JP2001321192A - Method for preparing protein sample for structural analysis - Google Patents

Method for preparing protein sample for structural analysis

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JP2001321192A
JP2001321192A JP2000141151A JP2000141151A JP2001321192A JP 2001321192 A JP2001321192 A JP 2001321192A JP 2000141151 A JP2000141151 A JP 2000141151A JP 2000141151 A JP2000141151 A JP 2000141151A JP 2001321192 A JP2001321192 A JP 2001321192A
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protein
transglutaminase
glycine
structural analysis
group
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Japanese (ja)
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Nobuhisa Shinba
信久 榛葉
Eiichiro Suzuki
榮一郎 鈴木
Keiichi Yokoyama
敬一 横山
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Ajinomoto Co Inc
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Ajinomoto Co Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preparing a protein sample for the structural analysis suitable for the structural analysis of a protein. SOLUTION: This method for preparing a protein sample for the structural analysis comprises (i) reacting a protein with a compound containing a primary amino group by the action of a transglutaminase and/or (ii) reacting a protein with a peptide containing a glutamine residue by the action of a transglutaminase.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、構造解析用タンパ
ク質試料の調製方法に関する。より具体的には、タンパ
ク質の物性を向上させることにより、立体構造の解析に
適したタンパク質試料を調製する方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for preparing a protein sample for structural analysis. More specifically, the present invention relates to a method for preparing a protein sample suitable for analyzing a three-dimensional structure by improving the physical properties of a protein.

【0002】[0002]

【従来の技術】タンパク質の構造解析にはX線やNMRを利
用する場合が多いが、前者による解析には試料となるタ
ンパク質の溶解性および結晶性が、後者による解析には
該タンパク質の溶解性及び安定性が高いことが要求され
る。そのような構造解析を行なうために適したタンパク
質試料を調製する目的で、タンパク質の物性を穏やかに
改善する方法がいくつか報告されている。例えば、結晶
構造解析においては、膜タンパク質の疎水面同士の会合
を回避するために抗体を結合させたり脂質を混入する方
法(Iwata, S. et al. (1995) Nature 376, 660. Shin
zawa-Itoh, K. etal. (1995) J. Mol. Biol. 246, 57
2.)などが挙げられ、NMR解析においては、界面活性剤
や塩を含んだ溶媒を用いてタンパク質の会合を防ぐ方法
(Anglister,J. et al. (1993) J. Biomol. NMR 3, 12
1. Zhang, O. et al. (1995) Biochemistry 34, 678
4.)などがある。しかしながら、これらの条件は生理条
件とは異なるため、生体内における構造を反映しない場
合があるという問題があった。また、タンパク質の性質
に依存して溶解条件や結晶化条件を試行錯誤により検討
する必要があり、労力や時間を省略するためにも適用範
囲の広い手法の開発が望まれていた。構造解析に基づい
てタンパク質工学又はドラッグデザインが行なわれてい
る現在、前述のような物性が改善された、構造解析用タ
ンパク質試料を調製する意義は大きい。
2. Description of the Related Art X-rays and NMR are often used for structural analysis of proteins, but the former analyzes the solubility and crystallinity of the sample protein, while the latter analyzes the solubility of the protein. And high stability. For the purpose of preparing a protein sample suitable for performing such a structural analysis, there have been reported several methods for gently improving the physical properties of a protein. For example, in crystal structure analysis, a method of binding an antibody or incorporating a lipid to avoid association between hydrophobic surfaces of a membrane protein (Iwata, S. et al. (1995) Nature 376, 660. Shin
zawa-Itoh, K. etal. (1995) J. Mol. Biol. 246, 57
2.) and the like. In the NMR analysis, a method for preventing protein association using a solvent containing a surfactant or a salt (Anglister, J. et al. (1993) J. Biomol. NMR 3, 12
1. Zhang, O. et al. (1995) Biochemistry 34, 678.
4.) and so on. However, since these conditions are different from physiological conditions, there is a problem that the structure in a living body may not be reflected. Further, it is necessary to examine the dissolution conditions and crystallization conditions by trial and error depending on the properties of the protein, and there has been a demand for the development of a method having a wide range of application to save labor and time. At present, when protein engineering or drug design is performed based on structural analysis, it is significant to prepare a protein sample for structural analysis with improved physical properties as described above.

【0003】構造解析用タンパク質試料の調製を目的と
してタンパク質の物性を改善する方法の一つとして、部
位特異変異が挙げられる。しかし、この方法は、個別の
タンパク質で発現系を構築する必要がある上、アミノ酸
残基固有の官能基であるカルボキシアミド基や水酸基な
どしか導入することができないという問題があった。例
えばスルホニル基やリン酸基の導入により溶解性の向上
が期待できるが、部位特異変異ではこれらの官能基を導
入することができない。化学反応によって修飾しアミノ
酸残基固有の官能基以外を導入することも可能である
が、この場合はタンパク質の変性や副次的な反応を回避
する必要があり、導入できる官能基の種類が限られてい
る。
One method for improving the physical properties of a protein for the purpose of preparing a protein sample for structural analysis includes site-specific mutation. However, this method has a problem that it is necessary to construct an expression system using individual proteins, and that only a carboxamide group or a hydroxyl group, which is a functional group unique to an amino acid residue, can be introduced. For example, solubility can be expected to be improved by introduction of a sulfonyl group or a phosphate group, but these functional groups cannot be introduced by site-specific mutation. It is possible to introduce a functional group other than the amino acid residue by modification by a chemical reaction.However, in this case, it is necessary to avoid protein denaturation and side reactions, and the types of functional groups that can be introduced are limited. Have been.

