し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明は、以下のとおりである。
The present inventor believes that the main cause of deterioration associated with long-term storage and long-term use of a protein G extracellular domain-containing product depends on the physicochemical properties of the protein G extracellular domain itself. If we can modify the extracellular domain of the G cell itself and improve its natural stability, we will be able to prevent deterioration of the above product due to long-term storage and long-term use. Developed a method to produce a stable mutant protein using the three-dimensional structure coordinate data, applied this to the wild-type protein G • B1 domain, and synthesized a new mutant that satisfies the above-mentioned purpose. It was confirmed that the protein has the intended physical properties, and the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.

(1)以下の(a)、(b)又は(c)で示されるアミノ酸配列からなるか、あるいは(a)、(b)又は(c)で示されるアミノ酸配列中、X35〜X37、X47およびX48のアミノ酸残基以外の部分において、1個若しくは数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入又は付加されたアミノ酸配列からなり、抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質。
(a)AspThrTyrLysLeuIleLeuAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrpThrTyrAspX47X48ThrLysThrPheThrValThrGlu
(上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合を除く。)
(b)ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrpThrTyrAspX47X48ThrLysThrPheThrValThrGlu
(上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合を除く。)
(c)ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrLysAlaValAspAlaGluThrAlaGluLysAlaPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyValTrpThrTyrAspX47X48ThrLysThrPheThrValThrGlu
(上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合を除く。)
(2)配列番号4〜11のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるか、あるいは該アミノ酸配列において、N末端側に1又は数個のアミノ酸残基が付加された配列からなる上記(1)に記載のタンパク質。
(3)上記(1)又は(2)に記載のタンパク質のアミノ酸配列とリンカーペプチドあるいはリンカータンパク質のアミノ酸配列が交互に複数回繰り返したアミノ酸配列からなり、抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のタンパク質のアミノ酸配列と他のタンパク質のアミノ酸配列を連結したアミノ酸配列からなる融合タンパク質であって、抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質。
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載のタンパク質をコードする核酸。
(6)配列番号13〜20のいずれかで示される塩基配列からなる核酸。
(7)上記(5)又は(6)に記載の核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質をコードする核酸。
(8)上記(5)〜(7)のいずれかに記載の核酸を含有する組換えベクター。
(9)上記(8)に記載の組換えベクターが導入された形質転換体。
(1) It consists of an amino acid sequence represented by the following (a), (b) or (c), or in the amino acid sequence represented by (a), (b) or (c), X35 to X37, X47 and Consists of an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are deleted, substituted, inserted, or added in a portion other than the amino acid residue of X48, and binding activity to an antibody, immunoglobulin G, or Fc region of immunoglobulin G A protein having
(a) AspThrTyrLysLeuIleLeuAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrThrTyrPrThrThrTyrAr
(In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu, respectively. (Except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp, and X48 is Ala.)
(B) ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrpThrTyrPrThrThrTyrArXV
(In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu, respectively. (Except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp, and X48 is Ala.)
(c) ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrLysAlaValAspAlaGluThrAlaGluLysAlaPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyValTrpThrTyrPrThrThrTyrAr
(In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu, respectively. (Except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp, and X48 is Ala.)
(2) In the above (1), comprising the amino acid sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4 to 11, or consisting of a sequence in which one or several amino acid residues are added to the N-terminal side in the amino acid sequence The protein described.
(3) It consists of an amino acid sequence in which the amino acid sequence of the protein according to (1) or (2) above and the amino acid sequence of the linker peptide or linker protein are alternately repeated a plurality of times, and the antibody or immunoglobulin G or Fc of immunoglobulin G A protein having binding activity in a region.
(4) A fusion protein comprising an amino acid sequence obtained by linking the amino acid sequence of the protein according to any one of (1) to (3) above and an amino acid sequence of another protein, wherein the antibody, immunoglobulin G, or immunoglobulin G A protein having binding activity to the Fc region of
(5) A nucleic acid encoding the protein according to any one of (1) to (4) above.
(6) A nucleic acid comprising the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 13 to 20.
(7) A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid according to (5) or (6) above under a stringent condition and encodes an antibody, immunoglobulin G, or a protein having a binding activity to the Fc region of immunoglobulin G.
(8) A recombinant vector containing the nucleic acid according to any one of (5) to (7) above.
(9) A transformant into which the recombinant vector according to (8) is introduced.

本発明の変異型タンパク質は、本来の抗体結合活性を維持しつつ、[配列番号12]で表されるアミノ酸配列からなる野生型のプロテインG・B1ドメインに比べ、熱安定性、変性剤に対する化学的安定性、および蛋白分解酵素に対する耐性が向上している。
一方、現在、野生型のプロテインG細胞膜外ドメインは、抗体の精製用のアフィニティークロマトグラフィー担体や抗体検出のための検査試薬として市販され、ライフサイエンスの各分野で広範に利用されている。また、近年の抗体医薬をはじめとする抗体関連産業の発展をうけて、これらの製品の需要が飛躍的に拡大している。
したがって、多くのプロテインG細胞膜外ドメイン含有製品において、本発明の改良型タンパク質を野生型と代替することにより、製品の長期保存や長期使用に伴う機能劣化の低減、安定性向上に伴う製品の利用条件や対象範囲の拡大、製品の保存、操作および管理が容易になり、抗体を扱う広範な技術分野において、その技術発展に大いに資するものである。
The mutant protein of the present invention maintains its original antibody-binding activity, and is more heat stable and chemotactic against denaturing agents than the wild-type protein G · B1 domain consisting of the amino acid sequence represented by [SEQ ID NO: 12]. Stability and resistance to proteolytic enzymes are improved.
On the other hand, wild-type protein G extracellular domain is currently marketed as an affinity chromatography carrier for antibody purification and a test reagent for antibody detection, and is widely used in each field of life science. In addition, with the recent development of antibody-related industries including antibody drugs, the demand for these products has increased dramatically.
Therefore, in many products containing protein G extracellular domain, by substituting the improved protein of the present invention with the wild type, the product can be used for long-term storage, reduction of functional deterioration due to long-term use, and improvement of stability. Expansion of conditions and scope, product storage, operation and management are facilitated, which greatly contributes to technological development in a wide range of technical fields dealing with antibodies.

連鎖球菌由来のタンパク質であるプロテインGは、抗体(免疫グロブリンG)のFc領域に対する特異的結合活性を有することが知られており(参照文献1)、この抗体結合性を利用して抗体の精製や除去に使用され、抗体を利用した診断、治療、検査等に有用な蛋白質である。プロテインGは、複数のドメインからなるマルチドメイン型膜タンパク質で、免疫グロブリンG のFc領域に対する結合活性(以下抗体結合活性と呼ぶ)を示すのは、このうちの一部の細胞膜外ドメインである(参照文献2.)。たとえば、図1、図16、および(配列番号21)に示すG148株由来のプロテインGの場合、抗体結合活性を示すのは、B1、B2、B3の3つのドメインである(文献によってC1、C2、C3ドメインとも表記される)。また、GX7805株のプロテインGでは3つの抗体結合ドメインが、GX7809のプロテインGでは2つの抗体結合ドメインが存在する。これらは、いずれも60アミノ酸弱の小型タンパク質で、そのアミノ酸配列の間には高い相同性が見られる(図2)。また、プロテインGを切断して各々のドメイン単独を単離しても、抗体結合活性は保たれることが知られている(参照文献3.)。   Protein G, a streptococcal protein, is known to have a specific binding activity to the Fc region of an antibody (immunoglobulin G) (Reference 1), and purification of the antibody using this antibody binding property It is a protein that is useful for diagnosis, treatment, testing, etc. using antibodies. Protein G is a multidomain membrane protein composed of a plurality of domains, and it is the extracellular domain of some of these that shows binding activity to the Fc region of immunoglobulin G (hereinafter referred to as antibody binding activity) ( Reference 2.). For example, in the case of protein G derived from the G148 strain shown in FIGS. 1, 16, and (SEQ ID NO: 21), three domains B1, B2, and B3 exhibit antibody binding activity (C1, C2 depending on literature). , Also referred to as the C3 domain). In addition, there are three antibody binding domains in protein G of GX7805 strain, and two antibody binding domains in protein G of GX7809. These are all small proteins of less than 60 amino acids, and high homology is observed between their amino acid sequences (FIG. 2). In addition, it is known that antibody binding activity is maintained even when protein G is cleaved and each domain alone is isolated (reference document 3).

本発明の改良型タンパク質は、上記プロテインGのアミノ酸配列をもとに人為的に設計したアミノ酸配列からなるものであって、抗体結合活性を高いレベルで維持しながら、野生型プロテインGに比べて極めて高い、熱安定性、変性剤に対する化学的安定性及びタンパク分解酵素に対する耐性を有する。
本発明の改良型タンパク質は、具体的にはプロテインGの上記BI、B2およびB3ドメインの変異体であって、以下のアミノ酸配列(a)〜(c)で表されるものである。
The improved protein of the present invention comprises an artificially designed amino acid sequence based on the amino acid sequence of protein G, and maintains antibody binding activity at a high level as compared to wild type protein G. It has extremely high thermal stability, chemical stability against denaturing agents and resistance to proteolytic enzymes.
The improved protein of the present invention is specifically a variant of the above-mentioned BI, B2, and B3 domains of protein G, and is represented by the following amino acid sequences (a) to (c).

(a)プロテインG・B1ドメイン変異体である改良型タンパク質のアミノ酸配列(配列番号1)
上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。
ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合(野生型アミノ酸配列)を除く。
(A) Amino acid sequence of an improved protein that is a protein G / B1 domain variant (SEQ ID NO: 1)
In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu.
However, except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp and X48 is Ala (wild type amino acid sequence).

(b)プロテインG・B2ドメイン変異体である改良型タンパク質のアミノ酸配列(配列番号2)
上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。
ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合(野生型アミノ酸配列)を除く。
(B) Amino acid sequence of an improved protein that is a protein G / B2 domain variant (SEQ ID NO: 2)
In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu.
However, except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp and X48 is Ala (wild type amino acid sequence).

(c)プロテインG・B3ドメイン変異体である改良型タンパク質のアミノ酸配列(配列番号3)
上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。
ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合(野生型アミノ酸配列)を除く。
(C) Amino acid sequence of an improved protein that is a protein G / B3 domain variant (SEQ ID NO: 3)
In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu.
However, except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp and X48 is Ala (wild type amino acid sequence).

本発明の改良型タンパク質は、野生型プロテインGの細胞外ドメインに、新たに開発されたコンピュータアルゴリズムを用いて選定された変異を導入したものである。
以下に例示する本発明の改良型タンパク質のアミノ酸配列は、プロテインGのB1、B2、B3の3つの細胞外ドメイン中で、最も熱安定性が高く、抗体結合性も強いB1ドメイン(参照文献3、4)のアミノ酸配列をベースにして、これに選定された変異を導入することで野生型のB1ドメインよりさらに安定性の高い改良型タンパク質を得ることを目的に設計されたものである。ただし、上記B1ドメインのアミノ酸配列はB2及びB3ドメインと高い相同性を有していることから(図2)、該選定された変異をB2またはB3ドメインのアミノ酸配列に導入することも可能であり、これにより野生型のB2またはB3ドメインより安定性の高い改良型タンパク質を得ることもできる。
The improved protein of the present invention is obtained by introducing a mutation selected into the extracellular domain of wild-type protein G using a newly developed computer algorithm.
The amino acid sequence of the improved protein of the present invention exemplified below is the B1 domain having the highest thermostability and strong antibody binding property among the three extracellular domains B1, B2, and B3 of protein G (reference document 3). 4) Based on the amino acid sequence of 4), it was designed for the purpose of obtaining an improved protein having higher stability than that of the wild-type B1 domain by introducing the selected mutation. However, since the amino acid sequence of the B1 domain has a high homology with the B2 and B3 domains (FIG. 2), it is possible to introduce the selected mutation into the amino acid sequence of the B2 or B3 domain. Thus, an improved protein having higher stability than the wild type B2 or B3 domain can be obtained.

本発明の改良型タンパク質は、以下のように選定された変異対象部位及び該部位を置換するアミノ酸残基に基づき設計され、遺伝子工学的手法により得られたものである。以下、本発明の改良型タンパク質の製造プロセスについて説明する。   The improved protein of the present invention is designed on the basis of the site to be mutated selected as follows and the amino acid residue that replaces the site, and is obtained by genetic engineering techniques. Hereinafter, the process for producing the improved protein of the present invention will be described.

1.変異対象部位の選定
本発明の改良型タンパク質のアミノ酸配列を設計するための変異を導入する対象部位は、プロテインGの抗体結合ドメインの立体構造座標データを用いて決定することができる。たとえば、プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いて、局所コンタクト指数Ilocを算出し、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントを選定する。次いで、プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いて、非局所コンタクト指数Inl を算出し、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を選定する。その後、算出したIlocとInlの値から変異適性指数IMを算出し、変異対象部位とするアミノ酸残基を決定する。
配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントは、そのセグメント内に変異箇所を設定することで、タンパク質分子全体に及ぼす不測の不利益を抑えつつタンパク質の構造安定性を向上させることが期待できる。また、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が強いアミノ酸残基を変異箇所から除外することで、タンパク質分子全体に及ぼす不測の不利益を抑えることが期待できる。したがって、局所コンタクト指数Ilocを用いて上記のように選定された部分セグメント内に存在するアミノ酸残基であって、かつ非局所コンタクト指数Inl を用いて上記のように選定されたアミノ酸残基は、変異対象部位の候補として好ましい。
具体的には、後記実施例に示されるように、これらのプロセスによって、[配列番号12]で示されるプロテインG・B1ドメインの野生型アミノ酸配列のうちの、Ala24、Thr25、Lys28、Gln32、Asn35、Asp36、Asn37、Asp47、Ala48、Thr49が変異対象部位として決定された。
1. Selection of Mutation Target Site The target site for introducing a mutation for designing the amino acid sequence of the improved protein of the present invention can be determined using the three-dimensional structure coordinate data of the antibody binding domain of protein G. For example, using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G / B1 domain, calculate the local contact index I loc and select the partial segment whose three-dimensional structure is stabilized by the interaction between amino acid residues near the sequence. . Next, the non-local contact index I nl is calculated using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G · B1 domain, and amino acid residues having weak interaction with amino acid residues far from the sequence are selected. Thereafter, the mutation aptitude index I M is calculated from the calculated values of I loc and I nl , and the amino acid residue as the mutation target site is determined.
A partial segment whose steric structure has been stabilized by the interaction between amino acid residues in the vicinity of the sequence can prevent the unforeseen disadvantage on the entire protein molecule by setting a mutation site in the segment. It can be expected to improve the structural stability. In addition, by excluding amino acid residues that strongly interact with amino acid residues far from the sequence from the mutation site, it can be expected to suppress unexpected disadvantages on the entire protein molecule. Thus, amino acid residues present in the partial segment selected as above using the local contact index I loc and selected as above using the non-local contact index I nl Is preferred as a candidate site for mutation.
Specifically, as shown in Examples below, these processes allow Ala24, Thr25, Lys28, Gln32, Asn35 of the wild-type amino acid sequence of the protein G · B1 domain represented by [SEQ ID NO: 12]. , Asp36, Asn37, Asp47, Ala48, and Thr49 were determined as mutation target sites.

