JP2002241397A - Fluorescent protein and method for searching medicine - Google Patents

Fluorescent protein and method for searching medicine

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JP2002241397A
JP2002241397A JP2001043353A JP2001043353A JP2002241397A JP 2002241397 A JP2002241397 A JP 2002241397A JP 2001043353 A JP2001043353 A JP 2001043353A JP 2001043353 A JP2001043353 A JP 2001043353A JP 2002241397 A JP2002241397 A JP 2002241397A
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JP
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fluorescence
fluorescent protein
charge transfer
fluorescent
resonance energy
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Application number
JP2001043353A
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Japanese (ja)
Inventor
Keita Hamazaki
啓太 濱崎
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Rikogaku Shinkokai
Original Assignee
Rikogaku Shinkokai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for searching a medicine, in which fluorescent light from an excited state of a fluorescence resonance energy transfer is used to observe an interaction between biological molecules and search the medicine. SOLUTION: This method for searching the medicine comprises observing the fluorescent light from the excited state of the fluorescence resonance energy transfer. In the method for searching the medicine, the following fluorescent protein FtatRhd is used. The fluorescent protein has Tat49-57 peptide. The fluorescent protein has fluorescein and tetramethylrhodamine as fluorochromes. When bound to HIV-1 TAR RNA, the fluorescent protein emits fluorescent light from the excited state of the fluorescence resonance energy transfer. The fluorescent protein quenches in the molecule in a free state.

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、高効率の薬物探索
法を可能にする蛍光性蛋白質(ポリペプチドを含む。)
およびこの蛍光性蛋白質を用いる薬物探索法に関する。
The present invention relates to a fluorescent protein (including a polypeptide) which enables a highly efficient drug search method.
And a drug search method using the fluorescent protein.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、採用されている多くのハイスルー
プットスクリーニング法 (HTS)はreporter gene assay
に代表される生化学的手法であり、標的としている反応
を何らかの分光学的信号に置きかえて観測するものであ
る。
2. Description of the Related Art At present, many high-throughput screening methods (HTS) are used in reporter gene assays.
This is a biochemical method, which is to observe the target reaction by replacing it with a spectroscopic signal.

【0003】スクリーニングの組みかたによっては細胞
毒性等と同時に観測できるといった利点もあるが、標的
としている反応を間接的にみているため分光学的信号に
変換されるまでの課程で様々な副信号(error又はnoise)
が混入する可能性を含んでいた。
[0003] Depending on the type of screening, there is an advantage that it can be observed at the same time as cytotoxicity. However, since the target reaction is viewed indirectly, various sub-signals are converted in the course of conversion to a spectroscopic signal. (error or noise)
Was included.

【0004】そのためスクリーニングの結果得られる化
合物には本来の目的には当てはまらないもの(標的に非
特異的に結合する物質)を多く含んでいる可能性が否定
できなかった。また、単一の色素で標識して蛍光消光又
は蛍光異方性を用いる方法では検出できない生体分子間
の相互作用も数多く存在している。
[0004] Therefore, it cannot be denied that the compounds obtained as a result of the screening may contain a large amount of compounds that do not meet their intended purpose (substances that nonspecifically bind to the target). In addition, there are many interactions between biomolecules that cannot be detected by a method using fluorescence quenching or fluorescence anisotropy by labeling with a single dye.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
課題に鑑みてなされたものであり、従来の方法、蛍光強
度変化法、蛍光異方性変化法では難しいとされていた生
体分子、あるいは受容体とその配位子を標的に、蛍光共
鳴エネルギー移動 (fluorescence resonanceenergy tra
nsfer, FRET)、内部電荷移動 (internal charge transf
er, ICT)、これにはエキシマー、エキサイプレックス、
金属キレート内での電荷移動 (metal-centered charge
transfer, MCT), 分子内ねじれ電荷移動 (twistedintra
molecular charge transfer, TICT) が含まれ、これら
特殊励起状態からの蛍光を利用し生体分子間の相互作用
を観測しかつ薬物を探索する方法を開発することを目的
とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and biomolecules which have been considered to be difficult by the conventional method, the fluorescence intensity change method, and the fluorescence anisotropy change method, Alternatively, targeting the receptor and its ligand, fluorescence resonance energy transfer
nsfer, FRET), internal charge transf
er, ICT), which includes excimers, exciplexes,
Metal-centered charge
transfer, MCT), intramolecular torsional charge transfer (twistedintra
molecular charge transfer (TICT), and aims to develop a method for observing the interaction between biomolecules and searching for drugs using fluorescence from these specially excited states.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光性蛋白質
は、薬物探索機能を持っている。上述の蛍光性蛋白質
は、一つ又は複数の蛍光色素を有する場合がある。ま
た、上述の蛍光性蛋白質は、柔軟な構造を有する場合が
ある。また、上述の蛍光性蛋白質は、Tat49-57 ペプ
チドを有する場合がある。また、上述の蛍光性蛋白質
は、RNAと結合すると、蛍光共鳴エネルギー移動の励
起状態から蛍光を発する場合がある。また、上述のRN
Aは、メッセンジャーRNAである場合がある。また、
上述の蛍光性蛋白質は、遊離した状態では、分子内消光
を生じる場合がある。また、上述の蛍光性蛋白質は、蛍
光色素として、フルオレセインとテトラメチルローダミ
ンを有する場合がある。
Means for Solving the Problems The fluorescent protein of the present invention has a drug search function. The fluorescent proteins described above may have one or more fluorescent dyes. Further, the above-described fluorescent protein may have a flexible structure. The above-mentioned fluorescent protein may have a Tat49-57 peptide in some cases. When the above-mentioned fluorescent protein binds to RNA, it may emit fluorescence from the excited state of fluorescence resonance energy transfer. In addition, the above-mentioned RN
A may be messenger RNA. Also,
The above-mentioned fluorescent protein, when released, may cause intramolecular quenching. The above-mentioned fluorescent protein may have fluorescein and tetramethylrhodamine as fluorescent dyes in some cases.