【0004】一方、トランスグルタミナーゼは、タンパ
ク質のペプチド鎖内にあるγ−カルボキシアミド基のア
シル転移反応を触媒する酵素である。本酵素をタンパク
質に作用させるとε−(γ−Glu)−Lys架橋形成反応、
グルタミン残基の脱アミド化によるグルタミン酸残基へ
の置換反応が起こりうる。トランスグルタミナーゼは、
ゼラチン、チーズ、ヨーグルト、豆腐、蒲鉾、ハム、ソ
ーセージ、麺類などの食品の製造や食肉の肉質改善等に
広く利用されている(特開昭64-27471)。また、熱に安
定なマイクロカプセルの素材、固定化酵素の担体などの
製造に利用されているなど、産業上利用性の高い酵素と
して知られている。それにもかかわらず、トランスグル
タミナーゼの産業応用は、タンパク質の架橋に伴うゲル
化や、それに付随した代謝・分解の抑制といった分野に
とどまっている。また、研究への応用については、蛍光
試薬又はキレート試薬を導入することによってトランス
グルタミナーゼの活性を評価したり、担体をカラム樹脂
に結合させる等、極めて限られた目的に利用しているに
過ぎなかった。
[0004] On the other hand, transglutaminase is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction of a γ-carboxamide group in a peptide chain of a protein. When this enzyme is allowed to act on a protein, an ε- (γ-Glu) -Lys crosslink formation reaction,
A substitution reaction with a glutamic acid residue by deamidation of the glutamine residue may occur. Transglutaminase is
It is widely used for the production of foods such as gelatin, cheese, yogurt, tofu, kamaboko, ham, sausage, noodles, etc. and for improving meat quality (Japanese Patent Laid-Open No. 64-27471). In addition, it is known as an enzyme having high industrial utility, such as being used for the production of heat-stable microcapsule materials and carriers for immobilized enzymes. Nevertheless, the industrial application of transglutaminase has been limited to the fields of gelation associated with protein cross-linking and suppression of the associated metabolism and degradation. For research applications, transglutaminase activity is evaluated by introducing a fluorescent or chelating reagent, or a carrier is bound to a column resin, and is used only for very limited purposes. Was.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、タン
パク質の構造解析に適した構造解析用タンパク質試料を
調製する方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for preparing a protein sample for structural analysis suitable for structural analysis of a protein.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、タンパク質
分子中のグルタミン残基及び/又はリジン残基を特定の
化合物で修飾すると、その構造を大きく変化させること
なくタンパク質の物性を変化させ得ることに注目し、更
に、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、
トランスグルタミナーゼによる触媒反応を利用してタン
パク質のグルタミン残基を1級アミノ基を含む化合物で
修飾する、及び/又はリジン残基をグルタミン残基を含
むペプチドにより修飾すると、そのタンパク質の物性を
構造解析に適したものに改善することができること、ま
た、安定同位体を含む官能基の導入も可能であること見
出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、
(i)トランスグルタミナーゼの作用によってタンパク
質と1級アミノ基を含む化合物を反応させること、およ
び/または、(ii) トランスグルタミナーゼの作用によ
ってタンパク質とグルタミン残基を含むペプチドを反応
させること、を含む、構造解析用タンパク質試料の調製
方法である。
Means for Solving the Problems The present inventors can change the physical properties of a protein without significantly changing its structure by modifying a glutamine residue and / or a lysine residue in a protein molecule with a specific compound. Focusing on that, furthermore, as a result of intensive study to solve the above problems,
When the glutamine residue of a protein is modified with a compound containing a primary amino group using a catalytic reaction by transglutaminase and / or the lysine residue is modified with a peptide containing a glutamine residue, the physical properties of the protein are structurally analyzed. The present invention has been found that it can be improved to a suitable one and that a functional group containing a stable isotope can be introduced. That is, the present invention
(I) reacting a protein with a compound containing a primary amino group by the action of transglutaminase, and / or (ii) reacting the protein with a peptide containing a glutamine residue by the action of transglutaminase. This is a method for preparing a protein sample for structural analysis.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明に使用される酵素であるト
ランスグルタミナーゼはタンパク質のペプチド鎖内にあ
るグルタミン残基のγ−カルボキシアミド基のアシル転
移反応を触媒する酵素である。このタンパク質がアシル
受容体としてタンパク質中のリジン残基のε−アミノ基
に作用すると蛋白質分子中及び分子間においてε−(γ
−Glu)−Lys結合が形成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Transglutaminase, an enzyme used in the present invention, is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction of a γ-carboxamide group of a glutamine residue in a peptide chain of a protein. When this protein acts as an acyl receptor on the ε-amino group of a lysine residue in a protein, ε- (γ
-Glu) -Lys bond is formed.

【0008】本発明は、トランスグルタミナーゼ触媒反
応を利用して、タンパク質のグルタミン残基又はリジン
残基、又はその両方の修飾を行う工程を含む。図1に酵
素反応様式を模式的に示した。式1、式3はそれぞれグル
タミン残基、リジン残基を含むタンパク質を示してお
り、R1、R1'はペプチド鎖、N末端アミノ酸又は水素の
いずれか、R2、R2'はペプチド鎖、C末端アミノ酸又は
水酸基のいずれかを示し、該タンパク質がトランスグル
タミナーゼの基質となる限りにおいて特に制限はない。
式2はトランスグルタミナーゼが作用する1級アミノ基
を含む化合物を示しており、R3に制限はなく、式2で示
した1級アミノ基を含む化合物の具体例としては、ヒド
ロキシルアミン、グリシン、リジン、硫酸水素アミノエ
チル、リン酸アミノエチル、アミノエタノール、リジン
を含むペプチドなどを挙げることができる。式4はトラ
ンスグルタミナーゼが作用するグルタミン残基を含むペ
プチドで、R3'はペプチド鎖、N末端アミノ酸又は水素
のいずれか、R4'はペプチド鎖、C末端アミノ酸又は水
酸基のいずれかを示し、該ペプチドがトランスグルタミ
ナーゼの基質となる限りにおいて特に制限はない。式4
で示したグルタミン残基を含むペプチドは、カルボベン
ゾキシ基、糖鎖、ミリストイル基、リン酸基のような置
換基で修飾されていてもよく、その具体例としては、N-
カルボベンゾキシ-L-グルタミル-グリシン(N-carboben
zoxy-L-glutamyl-glycine)(CBZ-Gln-Gly)、N-カルボベ
ンゾキシ-L-グルタミル-グルタミル-グリシン(N-carbob
enzoxy-L-glutamyl-glutamyl-glycine)(CBZ-Gln-Gln-Gl
y)、N-カルボベンゾキシ-L-グリシルーグリシル−グル
タミル-グリシン(N-carbobenzoxy-L-glycyl-glycyl-glu
tamyl-glycine) (CBZ-Gly-Gly-Gln-Gly)などを挙げるこ
とができる。
The present invention includes a step of modifying a glutamine residue and / or a lysine residue of a protein by utilizing a transglutaminase-catalyzed reaction. FIG. 1 schematically shows an enzyme reaction mode. Formulas 1 and 3 show proteins containing a glutamine residue and a lysine residue, respectively, where R 1 and R 1 ′ are peptide chains, any of N-terminal amino acids or hydrogen, and R 2 and R 2 ′ are peptide chains. , C-terminal amino acid or hydroxyl group, and is not particularly limited as long as the protein can be a substrate for transglutaminase.
Formula 2 shows a compound containing a primary amino group on which transglutaminase acts, R 3 is not limited, and specific examples of the compound containing a primary amino group shown in Formula 2 include hydroxylamine, glycine, Examples include lysine, aminoethyl hydrogen sulfate, aminoethyl phosphate, aminoethanol, and peptides containing lysine. Formula 4 is a peptide containing a glutamine residue on which transglutaminase acts, R 3 ′ represents a peptide chain, any of an N-terminal amino acid or hydrogen, and R 4 ′ represents a peptide chain, a C-terminal amino acid or a hydroxyl group, There is no particular limitation as long as the peptide serves as a substrate for transglutaminase. Equation 4
The peptide containing a glutamine residue shown in may be modified with a substituent such as a carbobenzoxy group, a sugar chain, a myristoyl group, or a phosphate group, and specific examples thereof include N-
Carbobenzoxy-L-glutamyl-glycine (N-carboben
zoxy-L-glutamyl-glycine (CBZ-Gln-Gly), N-carbobenzoxy-L-glutamyl-glutamyl-glycine (N-carbob
enzoxy-L-glutamyl-glutamyl-glycine) (CBZ-Gln-Gln-Gl
y), N-carbobenzoxy-L-glycyl-glycyl-glutamyl-glycine (N-carbobenzoxy-L-glycyl-glycyl-glu
tamyl-glycine) (CBZ-Gly-Gly-Gln-Gly).