2.置換するアミノ酸残基の選定
本発明の改良型タンパク質のアミノ酸配列を設計するための置換するアミノ酸残基は、プロテインGの抗体結合ドメインの立体構造座標データを用いて特定することができる。
まず、プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いて、変異対象部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定する。次いで、特定した部分セグメント主鎖のコンフォメーションと同様あるいは類似するコンフォメーションを構造データベースから抽出し、該コンフォメーションにおける該変異対象部位と対応する位置のアミノ酸残基の種類ごとの出現頻度を求める。出現頻度の高いアミノ酸残基は、同様あるいは類似するコンフォメーションを形成するための重要なアミノ酸残基と考えられ、タンパク質の構造安定に寄与する度合が大きいアミノ酸残基である可能性が高い。したがって、該変異対象部位の野生型のアミノ酸残基よりもより出現頻度が高いアミノ酸残基がある場合には、この出現頻度が高いアミノ酸残基を変異対象部位を置換するアミノ酸残基として選定する。
加えて、上記選定されたアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前のアミノ酸残基の側鎖のサイズに比べ大きくなる場合には、プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いて、置換前のアミノ酸残基の埋もれ度を評価する。埋もれ度が小さい場合には、天然状態の立体構造において、アミノ酸残基側鎖は大部分溶媒に露出しており、側鎖サイズが大きいアミノ酸残基と置換しても蛋白質分子全体に与えるストレスは少ないと予想できる。反対に、置換前のアミノ酸残基の埋もれ度が大きい場合には、選定された側鎖サイズが大きくなるアミノ酸残基による置換は好ましくないと判定できる。
具体的には、後記実施例に示されるように、これらのプロセスにより、[配列番号12]で示されるプロテインG・B1ドメインの野生型アミノ酸配列の置換対象部位及びこれを置換するアミノ酸として、例えばAsn35Lys、Asp36Glu、Asn37His、Asn37Leu、Asp47Pro、Ala48Lys、Ala48Gluが選定された。
2. Selection of amino acid residue to be substituted The amino acid residue to be substituted for designing the amino acid sequence of the improved protein of the present invention can be specified using the three-dimensional structure coordinate data of the antibody binding domain of protein G.
First, the conformation of the main chain of the partial segment including the site to be mutated is identified using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G · B1 domain. Next, a conformation similar to or similar to the conformation of the identified partial segment main chain is extracted from the structure database, and the appearance frequency for each type of amino acid residue at the position corresponding to the site to be mutated in the conformation is obtained. An amino acid residue having a high appearance frequency is considered to be an important amino acid residue for forming a similar or similar conformation, and is likely to be an amino acid residue having a high degree of contribution to protein structural stability. Therefore, when there is an amino acid residue having a higher appearance frequency than the wild-type amino acid residue at the site to be mutated, an amino acid residue having a higher appearance frequency is selected as an amino acid residue that replaces the site to be mutated. .
In addition, if the size of the side chain of the selected amino acid residue is larger than the size of the side chain of the amino acid residue before substitution, substitution is performed using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G / B1 domain. Evaluate the degree of burying of the previous amino acid residue. When the degree of burying is small, in the three-dimensional structure in the natural state, the amino acid residue side chain is mostly exposed to the solvent, and even if it is replaced with an amino acid residue having a large side chain size, the stress applied to the entire protein molecule is Expect less. On the other hand, when the degree of burying of the amino acid residue before substitution is large, it can be determined that substitution with an amino acid residue that increases the selected side chain size is not preferable.
Specifically, as shown in Examples below, by these processes, as a substitution target site of the wild-type amino acid sequence of the protein G · B1 domain represented by [SEQ ID NO: 12] and amino acids to replace it, for example, Asn35Lys, Asp36Glu, Asn37His, Asn37Leu, Asp47Pro, Ala48Lys, Ala48Glu were selected.

3.改良型タンパク質のアミノ酸配列の設計
上記から明らかなように、本発明の手法によれば、選定される変異対象部位及び該部位を置換するアミノ酸残基は、各一つに限られるものではないので、変異対象部位及び該部位を置換するアミノ酸残基の中から適宜選択して、改良型タンパク質のアミノ酸配列を設計することができる。
上記においてプロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いて選定された変異はAsn35Lys、Asp36Glu、Asn37His、Asn37Leu、Asp47Pro、Ala48Lys、Ala48Gluである。この5変異箇所/7置換を組み合わせた点変異あるいは多重変異を[配列番号12]で示されるプロテインG・B1ドメインの野生型アミノ酸配列に対して行うことで、複数の改良型タンパク質のアミノ酸配列を設計することができる。
上記した、(a)のアミノ酸配列は、このような点変異及び多重変異を含むが、これらのうち、好ましいものを具体的に示すと、例えば、[配列番号4]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目、または[配列番号5]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目、または[配列番号6]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目、または[配列番号7]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目、または[配列番号8]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目、または[配列番号9]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目、または[配列番号10]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目、または[配列番号11]に示されるアミノ酸配列の1〜56番目で表されるアミノ酸配列が挙げられる。
3. Design of amino acid sequence of improved protein As apparent from the above, according to the method of the present invention, the site to be mutated and the amino acid residue replacing the site are not limited to one each. The amino acid sequence of the improved protein can be designed by appropriately selecting from the site to be mutated and the amino acid residue that replaces the site.
In the above, mutations selected using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G · B1 domain are Asn35Lys, Asp36Glu, Asn37His, Asn37Leu, Asp47Pro, Ala48Lys, and Ala48Glu. By performing a point mutation or multiple mutation combining these 5 mutation sites / 7 substitutions on the wild-type amino acid sequence of the protein G / B1 domain represented by [SEQ ID NO: 12], the amino acid sequences of multiple improved proteins can be obtained. Can be designed.
The amino acid sequence of (a) described above contains such point mutations and multiple mutations. Among these, preferred ones are specifically shown, for example, 1 of the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 4]. ~ 56th, or 1 to 56 of the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 5], or 1 to 56th of the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 6], or of the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 7] 1 to 56th, or 1 to 56 of the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 8], or 1 to 56 of the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 9], or the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 10] 1 to 56, or the amino acid sequence represented by 1 to 56 of the amino acid sequence shown in [SEQ ID NO: 11].

一方、上記選定された5変異箇所/7置換を組み合わせた点変異および多重変異は、上記野生型B1ドメインと相同性の高い野生型のB2およびB3ドメインのアミノ酸配列に対して導入して、B2あるいはB3ドメインの改良型タンパク質のアミノ酸配列とすることができる。すなわち、上記した(b)および(c)のアミノ酸配列は、このように野生型B1ドメインに対して導入された変異と同様な変異を含むものであり、上記B1ドメインに対して導入された変異のB2およびB3ドメインに対する適用については、上記の5変異箇所の元のアミノ酸残基、即ち、Asn35、Asp36、Asn37、Asp47、Ala48が、B2およびB3ドメインの野生型アミノ酸配列においても保存されていること(図2)、各々のドメインの立体構造の間に差異はほとんどないこと(参照文献3.)から、有効である。   On the other hand, point mutations and multiple mutations combining the selected 5 mutation sites / 7 substitutions were introduced into the amino acid sequences of the wild-type B2 and B3 domains having high homology with the wild-type B1 domain, and B2 Alternatively, the amino acid sequence of the improved protein of the B3 domain can be used. That is, the amino acid sequences of (b) and (c) described above contain a mutation similar to the mutation introduced into the wild-type B1 domain as described above, and the mutation introduced into the B1 domain. For application to the B2 and B3 domains, the original amino acid residues at the above five mutation sites, namely Asn35, Asp36, Asn37, Asp47, and Ala48, are also conserved in the wild-type amino acid sequences of the B2 and B3 domains. This is effective because there is almost no difference between the three-dimensional structures of the domains (see reference 3).

本発明の改良型タンパク質は、抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有する限り、上記(a)、(b)又は(c)で示されるアミノ酸配列中の変異部位以外の部位において、一個もしくは数個のアミノ酸残基に欠失、置換、挿入、付加などの変異が生じても良い。例えば、本発明の改良型タンパク質をヒスタグ付きあるいは他の蛋白質との融合タンパク質の形態で合成する場合、タンパク分解酵素で分解しても、上記改良型タンパク質のN末端側もしくはC末端側に1乃至数個のアミノ酸残基が残る場合もあり、また、大腸菌等を用いて本発明の改良型タンパク質を生産する際には、N末端側に開始コドン由来のメチオニン等が付加されることがあるが、これらのアミノ酸残基の付加により、抗体結合性は変わらない。また、これらのアミノ酸残基の付加により、設計された変異が及ぼす安定性向上効果を失うこともない。したがって、本発明の改良型タンパク質は当然これらの変異も含む。なお、このようなアミノ酸残基の付加のない改良型タンパク質を作成するためには、たとえば、大腸菌等を用いて生産した改良型タンパク質を、さらにメチオニルアミノペプチダーゼ等の酵素を用いて、N末のアミノ酸残基を選択的に切断し(参照文献9)、反応混合物よりクロマトグラフィー等で分離精製することで、得ることができる。   As long as the improved protein of the present invention has binding activity to an antibody, immunoglobulin G, or Fc region of immunoglobulin G, the protein other than the mutation site in the amino acid sequence represented by the above (a), (b) or (c) In the site, mutation such as deletion, substitution, insertion, addition, etc. may occur in one or several amino acid residues. For example, when the improved protein of the present invention is synthesized in the form of a histagged or fusion protein with another protein, even if it is degraded with a proteolytic enzyme, 1 to 3 is added to the N-terminal side or C-terminal side of the improved protein. Several amino acid residues may remain, and when the improved protein of the present invention is produced using Escherichia coli or the like, a methionine derived from an initiation codon may be added to the N-terminal side. The addition of these amino acid residues does not change the antibody binding property. Moreover, the addition of these amino acid residues does not lose the stability improvement effect exerted by the designed mutation. Therefore, the improved protein of the present invention naturally includes these mutations. In order to prepare such an improved protein without addition of amino acid residues, for example, an improved protein produced using Escherichia coli or the like is further added to an N-terminal using an enzyme such as methionylaminopeptidase. Can be obtained by selectively cleaving the amino acid residue (Reference 9) and separating and purifying the reaction mixture by chromatography or the like.

また、本発明の改良型タンパク質のアミノ酸配列は、該タンパク質が抗体結合活性を有する限り、上記のアミノ酸配列と任意のリンカー配列とを交互に複数回繰り返したタンデム型アミノ酸配列としても良い。たとえば、[アミノ酸配列(a)]−リンカー配列A−[アミノ酸配列(a)]−リンカー配列B−[アミノ酸配列(a)]としても良く、あるいは、[アミノ酸配列(a)]−リンカー配列C−[アミノ酸配列(b)]−リンカー配列D−[アミノ酸配列(c)]としても良い。このタンデム型アミノ酸配列の設定は、野生型のプロテインGがリンカー配列を介した複数の抗体結合ドメインの繰り返し構造となっていること(図1)、野生型のプロテインGを切断して各々のドメイン単独を単離しても抗体結合活性は保たれること(参照文献3.)から明らかなように、野生型のプロテインGは単独でも機能する抗体結合ドメインを複数繰り返し、局所的な濃度を上げることで抗体結合性の効果を高めている点からみて、その設定は有効である。   The amino acid sequence of the improved protein of the present invention may be a tandem amino acid sequence in which the above amino acid sequence and any linker sequence are alternately repeated a plurality of times as long as the protein has antibody binding activity. For example, [amino acid sequence (a)]-linker sequence A- [amino acid sequence (a)]-linker sequence B- [amino acid sequence (a)] or [amino acid sequence (a)]-linker sequence C -[Amino acid sequence (b)]-linker sequence D-[amino acid sequence (c)]. This tandem amino acid sequence is set so that wild-type protein G has a repetitive structure of a plurality of antibody binding domains via a linker sequence (FIG. 1). As is clear from the fact that antibody-binding activity is maintained even when isolated alone (Ref. 3), wild-type protein G repeats a plurality of antibody-binding domains that function alone to increase the local concentration. This setting is effective in view of enhancing the antibody binding effect.

本発明の改良型タンパク質は、上記の(a)〜(c)のアミノ酸配列と任意の他タンパク質のアミノ酸配列を連結した融合型アミノ酸配列からなる融合タンパク質としても良い。たとえば、[アミノ酸配列(a)]−リンカー配列E−タンパク質A、あるいは、タンパク質B−リンカー配列F−[アミノ酸配列(a)]−リンカー配列G−タンパク質C−リンカー配列H−[アミノ酸配列(c)]としても良い。この融合型アミノ酸配列の設定は、野生型のプロテインGが抗体結合ドメインと他のドメインが連結したマルチドメイン構造となっていること(図1)、野生型のプロテインGを切断して各々のドメイン単独を単離しても抗体結合活性は保たれること(参照文献3)、即ち、抗体結合ドメインと他の機能を担うタンパク質を連結することで抗体結合活性を含む複数の機能を担うことを可能にしているとから、その設定は有効である。
このような融合タンパク質に使用する他のアミノ酸配列としては、例えば、[配列番号23]で示すglutathione S-transferase(GST)のアミノ酸配列が挙げられる。この場合のGST融合タンパク質は、GST領域に由来するグルタチオン結合活性とプロテインG変異体領域に由来する抗体結合活性の複数の機能を単一分子で担うことが可能である。
The improved protein of the present invention may be a fusion protein comprising a fused amino acid sequence obtained by linking the amino acid sequences (a) to (c) above and the amino acid sequence of any other protein. For example, [amino acid sequence (a)]-linker sequence E-protein A, or protein B-linker sequence F- [amino acid sequence (a)]-linker sequence G-protein C-linker sequence H- [amino acid sequence (c )]. The fusion type amino acid sequence is set such that wild-type protein G has a multi-domain structure in which an antibody-binding domain and other domains are linked (FIG. 1). Antibody binding activity can be maintained even if isolated alone (Ref. 3), that is, it is possible to perform multiple functions including antibody binding activity by linking the antibody binding domain to a protein responsible for other functions. The setting is valid because
Examples of other amino acid sequences used in such fusion proteins include the amino acid sequence of glutathione S-transferase (GST) shown in [SEQ ID NO: 23]. In this case, the GST fusion protein can bear a plurality of functions of glutathione binding activity derived from the GST region and antibody binding activity derived from the protein G mutant region in a single molecule.

4.改良型タンパク質の製造
(1)遺伝子工学的手法による改良型タンパク質の製造
a.改良型タンパク質をコードする遺伝子
本発明においては、上記設計された改良型タンパク質を製造するため、遺伝子工学的方法を使用することできる。
このような方法に使用する遺伝子は、上記(a)、(b)又は(c)で示されるアミノ酸配列をコードするか、あるいは(a)、(b)又は(c)で示されるアミノ酸配列中の変異部位以外の部位において1又は数個のアミノ酸残基が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質であって、かつ抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質をコードする核酸からなるものであって、より具体的には、配列番号13〜20で示されるいずれかの塩基配列からなる核酸であるからなる。
4). Production of improved protein (1) Production of improved protein by genetic engineering techniques a. Gene Encoding Improved Protein In the present invention, a genetic engineering method can be used to produce the designed improved protein.
The gene used in such a method encodes the amino acid sequence represented by (a), (b) or (c) above, or in the amino acid sequence represented by (a), (b) or (c) A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acid residues have been deleted, substituted or added at a site other than the mutation site, and has an activity of binding to an antibody, immunoglobulin G, or Fc region of immunoglobulin G It consists of a nucleic acid that encodes a protein having it, and more specifically, a nucleic acid consisting of any one of the base sequences shown in SEQ ID NOs: 13 to 20.

また、本発明において使用する遺伝子としては、以上の核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸であって、かつ抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質をコードする核酸もあげられる。ここで、ストリンジェントな条件とは、特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。たとえば、例えば、高い相同性(相同性が60%以上、好ましくは80%以上)を有する核酸がハイブリダイズする条件をいう。より具体的には、ナトリウム濃度が150〜900mM、好ましくは600〜900mMであり、温度が60〜68℃、好ましくは65℃での条件をいう。例えばハイブリダイゼーション条件が65℃であり、洗浄の条件が0.1%SDSを含む0.1×SSC中で65℃、10分の場合に、慣例的な手法、例えばサザンブロット、ドットブロットハイブリダイゼーションなどによってハイブリダイズすることが確認された場合には、ストリンジェントな条件でハイブリダイズするといえる。
さらに、本発明において使用する遺伝子としては、以上の核酸と上記任意のリンカー配列をコードする核酸をそれぞれ交互に複数連結したものでもよく、または該核酸と任意のタンパク質のアミノ酸配列をコードする核酸とを連結し、融合型アミノ酸配列をコードするように設計してもよい。
The gene used in the present invention is a nucleic acid that hybridizes with the above nucleic acid under stringent conditions and encodes an antibody, immunoglobulin G, or a protein having binding activity to the Fc region of immunoglobulin G. Also included are nucleic acids. Here, stringent conditions refer to conditions in which a specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. For example, it refers to conditions under which nucleic acids having high homology (homology is 60% or more, preferably 80% or more) hybridize. More specifically, the sodium concentration is 150 to 900 mM, preferably 600 to 900 mM, and the temperature is 60 to 68 ° C, preferably 65 ° C. For example, when hybridization conditions are 65 ° C. and washing conditions are 0.1 × SSC containing 0.1% SDS at 65 ° C. for 10 minutes, hybridization is performed by a conventional method such as Southern blotting or dot blot hybridization. When it is confirmed that the hybridization occurs, it can be said that the cells hybridize under stringent conditions.
Furthermore, the gene used in the present invention may be one in which a plurality of the above nucleic acids and the nucleic acid encoding any of the above linker sequences are alternately linked, or a nucleic acid encoding the amino acid sequence of any protein and the nucleic acid. May be designed to encode a fused amino acid sequence.

b.遺伝子、組み替えベクターおよび形質転換体
前記した本発明の遺伝子は、化学合成、PCR、カセット変異法、部位特異的変異導入法などにより合成することができる。たとえば、末端に20塩基対程度の相補領域を有する100塩基程度までのオリゴヌクレオチドを複数化学合成し、これらを組み合わせてオーバーラップ伸長法(参照文献5)を行うことにより目的の遺伝子を全合成することができる。
本発明の組換えベクターは、適当なベクターに上記の塩基配列を含む遺伝子を連結(挿入)することにより得ることができる。本発明で使用するベクターとしては、宿主中で複製可能なもの又は目的の遺伝子を宿主ゲノムに組み込み可能なものであれば特に限定されない。例えば、バクテリオファージ、プラスミド、コスミド、ファージミドなどが挙げられる。
b. Gene, recombinant vector and transformant The gene of the present invention described above can be synthesized by chemical synthesis, PCR, cassette mutagenesis, site-directed mutagenesis, and the like. For example, a plurality of oligonucleotides of up to about 100 bases having a complementary region of about 20 base pairs at the end are chemically synthesized, and the target gene is fully synthesized by performing an overlap extension method (Reference 5) by combining them. be able to.
The recombinant vector of the present invention can be obtained by linking (inserting) a gene containing the above-described base sequence to an appropriate vector. The vector used in the present invention is not particularly limited as long as it can be replicated in the host or can integrate the target gene into the host genome. For example, bacteriophage, plasmid, cosmid, phagemid and the like can be mentioned.