【0007】本発明の薬物探索法は、蛍光解析法に基づ
くものである。上述の薬物探索法において、蛍光解析法
とは蛍光共鳴エネルギー移動、内部電荷移動すなわちエ
キシマー、エキサイプレックス、金属キレート内での電
荷移動、または分子内ねじれ電荷移動の励起状態からの
蛍光を含む場合がある。また、上述の薬物探索法におい
ては、上述の蛍光性蛋白質を用いる場合がある。
[0007] The drug search method of the present invention is based on a fluorescence analysis method. In the drug discovery method described above, the fluorescence analysis method may include fluorescence from the excited state of fluorescence resonance energy transfer, internal charge transfer or excimer, exciplex, charge transfer within a metal chelate, or intramolecular torsional charge transfer. is there. In the above-described drug search method, the above-described fluorescent protein may be used.

【0008】本発明の蛍光性蛋白質および薬物探索法に
よれば、つぎのようになる。すなわち、蛍光性蛋白質
は、その柔軟な構造から、遊離しているときはペプチド
が屈曲し、疎水性相互作用から、色素−色素二量体を形
成する。その結果、蛍光性蛋白質内では分子内消光が生
じる。また、この蛍光性蛋白質は、RNAと結合すると
屈曲した構造が伸びて色素−色素二量体が解消され、蛍
光共鳴エネルギー移動が生じる。
According to the fluorescent protein and drug search method of the present invention, the following results are obtained. In other words, the fluorescent protein forms a dye-dye dimer due to its flexible structure, the peptide bends when released, and the hydrophobic interaction. As a result, intramolecular quenching occurs within the fluorescent protein. In addition, when this fluorescent protein binds to RNA, the bent structure is elongated to dissolve the dye-dye dimer, and fluorescence resonance energy transfer occurs.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、蛍光性蛋白質および薬物探
索法にかかる発明の実施の形態について説明する。本実
施の形態にかかる発明は、薬物探索能を持つ蛍光性蛋白
質を作成し、蛍光共鳴エネルギー移動または電荷移動蛍
光を利用して目的の生体分子に結合する化合物を直接観
測し見つけだすシステムの構築を目的とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention relating to a fluorescent protein and a drug search method will be described. The invention according to the present embodiment is to create a fluorescent protein having drug discovery ability, and to construct a system for directly observing and finding a compound that binds to a target biomolecule using fluorescence resonance energy transfer or charge transfer fluorescence. Aim.

【0010】本実施の形態にかかる発明は、要約する
と、まず探索する薬物が作用する生体分子, 蛋白質、核
酸(DNA, RNA)とこれらが作用する生体分子(リガン
ド)を蛍光色素で標識しトレーサー分子を作製する。そ
して、生体分子間の結合に伴って起こる分子構造の変化
を、蛍光共鳴エネルギー移動または電荷移動蛍光を用い
て分光信号に変換し、生体分子、主として蛋白質および
生体情報をつかさどる遺伝子情報であるところの核酸
(DNA, RNA) に結合する分子を大量かつ迅速に探索する
方法 (High-throughput screening,HTS)を開発した。
The invention according to the present embodiment is summarized as follows. First, a biomolecule, protein, nucleic acid (DNA, RNA) on which a drug to be searched acts and a biomolecule (ligand) on which these act on are labeled with a fluorescent dye and tracer. Create a molecule. Then, the change in the molecular structure caused by the binding between the biomolecules is converted into a spectral signal using fluorescence resonance energy transfer or charge transfer fluorescence, and the biomolecules, mainly proteins and genetic information that controls biological information. Nucleic acid
We have developed a method (High-throughput screening, HTS) for rapidly and abundantly searching for molecules that bind to (DNA, RNA).

【0011】すなわち、リガンドとなる生体分子を一つ
または二つ以上の蛍光色素で標識し分子間の結合時に生
ずる蛍光共鳴エネルギー移動からの発光または電化移動
蛍光を観測する。これら二つの分子間の結合阻害剤が存
在すると、従来のリガンド生体分子と競合的に結合する
ため蛍光共鳴エネルギー移動からの発光または電化移動
蛍光の著しい増大または減少として観測される。
That is, a biomolecule serving as a ligand is labeled with one or more fluorescent dyes, and emission or charge-transfer fluorescence from fluorescence resonance energy transfer generated upon binding between the molecules is observed. The presence of a binding inhibitor between these two molecules is observed as a significant increase or decrease in luminescence or charge transfer fluorescence from fluorescence resonance energy transfer due to competitive binding to conventional ligand biomolecules.