【0009】本発明の方法において修飾すべきタンパク
質としては、アルブミン、イムノグロブリン、血液凝固
因子などのヒト血漿成分;プロテアーゼ、トランスフェ
ラーゼなどの酵素;成長ホルモン、エリスロポエチンな
どのホルモン;細胞増殖、抑制などの細胞増殖因子;細
胞分化、誘導、刺激などの免疫反応調節因子;モノカイ
ン、サイトカイン、リンホカインなどの細胞産性生物学
的活性タンパク質;等を広く挙げることができる。これ
らのタンパク質は、その由来を問わず、動物由来のもの
であっても、植物由来のものであっても、微生物由来の
ものであってもよい。また、大腸菌、酵母、動物細胞等
にこれらタンパク質の遺伝子を組み込み発現させたタン
パク質、又は、無細胞タンパク質合成系を利用して発現
させたタンパク質であってもよい。
The proteins to be modified in the method of the present invention include human plasma components such as albumin, immunoglobulin and blood coagulation factors; enzymes such as proteases and transferases; hormones such as growth hormone and erythropoietin; Cell growth factors; immune response regulators such as cell differentiation, induction and stimulation; cell-producing biologically active proteins such as monokines, cytokines and lymphokines; and the like. Regardless of their origin, these proteins may be of animal origin, plant origin, or microorganism origin. The protein may be a protein obtained by incorporating and expressing the genes of these proteins in Escherichia coli, yeast, animal cells, or the like, or a protein expressed by utilizing a cell-free protein synthesis system.

【0010】トランスグルタミナーゼによって修飾され
るタンパク質は、分子中に少なくとも1個のトランスグ
ルタミナーゼの作用を受けるグルタミン残基又はリジン
残基を有するものである。分子中のグルタミン残基、又
はリジン残基がトランスグルタミナーゼの作用を受ける
かどうかは、例えば、修飾を受けたタンパク質のマスス
ペクトルを測定し、修飾に伴う分子量の増加を検出する
ことで確認することができる。タンパク質がトランスグ
ルタミナーゼの作用を受けるグルタミン残基又はリジン
残基を有しない場合には、トランスグルタミナーゼの作
用を受けるグルタミン残基又はリジン残基を部位特異変
異によって導入することも可能である。
A protein modified by transglutaminase has at least one glutamine or lysine residue affected by transglutaminase in the molecule. Whether a glutamine residue or a lysine residue in a molecule is affected by transglutaminase can be confirmed, for example, by measuring the mass spectrum of the modified protein and detecting an increase in molecular weight accompanying the modification. Can be. When the protein does not have a glutamine residue or a lysine residue affected by transglutaminase, a glutamine residue or lysine residue affected by transglutaminase can be introduced by site-specific mutation.

【0011】トランスグルタミナーゼとしてはカルシウ
ム非依存性のものとカルシウム依存性のものがあり、何
れも本発明に使用することができる。前者の例として
は、放線菌、枯草菌等の微生物由来のもの(例えば、特
開昭64−27471号公報参照。)を挙げることがで
きる。後者の例としてはモルモット肝臓由来のもの(例
えば、特公平1−50382号公報参照。)、ヒト表皮
ケラチン細胞トランスグルタミナーゼ(Phillips, M.
A. et al. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87,
9333.)、ヒト血液凝固因子XIII(Ichinose, A. et a
l. (1990) Biochemistry 25, 6900.)、卵菌等の微生物
由来のもの、牛血液、豚血液等の動物由来のもの、サ
ケ、マダイ等の魚由来のもの(例えば、関信夫等、「日
本水産学会誌」56巻125〜132頁、1990
年)、カキ由来のもの、等を挙げることができる。この
他、遺伝子組み換えにより製造されるもの(例えば、特
開平1−300889号公報、特開平6−225775
号公報、特開平7−23737号公報参照。)等、を挙
げることができる。
There are two types of transglutaminase: calcium-independent and calcium-dependent, and any of them can be used in the present invention. Examples of the former include those derived from microorganisms such as actinomycetes and Bacillus subtilis (for example, see JP-A-64-27471). Examples of the latter include those derived from guinea pig liver (see, for example, Japanese Patent Publication No. 1-50382), human epidermal keratinocyte transglutaminase (Phillips, M. et al.
A. et al. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87,
9333.), human blood coagulation factor XIII (Ichinose, A. et a
l. (1990) Biochemistry 25, 6900.), those derived from microorganisms such as oomycetes, those derived from animals such as bovine blood and swine blood, those derived from fish such as salmon and red sea bream (for example, Journal of the Japanese Society of Fisheries Science, Vol. 56, pp. 125-132, 1990
Year), oysters, and the like. In addition, those produced by genetic recombination (for example, JP-A-1-300889, JP-A-6-225775)
See JP-A-7-23737. ) And the like.

【0012】本発明には何れのトランスグルタミナーゼ
でも使用することができ、起源及び製法に限定されるこ
とはない。但し、物性を改善すべきタンパク質の性質に
よってはカルシウムを含む溶媒中での酵素反応に不向き
なものもあるため、そのようなタンパク質についてはカ
ルシウム非依存性のトランスグルタミナーゼを使用する
ことが好ましい。例えば、上記微生物由来のトランスグ
ルタミナーゼ(例えば、特開昭64−27471号公報
参照。)等は何れの条件をも満足するのもであり、現時
点では最適と言うことができる。例えば、ストレプトベ
ルチシリウム・グリセオカルネウム(Streptoverticill
ium griseocarneum )IFO 12776 、ストレプトベルチシ
リウム・シナモネウム(Streptoverticillium cinnamon
eum subsp. cinnamoneum )IFO 12852 、ストレプトベ
ルチシリウム・モバラエンス(Streptoverticillium mo
baraense)IFO 13819等に由来するトランスグルタミナ
ーゼである。本発明に使用するトランスグルタミナーゼ
の活性単位は、次のようにして測定され、かつ定義され
る。即ち、ベンジルオキシカルボニル−L−グルタミニ
ルグリシンとヒドロキシルアミンを基質として反応を行
い、生成したヒドロキサム酸をトリクロル酢酸存在下で
鉄錯体に変換させた後、525nmの吸光度で、その量
を測定する。このようにしてヒドロキサム酸の量より検
量線を作成し、1分間に1μモルのハイドロキサメート
を生成させる酵素量をトランスグルタミナーゼの活性単
位、1ユニットと定義する。この測定法の詳細は既に報
告されている通り(例えば、特開昭64−27471号
公報等参照。)である。
[0012] In the present invention, any transglutaminase can be used, and there is no limitation on the source and the production method. However, some proteins whose properties are to be improved are not suitable for an enzymatic reaction in a solvent containing calcium. Therefore, it is preferable to use calcium-independent transglutaminase for such proteins. For example, transglutaminase derived from the above microorganism (see, for example, JP-A-64-27471) satisfies all of the conditions, and can be said to be optimal at present. For example, Streptoverticillium glyceocarneum (Streptoverticill
ium griseocarneum) IFO 12776, Streptoverticillium cinnamonium
eum subsp. cinnamoneum) IFO 12852, Streptoverticillium mo
baraense) transglutaminase derived from IFO 13819 and the like. The activity unit of the transglutaminase used in the present invention is measured and defined as follows. That is, a reaction is carried out using benzyloxycarbonyl-L-glutaminylglycine and hydroxylamine as substrates, and the generated hydroxamic acid is converted into an iron complex in the presence of trichloroacetic acid, and the amount is measured by absorbance at 525 nm. In this way, a calibration curve is created from the amount of hydroxamic acid, and the amount of enzyme that produces 1 μmol of hydroxamate per minute is defined as one unit of transglutaminase activity. The details of this measurement method have already been reported (for example, see JP-A-64-27471).

