DE19807608A1 - Measuring level of protein biosynthesis using photoprotein loaded with co-factor during translation as reporter for screening for biologically active compounds - Google Patents

Measuring level of protein biosynthesis using photoprotein loaded with co-factor during translation as reporter for screening for biologically active compounds

Info

Publication number
DE19807608A1
DE19807608A1 DE19807608A DE19807608A DE19807608A1 DE 19807608 A1 DE19807608 A1 DE 19807608A1 DE 19807608 A DE19807608 A DE 19807608A DE 19807608 A DE19807608 A DE 19807608A DE 19807608 A1 DE19807608 A1 DE 19807608A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
photoprotein
translation
protein
rna
protein biosynthesis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19807608A
Other languages
German (de)
Inventor
Jewgenij Maximov
Natalia Berestovskaia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MOLECULAR TECHNOLOGY MOLTECH G
Original Assignee
MOLECULAR TECHNOLOGY MOLTECH G
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MOLECULAR TECHNOLOGY MOLTECH G filed Critical MOLECULAR TECHNOLOGY MOLTECH G
Priority to DE19807608A priority Critical patent/DE19807608A1/en
Publication of DE19807608A1 publication Critical patent/DE19807608A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76Chemiluminescence; Bioluminescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2333/00Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
    • G01N2333/435Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans
    • G01N2333/43504Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans from invertebrates
    • G01N2333/43595Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans from invertebrates from coelenteratae, e.g. medusae

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

A method for monitoring the level of protein biosynthesis is new and comprises using a DNA or RNA template (I) encoding a photoprotein (II), as reporter, which is expressed in a protein biosynthesis system. (II) becomes loaded with a co-factor (III) during its translation and bioluminescence of the loaded (II) is measured.

Description

Einsatzgebiete des Verfahrens sind der Ersatz von Tierversuchen sowie der Ersatz radioaktiver Substanzen in der Pharmakologie, Screening von bioaktiven Substanzen, Biosensoren, molekularbiologische Forschung, Proteinengineering, als auch die Kontrolle der Proteinbiosynthese in der Proteinenproduktion. Weiterhin ist das Verfahren für die Bestimmung von bakteriellen Kontaminierungen in den Fällen, bei denen der bakterielle Erreger auf die Proteinbiosynthese hemmend wirkende Substanzen produziert, z. B. Diphteriatoxin, verwendbar.Areas of application of the method are the replacement of animal experiments and the replacement radioactive substances in pharmacology, screening of bioactive substances, Biosensors, molecular biological research, protein engineering, as well as the control of Protein biosynthesis in protein production. Furthermore, the procedure for the Determination of bacterial contamination in cases where the bacterial Pathogen on the protein biosynthesis inhibiting substances produced, for. B. Diphtheria toxin, usable.

Die Wissenschaftler und die Industrie verwenden bereits seit mehreren Jahren den ribosomalen Proteinbiosynthesekomplex, sowohl in zellfreier als auch in nativer Form, als sehr effektives Instrument zu Untersuchungen der Translationsprozesse und Biosynthese der Proteine in analytischen und präparativen Mengen [1, 11, 12]. Von besonderem Interesse ist die Möglichkeit, im zellfreien System die künstlichen (gegen Proteasen ungeschützten) oder an bestimmten Stellen markierten Proteine zu synthetisieren. Um den Proteinbiosynthese­ prozeß zu kontrollieren und die Ergebnisse zu bewerten, wurden bis jetzt folgende Methoden verwendet:
Scientists and industry have been using the ribosomal protein biosynthesis complex, both in cell-free and in native form, as a very effective instrument for studying the translation processes and biosynthesis of proteins in analytical and preparative amounts [1, 11, 12]. Of particular interest is the possibility of synthesizing the artificial proteins (unprotected against proteases) or labeled at certain points in the cell-free system. The following methods have been used to control the protein biosynthesis process and to evaluate the results:

  • - Zugabe in von radioaktiven Aminosäuren das Translationsgemisch;- adding the translation mixture of radioactive amino acids;
  • - Zugabe des biotinilierten Lys-t-RNA;- addition of the biotinylated Lys-t-RNA;
  • - parallele Synthese der Proteine mit enzymatischer Aktivität;- parallel synthesis of proteins with enzymatic activity;
  • - parallele Synthese der Luziferasen.- parallel synthesis of luciferases.

Die am meisten verwendete radioaktive Markierung [2] ist umweltbelastend und ergibt nur integrierte Werte, die sich auf das gesamte Polypeptidpool beziehen. Die Genauigkeit dieser Methode liegt z. B. bei Verwendung von 14C-Leu bei ca. 10% in der integrierten Darstellung. Änderungen innerhalb von 30% nach 1-1,5 Stunden der Translation sind quantitativ nicht registrierbar.The most widely used radioactive label [2] is polluting and only gives integrated values that refer to the entire polypeptide pool. The accuracy of this method lies e.g. B. when using 14 C-Leu at about 10% in the integrated representation. Changes within 30% after 1-1.5 hours of translation cannot be registered quantitatively.

Die Zugabe von biotinilierter Lys-t-RNA wurde als Ersatz der radioaktiven Markierung vorgeschlagen [3]. Diese Methode liefert dem Forscher auch nur die integralen Werte ohne Unterschied, ob das volle Protein oder nur eine Teil synthetisiert wurde. Die Genauigkeit liegt etwa im Bereich wie die Genauigkeit bei der radioaktiven Markierung.The addition of biotinylated Lys-t RNA was used to replace the radioactive label proposed [3]. This method only provides the researcher with the integral values without Difference whether the full protein or only a part was synthesized. The accuracy lies such as in the area of accuracy in radioactive labeling.

Obwohl die Synthese eines Enzymes, darunter auch der Luziferasen, in zellfreien Systemen [4] oder Zellen (5] nur Informationen über vollständige biologisch aktive Proteinmoleküle bringt, hat sie den gleichen Nachteil, wie die radioaktive Markierung - sie bringt dem Wissenschaftler nur integrierte Werte und damit den entsprechenden Verlust in der Genauigkeit. Das nächste Problem ist, daß die enzymatischen Aktivitäten sehr stark von den Reaktionsbedingungen abhängig sind. Aus diesem Grund sind solche Systeme sehr schwer qualitativ kalibrierbar. Darüber hinaus muß ein solcher interner Marker folgende Bedingungen erfüllen:
Although the synthesis of an enzyme, including luciferases, only provides information about complete biologically active protein molecules in cell-free systems [4] or cells (5), it has the same disadvantage as radioactive labeling - it only brings integrated values and to the scientist The next problem is that the enzymatic activities are very dependent on the reaction conditions. For this reason, such systems are very difficult to calibrate qualitatively. In addition, such an internal marker must meet the following conditions:

  • - Substrat, Produkt und Enzym selbst dürfen nicht das Proteinbiosynthesesystem beeinflussen;- The substrate, product and enzyme itself must not be the protein biosynthesis system influence;
  • - die Polypeptidkette des Enzymes muß sich unter Synthesebedingungen relativ schnell in aktives Protein falten;- The polypeptide chain of the enzyme has to move in relatively quickly under synthesis conditions fold active protein;
  • - da der enzymatische Marker in relativ geringerer Menge, im Verhältnis zum Hauptprodukt, synthetisiert wird, muß das Enzym eine sehr hohe spezifische Aktivität haben;- since the enzymatic marker in a relatively smaller amount, in relation to the main product, is synthesized, the enzyme must have a very high specific activity;

Alle diese Bedingungen erfüllt praktisch keines der bekannten Enzyme.Virtually none of the known enzymes meets all of these conditions.