【0012】本実施の形態にかかる薬物探索法の発明
は、蛍光解析法に基づく薬物探索法である。ここで蛍光
解析法の具体的な内容はつぎのようになる。すなわち、
多くの蛋白質、核酸に代表させる生体分子がそれらの結
合に伴い互いの構造を大きく変化させることに着眼しリ
ガンドとなる生体分子を二つの蛍光色素または複数の発
光因子で標識し分子間の結合時に生ずる蛍光共鳴エネル
ギー移動 (fluorescenceresonance energy transfer, F
RET)、内部電荷移動 (internal charge transfer, ICT)
すなわちエキシマー、エキサイプレックス、金属キレー
ト内での電荷移動(metal-centered charge transfer, M
CT), 分子内ねじれ電荷移動 (twistedintramolecular c
harge transfer, TICT),等の特殊励起状態からの蛍光を
観測する方法である。
The invention of the drug search method according to the present embodiment is a drug search method based on fluorescence analysis. Here, the specific contents of the fluorescence analysis method are as follows. That is,
Focusing on the fact that many biomolecules, such as proteins and nucleic acids, greatly change their structures as they bind, the biomolecules that serve as ligands are labeled with two fluorescent dyes or multiple luminescent factors, and when binding between molecules, The resulting fluorescence resonance energy transfer (F)
RET), internal charge transfer (ICT)
That is, charge transfer within excimers, exciplexes, and metal chelates (Metal-centered charge transfer, M
CT), twistedintramolecular c
This is a method of observing fluorescence from a special excited state such as harge transfer, TICT).

【0013】この探索法は広範囲の生体分子を標的にデ
ザインすることができ、直ちに薬物探索に応用可能であ
る。
This search method can be designed for a wide range of biomolecules and can be immediately applied to drug search.

【0014】つぎに、本実施の形態にかかる発明につい
て具体的に説明する。この発明の具体的応用例として、
エイズウィルスHIV-1 のゲノム情報の転写活性部位であ
るメッセンジャーRNA (TAR RNA、図1) とそこに結合す
る蛋白質 (Tat)を取り上げ、この発明の有効性を証明し
た。TAR RNA に結合する Tat蛋白質の場合、剛直な構造
を待たない、すなわち柔軟な構造を持つため蛍光偏光解
消法を利用することができない。
Next, the invention according to the present embodiment will be specifically described. As a specific application example of the present invention,
Messenger RNA (TAR RNA, FIG. 1), which is a transcriptional active site of the genomic information of HIV-1 virus, and a protein (Tat) bound thereto were taken up, and the effectiveness of the present invention was proved. In the case of a Tat protein that binds to TAR RNA, it does not have to wait for a rigid structure, that is, it has a flexible structure, so that the fluorescence depolarization method cannot be used.

【0015】そこで Tat蛋白質の RNA結合部位であるTa
t49-57ペプチドのC-末端をテトラメチルローダミンで、
N-末端をフルオレセインで標識した蛍光性ペプチド(Fta
tRhd、図1) を化学合成し、フルオレセインからテトラ
メチルローダミンへの蛍光共鳴エネルギー移動 (FRET)
を利用するハイスループットスクリーニング法 (HTS)の
トレサー(FtatRhd )を調整した。
Therefore, the RNA binding site of the Tat protein, Ta
C-terminal of t49-57 peptide is tetramethylrhodamine,
Fluorescein-labeled fluorescent peptide at the N-terminus (Fta
tRhd, Fig. 1) was chemically synthesized, and fluorescence resonance energy transfer (FRET) from fluorescein to tetramethylrhodamine was performed.
The tracer (FtatRhd) of the high-throughput screening method (HTS) utilizing was prepared.

【0016】Tat蛋白質のmRNA結合部位であるTat49-57
ペプチドの両末端にアラニンを3つづつスペーサーとし
て配した15アミノ酸からなるポリペプチドはFmoc保護
アミノ酸を用いた固相合成法によって合成し、5−カル
ボキシフルオレセインスクシンイミド(Molecular Prob
es社製)を用いてフルオレセイン単位を N末端にアミド
結合を形成させる縮合反応により導入し、ローダミン単
位は C末端のシステインにテトラメチルローダミンマレ
イミド(Molecular Probes社製)を用いてチオエーテル
結合を介して導入した。
Tat49-57 which is an mRNA binding site of Tat protein
A polypeptide consisting of 15 amino acids in which three alanines are arranged at both ends of the peptide as spacers was synthesized by a solid phase synthesis method using Fmoc-protected amino acids, and 5-carboxyfluorescein succinimide (Molecular Prob
fluorescein unit is introduced by a condensation reaction to form an amide bond at the N-terminus, and the rhodamine unit is attached to the C-terminal cysteine via a thioether bond using tetramethylrhodamine maleimide (manufactured by Molecular Probes). Introduced.

【0017】これを逆相カラムを用いる高分解能液体ク
ロマトグラフィー(HPLC)にて精製し、質量分析(MALDI
-TOF MS)により同定した。
This was purified by high-resolution liquid chromatography (HPLC) using a reversed-phase column, and mass spectrometry (MALDI
-TOF MS).