【0013】タンパク質の構造解析にはX線若しくは中
性子線、またはNMRを利用する場合が多い。X線や中性子
線による解析には高い溶解性と結晶性が、NMRによる解
析には高い溶解性と安定性が要求される。これらの条件
を満たさないものについては、解析対象とするタンパク
質の溶解性、安定性及び結晶性を改善して適切なタンパ
ク質試料を調製する必要がある。タンパク質の溶解性の
改善とは、溶媒に溶け得るタンパク質のモル数を増大さ
せること、及びタンパク質の会合を回避することであ
る。低濃度のタンパク質溶液ではX線あるいは中性子線
結晶解析に必要な結晶化が難しく、また、NMR測定にお
いては十分なシグナル強度が得られない。更に、タンパ
ク質の会合は、NMRシグナルの広幅化を引き起こし、構
造解析の障害となる。結晶構造解析やNMR解析において
は、0.1mM以上の濃度のタンパク質溶液を、より好まし
くは0.5mM以上の濃度のタンパク質溶液を作成すること
が望ましい。本発明によれば、天然の状態で溶解性の低
いタンパク質からも構造解析に適したタンパク質試料を
調製することができる。
For structural analysis of proteins, X-rays, neutrons, or NMR are often used. High solubility and crystallinity are required for X-ray and neutron analysis, and high solubility and stability are required for NMR analysis. For those that do not satisfy these conditions, it is necessary to prepare an appropriate protein sample by improving the solubility, stability and crystallinity of the protein to be analyzed. Improving the solubility of a protein refers to increasing the number of moles of the protein that can be dissolved in the solvent and avoiding protein association. Crystallization necessary for X-ray or neutron crystallography is difficult with a low-concentration protein solution, and sufficient signal intensity cannot be obtained in NMR measurement. Furthermore, protein association causes broadening of the NMR signal, which hinders structural analysis. In crystal structure analysis and NMR analysis, it is desirable to prepare a protein solution having a concentration of 0.1 mM or more, more preferably a protein solution having a concentration of 0.5 mM or more. According to the present invention, a protein sample suitable for structural analysis can be prepared even from a protein having low solubility in a natural state.

【0014】タンパク質の安定性の改善とは、デグラデ
ーションや変性を起き難くすること、及び温度、pH、塩
濃度などの変化に伴う会合や交換反応を含む種々の変化
を生じ難くすることである。NMR解析においては、タン
パク質分子の回転・並進運動の増大に伴ってシグナル緩
和が軽減され、解析し易いスペクトルが得られることが
知られている。そのため、回転・並進運動を増大させる
ために、タンパク質が安定に保たれる範囲で、なるべく
高い温度で測定する傾向がある。したがって、高い温度
に対して安定なタンパク質はNMR解析に適し、構造解析
対象となり得る。また、タンパク質のNMRシグナルを帰
属するとき、アミドプロトンシグナルを基軸とすること
が多い。しかし、pHの上昇に伴い水との交換速度が増大
し、アミドプロトンシグナルが観測できなくなってしま
う場合がある。したがって、NMR構造解析には、タンパ
ク質が広い範囲のpH領域において安定であることが望ま
しい。
[0014] The improvement of protein stability means that degradation and denaturation hardly occur, and various changes including association and exchange reactions accompanying changes in temperature, pH, salt concentration, and the like are hardly caused. . In NMR analysis, it is known that signal relaxation is reduced with an increase in rotation and translational motion of a protein molecule, and a spectrum that can be easily analyzed is obtained. Therefore, in order to increase the rotation and translational movement, there is a tendency to measure at a temperature as high as possible within a range where the protein is kept stable. Therefore, proteins that are stable to high temperatures are suitable for NMR analysis and can be targeted for structural analysis. When assigning the NMR signal of a protein, the amide proton signal is often used as a base axis. However, as the pH increases, the exchange rate with water increases, and the amide proton signal may not be observed. Therefore, for NMR structural analysis, it is desirable that the protein be stable in a wide pH range.

【0015】タンパク質の結晶性の改善とは、タンパク
質をより結晶化し易くすることである。タンパク質の結
晶性は、タンパク質分子表面の電荷の分布や疎水性領域
の露出度などに応じて決まる。そこで、表面電荷や疎水
度を変えることで結晶性を向上させ、結晶構造解析へ利
用することが可能となる。さらに、構造解析には、修飾
する化合物として安定同位体を含んだものを用いること
が好ましい。例えば、修飾する化合物を13Cで標識する
と、13C編集又はフィルターNMR実験が適用でき、重複し
ていたNMRシグナルを分離して観測することが可能とな
る。その結果、より正確に構造情報が抽出され、精密な
立体構造決定へと結びつく。修飾する化合物に導入する
安定同位体としては、1Hに対しては2H又は3H、12Cに対
しては13C、14Nに対しては15N、16Oに対しては17O又は
18O等が挙げられる。天然のタンパク質には1H、12C、14
N、16Oが多く含まれているため、これらの核種を同位体
で置換する場合が多いが、本方法は水素原子、炭素原
子、窒素原子、酸素原子の同位体標識に限定されるもの
ではない。
[0015] Improving the crystallinity of a protein means making it easier to crystallize the protein. The crystallinity of a protein depends on the distribution of charges on the surface of the protein molecule, the degree of exposure of the hydrophobic region, and the like. Therefore, it is possible to improve the crystallinity by changing the surface charge and the hydrophobicity, and use the crystal structure analysis. Further, in the structural analysis, it is preferable to use a compound containing a stable isotope as a modifying compound. For example, labeled compounds that modulate at 13 C, 13 can C edit or apply filters NMR experiments, it is possible to observe separate the NMR signal which has been duplicated. As a result, the structure information is more accurately extracted, which leads to a precise three-dimensional structure determination. The stable isotope introduced into the compound to be modified is 2 H or 3 H for 1 H, 13 C for 12 C, 15 N for 14 N, and 17 O for 16 O. Or
18 O and the like. 1 H, 12 C, 14 for natural proteins
Because of the high content of N and 16 O, these nuclides are often substituted with isotopes, but this method is not limited to isotope labeling of hydrogen, carbon, nitrogen and oxygen atoms. Absent.

【0016】タンパク質の溶解性を向上させるために
は、例えば、カルボキシル基、アミノ基、スルホニル
基、リン酸基などの親水性の官能基を含んだ化合物でタ
ンパク質を修飾することが望ましく、式2の化合物とし
てはグリシン、リジン、硫酸水素アミノエチル、リン酸
アミノエチル、ポリエチレングリコールや多糖を含むア
ミノ基供与体、リジンを含むペプチドなど、式4の化合
物としてはCBZ-Gln-Gly、CBZ-Gln-Gln-Gly、CBZ-Gly-Gl
y-Gln-Glyなどが挙げられる。安定性を向上させるため
には、例えば、カルボキシル基、アミノ基、スルホニル
基、リン酸基などの親水性の官能基を含んだものや水素
結合のドナーやアクセプターとなる官能基を含んだ化合
物でタンパク質を修飾することが望ましく、より具体的
には、式2の化合物としてはヒドロキシルアミン、グリ
シン、リジン、硫酸水素アミノエチル、リン酸アミノエ
チル、アミノエタノール、リジンを含むペプチドなど、
式4の化合物としてはCBZ-Gln-Gly、CBZ-Gln-Gln-Gly、C
BZ-Gly-Gly-Gln-Glyなどが挙げられる。溶解性と安定性
は常に同時達成されるわけではないが、一般には溶解性
が向上すると安定性も増すことが多い。より好ましくは
溶解性と安定性の両方の性質を同時に改善する化合物を
利用する。また、結晶性を向上させるためには、修飾す
べきタンパク質の表面電荷や疎水性を変えるものが望ま
しく、式2の化合物として、ヒドロキシアミン、グリシ
ン、抗体、抗体のFcフラグメントおよびその一部などが
挙げられる。
In order to improve the solubility of the protein, it is desirable to modify the protein with a compound containing a hydrophilic functional group such as a carboxyl group, an amino group, a sulfonyl group or a phosphate group. As compounds of glycine, lysine, aminoethyl hydrogen sulfate, aminoethyl phosphate, amino group donors including polyethylene glycol and polysaccharides, lysine-containing peptides, etc., as the compound of formula 4, CBZ-Gln-Gly, CBZ-Gln -Gln-Gly, CBZ-Gly-Gl
y-Gln-Gly and the like. In order to improve the stability, for example, a compound containing a hydrophilic functional group such as a carboxyl group, an amino group, a sulfonyl group, a phosphate group or a compound containing a functional group serving as a donor or acceptor for hydrogen bonding It is desirable to modify proteins, and more specifically, compounds of formula 2 include hydroxylamine, glycine, lysine, aminoethyl hydrogen sulfate, aminoethyl phosphate, aminoethanol, peptides containing lysine, and the like.
Compounds of formula 4 include CBZ-Gln-Gly, CBZ-Gln-Gln-Gly, C
BZ-Gly-Gly-Gln-Gly and the like. Solubility and stability are not always achieved at the same time, but in general, stability often increases as solubility increases. More preferably, a compound is used which simultaneously improves both solubility and stability properties. In order to improve the crystallinity, it is desirable to change the surface charge and hydrophobicity of the protein to be modified.Examples of the compound of Formula 2 include hydroxyamine, glycine, an antibody, an antibody Fc fragment and a part thereof. No.