Als Kandidaten für einen internen Reporter sind die s.g. Photoproteine der Coelenteraten- Gruppe von besonderem Interesse. Diese relativ kleinen (21 kDa) Proteine binden während der Beladung den Cofaktor Coelenterazine und Sauerstoff. Diese Proteine beinhalten in ihren Aminosäurenkette 2 bis 3 Abschnitte, welche die Eigenschaft haben, einige Ionen, z. B. Ca⁺⁺ [6] oder Mn⁺⁺-Ionen [7] (weiterhin als Ionen-Aktivatoren genannt), selektiv zu binden. Solche Abschnitte sind auch bei anderen Proteinengruppen bekannt und haben einen gemeinsamen Begriff "EF-Hand". Bei der Zugabe von Ionen-Aktivatoren, verbinden sich diese mit den entsprechenden Abschnitten und verursachen damit die Faltung des beladenen Photoproteins in eine kompakte räumliche Struktur und die Strahlung eines Photon.As candidates for an internal reporter, the so-called Photoproteins of the coelenterate Group of special interest. These relatively small (21 kDa) proteins bind during loading the cofactor coelenterazine and oxygen. These proteins include in their Amino acid chain 2 to 3 sections, which have the property of some ions, e.g. B. Ca⁺⁺ [6] or Mn⁺⁺ ions [7] (also called ion activators) to bind selectively. Such Sections are also known for other groups of proteins and have a common one Term "EF hand". When adding ion activators, these combine with the corresponding sections and thus cause the folding of the loaded photoprotein into a compact spatial structure and the radiation of a photon.

Das erste Protein dieser Gruppe, Aequorin, wurde im Jahr 1962 durch die Forschungsgruppe von Dr. Shimomura (USA) aus Meeresquallen (Aequoria victoria) isoliert und charakterisiert [8]. Ein anderes Protein dieser Gruppe, Obelin, wurde aus Meerespolypen (Obelia longissima) durch eine russische Forschungsgruppe unter Leitung von Dr. Vysotsky im Jahr 1988 isoliert und ebenfalls charakterisiert [9]. Darüber hinaus sind weitere Photoproteine mit den gleichen Mechanismen der Biolumineszenz bekannt: Clytin, Renillin, Thalassicolin, Bevorin u.s.w.The first protein in this group, aequorin, was released in 1962 by the research group from Dr. Shimomura (USA) isolated and characterized from sea jellyfish (Aequoria victoria) [8]. Another protein in this group, obelin, was derived from marine polyps (Obelia longissima) by a Russian research group led by Dr. Vysotsky isolated in 1988 and also characterized [9]. In addition, other photoproteins are the same Mechanisms of bioluminescence known: clytin, renillin, thalassicolin, vorin, etc.

Alle Photoproteine dieser Gruppe haben eine sehr große Homologie in den Ion-Aktivator­ bindenden Bereichen und weniger Ähnlichkeit in den vermutlich Coelenterazin bindenden Abschnitten. Die Dauer der Ion-Aktivator-Bindung und Faltung liegt innerhalb einer Sekunde, die Bindung der Coelenterazine läuft viel langsamer, die Halbzeit liegt, abhängig von deren Struktur, zwischen 2 und 4 Stunden.All photoproteins in this group have a very high degree of homology in the ion activator binding areas and less similarity in the presumably binding coelenterazine Sections. The duration of the ion activator binding and folding is within one second, the binding of the coelenterazines runs much slower, the halftime is dependent on them Structure, between 2 and 4 hours.

Zur den wichtigsten Eigenschaften dieser Proteine, im Unterschied zu Luziferasen, gehört deren Fähigkeit in einem Komplex mit Coelenterazin, Sauerstoff und Ionen-Aktivatoren maximal nur ein Photon pro Moleküle innerhalb kurzer Zeit (ca. 1 Sekunde) zu strahlen. Um diesen Prozeß zu wiederholen, ist es notwendig das entstandene Coelenteramin und die Ionen-Aktivatoren aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen und das Photoprotein neu mit Coelenterazine und Sauerstoff zu beladen. One of the most important properties of these proteins, in contrast to luciferases, is one of them their ability in a complex with coelenterazine, oxygen and ion activators to emit a maximum of only one photon per molecule within a short time (approx. 1 second). Around to repeat this process, it is necessary the coelenteramine and the Remove ion activators from the reaction mixture and re-use the photoprotein To load coelenterazines and oxygen.  

In der wissenschaftlichen Literatur [10] wurde der erste Versuch zum Monitoring der zellfreien Proteinbiosynthese unter Verwendung eines Photoproteins veröffentlicht. Das beschriebene Verfahren beinhaltet folgende Schritte:
The first attempt to monitor cell-free protein biosynthesis using a photoprotein was published in the scientific literature [10]. The procedure described includes the following steps:

  • - Synthese des apo-Obelins im zellfreien Proteinbiosynthesesystem;- Synthesis of apo-obelin in the cell-free protein biosynthesis system;
  • - regelmäßige Abnahme der Proben aus dem Synthesegemisch;- regular taking of samples from the synthesis mixture;
  • - Zugabe des Ca⁺⁺-Chelators EDTA zu den Proben;- Add the Ca⁺⁺ chelator EDTA to the samples;
  • - Ladung des apo-Obelins in den Proben mit deren Cofactor Coelenterazin;- loading of the apo obelin in the samples with their cofactor coelenterazine;
  • - Messen der durch die Zugabe des Überschusses von Ca⁺⁺-Ionen initiierten Blitz- Biolumineszenz.- Measuring the flash initiated by the addition of the excess of Ca⁺⁺ ions Bioluminescence.

Zu den wesentlichen Nachteilen dieses Verfahren gehört die Tatsache, daß für das Laden des Photoproteins, nach Angaben der Autoren, ein Zeitaufwand von ca. 4 Stunden notwendig ist. Dies schließt die unmittelbare Kontrolle und Steuerung durch Rückkoppelung in Richtung Meßdaten - Systemparameter des Biosyntheseprozesses vollkommen aus.One of the main disadvantages of this method is the fact that for loading the According to the authors, photoproteins take around 4 hours. This excludes direct control and steering through feedback in the direction Measurement data - system parameters of the biosynthesis process completely.