プラスミドDNAとしては、放線菌由来のプラスミド(例えばpK4,pRK401,pRF31等)、大腸菌由来のプラスミド(例えばpBR322,pBR325,pUC118,pUC119,pUC18等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110,pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13,YEp24,YCp50等)などが挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ(λgt10、λgt11、λZAP等)が挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、バキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。
ベクターに遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採用される。遺伝子は、本発明の改良型タンパク質が発現されるようにベクターに組み込まれることが必要である。そこで、本発明のベクターには、プロモーター、遺伝子の塩基配列のほか、所望によりエンハンサーなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)、開始コドン、終止コドンなどを連結することができる。また、製造するタンパク質の精製を容易にするためのタグ配列を連結することもできる。タグ配列としては、Hisタグ、GSTタグ、MBPタグなどの公知のタグをコードする塩基配列を利用することができる。
As plasmid DNA, plasmids derived from actinomycetes (eg pK4, pRK401, pRF31 etc.), plasmids derived from E. coli (eg pBR322, pBR325, pUC118, pUC119, pUC18 etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (eg pUB110, pTP5 etc.) Yeast-derived plasmids (eg, YEp13, YEp24, YCp50, etc.) and the like, and phage DNAs include λ phage (λgt10, λgt11, λZAP, etc.). Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, and insect virus vectors such as baculovirus can also be used.
In order to insert a gene into a vector, first, a method in which purified DNA is cleaved with a suitable restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of a suitable vector DNA, and linked to the vector is employed. . The gene needs to be integrated into the vector so that the improved protein of the invention is expressed. Therefore, the vector of the present invention includes a promoter, a base sequence of a gene, a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence), an initiation codon, a termination codon, if desired. Etc. can be connected. A tag sequence for facilitating purification of the protein to be produced can also be linked. As the tag sequence, a base sequence encoding a known tag such as a His tag, a GST tag, or an MBP tag can be used.

遺伝子がベクターに挿入されたか否かの確認は、公知の遺伝子工学技術を利用して行うことができる。たとえば、プラスミドベクターなどの場合、コンピテントセルを用いてベクターをサブクローニングし、DNAを抽出後、DNAシーケンサーを用いてその塩基配列を特定することで確認できる。他のベクターについても細菌あるいは他の宿主を用いてサブクローニング可能なものは、同様の手法が利用できる。また、薬剤耐性遺伝子などの選択マーカーを利用したベクター選別も有効である。
形質転換体は、本発明の組換えベクターを、本発明の改良型タンパク質が発現し得るように宿主細胞に導入することにより得ることができる。形質転換に使用する宿主としては、タンパク質又はポリペプチドを発現できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、細菌(大腸菌、枯草菌等)、酵母、植物細胞、動物細胞(COS細胞、CHO細胞等)、昆虫細胞が挙げられる。
Whether or not a gene has been inserted into a vector can be confirmed using a known genetic engineering technique. For example, in the case of a plasmid vector or the like, it can be confirmed by subcloning the vector using a competent cell, extracting the DNA, and then specifying the base sequence using a DNA sequencer. For other vectors that can be subcloned using bacteria or other hosts, the same technique can be used. In addition, vector selection using a selection marker such as a drug resistance gene is also effective.
A transformant can be obtained by introducing the recombinant vector of the present invention into a host cell so that the improved protein of the present invention can be expressed. The host used for transformation is not particularly limited as long as it can express a protein or polypeptide. Examples include bacteria (E. coli, Bacillus subtilis, etc.), yeast, plant cells, animal cells (COS cells, CHO cells, etc.) and insect cells.

細菌を宿主とする場合は、組換えベクターが該細菌中で自律複製可能であると同時に、プロモーター、リボゾーム結合配列、開始コドン、本発明の改良型タンパク質をコードする核酸、転写終結配列により構成されていることが好ましい。大腸菌としては、例えばエッシェリヒア・コリ(Escherichia coli)DH5αなどが挙げられ、枯草菌としては、例えばバチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)などが挙げられる。細菌への組換えベクターの導入方法は、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されるものではない。例えばカルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法等が挙げられる。
酵母を宿主とする場合は、例えばサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)などが用いられる。酵母への組換えベクターの導入方法は、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。
When a bacterium is used as a host, the recombinant vector is autonomously replicable in the bacterium, and at the same time, it is composed of a promoter, a ribosome binding sequence, a start codon, a nucleic acid encoding the improved protein of the present invention, and a transcription termination sequence. It is preferable. Examples of Escherichia coli include Escherichia coli DH5α, and examples of Bacillus subtilis include Bacillus subtilis. The method for introducing a recombinant vector into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. Examples thereof include a method using calcium ions and an electroporation method.
When yeast is used as a host, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe and the like are used. The method for introducing a recombinant vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast, and examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method.

動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞COS-7、Vero、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞等が用いられる。動物細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。
昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞などが用いられる。昆虫細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法などが挙げられる。
遺伝子が宿主に導入されたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。例えば、形質転換体からDNAを調製し、DNA特異的プライマーを設計してPCRを行う。ついで、PCRの増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SyberGreen液等により染色し、増幅産物を1本のバンドとして検出することにより、形質転換されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。
When animal cells are used as hosts, monkey cells COS-7, Vero, Chinese hamster ovary cells (CHO cells), mouse L cells, rat GH3, human FL cells and the like are used. Examples of methods for introducing a recombinant vector into animal cells include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method.
When insect cells are used as hosts, Sf9 cells and the like are used. Examples of the method for introducing a recombinant vector into insect cells include the calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method and the like.
Whether or not a gene has been introduced into the host can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization, or the like. For example, DNA is prepared from the transformant, PCR is performed by designing a DNA-specific primer. Subsequently, the PCR amplification product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, or the like, stained with ethidium bromide, SyberGreen solution, etc., and the amplification product is detected as a single band. You can confirm that it has been converted. Moreover, PCR can be performed using a primer previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect an amplification product.

c.形質転換体培養による改良型タンパク質の取得
組替えタンパク質として製造する場合、本発明の改良型タンパク質は、上述の形質転換体を培養し、その培養物から採取することにより得ることができる。「培養物」とは、培養上清、培養細胞若しくは培養菌体又は細胞若しくは菌体の破砕物のいずれをも意味するものである。本発明の形質転換体を培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。
c. Obtaining Improved Protein by Transformant Culture When manufactured as a recombinant protein, the improved protein of the present invention can be obtained by culturing the aforementioned transformant and collecting it from the culture. “Culture” means any of culture supernatant, cultured cells, cultured cells, or disrupted cells or cells. The method for culturing the transformant of the present invention is carried out according to a usual method used for culturing a host.

大腸菌や酵母菌等の微生物を宿主として得られた形質転換体を培養する培地は、微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。炭素源としては、グルコース、フラクトース、スクロース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類が挙げられる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩又はその他の含窒素化合物のほか、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカー等が挙げられる。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。培養は、通常、振盪培養又は通気攪拌培養などの好気的条件下、20〜37℃で12時間〜3日間行う。   A medium for culturing transformants obtained using microorganisms such as Escherichia coli and yeast as a host contains a carbon source, nitrogen source, inorganic salts, etc. that can be assimilated by the microorganisms, and efficiently cultures the transformants. As long as the medium can be used, either a natural medium or a synthetic medium may be used. Examples of the carbon source include carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol. Examples of the nitrogen source include ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium salts of organic acids such as ammonium phosphate or other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract, corn steep liquor, and the like. Examples of the inorganic substance include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate. The culture is usually performed at 20 to 37 ° C. for 12 hours to 3 days under aerobic conditions such as shaking culture or aeration and agitation culture.

培養後、本発明の改良型タンパク質が菌体内又は細胞内に生産される場合には、超音波処理、凍結融解の繰り返し、ホモジナイザー処理などを施して菌体又は細胞を破砕することにより該タンパク質を採取する。また、該タンパク質が菌体外又は細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離等により菌体又は細胞を除去する。その後、タンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜組み合わせて用いることにより、前記培養物中から本発明の改良型タンパク質を単離精製することができる。
また、タンパク質の生合成反応にかかわる因子(酵素、核酸、ATP、アミノ酸など)のみを混合させた、いわゆる無細胞合成系を利用すると、生細胞を用いることなく、ベクターから本発明の改良型タンパク質を試験管内で合成することができる(参照文献8)。その後、前記と同様の精製法を用いて、反応後の混合溶液から本発明の改良型タンパク質を単離精製することができる。
単離精製した本発明の改良型タンパク質が、目的通りのアミノ酸配列からなるタンパク質であるかを確認するため、該タンパク質を含む試料を分析する。分析方法としては、SDS-PAGE、ウエスタンブロッティング、質量分析、アミノ酸分析、アミノ酸シーケンサーなどを利用することができる(参照文献6)。
When the improved protein of the present invention is produced in cells or cells after culturing, the protein or cells are disrupted by sonication, repeated freeze-thawing, homogenizer treatment, etc. Collect. When the protein is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is, or the cells or cells are removed by centrifugation or the like. Thereafter, by using general biochemical methods used for protein isolation and purification, such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc. alone or in appropriate combination, Thus, the improved protein of the present invention can be isolated and purified.
In addition, when using a so-called cell-free synthesis system in which only factors (enzymes, nucleic acids, ATP, amino acids, etc.) involved in protein biosynthesis reactions are mixed, the improved protein of the present invention can be obtained from a vector without using living cells. Can be synthesized in vitro (Reference 8). Thereafter, the improved protein of the present invention can be isolated and purified from the mixed solution after the reaction, using the same purification method as described above.
In order to confirm whether the isolated and purified improved protein of the present invention is a protein having an intended amino acid sequence, a sample containing the protein is analyzed. As an analysis method, SDS-PAGE, Western blotting, mass spectrometry, amino acid analysis, amino acid sequencer, etc. can be used (Reference Document 6).

(2)他の手法による改良型タンパク質の製造
本発明の改良型タンパク質は、有機化学的手法、例えば固相ペプチド合成法などによっても製造することができる。このような手法を利用したタンパク質の生産方法は当技術分野で周知であり、以下に簡潔に説明する。
固相ペプチド合成法により化学的にタンパク質を製造する場合、好ましくは自動合成機を利用して、活性化されたアミノ酸誘導体の重縮合反応を繰り返すことにより、本発明の改良型タンパク質のアミノ酸配列を有する保護ポリペプチドを樹脂上で合成する。ついで、この保護ポリペプチドを樹脂上から切断すると共に側鎖の保護基も同時に切断する。この切断反応には、樹脂や保護基の種類、アミノ酸の組成に応じて適切なカクテルがあることが知られている(参照文献7)。この後、有機溶媒層から粗精製タンパク質を水層に移し、目的の変異型タンパク質を精製する。精製法としては、逆相クロマトグラフィーなどを利用することができる(参照文献7)。
(2) Production of improved protein by other methods The improved protein of the present invention can also be produced by an organic chemical method such as solid phase peptide synthesis. Protein production methods using such techniques are well known in the art and are briefly described below.
When a protein is chemically produced by a solid phase peptide synthesis method, the amino acid sequence of the improved protein of the present invention is preferably obtained by repeating the polycondensation reaction of the activated amino acid derivative using an automatic synthesizer. A protected polypeptide is synthesized on the resin. Next, the protective polypeptide is cleaved from the resin and the side chain protecting group is cleaved simultaneously. This cleaving reaction is known to have an appropriate cocktail depending on the type of resin, protecting group, and amino acid composition (Reference Document 7). Thereafter, the crude protein is transferred from the organic solvent layer to the aqueous layer, and the target mutant protein is purified. As a purification method, reverse phase chromatography or the like can be used (Reference Document 7).

5.改良型タンパク質の性能確認試験
上記のようにして製造された改良型タンパク質は、以下の性能確認試験を行い良好なものを選択することができるが、本発明の改良型タンパク質はいずれも良好な性能を有していた。
5). Performance confirmation test of improved protein The improved protein produced as described above can be selected by performing the following performance confirmation test, but the improved protein of the present invention has good performance. Had.

(1)抗体結合性試験
本発明の改良型タンパク質の抗体結合性は、ウエスタンブロッティング、免疫沈降、プルダウンアッセイ、ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay)、表面プラズモン共鳴(SPR)法などを利用して確認・評価することができる。中でもSPR法は、生体間の相互作用をラベルなしでリアルタイムに経時的に観察することが可能であることから、改良型タンパク質の結合反応を速度論的観点から定量的に評価することができる。
(1) Antibody binding test The antibody binding of the improved protein of the present invention is confirmed using Western blotting, immunoprecipitation, pull-down assay, ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay), surface plasmon resonance (SPR) method, etc. -Can be evaluated. In particular, since the SPR method can observe the interaction between living organisms over time in real time without labeling, the improved protein binding reaction can be quantitatively evaluated from a kinetic viewpoint.

(2)改良型タンパク質の熱安定性試験
本発明の改良型タンパク質の熱安定性は、円偏光二色性(CD)スペクトル、蛍光スペクトル、赤外分光法、示差走査熱量測定法、加熱後の残留活性などを利用して評価することができる。中でもCDスペクトルは、タンパク質の二次構造の変化を鋭敏に反映する分光学的分析方法であることから、改良型タンパク質の温度に対する立体構造の変化を観測し、構造安定性を熱力学的に定量的に評価することができる。
(2) Thermal stability test of improved protein The thermal stability of the improved protein of the present invention is determined by circular dichroism (CD) spectrum, fluorescence spectrum, infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, after heating. The residual activity can be used for evaluation. In particular, the CD spectrum is a spectroscopic analysis method that sharply reflects changes in the secondary structure of proteins, so the change in conformation with temperature of the improved protein is observed, and the structural stability is quantified thermodynamically. Can be evaluated.

(3)改良型タンパク質の変性剤に対する安定性試験
本発明の改良型タンパク質の変性剤に対する安定性は、円偏光二色性(CD)スペクトル、蛍光スペクトル、残留活性などを利用して評価することができる。中でも蛍光スペクトルは、すべての改良型タンパク質がトリプトファン残基を分子内にひとつ保持しており、かつトリプトファンから発せられる蛍光が改良型タンパク質の変性により大きく強度が変化することから、改良型タンパク質の変性剤対する安定性を評価するうえで適切な方法である。
(3) Stability test of modified protein against denaturing agent The stability of the modified protein of the present invention against denaturing agent should be evaluated using circular dichroism (CD) spectrum, fluorescence spectrum, residual activity, etc. Can do. Above all, the fluorescence spectrum shows that all improved proteins retain one tryptophan residue in the molecule, and the fluorescence emitted from tryptophan changes greatly due to denaturation of the improved protein. This is an appropriate method for evaluating the stability to the agent.

(4)改良型タンパク質のタンパク質分解酵素に対する安定性試験
本発明の改良型タンパク質のタンパク質分解酵素に対する安定性は、キモトリプシンなどの基質選択性が低いタンパク質分解酵素と改良型タンパク質を混合し、反応にて生じる分解物の量あるいは未反応の残留物の量をSDS-PAGE、液体クロマトグラフィーなどを用いて経時的に分析することなどにより評価することができる。中でも、SDS-PAGEによる分析は簡便かつ微量のタンパク質で行うことができることから改良型タンパク質のタンパク質分解酵素に対する安定性を評価するうえで適切な方法である。
(4) Stability test of improved protein against proteolytic enzyme The improved protein of the present invention is stable against proteolytic enzyme by mixing a proteolytic enzyme such as chymotrypsin with low substrate selectivity and the improved protein. The amount of decomposed product generated or the amount of unreacted residue can be evaluated by analyzing it over time using SDS-PAGE, liquid chromatography or the like. Among them, analysis by SDS-PAGE is an appropriate method for evaluating the stability of the improved protein to proteolytic enzymes because it can be carried out easily and with a small amount of protein.