【0017】修飾すべきタンパク質と1級アミノ基を含
む化合物又はグルタミン残基を含むペプチドとをトラン
スグルタミナーゼの存在下に反応せしめるには、通常の
トランスグルタミナーゼの作用条件下で、トランスグル
タミナーゼ、修飾すべきタンパク質および1級アミノ基
を含む化合物又はグルタミン残基を含むペプチドを共存
させればよく、例えば、水性溶媒中で約pH5.0〜約pH9.0
の範囲で、より好ましくは約pH6.0〜約pH8.0の範囲で、
温度約4℃〜約55℃の範囲で、より好ましくは約25℃〜
約40℃の範囲で、修飾すべきタンパク質、1級アミノ基
を含む化合物又はグルタミン残基を含むペプチド、及び
トランスグルタミナーゼを保持すればよい。反応時間に
は特に制限はないが、約30秒〜や約7日、より好ましく
は約1分〜約2日とする。この反応において、修飾すべき
タンパク質の濃度は約1M〜約40mM、1級アミノ基を含む
化合物又はグルタミン残基を含むペプチドの濃度は約10
μM〜約10Mの範囲が望ましく、修飾すべきタンパク質に
対し1級アミノ基を含む化合物又はグルタミン残基を含
むペプチドの濃度を1倍以上とするのがよく、より好ま
しくは約20倍以上とする。また、トランスグルタミナー
ゼの使用量は、約10nM〜約100μMの範囲が望ましく、こ
れはタンパク質1mmol当り約0.01〜約20ユニットに相当
する。
In order to react the protein to be modified with a compound containing a primary amino group or a peptide containing a glutamine residue in the presence of transglutaminase, the transglutaminase, the modification and the transglutaminase are used under the normal conditions of transglutaminase action. Protein and a compound containing a primary amino group or a peptide containing a glutamine residue may be allowed to coexist, for example, about pH 5.0 to about pH 9.0 in an aqueous solvent.
And more preferably in the range of about pH 6.0 to about pH 8.0,
Temperatures range from about 4 ° C to about 55 ° C, more preferably from about 25 ° C to
The protein to be modified, the compound containing a primary amino group or the peptide containing a glutamine residue, and the transglutaminase may be retained at about 40 ° C. Although the reaction time is not particularly limited, it is about 30 seconds to about 7 days, more preferably about 1 minute to about 2 days. In this reaction, the concentration of the protein to be modified is about 1 M to about 40 mM, and the concentration of the compound containing a primary amino group or the peptide containing a glutamine residue is about 10 M
The concentration is preferably in the range of μM to about 10 M, and the concentration of the compound containing a primary amino group or the peptide containing a glutamine residue is preferably at least 1 times, more preferably at least about 20 times, relative to the protein to be modified. . The amount of transglutaminase used is desirably in the range of about 10 nM to about 100 μM, which corresponds to about 0.01 to about 20 units per mmol of protein.

【0018】かくしてトランスグルタミナーゼを作用さ
せることにより、1級アミノ基を含む化合物又はグルタ
ミン残基を含むペプチドによりタンパク質が修飾され、
当該タンパク質の物性が構造解析に適したものに改善さ
れ、その結果、構造解析用タンパク質試料が調製され
る。このような修飾によるタンパク質の溶解性および/
又は安定性の改善に伴いNMRによる構造解析が可能にな
る上、更に、導入した化合物を安定同位体標識すれば精
度の高い構造解析につながる。一方、タンパク質の溶解
性および/又は結晶性の向上は、X線結晶構造解析に役
立つ。両方法によって得られた構造情報は、タンパク質
工学又はドラッグデザインへ反映させることができる。
例えば、レセプターなどの膜タンパク質を水溶媒中に可
溶化することが可能となる。NMR解析及び結晶構造解析
が可能となった可溶化レセプター分子の構造情報をもと
に、アゴニスト又はアンタゴニストを設計し、新規薬物
の発見へと発展させることができる。トランスグルタミ
ナーゼを利用することによって、グルタミン残基とリジ
ン残基の両方、もしくは一方を修飾できることから、当
該タンパク質の配列や形に応じて、さまざまな修飾タン
パク質を作成することができる利点がある。更に、酵素
によってタンパク質を修飾する場合、当該タンパク質の
表面に位置する官能基が修飾されるため、立体構造が損
われにくいと考えられる。これは、タンパク質の立体構
造の内部に位置するアミノ酸残基まで修飾される化学的
修飾法に比較して大きな利点である。以下、本発明を実
施例に従って説明する。尚、本発明は実施例に限定され
るものではない。
By causing transglutaminase to act on the protein, the protein is modified with a compound containing a primary amino group or a peptide containing a glutamine residue,
The physical properties of the protein are improved to those suitable for structural analysis, and as a result, a protein sample for structural analysis is prepared. The protein solubility and / or
Alternatively, structural analysis by NMR becomes possible with the improvement of stability, and furthermore, if the introduced compound is labeled with a stable isotope, it will lead to highly accurate structural analysis. On the other hand, improvement in solubility and / or crystallinity of a protein is useful for X-ray crystal structure analysis. The structural information obtained by both methods can be reflected in protein engineering or drug design.
For example, it becomes possible to solubilize a membrane protein such as a receptor in an aqueous solvent. An agonist or an antagonist can be designed based on the structural information of the solubilized receptor molecule for which NMR analysis and crystal structure analysis have become possible, and the drug can be developed into a novel drug. By using transglutaminase, both or one of glutamine residues and lysine residues can be modified, so that there is an advantage that various modified proteins can be prepared according to the sequence and shape of the protein. Furthermore, when a protein is modified with an enzyme, the functional group located on the surface of the protein is modified, so that it is considered that the three-dimensional structure is not easily damaged. This is a great advantage compared to a chemical modification method in which amino acid residues located inside the three-dimensional structure of a protein are modified. Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

【0019】[0019]