Darüber hinaus liefert das bekannte Verfahren nur Informationen über die gesamte Menge des zum bestimmten Zeitpunkt synthetesierten Photoproteins (integraler Wert) und damit hat es den gleichen Nachteil, wie die oben beschriebenen anderen Arten der Reportermarkierung:
der durch das neusynthesierte Protein/Reporter verursachte Zuwachs des Meßsignals ist im Vergleich mit dem Meßsignal vom früher synthesierten Protein/Reporter schon nach 60-90 min. nach dem Start des Prozesses so gering, daß keine definierte Aussage über die Proteinbiosyntheseintensität möglich ist.
In addition, the known method only provides information about the total amount of photoprotein (integral value) synthesized at a particular point in time and therefore has the same disadvantage as the other types of reporter labeling described above:
the increase in the measurement signal caused by the newly synthesized protein / reporter is already after 60-90 min in comparison with the measurement signal from the previously synthesized protein / reporter. so low after the start of the process that no defined statement about the protein biosynthesis intensity is possible.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, welches die Nachteile des Standes der Technik bezüglich der Bestimmung der tatsächlichen Intensität zu jedem Zeitpunkt des Proteinbiosyntheseprozesses vermeidet und die Rückkoppelung in Richtung Meßdaten-Steuerung ermöglicht.The present invention provides a method which overcomes the disadvantages of State of the art in determining the actual intensity of each Avoids timing of the protein biosynthesis process and the feedback in the direction Measurement data control enabled.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik zur Verwendung der Reportermarkierung für die Proteinbiosynthesekontrolle dadurch, daß das als interner Reporter verwendete Photoprotein während der Biosyntheses an Ribosomen mit einem Cofactor, z. B. Coelenterazine, beladen wird. Die Beladung erfolgt praktisch gleichzeitig mit Aufbau und Zusammenfaltung der Polypeptidketten an den Ribosomen. Das bereits bekannte (1a) und das erfindungsgemäße Verfahren (1b, c) sind auf der Abb. 1 schematisch dargestellt. Die Messung der Biolumuneszenz kann in zwei Varianten durchgeführt werden:
kontinuierlich unmittelbar in Translationssystem oder in separaten Proben als integrale Wert.
The present invention differs from the prior art for using the reporter label for protein biosynthesis control in that the photoprotein used as an internal reporter during the biosynthesis of ribosomes with a cofactor, e.g. B. Coelenterazine is loaded. The loading takes place practically simultaneously with the structure and folding of the polypeptide chains on the ribosomes. The already known (1a) and the inventive method (1b, c) are shown schematically in Fig. 1. Biolumunescence can be measured in two ways:
continuously directly in translation system or in separate samples as an integral value.

Es wurde experimentell nachgewiesen (Abb. 2, Translation von 0.1 µg Obelin-m-RNS), daß im Beisein des Ionen-Aktivators die Biolumineszenz schon nach ca. 10 min. ab Prozesstart beginnt. Ungefähr so viel Zeit benötigt auch das Ribosom um die volle Photoproteinkette zu synthetisieren. It was experimentally proven ( Fig. 2, translation of 0.1 µg obelin-m-RNA) that in the presence of the ion activator, the bioluminescence after only 10 min. starts from the start of the process. The ribosome also needs approximately this much time to synthesize the full photoprotein chain.

Deshalb schließt unser Verfahren die relativ lange Ladezeit des Photoproteins aus und ermöglicht das sofortige kontinuierliche Messen der Biolumineszenz direkt im Biosynthesesystem kontinuierlich im Beisein des Ionen-Aktivators (Variante I, Abb. 1b).Therefore, our method excludes the relatively long charging time of the photoprotein and enables the immediate continuous measurement of the bioluminescence directly in the biosynthesis system in the presence of the ion activator (variant I, Fig. 1b).

Die zweite Variante, die Punktmessung im Gesamtvolumen bzw. in separaten Proben, ermöglicht solche Information zu erhalten durch Zugabe eines Ionen-Aktivators (Variante II, Abb. 1c), obwohl mit ca. 1 min. Verspätung, auch in der Fällen, in der der Ion-Aktivator den Translationsprozeß beeinflussen kann (z. B. lebendige Zellen).The second variant, the point measurement in the total volume or in separate samples, enables such information to be obtained by adding an ion activator (variant II, Fig. 1c), although with approx. 1 min. Delay, even in cases where the ion activator can influence the translation process (e.g. living cells).

Die in Abb. 2 dargestellten Kurven zeigen den Einbau radioaktiver Leucine in das Photoprotein Obelin bzw. Dehydropholatreduktase, sowie die kontinuierliche Biolumineszenz während der Translation des Photoprotein-m-RNS separat oder im Gemisch mit Dehydropholatreduktase­ kodierenden m-RNS. Der Verlauf der Kurven und der quantitative Vergleich zeigen, daß die Biosynthese beider Proteine in einem System unabhängig abläuft und das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle der gesamten Proteinbiosyntheseintensität verwendbar ist.The curves shown in Fig. 2 show the incorporation of radioactive leucines in the photoprotein obelin or dehydropholate reductase, as well as the continuous bioluminescence during the translation of the photoprotein m-RNA separately or in a mixture with m-RNA encoding dehydropholate reductase. The course of the curves and the quantitative comparison show that the biosynthesis of both proteins takes place independently in one system and that the method according to the invention can be used to control the total protein biosynthesis intensity.

Da jedes Molekül des Photoproteins unter den gegebenen Bedingungen nur ein Photon strahlen kann, ergibt das Messen der Biolumineszenz nach der ersten Variante, direkt im Proteinbiosynthesesystem, nicht die Informationen über die integralen Mengen des synthesierten Produktes, sondern über die Geschwindigkeit der Proteinbiosynthese in jeden Moment (Abb. 3).Since each molecule of the photoprotein can only radiate one photon under the given conditions, measuring the bioluminescence according to the first variant, directly in the protein biosynthesis system, does not give the information about the integral amounts of the synthesized product, but about the speed of protein biosynthesis at every moment ( Fig. 3).

Die in Variante I. bzw. II. erfaßten Daten ermöglichen die sofortige Anpassung der Parameter des Biosyntheseprozesses.The data recorded in variant I. or II. Enable the parameters to be adjusted immediately of the biosynthesis process.

Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, im Unterschied zu den bekannten Verfahren [10], das Screening der biosynthesehemmenden, z. B. Antibiotika, oder stimulieren­ den Substanzen. Die Abb. 3a zeigt den hemmenden Einfluß des Antibiotika Puromycin auf das Proteinbiosynthesesystem. Die Biolumineszenz des Photoproteins wurde direkt während der Biosynthese gemessen (Variante I). In der Abb. 4 sind die Abhängigkeit des Biolumineszenzsignals von der Konzentration der zwei verschiedenen Antibiotika - Cycloheximide und Puromycine dargestellt. In diesem Fall wurde die Messung nach Variante II. durchgeführt.Furthermore, in contrast to the known methods [10], the method according to the invention enables the screening of the biosynthesis-inhibiting, for. B. antibiotics, or stimulate the substances. Fig. 3a shows the inhibitory influence of the antibiotic puromycin on the protein biosynthesis system. The bioluminescence of the photoprotein was measured directly during the biosynthesis (variant I). Fig. 4 shows the dependence of the bioluminescence signal on the concentration of the two different antibiotics - cycloheximide and puromycine. In this case, the measurement was carried out according to variant II.