【0018】FtatRhd の100ナノモラー水溶液を緩衝
溶液(トリス塩酸20ミリモラー、塩化ナトリウム 140ミ
リモラー、塩化カリウム5ミリモラー、塩化マグネシウ
ム1ミリモラー、pH 7.5)に調製し、これを TAR RNAの
溶液で滴定すると著しいFRET蛍光の増大が観測された
(図3(B)および(C))。
A 100 nanomolar aqueous solution of FtatRhd is prepared in a buffer solution (20 millimolar Tris-HCl, 140 millimolar sodium chloride, 5 millimolar potassium chloride, 1 millimolar magnesium chloride, pH 7.5), and titration with a TAR RNA solution results in significant FRET. An increase in fluorescence was observed (FIGS. 3 (B) and (C)).

【0019】すなわち天然型HIV-1 TAR RNA (wtTAR) と
Tat蛋白質の結合がトレーサーFtatRhd を用いることに
よりFRET蛍光の信号に変換される。この機構を図3
(A)を参照しながら説明する。トレーサー(FtatRhd)
は単体(遊離状態)ではその構造の柔軟性から折れ曲が
り両末端に配置された色素は互いに疎水性相互作用から
近接し、分子内で色素の二量体が形成される。結果とし
てドナー(D)の励起状態はアクセプター(A)によっ
て分子内消光されている。ところが FtatRhdがwtTAR に
結合すると両色素間には距離が保たれ蛍光共鳴エネルギ
ー移動を伴う発光が観測される。
That is, natural HIV-1 TAR RNA (wtTAR)
The binding of the Tat protein is converted to a FRET fluorescence signal by using the tracer FtatRhd. This mechanism is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Tracer (FtatRhd)
In a simple substance (in a free state), the dye is bent due to the flexibility of its structure, and the dyes arranged at both ends come close to each other due to hydrophobic interaction, and a dimer of the dye is formed in the molecule. As a result, the excited state of the donor (D) is intramolecularly quenched by the acceptor (A). However, when FtatRhd binds to wtTAR, a distance is maintained between the two dyes, and light emission accompanied by fluorescence resonance energy transfer is observed.

【0020】wtTAR の Tat蛋白質結合部位から結合認識
に不可欠な3塩基を取り除いたもの(これは Tat蛋白質
を結合しないことが既に知られている。dTAR、図2)を
FtatRhd の100ナノモラー水溶液に添加していっても
何ら、 FtatRhdの蛍光スペクトルに変化は見られなかっ
た(図3(C))。この結果は FtatRhdがHIV-1TAR RNA
に特異的に結合することを証明している。
The TTA protein binding site of wtTAR, in which three bases essential for binding recognition have been removed (this is already known not to bind Tat protein; dTAR, FIG. 2)
Even when added to a 100 nanomolar aqueous solution of FtatRhd, no change was observed in the fluorescence spectrum of FtatRhd (FIG. 3 (C)). This result indicates that FtatRhd is HIV-1TAR RNA
Has been shown to specifically bind to

【0021】一方、フルオレセインのみで標識したTat
(Ftat 、図2) の緩衝溶液を同様にTAR RNAで滴定した
ところ18%の蛍光減少を観測するに留まった(図4
(A))。テトラメチルローダミンで標識したもの(tat
Rhd 、図2) では TAR RNAを滴下しても蛍光変化が観測
されなかった(図4(B))。
On the other hand, Tat labeled only with fluorescein
When the buffer solution (Ftat, FIG. 2) was similarly titrated with TAR RNA, only a 18% decrease in fluorescence was observed (FIG. 4).
(A)). Labeled with tetramethylrhodamine (tat
Rhd (FIG. 2) showed no change in fluorescence even when TAR RNA was dropped (FIG. 4 (B)).

【0022】この薬物探索能を持つ蛍光性蛋白質がたし
かに機能することを証明するためにTat蛋白質のTAR RNA
結合部位である天然型のTat49-57ペプチド(wt-Tat)と
このペプチドから特異的結合に必要なアルギニンをアラ
ニンで置換したモデルペプチド(T81, T71, T61 T51, T5
2, T41, T31,表1) を作成し、FtatRhd の薬物探索能を
評価した。
In order to prove that this fluorescent protein having drug discovery ability functions, TAR RNA of Tat protein was used.
The natural-type Tat49-57 peptide (wt-Tat) which is a binding site and a model peptide (T81, T71, T61 T51, T5) in which arginine necessary for specific binding is substituted with alanine from this peptide
2, T41, T31, Table 1) were prepared, and the drug search ability of FtatRhd was evaluated.

【0023】FtatRhd 100ナノモラー、TAR RNA 80
0ナノモラーの水溶液を緩衝溶液(pH7.5)に調製し、こ
れを薬物の溶液で、滴定していくとその薬物のTAR RNA
に対する結合力を反映したFRET蛍光の減少として観測さ
れる(図5)。
FtatRhd 100 nanomolar, TAR RNA 80
An aqueous solution of 0 nanomolar is prepared in a buffer solution (pH 7.5), and the solution is titrated with a solution of the drug.
It is observed as a decrease in FRET fluorescence reflecting the binding force to (FIG. 5).