【実施例】以下の実施例において、酵素としてStreptov
erticillium由来のトランスグルタミナーゼ(以下MTGと
略す)、1級アミンとしてグリシンを用い、荷電を帯び
たカルボン酸を導入することによってタンパク質の物性
改善を試みた。また、グリシンの窒素を15N標識(以
下、15N標識グリシンと呼ぶ)することによって安定同
位体の導入も行った。図2に反応の模式図を示す。図2の
式5はグルタミン残基を含むタンパク質を示しており、R
1はペプチド鎖、N末端アミノ酸又は水素のいずれか、R
2はペプチド鎖、C末端アミノ酸又は水酸基のいずれか
を示す。トランスグルタミナーゼの作用による修飾過程
又は15N標識過程については、NMRを用いて検出し、1H-N
MR測定、1H-15N HSQC測定(Bodenhausen, G. & Ruben,
D. J. (1980) Chem. Phys. Lett. 69, 185.)を必要に
応じて行った。各NMR測定には例えばBruker社製DMX-600
スペクトロメーターを用い、測定試料には磁場の安定性
を保つためのNMRロック用に5%のD2Oを添加した。溶媒に
は20mMリン酸ナトリウム(pH6)を用い、反応温度は37℃
とした。
EXAMPLES In the following examples, Streptov was used as the enzyme.
An attempt was made to improve the physical properties of proteins by using transglutaminase (hereinafter abbreviated as MTG) derived from erticillium, glycine as a primary amine, and introducing a charged carboxylic acid. Stable isotopes were also introduced by labeling the glycine nitrogen with 15 N (hereinafter referred to as 15 N-labeled glycine). FIG. 2 shows a schematic diagram of the reaction. Equation 5 in FIG. 2 shows a protein containing a glutamine residue, R
1 is a peptide chain, either an N-terminal amino acid or hydrogen, R
2 represents one of a peptide chain, a C-terminal amino acid and a hydroxyl group. The modification process or the 15 N labeling process by the action of transglutaminase is detected using NMR, and 1 HN
MR measurement, 1 H- 15 N HSQC measurement (Bodenhausen, G. & Ruben,
DJ (1980) Chem. Phys. Lett. 69, 185.) as needed. For each NMR measurement, for example, Bruker DMX-600
Using a spectrometer, 5% D 2 O was added to the measurement sample for NMR lock to maintain the stability of the magnetic field. 20 mM sodium phosphate (pH 6) was used as the solvent, and the reaction temperature was 37 ° C.
And

【0020】実施例1(モデル化合物の15 N標識グリシ
ンによる修飾) 修飾すべきタンパク質のモデル化合物としてN-carboben
zoxy-L-glutaminyl-glycine(以下CBZ-Gln-Glyと略す)
を取り上げ、15N標識グリシンによる修飾過程を追跡す
ることにした。CBZ-Gln-Gly 2.0mM、15N標識グリシン 1
0.5mM、MTG 4μMとなるように混合してから157分後に最
初の1H-15N HSQCスペクトルを測定し、その後1時間ごと
に同様の測定を行った。図3に反応時間とスペクトルを
示す。各試薬の混合から測定までの時間がトランスグル
タミナーゼ反応時間に相当する。1H-15N HSQC測定では
15Nと結合している1H由来のシグナルのみが観測される
ため、15N標識過程を定量的に追跡することができる。
ただし、高濃度に存在するプロトン由来のピークを完全
に消去することは難しく、図3では消え残ったピークにx
印を付記してある。反応生成物では1H-15N由来のシグナ
ルが観測されることから、徐々にGln残基のカルボキシ
アミド窒素と15N標識グリシンの架橋反応が進行してい
ることが判明した。以上の結果より、安定同位体を含む
化合物による修飾が可能であること、及び、NMRを用い
て修飾過程を追跡できることを示すことができた。ま
た、グリシンを修飾することによって、電荷のないカル
ボキシアミドにカルボン酸を付加している。新たに電荷
を帯びた官能基を付加できることから、溶解性や安定性
といった物性の改変が可能であることを示唆している。
Example 1 ( 15 N-labeled glycine of a model compound)
N-carboben as by modification) model Compounds of the protein to be modified down
zoxy-L-glutaminyl-glycine (hereinafter abbreviated as CBZ-Gln-Gly)
To follow the modification process by 15 N-labeled glycine. CBZ-Gln-Gly 2.0 mM, 15 N-labeled glycine 1
0.5 mM, the first 1 H- 15 N HSQC spectra measured are mixed such that the MTG 4 [mu] M after 157 minutes, the same measurement was carried out every hour thereafter. Figure 3 shows the reaction time and spectrum. The time from mixing of each reagent to measurement corresponds to the transglutaminase reaction time. For 1 H- 15 N HSQC measurement
Since only a signal derived from 1 H bound to 15 N is observed, the 15 N labeling process can be quantitatively followed.
However, it is difficult to completely eliminate the peaks derived from protons present at a high concentration.
The mark is added. A signal derived from 1 H- 15 N was observed in the reaction product, indicating that the cross-linking reaction between the carboxamide nitrogen of the Gln residue and 15 N-labeled glycine was gradually progressing. From the above results, it was shown that modification with a compound containing a stable isotope is possible, and that the modification process can be traced using NMR. In addition, carboxylic acid is added to uncharged carboxamide by modifying glycine. The ability to add a newly charged functional group suggests that physical properties such as solubility and stability can be modified.

【0021】実施例2(高分子量タンパク質の15 N標識
グリシンによる修飾) 高分子量タンパク質として牛血清アルブミン(serum al
bumin, bovine、以下BSAと略す)を取り上げ、15N標識
グリシンによる修飾を行った。BSA 2.4mM、15N標識グリ
シン 127mM、MTG 32μMとなるように混合し、2日間イン
キュベートした後、1H-15N HSQC測定を行った。1H-15N
HSQCスペクトル上に1つの相関ピークが観測され、少な
くても1個の15N標識グリシンがBSAのグルタミン残基へ
と結合したことが判明した(図4)。
[0021] 15 N-labeled Example 2 (high molecular weight proteins
Bovine serum albumin ( modified with glycine) as a high molecular weight protein
bumin, bovine, hereinafter abbreviated as BSA) and modified with 15 N-labeled glycine. BSA was mixed at 2.4 mM, 15 N-labeled glycine at 127 mM, and MTG at 32 μM, incubated for 2 days, and then subjected to 1 H- 15 N HSQC measurement. 1 H- 15 N
Is observed one correlation peak on HSQC spectrum, less even if one 15 N-labeled glycine was found that bound to the glutamine residue of BSA (Figure 4).

【0022】実施例3(タンパク質の修飾による溶解性
および安定性の改善) 実施例2記載の試料(以下グリシン化BSAと略す)とBSA
の物性を比較した。対象試料には、MTGを添加していな
いこと以外の条件を同じとするために、BSA 2.4mM、15N
標識グリシン127mMのみを2日間インキュベートしたもの
を用いた。室温におけるBSAの溶解性および安定性は高
いため、温度を上げてBSAが会合しやすい状態を作り出
すことにした。また、NMR解析においては、タンパク質
分子の回転・並進運動の増大に伴ってシグナル緩和が軽
減され、解析し易いスペクトルが得られることが知られ
ている。そのため、回転・並進運動を増大させるため
に、タンパク質が安定に保たれる範囲で、なるべく高い
温度で測定する傾向がある。したがって、高い温度条件
下において溶解性および安定性が改善されることは、NM
R解析にとって好ましく、構造解析に有利に働く。
Example 3 (Solubility by protein modification)
And stability improvement) The sample described in Example 2 (hereinafter abbreviated as glycinated BSA) and BSA
Were compared. In order to make the target sample the same conditions except that MTG was not added, BSA 2.4 mM, 15 N
The one in which only labeled glycine 127 mM was incubated for 2 days was used. Because of the high solubility and stability of BSA at room temperature, the temperature was increased to create a state where BSA could easily associate. In NMR analysis, it is known that signal relaxation is reduced with an increase in rotation and translational movement of a protein molecule, and a spectrum that can be easily analyzed is obtained. Therefore, in order to increase the rotation and translational movement, there is a tendency to measure at a temperature as high as possible within a range where the protein is kept stable. Thus, the improved solubility and stability under high temperature conditions is due to NM
Preferable for R analysis and works favorably for structural analysis.

【0023】両試料5μlを72℃、10分間インキュベート
したところ、白い沈殿が生じた。これを995μlのリン酸
バッファーに懸濁した後、15,000rpm、3minにて遠心
し、上清について280nmの吸光度(以下OD280と略す)を
比較した。濃度が高いほどOD28 0の値は大きくなり、溶
解性及び安定性に優れていることを示している。グリシ
ン化BSAではOD280 = 0.459 0.004、BSAではOD280 = 0.
366 0.006となり、グリシン化BSAの方が高い濃度を保
持しており、グリシンにより修飾することによって溶解
性及び安定性が改善されていることが判明した。なお、
測定結果は、2回の実験の平均値及び標準偏差を記載し
た。
When 5 μl of both samples were incubated at 72 ° C. for 10 minutes, a white precipitate was formed. This was suspended in 995 μl of a phosphate buffer, centrifuged at 15,000 rpm for 3 minutes, and the absorbance of the supernatant was compared at 280 nm (hereinafter abbreviated as OD 280 ). The concentration values of higher OD 28 0 is increased, which indicates that excellent solubility and stability. OD 280 = 0.459 0.004 for glycinated BSA, OD 280 = 0 for BSA.
The value was 366 0.006, indicating that the glycinated BSA retained a higher concentration, and that modification with glycine improved the solubility and stability. In addition,
As the measurement results, an average value and a standard deviation of two experiments are described.

【0024】実施例4(タンパク質の立体構造に及ぼす
修飾の影響) 実施例2記載のグリシン化BSAと、BSAの立体構造を比較
するために、1H-NMRスペクトルを測定した(図5A,
B)。測定温度は37℃である。購入したBSA(Sigma社製
品)に含まれていた未知の低分子化合物由来のピークが
3.70ppmに、未反応のグリシンのアルファプロトン由来
のピークが3.85ppmに、水由来のピークが4.70ppmに観測
され、その他のシグナルがグリシン化BSA(図5A)又
はBSA(図5B)由来のものである。高次構造を保持し
ているタンパク質に特徴的な0ppm近傍のシグナルをはじ
めとして、ほとんどのシグナルにおいてグリシン化によ
る化学シフト変化が起こっていない。したがって、BSA
の立体構造を損ねることなく、グリシンにより修飾でき
ていることが判明した。
Example 4 (Effects on the three-dimensional structure of proteins )
Influence of modification) In order to compare the steric structure of glycinated BSA described in Example 2 with that of BSA, 1 H-NMR spectrum was measured (FIG. 5A,
B). The measurement temperature is 37 ° C. Peaks derived from unknown low molecular weight compounds contained in purchased BSA (Sigma product)
At 3.70 ppm, a peak derived from unreacted glycine alpha proton was observed at 3.85 ppm, a peak derived from water was observed at 4.70 ppm, and other signals were derived from glycinated BSA (FIG. 5A) or BSA (FIG. 5B). It is. Most of the signals, including the signal near 0 ppm characteristic of proteins having a higher-order structure, have not undergone a chemical shift change due to glycation. Therefore, BSA
It was found that glycine could be modified without losing the three-dimensional structure of.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、任意のタンパク質と1
級アミン又はグルタミン残基を含むペプチドとにトラン
スグルタミナーゼを作用させることにより、当該タンパ
ク質をその本来の立体構造を損うことなしに修飾し、立
体構造解析に適した構造解析用タンパク質試料を調製す
ることができる。更に、修飾する化合物として安定同位
体を含むものを用いることにより、精度の高い構造解析
を行うことができる。
According to the present invention, any protein and 1
By acting transglutaminase on a peptide containing a secondary amine or a glutamine residue, the protein is modified without impairing its original three-dimensional structure, and a protein sample for structural analysis suitable for three-dimensional structure analysis is prepared. be able to. Furthermore, by using a compound containing a stable isotope as a compound to be modified, highly accurate structural analysis can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】タンパク質グルタミン残基、リジン残基の修飾
工程における反応様式を示したものである。
FIG. 1 shows a reaction mode in a modification step of a protein glutamine residue and a lysine residue.

【図2】グルタミン残基へ15Nグリシンを修飾する工程
の反応様式を示したものである。
FIG. 2 shows a reaction mode of a step of modifying 15 N glycine to a glutamine residue.

【図3】15N標識グリシンによるN-カルボベンゾキシ-L-
グルタミニルーグリシンの修飾過程における1H-15N HSQ
Cスペクトルの経時変化を示したものである。
FIG. 3. N-Carbobenzoxy-L- with 15 N-labeled glycine
1 H- 15 N HSQ in the modification process of glutaminyl Lou glycine
It shows the change with time of the C spectrum.

【図4】15N標識グリシンによって修飾されたBSAの1H-
15N HSQCスペクトルである。
FIG. 4. 1 H- of BSA modified with 15 N-labeled glycine
A 15 N HSQC spectrum.

【図5】(A)はBSAの1H-NMRスペクトルである。(B)は
15N標識グリシンによって修飾されたBSAの1H-NMRスペク
トルである。
FIG. 5 (A) is a 1 H-NMR spectrum of BSA. (B)
1 is a 1 H-NMR spectrum of BSA modified with 15 N-labeled glycine.

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────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年6月13日(2001.6.1
3)
[Submission date] June 13, 2001 (2001.6.1
3)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項5[Correction target item name] Claim 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0008】本発明は、トランスグルタミナーゼ触媒反
応を利用して、タンパク質のグルタミン残基又はリジン
残基、又はその両方の修飾を行う工程を含む。図1に酵
素反応様式を模式的に示した。式1、式3はそれぞれグル
タミン残基、リジン残基を含むタンパク質を示してお
り、R1、R1'はペプチド鎖、N末端アミノ酸又は水素の
いずれか、R2、R2'はペプチド鎖、C末端アミノ酸又は
水酸基のいずれかを示し、該タンパク質がトランスグル
タミナーゼの基質となる限りにおいて特に制限はない。
式2はトランスグルタミナーゼが作用する1級アミノ基
を含む化合物を示しており、R3に制限はなく、式2で示
した1級アミノ基を含む化合物の具体例としては、ヒド
ロキシルアミン、グリシン、リジン、硫酸水素アミノエ
チル、リン酸アミノエチル、アミノエタノール、リジン
を含むペプチドなどを挙げることができる。式4はトラ
ンスグルタミナーゼが作用するグルタミン残基を含むペ
プチドで、R3'はペプチド鎖、N末端アミノ酸又は水素
のいずれか、R'はペプチド鎖、C末端アミノ酸又は水
酸基のいずれかを示し、該ペプチドがトランスグルタミ
ナーゼの基質となる限りにおいて特に制限はない。式4
で示したグルタミン残基を含むペプチドは、カルボベン
ゾキシ基、糖鎖、ミリストイル基、リン酸基のような置
換基で修飾されていてもよく、その具体例としては、N-
カルボベンゾキシ-L-グルタミニル-グリシン(N-carbob
enzoxy-L-glutaminyl-glycine)(CBZ-Gln-Gly)、N-カル
ボベンゾキシ-L-グルタミニル-L-グルタミニル-グリシ
ン(N-carbobenzoxy-L-glutaminyl-L-glutaminyl-glycin
e)(CBZ-Gln-Gln-Gly)、N-カルボベンゾキシ-グリシル-
グリシル-L-グルタミニル-グリシン(N-carbobenzoxy-gl
ycyl-glycyl-L-glutaminyl-glycine) (CBZ-Gly-Gly-Gln
-Gly)などを挙げることができる。<配列表フリーテキスト> 配列番号1:トランスグルタミナーゼの基質
The present invention includes a step of modifying a glutamine residue and / or a lysine residue of a protein by utilizing a transglutaminase-catalyzed reaction. FIG. 1 schematically shows an enzyme reaction mode. Formulas 1 and 3 show proteins containing a glutamine residue and a lysine residue, respectively, where R 1 and R 1 ′ are peptide chains, any of N-terminal amino acids or hydrogen, and R 2 and R 2 ′ are peptide chains. , C-terminal amino acid or hydroxyl group, and is not particularly limited as long as the protein can be a substrate for transglutaminase.
Formula 2 shows a compound containing a primary amino group on which transglutaminase acts, R 3 is not limited, and specific examples of the compound containing a primary amino group shown in Formula 2 include hydroxylamine, glycine, Examples include lysine, aminoethyl hydrogen sulfate, aminoethyl phosphate, aminoethanol, and peptides containing lysine. Formula 4 is a peptide containing a glutamine residue on which transglutaminase acts, R 3 ′ represents a peptide chain, any of an N-terminal amino acid or hydrogen, and R 4 ′ represents a peptide chain, a C-terminal amino acid or a hydroxyl group, There is no particular limitation as long as the peptide serves as a substrate for transglutaminase. Equation 4
The peptide containing a glutamine residue shown in may be modified with a substituent such as a carbobenzoxy group, a sugar chain, a myristoyl group, or a phosphate group, and specific examples thereof include N-
Carbobenzoxy-L- glutaminyl -glycine (N-carbob
enzoxy-L- glutaminyl- glycine) (CBZ-Gln-Gly), N-carbobenzoxy-L- glutaminyl- glycine (N-carbobenzoxy-L- glutaminyl-L-glutaminyl- glycin)
e) (CBZ-Gln-Gln-Gly), N-carbobenzoxy- glycyl-
Glycyl -L-glutaminyl -glycine (N-carbobenzoxy- gl
ycyl-glycyl-L-glutaminyl- glycine) (CBZ-Gly-Gly-Gln
-Gly). <Sequence list free text> SEQ ID NO: 1: Transglutaminase substrate

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0025[Correction target item name] 0025

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、任意のタンパク質と1
級アミン又はグルタミン残基を含むペプチドとにトラン
スグルタミナーゼを作用させることにより、当該タンパ
ク質をその本来の立体構造を損うことなしに修飾し、立
体構造解析に適した構造解析用タンパク質試料を調製す
ることができる。更に、修飾する化合物として安定同位
体を含むものを用いることにより、精度の高い構造解析
を行うことができる。
According to the present invention, any protein and 1
By acting transglutaminase on a peptide containing a secondary amine or a glutamine residue, the protein is modified without impairing its original three-dimensional structure, and a protein sample for structural analysis suitable for three-dimensional structure analysis is prepared. be able to. Furthermore, by using a compound containing a stable isotope as a compound to be modified, highly accurate structural analysis can be performed.

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Ajinomoto CO., Inc. <120> A method of preparing proteins for structural analysis <130> Y1H0417 <140> 2000-141151 <141> 2000-05-15 <160> 1 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 4 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:substrate for transglutaminase <220> <221> MOD_RES <222> (1) <223> Xaa is N-carbobenzoxy-glycyl residue <400> 1 Xaa Gly Gln Gly 1[Sequence List] SEQUENCE LISTING <110> Ajinomoto CO., Inc. <120> A method of preparing proteins for structural analysis <130> Y1H0417 <140> 2000-141151 <141> 2000-05-15 <160> 1 <170 > PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 4 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: substrate for transglutaminase <220> <221> MOD_RES <222> (1) < 223> Xaa is N-carbobenzoxy-glycyl residue <400> 1 Xaa Gly Gln Gly 1

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 敬一 神奈川県川崎市川崎区鈴木町1−1 味の 素株式会社中央研究所内 Fターム(参考) 2G045 AA40 BB60 DA36 FA40 4B064 AG01 BH04 CA21 CB30 CD13 CD20 DA13 4H045 AA20 BA11 BA13 DA89 EA50 FA70  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Keiichi Yokoyama 1-1 Suzuki-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Ajinomoto Co. Central Research Laboratory F-term (reference) 2G045 AA40 BB60 DA36 FA40 4B064 AG01 BH04 CA21 CB30 CD13 CD20 DA13 4H045 AA20 BA11 BA13 DA89 EA50 FA70

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (i)トランスグルタミナーゼの作用に
よってタンパク質と1級アミノ基を含む化合物を反応さ
せること、および/または、(ii) トランスグルタミナ
ーゼの作用によってタンパク質とグルタミン残基を含む
ペプチドを反応させること、を含む、構造解析用タンパ
ク質試料の調製方法。
(I) reacting a protein with a compound containing a primary amino group by the action of transglutaminase; and / or (ii) reacting a protein with a peptide containing a glutamine residue by the action of transglutaminase. A method for preparing a protein sample for structural analysis, comprising:
【請求項2】 1級アミノ基を含む化合物、及び/又は
グルタミン残基を含むペプチドが安定同位体を含む、請
求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the compound containing a primary amino group and / or the peptide containing a glutamine residue contains a stable isotope.
【請求項3】 1級アミノ基を含む化合物が、更に親水
性の官能基又は水素結合のドナー若しくはアクセプター
となる官能基を含んだ化合物である、請求項1または2
に記載の方法。
3. The compound according to claim 1, wherein the compound containing a primary amino group further contains a hydrophilic functional group or a functional group serving as a hydrogen bond donor or acceptor.
The method described in.
【請求項4】 1級アミノ基を含む化合物がヒドロキシ
ルアミン、グリシン、リジン、硫酸水素アミノエチル、
リン酸アミノエチル、アミノエタノールおよびリジンを
含むペプチドからなる群より選ばれる、請求項1〜3の
いずれか1項に記載の方法。
4. A compound containing a primary amino group comprising hydroxylamine, glycine, lysine, aminoethyl hydrogen sulfate,
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is selected from the group consisting of peptides containing aminoethyl phosphate, aminoethanol and lysine.
【請求項5】 グルタミン残基を含むペプチドがN-カル
ボベンゾキシ-L-グルタミル-グリシン、N-カルボベンゾ
キシ-L-グリシル-グリシル-グルタミル-グリシンおよび
N-カルボベンゾキシ-L-グリシルーグリシル−グルタミ
ル-グリシンからなる群より選ばれる、請求項1〜4の
いずれか1項に記載の方法。
5. A peptide comprising a glutamine residue, wherein the peptide comprises N-carbobenzoxy-L-glutamyl-glycine, N-carbobenzoxy-L-glycyl-glycyl-glutamyl-glycine and
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the method is selected from the group consisting of N-carbobenzoxy-L-glycyl-glycyl-glutamyl-glycine.
【請求項6】 構造解析がNMR構造解析または結晶構造
解析である請求項1〜5に記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein the structural analysis is an NMR structural analysis or a crystal structure analysis.
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