Da die Biosynthese der Photoproteine, genau so wie die anderer Proteine, durch den klassischen Weg "ein bzw. mehrere Proteine kodierende m-RNS - ribosomale Apparat" abläuft, können dabei m-RNS mit unterschiedlichem Ursprung eingesetzt werden. Es sind, entsprechend dem heutigen Stand der Technik, folgende Quellen der m-RNS bekannt: Transkription (in-vivo sowie in-vitro) in nicht gekoppelter oder mit der Translation gekoppelter Form, mit Translation gekoppelte oder nicht gekoppelte Replikation der m-RNS, PCR-Technik in Kombination mit Transkription und Translation oder chemische Synthese. Wichtig dabei ist, daß die das Photoprotein kodierende m-RNS intern, im Reaktionsgemisch, oder extern synthetisiert und den funktionierenden ribosomalen Proteinbiosyntheseapparat, sowohl in den lebendigen eukariotischen bzw. prokariotischen Zellen, als auch den Organellen, thermophilen Zellen, modifizierten Zellen oder Organellen, proteinbiosynthesesystemhaltigen zellfreien Lysaten oder künstlichen multienzymatischen Systemen zu Verfügung gestellt wird. In allen diesen Fällen ist das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar. Deshalb bezieht sich dieses Verfahren auf die ribosomalen Translationssysteme und auf die Systeme, bei denen der ribosomale Translationsprozeß mit Transkription, Replikation oder mit PCR/Transkription gekoppeit ist. Die nichtribosomale Peptid- bzw. Proteinbiosynthesesysteme sind dabei aus den Patentansprüchen ausgeschlossen.Since the biosynthesis of the photoproteins, like that of other proteins, by the classic way "one or more proteins coding m-RNA - ribosomal apparatus" expires, m-RNS with different origins can be used. There are, According to the current state of the art, the following sources of m-RNS are known: Transcription (in vivo and in vitro) in uncoupled or in translation Form, replication-coupled or non-coupled replication of the m-RNA, PCR technique in combination with transcription and translation or chemical synthesis. The important thing here is, that the m-RNA encoding the photoprotein internally, in the reaction mixture, or externally synthesized and the working ribosomal protein biosynthetic apparatus, both in the living eukaryotic or procaryotic cells, as well as the organelles, thermophilic  Cells, modified cells or organelles, cell-free containing protein biosynthesis system Lysates or artificial multi-enzymatic systems is made available. In all The method according to the invention can be used in these cases. That is why this relates Methods on the ribosomal translation systems and on the systems in which the ribosomal translation process with transcription, replication or with PCR / transcription is coupled. The non-tribosomal peptide or protein biosynthesis systems are off excluded the patent claims.

Die Temperatur der Translationssysteme mit Coelenterazinen bleibt in allen Fällen dieselbe, als ob die Translation ohne Coelenterazine durchgeführt worden wäre.The temperature of the translation systems with coelenterazines remains the same as in all cases whether the translation would have been carried out without coelenterazines.

Die Erfindung begrenzt sich nur auf die Photoproteine der Coelenteraten-Gruppe, welche Coelenterazine bzw. die Cofactoren mit der gleichwirkenden chemischen Struktur binden und unter Beteiligung von Sauerstoff sowie Ionen-Aktivatoren die Photonen strahlen können.The invention is limited only to the photoproteins of the coelenterate group, which Bind coelenterazines or the cofactors with the chemical structure with the same effect and with the participation of oxygen and ion activators, the photons can radiate.

Die Reihe der Ionen-Aktivatoren begrenzt sich auf die Ione, die sich mit den E-F-Bereichen der beladenen Photoproteine binden und damit eine Photonenstrahlung verursachen. Als Beispiele sind Ca⁺⁺- und Mn⁺⁺-Ionen zu nennen.The range of ion activators is limited to the ions that deal with the E-F regions of the bind loaded photoproteins and thus cause photon radiation. As Examples are Ca⁺⁺ and Mn⁺⁺ ions.

Die Ausführungsbeispiele unter P.3. zeigen, daß in dem Fall die vom Protoprotein-Cofactor maximale anwendbare Konzentration bis 5 mM beträgt, und für den Ion-Aktivator bis 1 mM anwendbar sind. Die niedrigsten Konzentrationen sind durch die Bindungskonstanten des Cofactors mit Photoprotein und E-F-Abschnittes mit dem Ion-Aktivator bestimmt. Für den Ion- Aktivator beträgt die minimale Konzentration 1 µM und für den Cofactor - 0.05 µM.The exemplary embodiments under P.3. show that in the case of the protoprotein cofactor maximum applicable concentration is up to 5 mM, and for the ion activator up to 1 mM are applicable. The lowest concentrations are due to the binding constants of the Cofactors with photoprotein and E-F section determined with the ion activator. For the ion The activator has a minimum concentration of 1 µM and for the cofactor - 0.05 µM.

AusführungsbeispieleEmbodiments 1. Kontinuierliche Kontrolle der Translation von Photoprotein in einem Translationssystem auf der Basis von Weizenkeimlysat nach Variante I1. Continuous control of translation of photoprotein in a translation system the base of wheat germ lysate according to variant I 1.1 Herstellung eines Translationgemisch aus Einzelkomponenten1.1 Production of a translation mixture from individual components

Auf einem Eisbad wird, unmittelbar vor dem Start des Experimentes, das anwendungsfertige Translationsgemisch aus folgenden Komponenten zusammenpipettiert:
Immediately before starting the experiment, the ready-to-use translation mixture of the following components is pipetted together on an ice bath:

  • a) 8 µl Mastermix, bestehend aus 312.5 mM HEPES-KOH pH 7.6, 12.5 mM ATP, 1.25 mM GTP, 32 mM Kreatinphosphat, und 25 mM DTT.a) 8 µl master mix, consisting of 312.5 mM HEPES-KOH pH 7.6, 12.5 mM ATP, 1.25 mM GTP, 32 mM creatine phosphate, and 25 mM DTT.
  • b) 4 µl Aminosäurenmix bestehend aus 2 mM von 20 natürlichen Aminosäuren. Der unmarkierte Leu kann bei Bedarf durch equimolare Menge von 14C-Leu ersetzt werden.b) 4 µl amino acid mix consisting of 2 mM of 20 natural amino acids. The unlabeled Leu can be replaced by an equimolar amount of 14 C-Leu if necessary.
  • c) 4 µl 1.0 M K-acetate und 2 µl 25 mM Mg-acetate.c) 4 µl 1.0 M K-acetate and 2 µl 25 mM Mg-acetate.
  • d) 4 µl Kreatinphosphokinase (350 E/ml).d) 4 µl creatine phosphokinase (350 U / ml).
  • e) 4 µl 1.25 mM Losung der Coelenterazine im Methanol.e) 4 µl 1.25 mM solution of the coelenterazines in methanol.
  • f) 4 µl 35 mM 2-mercaptoethanol. f) 4 ul 35 mM 2-mercaptoethanol.  
  • g) 32 µl Weizenkeimextrakt mit einer Konzentration von 100 A280/ml.g) 32 µl wheat germ extract with a concentration of 100 A 280 / ml.
  • h) 30 µl deionisiertes Wasser.h) 30 µl deionized water.