〔参照文献〕
参照文献1;Bjorck L, Kronvall G. (1984) Purification and some properties of streptococcal protein G, a novel IgG-binding reagent. J Immunol. 133, 69-74.
参照文献2;Boyle M. D.P., Ed. (1990) Bacterial Immunoglobulin Binding Proteins. Academic Press, Inc., San Diego, CA.
参照文献3;Gallagher T, Alexander P, Bryan P, Gilliland GL. (1994) Two crystal structures of the B1 immunoglobulin-binding domain of streptococcal protein G and comparison with NMR. Biochemistry 19, 4721-4729.
参照文献4;Alexander P, Fahnestock S, Lee T, Orban J, Bryan P. (1992) Thermodynamic analysis of the folding of the streptococcal protein G IgG-binding domains B1 and B2: why small proteins tend to have high denaturation temperatures. Biochemistry 14, 3597-3603.
参照文献5;Horton R. M., Hunt H. D., Ho S. N., Pullen J. M. and Pease L. R. (1989). Engineering hybrid genes without the use of restriction enzymes: gene splicing by overlap extension. Gene 77, 61-68.
参照文献6;大野茂男、西村善文監修 (1997) タンパク質実験プロトコール1−機能解析編、秀潤社
参照文献7;大野茂男、西村善文監修 (1997) タンパク質実験プロトコール2−構造解析編、秀潤社
参照文献8;岡田雅人、宮崎香 (2004) タンパク質実験ノート(上)、羊土社
参照文献9;D'souza VM, Holz RC. (1999) The methionyl aminopeptidase from Escherichia coli can function as an iron(II) enzyme. Biochemistry 38, 11079-11085.
[References]
Reference 1; Bjorck L, Kronvall G. (1984) Purification and some properties of streptococcal protein G, a novel IgG-binding reagent. J Immunol. 133, 69-74.
Reference 2; Boyle MDP, Ed. (1990) Bacterial Immunoglobulin Binding Proteins. Academic Press, Inc., San Diego, CA.
Reference 3; Gallagher T, Alexander P, Bryan P, Gilliland GL. (1994) Two crystal structures of the B1 immunoglobulin-binding domain of streptococcal protein G and comparison with NMR. Biochemistry 19, 4721-4729.
Reference 4; Alexander P, Fahnestock S, Lee T, Orban J, Bryan P. (1992) Thermodynamic analysis of the folding of the streptococcal protein G IgG-binding domains B1 and B2: why small proteins tend to have high denaturation temperatures. Biochemistry 14, 3597-3603.
Reference 5; Horton RM, Hunt HD, Ho SN, Pullen JM and Pease LR (1989). Engineering hybrid genes without the use of restriction enzymes: gene splicing by overlap extension. Gene 77, 61-68.
Reference 6; supervised by Shigeo Ohno and Yoshifumi Nishimura (1997) Protein Experiment Protocol 1-Functional Analysis, Shujunsha Reference 7; supervised by Shigeo Ohno and Yoshifumi Nishimura (1997) Protein Experiment Protocol 2-Structural Analysis, Shujunsha Reference 8; Masato Okada, Kaoru Miyazaki (2004) Protein Experiment Notes (above), Yodosha Reference 9; D'souza VM, Holz RC. (1999) The methionyl aminopeptidase from Escherichia coli can function as an iron (II ) enzyme.Biochemistry 38, 11079-11085.

以下に、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below using examples, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples.

実施例1
(1)プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いた、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントの選定プロセス。
まず、プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを、国際的なタンパク質立体構造データベースであるProtein Data Bank(PDB; http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do)よりダウンロードした(PDBコード:1PGA)。ついで、以下で定義されるコンタクト原子数(contact atom number)を立体構造座標データを用いて算出した。

ここでni,jは残基iと残基jの間のコンタクト原子数 (i≠j)、Nはタンパク質分子(またはサブユニット)の鎖長を表す。Cp,qはタンパク質分子内の水素原子を除く重原子pと重原子qの間のコンタクト数で、2つの重原子の中心間の距離が0.5nm以内なら1、そうでなければ0となる量である。算出した結果を図3に示す。
Example 1
(1) A process for selecting a partial segment in which the three-dimensional structure is stabilized by the interaction between amino acid residues near the sequence using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G / B1 domain.
First, the three-dimensional structure coordinate data of the protein G / B1 domain was downloaded from Protein Data Bank (PDB; http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do), an international protein three-dimensional structure database. (PDB code: 1PGA). Subsequently, the contact atom number defined below was calculated using the three-dimensional structure coordinate data.

Here, n i, j is the number of contact atoms between residues i and j (i ≠ j), and N is the chain length of the protein molecule (or subunit). C p, q is the number of contacts between heavy atom p and heavy atom q excluding hydrogen atoms in the protein molecule, 1 if the distance between the centers of the two heavy atoms is within 0.5 nm, 0 otherwise Amount. The calculated results are shown in FIG.

次に、以下で定義される局所コンタクト数密度(local contact number density)を算出した。
ここでDloc kはk番目のアミノ酸残基の局所コンタクト数密度を表す。図3において、太枠線で表される一辺wの正方形の内部のni,j を足し合わせた値の1/2がDloc kに相当することになる。なお、wはウィンドウ幅で、“配列上近傍のアミノ酸残基”を表現するパラメータである。即ち、k-(w-1)/2番目からk+(w-1)/2番目のアミノ酸残基をk番目のアミノ酸残基の配列上近傍に位置するアミノ酸残基と見なす。本プロセスではw=9と固定して計算した。
次に、以下で定義される局所コンタクト指数(local contact index)を算出した。

ここでIloc kはk番目のアミノ酸残基の局所コンタクト指数、μD locはDlocの平均値、σD locはDlocの標準偏差を表す。タンパク質が、wを単位とする部分セグメントにより構成されると考えると、アミノ酸残基が局所的に密に接触している部分セグメントのIlocは正の値として、局所的に疎に接触している部分セグメントのIlocは負の値として表される。算出した結果を図4に示す。本プロセスでは、Ilocの値がより大きい領域を、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントとして選定した。
Next, the local contact number density defined below was calculated.
Here, D loc k represents the local contact number density of the kth amino acid residue. In FIG. 3, ½ of the value obtained by adding n i, j inside the square of one side w represented by the thick frame line corresponds to D loc k . Note that w is the window width and is a parameter expressing “amino acid residues near the sequence”. That is, the k- (w-1) / 2nd to k + (w-1) / 2th amino acid residues are regarded as amino acid residues located in the vicinity of the k-th amino acid residue sequence. In this process, the calculation was performed with w = 9 fixed.
Next, the local contact index defined below was calculated.

Here I loc k topical contact index of k-th amino acid residue, mu D loc is the average value of D loc, σ D loc represent the standard deviation of D loc. Assuming that the protein is composed of partial segments with w as a unit, I loc of a partial segment in which amino acid residues are in close local contact is a positive value, and the local contact is in sparse contact. I loc of the partial segment is represented as a negative value. The calculated results are shown in FIG. In this process, a region having a larger value of I loc was selected as a partial segment whose steric structure was stabilized by the interaction between amino acid residues in the vicinity of the sequence.

なお、本プロセスの計算は、intel fortran complier for linux ver9.0 (インテル)を用いて新たに開発したプログラム、Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8)(レッドハット)(以上ソフトウエア)、Dell Precision Workstation370(デル)(以上ハードウエア)を用いて行った。   The calculation of this process is based on the newly developed program using intel fortran complier for linux ver9.0 (Intel), Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8) (red hat) This was done using a Dell Precision Workstation370 (Dell) (above hardware).

(2)プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いた、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基の選定プロセス。
上記(1)のプロセスでダウンロードしたプロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用い、以下で定義される非局所コンタクト原子数(non-local contact atom number)を計算した。
ここでNnl i はi番目のアミノ酸残基の非局所コンタクト原子数である。Nはタンパク質分子(またはサブユニット)の鎖長を表す。C’p’,qはアミノ酸残基iの側鎖の重原子p’とアミノ酸残基jの重原子qとの間のコンタクト数で、2つの重原子の中心間の距離が0.5nm以内なら1、そうでなければ0となる量である。なお、アミノ酸残基iがGlyの場合はC’p’,qは0とした。wはウィンドウ幅で、本プロセスでは上記(1)のプロセスと同様にw=9と固定して計算した。上式は、すべてのアミノ酸残基に対するコンタクト数の和から配列上近傍のアミノ酸残基に対するコンタクト数の和を除いたものなので、配列上遠方のアミノ酸残基と多数接触している側鎖をもつアミノ酸残基は大きなNnl値を示すことになる。
(2) A process for selecting amino acid residues that have weak interactions with amino acid residues far from the sequence, using the three-dimensional coordinate data of the protein G / B1 domain.
Using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G · B1 domain downloaded in the process (1) above, the non-local contact atom number defined below was calculated.
Where N nl i is the non-local contact number of atoms of the i-th amino acid residue. N represents the chain length of the protein molecule (or subunit). C 'p', q is the number of contacts between the heavy atom p 'on the side chain of amino acid residue i and the heavy atom q of amino acid residue j, if the distance between the centers of the two heavy atoms is within 0.5 nm 1; otherwise 0. When the amino acid residue i is Gly, C′p ′, q is set to 0. w is the window width. In this process, w = 9 was fixed as in the process (1) above. Since the above formula is the sum of the number of contacts for all amino acid residues minus the sum of the number of contacts for amino acid residues near the sequence, it has many side chains that are in contact with amino acid residues far in the sequence. Amino acid residues will show large N nl values.

次に、以下で定義される非局所コンタクト指数(non-local contact index)を算出した。
ここでInl i はi番目のアミノ酸残基の非局所コンタクト指数である。aは非局所コンタクト数の縮減を意図する任意の定数で、本プロセスではa =3と固定して計算した。上式より、配列上遠方のアミノ酸残基との接触が無いアミノ酸残基のInlは1であり、接触が多いアミノ酸残基のInlは0に近づく。算出した結果を図5に示す。本プロセスでは、Inlの値がより大きいアミノ酸残基を、配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基として選定した。
なお、本プロセスの計算は、intel fortran complier for linux ver9.0 (インテル)を用いて新たに開発したプログラム、Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8)(レッドハット)(以上ソフトウエア)、Dell Precision Workstation370(デル)(以上ハードウエア)を用いて行った。
Next, the non-local contact index defined below was calculated.
Here I nl i is the non-local contact index of the i th amino acid residue. a is an arbitrary constant intended to reduce the number of non-local contacts. In this process, a = 3 was fixed and calculated. From the above formula, I nl of an amino acid residue that is not in contact with an amino acid residue far from the sequence is 1, and I nl of an amino acid residue that is frequently in contact approaches 0. The calculated results are shown in FIG. In this process, the value is greater than the amino acid residue I nl, interaction of the amino acids residues of SEQ on distant was selected as a weak amino acid residues.
The calculation of this process is based on the newly developed program using intel fortran complier for linux ver9.0 (Intel), Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8) (red hat) This was done using a Dell Precision Workstation370 (Dell) (above hardware).

(3)プロテインG・B1ドメインを構成するアミノ酸配列の中から変異対象部位とするアミノ酸残基候補の決定プロセス。
上記(1)のプロセスにより計算されたIlocの値と(2)により計算されたInlの値が共に大きいアミノ酸残基に着目することで、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメント内にあって、かつ配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基を選定し、このアミノ酸残基を変異対象部位と決定することができる。 本プロセスでは、以下で定義される変異適性指数(good mutation index)を算出し、その値が大きいほど、配列上近傍のアミノ酸残基間の相互作用によって立体構造が安定化されている部分セグメントであって、かつ配列上遠方のアミノ酸残基との相互作用が弱いアミノ酸残基であるとした。
ここでIM i はi番目のアミノ酸残基の変異適性指数を示す。算出した結果を図6に示す。ここでは、IM i>0.5のアミノ酸残基、即ち、Ala24、Thr25、Lys28、Gln32、Asn35、Asp36、Asn37、Asp47、Ala48、Thr49を変異対象部位の候補とした。
なお、本プロセスの計算は、intel fortran complier for linux ver9.0 (インテル)を用いて新たに開発したプログラム、Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8)(レッドハット)(以上ソフトウエア)、Dell Precision Workstation370(デル)(以上ハードウエア)を用いて遂行した。
(3) A process for determining amino acid residue candidates to be mutated from the amino acid sequences constituting the protein G / B1 domain.
By focusing on amino acid residues whose I loc value calculated by the above process (1) and I nl value calculated by (2) are both large, It is possible to select an amino acid residue that is in a partial segment in which the three-dimensional structure is stabilized and has a weak interaction with a distant amino acid residue in the sequence, and determine this amino acid residue as a site to be mutated. . In this process, the good mutation index defined below is calculated, and the higher the value, the more the segment is stabilized by the interaction between amino acid residues near the sequence. In addition, the amino acid residues are weakly interacting with amino acid residues far from the sequence.
Here, I M i indicates the mutation suitability index of the i-th amino acid residue. The calculated results are shown in FIG. Here, amino acid residues of I M i > 0.5, that is, Ala24, Thr25, Lys28, Gln32, Asn35, Asp36, Asn37, Asp47, Ala48, and Thr49 were used as candidates for mutation sites.
The calculation of this process is based on the newly developed program using intel fortran complier for linux ver9.0 (Intel), Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8) (red hat) This was done using a Dell Precision Workstation370 (Dell) (above hardware).

(4)プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いた、変異対象部位を含む部分セグメント主鎖のコンフォメーションの特定プロセス。
上記(1)のプロセスでダウンロードしたプロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用い、主鎖二面角(φ,ψ,ω)を計算した。主鎖二面角の定義は、“有坂文雄(2004)バイオサイエンスのための蛋白質科学入門、裳華房”を参照した。ついで、変異部位を含む前後(w-1)/2残基分の部分セグメントの主鎖二面角を抜き出すことにより、変異部位を含む部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを特定した。wはウィンドウ幅で、本プロセスでは上記(1)と同様にw=9と固定して計算した。算出した結果の例として、プロテインG・B1ドメインの部分セグメント(43-51)の場合を図7に示す。
なお、本プロセスの計算は、intel fortran complier for linux ver9.0 (インテル)を用いて新たに開発したプログラム、Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8)(レッドハット)(以上ソフトウエア)、Dell Precision Workstation370(デル)(以上ハードウエア)を用いて遂行した。
(4) The process of identifying the conformation of the partial segment main chain including the site to be mutated using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G / B1 domain.
The main chain dihedral angles (φ, ψ, ω) were calculated using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G · B1 domain downloaded in the process (1). For the definition of the main chain dihedral angle, refer to “Arisaka Fumio (2004) Introductory Protein Science for Biosciences, Yuhuabo”. Next, the main chain conformation of the partial segment including the mutation site was identified by extracting the main chain dihedral angle of the partial segment of (w-1) / 2 residues including the mutation site. w is the window width. In this process, w = 9 was fixed as in (1) above. As an example of the calculated results, FIG. 7 shows the case of a partial segment (43-51) of the protein G · B1 domain.
The calculation of this process is based on the newly developed program using intel fortran complier for linux ver9.0 (Intel), Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8) (red hat) This was done using a Dell Precision Workstation370 (Dell) (above hardware).

(5)上記(4)のプロセスで特定した部分セグメント主鎖のコンフォメーションを形成する場合における、出現頻度の高いアミノ酸配列の特定プロセス。
まず、(独)産業技術総合研究所で開発され、公開されているタンパク質局所構造データベースProSeg (http://riodb.ibase.aist.go.jp/proseg/index.html)の検索ウィンドウに上記(4)のプロセスで計算した部分セグメントの主鎖二面角の値を入力することで、上記(4)のプロセスで特定した部分セグメントの主鎖のコンフォメーションと同様ないし類似した主鎖のコンフォメーションを有するタンパク質の局所構造クラスタを検索した。ついで、最も類似した局所構造クラスタのアミノ酸配列における各アミノ酸残基の出現頻度の統計値の詳細を表示させ、表示されたPSSM(position specific scoring matrix)のスコアを参照することにより上記(4)のプロセスで特定した部分セグメントの主鎖のコンフォメーションを形成する場合に出現頻度の高いアミノ酸配列を特定した。即ち、PSSMの各位置でスコアが高いアミノ酸の組み合わせからなる配列は、その主鎖のコンフォメーションを安定に形成することが期待される。なお、ProSegにおけるPSSMの定義は、“Sawada Y. and Honda S. (2006) Structural diversity of protein segments follows a power-law distribution. Biophysical J., 91(4), 1213-1223.”に明記されている。検索した結果の例として、プロテインG・B1ドメインの部分セグメント(43-51)の場合を図8に示す。
なお、本プロセスの計算は、firefox ver 2.0.0.4 for linux(mozilla.org)、Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8)(レッドハット)(以上ソフトウエア)、Dell Precision Workstation370(デル)(以上ハードウエア)を用いて遂行した。
(5) A process for specifying an amino acid sequence having a high appearance frequency when forming the conformation of the partial segment main chain specified in the process of (4) above.
First, in the search window of the protein local structure database ProSeg (http://riodb.ibase.aist.go.jp/proseg/index.html) developed and published by the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology ( By inputting the value of the dihedral angle of the main chain of the partial segment calculated in the process of 4), the main chain conformation is the same as or similar to the main chain conformation of the partial segment specified in the process of (4) above. We searched for local structure clusters of proteins with Next, the details of the statistical value of the appearance frequency of each amino acid residue in the amino acid sequence of the most similar local structure cluster are displayed, and by referring to the score of the displayed PSSM (position specific scoring matrix), the above (4) An amino acid sequence having a high appearance frequency was identified when forming a conformation of the main chain of the partial segment identified in the process. That is, a sequence composed of a combination of amino acids having a high score at each position of PSSM is expected to stably form the main chain conformation. The definition of PSSM in ProSeg is specified in “Sawada Y. and Honda S. (2006) Structural diversity of protein segments follows a power-law distribution. Biophysical J., 91 (4), 1213-1223.” Yes. As an example of the search result, FIG. 8 shows the case of a partial segment (43-51) of the protein G · B1 domain.
The calculation of this process is firefox ver 2.0.0.4 for linux (mozilla.org), Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8) (red hat) (above software), Dell Precision Workstation370 (Dell) ( This was done using hardware.