【0024】天然型およびモデルペプチドのTRA RNA に
対する結合力(解離定数)は式1により算出できる。 (式1) [薬物]0 = (KD(i1 - i ) / Kd (i - i0) + 1
) × ( [標的]0 - Kd(i - i0) / (i1 - i ) - [トレー
サー]0 (i - i0 ) / (i1 - i0))
The binding force (dissociation constant) of the native type and the model peptide to TRA RNA can be calculated by equation 1. (Formula 1) [Drug] 0 = (KD (i1-i) / Kd (i-i0) + 1
) × ([target] 0-Kd (i-i0) / (i1-i)-[tracer] 0 (i-i0) / (i1-i0))

【0025】なお、ここで [薬物]0,[標的]0 , [トレー
サー]0はそれぞれ添加した薬物、標的(この実施の形態
ではHIV-1 TAR RNA , 図1)、トレーサー(この実施の
形態ではFtatRhd,図1)の濃度、KDとKdはそれぞれ薬物
と標的、トレーサーと標的との解離定数、i1、i0、i 、
はそれぞれ、標的とトレーサーの複合体、トレーサー、
標的とトレーサーの混合溶液に薬物添加時に観測される
観測波長576nm における蛍光強度を表す。
Here, [drug] 0, [target] 0, and [tracer] 0 are the added drug, target (HIV-1 TAR RNA in this embodiment, FIG. 1), and tracer (this embodiment, respectively). Then, the concentration of FtatRhd, Fig. 1), KD and Kd are the dissociation constants of drug and target, tracer and target, i1, i0, i,
Are the target and tracer complex, tracer,
It represents the fluorescence intensity at an observation wavelength of 576 nm observed when a drug is added to a mixed solution of a target and a tracer.

【0026】その結果を表1に示す。wt-Tatペプチドの
解離定数は70ナノモラーと決定され、以下アラニンで置
換されるアルギニンの数が増えるごとに解離定数の値は
増大し wtTAR RNAとの結合力が弱いことが示される。以
上の結果は FtatRhdがHIV-1TAR RNA を標的とする薬物
探索トレーサーとして確かに機能しこの原理を利用する
と様々な薬物のHIV-1 TAR RNA とTat 蛋白質複合体の結
合阻害能を蛍光観測により容易に数値化することができ
ることを示している。
Table 1 shows the results. The dissociation constant of the wt-Tat peptide was determined to be 70 nanomolar, indicating that the dissociation constant increases as the number of arginines substituted with alanine increases, indicating that the binding force to wtTAR RNA is weak. The above results indicate that FtatRhd certainly functions as a drug discovery tracer targeting HIV-1 TAR RNA, and by utilizing this principle, the ability of various drugs to inhibit the binding of HIV-1 TAR RNA to the Tat protein complex can be easily determined by fluorescence observation. It is shown that it can be converted into a numerical value.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】さらに既存の抗生物質を使ってこの探索方
法を評価した結果を以下に示す。検出対象となる抗生物
質として選択したのはゲンタマイシン、ハイグロマイシ
ンB、カナマイシンA, カナマイシンB、ネオマイシ
ン、ネアミン、パロモマイシン、リボスタマイシン、ス
トレプトマイシン、トブラマイシンの10種類でそれぞ
れ観測時の濃度が50マイクロモラーになるように調製
しその時の蛍光強度の変化率を比較した(図5)。
The results of evaluating this search method using existing antibiotics are shown below. The antibiotics to be detected were gentamicin, hygromycin B, kanamycin A, kanamycin B, neomycin, neamine, paromomycin, ribostamycin, streptomycin, and tobramycin, and the concentration at the time of observation was 50 micromolar. And the rates of change in fluorescence intensity at that time were compared (FIG. 5).

【0029】ここで、I, I0, IT はそれぞれ薬物50マ
イクロモラー添加時のTAR RNA 800マイクロモラー存在
下での FtatRhd 100マイクロモラー溶液、TAR RNA 800
マイクロモラー存在下での FtatRhd 100マイクロモラー
溶液、FtatRhd 100 マイクロモラー溶液のみの観測波長
576 nm における蛍光強度を表す。
Here, I, I0, and IT are FtatRhd 100 micromolar solution and TAR RNA 800 in the presence of TAR RNA 800 micromolar when 50 micromolar of drug is added, respectively.
Observation wavelength of FtatRhd 100 micromolar solution in the presence of micromolar, FtatRhd 100 micromolar solution only
Indicates the fluorescence intensity at 576 nm.

【0030】ここで (I0 - I) / (I0 - IT) > 0.5 とす
ると、トブラマイシン、パロモマイシン、ネアミン、ネ
オマイシン、カナマイシンB、カナマイシンA 、ゲンタ
マイシンが検出されるが、(I0 - I) / (I0 - IT) > 0.7
5 とするとトブラマイシン、ネアミン、ネオマイシン、
カナマイシンBが検出される。また(I0 - I) / (I0 -I
T) > 0.90ではネオマイシンのみが検出される。
If (I0-I) / (I0-IT)> 0.5, tobramycin, paromomycin, neamine, neomycin, kanamycin B, kanamycin A and gentamicin are detected, but (I0-I) / (I0-IT) -IT)> 0.7
5 means tobramycin, neamine, neomycin,
Kanamycin B is detected. Also, (I0-I) / (I0 -I
At T)> 0.90, only neomycin is detected.

【0031】天然のTat タンパク質が、(I0 - I) / (I0
- IT) > 0.75 を示すためにはネオマイシンの1/1000程
度の濃度(50ナノモラー)で足り、調製する検体の濃
度とその時示される蛍光強度の変化率 (I0 - I) / (I0
- IT) を比較することで目的にかなった薬物を探索する
ことが可能である。HIV-1 TAR RNA をターゲットにした
蛍光スクリーニング法は96 well plate などを利用する
大量かつ迅速なスクリーニング (high-throughput scre
ening, HTS) にも適用可能であり、抗HIV 薬剤の開発に
貢献が期待できる。
The natural Tat protein is (I0-I) / (I0
A concentration of about 1/1000 of neomycin (50 nanomolar) is sufficient to show -IT)> 0.75, and the concentration of the specimen to be prepared and the change rate of the fluorescence intensity indicated at that time (I0-I) / (I0
-IT) can be used to search for a suitable drug. The fluorescent screening method targeting HIV-1 TAR RNA is a large-scale and rapid screening method using a 96-well plate (high-throughput screen).
ening, HTS), and is expected to contribute to the development of anti-HIV drugs.

【0032】なお、上述の実施の形態では、トレーサー
として、Tat49-57 ペプチド、およびフルオレセイン
とテトラメチルローダミン(蛍光色素)を有する例につ
いて説明した。しかし、トレーサーはこれに限定される
わけではない。たとえば、シーケンスはこのほか、同じ
エイズウィルスHIV-1 のゲノム情報転写活性を促進する
メッセンジャーRNA(RRE RNA)とその結合蛋白質(Rev) で
はRev34-50ペプチドを採用することができ、一般にトレ
ーサーとなるペプチドのシークエンスは標的とする生体
分子、蛋白質、レセプター等の結合部位から適宜選択す
ることができる。
In the above-described embodiment, an example has been described in which the Tat49-57 peptide and fluorescein and tetramethylrhodamine (fluorescent dye) are used as tracers. However, tracers are not limited to this. For example, the sequence can also use the Rev34-50 peptide for messenger RNA (RRE RNA) and its binding protein (Rev) that promote the transcriptional activity of genomic information of the same AIDS virus, HIV-1, and will generally be a tracer. The sequence of the peptide can be appropriately selected from the binding sites of the target biomolecule, protein, receptor and the like.

【0033】また、蛍光色素はこのほか、ダンシル、ダ
ブシル、クマリン等をあげることができ、またこれらの
色素を適宜組み合わせることで蛍光共鳴エネルギー移動
を導くことができる。
In addition, examples of the fluorescent dye include dansyl, dabsyl, coumarin, and the like, and a proper combination of these dyes can induce fluorescence resonance energy transfer.

【0034】また、蛍光色素の数は2ばかりでなくこの
ほか、1または3〜50を採用することができる。
The number of fluorescent dyes is not limited to two, but may be one or three to fifty.

【0035】上述の実施の形態では、蛍光解析法として
蛍光共鳴エネルギー移動を利用する方法について具体的
に説明した。しかし、蛍光解析法としては蛍光共鳴エネ
ルギー移動を利用する方法に限定されるわけではない。
蛍光解析法としてはこのほか、内部電荷移動 (internal
charge transfer, ICT)すなわちエキシマー、エキサイ
プレックス、金属キレート内での電荷移動 (metal-cent
ered charge transfer, MCT), 分子内ねじれ電荷移動
(twisted intramolecular charge transfer, TICT),等
を利用する方法をあげることができる。
In the above-described embodiment, a method utilizing fluorescence resonance energy transfer as a fluorescence analysis method has been specifically described. However, the fluorescence analysis method is not limited to a method using fluorescence resonance energy transfer.
Other methods of fluorescence analysis include internal charge transfer (internal
charge transfer (ICT), that is, charge transfer within excimers, exciplexes, and metal chelates.
ered charge transfer (MCT), intramolecular twisted charge transfer
(twisted intramolecular charge transfer, TICT), and the like.

【0036】内部電荷移動は、色素分子内で電荷移動を
伴う励起状態のことで、エキシマー、エキサイプレック
ス、金属から配位子への電荷移動(MLCT)、配位子
から金属への電荷移動(LMCT)、配位子から配位子
への電荷移動(LLCT)、分子内ねじれ電荷移動(T
ICT)等を含む。
The internal charge transfer is an excited state involving charge transfer in a dye molecule, and is a charge transfer from an excimer, an exciplex, a metal to a ligand (MLCT), or a charge transfer from a ligand to a metal (MLCT). LMCT), ligand-to-ligand charge transfer (LLCT), intramolecular torsional charge transfer (T
ICT).

【0037】具体的には、エキシマー(excimer) 蛍光は
二つの同一の色素がより安定な励起状態である電荷移動
二量体を形成することによる励起二量体(excited state
dimer)からの発光である。
In particular, excimer fluorescence is an excited state in which two identical dyes form a charge transfer dimer which is a more stable excited state.
dimer).

【0038】また、エキサイプレックス(exciplex)蛍光
は色素とアミンから形成されるより安定な励起状態であ
る電荷移動複合体を形成することによる励起複合体(exc
itedstate complex)からの発光である。
Also, exciplex fluorescence is an excitation complex (exclusion complex) formed by forming a charge transfer complex which is a more stable excited state formed from a dye and an amine.
It is light emission from the itedstate complex).

【0039】また、金属キレート内での電荷移動は、金
属イオンと適切な配位子が複合体(キレート)を形成し
た際におこる分子内電荷移動であり、これには金属から
配位子への電荷移動(MLCT)、配位子から金属への
電荷移動(LMCT)が含まれる。
The charge transfer in a metal chelate is an intramolecular charge transfer that occurs when a metal ion and a suitable ligand form a complex (chelate), which includes the transfer of a metal to a ligand. Charge transfer (MLCT), ligand to metal charge transfer (LMCT).

【0040】また、分子内ねじれ電荷移動(TICT)
は色素分子のねじれと電荷移動を伴う励起状態のことで
ある。
In addition, intramolecular torsional charge transfer (TICT)
Is an excited state involving torsion and charge transfer of a dye molecule.

【0041】上述の実施の形態では、生体分子、主とし
て蛋白質および生体情報をつかさどる遺伝子情報である
ところの核酸 (DNA, RNA) に結合する分子を大量かつ迅
速に探索する分野について説明した。しかし、本発明は
この利用分野に限定されるわけではない。本発明はこの
ほか様々な生体分子間の相互作用に適用でき、DNAと
蛋白質または配位子、蛋白質と蛋白質、酵素と基質、受
容体と配位子等があげられ、適切な蛍光解析法を選択
し、蛍光性トレーサーを設計することで新たな薬物探索
法を開発することができる。
In the above-described embodiment, the field of exploring a large amount and a rapid search for molecules that bind to biomolecules, mainly proteins and nucleic acids (DNA, RNA), which are genetic information that controls biological information, has been described. However, the invention is not limited to this application. The present invention can be applied to other interactions between various biomolecules, including DNA and proteins or ligands, proteins and proteins, enzymes and substrates, receptors and ligands, etc. By selecting and designing fluorescent tracers, new drug discovery methods can be developed.

【0042】また、本発明は上述の実施の形態に限らず
本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採
り得ることはもちろんである。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention.

【0043】{参考文献} 公知文献:A high-throughput screening utilizing in
tramolecularfluorescence resonance energy transfer
for the discovery of themolecules that bind HIV-1
TAR RNA specificallyBioorganic & Medicinal Chemis
try Letters 2000, 10, 1857-1861 (2000.8.21presse
d)
References Known: A high-throughput screening utilizing in
tramolecularfluorescence resonance energy transfer
for the discovery of themolecules that bind HIV-1
TAR RNA specifically Bioorganic & Medicinal Chemis
try Letters 2000, 10, 1857-1861 (2000.8.21presse
d)

【0044】学会発表:分子内蛍光共鳴エネルギー移動
を利用したHIV-1 TAR RNA に結合する分子の新規探索法
の開発 松本千春、濱崎啓太、三原久和、上野昭彦 第15回生体関連シンポジウム、2000、9.23-24 、奈良
女子大学
Presentation at the conference: Development of a novel search method for molecules that bind to HIV-1 TAR RNA using intramolecular fluorescence resonance energy transfer Chiharu Matsumoto, Keita Hamasaki, Hisakazu Mihara, Akihiko Ueno The 15th Symposium on Biological Science, 2000 , 9.23-24, Nara Women's University

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。従来のリポータージーンを利用する方法とは
異なり、蛍光共鳴エネルギー移動(fluorescence resona
nce energy transfer, FRET )、内部電荷移動 (interna
lcharge transfer, ICT) すなわちエキシマー、エキサ
イプレックス、金属キレート内での電荷移動 (metal-ce
ntered charge transfer, MCT), 分子内ねじれ電荷移動
(twisted intramolecular charge transfer, TICT),等
の特殊励起状態からの蛍光を利用するこの方法では特定
の標的に結合する薬物の結合力に関する情報を分光学的
情報に変換するため、化合物(薬物)の情報を直接観測
することができる。また容易に数値化できるためhigh-t
hroughput screening (HTS) に適用することができ、薬
物としての効果の比較を容易にしている。
The present invention has the following effects. Unlike the conventional method using the reporter gene, fluorescence resonance energy transfer (fluorescence resona
nce energy transfer, FRET), internal charge transfer (interna
lcharge transfer, ICT) charge transfer within excimers, exciplexes, and metal chelates (metal-ce
ntered charge transfer (MCT), intramolecular torsional charge transfer
(twisted intramolecular charge transfer, TICT), which utilizes fluorescence from a special excited state, converts information on the binding force of a drug that binds to a specific target into spectroscopic information. Information can be observed directly. Also, since it can be easily digitized, high-t
It can be applied to hroughput screening (HTS), making it easier to compare drug effects.

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

【図1】天然型HIV-1 TAR RNA (wtTAR) の二重構造、お
よび蛍光性 Tat、FtatRhd のアミノ配列と色素の構造を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the double structure of native HIV-1 TAR RNA (wtTAR) and the amino acid sequences of fluorescent Tat and FtatRhd and the structure of a dye.

【図2】Tat蛋白質を結合しないdTAR RNAの二重構造、
および蛍光性 Tat、Ftat、tatRhdのアミノ配列と色素の
構造を示す図である。
FIG. 2: Double structure of dTAR RNA that does not bind to Tat protein,
FIG. 3 is a diagram showing the amino sequence of fluorescent Tat, Ftat, and tatRhd and the structure of a dye.

【図3】トレーサー (FtatRhd)と天然型TAR RNA(wtTAR)
の結合と、それに伴う FtatRhdの構造変化(A)、トレ
ーサー (FtatRhd)の水溶液に天然型TAR RNA(wtTAR)を添
加したときの蛍光スペクトルの変化(B)、トレーサー
(FtatRhd)の水溶液に天然型TAR RNA(wtTAR)、または非
結合性 TAR RNA(dTAR)を添加したときの 576nmにおける
蛍光強度の比較を示す図である。
Fig. 3 Tracer (FtatRhd) and natural TAR RNA (wtTAR)
And the resulting structural change of FtatRhd (A), the change in fluorescence spectrum when natural TAR RNA (wtTAR) is added to an aqueous solution of tracer (FtatRhd) (B), the tracer
FIG. 4 is a diagram showing a comparison of fluorescence intensity at 576 nm when natural TAR RNA (wtTAR) or non-binding TAR RNA (dTAR) is added to an aqueous solution of (FtatRhd).

【図4】Ftat(A) 、tatRhd(B)の水溶液( 100ナノモ
ラー)に TAR RNAを添加したときの蛍光スペクトルを示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a fluorescence spectrum when TAR RNA is added to an aqueous solution (100 nanomolar) of Ftat (A) and tatRhd (B).

【図5】トレーサー(FtatRhd)100ナノモラーと天然型TA
R RNA(wtTAR) 800ナノモラーの水溶液に薬物を添加した
ときの蛍光スペクトルの変化(A)、天然型 TAR RNA(w
tTAR)と薬物の結合、それに伴う FtatRhdの構造変化
(B)、トレーサー (FtatRhd) 100ナノモラーと天然型
TAR RNA(wtTAR) 800ナノモラーの水溶液に薬物を添加し
たときの 576nmにおける蛍光強度の比較を示す図であ
る。
Fig. 5 Tracer (FtatRhd) 100 nanomolar and natural TA
R RNA (wtTAR) Changes in fluorescence spectrum when drug is added to 800 nanomolar aqueous solution (A), natural TAR RNA (w
tTAR) and drug binding, accompanying structural change of FtatRhd (B), tracer (FtatRhd) 100 nanomolar and native
FIG. 4 is a diagram showing a comparison of fluorescence intensity at 576 nm when a drug is added to an aqueous solution of 800 nm TAR RNA (wtTAR).

【図6】抗生物質を例にした探索結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing search results using antibiotics as an example.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薬物探索機能を持つ蛍光性蛋白質。1. A fluorescent protein having a drug search function. 【請求項2】 請求項1記載の蛍光性蛋白質は、一つ又
は複数の蛍光色素を有する。
2. The fluorescent protein according to claim 1, which has one or more fluorescent dyes.
【請求項3】 請求項1または2記載の蛍光性蛋白質
は、柔軟な構造を有する。
3. The fluorescent protein according to claim 1, which has a flexible structure.
【請求項4】 請求項1、2、または3記載の蛍光性蛋
白質は、Tat49-57 ペプチドを有する。
4. The fluorescent protein according to claim 1, 2 or 3, has a Tat49-57 peptide.
【請求項5】 請求項1、2、3、または4記載の蛍光
性蛋白質は、RNAと結合すると、蛍光共鳴エネルギー
移動の励起状態から蛍光を発する。
5. The fluorescent protein according to claim 1, 2, 3, or 4, emits fluorescence from an excited state of fluorescence resonance energy transfer when bound to RNA.
【請求項6】 請求項5記載のRNAは、メッセンジャ
ーRNAである。
6. The RNA according to claim 5, which is a messenger RNA.
【請求項7】 請求項5または6記載の蛍光性蛋白質
は、遊離した状態では、分子内消光を生じる。
7. The fluorescent protein according to claim 5 or 6 causes intramolecular quenching when released.
【請求項8】 請求項2、3、4、5、6または7記載
の蛍光性蛋白質は、蛍光色素として、フルオレセインと
テトラメチルローダミンを有する。
8. The fluorescent protein according to claim 2, 3, 4, 5, 6, or 7 has fluorescein and tetramethylrhodamine as fluorescent dyes.
【請求項9】 蛍光解析法に基づく薬物探索法。9. A drug search method based on a fluorescence analysis method. 【請求項10】 請求項9記載の薬物探索法において、
蛍光解析法とは蛍光共鳴エネルギー移動、エキシマー、
エキサイプレックス、内部電荷移動、金属から配位子へ
の電荷移動、または分子内ねじれ電荷移動の励起状態か
らの蛍光を含む。
10. The drug search method according to claim 9, wherein
Fluorescence analysis means fluorescence resonance energy transfer, excimer,
Includes fluorescence from excited states of exciplexes, internal charge transfer, charge transfer from metal to ligand, or intramolecular torsional charge transfer.
【請求項11】 請求項9記載の薬物探索法において、
蛍光解析法とは蛍光共鳴エネルギー移動の励起状態から
の蛍光を含む。
11. The drug search method according to claim 9, wherein
Fluorescence analysis includes fluorescence from the excited state of fluorescence resonance energy transfer.
【請求項12】 請求項9、10、または11記載の薬
物探索法においては、請求項1、2、3、4、5、6、
7、または8記載の蛍光性蛋白質を用いる。
12. The drug search method according to claim 9, 10, or 11, wherein the drug search method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6,
The fluorescent protein described in 7 or 8 is used.
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