Das Endvolumen des fertigen Translationsgemisch beträgt 92 µl.The final volume of the finished translation mixture is 92 µl.

1.2 Kontinuierliches Kontrolle der Translation1.2 Continuous control of translation

In die Küvette des Luminometers wird 23 µl der Translationsgemisch nach P.1.1. eingetragen. Nach der Stabilisation der Temperatur bei 26°C wird in die Küvette 1 µg Obelin m-RNS in 1 µl wäßriger Lösung, sowie 1 µl von 1.0 mM Ca-acetate zugegeben und die Messung der Bio­ lumineszenz gestartet. Die Messung wird in Singlephoton-Meßmodus mit der Akkumulations­ zeit von 1 min. durchgeführt.23 µl of the translation mixture according to P.1.1 is placed in the cuvette of the luminometer. registered. After the temperature has stabilized at 26 ° C, 1 µg Obelin m-RNS in 1 µl is placed in the cuvette aqueous solution, and 1 ul of 1.0 mM Ca-acetate added and the measurement of the bio luminescence started. The measurement is in single-photon measurement mode with the accumulation time of 1 min. carried out.

Die Ergebnisse sind in Abb. 2 als Abhängigkeit des Biolumineszenzsignales (RLU) von der Synthesezeit dargestellt.The results are shown in Fig. 2 as a function of the bioluminescence signal (RLU) on the synthesis time.

2. Kontinuierliche Kontrolle der Translation von Photoprotein in einem Translationssystem auf der Basis von bakteriellen Lysat nach Variante I2. Continuous control of translation of photoprotein in a translation system the basis of bacterial lysate according to variant I 2.1 Herstellung eines Translationgemisch aus Einzelkomponenten2.1 Preparation of a translation mixture from individual components

Auf einem Eisbad wird, unmittelbar vor dem Start des Experimentes, das anwendungsfertige Translationsgemisch aus folgenden Komponenten zusammenpipettiert:
Immediately before starting the experiment, the ready-to-use translation mixture of the following components is pipetted together on an ice bath:

  • a) 8 µl Mastermix, bestehend aus 270 mM TRIS-acetate pH 8.2, 6.5 mM ATP, 5.4 mM GTP, 0.07 mg/ml folic säure, und 12 mM DTT.a) 8 µl master mix, consisting of 270 mM TRIS-acetate pH 8.2, 6.5 mM ATP, 5.4 mM GTP, 0.07 mg / ml folic acid, and 12 mM DTT.
  • b) 15 µl Aminosäurenmix bestehend aus 1.7 mM von 20 natürlichen Aminosäuren. Der unmarkierte Leu kann bei Bedarf durch equimolare Menge von 14C-Leu ersetzt werden.b) 15 µl amino acid mix consisting of 1.7 mM of 20 natural amino acids. The unlabeled Leu can be replaced by an equimolar amount of 14 C-Leu if necessary.
  • c) 5 µl 2.0 M K-acetate und 1.5 µl 1.0 M Mg-acetate.c) 5 µl 2.0 M K-acetate and 1.5 µl 1.0 M Mg-acetate.
  • d) 16 µl 250 mM Acetylphosphate.d) 16 ul 250 mM acetyl phosphate.
  • e) 4 µl 1.25 mM Losung der Coelenterazine im Methanol.e) 4 µl 1.25 mM solution of the coelenterazines in methanol.
  • f) 4 µl 35 mM 2-mercaptoethanol.f) 4 ul 35 mM 2-mercaptoethanol.
  • g) 18 µl von S30 Esherichia coli extraktes.g) 18 µl of S30 Esherichia coli extract.
  • h) 20.5 µl deionisiertes Wasser.h) 20.5 µl deionized water.

Das Endvolumen des fertigen Translationsgemisch beträgt 92 µl.The final volume of the finished translation mixture is 92 µl.

2.2 Kontinuierliche Kontrolle der Translation2.2 Continuous control of translation

In die Küvette des Luminometers wird 23 µl der Translationsgemisch nach P.2.1. eingetragen. Nach der Stabilisation der Temperatur bei 30°C wird in die Küvette 0.1 µg Obelin m-RNS in 1 µl wäßriges Lösung, sowie 1 µl von 1.0 mM Ca-acetate zugegeben und die Messung der Biolumineszenz gestartet. Die Messung wurde im Singlephoton-Meßmodus mit der Akkumulationszeit von 1 min. durchgeführt.23 µl of the translation mixture according to P.2.1 is placed in the cuvette of the luminometer. registered. After the temperature has stabilized at 30 ° C, 0.1 µg Obelin m-RNS in 1 µl of aqueous solution and 1 µl of 1.0 mM Ca acetate added and the measurement of  Bioluminescence started. The measurement was carried out in the single-photon measurement mode with the Accumulation time of 1 min. carried out.

3. Abhängigkeit der Translation des Photoprotein-m-RNS von der Konzentration des Photoprotein-Cofactors (Coelenterazine) und Ionen-Aktivators (Ca⁺⁺)3. Dependence of the translation of the photoprotein m-RNA on the concentration of the Photoprotein cofactors (coelenterazines) and ion activators (Ca⁺⁺) 3.1 Abhängigkeit vom Protein-Cofactor3.1 Dependence on the protein cofactor

Aus dem gemäß P.1.1. vorbereiteten Translationgemisch mit 14C-Leu und ohne Coelenterazine wurden fünf, je. 23 µl, Proben genommen und bei 30°C temperiert. Nach der Stabilisation der Temperatur wird zu den Proben je. 1 µl oder unterschiedlich verdünnte Lösung von Coelenterazinen bis zur Endkonzentratione von 0.5, 5, 50, 500, 5000 µM zugegeben und die Translation wird durch Zugabe von 1 µg Obelin m-RNS in 1 µl wäßriger Lösung pro Probe gestartet. Nach 3 Stunden wird aus jeder Probe eine 5 µl Aliquote genommen und in 5 ml 5.0% wäßriger Lösung von Trichloressigsäure pippetiert. Der entstandene Lösung wird nach 10-minütiger Inkubation bei 4°C durch GF/C-Glasfaserfilter filtriert und der Filter wird mit 15 ml 5.0% Trichloressigsäure gespült. Abschließend wird der Filter an der Luft ausgetrocknet. Die Radioaktivität des am Filter verbleibenen Niederschlags wird im flüssigen Szintillator gezählt.From the according to P.1.1. prepared translation mixture with 14 C-Leu and without coelenterazines were five, each. 23 µl, samples taken and tempered at 30 ° C. After the temperature has stabilized, the samples each. 1 µl or differently diluted solution of coelenterazines to the final concentrations of 0.5, 5, 50, 500, 5000 µM is added and the translation is started by adding 1 µg Obelin m-RNS in 1 µl aqueous solution per sample. After 3 hours, a 5 μl aliquot is taken from each sample and pipetted into 5 ml of 5.0% aqueous solution of trichloroacetic acid. After 10 minutes of incubation at 4 ° C., the resulting solution is filtered through GF / C glass fiber filters and the filter is rinsed with 15 ml of 5.0% trichloroacetic acid. Finally, the filter is air-dried. The radioactivity of the precipitate remaining on the filter is counted in the liquid scintillator.