(6)変異対象部位のアミノ酸残基に代わって置き換えるアミノ酸残基の種類の選別プロセス。
まず、上記(5)で求めたPSSMのスコアを用いて、以下で定義される交換の好ましさ(preference of permutation)を算出した。
ここで、pkはk番目のアミノ酸残基の交換の好ましさ、sPSSM k(original)は変異部位kの置換前のアミノ酸残基のスコア、sPSSM k(candidate)は変異部位kの置換後のアミノ酸残基のスコアである。置換後のアミノ酸残基としては、原則、PSSMのスコアが最も大きいアミノ酸残基を候補とした。ただし、Cysは除外した。また、PSSMのスコアが大きいアミノ酸残基が複数存在した場合は、最大のものに加えてそれらについても候補とした。pkは変異部位kにおける置換後の効果の目安であり、pkが大きいほど大きな効果が期待できる。本プロセスでは、pk>=2.0となる交換についてのみ検討対象として残すこととした。即ち、上記(3)で特定した10箇所の変異対象部位の候補Ala24、The25、Lys28、Gln32、Asn35、Asp36、Asn37、Asp47、Ala48、Thr49のうち、Ala24Glu、The25Trp、Lys28Ala、Gln32Ala、Thr49Thrはpk<2.0のため除外し、Asn35Lys、Asp36Glu、Asn37His、Asn37Leu、Asp47Pro、Ala48Lys、Ala48Gluを置換対象部位及び置き換えるアミノ酸残基の候補として選定した。算出した結果の例を図9に示す。
なお、本プロセスの計算は、intel fortran complier for linux ver9.0 (インテル)を用いて新たに開発したプログラム、Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8)(レッドハット)(以上ソフトウエア)、Dell Precision Workstation370(デル)(以上ハードウエア)を用いて遂行した。
(6) A process for selecting the type of amino acid residue to replace in place of the amino acid residue at the site to be mutated.
First, using the PSSM score obtained in (5) above, the preference of permutation defined below was calculated.
Where p k is the preferred exchange of the k-th amino acid residue, s PSSM k (original) is the score of the amino acid residue before substitution at the mutation site k, and s PSSM k (candidate) is the mutation site k It is the score of the amino acid residue after substitution. As amino acid residues after substitution, in principle, amino acid residues having the highest PSSM score were used as candidates. However, Cys was excluded. In addition, when there were a plurality of amino acid residues having a large PSSM score, they were selected as candidates in addition to the largest one. p k is a measure of the effect after substitution at the mutation site k, and a larger effect can be expected as p k is larger. In this process, only exchanges with p k > = 2.0 are left for consideration. That is, among the 10 candidate mutation sites Ala24, The25, Lys28, Gln32, Asn35, Asp36, Asn37, Asp47, Ala48, Thr49 identified in (3) above, Ala24Glu, The25Trp, Lys28Ala, Gln32Ala, Thr49Thr are p Since k <2.0, it was excluded and Asn35Lys, Asp36Glu, Asn37His, Asn37Leu, Asp47Pro, Ala48Lys, and Ala48Glu were selected as candidates for substitution sites and amino acid residues to be substituted. An example of the calculated result is shown in FIG.
The calculation of this process is based on the newly developed program using intel fortran complier for linux ver9.0 (Intel), Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8) (red hat) This was done using a Dell Precision Workstation370 (Dell) (above hardware).

(7)プロテインG・B1ドメインの立体構造座標データを用いたアミノ酸残基の埋もれ度の評価に基づくアミノ酸残基の置換許容度の判定プロセス。
アミノ酸残基の置換を行う際、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなる場合については、置換前のアミノ酸残基の、以下で定義される露出表面積比(ratio of accessible surface area)を算出して検討した。

(7) A process for determining the substitution tolerance of amino acid residues based on the evaluation of the degree of burying of amino acid residues using the three-dimensional structure coordinate data of the protein G / B1 domain.
When amino acid residue substitution is performed, the size of the side chain of the amino acid residue after substitution is larger than that before substitution. of accessible surface area).

一方、上記(6)のプロセスで選別したもののうち、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなるものはAsn35Lys、Asp36Glu、Asn37His、Asp47Pro、Ala48Lys、Ala48Gluである。算出した結果の例として、これらの置換候補のRiを図10に示す。本プロセスでは、Ri であれば、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなる場合も許容することとした。
なお、本プロセスの計算は、intel fortran complier for linux ver9.0 (インテル)を用いて新たに開発したプログラム、Surface Racer 3.0 for Linux(Dr. Oleg Tsodikov, The University of Michigan)、MOE v2006.08(Chemical Computing Group Inc.)、Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8)(レッドハット)(以上ソフトウエア)、Dell Precision Workstation370(デル)、Dell DimensionXPS/Gen3 (windows XP SP2) (デル)(以上ハードウエア)を用いて行った。
On the other hand, among those selected by the process of (6) above, Asn35Lys, Asp36Glu, Asn37His, Asp47Pro, Ala48Lys, and Ala48Glu are those in which the side chain size of the amino acid residue after substitution becomes larger than before substitution. As an example of the calculated result, R i of these replacement candidates is shown in FIG. In this process, if R i, the size of the side chain of an amino acid residue after substitution was allowing even be larger than that before replacement.
The calculation of this process is based on the newly developed program using intel fortran complier for linux ver9.0 (Intel), Surface Racer 3.0 for Linux (Dr. Oleg Tsodikov, The University of Michigan), MOE v2006.08 ( Chemical Computing Group Inc.), Red Hat Enterprise Linux WS release 3 (Taroon Update 8) (software), Dell Precision Workstation370 (Dell), Dell DimensionXPS / Gen3 (windows XP SP2) (Dell) (above) Hardware).

実施例2
改良型タンパク質を構成するアミノ酸配列、および該改良型タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列の設計。
上記実施例1(6)のプロセスで選別した変異対象部位のアミノ酸残基に代わって置き換えるアミノ酸残基の種類に加え、上記実施例1(7)のプロセスで判定したアミノ酸残基置換の許容度を勘案し、改良型タンパク質のアミノ酸配列を設計した。即ち、上記実施例1(6)のプロセスにおいて、Asn35Lys、Asp36Glu、Asn37His、Asn37Leu、Asp47Pro、Ala48Lys、Ala48Gluの7つの置換候補を選別した。このうち、置換後のアミノ酸残基の側鎖のサイズが置換前に比べて大きくなるものはAsn35Lys、Asp36Glu、Asn37His、Asp47Pro、Ala48Lys、Ala48Gluの6つであり、上記したように(7)のプロセスにおいて、これら6つの置換は許容されると判定されている。
Example 2
Design of an amino acid sequence constituting the improved protein and a base sequence of a gene encoding the improved protein.
In addition to the types of amino acid residues to be replaced in place of the amino acid residues at the site of mutation selected in the process of Example 1 (6) above, the tolerance of amino acid residue substitution determined in the process of Example 1 (7) above In consideration of the above, the amino acid sequence of the improved protein was designed. That is, in the process of Example 1 (6), seven substitution candidates of Asn35Lys, Asp36Glu, Asn37His, Asn37Leu, Asp47Pro, Ala48Lys, and Ala48Glu were selected. Of these, the six amino acid residues that have larger side chains than those before substitution are Asn35Lys, Asp36Glu, Asn37His, Asp47Pro, Ala48Lys, and Ala48Glu. As described above, the process (7) These six substitutions have been determined to be acceptable.

そこで、この情報を加味して、これまでの工程の結果をさらに精査することにした。複合体の結晶構造によると、Asn35は免疫グロブリンGのFcドメインのAsn434、His433、Tyr436と水素結合を形成しており、プロテインG・B1ドメインが抗体と結合する上で非常に重要なアミノ酸残基であることが推察された。そこで、Asn35については変異箇所から除外した。最終的に、Asp36Glu、Asn37His、Asn37Leu、Asp47Pro、Ala48Lys、Ala48Gluの置換を行うことを決定し、これらの組み合わせによる複数の多重変異体のアミノ酸配列([配列番号4]〜[配列番号11])を設計した。なお、[配列番号12]で表されるアミノ酸配列はプロテインG・B1ドメインの野生型アミノ酸配列に相当するものである。 Therefore, considering this information, we decided to further examine the results of the previous processes. According to the crystal structure of the complex, Asn35 forms a hydrogen bond with Asn434, His433, and Tyr436 of the Fc domain of immunoglobulin G, and is a very important amino acid residue for protein G / B1 domain binding to the antibody. It was inferred that Therefore, Asn35 was excluded from the mutation site. Finally, it was decided to replace Asp36Glu, Asn37His, Asn37Leu, Asp47Pro, Ala48Lys, and Ala48Glu, and the amino acid sequences of a plurality of multiple mutants ([SEQ ID NO: 4] to [SEQ ID NO: 11]) by these combinations Designed. The amino acid sequence represented by [SEQ ID NO: 12] corresponds to the wild-type amino acid sequence of the protein G · B1 domain.

改良型タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列については、上記設計した改良型タンパク質のアミノ酸配列を基に以下のステップを経て設計した。
(i)変異箇所以外のアミノ酸残基に対応する部分は、基本的に[配列番号22] で表されるプロテインG・B1ドメインの野生型塩基配列を採用する。
(ii)置換したアミノ酸残基に対応する部分は、基本的に大腸菌のコドン使用頻度(codon
usage)を参照し決定する。
(iii)設計した塩基配列のGC含量が著しく高くなる場合、設計した塩基配列のmRNAの構造が著しく安定になる場合、および設計した塩基配列内に制限酵素認識部位が生じる場合、同義コドンへの置換によりそれぞれの状態を緩和、解消する。
The base sequence of the gene encoding the improved protein was designed through the following steps based on the amino acid sequence of the improved protein designed above.
(i) The portion corresponding to the amino acid residue other than the mutation site basically adopts the wild-type base sequence of the protein G • B1 domain represented by [SEQ ID NO: 22].
(ii) The portion corresponding to the substituted amino acid residue is basically the codon usage frequency of E. coli (codon
Refer to usage) and decide.
(iii) When the GC content of the designed base sequence is remarkably high, when the mRNA structure of the designed base sequence is remarkably stable, and when a restriction enzyme recognition site is generated in the designed base sequence, Each state is relaxed and eliminated by substitution.

なお、改良型タンパク質は、タンパク質合成の実際的観点から以下の3系統に分けて製造されるため、遺伝子の塩基配列はベクターの塩基配列を勘案しつつ系統ごとに微調整した。GR-PGタンパク質は、N末端タグ付タンパク質として無細胞タンパク質合成システムを用いて製造される。N末端のHisタグはタンパク質分解酵素により除去するが、タンパク質分解酵素認識配列との隙間が生じるため、結果、設計したアミノ酸配列のN末端に2アミノ酸残基が付加される。即ち、GR-PGタンパク質群では、[配列番号4]〜[配列番号8]、および[配列番号12]で示されるアミノ酸配列のN末端にGly-Argが付加される。GST-PGタンパク質群は、図17に示されるN末端Glutathione S-Transferase(GST)融合タンパク質として無細胞タンパク質合成システムを用いて製造される。即ち、[配列番号23]と[配列番号7]を連結したアミノ酸配列、および[配列番号23]と[配列番号12]を連結したアミノ酸配列となり合成される。M-PGタンパク質群は、タグなし、融合なしの単純タンパク質として大腸菌を用いて製造される。このため設計したアミノ酸配列に開始コドン配列が付加される。即ち、M-PGタンパク質群では、[配列番号7]〜[配列番号12] で示されるアミノ酸配列のN末端にMetが付加される。   Since the improved protein is manufactured by dividing into the following three systems from the practical viewpoint of protein synthesis, the base sequence of the gene was finely adjusted for each system in consideration of the base sequence of the vector. GR-PG protein is produced using a cell-free protein synthesis system as an N-terminal tagged protein. Although the N-terminal His tag is removed by proteolytic enzyme, a gap with the proteolytic enzyme recognition sequence is generated, and as a result, 2 amino acid residues are added to the N-terminal of the designed amino acid sequence. That is, in the GR-PG protein group, Gly-Arg is added to the N-terminus of the amino acid sequence represented by [SEQ ID NO: 4] to [SEQ ID NO: 8] and [SEQ ID NO: 12]. The GST-PG protein group is produced using a cell-free protein synthesis system as an N-terminal Glutathione S-Transferase (GST) fusion protein shown in FIG. That is, an amino acid sequence obtained by linking [SEQ ID NO: 23] and [SEQ ID NO: 7] and an amino acid sequence obtained by linking [SEQ ID NO: 23] and [SEQ ID NO: 12] are synthesized. The M-PG protein group is produced using E. coli as a simple protein with no tag and no fusion. Therefore, a start codon sequence is added to the designed amino acid sequence. That is, in the M-PG protein group, Met is added to the N-terminus of the amino acid sequence represented by [SEQ ID NO: 7] to [SEQ ID NO: 12].

実施例3
本実施例は、改良型タンパク質(プロテインG変異体)をコードする遺伝子を合成し、次いで無細胞タンパク質合成システムを用いて表1に示す組換えタンパク質(GR-PG01、GR-PG03、GR-PG05、GR-PG06、GR-PG07、GR-PG08、GST-PG01、GST-PG07)を製造する例を示す。
Example 3
In this example, genes encoding improved proteins (protein G variants) were synthesized, and then recombinant proteins (GR-PG01, GR-PG03, GR-PG05) shown in Table 1 using a cell-free protein synthesis system. , GR-PG06, GR-PG07, GR-PG08, GST-PG01, GST-PG07) are shown.

a: タグ付タンパク質として合成したのち、プロテアーゼ処理して単離・精製
b: タグなし単純タンパク質として合成したのち、単離・精製
c: glutathione S-transferase融合タンパク質として合成したのち、単離・精製
a: After synthesis as a tagged protein, isolation and purification by protease treatment
b: Isolation and purification after synthesis as untagged simple protein
c: Isolation and purification after synthesis as glutathione S-transferase fusion protein

(1)GR-PG遺伝子の合成
5’-、3’-末端に相補領域を有する56〜59merの化学合成したオリゴDNA断片(表2、表3)を組み合わせて、アニールおよびポリメラーゼ伸長反応(55℃, 1分, 72℃, 1分 → 50℃, 1分, 72℃, 1分 → 44℃, 15秒, 72℃, 1分)により[配列番号13]、[配列番号14]、[配列番号15]、[配列番号16]、[配列番号17]、および[配列番号22]の塩基配列からなる各PG遺伝子を合成した。
(1) Synthesis of GR-PG gene
Combining 56-59mer chemically synthesized oligo DNA fragments (Tables 2 and 3) with complementary regions at the 5'- and 3'-ends, annealing and polymerase extension reaction (55 ° C, 1 min, 72 ° C, 1 Minutes → 50 ℃, 1 minute, 72 ℃, 1 minute → 44 ℃, 15 seconds, 72 ℃, 1 minute) [SEQ ID NO: 13], [SEQ ID NO: 14], [SEQ ID NO: 15], [SEQ ID NO: 16] Each PG gene consisting of the base sequences of [SEQ ID NO: 17] and [SEQ ID NO: 22] was synthesized.

これを鋳型に、制限酵素認識配列を含むプライマーを加えPCR法(アニール55℃,5秒)にて増幅を行い、GR-PG遺伝子を合成した。使用したプライマーは、センスプライマー(aaggaattaagcggccgc gacacttacaaattaatcc(配列番号34))とアンチセンスプライマー(attggatcc ttattcagtaactgtaaaggt(配列番号25))である。得られた増幅物をアガロース電気泳動法(3%, 100V)で確認後、QIAquick PCR Purification kit (Qiagen) を用いて精製した。   Using this as a template, a primer containing a restriction enzyme recognition sequence was added and amplified by PCR (anneal 55 ° C., 5 seconds) to synthesize the GR-PG gene. The primers used were a sense primer (aaggaattaagcggccgc gacacttacaaattaatcc (SEQ ID NO: 34)) and an antisense primer (attggatcc ttattcagtaactgtaaaggt (SEQ ID NO: 25)). The obtained amplified product was confirmed by agarose electrophoresis (3%, 100V) and then purified using a QIAquick PCR Purification kit (Qiagen).

(2)クローニング
制限酵素Not IとBamH I (日本ジーン, 37℃, 一昼夜)で消化し脱リン酸化(宝酒造, CIAP, 50℃, 30分)させたプラスミドpIVEX2.4a (Roche)と、同じ制限酵素で消化したGR-PG遺伝子をライゲーション(東洋紡, Ligation High, 16℃, 1時間)し、得られたプラスミドベクターを用いて保存用大腸菌DH5α株(東洋紡, Competent high)を形質転換し、100μg/mLアンピシリンを含むLBプレート培地で選択した。正しい挿入配列をもつ形質転換体をcolony PCR、DNA sequencing (AB, BigDye Terminator v1.1) により選別し、Qiaprep Spin Miniprep kit (Qiagen) を用いてGR-PG発現用プラスミドを抽出した。
(2) Cloning Same restriction as plasmid pIVEX2.4a (Roche) digested with restriction enzymes Not I and BamH I (Nippon Gene, 37 ° C, overnight) and dephosphorylated (Takara Shuzo, CIAP, 50 ° C, 30 min) The GR-PG gene digested with the enzyme was ligated (Toyobo, Ligation High, 16 ° C, 1 hour), and the resulting plasmid vector was used to transform E. coli DH5α strain for storage (Toyobo, Competent high), 100 µg / Selection was made on LB plate medium containing mL ampicillin. A transformant having the correct insertion sequence was selected by colony PCR and DNA sequencing (AB, BigDye Terminator v1.1), and a GR-PG expression plasmid was extracted using Qiaprep Spin Miniprep kit (Qiagen).

(3)タグ付きタンパク質発現と精製
得られたGR-PG発現用プラスミドとRTS500 E. coli HY (Roche) 試薬を混合し、無細胞タンパク質合成システムRTS500 ProteoMaster (Roche)用いて、タグ付きGR-PG組換えタンパク質を発現させた(120rpm, 30℃, 20時間)。得られた培養液をIgG Sepharose 6 Fast Flowカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)をセットした液体クロマトグラフィー装置AKTApurifier (GEヘルスケアバイオサイエンス)に注入し、アフィニティークロマトグラフィー法(running buffer: 50mM Tris-HCl (pH7.6), 150mM NaCl, 0.05% Tween20; elution buffer: 0.5M 酢酸)および/またはHisTrap HPカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)をセットした液体クロマトグラフィー装置AKTApurifier (GEヘルスケアバイオサイエンス)に注入し、アフィニティークロマトグラフィー法(running buffer: 20mM リン酸ナトリウム、500mM NaCl、20mM イミダゾール, pH7.4; elution buffer: 20mM リン酸ナトリウム、500mM NaCl、400mM イミダゾール, pH7.4)によりタグ付きGR-PG組換えタンパク質を精製した。分画したフラクションは、20mM Tris-HCl(pH6.8)で透析した。
(3) Tagged protein expression and purification The obtained GR-PG expression plasmid and RTS500 E. coli HY (Roche) reagent are mixed, and the cell-free protein synthesis system RTS500 ProteoMaster (Roche) is used. The recombinant protein was expressed (120 rpm, 30 ° C., 20 hours). The obtained culture solution was injected into a liquid chromatography device AKTApurifier (GE Healthcare Bioscience) equipped with an IgG Sepharose 6 Fast Flow column (GE Healthcare Bioscience), and affinity chromatography (running buffer: 50 mM Tris-HCl) (pH7.6), 150 mM NaCl, 0.05% Tween20; elution buffer: 0.5 M acetic acid) and / or injection into liquid chromatography device AKTApurifier (GE Healthcare Bioscience) with HisTrap HP column (GE Healthcare Bioscience) And tagged GR-PG by affinity chromatography (running buffer: 20 mM sodium phosphate, 500 mM NaCl, 20 mM imidazole, pH 7.4; elution buffer: 20 mM sodium phosphate, 500 mM NaCl, 400 mM imidazole, pH 7.4) The replacement protein was purified. The fractionated fraction was dialyzed against 20 mM Tris-HCl (pH 6.8).

(4)タグ付きタンパク質のタグ部位切断
得られたタグ付きタンパク質は、Factor Xa protease (Qiagen) を用いて消化(37℃, 一昼夜)し、Hisタグ部位を切断した。その後His Microspin purification module (GEヘルスケアバイオサイエンス)を用いてHisタグ部位および未消化サンプルを除去した。さらに、IgG Sepharose 6 Fast Flow microspinを用いてGR-PGタンパク質(GR-PG01、GR-PG03、GR-PG05、GR-PG06、GR-PG07、GR-PG08)を精製した。得られた試料溶液は20mM Tris-HCl(pH6.8)で透析し、4℃で保存した。
(4) Tag site cleavage of tagged protein The obtained tagged protein was digested with Factor Xa protease (Qiagen) (37 ° C, overnight) to cleave the His tag site. Thereafter, the His tag site and the undigested sample were removed using a His Microspin purification module (GE Healthcare Bioscience). Furthermore, GR-PG protein (GR-PG01, GR-PG03, GR-PG05, GR-PG06, GR-PG07, GR-PG08) was purified using IgG Sepharose 6 Fast Flow microspin. The obtained sample solution was dialyzed against 20 mM Tris-HCl (pH 6.8) and stored at 4 ° C.

(5)GST融合タンパク質発現と精製
Not IとBamH I (日本ジーン, 37℃, 一昼夜)で消化し脱リン酸化(宝酒造, CIAP, 50℃, 30分)させたプラスミドpIVEX-GST (Roche)と、同じ制限酵素で消化したGR-PG遺伝子をライゲーション(東洋紡, Ligation High, 16℃, 1時間)し、上記(2)と同様の方法で形質転換後、GST融合タンパク質発現用プラスミドを抽出した。得られたGST融合タンパク質発現用プラスミドとRTS500 E. coli HY (Roche) 試薬を混合し、無細胞タンパク質合成システムRTS500 ProteoMaster (Roche)用いて、GST融合タンパク質を発現させた(120rpm, 30℃, 20時間)。得られた培養液を、をIgG Sepharose 6 Fast Flowカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)をセットした液体クロマトグラフィー装置AKTApurifier (GEヘルスケアバイオサイエンス)に注入し、アフィニティークロマトグラフィー法(running buffer: 50mM Tris-HCl(pH7.6), 150mM NaCl, 0.05% Tween20; elution buffer: 0.5M 酢酸)および/またはGSTTrap HPカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)をセットした液体クロマトグラフィー装置AKTApurifier (GEヘルスケアバイオサイエンス)に注入し、アフィニティークロマトグラフィー法(running buffer: 10mM リン酸ナトリウム, 1.8mM リン酸カリウム, 140mM NaCl, 2.7mM KCl, pH7.3; elution buffer: 50mM Tris-HCl, 10mM 還元型グルタチオン, pH8.0)により精製し、分画したフラクションを20mM Tris-HCl(pH6.8)で透析した。
(5) GST fusion protein expression and purification
The plasmid pIVEX-GST (Roche) digested with Not I and BamH I (Nippon Gene, 37 ° C, overnight) and dephosphorylated (Takara Shuzo, CIAP, 30 ° C, 30 minutes) and the same restriction enzyme digested GR- The PG gene was ligated (Toyobo, Ligation High, 16 ° C., 1 hour) and transformed by the same method as in (2) above, and then a GST fusion protein expression plasmid was extracted. The resulting GST fusion protein expression plasmid was mixed with the RTS500 E. coli HY (Roche) reagent, and the cell-free protein synthesis system RTS500 ProteoMaster (Roche) was used to express the GST fusion protein (120 rpm, 30 ° C, 20 time). The obtained culture solution was injected into a liquid chromatography device AKTApurifier (GE Healthcare Bioscience) equipped with an IgG Sepharose 6 Fast Flow column (GE Healthcare Bioscience), and affinity chromatography (running buffer: 50 mM Tris) AKTApurifier (GE Healthcare Bioscience), a liquid chromatography system equipped with -HCl (pH 7.6), 150 mM NaCl, 0.05% Tween20; elution buffer: 0.5 M acetic acid) and / or GSTTrap HP column (GE Healthcare Bioscience) Affinity chromatography method (running buffer: 10 mM sodium phosphate, 1.8 mM potassium phosphate, 140 mM NaCl, 2.7 mM KCl, pH 7.3; elution buffer: 50 mM Tris-HCl, 10 mM reduced glutathione, pH 8.0 The fractions purified and fractionated were dialyzed against 20 mM Tris-HCl (pH 6.8).

(6)改良型タンパク質の同定
上記(5)により単離精製した改良型タンパク質をそれぞれ15〜25μMの濃度の水溶液に調製した。改良型タンパク質の濃度は表1-4のモル吸光係数を用いて決定した。次いで、質量分析用サンプルプレートにマトリックス溶液(50%(v/v)アセトニトリル‐0.1%TFA水溶液にα-シアノ-4-ヒドロキシ桂皮酸を飽和させた溶液)1μlを滴下し、これに各試料溶液を1μl滴下してサンプルプレート上で混合、乾燥させた。その後、MALDI-TOF型質量分析装置Voyager(Applied Biosystems)にて、強度2500-3000のLaserを照射し質量スペクトルを得た。質量スペクトルにより検出されたピークの分子量と製造した改良型タンパク質のアミノ酸配列より算出された理論分子量を比較した結果、いずれの試料も両者は測定誤差内で一致し、目的のタンパク質(GR-PG01、GR-PG03、GR-PG05、GR-PG06、GR-PG07、GR-PG08)が製造されていることが確認された。また、質量スペクトルに目的のタンパク質以外の有意なピークは見出されなかった。
(6) Identification of improved protein The improved protein isolated and purified in (5) above was prepared in an aqueous solution having a concentration of 15 to 25 µM. The concentration of the improved protein was determined using the molar extinction coefficient in Table 1-4. Next, 1 μl of a matrix solution (a solution in which α-cyano-4-hydroxycinnamic acid is saturated in 50% (v / v) acetonitrile-0.1% TFA aqueous solution) is dropped onto a sample plate for mass spectrometry, and each sample solution is added thereto. 1 μl was added dropwise and mixed on the sample plate and dried. Thereafter, a laser having an intensity of 2500 to 3000 was irradiated with a MALDI-TOF mass spectrometer Voyager (Applied Biosystems) to obtain a mass spectrum. As a result of comparing the molecular weight of the peak detected by the mass spectrum with the theoretical molecular weight calculated from the amino acid sequence of the improved protein produced, both samples matched within the measurement error, and the target protein (GR-PG01, It was confirmed that GR-PG03, GR-PG05, GR-PG06, GR-PG07, GR-PG08) were manufactured. Further, no significant peak other than the target protein was found in the mass spectrum.

実施例4
本実施例は、改良型タンパク質(プロテインG変異体)をコードする遺伝子を合成し、次いで大腸菌を用いて表1-1に示す組換えタンパク質(M-PG01、M-PG07、M-PG08、M-PG09、M-PG10、M-PG11)を製造する例を示す。
(1)M-PG遺伝子の合成
PG01, PG07, PG08については、実施例3(2)で作成したGR-PG発現用プラスミドを鋳型に、制限酵素認識配列を含むプライマーを加えPCR法(アニール45℃, 15秒 → 55℃, 5秒)にて増幅を行い、M-PG遺伝子を作成した。使用したプライマーは、センスプライマー (ATAGCTCCATG GACACTTACAAATTAATCC(配列番号25))とアンチセンスプライマー(attggatcc ttattcagtaactgtaaaggt(配列番号24))である。得られた増幅物を実施例3(1)と同様の方法で確認、精製した。
PG09, PG10, PG11については、まず、5’-、3’-末端に相補領域を有する56〜59merの化学合成したオリゴDNA断片(表2、表3)を組み合わせて、実施例3(1)と同様の方法により[配列番号18]、[配列番号19]、および[配列番号20]の塩基配列からなる各PG遺伝子を合成した。ついで、これを鋳型に、制限酵素認識配列を含むプライマーを加えPCR法(アニール45℃, 15秒 → 55℃, 5秒)にて増幅を行い、M-PG遺伝子を合成した。使用したプライマーは、センスプライマー (ATAGCTCCATG GACACTTACAAATTAATCC(配列番号24))とアンチセンスプライマー(attggatcc ttattcagtaactgtaaaggt(配列番号25))である。得られた増幅物を実施例3(1)と同様の方法で確認、精製した。
Example 4
In this example, a gene encoding an improved protein (protein G variant) was synthesized, and then the recombinant proteins (M-PG01, M-PG07, M-PG08, M -PG09, M-PG10, M-PG11) are shown as examples.
(1) Synthesis of M-PG gene
For PG01, PG07, and PG08, a PCR method (anneal 45 ° C., 15 seconds → 55 ° C., 5 ° C. with the addition of a primer containing a restriction enzyme recognition sequence using the GR-PG expression plasmid prepared in Example 3 (2) as a template. Second) to prepare an M-PG gene. The primers used were a sense primer (ATAGCTCCATG GACACTTACAAATTAATCC (SEQ ID NO: 25)) and an antisense primer (attggatcc ttattcagtaactgtaaaggt (SEQ ID NO: 24)). The obtained amplified product was confirmed and purified in the same manner as in Example 3 (1).
For PG09, PG10, and PG11, first, a 56-59mer chemically synthesized oligo DNA fragment (Tables 2 and 3) having complementary regions at the 5′- and 3′-ends was combined to obtain Example 3 (1). Each PG gene consisting of the base sequences of [SEQ ID NO: 18], [SEQ ID NO: 19], and [SEQ ID NO: 20] was synthesized by the same method as described above. Next, using this as a template, a primer containing a restriction enzyme recognition sequence was added and amplified by PCR (annealing 45 ° C., 15 seconds → 55 ° C., 5 seconds) to synthesize the M-PG gene. The primers used were a sense primer (ATAGCTCCATG GACACTTACAAATTAATCC (SEQ ID NO: 24)) and an antisense primer (attggatcc ttattcagtaactgtaaaggt (SEQ ID NO: 25)). The obtained amplified product was confirmed and purified in the same manner as in Example 3 (1).

(2)クローニング
制限酵素Nco IとBamH I (日本ジーン, 37℃, 一昼夜)で消化し脱リン酸化(宝酒造, CIAP, 50℃, 30分)させたプラスミドpET16b (Novagen) と、同じ制限酵素で消化したM-PG遺伝子をライゲーション(東洋紡, Ligation High, 16℃, 1時間)し、得られたプラスミドベクターを用いて保存用大腸菌DH5α株(東洋紡, Competent high)を形質転換し、100μg/mLアンピシリンを含むLBプレート培地で選択した。この形質転換体について実施例3(2)と同様の方法で選別後、プラスミドを抽出した。これを用い、さらに発現用大腸菌BL21(DE3) 株(Novagen)を形質転換した。
(2) Cloning With the same restriction enzyme as plasmid pET16b (Novagen) digested with restriction enzymes Nco I and BamH I (Nippon Gene, 37 ° C, overnight) and dephosphorylated (Takara Shuzo, CIAP, 50 ° C, 30 minutes) The digested M-PG gene was ligated (Toyobo, Ligation High, 16 ° C, 1 hour), and the resulting plasmid vector was used to transform Escherichia coli DH5α strain for storage (Toyobo, Competent high). The LB plate medium containing was selected. This transformant was selected by the same method as in Example 3 (2), and then the plasmid was extracted. Using this, Escherichia coli BL21 (DE3) strain (Novagen) for expression was further transformed.

(3)組換えタンパク質の発現と精製
LB培地で前培養した大腸菌BL21(DE3) 形質転換体を、2.5ml / 500mlでLB培地に継代し、O.D.600 = 0.8〜1.0になるまで振とう培養した。最終濃度0.5mMでIPTGを加え、さらに37℃で2時間振とう培養した。回収した菌体を10mlのPBSに懸濁し、超音波破砕を行った。破砕液は濾過滅菌後、濾液をIgG Sepharose 6 Fast Flowカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)をセットした液体クロマトグラフィー装置AKTApurifier (GEヘルスケアバイオサイエンス)に注入し、アフィニティークロマトグラフィー法(running buffer: 50mM
Tris-HCl(pH7.6), 150mM NaCl, 0.05% Tween20; elution buffer: 0.5M 酢酸)および/またはRESOURCE Sカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)をセットした液体クロマトグラフィー装置AKTApurifier (GEヘルスケアバイオサイエンス)に注入し、イオン交換クロマトグラフィー法(running buffer: 20mM クエン酸, pH3.5; elution buffer: 20mM クエン酸, 1M NaCl, pH3.5)によりM-PG組換えタンパク質を精製した。分画したフラクションはNaOHで中和後、遠心濃縮機(RABCONCO, CentriVap concentrator)で濃縮し、50mM リン酸緩衝液(pH6.8)で透析した。各溶液を凍結乾燥し、粉末状の組換えタンパク質(M-PG01、M-PG07、M-PG08、M-PG09、M-PG10、M-PG11)を-20℃で保存した。
(3) Recombinant protein expression and purification
The E. coli BL21 (DE3) transformant pre-cultured in LB medium was subcultured to LB medium at 2.5 ml / 500 ml and cultured with shaking until OD 600 = 0.8 to 1.0. IPTG was added at a final concentration of 0.5 mM, and further cultured with shaking at 37 ° C. for 2 hours. The collected cells were suspended in 10 ml of PBS and subjected to ultrasonic crushing. The crushed liquid is sterilized by filtration, and the filtrate is injected into the liquid chromatography device AKTApurifier (GE Healthcare Bioscience) equipped with an IgG Sepharose 6 Fast Flow column (GE Healthcare Bioscience), and the affinity chromatography method (running buffer: 50 mM)
AKTApurifier (GE Healthcare Bioscience), a liquid chromatography system equipped with Tris-HCl (pH 7.6), 150 mM NaCl, 0.05% Tween20; elution buffer: 0.5 M acetic acid) and / or RESOURCE S column (GE Healthcare Bioscience) The M-PG recombinant protein was purified by ion exchange chromatography (running buffer: 20 mM citric acid, pH 3.5; elution buffer: 20 mM citric acid, 1M NaCl, pH 3.5). Fractionated fractions were neutralized with NaOH, concentrated with a centrifugal concentrator (RABCONCO, CentriVap concentrator), and dialyzed against 50 mM phosphate buffer (pH 6.8). Each solution was freeze-dried, and powdered recombinant proteins (M-PG01, M-PG07, M-PG08, M-PG09, M-PG10, M-PG11) were stored at -20 ° C.

(4)改良型タンパク質の同定
上記精製単離された改良型タンパク質について、実施例3(6)と同様の方法で質量スペクトルを計測した後、検出されたピークの分子量と製造した改良型タンパク質のアミノ酸配列より算出された理論分子量を比較した結果、いずれの試料も両者は測定誤差内で一致し、目的のタンパク質(M-PG01、M-PG07、M-PG08、M-PG09、M-PG10、M-PG11)が製造されていることが確認された。また、質量スペクトルに目的のタンパク質以外の有意なピークは見出されなかった。
(5)改良型タンパク質(プロテインG変異体)の純度。
上記(4)で単離精製した改良型タンパク質をそれぞれ75μMの濃度の水溶液に調製したのち、Tricine-SDS-PAGEもしくはTricine-native-PAGE(16%T, 2.6%C, 100V, 100min)を行いCBB (G-250) 染色によりバンドを検出し純度を確認した。改良型タンパク質の濃度は表5のモル吸光係数を用いて決定した。その結果、測定したすべての試料は単一のバンドとして検出され、改良型タンパク質(M-PG01、M-PG07、M-PG08、M-PG09、M-PG10、M-PG11)が、単一成分として製造・精製されたことが確認された。
(4) Identification of improved protein After the mass spectrum of the purified and purified improved protein was measured in the same manner as in Example 3 (6), the molecular weight of the detected peak and the produced improved protein As a result of comparing the theoretical molecular weight calculated from the amino acid sequence, both samples matched within the measurement error, and the target protein (M-PG01, M-PG07, M-PG08, M-PG09, M-PG10, It was confirmed that M-PG11) was manufactured. Further, no significant peak other than the target protein was found in the mass spectrum.
(5) Purity of improved protein (protein G variant).
After preparing the improved protein isolated and purified in (4) above in an aqueous solution with a concentration of 75 μM, perform Tricine-SDS-PAGE or Tricine-native-PAGE (16% T, 2.6% C, 100V, 100min). The band was detected by CBB (G-250) staining to confirm the purity. The concentration of the improved protein was determined using the molar extinction coefficient in Table 5. As a result, all the measured samples are detected as a single band, and the improved proteins (M-PG01, M-PG07, M-PG08, M-PG09, M-PG10, M-PG11) It was confirmed that it was manufactured and purified as

実施例5
本実施例においては、改良型タンパク質(プロテインG変異体)の抗体に対する結合性を表面プラズモン共鳴(SPR)法により評価した結果を示す。
なお、SPR法は、生体高分子間の特異的相互作用を経時的に測定し、反応を速度論的観点から定量的に解釈できる優れた方法であることが知られている。
まず、センサーチップCM5 (Biacore) の測定セルにヒト免疫グロブリンのFc領域 (Jackson ImmunoResearch)をアミンカップリング法により固定化した。測定のコントロールとして、カルボキシメチル基をエタノールアミンでブロッキングした対照セルを用いた。次いで、上記実施例3、4で単離精製した改良型タンパク質を、ランニング緩衝液であるHBS-P (10mM HEPES pH7.4, 150mM NaCl, 0.05% v/v Surfactant P20)に溶解し、600, 500, 400, 300, 200, 100nMの6種の濃度の試料溶液を調製した。改良型タンパク質の濃度は表4、表5のモル吸光係数を用いて決定した。SPRの測定は、Biacore T100 (Biacore)を用い、反応温度25℃で行った。収集したデータは、Biacore T100 Evaluation Softwareを用いて解析し、1:1のラングミュアモデルにフィッティングさせ、結合速度定数kon、解離速度定数koff、および解離平衡定数KDを算出した。
Example 5
In this example, the results of evaluating the binding of the improved protein (protein G mutant) to the antibody by the surface plasmon resonance (SPR) method are shown.
The SPR method is known to be an excellent method capable of measuring a specific interaction between biopolymers over time and quantitatively interpreting the reaction from a kinetic viewpoint.
First, the Fc region of human immunoglobulin (Jackson ImmunoResearch) was immobilized on the measurement cell of sensor chip CM5 (Biacore) by the amine coupling method. As a measurement control, a control cell in which the carboxymethyl group was blocked with ethanolamine was used. Next, the improved protein isolated and purified in Examples 3 and 4 was dissolved in HBS-P (10 mM HEPES pH 7.4, 150 mM NaCl, 0.05% v / v Surfactant P20) as a running buffer, and 600, Sample solutions having six concentrations of 500, 400, 300, 200, and 100 nM were prepared. The concentration of the improved protein was determined using the molar extinction coefficient in Tables 4 and 5. SPR was measured using Biacore T100 (Biacore) at a reaction temperature of 25 ° C. The collected data was analyzed using Biacore T100 Evaluation Software, fitted to a 1: 1 Langmuir model, and association rate constant k on , dissociation rate constant k off , and dissociation equilibrium constant K D were calculated.

その結果、測定したすべての改良型タンパク質(GR-PG03、GR-PG05、GR-PG06、GR-PG07、GR-PG08、M-PG07、M-PG08、M-PG09、M-PG10、M-PG11)において、ヒト免疫グロブリンのFc領域に対する結合性は、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質(GR-PG01、M-PG01)に比べて同程度で、野生型と同等以上の速度論的特性を保持していることが明らかになった(図11、表4、表5)。たとえば、このうち最も優れた改良型タンパク質は野生型に比べて1.5倍以上の結合性を有している。   As a result, all the improved proteins measured (GR-PG03, GR-PG05, GR-PG06, GR-PG07, GR-PG08, M-PG07, M-PG08, M-PG09, M-PG10, M-PG11) ) In human immunoglobulin, the binding ability to the Fc region is comparable to that of the control protein (GR-PG01, M-PG01) having the wild-type amino acid sequence, and has the same or better kinetic characteristics than the wild-type. It became clear that it was retained (Figure 11, Table 4, Table 5). For example, the most improved protein among them has a binding property 1.5 times or more that of the wild type.

n.d.: not determined nd: not determined

実施例6
本実施例は、改良型タンパク質の熱安定性を評価した結果を示す。なお、円偏光二色性(CD)スペクトルは、タンパク質の二次構造の変化を鋭敏に反映する分光学的分析方法であることが知られている。CDスペクトルの強度に相当するモル楕円率を試料の温度を変化させながら観測することで、どの程度の温度で各々の改良型タンパク質(プロテインG変異体)が変性するのかを明らかにすることができる。
上記実施例3、4で単離精製した改良型タンパク質をそれぞれ15〜25μMの濃度で含む水溶液(50mMリン酸ナトリウム緩衝液、pH6.8)に調製した。改良型タンパク質の濃度は表4、表5のモル吸光係数を用いて決定した。この試料溶液を円筒型セル(セル長0.1cm)に注入し、J805型円偏光二色性分光光度計(日本分光)を用いて、20℃の温度で測定波長を260nmから195nmに移動させCDスペクトルを得た。同じ試料を98℃に加熱、さらに98℃から20℃に冷却し260nmから195nmの円二色性スペクトルを得た。加熱後再冷却したスペクトルのモル楕円率は80%以上回復し、改良型タンパク質の立体構造の可逆性が確認された。
Example 6
This example shows the results of evaluating the thermal stability of the improved protein. It is known that the circular dichroism (CD) spectrum is a spectroscopic analysis method that sharply reflects changes in the secondary structure of proteins. By observing the molar ellipticity corresponding to the intensity of the CD spectrum while changing the temperature of the sample, it is possible to clarify at what temperature each modified protein (protein G variant) is denatured. .
Each of the improved proteins isolated and purified in Examples 3 and 4 was prepared in an aqueous solution (50 mM sodium phosphate buffer, pH 6.8) containing a concentration of 15 to 25 μM. The concentration of the improved protein was determined using the molar extinction coefficient in Tables 4 and 5. This sample solution was poured into a cylindrical cell (cell length: 0.1 cm), and the CD805 was moved from 260 nm to 195 nm at a temperature of 20 ° C. using a J805 circular dichroism spectrophotometer (JASCO). A spectrum was obtained. The same sample was heated to 98 ° C. and further cooled to 98 ° C. to 20 ° C. to obtain a circular dichroism spectrum from 260 nm to 195 nm. The molar ellipticity of the spectrum re-cooled after heating recovered 80% or more, confirming the reversibility of the three-dimensional structure of the improved protein.

次いで、測定波長を222nmに固定し20℃から100℃に1℃/minの速度で昇温させてモル楕円率の経時変化を測定した。得られた熱融解曲線について二状態相転移モデルの理論式(有坂文雄 (2004) バイオサイエンスのための蛋白質科学入門、裳華房)を用いて解析し、変性温度Tm、およびTmにおける変性のエンタルピー変化ΔHmを決定した。その結果、測定したすべての改良型タンパク質(GR-PG03、GR-PG05、GR-PG06、GR-PG07、GR-PG08、M-PG07、M-PG08、M-PG09、M-PG10、M-PG11)の熱安定性が、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質(GR-PG01、M-PG01)に比べて、向上していることが明らかになった(図12、表4、表5)。たとえば、このうち最も優れた改良型タンパク質は野生型に比べて12℃以上の変性温度を示している。 Next, the measurement wavelength was fixed at 222 nm, the temperature was increased from 20 ° C. to 100 ° C. at a rate of 1 ° C./min, and the change in molar ellipticity with time was measured. The resulting theoretical equation of the two-state phase transition model for thermal melting curve (Fumio Arisaka (2004) Protein Science Primer for Bioscience, Mohanabo) and analyzed using denaturing at denaturation temperature T m, and T m The enthalpy change ΔH m of was determined. As a result, all the improved proteins measured (GR-PG03, GR-PG05, GR-PG06, GR-PG07, GR-PG08, M-PG07, M-PG08, M-PG09, M-PG10, M-PG11) ) Was improved as compared with the control proteins (GR-PG01, M-PG01) having wild-type amino acid sequences (FIG. 12, Table 4, Table 5). For example, the best improved protein among them shows a denaturation temperature of 12 ° C. or higher compared to the wild type.

実施例7
本実施例は、改良型タンパク質(プロテインG変異体)の変性剤に対する化学的安定性を評価した結果を示す。すべての改良型タンパク質はトリプトファン残基を分子内にひとつ有し、トリプトファンから発せられる蛍光は改良型タンパク質の変性により大きく強度が変化する。したがって、改良型タンパク質の水溶液に変性剤である塩酸グアニジンを少しずつ添加しながらトリプトファンからの蛍光強度を観測することで、どの程度の濃度で各々の改良型タンパク質が変性するのかを明らかにすることができる。実際の測定は、塩酸グアニジンを含まないタンパク質溶液(A液)と高濃度の塩酸グアニジンを含むタンパク質溶液(B液)の二液を種々の割合で混合することで行われる。
Example 7
This example shows the results of evaluating the chemical stability of an improved protein (protein G mutant) against a denaturant. All improved proteins have one tryptophan residue in the molecule, and the fluorescence emitted from tryptophan changes greatly in intensity due to denaturation of the improved protein. Therefore, by observing the fluorescence intensity from tryptophan while gradually adding guanidine hydrochloride as a denaturing agent to the aqueous solution of the improved protein, it will be clarified at what concentration each improved protein is denatured. Can do. Actual measurement is carried out by mixing two solutions of a protein solution not containing guanidine hydrochloride (solution A) and a protein solution containing a high concentration of guanidine hydrochloride (solution B) at various ratios.

まず、実施例4で単離精製した改良型タンパク質を50mMのリン酸緩衝液(pH6.86)に溶解し、それぞれの最終濃度0.30〜0.33μMに調製し、A液を用意した。改良型タンパク質の濃度は表5のモル吸光係数を用いて決定した。一方、B液は、8.15M 塩酸グアニジン水溶液に500mMのリン酸緩衝液を9:1の比率で混ぜ、7.34 M 塩酸グアニジン/50mMリン酸緩衝液とした後、微量の1.0M NaOHでpHを6.86に合わせ、さらに最終濃度0.30〜0.33μMとなるように各改良型タンパク質を添加し、用意した。蛍光強度の測定は、自動滴定装置付FP-6500型分光蛍光光度計(日本分光)を用いて、測定温度を20℃、励起波長を295nmに蛍光波長を350 nmに固定して行った。変性過程の観測では、A液2.5mLを分光蛍光光度計の攪拌装置付恒温セルに入れたのち、120秒のインターバルで0.1mLのB液の注入/排出を25回繰り返し、その際の蛍光強度を経過時的に観測した。また、再生過程の観測では、B液2.5mLを分光蛍光光度計の攪拌装置付恒温セルに入れたのち、120秒のインターバルで0.1mLのA液の注入/排出を25回繰り返し、その際の蛍光強度を経過時的に観測した。   First, the improved protein isolated and purified in Example 4 was dissolved in a 50 mM phosphate buffer (pH 6.86), adjusted to a final concentration of 0.30 to 0.33 μM, and solution A was prepared. The concentration of the improved protein was determined using the molar extinction coefficient in Table 5. On the other hand, for solution B, 8.15M guanidine hydrochloride aqueous solution was mixed with 500mM phosphate buffer at a ratio of 9: 1 to make 7.34M guanidine hydrochloride / 50mM phosphate buffer, then pH was adjusted to 6.86 with a small amount of 1.0M NaOH. In addition, each improved protein was added and prepared to a final concentration of 0.30 to 0.33 μM. The fluorescence intensity was measured using an FP-6500 spectrofluorometer with automatic titrator (JASCO) with the measurement temperature fixed at 20 ° C., the excitation wavelength at 295 nm, and the fluorescence wavelength at 350 nm. In the denaturation process, 2.5 mL of solution A was placed in a constant temperature cell with a stirrer of the spectrofluorometer, and then 0.1 mL of solution B was injected and discharged 25 times at intervals of 120 seconds. Was observed over time. In addition, in the observation of the regeneration process, 2.5 mL of B solution was placed in a constant temperature cell with a stirrer of the spectrofluorometer, and then injection / discharge of 0.1 mL of A solution was repeated 25 times at an interval of 120 seconds. The fluorescence intensity was observed over time.

いずれの改良型タンパク質においても、変性過程と再生過程の蛍光強度データが一致したことから、用いた測定条件で十分に平衡状態に達していることが確かめられた。測定したデータは、二状態相転移モデルの理論式(有坂文雄(2004)バイオサイエンスのための蛋白質科学入門、裳華房)を用いて解析し、変性の自由エネルギー変化ΔGD H2Oと変性中点の塩酸グアニジン濃度c0.5を決定した。その結果、測定したすべての改良型タンパク質(M-PG07、M-PG08、M-PG10、M-PG11)の変性剤に対する化学的安定性が、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質(M-PG01)に比べて向上していることが明らかになった(図13、表5)。たとえば、このうち最も優れた改良型タンパク質は野生型に比べて1.6M以上の変性中点濃度を示している。 In any of the improved proteins, the fluorescence intensity data of the denaturation process and the regeneration process coincided, so it was confirmed that the equilibrium state was sufficiently reached under the measurement conditions used. The measured data were analyzed using the theoretical formula of the two-state phase transition model (Fumio Arisaka (2004), Introduction to Protein Science for Bioscience, Saika Hanafusa), and the free energy change ΔG D H2O and the midpoint of denaturation The guanidine hydrochloride concentration c 0.5 was determined. As a result, the chemical stability of all the improved proteins measured (M-PG07, M-PG08, M-PG10, M-PG11) against the denaturing agent was confirmed to be the control protein (M-PG01 ) (Fig. 13, Table 5). For example, the best improved protein among these shows a denaturation midpoint concentration of 1.6 M or more compared to the wild type.

実施例8
本実施例においては、改良型タンパク質の構造安定性を調べるために、タンパク質分解酵素キモトリプシンの消化に対する抵抗性を評価した結果を示す。
実施例4で単離精製された改良型タンパク質は消化反応緩衝液(40mM Tris-HCl(pH8.0), 20mM CaCl2, 2mM NaOAc)に最終濃度75μMで調製し、次いで最終濃度7.5uMのキモトリプシンを添加した。25℃で0, 20, 40, 60, 120, 240分反応を行い、10μlずつサンプリングを行った。100mM PMSFを1μl加え反応を止め、Tricine-SDS-PAGEもしくはTricine-native-PAGE(16%T, 2.6%C, 100V, 100min)を行いCBB (G-250) 染色によりバンドを検出した。ゲル撮影装置(アトー, Printgraph)にて泳動像を撮影し、画像データについてソフトウエアImage J1.4.3.67を用いて解析を行った。まず画像のバックグラウンドを削除し(Rolling ball 50)、各レーンのバンドを認識させ、画像密度をプロットした。0分の結果を100%とし、反応時間におけるバンドの残存度を消化作用に対する抵抗性として数値化した。得られた残存度は時間に対して指数関数的に減少し、残存度の対数と時間が直線性を示すことから、キモトリプシンによる消化反応を擬一次反応と仮定することが妥当であることが示された。これより残存度の対数と時間の回帰分析を行い、各改良型タンパク質の分解半減期t0.5を求めた。
その結果、改良型タンパク質(M-PG07、M-PG08、M-PG10、M-PG11)は、野生型のアミノ酸配列を有するコントロールタンパク質(M-PG01)に比べ、タンパク質分解酵素に対する抵抗性が増加していることが明らかになった(図14、表5)。たとえば、このうち最も優れた改良型タンパク質は野生型に比べて14倍以上の分解半減期を示している。
Example 8
In this example, in order to examine the structural stability of the improved protein, the results of evaluating the resistance to digestion of the proteolytic enzyme chymotrypsin are shown.
The improved protein isolated and purified in Example 4 was prepared in digestion reaction buffer (40 mM Tris-HCl (pH 8.0), 20 mM CaCl 2 , 2 mM NaOAc) at a final concentration of 75 μM, and then final concentration of 7.5 uM chymotrypsin. Was added. Reactions were carried out at 25 ° C. for 0, 20, 40, 60, 120, 240 minutes, and 10 μl each was sampled. The reaction was stopped by adding 1 μl of 100 mM PMSF, and Tricine-SDS-PAGE or Tricine-native-PAGE (16% T, 2.6% C, 100 V, 100 min) was performed, and the band was detected by CBB (G-250) staining. Electrophoresis images were taken with a gel imaging device (Ato, Printgraph), and the image data was analyzed using the software Image J1.4.3.67. First, the background of the image was deleted (Rolling ball 50), the band of each lane was recognized, and the image density was plotted. The 0-minute result was taken as 100%, and the remaining degree of the band at the reaction time was quantified as the resistance to digestion. The obtained residual degree decreases exponentially with time, and the logarithm of residual degree and time are linear, indicating that it is reasonable to assume that the chymotrypsin digestion reaction is a pseudo-first order reaction. It was done. From this, the logarithm of the residual degree and the time regression analysis were performed, and the degradation half-life t 0.5 of each improved protein was determined.
As a result, improved proteins (M-PG07, M-PG08, M-PG10, M-PG11) have increased resistance to proteolytic enzymes compared to the control protein (M-PG01) that has a wild-type amino acid sequence. (Figure 14, Table 5). For example, the best improved protein among them shows a degradation half-life of 14 times or more compared to the wild type.

実施例9
本実施例においては、改良型タンパク質と任意のタンパク質を連結した融合型タンパク質が、連結した状態でもそれぞれの機能が維持されているかを確認するために、GST-PGタンパク質のアフィニティカラムに対する結合性を評価した結果を示す。
実施例3(5)で得られたGST-PG01およびGST-PG07の培養液をGSTTrap HPカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)またはIgG Sepharose 6 Fast Flowカラム (GEヘルスケアバイオサイエンス)をセットした液体クロマトグラフィー装置AKTApurifier (GEヘルスケアバイオサイエンス)に注入し、これを用いて融合型タンパク質の性質を評価した。その結果、改良型タンパク質を連結したGST-PG07は、コントロールタンパク質を連結したGST-PG01と同様に、どちらのカラムに対しても十分な親和性を示した(図15)。これは、連結した状態においてもGSTに由来するグルタチオン結合活性とプロテインGに由来するIgG結合活性が共に維持されていることを意味する。これより、改良型タンパク質を含む融合型タンパク質は、抗体結合活性を含む複数の機能を付与するために有効な手段であることが明らかとなった。
Example 9
In this example, in order to confirm whether the fusion protein obtained by linking the improved protein and any protein maintains its function even in the linked state, the binding property of the GST-PG protein to the affinity column is determined. The evaluation results are shown.
GST-PG01 and GST-PG07 culture solution obtained in Example 3 (5) was subjected to liquid chromatography with a GSTTrap HP column (GE Healthcare Bioscience) or IgG Sepharose 6 Fast Flow column (GE Healthcare Bioscience) set. It was injected into the AKTApurifier (GE Healthcare Bioscience) and the properties of the fusion protein were evaluated. As a result, GST-PG07 linked with the improved protein showed sufficient affinity for both columns, similar to GST-PG01 linked with the control protein (FIG. 15). This means that both glutathione-binding activity derived from GST and IgG-binding activity derived from protein G are maintained even in the linked state. From this, it became clear that the fusion protein including the improved protein is an effective means for imparting a plurality of functions including antibody binding activity.

Streptococcus sp. G148由来のプロテインGの遺伝子の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gene of protein G derived from Streptococcus sp. G148. プロテインGの各抗体結合ドメイン(B1、B2及びB3ドメイン)のアミノ酸配列上の類似性を示す図である。It is a figure which shows the similarity on the amino acid sequence of each antibody binding domain (B1, B2, and B3 domain) of protein G. プロテインG・B1ドメインにおける各アミノ酸残基間のコンタクト原子数を示す図である。It is a figure which shows the number of contact atoms between each amino acid residue in protein G * B1 domain. プロテインG・B1ドメインの局所コンタクト指数を示すグラフである。It is a graph which shows the local contact index of protein G * B1 domain. プロテインG・B1ドメインの非局所コンタクト指数を示すグラフである。It is a graph which shows the non-local contact index of protein G * B1 domain. プロテインG・B1ドメインの変異適正指数を示すグラフである。It is a graph which shows the variation | mutation appropriateness index of protein G * B1 domain. プロテインG・B1ドメインの部分セグメント(43−51)の主鎖2面角を示す図である。It is a figure which shows the principal chain dihedral angle of the partial segment (43-51) of protein G * B1 domain. プロテインG・B1ドメインの部分セグメント(43−51)のPSSMを示す図である。It is a figure which shows PSSM of the partial segment (43-51) of protein G * B1 domain. プロテインG・B1ドメインの各アミノ酸残基に対する置換アミノ酸の交換の好ましさ;Pk値を示すグラフである。It is a graph which shows the preference of replacement | exchange of the substituted amino acid with respect to each amino acid residue of protein G * B1 domain; Pk value. プロテインG・B1ドメインの各アミノ酸残基の露出表面積比;Ri値を示すグラフである。It is a graph which shows exposed surface area ratio; Ri value of each amino acid residue of protein G * B1 domain. プロテインG改良型タンパク質の免疫グロブリンFc領域に対する結合性を試験した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having tested the binding property with respect to immunoglobulin Fc area | region of protein G improved type protein. プロテインG改良型タンパク質の熱安定性を試験した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having tested the heat stability of protein G improved type protein. プロテインG改良型タンパク質の変性剤に対する化学的安定性を試験した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having tested the chemical stability with respect to the denaturant of protein G improved type protein. プロテインG改良型タンパク質のタンパク質分解酵素に対する安定性を試験した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having tested the stability with respect to the proteolytic enzyme of protein G improved type protein. プロテインG改良型タンパク質を連結した融合タンパク質のグルタチオン結合性とIgG結合性を試験した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having tested the glutathione binding property and IgG binding property of the fusion protein which connected protein G improved type protein. Streptococcus sp. G148由来のプロテインGの遺伝子の塩基配列を示す図である。(下線部が構造遺伝子、二重下線部が抗体結合ドメイン)It is a figure which shows the base sequence of the gene of protein G derived from Streptococcus sp. G148. (Underlined are structural genes, double underlined are antibody binding domains) GST融合タンパク質のN末配列を示す図である。下線部がglutathione S-transferaseのアミノ酸配列に対応する。It is a figure which shows the N terminal sequence of GST fusion protein. The underlined portion corresponds to the amino acid sequence of glutathione S-transferase.

Claims (9)

以下の(a)、(b)又は(c)で示されるアミノ酸配列からなるか、あるいは(a)、(b)又は(c)で示されるアミノ酸配列中、X35〜X37、X47およびX48のアミノ酸残基以外の部分において、1個若しくは数個のアミノ酸残基が欠失、置換、挿入又は付加されたアミノ酸配列からなり、抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質。
(a)AspThrTyrLysLeuIleLeuAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrpThrTyrAspX47X48ThrLysThrPheThrValThrGlu
(上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合を除く。)
(b)ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrpThrTyrAspX47X48ThrLysThrPheThrValThrGlu
(上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合を除く。)
(c)ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrLysAlaValAspAlaGluThrAlaGluLysAlaPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyValTrpThrTyrAspX47X48ThrLysThrPheThrValThrGlu
(上記アミノ酸配列中、X35はAsn又はLysを、X36はAsp又はGluを、X37はAsn、His、又はLeuを、X47はAsp又はProを、X48はAla、Lys又はGluをそれぞれ表す。ただし、同時にX35がAsn、X36がAsp、X37がAsn、X47がAspであって、かつX48がAlaになる場合を除く。)
It consists of an amino acid sequence represented by the following (a), (b) or (c), or in the amino acid sequence represented by (a), (b) or (c), amino acids X35 to X37, X47 and X48 A protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are deleted, substituted, inserted or added in a portion other than the residue, and having an activity of binding to an antibody or immunoglobulin G or Fc region of immunoglobulin G .
(a) AspThrTyrLysLeuIleLeuAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrThrTyrPrThrThrTyrAr
(In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu, respectively. (Except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp, and X48 is Ala.)
(B) ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrGluAlaValAspAlaAlaThrAlaGluLysValPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyGluTrpThrTyrPrThrThrTyrArXV
(In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu, respectively. (Except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp, and X48 is Ala.)
(c) ThrThrTyrLysLeuValIleAsnGlyLysThrLeuLysGlyGluThrThrThrLysAlaValAspAlaGluThrAlaGluLysAlaPheLysGlnTyrAlaX35X36X37GlyValAspGlyValTrpThrTyrPrThrThrTyrAr
(In the above amino acid sequences, X35 represents Asn or Lys, X36 represents Asp or Glu, X37 represents Asn, His, or Leu, X47 represents Asp or Pro, and X48 represents Ala, Lys, or Glu, respectively. (Except when X35 is Asn, X36 is Asp, X37 is Asn, X47 is Asp, and X48 is Ala.)
配列番号4〜11のいずれかで示されるアミノ酸配列からなるか、あるいは該アミノ酸配列において、N末端側に1又は数個のアミノ酸残基が付加された配列からなる請求項1に記載のタンパク質。   2. The protein according to claim 1, comprising the amino acid sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4 to 11, or comprising a sequence in which one or several amino acid residues are added to the N-terminal side in the amino acid sequence. 請求項1又は2に記載のタンパク質のアミノ酸配列とリンカーペプチドあるいはリンカータンパク質のアミノ酸配列が交互に複数回繰り返したアミノ酸配列からなり、抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質。   The amino acid sequence of the protein according to claim 1 or 2 and an amino acid sequence in which the amino acid sequence of the linker peptide or linker protein is alternately repeated a plurality of times and has binding activity to the antibody or immunoglobulin G or the Fc region of immunoglobulin G protein. 請求項1〜3のいずれかに記載のタンパク質のアミノ酸配列と他のタンパク質のアミノ酸配列を連結したアミノ酸配列からなる融合タンパク質であって、抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質。   A fusion protein comprising an amino acid sequence obtained by linking the amino acid sequence of the protein according to any one of claims 1 to 3 and the amino acid sequence of another protein, and binding activity to an antibody, immunoglobulin G, or Fc region of immunoglobulin G A protein having 請求項1〜4のいずれかに記載のタンパク質をコードする核酸。   The nucleic acid which codes the protein in any one of Claims 1-4. 配列番号13〜20のいずれかで示される塩基配列からなる核酸。   A nucleic acid comprising the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 13 to 20. 請求項5又は6に記載の核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ抗体あるいは免疫グロブリンGあるいは免疫グロブリンGのFc領域に結合活性を有するタンパク質をコードする核酸。   A nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid according to claim 5 or 6 under stringent conditions and encodes an antibody, an immunoglobulin G, or a protein having a binding activity to the Fc region of immunoglobulin G. 請求項5〜7のいずれかに記載の核酸を含有する組換えベクター。   A recombinant vector containing the nucleic acid according to claim 5. 請求項8に記載の組換えベクターが導入された形質転換体。   A transformant into which the recombinant vector according to claim 8 has been introduced.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009195184A (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Kaneka Corp IgG-Fab FRAGMENT ANTIBODY-BINDING PEPTIDE
WO2013018880A1 (en) 2011-08-04 2013-02-07 独立行政法人産業技術総合研究所 Novel modified protein comprising tandem-type multimer of mutant extracellular domain of protein g
WO2014021240A1 (en) 2012-08-03 2014-02-06 独立行政法人産業技術総合研究所 Scavenger containing protein formed from tandem-type multimer of mutant extracellular domain of protein g
WO2015050153A1 (en) 2013-10-04 2015-04-09 独立行政法人産業技術総合研究所 PROTEIN COMPRISED BY LINKING BY LINKER MULTIPLE DOMAINS HAVING AFFINITY FOR PROTEINS HAVING Fc PART OF IMMUNOGLOBULIN G (IgG)
CN115353552A (en) * 2022-08-19 2022-11-18 山东大学 Method for reducing protein denaturation temperature, mutant and application thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5858394B2 (en) * 2008-05-16 2016-02-10 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Antibody binding protein and antibody capture agent with improved dissociation characteristics in weakly acidic region

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0532699A (en) * 1991-07-25 1993-02-09 Oriental Yeast Co Ltd Molecular weight marker
JPH08205875A (en) * 1986-03-21 1996-08-13 Pharmacia Ab Method for producing immunoglobulin combining protein
WO1997026930A1 (en) * 1996-01-25 1997-07-31 Kaneka Corporation Adsorbent for immunoglobulins and complexes thereof, adsorption method, and adsorption device
JP2003088381A (en) * 2001-09-18 2003-03-25 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd New peptide, method for production, new adsorbent, adsorption apparatus, and method for adsorbing
JP2007517492A (en) * 2003-08-06 2007-07-05 ユニバーシティー オブ メリーランド バイオテクノロジー インスティテュート Modified protease for affinity purification and processing of fusion proteins

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08205875A (en) * 1986-03-21 1996-08-13 Pharmacia Ab Method for producing immunoglobulin combining protein
JPH0532699A (en) * 1991-07-25 1993-02-09 Oriental Yeast Co Ltd Molecular weight marker
WO1997026930A1 (en) * 1996-01-25 1997-07-31 Kaneka Corporation Adsorbent for immunoglobulins and complexes thereof, adsorption method, and adsorption device
JP2003088381A (en) * 2001-09-18 2003-03-25 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd New peptide, method for production, new adsorbent, adsorption apparatus, and method for adsorbing
JP2007517492A (en) * 2003-08-06 2007-07-05 ユニバーシティー オブ メリーランド バイオテクノロジー インスティテュート Modified protease for affinity purification and processing of fusion proteins

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012055190; Protein Eng.,2002 Oct,15(10),p.835-42 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009195184A (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Kaneka Corp IgG-Fab FRAGMENT ANTIBODY-BINDING PEPTIDE
WO2013018880A1 (en) 2011-08-04 2013-02-07 独立行政法人産業技術総合研究所 Novel modified protein comprising tandem-type multimer of mutant extracellular domain of protein g
JPWO2013018880A1 (en) * 2011-08-04 2015-03-05 独立行政法人産業技術総合研究所 A novel modified protein comprising a tandem multimer of an extracellular domain variant of protein G
WO2014021240A1 (en) 2012-08-03 2014-02-06 独立行政法人産業技術総合研究所 Scavenger containing protein formed from tandem-type multimer of mutant extracellular domain of protein g
EP2881403A4 (en) * 2012-08-03 2016-05-18 Nat Inst Of Advanced Ind Scien Scavenger containing protein formed from tandem-type multimer of mutant extracellular domain of protein g
JPWO2014021240A1 (en) * 2012-08-03 2016-07-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Capturing agent containing protein comprising tandem multimer of extracellular domain mutant of protein G
WO2015050153A1 (en) 2013-10-04 2015-04-09 独立行政法人産業技術総合研究所 PROTEIN COMPRISED BY LINKING BY LINKER MULTIPLE DOMAINS HAVING AFFINITY FOR PROTEINS HAVING Fc PART OF IMMUNOGLOBULIN G (IgG)
CN115353552A (en) * 2022-08-19 2022-11-18 山东大学 Method for reducing protein denaturation temperature, mutant and application thereof

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