Es wurden folgende Ergebnisse registriert:
The following results were registered:

3.2 Abhängigkeit vom Ion-Aktivator3.2 Dependence on the ion activator

Aus dem gemäß P.1.1. vorbereiteten Translationgemisch mit 14C-Leu werden fünf, je. 23 µl, Proben genommen und bei 30°C temperiert. Nach der Stabilisation der Temperatur wird zu den Proben je. 1 µl Wasser oder unterschiedlich verdünnten Lösung von Ca-acetate bis zur Endkonzentrationen von 0.0, 0.4, 4, 40, 1000 µM zugegeben und die Translation wird durch Zugabe 1 µl Obelin m-RNS in 1 µl wäßriges Lösung pro Probe gestartet. Nach 3 Stunden wird aus jeder Probe eine 5 µl Aliquote genommen und in 5 ml 5.0% wäßriger Lösung von Trichloressigsäure pippetiert. Die entstandene Lösung wird nach 10-minütiger Inkubation bei 4°C durch GF/C-Glasfaserfilter filtriert und der Filter wird mit 15 ml 5.0% Trichloressigsäure gespült. Abschließend wird der Filter an der Luft ausgetrocknet. Die Radioaktivität des am Filter verbleibenen Niederschlags wird im flüssigen Szintillator gezählt.From the according to P.1.1. prepared translation mixture with 14 C-Leu are five, each. 23 µl, samples taken and tempered at 30 ° C. After the temperature has stabilized, the samples each. 1 µl water or differently diluted solution of Ca-acetate is added to the final concentrations of 0.0, 0.4, 4, 40, 1000 µM and the translation is started by adding 1 µl Obelin m-RNS in 1 µl aqueous solution per sample. After 3 hours, a 5 μl aliquot is taken from each sample and pipetted into 5 ml of 5.0% aqueous solution of trichloroacetic acid. After 10 minutes of incubation at 4 ° C., the resulting solution is filtered through GF / C glass fiber filters and the filter is rinsed with 15 ml of 5.0% trichloroacetic acid. Finally, the filter is air-dried. The radioactivity of the precipitate remaining on the filter is counted in the liquid scintillator.

Es wurden folgende Ergebnisse registriert:
The following results were registered:

4. Kontinuierliche Messung der Inhibition der Translation durch Antibiotika4. Continuous measurement of translation inhibition by antibiotics

In die Küvette des Luminometers wird 23 µl des Translationsgemisch nach P.1.1. eingetragen. Nach der Stabilisation der Temperatur bei 26°C wird in die Küvette 1 µg Obelin m-RNS in 1 µl wäßriger Lösung, sowie 1 µl von 1.0 mM Ca-acetate zugegeben und die Messung der Biolumineszenz gestartet. Die Messung wird im Singlephoton-Meßmodus mit einer Akkumulationszeit von 1 min. durchgeführt. Nach 50 min. werden dem Translationssystem 1 µl 2.5 mM Puromycine zugegeben und das Biolumineszenzsignal weiter registriert.23 µl of the translation mixture according to P.1.1 is placed in the cuvette of the luminometer. registered. After the temperature has stabilized at 26 ° C, 1 µg Obelin m-RNS in 1 µl is placed in the cuvette aqueous solution, and 1 ul of 1.0 mM Ca acetate added and the measurement of Bioluminescence started. The measurement is carried out in the single-photon measurement mode with a Accumulation time of 1 min. carried out. After 50 min. the translation system 1 µl 2.5 mM Puromycine added and the bioluminescence signal registered further.

Die Ergebnisse sind in Abb. 3 als Abhängigkeit des Biolumineszenzsignales (RLU) von der Synthesezeit dargestellt.The results are shown in Fig. 3 as a function of the bioluminescence signal (RLU) on the synthesis time.

5. Messung der Proteinbiosyntheseeffektivität nach Variante II5. Measurement of the protein biosynthesis effectiveness according to variant II

Aus dem gemäß P.1.1. vorbereiteten Translationgemisch mit 14C-Leu und ohne Coelenterazine werden 16, je. 23 µl, Proben genommen und bei 26°C temperiert. Nach der Stabilisation der Temperatur werden zu den Proben je. 1 µl der unterschiedlich verdünnten Lösung von Puromycine bzw. Cycloheximide bis zur Endkonzentration von 0.036 0.39, 0.78, 1.56, 3.12, 6.25, 12.5 und 100 µM zugegeben und die Translation wird durch Zugabe von 1 µg Obelin m-RNS in 1 µl wäßriger Lösung pro Probe gestartet. Nach 3 Stunden der Translation wird aus jeder Probe 10 µl Aliquote genommen, mit 90 µl der Ladelösung, bestehend aus 10 mM Tris-HCl pH 7.1, 50 mM NaCl, 1 mM EDTA, 0.1% Gelatine, 140 mM 2-mercaptoethanol und 0.4 µM Coelenterazine, verdünnt und in die Küvette des Luminometers platziert. Die Flash-Lumineszenz wird durch Zugabe von 100 µl 10 mM Ca-Acetete Lösung gestartet und als integraler Wert innerhalb der ersten 2 min. registriert.From the according to P.1.1. prepared translation mixture with 14 C-Leu and without coelenterazines are 16, each. 23 µl, samples taken and tempered at 26 ° C. After the temperature has stabilized, the samples each. 1 µl of the differently diluted solution of Puromycine or Cycloheximide to the final concentration of 0.036 0.39, 0.78, 1.56, 3.12, 6.25, 12.5 and 100 µM is added and the translation is made by adding 1 µg Obelin m-RNA in 1 µl aqueous solution per Rehearsal started. After 3 hours of translation, 10 µl aliquots are taken from each sample, with 90 µl of the loading solution consisting of 10 mM Tris-HCl pH 7.1, 50 mM NaCl, 1 mM EDTA, 0.1% gelatin, 140 mM 2-mercaptoethanol and 0.4 µM Coelenterazines, diluted and placed in the cuvette of the luminometer. The flash luminescence is started by adding 100 µl 10 mM Ca-Acetete solution and as an integral value within the first 2 min. registered.

Die gleichen integralen Werte werden bei der Zugabe von Ca-Ionen bis zur Endkonzentration von 1 µM bis 1 M registriert.The same integral values are obtained when Ca ions are added to the final concentration from 1 µM to 1 M registered.

Die Ergebnisse sind auf Abb. 4 als Abhängigkeit der integralen Werte des Biolumineszenz­ signales von der Konzentration der Antibiotika dargestellt.The results are shown in Fig. 4 as a function of the integral values of the bioluminescence signal on the concentration of the antibiotics.

LiteraturlisteBibliography

1. Nakano H., Tanaka T., Kawarasaki Y., Yamane T. (1996) Highly productive cell-free protein synthesis system using condensed wheat-germ extract. Journal of Biotechnology 46(3), 275-282.
2. J.F.Van Herwynen and G.S. Backler. Translation using a Wheat-Germ extract. From: Methods in Molecular Biology, vol. 37: In vitro Transcription and Translation Protocols. Edited by: M.J.Tymms, Copyright © 1995 Humana Press Inc., Totowa, NJ.
3. The ECL cell free labelling module provides reagents for non-radioactive labelling of proteins translated in vitro. In: Amersham LIFE SCIENCE Catalogue, part "Protein studies", 1996, p. 40.
4. Groskreutz D., and Schenborn E. (1996) Reporter Sistems, In: Recombinant Proteins: Detection and Isolation. Turan R., ed., Humana Press, Clifton, NJ.
5. Honigman A., Israel S., Canadian Pat. Appl. 2044680 (1991).
6. Shimomura O. (1995) Luminescence of Aequorin is triggered by the binding of two calcium ions. BBRC, 211(2), 359-363.
7. Vysotski E.S., Trofimov K.P., Bondar' V.S., at. al. (1995) Mn(2+)-activated luminescence of photoprotein Obelin, Arch. Biochem. Biophys., 316(1), 92-99.
8. Shimomura O., Johnson F. H. (1969) Properties of bioluminescent protein aequorin. Biochemistry. 8, 3991-3997.
9. Bondar' V.S., Trofimov K.P., Vysotski E.S. (1992) Physical-Chemical Properties of Photoproteins from Hydroid Polyp Obelia Longissima. Biochimia (Rusia). 57, 1481-1489.
10. Matveev S.V., Illanonov B.A., Vysotski E.S., Bondar V.S., Markova S.V., Alakhov Y.B. (1995) Obelin mRNA - a new tool for studies of translation in cell-free Systems. Anal. Biochem. 231, 34-39.
11. Kudlicki W., Kramer G., and Hardesty B. (1992) High efficiency cell-free synthesis of proteins: refinement of the coupled transcription/translation system. Analytical Biochemistry 206, 389-393.
12. Kim D.M., Kigawa T., Choi C.Y., and Yokoyama S. (1996) A highly efficient cell-free protein synthesis system from E.coli. European Journal of Biochemistry 239(3), 881-886.
1. Nakano H., Tanaka T., Kawarasaki Y., Yamane T. (1996) Highly productive cell-free protein synthesis system using condensed wheat-germ extract. Journal of Biotechnology 46 (3), 275-282.
2. JFVan Herwynen and GS Backler. Translation using a Wheat-Germ extract. From: Methods in Molecular Biology, vol. 37: In vitro Transcription and Translation Protocols. Edited by: MJTymms, Copyright © 1995 Humana Press Inc., Totowa, NJ.
3. The ECL cell free labeling module provides reagents for non-radioactive labeling of proteins translated in vitro. In: Amersham LIFE SCIENCE Catalog, part "Protein studies", 1996, p. 40.
4. Groskreutz D., and Schenborn E. (1996) Reporter Sistems, In: Recombinant Proteins: Detection and Isolation. Turan R., ed., Humana Press, Clifton, NJ.
5. Honigman A., Israel S., Canadian Pat. Appl. 2044680 (1991).
6. Shimomura O. (1995) Luminescence of Aequorin is triggered by the binding of two calcium ions. BBRC, 211 (2), 359-363.
7. Vysotski ES, Trofimov KP, Bondar 'VS, at. Al. (1995) Mn (2 +) - activated luminescence of photoprotein Obelin, Arch. Biochem. Biophys., 316 (1), 92-99.
8. Shimomura O., Johnson FH (1969) Properties of bioluminescent protein aequorin. Biochemistry. 8, 3991-3997.
9. Bondar 'VS, Trofimov KP, Vysotski ES (1992) Physical-Chemical Properties of Photoproteins from Hydroid Polyp Obelia Longissima. Biochimia (Rusia). 57, 1481-1489.
10. Matveev SV, Illanonov BA, Vysotski ES, Bondar VS, Markova SV, Alakhov YB (1995) Obelin mRNA - a new tool for studies of translation in cell-free systems. Anal. Biochem. 231, 34-39.
11. Kudlicki W., Kramer G., and Hardesty B. (1992) High efficiency cell-free synthesis of proteins: refinement of the coupled transcription / translation system. Analytical Biochemistry 206, 389-393.
12. Kim DM, Kigawa T., Choi CY, and Yokoyama S. (1996) A highly efficient cell-free protein synthesis system from E. coli. European Journal of Biochemistry 239 (3), 881-886.

Zeichnungendrawings

Abb. 1. Darstellung der bekannten Verfahren (1a) und Verfahren gemäß der Erfindung. Die Messung der Biolumineszenz verläuft in zwei Varianten - kontinuierlich (1b) oder in separaten Proben (1c). Fig. 1. Representation of the known methods (1a) and methods according to the invention. Bioluminescence is measured in two ways - continuously (1b) or in separate samples (1c).

Abb. 2. Kontinuierliche Messung der Biolumineszenz (RLU) während der Biosynthese des Photoproteins Obelin separat oder gemeinsam mit der Dehydropholatreduktese. Um die tatsächliche Translation von beiden m-RNS zu demonstrieren, wurde in das System der radioaktive Marker 14C-Leu zugegeben. Fig. 2. Continuous measurement of bioluminescence (RLU) during the biosynthesis of the photoprotein obelin separately or together with the dehydropholate reduction. In order to demonstrate the actual translation of both m-RNAs, 14 C-Leu was added to the radioactive marker system.

Abb. 3. Inhibition der Proteinbiosynthese durch Zugabe des Antibiotika Puromycin. Fig. 3. Inhibition of protein biosynthesis by adding the antibiotic puromycin.

Abb. 4. Abhängigkeit der integralen Werte des Biolumineszenzsignales von der Konzentration der Antibiotika. Fig. 4. Dependence of the integral values of the bioluminescence signal on the concentration of the antibiotics.

Claims (13)

1. Verfahren zur Kontrolle der Proteinbiosyntheseintensität mittels Expression eines Reporterproteins unter Verwendung eines RNS- bzw. DNS-Templates und Messen dessen Aktivität, dadurch gekennzeichnet, daß das DNS bzw. m-RNS Template einem Photoprotein entspricht, die Expression in einem Proteinbiosynthesesystem durchgeführt wird und das Photoprotein während der Translation mit deren Cofactor beladen und die Biolumineszenz des beladenen Photoproteins gemessen wird.1. A method for controlling the protein biosynthesis intensity by means of expression of a reporter protein using an RNA or DNA template and measuring its activity, characterized in that the DNA or m-RNA template corresponds to a photoprotein, the expression is carried out in a protein biosynthesis system and the photoprotein is loaded with its cofactor during translation and the bioluminescence of the loaded photoprotein is measured. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Template des Photoproteins als exprimierbare Einprotein-DNS- bzw. m-RNS-Konstruktion oder als Teil einer komplexen DNA bzw. m-RNS-Konstruktion eingesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the template of the photoprotein as an expressible single-protein DNA or m-RNA construction or as part of a complex DNA or m-RNA construction is used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoprotein-m-RNS in das Translationssystem als fertige Konstruktion direkt oder mittels der Transfektion zugegeben wird, oder die sich direkt im Translationsvolumen bildet mittels der mit der Translation gekoppelten Transkription, RNS-Polymerisation, Replikation oder PCR-Technik.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the photoprotein m-RNA into the translation system as a finished construction directly or by means of transfection is added, or which forms directly in the translation volume by means of the Translation coupled transcription, RNA polymerization, replication or PCR technique. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoprotein, z. B. apo- Obelin, eine natürliche oder künstlich konstruierte Reihenfolge der Aminosäuren hat und zur Coelenteraten-Gruppe gehört.4. The method according to claim 1, characterized in that the photoprotein, for. B. apo- Obelin, has a natural or artificially constructed order of the amino acids and for Coelenterate group belongs. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Photoprotein-Cofactor die Coelenterazin-Struktur oder gleich wirkende chemische Struktur hat.5. The method according to claim 1, characterized in that the photoprotein cofactor Coelenterazin structure or chemical structure having the same effect. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Proteinbiosynthesesystem ein natives eukariotisches, prokariotisches, thermophiles oder eine künstlich zusammen­ gesetztes multienzymatisches zellfreies Proteinbiosynthesesystem ist.6. The method according to claim 1, characterized in that the protein biosynthesis system a native eukaryotic, procaryotic, thermophilic, or an artificial one set multi-enzymatic cell-free protein biosynthesis system. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Proteinbiosynthesesystem ein Bestandteil der nativen oder modifizierten eukariotischen, prokariotischen, thermophilen Zellen oder Organellen ist.7. The method according to claim 1, characterized in that the protein biosynthesis system a component of the native or modified eukaryotic, procaryotic, thermophilic Cells or organelles. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biolumineszenz kontinuierlich, im Beisein eines Ionen-Aktivators, z. B. Ca⁺⁺-Ions, während der Biosynthese oder als Punktmessung im Gesamtvolumen bzw. in den separaten Proben durch Zugabe eines Ionen-Aktivators gemessen wird.8. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the bioluminescence continuously, in the presence of an ion activator, e.g. B. Ca⁺⁺ ions during biosynthesis or as a point measurement in the total volume or in the separate samples by adding of an ion activator is measured. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Biolumineszenz des beladenen Photoproteins separat von den Zellen oder Organellen durch Zugabe des Ionen-Aktivators gemessen wird.9. The method according to claim 1 to 5 and 7, characterized in that the bioluminescence of the loaded photoprotein separately from the cells or organelles by adding the Ion activator is measured. 10. Verfahren nach Anspruch 1, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Iones-Aktivators nach der Zugabe in das Biosynthesesystem bzw. in die separaten Proben im Bereich von 1 µM bis 1 mM liegt. 10. The method according to claim 1, 8 and 9, characterized in that the concentration of Ions activator after the addition in the biosynthesis system or in the separate samples in the Range is from 1 µM to 1 mM.   11. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ion-Aktivator ein Ion ist, der sich mit den E-F Bereich im Photoprotein bindet und damit die Biolumineszenz des Photoproteins verursacht.11. The method according to claim 8 to 10, characterized in that the ion activator is an ion which binds to the E-F region in the photoprotein and thus the bioluminescence of the Causes photoproteins. 12. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ion-Aktivator in die Proben bis zum Erreichen einer Konzentration im Bereich von 1 µM bis 1 M zugegeben wird.12. The method according to claim 1 and 8, characterized in that the ion activator in the Samples are added until a concentration in the range of 1 µM to 1 M is reached. 13. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Photoprotein-Cofactors im Reaktionsgemisch im Bereich von 0.05 µM bis 5 mM liegt.13. The method according to claim 1 and 4, characterized in that the concentration of Photoprotein cofactors in the reaction mixture are in the range from 0.05 µM to 5 mM.
DE19807608A 1998-02-16 1998-02-16 Measuring level of protein biosynthesis using photoprotein loaded with co-factor during translation as reporter for screening for biologically active compounds Withdrawn DE19807608A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19807608A DE19807608A1 (en) 1998-02-16 1998-02-16 Measuring level of protein biosynthesis using photoprotein loaded with co-factor during translation as reporter for screening for biologically active compounds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19807608A DE19807608A1 (en) 1998-02-16 1998-02-16 Measuring level of protein biosynthesis using photoprotein loaded with co-factor during translation as reporter for screening for biologically active compounds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19807608A1 true DE19807608A1 (en) 1999-08-19

Family

ID=7858674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19807608A Withdrawn DE19807608A1 (en) 1998-02-16 1998-02-16 Measuring level of protein biosynthesis using photoprotein loaded with co-factor during translation as reporter for screening for biologically active compounds

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19807608A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60212642T2 (en) METHOD FOR USE OF O6-ALKYLGUANIN DNA ALKYL TRANSFERASES
DE69216385T2 (en) COUPLED TRANSCRIPTION AND TRANSLATION IN CELL-FREE EUKARYOT EXTRACTS
DE69033855T2 (en) MODIFIED BIOLUMINESCENT PROTEINS AND THEIR USE
DE3752372T2 (en) METHOD FOR REGULATING THE METABOLIC STABILITY OF PROTEINS
EP0312617A1 (en) Method of obtaining polypeptides in cell-free translation system
EP0401369A1 (en) Method for preparative expression of genes in a cell-free system of conjugated transcription/translation
EP1781807B1 (en) Fluorescence-based kinetic determination of transglutaminase activity
DE69918557T2 (en) METHODS FOR SEARCHING MODULATORS OF CALCINEURINACTIVITY
DE4201181A1 (en) PROCESS FOR STABILIZING PROTEINS
DE60015319T2 (en) Test for the simultaneous measurement of different enzymatic activities
EP1414958B1 (en) Method for gene expression
DE19807608A1 (en) Measuring level of protein biosynthesis using photoprotein loaded with co-factor during translation as reporter for screening for biologically active compounds
EP3049530B1 (en) Method for cell-free protein synthesis in the presence of a caspase inhibitor
EP2558861B1 (en) Method and means of identification of substances, which inhibit ige production
MacInnes Differences between ribosomal subunits from brain and those from other tissues
WO2001088530A2 (en) Method for selecting enzyme inhibitors
EP1019543B1 (en) Method for identifying a nucleic acid
DE102004032460B3 (en) In vitro synthesis of expression products, particularly proteins, in a cell-free system, comprises using a repetitive batch method, with periodic removal of metabolites and supplementation
Marina et al. An easy tool to monitor the elemental steps of in vitro translation via gel electrophoresis of fluorescently labeled small peptides
EP0778347B1 (en) ATP and nucleic acid-binding protein with helicase and ATPase characteristics
EP1405079A2 (en) Modulation of the interaction between evh1 domains
WO2004055202A2 (en) Screening method for identifying substances active against halitosis, gingivitis or parodontitis
DE102010037001A1 (en) New biosensors and their use
WO1993002211A1 (en) Method of stabilizing proteins during optical tests
EP4279607A1 (en) Enzyme-enhanced adamts-13 activity assay

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee