JP2003047496A - Method for synthesizing protein - Google Patents

Method for synthesizing protein

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JP2003047496A
JP2003047496A JP2001238697A JP2001238697A JP2003047496A JP 2003047496 A JP2003047496 A JP 2003047496A JP 2001238697 A JP2001238697 A JP 2001238697A JP 2001238697 A JP2001238697 A JP 2001238697A JP 2003047496 A JP2003047496 A JP 2003047496A
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cell
protein synthesis
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Tatsuya Sawazaki
達也 澤崎
Tomio Ogasawara
富夫 小笠原
Yaeta Endo
弥重太 遠藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for increasing the synthesized amount of an object protein by increasing the stability of a nucleic acid which is a transcription/translation template of the objective protein in an acellular protein synthetic system. SOLUTION: This method synthesizes the objective protein in the presence of a substance which does not encode the objective protein, and has a transcription/translation template activity lower than the template of the objective protein in the acellular protein synthetic system.

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】本発明は無細胞タンパク質合
成系において目的タンパク質を効率良く合成する方法に
関する。具体的には、無細胞タンパク質合成系において
目的タンパク質の転写、または翻訳鋳型となる核酸の安
定性を増強し、結果的に目的タンパク質の合成量を増加
させる方法などに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for efficiently synthesizing a target protein in a cell-free protein synthesis system. Specifically, it relates to a method for enhancing the stability of a nucleic acid serving as a transcription or translation template of a target protein in a cell-free protein synthesis system and consequently increasing the amount of the target protein synthesized.

【0002】[0002]

【従来の技術】細胞内で行われているタンパク質の合成
反応は、まず遺伝情報をもつDNAからその情報がmRNAに
転写され、リボゾーム上でそのmRNAの情報が翻訳されて
タンパク質が合成されるという工程で進行している。こ
の細胞内におけるタンパク質合成を生体外で行う方法と
して、例えば細胞内に備わるタンパク質翻訳装置である
リボソーム等を含む成分を生物体から抽出し、この抽出
液に転写、または翻訳鋳型、基質となる核酸、アミノ
酸、エネルギー源、各種イオン、緩衝液、及びその他の
有効因子を加えて試験管内で行う方法(以下、これら一
連の操作を「無細胞タンパク質合成系」と称することが
ある)の開発が盛んに行われている(特開平6−987
90号公報、特開平6−225783号公報、特開平7
−194号公報、特開平9−291号公報、特開平7−
147992号公報等)。
2. Description of the Related Art In a protein synthesis reaction carried out in a cell, first, DNA having genetic information is transcribed into mRNA, and the information of the mRNA is translated on a ribosome to synthesize a protein. The process is in progress. As a method for performing the protein synthesis in the cell in vitro, for example, a component including a ribosome, which is a protein translation device provided in the cell, is extracted from an organism, and is transcribed into the extract, or a translation template, a nucleic acid serving as a substrate. , An amino acid, an energy source, various ions, a buffer solution, and other effective factors are added to the in vitro method (hereinafter, these series of operations may be referred to as "cell-free protein synthesis system") (JP-A-6-987).
Japanese Patent Laid-Open No. 90, Japanese Patent Laid-Open No. 6-225783, Japanese Patent Laid-Open No.
-194, JP 9-291, JP 7-
147992 publication).

【0003】無細胞タンパク質合成系は、ペプチド合成
速度と翻訳反応の正確性においては生細胞に匹敵する性
能を保持しており、かつ複雑な化学反応工程や煩雑な細
胞培養工程を必要としない利点を有する。しかしなが
ら、従来の無細胞タンパク質合成用の細胞、あるいは組
織抽出液においては、混入している一群の核酸分解酵
素、翻訳阻害タンパク質因子、タンパク質分解酵素(以
下、これを「翻訳阻害因子」と称することがある)の作
用によって、タンパク質合成反応中に転写、または翻訳
反応系の失活や不活性化が生じることが原因(Ogasawar
a, T. et al., EMBOJ., 18, 6522-6531(1999))で合成
されるタンパク質量が少ない等の問題点があった。
The cell-free protein synthesis system has the performance comparable to that of living cells in terms of peptide synthesis rate and accuracy of translation reaction, and does not require complicated chemical reaction steps or complicated cell culture steps. Have. However, in a conventional cell-free protein synthesis cell or tissue extract, a contaminated group of nucleic acid degrading enzymes, translation inhibitory protein factors, protein degrading enzymes (hereinafter referred to as "translation inhibitory factor" Is caused by inactivation or inactivation of the transcription or translation reaction system during the protein synthesis reaction (Ogasawar
a, T. et al., EMBOJ., 18, 6522-6531 (1999)) had a problem that the amount of protein synthesized was small.

【0004】この問題点を解決するために、混入してい
る上記した阻害因子を不活化する方法(特開平7−20
3984号公報)、阻害因子の混入を防ぐ方法(特開2
000−236896号公報)、及び翻訳鋳型であるRN
Aの無細胞タンパク質合成系における存在量を適当な濃
度に保つ方法(特開2000−333673号公報)等
が開発されてきた。しかしながら、これらの方法によっ
ても該合成系を産業上に適用するには充分な翻訳効率を
得ることはできなかった。
In order to solve this problem, a method for inactivating the above-mentioned inhibitory factor mixed in (Japanese Patent Laid-Open No. 7-20)
3984), a method for preventing contamination of inhibitory factors (JP-A No.
000-236896), and RN which is a translation template.
A method of maintaining the amount of A present in the cell-free protein synthesis system at an appropriate concentration (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-333673) and the like have been developed. However, even with these methods, it was not possible to obtain sufficient translation efficiency for industrial application of the synthetic system.

【0005】[0005]

【本発明が解決しようとする課題】本発明は、無細胞タ
ンパク質合成系において目的タンパク質の転写、または
翻訳鋳型となる核酸の安定性を増強し、結果的に目的タ
ンパク質の合成量を増加させることを目的としてなされ
たものである。
The present invention is intended to enhance the stability of a nucleic acid serving as a transcription or translation template for a target protein in a cell-free protein synthesis system, and consequently increase the amount of the target protein synthesized. It was made for the purpose.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を達成すべく鋭意検討した結果、無細胞タンパク質合成
系において、目的タンパク質の翻訳鋳型以外に、その塩
基配列中にスタートコドン(AUG)を含まないRNAを適当
量存在させることにより、合成される目的タンパク質量
が格段に増加することを見出した。本発明はこられの知
見に基づいて成し遂げられたものである。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that in a cell-free protein synthesis system, in addition to a translation template for a target protein, a start codon (AUG It was found that the amount of the target protein to be synthesized is remarkably increased by the presence of an appropriate amount of RNA containing no). The present invention has been accomplished based on these findings.

【0007】即ち、本発明によれば、(1)無細胞タン
パク質合成系において目的タンパク質を合成する方法で
あって、核酸分解酵素の基質となるが、目的タンパク質
をコードしておらず、かつ該合成系において目的タンパ
ク質の鋳型より転写/翻訳鋳型活性が低い物質の存在下
で目的タンパク質の合成を行うことを特徴とする方法、
(2)核酸分解酵素の基質となる物質が、核酸、または
その誘導体である上記(1)に記載の方法、(3)核
酸、またはその誘導体が、その塩基配列中に存在する翻
訳され得る塩基数が30アミノ酸以下であることを特徴
とする上記(2)に記載の方法、(4)核酸、またはそ
の誘導体が、その塩基配列中にスタートコドンを含まな
いことを特徴とする上記(2)または(3)に記載の方
法、(5)無細胞タンパク質合成系が翻訳系であって、
核酸、またはその誘導体が、RNAであることを特徴とす
る上記(2)〜(4)のいずれかに記載の方法、(6)
無細胞タンパク質合成系が転写/翻訳系であって、核
酸、またはその誘導体が、DNAまたはRNAであることを特
徴とする上記(2)〜(4)のいずれかに記載の方法、
(7)核酸分解酵素の基質となる物質の存在量が、目的
タンパク質をコードする核酸の重量比で0.1倍以上で
あることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに
記載の方法、(8)無細胞タンパク質合成系において目
的タンパク質を合成する方法に用いる物質を含む試薬で
あって、該物質は、核酸分解酵素の基質となるが、目的
タンパク質をコードしておらず、かつ該合成系において
目的タンパク質の鋳型より転写/翻訳鋳型活性が低い物
質であることを特徴とする試薬、(9) 少なくとも、
無細胞タンパク質合成反応液、上記(9)に記載の試薬
を含むことを特徴とする上記(1)〜(7)のいずれか
に記載の方法を行うためのキット、が、提供される。
That is, according to the present invention, (1) a method for synthesizing a target protein in a cell-free protein synthesis system, which serves as a substrate for a nucleolytic enzyme, but does not encode the target protein, and A method comprising synthesizing a target protein in the presence of a substance having a transcription / translation template activity lower than that of the template of the target protein in the synthesis system,
(2) The method according to (1) above, wherein the substance that serves as a substrate for the nucleolytic enzyme is a nucleic acid or a derivative thereof, and (3) a translatable base present in the base sequence of the nucleic acid or a derivative thereof. The method according to (2) above, wherein the number is 30 amino acids or less, and (4) the nucleic acid or a derivative thereof does not include a start codon in its nucleotide sequence, (2) above. Or the method described in (3), (5) the cell-free protein synthesis system is a translation system,
The method according to any one of (2) to (4) above, wherein the nucleic acid or its derivative is RNA.
The method according to any one of (2) to (4) above, wherein the cell-free protein synthesis system is a transcription / translation system, and the nucleic acid or its derivative is DNA or RNA.
(7) In any one of the above (1) to (6), wherein the amount of the substance serving as the substrate of the nucleolytic enzyme is 0.1 times or more the weight ratio of the nucleic acid encoding the target protein. (8) A reagent containing a substance used in the method for synthesizing a target protein in a cell-free protein synthesis system, which substance serves as a substrate for a nucleolytic enzyme, but does not encode the target protein. And a reagent characterized by being a substance having lower transcription / translation template activity than the template of the target protein in the synthetic system, (9) at least,
Provided is a cell-free protein synthesis reaction solution, and a kit for carrying out the method according to any one of (1) to (7) above, which comprises the reagent described in (9) above.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。(1)競合基質 本発明は、無細胞タンパク質合成系において目的のタン
パク質を合成する方法であって、核酸分解酵素の基質と
なるが、目的タンパク質をコードしておらず、かつ該合
成系において目的タンパク質の鋳型より転写/翻訳鋳型
活性が低い物質(本明細書中ではこれを「競合基質」と
称することがある)の存在下で目的タンパク質合成を行
う方法(以下、これを「競合基質法」と称することがあ
る)を提供するものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. (1) Competitive Substrate The present invention is a method for synthesizing a target protein in a cell-free protein synthesis system, which serves as a substrate for a nucleolytic enzyme, but does not encode the target protein, and the target in the synthesis system is A method for synthesizing a target protein in the presence of a substance having transcription / translation template activity lower than that of a protein template (this may be referred to as "competitive substrate" in the present specification) (hereinafter, referred to as "competitive substrate method"). Sometimes referred to as)) is provided.

【0009】本発明の無細胞タンパク質合成系とは、細
胞内に備わるタンパク質翻訳装置であるリボソーム等を
含む成分を生物体から抽出し、この抽出液に転写、また
は翻訳鋳型、基質となる核酸、アミノ酸、エネルギー
源、各種イオン、緩衝液、及びその他の有効因子を加え
て試験管内で行う方法である。このうち、鋳型としてRN
Aを用いるもの(これを以下「無細胞翻訳系」と称する
ことがある)と、DNAを用い、RNAポリメラーゼ等転写に
必要な酵素をさらに添加して反応を行うもの(これを以
下「無細胞転写/翻訳系」と称することがある)があ
る。本発明に用いることのできる無細胞タンパク質合成
系は、上記の無細胞翻訳系、無細胞転写/翻訳系のいず
れも用いることができる。
The cell-free protein synthesizing system of the present invention means a component containing a protein translation device in a cell, such as ribosome, extracted from an organism and transcribed into this extract, or a translation template, a nucleic acid serving as a substrate, This is a method in which an amino acid, an energy source, various ions, a buffer solution, and other effective factors are added and the method is performed in vitro. Of these, RN as a template
A that uses A (this may be referred to as "cell-free translation system" hereinafter), and that that uses DNA and further adds an enzyme required for transcription such as RNA polymerase (hereinafter referred to as "cell-free translation system") Sometimes referred to as "transcription / translation system"). As the cell-free protein synthesis system that can be used in the present invention, any of the above cell-free translation system and cell-free transcription / translation system can be used.

【0010】本発明の競合基質の特徴としては、(I)
核酸分解酵素の基質となる、(II)目的タンパク質をコ
ードしていない、(III)用いる無細胞タンパク質合成
系において、目的タンパク質の鋳型より転写/翻訳鋳型
活性が低いことが挙げられる。本発明において核酸分解
酵素とは、無細胞タンパク質合成系中に存在するもの
や、該合成系に用いる細胞抽出液を調製する際混入し、
核酸を分解し得る能力を有する全ての酵素をさす。具体
的には例えば、3’から5’の方向性をもったヌクレア
ーゼ、酵母中に存在するエクソソーム(Cell, 99, 347-
350(1999))、RNAの2本鎖領域を認識して切断するリボ
ヌクレアーゼ−L、リボヌクレアーゼ−III様のヌクレア
ーゼ(Trends in plant science, 4, 429-438(199
9))、及びポリヌクレオチドホスホリラーゼ等が挙げら
れる。上記無細胞タンパク質合成系のうち、転写/翻訳
系においては、ヌクレアーゼが目的タンパク質の鋳型と
なるDNAを分解すること、また翻訳系においては、リボ
ヌクレアーゼが目的タンパク質の鋳型となるRNAを分解
することが、それぞれの合成系においてタンパク質合成
効率の低下の原因の一つとなっている。
The features of the competitive substrate of the present invention include (I)
In the cell-free protein synthesis system (III) that does not encode the target protein (II), which serves as a substrate for the nucleolytic enzyme, the transcription / translation template activity is lower than the template of the target protein. Nucleolytic enzyme in the present invention, those existing in the cell-free protein synthesis system, and mixed when preparing a cell extract used in the synthesis system,
It refers to all enzymes capable of degrading nucleic acids. Specifically, for example, a nuclease having a 3'to 5'direction, an exosome existing in yeast (Cell, 99, 347-
350 (1999)), ribonuclease-L that recognizes and cleaves the double-stranded region of RNA, ribonuclease-III-like nuclease (Trends in plant science, 4, 429-438 (199
9)), and polynucleotide phosphorylase and the like. Of the above-mentioned cell-free protein synthesis systems, in a transcription / translation system, a nuclease can decompose DNA serving as a template for a target protein, and in a translation system, ribonuclease can decompose RNA serving as a template for the target protein. , Is one of the causes of the decrease in protein synthesis efficiency in each synthetic system.

【0011】これら核酸分解酵素の基質となる物質とし
ては、例えば核酸、またはその誘導体が挙げられる。具
体的には、上記無細胞タンパク質合成系のうち、転写/
翻訳系においては、DNAが、また翻訳系においては、RN
A、DNAとRNAの混合ヌクレオチド等から構成されるオリ
ゴマー、あるいは2’−O−メチルを有するオリゴヌク
レオチド等が挙げられる。核酸の誘導体としては、上記
分解酵素の基質となる物質、即ち上記分解酵素が認識し
て攻撃し得る構造を有しているものであれば如何なるも
のであってもよい。これらの物質が、上記分解酵素の基
質となるか否かは、例えば分解酵素に適当な反応系に、
上記物質を必要であれば放射性同位体元素または蛍光試
薬等で標識した後に添加し、時間の経過とともに該物質
の分子量、またはその存在量を電気泳動等の方法により
解析する方法が用いられる。分子量が低下、または存在
量が低下している場合には、該物質は用いた分解酵素の
基質となると判断することができる。
Examples of the substance that serves as a substrate for these nucleic acid degrading enzymes include nucleic acids and their derivatives. Specifically, among the above cell-free protein synthesis systems, transcription /
In the translation system, DNA, and in the translation system, RN
A, an oligomer composed of mixed nucleotides of DNA and RNA, an oligonucleotide having 2'-O-methyl, and the like. As the nucleic acid derivative, any substance may be used as long as it has a structure that is a substrate of the above-mentioned degrading enzyme, that is, a structure that can be recognized and attacked by the degrading enzyme. Whether these substances serve as a substrate for the above-mentioned decomposing enzyme depends on, for example, a reaction system suitable for the decomposing enzyme,
A method is used in which the above substance is added after labeling with a radioisotope or a fluorescent reagent, if necessary, and the molecular weight of the substance or its abundance is analyzed by a method such as electrophoresis over time. When the molecular weight is low or the existing amount is low, it can be judged that the substance serves as a substrate for the degrading enzyme used.

【0012】また、目的タンパク質をコードしていない
とは、用いる無細胞タンパク質合成系において、合成の
目的とするタンパク質の翻訳鋳型とならないことを意味
するが、該合成系に投入する目的タンパク質の翻訳鋳型
となる核酸の配列と完全に一致しない限り、その一部を
有しているものも本発明の競合基質として用いることが
できる。
[0012] Further, "not encoding the target protein" means that it does not serve as a translation template for the protein of interest in the cell-free protein synthesis system to be used. As long as it does not completely match the sequence of the nucleic acid serving as a template, those having a part thereof can also be used as the competitive substrate of the present invention.

【0013】さらに、用いる無細胞タンパク質合成系に
おいて目的タンパク質の鋳型より転写/翻訳鋳型活性が
低い物質とは、該合成系において目的タンパク質の鋳型
と比べて転写/翻訳されにくいものや、完全に転写/翻
訳されない物質を意味する。具体的に翻訳されにくい配
列を有する核酸としては、例えば、無細胞翻訳系におい
ては、リボソームRNA、翻訳開始・伸長・停止因子、あ
るいはアミノアシル化酵素等の翻訳装置に作用しない配
列を有するもの、ホモポリマー、その塩基配列中に存在
するORFが30アミノ酸以下のもの、スタートコドン(AU
G)を含まない配列を有するもの、またはそれらの誘導体
等が挙げられる。その塩基配列中に存在するORFが30
アミノ酸以下のものとは、具体的には、スタートコドン
の近傍にストップコドンが存在し、その3’下流には如
何なる配列が連結されていてもよいものが挙げられる。
また、無細胞転写/翻訳系においては、上記の配列を有
するDNA、RNA、あるいは転写されにくい配列を有する核
酸として、プロモーター配列を有さないDNA等を用いる
ことができる。これらのDNAと共に上記した目的タンパ
ク質をコードしておらず、かつ目的タンパク質の鋳型よ
り転写/翻訳鋳型活性が低いRNAを合成系に存在させる
ことも可能である。
Further, a substance having a transcription / translation template activity lower than the template of the target protein in the cell-free protein synthesis system to be used means a substance which is less likely to be transcribed / translated than the template of the target protein in the synthesis system or is completely transcribed. / Means a substance that is not translated. Specific examples of the nucleic acid having a sequence that is difficult to translate include, for example, in a cell-free translation system, those having a sequence that does not act on the translation apparatus such as ribosomal RNA, translation initiation / elongation / termination factor, or aminoacylase, Polymers, ORFs present in their nucleotide sequences of 30 amino acids or less, start codon (AU
Examples thereof include those having a sequence not containing G), or derivatives thereof. ORF existing in the base sequence is 30
Specific examples of the amino acid or less include those in which a stop codon exists near the start codon and any sequence may be linked 3 ′ downstream thereof.
Further, in the cell-free transcription / translation system, DNA or RNA having the above sequence, or DNA having no promoter sequence can be used as the nucleic acid having a sequence that is difficult to be transcribed. It is also possible to allow RNA that does not encode the above-mentioned target protein together with these DNAs and has a lower transcription / translation template activity than the template of the target protein to be present in the synthesis system.

【0014】また、これらの物質が用いる無細胞タンパ
ク質合成系において目的タンパク質の鋳型より転写/翻
訳鋳型活性が低いことは、例えば用いる無細胞タンパク
質合成系に、必要であれば放射性同位元素や蛍光物質等
で標識した目的タンパク質の鋳型とともに該物質を存在
させ、時間の経過を取って、該合成系において合成され
たタンパク質の量、および分子量をSDSポリアクリルア
ミド電気泳動(SDS−PAGE)等で解析する方法が用いら
れる。該合成系において、目的タンパク質と競合基質が
コードするタンパク質の量を比較して、目的タンパク質
の合成量が多いことにより目的タンパク質の鋳型より転
写/翻訳鋳型活性が低いことを確認することができる。
Further, the fact that the transcription / translation template activity is lower than the template of the target protein in the cell-free protein synthesis system used by these substances means that, for example, the cell-free protein synthesis system to be used may contain a radioisotope or a fluorescent substance if necessary. The substance is allowed to be present together with the template of the target protein labeled with, and the amount of the protein synthesized in the synthesis system and the molecular weight are analyzed by SDS polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) or the like over time. A method is used. In the synthesis system, the amounts of the target protein and the protein encoded by the competitive substrate are compared, and it can be confirmed that the transcription / translation template activity is lower than the template of the target protein due to the large amount of the target protein synthesized.

【0015】これらの特徴を全て有しているものを本発
明の競合基質として用いることができるが、コムギ胚芽
抽出液を用いた無細胞タンパク質合成系において、タン
パク質合成を行う場合には、スタートコドンを含まない
RNAを競合基質として用いることが目的タンパク質の合
成効率上最も好ましい。
Those having all of these characteristics can be used as the competitive substrate of the present invention. However, when protein synthesis is carried out in a cell-free protein synthesis system using a wheat germ extract, the start codon is used. Does not include
It is most preferable to use RNA as a competitive substrate in terms of the efficiency of synthesizing the target protein.

【0016】これら競合基質の鎖長は、これらの物質を
基質とする核酸分解酵素によって分解される機能を有す
る限り特に制限はないが、具体的には200ベース以上
4000ベース以下のものを用いることが好ましい。ま
た、競合基質にDNAを用いる場合、DNAは2本鎖でも1本
鎖でもよく、目的とする核酸分解酵素の基質となるのに
適したものを選択することができる。
The chain length of these competing substrates is not particularly limited as long as it has a function of being decomposed by a nucleolytic enzyme using these substances as substrates, but specifically, those having a length of 200 to 4000 bases are used. Is preferred. When DNA is used as a competitive substrate, the DNA may be double-stranded or single-stranded, and one suitable as a substrate for the target nucleolytic enzyme can be selected.

【0017】またこれら競合基質は、それぞれ既知の通
常用いられる方法を適宜選択して作製することができ
る。具体的には例えば、競合基質としてDNAを用いる場
合には、プロモーター等の転写制御活性部位を含まない
適当な配列を、ライブラリー等から制限酵素による消化
や、ポリメラーゼチェインリアクション(PCR)等によ
り取得し、公知の適当な方法で精製して取得することが
できる。DNAはゲノムDNAでもcDNAでもよい。RNAを用い
る場合には、例えばSP6、あるいはT7プロモーター等と
その3’下流に適当な配列を有するDNAを、上記と同様
の方法で作製し、該DNAに含有されるプロモーターを特
異的に認識するRNAポリメラーゼによりRNAを作製するこ
とができる。ここで、SP6RNAポリメラーゼを用いてRNA
合成を行う場合には、プロモーターと適当なDNAとの間
にオメガ配列(D. R. Gallie, et al., Nucleic Acids
Res., 20, 4631(1992))を導入することにより転写効率
を上昇させることができる。また核酸誘導体等もそれ自
体既知の適当な化学合成法により作製することができ
る。さらには市販のものも本発明の競合基質として用い
ることができる。
These competing substrates can be prepared by appropriately selecting known and commonly used methods. Specifically, for example, when DNA is used as a competitive substrate, an appropriate sequence that does not include a transcriptional regulatory active site such as a promoter is obtained from a library by digestion with a restriction enzyme, polymerase chain reaction (PCR), or the like. However, it can be obtained by purification by a known appropriate method. The DNA may be genomic DNA or cDNA. When RNA is used, for example, a SP6 or T7 promoter and the like and a DNA having an appropriate sequence 3 ′ downstream thereof are prepared in the same manner as above, and specifically recognize the promoter contained in the DNA. RNA can be produced by RNA polymerase. Here, RNA using SP6 RNA polymerase
When synthesizing, an omega sequence (DR Gallie, et al., Nucleic Acids) is inserted between the promoter and an appropriate DNA.
Res., 20, 4631 (1992)) can increase the transcription efficiency. Nucleic acid derivatives and the like can also be produced by an appropriate chemical synthesis method known per se. Furthermore, commercially available products can also be used as the competitive substrate of the present invention.

【0018】(2)無細胞タンパク質合成系における競
合基質を用いたタンパク質合成 (a)無細胞タンパク質合成系 本発明に用いられる無細胞タンパク質合成系は、上記
(1)に記載したものを用いることができるが、具体的
には、大腸菌、植物種子の胚芽、ウサギ網状赤血球等の
細胞抽出液等の既知のものが用いられる。これらは市販
のものを用いることもできるし、それ自体既知の方法、
具体的には大腸菌抽出液は、Pratt, J. M.et al., Tran
scription and Tranlation, Hames, 179-209, B. D. &
Higgins,S. J., eds), IRL Press, Oxford(1984)に記載
の方法等に準じて調製することもできる。市販の無細胞
タンパク質合成系、または細胞抽出液としては、大腸菌
由来のものは、E.coli S30 extract system(Promega社
製)とRTS 500 Rapid TranlationSystem(Roche社製)
等が挙げられ、ウサギ網状赤血球由来のものはRabbit R
eticulocyte Lysate Sytem(Promega社製)等、さらに
コムギ胚芽由来のものはPROTEIOSTM(TOYOBO社製)等が
挙げられる。このうち、植物種子の胚芽抽出液の系を用
いることが好ましく、植物種子としては、コムギ、オオ
ムギ、イネ、コーン等のイネ科の植物およびホウレンソ
ウ等のものが好ましい。本発明の無細胞合成系として
は、このうちコムギ胚芽抽出液を用いたものが好適であ
る。
(2) Competition in cell-free protein synthesis system
Protein synthesis using combined substrate (a) Cell-free protein synthesis system The cell-free protein synthesis system used in the present invention may be the one described in (1) above, and specifically, Escherichia coli, plants Known materials such as seed germs and cell extracts such as rabbit reticulocytes are used. These may be commercially available ones, or methods known per se,
Specifically, the Escherichia coli extract was prepared by Pratt, JM et al., Tran.
scription and Tranlation, Hames, 179-209, BD &
Higgins, SJ, eds), IRL Press, Oxford (1984) and the like. E. coli S30 extract system (Promega) and RTS 500 Rapid Tranlation System (Roche) are commercially available as cell-free protein synthesis systems or cell extracts derived from E. coli.
Rabbit R is derived from rabbit reticulocytes.
eticulocyte Lysate Sytem (manufactured by Promega) and the like, and those derived from wheat germ include PROTEIOS (manufactured by TOYOBO). Among them, it is preferable to use the system of the germ extract of plant seeds, and as the plant seeds, plants of the Gramineae family such as wheat, barley, rice, corn, and spinach are preferable. Among them, the one using a wheat germ extract is suitable as the cell-free synthesis system of the present invention.

【0019】コムギ胚芽抽出液の作製法としては、例え
ばJohnston, F. B. et al., Nature, 179, 160-161(195
7)、あるいはErickson, A. H. et al., (1996) Meth. I
n Enzymol., 96, 38-50等に記載の方法を用いることが
できる。さらに、該抽出液中に含まれる翻訳阻害因子、
例えばトリチン、チオニン、核酸分解酵素等を含む胚乳
を取り除く等の処理(特開2000−236896公報
等)や、翻訳阻害因子の活性化を抑制する処理(特開平
7−203984号公報)を行うことも好ましい。この
ようにして得られた細胞抽出液は、従来と同様の方法に
よりタンパク質合成系に用いることができる。
As a method for preparing a wheat germ extract, for example, Johnston, FB et al., Nature, 179, 160-161 (195
7), or Erickson, AH et al., (1996) Meth. I
n Enzymol., 96, 38-50 etc. can be used. Furthermore, a translation inhibitor contained in the extract,
For example, treatment such as removal of endosperm containing tritin, thionine, nucleic acid degrading enzyme, etc. (JP 2000-236896 etc.), or treatment for suppressing activation of translation inhibitor (JP 7-203984 A). Is also preferable. The cell extract obtained in this manner can be used in a protein synthesis system by a method similar to the conventional method.

【0020】本発明のタンパク質合成系に用いられる合
成反応液の組成としては、上記細胞抽出液、転写/翻訳
鋳型となるDNAまたはRNA、基質となるアミノ酸、エネル
ギー源、各種イオン、緩衝液、ATP再生系、核酸分解酵
素阻害剤、tRNA、還元剤、ポリエチレングリコール、
3’,5’−cAMP、葉酸塩、抗菌剤、また鋳型としてDN
Aを用いる場合にはRNA合成の基質、及びRNAポリメラー
ゼ等を含むことができる。これらは目的タンパク質や、
用いるタンパク質合成系の種類によって適宜選択して調
製される。この合成反応系に本発明の競合基質を添加
し、本発明のタンパク質合成系に用いることができる。
用いるタンパク質合成系が、転写/翻訳系である場合に
は、競合基質は転写されにくい配列を有する、例えばプ
ロモーター配列を含まないDNA等が選択される。
The composition of the synthetic reaction solution used in the protein synthesis system of the present invention includes the above-mentioned cell extract, DNA or RNA serving as a transcription / translation template, amino acids serving as substrates, energy sources, various ions, buffer solutions, and ATP. Regeneration system, nucleolytic enzyme inhibitor, tRNA, reducing agent, polyethylene glycol,
3 ', 5'-cAMP, folate, antibacterial agent, and DN as template
When A is used, it may contain a substrate for RNA synthesis, RNA polymerase and the like. These are target proteins,
It is appropriately selected and prepared according to the type of protein synthesis system used. The competitive substrate of the present invention can be added to this synthesis reaction system and used in the protein synthesis system of the present invention.
When the protein synthesis system used is a transcription / translation system, a competitive substrate having a sequence that is difficult to be transcribed, for example, a DNA that does not contain a promoter sequence is selected.

【0021】転写/翻訳鋳型となるDNAまたはRNAは、タ
ンパク質合成系において合成するべき目的のタンパク質
をコードするものである。基質となるアミノ酸は、タン
パク質を構成する20種類のアミノ酸である。またエネ
ルギー源としては、ATP、またはGTPが挙げられる。各種
イオンは、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、酢酸アン
モニウムなどの酢酸塩、グルタミン酸塩等が挙げられ
る。緩衝液としては、Hepes−KOH、Tris−Oac等が用い
られる。またATP再生系としては、ホスホエノールピル
ベートとピルビン酸キナーゼの組み合わせ、またはクレ
アチンリン酸(クレアチンホスフェート)とクレアチン
キナーゼの組み合わせが挙げられる。核酸分解酵素阻害
剤としては、リボヌクレアーゼインヒビターや、ヌクレ
アーゼインヒビター等が挙げられる。このうち、リボヌ
クレアーゼインヒビターの具体例としてはヒト胎盤由来
のRNase inhibitor(TOYOBO社製等)等が用いられる。t
RNAは、Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act
a., 43, 1 (1960)等に記載の方法により取得することが
できるし、市販のものを用いることもできる。還元剤と
しては、ジチオスレイトール等が挙げられる。抗菌剤と
しては、アジ化ナトリウム、アンピシリン等が挙げられ
る。さらに、RNAポリメラーゼとしてはSP6RNAポリメラ
ーゼやT7RNAポリメラーゼ等を用いることができる。こ
れらの添加量は適宜選択されて合成反応液が調製され
る。
The DNA or RNA serving as a transcription / translation template encodes a target protein to be synthesized in a protein synthesis system. The amino acids that serve as substrates are the 20 types of amino acids that make up proteins. Moreover, ATP or GTP is mentioned as an energy source. Examples of various ions include acetates such as potassium acetate, magnesium acetate and ammonium acetate, and glutamate. Hepes-KOH, Tris-Oac, etc. are used as the buffer solution. Examples of the ATP regeneration system include a combination of phosphoenolpyruvate and pyruvate kinase, or a combination of creatine phosphate (creatine phosphate) and creatine kinase. Examples of the nucleolytic enzyme inhibitor include ribonuclease inhibitor and nuclease inhibitor. Among these, as a specific example of the ribonuclease inhibitor, a human placenta-derived RNase inhibitor (manufactured by TOYOBO, etc.) and the like are used. t
RNA is based on Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act.
It can be obtained by the method described in a., 43, 1 (1960) or the like, or a commercially available one can be used. Examples of the reducing agent include dithiothreitol. Examples of the antibacterial agent include sodium azide and ampicillin. Furthermore, SP6 RNA polymerase, T7 RNA polymerase, or the like can be used as the RNA polymerase. The addition amount of these is appropriately selected to prepare a synthetic reaction solution.

【0022】(b)競合基質を用いたタンパク質合成 上記合成反応液に添加する本発明の競合基質の量は、競
合基質の種類によっても異なるが、通常、反応液中の目
的タンパク質をコードする核酸の重量比で下限が0.1
〜1倍で、好ましくは3〜4倍の範囲内である。ここ
で、競合基質の添加量の上限は、該合成系において、タ
ンパク質合成反応が起こり得る範囲であれば特に制限は
ない。また、上記合成反応液、及び競合基質の反応系へ
の添加の順序は、特に制限はなく、用いるタンパク質合
成系や、目的タンパク質に応じ適宜選択することができ
る。好ましくは、翻訳鋳型を除いた合成反応液に競合基
質を添加し、適当時間プレインキュベートした後に翻訳
鋳型を添加する方法が用いられる。かくして得られるタ
ンパク質合成反応液に競合基質が添加されたものを、本
明細書中では「競合基質添加合成液」と称することがあ
る。
(B) Protein Synthesis Using Competitive Substrate The amount of the competitive substrate of the present invention added to the above-mentioned synthetic reaction solution varies depending on the kind of the competitive substrate, but is usually a nucleic acid encoding the target protein in the reaction solution. The lower limit is 0.1 in the weight ratio of
˜1 times, preferably 3 to 4 times. Here, the upper limit of the addition amount of the competitive substrate is not particularly limited as long as the protein synthesis reaction can occur in the synthesis system. The order of adding the synthesis reaction solution and the competitive substrate to the reaction system is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the protein synthesis system to be used and the target protein. Preferably, a method is used in which a competitive substrate is added to the synthesis reaction solution from which the translation template has been removed, pre-incubated for an appropriate time, and then the translation template is added. The thus obtained protein synthesis reaction solution to which a competitive substrate is added may be referred to as “competitive substrate-added synthesis solution” in the present specification.

【0023】このようにして得られた競合基質添加合成
液は、それぞれ選択されたそれ自体既知のシステム、ま
たは装置に投入され、タンパク質合成が行われる。タン
パク質合成のためのシステムまたは装置としては、バッ
チ法(Pratt, J. M. et al.,Transcription and Tranla
tion, Hames, 179-209, B. D. & Higgins, S. J., ed
s), IRL Press, Oxford(1984))や、アミノ酸、エネル
ギー源等を連続的に反応系に供給する連続式無細胞タン
パク質合成システム(Spirin, A. S. et al., Scienc
e, 242, 1162-1164(1988))、透析法(木川等、第21
回日本分子生物学会、WID6)、あるいは重層法(特願
2000−259186明細書)等が挙げられる。さら
には、合成反応系に、鋳型のRNA、アミノ酸、エネルギ
ー源等を必要時に供給し、合成物や分解物を必要時に排
出する方法(特開2000−333673公報:以下こ
れを「不連続ゲル濾過法」と称することがある)等を用
いることができる。このうち、バッチ法ではタンパク質
合成を長時間行うと反応が停止することがあるため、後
者のアミノ酸やエネルギー源の連続、または不連続供給
系を使用することにより、反応を長時間維持させること
ができ、更なる効率化が可能となる。
The thus obtained competitive substrate-added synthetic solution is put into a selected system or apparatus known per se, and protein synthesis is carried out. As a system or apparatus for protein synthesis, a batch method (Pratt, JM et al., Transcription and Tranla
tion, Hames, 179-209, BD & Higgins, SJ, ed
s), IRL Press, Oxford (1984)) and a continuous cell-free protein synthesis system (Spirin, AS et al., Scienc) that continuously supplies amino acids, energy sources, etc. to the reaction system.
e, 242, 1162-1164 (1988)), dialysis method (Kikawa et al., No. 21)
The Japan Society for Molecular Biology, WID6), the multi-layer method (Japanese Patent Application No. 2000-259186), and the like. Furthermore, a method of supplying a template RNA, an amino acid, an energy source, etc. to a synthetic reaction system when necessary and discharging a synthetic product or a decomposed product when necessary (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-333673: hereinafter referred to as "discontinuous gel filtration"). Sometimes referred to as "method") and the like can be used. Among them, in the batch method, the reaction may be stopped if the protein synthesis is carried out for a long time.Therefore, it is possible to maintain the reaction for a long time by using the latter continuous or discontinuous supply system of amino acids and energy sources. It is possible to further improve efficiency.

【0024】バッチ法によりタンパク質合成を行う場合
には、例えば翻訳鋳型を除いた上記合成反応液に競合基
質を添加し、適当時間プレインキュベートした後に翻訳
鋳型を添加してインキュベートすること等により行うこ
とができる。コムギ胚芽抽出液を用いた場合、上記プレ
インキュベートは10〜40℃で5〜10分間、インキ
ュベートは同じく10〜40℃、好ましくは18〜30
℃、さらに好ましくは20〜26℃で行う。反応時間
は、反応が停止するまでの時間であるが、バッチ法では
通常10分〜7時間程度である。
When protein synthesis is carried out by the batch method, for example, a competitive substrate is added to the above-mentioned synthesis reaction solution from which the translation template has been removed, pre-incubated for an appropriate time, and then the translation template is added and incubated. You can When a wheat germ extract is used, the pre-incubation is performed at 10 to 40 ° C. for 5 to 10 minutes, and the incubation is also performed at 10 to 40 ° C., preferably 18 to 30.
C., more preferably 20 to 26.degree. The reaction time is the time until the reaction is stopped, but it is usually about 10 minutes to 7 hours in the batch method.

【0025】透析法によりタンパク質合成を行う場合に
は、競合基質添加合成反応液を透析内液とし、透析外液
と物質移動が可能な透析膜によって隔離される装置を用
いて、タンパク質合成を行う。具体的には、例えば、翻
訳鋳型を除いた上記合成反応液に競合基質を添加し、適
当時間プレインキュベートした後、翻訳鋳型を添加し
て、適当な透析容器に入れ反応内液とする。透析容器と
しては、底部に透析膜が付加されている容器(第一化学
社製:透析カップ12,000等)や、透析用チューブ
(三光純薬社製:12,000等)が挙げられる。透析
膜は、10,000ダルトン以上の分子量限界を有する
ものが用いられるが、12,000ダルトン程度の分子
量限界を有するものが好ましい。
When protein synthesis is carried out by the dialysis method, protein synthesis is carried out by using a device which is separated by a dialysis membrane capable of mass transfer from a dialysis inner solution using a synthetic reaction solution containing a competitive substrate. . Specifically, for example, a competitive substrate is added to the above-mentioned synthesis reaction solution from which the translation template has been removed, pre-incubated for an appropriate period of time, and then the translation template is added to the reaction solution, which is then placed in an appropriate dialysis container to give the reaction solution. Examples of the dialysis container include a container having a dialysis membrane added to the bottom (Daiichi Kagaku KK: dialysis cup 12,000) and dialysis tubing (Sanko Junyaku 12,000). As the dialysis membrane, those having a molecular weight limit of 10,000 daltons or more are used, but those having a molecular weight limit of about 12,000 daltons are preferable.

【0026】透析外液としては、上記合成反応液から翻
訳鋳型、競合基質を除いたものが用いられる。透析外液
は反応速度が低下した時点で、新鮮なものと交換するこ
とにより透析効率を上昇させることができる。反応温
度、及び時間は用いるタンパク質合成系において適宜選
択されるが、コムギ胚芽抽出液を用いた系においては通
常10〜40℃、好ましくは18〜30℃、さらに好ま
しくは20〜26℃で10分〜12日間行うことができ
る。
As the external dialysis solution, the one obtained by removing the translation template and the competitive substrate from the above synthetic reaction solution is used. The external dialysis solution can be replaced with a fresh one when the reaction rate has decreased to increase the dialysis efficiency. The reaction temperature and time are appropriately selected depending on the protein synthesis system to be used, but in the system using the wheat germ extract, it is usually 10 to 40 ° C, preferably 18 to 30 ° C, more preferably 20 to 26 ° C for 10 minutes. It can be done for up to 12 days.

【0027】重層法を用いてタンパク質合成を行う場合
には、競合基質添加合成反応液を適当な容器に入れ、該
溶液上に、上記透析法に記載した透析外液を界面を乱さ
ないように重層することによりタンパク質合成を行う。
具体的には例えば、翻訳鋳型を除いた上記合成反応液に
競合基質を添加し、適当時間プレインキュベートした
後、翻訳鋳型を添加して、適当な容器に入れ反応相とす
る。容器としては、例えばマイクロタイタープレート等
が挙げられる。この反応相の上層に上記透析法に記載し
た透析外液(供給相)を界面を乱さないように重層して
反応を行う。反応温度、及び時間は用いるタンパク質合
成系において適宜選択されるが、コムギ胚芽抽出液を用
いた系においては10〜40℃で、好ましくは18〜3
0℃、さらに好ましくは20〜26℃で、通常10〜1
7時間行うことができる。
When the protein synthesis is carried out using the multi-layer method, the synthetic reaction solution containing a competitive substrate is placed in an appropriate container, and the dialyzing external solution described in the above dialysis method is not disturbed on the solution. Protein synthesis is performed by stacking layers.
Specifically, for example, a competitive substrate is added to the above-mentioned synthesis reaction solution from which the translation template has been removed, pre-incubated for an appropriate period of time, then the translation template is added, and the reaction template is placed in an appropriate container for the reaction phase. Examples of the container include a microtiter plate and the like. The reaction is carried out by layering the outer dialysis solution (supply phase) described in the above dialysis method on the upper layer of this reaction phase without disturbing the interface. The reaction temperature and time are appropriately selected depending on the protein synthesis system used, but are 10 to 40 ° C., preferably 18 to 3 in the system using wheat germ extract.
0 ° C, more preferably 20 to 26 ° C, usually 10 to 1
It can be done for 7 hours.

【0028】また、両相の界面は必ずしも重層によって
水平面状に形成させる必要はなく、両相を含む混合液を
遠心分離することによって、水平面を形成することも可
能である。両相の円形界面の直径が7mmの場合、反応相
と供給相の容量比は1:4〜1:8が適当であるが、
1:5が好適である。両相からなる界面面積は大きいほ
ど拡散による物質交換率が高く、タンパク質合成効率が
上昇する。従って、両相の容量比は、両相の界面面積に
よって変化する。合成反応は静置条件下で、反応温度、
及び時間は用いるタンパク質合成系において適宜選択さ
れるが、コムギ胚芽抽出液を用いた系においては上記、
バッチ法、あるいは透析法に記載したのと同様にして行
うことができる。また、大腸菌抽出液を用いると30〜
37℃で行うことができる。
Further, the interface between both phases does not necessarily have to be formed in a horizontal plane by the superposition, and it is possible to form a horizontal plane by centrifuging a mixed solution containing both phases. When the diameter of the circular interface between both phases is 7 mm, the volume ratio between the reaction phase and the supply phase is 1: 4 to 1: 8, but
1: 5 is preferred. The larger the interface area composed of both phases, the higher the substance exchange rate due to diffusion, and the higher the protein synthesis efficiency. Therefore, the capacity ratio of both phases changes depending on the interfacial area of both phases. The synthesis reaction is performed under static conditions at the reaction temperature,
And time are appropriately selected in the protein synthesis system used, but in the system using the wheat germ extract, the above,
It can be performed in the same manner as described in the batch method or the dialysis method. In addition, when E. coli extract is used,
It can be performed at 37 ° C.

【0029】不連続ゲル濾過法を用いてタンパク質合成
を行う場合には、競合基質添加合成反応液により合成反
応を行い、合成反応が停止した時点で、鋳型のRNA、ア
ミノ酸、エネルギー源等を供給し、合成物や分解物を排
出することによりタンパク質合成を行う。具体的には例
えば、翻訳鋳型を除いた上記合成反応液に競合基質を添
加し、適当時間プレインキュベートした後、翻訳鋳型を
添加して、適当な容器に入れ反応を行う。容器として
は、例えばマイクロプレート等が挙げられる。この反応
下では、例えば容量の48%容のコムギ胚芽抽出液を含
む反応液の場合には反応1時間で合成反応は完全に停止
する。このことは、アミノ酸のタンパク質への取りこみ
測定やショ糖密度勾配遠心法によるポリリボソーム解析
(Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 97, 559-564(2000))
により確認することができる。
When protein synthesis is carried out using the discontinuous gel filtration method, the synthetic reaction is carried out using a synthetic reaction solution containing a competitive substrate, and when the synthetic reaction is stopped, template RNA, amino acid, energy source, etc. are supplied. Then, the protein synthesis is performed by discharging the synthetic product and the decomposed product. Specifically, for example, a competitive substrate is added to the above-mentioned synthesis reaction solution from which the translation template has been removed, pre-incubated for an appropriate period of time, then the translation template is added, and the mixture is placed in an appropriate container and reacted. Examples of the container include a microplate and the like. Under this reaction, for example, in the case of a reaction solution containing 48% by volume of wheat germ extract, the synthesis reaction is completely stopped within 1 hour of the reaction. This is because polyribosome analysis by measuring incorporation of amino acids into proteins and sucrose density gradient centrifugation (Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 97, 559-564 (2000))
Can be confirmed by.

【0030】合成反応の停止した上記反応溶液を、予め
上記透析法に記載の透析外液と同様の組成の供給液によ
り平衡化したゲル濾過カラムを通す。この濾過溶液を再
度適当な反応温度に保温することにより、合成反応が再
開し、タンパク質合成は数時間に渡って進行する。以
下、この反応とゲル濾過操作を繰り返す。反応温度、及
び時間は用いるタンパク質合成系において適宜選択され
るが、コムギ胚芽抽出液を用いた系においては26℃で
約1時間ごとにゲル濾過を繰り返すのが好ましい。
The reaction solution in which the synthesis reaction has stopped is passed through a gel filtration column that has been equilibrated with a feed solution having the same composition as the external dialysate described in the above dialysis method. By keeping the filtered solution again at an appropriate reaction temperature, the synthetic reaction is restarted and the protein synthesis proceeds for several hours. Hereinafter, this reaction and gel filtration operation are repeated. The reaction temperature and time are appropriately selected depending on the protein synthesis system to be used, but in the system using the wheat germ extract, it is preferable to repeat gel filtration at 26 ° C. about every 1 hour.

【0031】かくして競合基質法により得られたタンパ
ク質は、それ自体既知の方法により確認することができ
る。具体的には例えば、アミノ酸のタンパク質への取り
こみ測定や、SDS-ポリアクリルアミド電気泳働による分
離とクマシーブリリアントブルー(CBB)による染色、
オートラジオグラフィー法(Endo, Y. et al., J. Biot
ech., 25, 221-230(1992) ; Proc. Natl. Acad. Sci. U
SA., 97, 559-564(2000))等を用いることができる。ま
た、かくして得られる反応液には、目的タンパク質を高
濃度に含有しているので、該反応液を、透析、イオン交
換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィ
ー、ゲル濾過等のそれ自体既知の分離、精製法により、
目的タンパク質を取得することができる。
The protein thus obtained by the competitive substrate method can be confirmed by a method known per se. Specifically, for example, measurement of incorporation of amino acids into proteins, separation by SDS-polyacrylamide electrophoresis and staining with Coomassie Brilliant Blue (CBB),
Autoradiography (Endo, Y. et al., J. Biot
ech., 25, 221-230 (1992); Proc. Natl. Acad. Sci. U
SA., 97, 559-564 (2000)) and the like can be used. Further, since the reaction solution thus obtained contains the target protein in a high concentration, the reaction solution is subjected to a known separation and purification method such as dialysis, ion exchange chromatography, affinity chromatography, gel filtration, etc. Due to
The target protein can be obtained.

【0032】(3)試薬、及びキット 本発明の競合基質は、それ自体無細胞タンパク質合成系
において翻訳効率を上昇させる翻訳エンハンス試薬とし
て用いることができる。該試薬には、少なくとも上記し
た競合基質が含まれるが、その他に界面活性剤、該合成
系に適した緩衝液等も含むことができる。また上記
(2)に記載した合成反応液のうち、翻訳鋳型を除いた
液と、上記の翻訳エンハンス試薬を含む無細胞タンパク
質合成キットも提供される。本発明のキットには、上記
以外に、無細胞タンパク質合成用細胞抽出液、RNAポリ
メラーゼ、界面活性剤、該合成系に適した緩衝液、陽性
コントロール用鋳型核酸等が含まれる。しかし、これら
全ての試薬類を含む必要はなく、競合基質法によるタン
パク質合成に用い得るキットであれば如何なる試薬の組
み合わせのものであってもよい。
(3) Reagent and Kit The competitive substrate of the present invention can be used as a translation enhancing reagent by itself in a cell-free protein synthesis system to increase translation efficiency. The reagent contains at least the above-mentioned competitive substrate, but may further contain a surfactant, a buffer suitable for the synthesis system, and the like. Also provided is a cell-free protein synthesis kit containing the solution excluding the translation template in the synthesis reaction solution described in (2) above and the above-mentioned translation enhancing reagent. In addition to the above, the kit of the present invention contains a cell extract for cell-free protein synthesis, RNA polymerase, a surfactant, a buffer suitable for the synthesis system, a positive control template nucleic acid, and the like. However, it is not necessary to include all these reagents, and any combination of reagents may be used as long as it is a kit that can be used for protein synthesis by the competitive substrate method.

【0033】[0033]

【実施例】実施例1 コムギ胚芽無細胞蛋白質合成系
(バッチ法)における競合基質法の効果の検討 (1)スタートコドン(AUG)を除いたRNAの作製 GFP遺伝子DNA(Chiu, W. -L., et al., Curr. Biol. 6,
325-330 (1996))が挿入されたプラスミドを鋳型とし
て、配列番号1、及び2に記載した配列を有するプライ
マーを用いたポリメラーゼチェインリアクション(PC
R)を行った。得られた約300bpのDNA断片をXhoI/Kp
nIで消化し、pBluescriptKS(−)(STRATAGENE社製)のX
hoI/KpnIサイトに挿入した。このプラスミドDNAを鋳型
として、T7RNA Polymerase(TAKARA社製)を用いて転
写を行い、得られたRNAをフェノール/クロロフォルム
抽出、エタノール沈殿の後、Nick Column(Amersham Ph
armacia Biotech社製)によって精製した。これをスタ
ートコドンを除いたRNA(−AUG・RNA)として以下の実
験に用いた。 (2)コムギ胚芽抽出物含有液の調製 北海道産チホクコムギ種子(未消毒)を1分間に100
gの割合でミル(Fritsch社製:Rotor Speed Mill pulve
risette14型)に添加し、回転数8,000rpmで種子
を温和に粉砕した。篩いで発芽能を有する胚芽を含む画
分(メッシュサイズ0.7〜1.00mm)を回収した
後、四塩化炭素とシクロヘキサンの混合液(容量比=四
塩化炭素:シクロヘキサン=2.4:1)を用いた浮選
によって、発芽能を有する胚芽を含む浮上画分を回収
し、室温乾燥によって有機溶媒を除去した後、室温送風
によって混在する種皮等の不純物を除去して粗胚芽画分
を得た。この粗胚芽画分から目視によってコムギ胚芽を
判別し、タケ串を用いて選別した。
Example 1 Wheat germ cell-free protein synthesis system
( 1) Preparation of RNA excluding start codon (AUG) GFP gene DNA (Chiu, W. -L., Et al., Curr. Biol. 6,
325-330 (1996)) was used as a template and a polymerase chain reaction (PC) using primers having the sequences shown in SEQ ID NOs: 1 and 2 was used.
R). The resulting DNA fragment of approximately 300 bp was XhoI / Kp
Digested with nI, X of pBluescriptKS (−) (STRATAGENE)
Inserted into hoI / KpnI site. Transcription using T7 RNA Polymerase (manufactured by TAKARA) using this plasmid DNA as a template, the resulting RNA was extracted with phenol / chloroform, precipitated with ethanol, and then subjected to Nick Column (Amersham Ph
armacia Biotech). This was used in the following experiment as RNA (-AUG RNA) without the start codon. (2) Preparation of Wheat Germ Extract-Containing Liquid Hokkaido Chihoku Wheat Seeds (undisinfected) 100 per minute
Mill at a ratio of g (Fritsch: Rotor Speed Mill pulve
risette14 type), and the seeds were gently crushed at a rotation speed of 8,000 rpm. After collecting a fraction (mesh size 0.7 to 1.00 mm) containing germs capable of germination through a sieve, a mixed solution of carbon tetrachloride and cyclohexane (volume ratio = carbon tetrachloride: cyclohexane = 2.4: 1). ) Is used to collect the floating fraction containing germs with germination ability, remove the organic solvent by drying at room temperature, and remove the impurities such as seed coat mixed by blowing air at room temperature to obtain the crude embryo fraction. Obtained. From this crude germ fraction, wheat germ was visually identified and sorted using a bamboo skewer.

【0034】得られたコムギ胚芽画分を4℃の蒸留水に
懸濁し、超音波洗浄機を用いて洗浄液が白濁しなくなる
まで洗浄した。次いで、ノニデット(Nonidet:ナカラ
イ・テクトニクス社製)P40の0.5容量%溶液に懸
濁し、超音波洗浄機を用いて洗浄液が白濁しなくなるま
で洗浄してコムギ胚芽を得た。
The obtained wheat germ fraction was suspended in distilled water at 4 ° C. and washed with an ultrasonic washing machine until the washing liquid did not become cloudy. Then, it was suspended in a 0.5% by volume solution of Nonidet (Nakarai Tectonics) P40 and washed with an ultrasonic washing machine until the washing liquid did not become cloudy to obtain a wheat germ.

【0035】コムギ胚芽抽出物含有液の調製は常法(Er
ickson, A. H. et al., (1996) Meth. In Enzymol., 9
6, 38-50)に準じた。以下の操作は4℃で行った。まず
液体窒素で凍結したコムギ胚芽を乳鉢中で微粉砕した。
得られた粉体1g当たり1mlのPattersonらの方法を一部
改変した抽出溶媒(それぞれ最終濃度として、80mM H
EPES−KOH(pH7.6)、200mM酢酸カリウム、2mM酢
酸マグネシウム、4mM塩化カルシウム、各0.6mM L型
アミノ酸20種類、8mMジシオスレオトール)を加え
て、泡が発生しないように注意しながら攪拌した。3
0,000×g、15分間の遠心によって得られる上清
を胚芽抽出液として回収し、予め溶液(それぞれ最終濃
度として40mM HEPES−KOH(pH7.6)、100mM酢酸
カリウム、5mM酢酸マグネシウム、各0.3mMの L型ア
ミノ酸20種類、4mMジシオスレオトール)で平衡化し
たセファデックスG−25カラム(Amersham Pharmacia
Biotech社製)でゲル濾過を行った。このようにして得
られたコムギ胚芽抽出物含有液の濃度は、260nmにお
ける光学密度(O.D.)(A260)が170〜250(A260
/A280=1.5)になるように調製した。
Preparation of a solution containing wheat germ extract is carried out by a conventional method (Er
ickson, AH et al., (1996) Meth. In Enzymol., 9
6, 38-50). The following operations were performed at 4 ° C. First, wheat germ frozen in liquid nitrogen was pulverized in a mortar.
Extraction solvent obtained by partially modifying the method of Patterson et al. With 1 ml per 1 g of the obtained powder (final concentration of 80 mM H 2
EPES-KOH (pH 7.6), 200mM potassium acetate, 2mM magnesium acetate, 4mM calcium chloride, 0.6mM each L-type amino acid 20 kinds, 8mM disiothreotol) are added, taking care not to generate bubbles. It was stirred. Three
The supernatant obtained by centrifugation at 50,000 xg for 15 minutes was collected as an embryo extract, and the solution (40 mM HEPES-KOH (pH 7.6) as final concentration, 100 mM potassium acetate, 5 mM magnesium acetate, 0 mM each) was previously prepared. Sephadex G-25 column (Amersham Pharmacia) equilibrated with 20 mM 3 L-type amino acids and 4 mM disiothreotol
Gel filtration was performed with Biotech. The concentration of the wheat germ extract-containing solution thus obtained had an optical density (OD) (A 260 ) at 260 nm of 170 to 250 (A 260
/ A 280 = 1.5).

【0036】(3)コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系
(バッチ法)によるタンパク質合成 上記(2)で調製されたコムギ胚芽抽出物含有液6μl
を含む蛋白質合成用反応液 25μl(それぞれ最終濃
度で、30mM HEPES−KOH(pH7.6)、100mM酢酸
カリウム、2.7mM酢酸マグネシウム、0.4mMスペル
ミジン(ナカライ・テクトニクス社製)、各0.3mM
L型アミノ酸20種類、4mMジシオスレオトール、1.
2mM ATP(和光純薬社製)、0.25mM GTP(和光純
薬社製)、16mMクレアチンリン酸(和光純薬社製)、
1U/μl Rnase inhibiter(TAKARA社製)、50ng/μ
l tRNA(Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Ac
ta., 43, 1-(1960))、0.4μg/lクレアチンキナー
ゼ(Roche社製)、2nCi/μl 14C−leu(モラベック社
製)を作製した。この反応液に(1)で作製した−AUG
・RNAを1、2、3、4、5、6、7μg加え、26℃
で5分間、プレインキュベートした後、翻訳鋳型mRNA
(ΩGFP)を1μgを加え、さらに1、2、4時間インキ
ュベートした。翻訳鋳型となるmRNA(ΩGFP)は、SP6
プロモーター配列に連結させた翻訳開始反応配列である
タバコモザイクウィルス(TMV)のオメガ(Ω)配列、
さらに3’下流に連結させたGFP遺伝子DNAを含むプラス
ミドGFP/pEU(WO01/27260号公報)を鋳型とし
て、SP6 RNA polymerase(TOYOBO社製)を用いて転写
を行い、得られたRNAをフェノール/クロロフォルム抽
出、エタノール沈殿の後、Nick Column(Amersham Phar
macia Biotech社製)により精製して用いた。
(3) Protein Synthesis by Wheat Germ Cell-Free Protein Synthesis System (Batch Method) 6 μl of the solution containing wheat germ extract prepared in (2) above
25 μl of a reaction solution for protein synthesis containing 30 mM HEPES-KOH (pH 7.6), 100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nakarai Tectonics), 0.3 mM each.
20 L-type amino acids, 4 mM disiothreotol, 1.
2 mM ATP (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
1U / μl Rnase inhibiter (TAKARA), 50ng / μ
l tRNA (Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Ac
ta., 43, 1- (1960)), 0.4 μg / l creatine kinase (manufactured by Roche), and 2 nCi / μl 14 C-leu (manufactured by Moravec). This reaction mixture was prepared in (1) -AUG
・ Add 1,2,3,4,5,6,7μg of RNA at 26 ℃
Translation template mRNA after 5 minutes preincubation
1 μg of (ΩGFP) was added, and the mixture was further incubated for 1, 2, 4 hours. The mRNA (ΩGFP) that serves as the translation template is SP6.
Tobacco mosaic virus (TMV) omega (Ω) sequence, which is a translation initiation reaction sequence linked to a promoter sequence,
Further, using the plasmid GFP / pEU (WO01 / 27260) containing the GFP gene DNA linked to the 3'downstream as a template, transcription was performed using SP6 RNA polymerase (manufactured by TOYOBO), and the resulting RNA was phenol / Chloroform extraction and ethanol precipitation followed by Nick Column (Amersham Phar
It was used after being purified by Macia Biotech).

【0037】反応開始後、1、2、4時間後の反応液5
μlをろ紙にスポットし、固体支持法により、液体シン
チレーションカウンター(LS6000IC:ベックマンコール
ター社製)を用いて14C−leuの取り込みを測定した。こ
の結果を図1(a)、及び(b)に示す。図1(b)は、(a)に示
した結果を、−AUG・RNAの添加量について、4時間後の
14C−leuの取り込みをプロットしたものである。反応系
に−AUG・RNAを存在させることにより、合成されるGFP
タンパク質は増加し、−AUG・RNAをΩGFP・DNAに対し重
量比で0.1倍以上添加することにより目的タンパク質
の合成量が増加し、4倍添加すると、ΩGFPタンパク質
の発現量は3倍程度に増加した。
Reaction liquid 5 1, 2 and 4 hours after the start of the reaction
Spot μl onto filter paper and apply liquid
Chilling counter (LS6000IC: Beckman Call
(Made by Tar Co.)14Uptake of C-leu was measured. This
The results are shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). Figure 1 (b) is shown in (a).
The results were compared with -AUG RNA addition amount after 4 hours.
14C-leu uptake is plotted. Reaction system
-AUG · RNA present in GFP
Protein increased, and −AUG RNA was superposed on ΩGFP DNA.
Target protein by adding 0.1 times or more in quantitative ratio
The amount of syntheses increased, and when added 4 times, the ΩGFP protein
Expression level increased about 3-fold.

【0038】実施例2 コムギ胚芽無細胞蛋白質合成系
(透析法)における競合基質法の効果検討 実施例1(2)で調製したコムギ胚芽抽出物含有液2
1.6μlを含む蛋白質合成用反応液(最終濃度で、3
0mM HEPES−KOH(pH7.8)、100mM酢酸カリウ
ム、2.7mM酢酸マグネシウム、0.4mMスペルミジン
(ナカライ・テクトニクス社製)、各0.3mM L型ア
ミノ酸20種類、2.5mMジシオスレオトール、1.2
mM ATP(和光純薬社製)、0.25mM GTP(和光純薬
社製)、16mMクレアチンリン酸(和光純薬社製)、
0.005%アジ化ナトリウム(和光純薬社製)、1U
/μl RNase inhibiter(TAKARA社製)、200ug/μl
tRNA(Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act
a., 43, 1- (1960))、0.4μg/lクレアチンキナー
ゼ(Roche社製))を作製した。この反応液に実施例1
(1)で作製した−AUG・RNAを0、48、96、14
4、192μg加え、60μlを透析カップ(分画分子
量12,000D:第一化学社製)に入れ、26℃で5分間、
プレインキュベートした後、実施例1(3)で作製した
翻訳鋳型mRNA(ΩGFP)を24μg、及び、透析外液(そ
れぞれ最終濃度で、30mM HEPES−KOH(pH7.8)、
100mM酢酸カリウム、2.7mM酢酸マグネシウム、
0.4mMスペルミジン(ナカライ・テクトニクス社
製)、各0.3mM L型アミノ酸20種類、2.5mMジ
シオスレオトール、1.2mM ATP(和光純薬社製)、
0.25mM GTP(和光純薬社製)、16mMクレアチンリ
ン酸(和光純薬社製)、0.005%アジ化ナトリウム
(和光純薬社製)600μlに対して24〜108時間
インキュベートした。透析外液は24時間毎に交換し
た。また、上記の−AUG・RNAを添加しない系において、
翻訳鋳型mRNA(実施例1(1)に記載のもの)を12時
間後に24μg添加した合成系も行った。上記各合成系
の反応液から24、48、72、108時間ごとに0.
25μlを採取し、12.5%SDS-ポリアクリルアミド
電気泳動(SDS-PAGE)で分離し、オートラジオグラムに
より分析した。この結果を図2に示す。-AUG・RNAを添
加した合成系においては、目的タンパク質の合成量が、
未添加、及びmRNAを12時間毎に添加したものに比べて
大きく増加した。
Example 2 Wheat germ cell-free protein synthesis system
Examination of effect of competitive substrate method in (dialysis method) Wheat germ extract-containing liquid 2 prepared in Example 1 (2)
Reaction solution for protein synthesis containing 1.6 μl (3 at final concentration)
0 mM HEPES-KOH (pH 7.8), 100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nacalai Tectonics Co., Ltd.), 0.3 mM each L-type amino acid 20 types, 2.5 mM disioseoletol, 1.2
mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
0.005% sodium azide (Wako Pure Chemical Industries) 1U
/ Μl RNase inhibiter (manufactured by TAKARA), 200ug / μl
tRNA (Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act
a., 43, 1- (1960)), 0.4 μg / l creatine kinase (manufactured by Roche)). Example 1 was added to this reaction solution.
0, 48, 96, 14 of -AUG RNA prepared in (1)
4,192 μg was added, and 60 μl was placed in a dialysis cup (molecular weight cutoff 12,000D: manufactured by Daiichi Pure Chemicals Co., Ltd.), and at 26 ° C. for 5 minutes.
After pre-incubation, 24 μg of the translation template mRNA (ΩGFP) prepared in Example 1 (3), and an external dialysate (30 mM HEPES-KOH (pH 7.8) at the final concentration, respectively),
100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate,
0.4 mM spermidine (manufactured by Nakarai Tectonics Co., Ltd.), 20 mM each 0.3 mM L-type amino acid, 2.5 mM disiothreitol, 1.2 mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
Incubation was performed for 24 to 108 hours against 600 μl of 0.25 mM GTP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 0.005% sodium azide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The external dialysate was replaced every 24 hours. Also, in the system without the addition of -AUG RNA,
A synthesis system was also performed in which 24 μg of the translation template mRNA (described in Example 1 (1)) was added after 12 hours. From the reaction solution of each synthesis system described above, 0.
25 μl was collected, separated by 12.5% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and analyzed by autoradiogram. The result is shown in FIG. -In the synthesis system with AUG / RNA added, the amount of target protein synthesized is
It was significantly increased as compared with the case where no mRNA was added and mRNA was added every 12 hours.

【0039】実施例3 競合基質の配列特異性の検討
(その1) (1)スタートコドン(AUG)を除いたRNAへの変異の導
入 実施例(1)で作製した−AUG・RNAのコーディング領域
が配列として翻訳されない配列でないことを示すため
に、同配列にATGを導入する変異を行った。実施例1
(1)で作製したプラスミドDNAを鋳型として配列番号
3、及び4と、配列番号5、及び6に記載の塩基配列を
有するプライマーを用いてPCRを行った。得られたプ
ラスミドDNAを鋳型として、T7 RNA polimerase(TAKAR
A社製)を用いて転写を行い、得られたRNAをフェノール
/クロロフォルム抽出、エタノール沈殿の後、Nick Col
umn(Amersham Pharmacia Biotech社製)によって精製
した。
Example 3 Examination of Sequence Specificity of Competing Substrate
(No. 1) (1) Introduction of mutation into RNA excluding the start codon (AUG) -Produced in Example (1) -In order to show that the coding region of -AUG RNA is not a sequence that is not translated as a sequence, A mutation was introduced to introduce ATG into the sequence. Example 1
PCR was carried out using the plasmid DNA prepared in (1) as a template and the primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 3 and 4 and SEQ ID NOs: 5 and 6. Using the obtained plasmid DNA as a template, T7 RNA polimerase (TAKAR
(Manufactured by Company A), and the resulting RNA is extracted with phenol / chloroform and precipitated with ethanol, and then Nick Col
Purified by umn (Amersham Pharmacia Biotech).

【0040】(2)コムギ胚芽無細胞蛋白質合成系(バ
ッチ法)による蛋白質合成 実施例1(2)で得られたコムギ胚芽抽出物含有液6μ
lを含む蛋白質合成用反応液(それぞれ最終濃度で、3
0mM HEPES−KOH(pH7.6)、100mM酢酸カリウ
ム、2.7mM酢酸マグネシウム、0.4mMスペルミジン
(ナカライ・テクトニクス社製)、各0.3mM L型ア
ミノ酸でLeuを除く19種、4mMジシオスレオトール、
1.2mM ATP(和光純薬社製)、0.25mM GTP(和
光純薬社製)、16mMクレアチンリン酸(和光純薬社
製)、1U/μl RNase inhibiter(TAKARA社製)、50
ng/μl tRNA(Moniter, R., et al., Biochim. Bioph
ys. Acta., 43, 1 1960))、0.4μg/lクレアチンキ
ナーゼ(Roche社製)、10nCi/μl 14C−leu(モラベ
ック社製)25μlを作製した。この反応液を26℃で
5分間、プレインキュベートした後、実施例1(3)で
作製した翻訳鋳型mRNA(ΩGFP)を1μg、及び上記
(1)で作製したATGを導入したmRNAを4μg加えた反
応液と、コントロールとして−AUG・RNA(実施例1
(1)に記載のもの)4μg、または別の配列を有する
−AUG・RNA(実施例3(1)に記載のもの)4μg、さ
らには何も添加しないものを作製し、4時間インキュベ
ートした。反応開始後、4時間後の反応液5μlを採取
し、12.5%アクリルアミドゲルを用いたSDS-PAGEに
より分析した。この結果を図3に示す。実施例1、及び
2で競合基質として用いたRNAの配列にATGを導入する
と、該RNAがコードするタンパク質が発現することが確
認された。このことは競合基質法の効果が、競合基質と
して用いるRNAの塩基配列に非特異的であることを示
す。
(2) Protein Synthesis by Wheat Germ Cell-Free Protein Synthesis System (Batch Method) 6 μm of the wheat germ extract-containing solution obtained in Example 1 (2)
l-containing reaction solution for protein synthesis (3 for each final concentration)
0 mM HEPES-KOH (pH 7.6), 100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nacalai Tectonics, Inc.), 0.3 mM each L-type amino acid except 19 types, 4 mM disionoseo Thor,
1.2 mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 1 U / μl RNase inhibiter (manufactured by TAKARA Corporation), 50
ng / μl tRNA (Moniter, R., et al., Biochim. Bioph
ys. Acta., 43, 1 1960)), 0.4 μg / l creatine kinase (Roche), 10 nCi / μl 14 C-leu (Morabec) 25 μl. After preincubating this reaction solution at 26 ° C. for 5 minutes, 1 μg of the translation template mRNA (ΩGFP) prepared in Example 1 (3) and 4 μg of the ATG-introduced mRNA prepared in (1) above were added. The reaction solution and -AUG RNA as a control (Example 1
4 μg (described in (1)) or 4 μg of -AUG.RNA having another sequence (described in Example 3 (1)), and one to which nothing was added were prepared and incubated for 4 hours. After 4 hours from the start of the reaction, 5 μl of the reaction solution was collected and analyzed by SDS-PAGE using a 12.5% acrylamide gel. The result is shown in FIG. It was confirmed that when ATG was introduced into the sequence of RNA used as a competitive substrate in Examples 1 and 2, the protein encoded by the RNA was expressed. This indicates that the effect of the competitive substrate method is non-specific to the base sequence of RNA used as a competitive substrate.

【0041】実施例4 競合基質の配列特異性の検討
(その2) (1)スタートコドン(AUG)を除いたRNAの作製 pSP65(GenBank Accession No.X65329)を鋳型とし
て、配列番号7、及び8に記載の塩基配列を有するプラ
イマーを用いてPCRを行った。得られた約500bpのDNA
断片をApaI/BamHIで消化し、pBluescriptKS(−)(STRA
TAGENE社製)のApaI/BamHIサイトに挿入した。このプ
ラスミドDNAを鋳型として、T7RNA Polymerase(TAKARA
社製)を用いて転写を行い、得られたRNAをフェノール
/クロロフォルム抽出、エタノール沈殿の後、Nick Col
umn(Amersham Pharmacia Biotech社製)によって精製
した。このRNAをスタートコドン(AUG)を含まないRNA
(−AUG・RNA)として以下の実験に用いた。
Example 4 Examination of Sequence Specificity of Competing Substrate
(Part 2) (1) Preparation of RNA excluding Start Codon (AUG) PCR was carried out using pSP65 (GenBank Accession No. X65329) as a template and primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 7 and 8. It was About 500 bp DNA obtained
The fragment was digested with ApaI / BamHI and pBluescriptKS (−) (STRA
(Manufactured by TAGENE) and inserted into the ApaI / BamHI site. Using this plasmid DNA as a template, T7 RNA Polymerase (TAKARA
(Manufactured by K.K.) and the resulting RNA is extracted with phenol / chloroform and precipitated with ethanol, and then Nick Col
Purified by umn (Amersham Pharmacia Biotech). This RNA is an RNA that does not contain the start codon (AUG)
It was used in the following experiments as (-AUG.RNA).

【0042】(2)コムギ胚芽無細胞蛋白質合成系(透
析法)による蛋白質合成 実施例1(2)で作製したコムギ胚芽抽出物含有液2
1.6μlを含む蛋白質合成用反応液(最終濃度で、3
0mM HEPES−KOH(pH7.8)、100mM酢酸カリウ
ム、2.7mM酢酸マグネシウム、0.4mMスペルミジン
(ナカライ・テクトニクス社製)、各0.3mM L型ア
ミノ酸20種類、2.5mMジシオスレオトール、1.2
mM ATP(和光純薬社製)、0.25mM GTP(和光純薬
社製)、16mMクレアチンリン酸(和光純薬社製)、
0.005%アジ化ナトリウム(和光純薬社製)、1U
/μl RNase inhibiter(TAKARA社製)、200ug/μl
tRNA(Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act
a., 43, 1- (1960))、0.4μg/lクレアチンキナー
ゼ(Roche社製))を作製した。
(2) Protein synthesis by wheat germ cell-free protein synthesis system (dialysis method) Wheat germ extract-containing liquid 2 prepared in Example 1 (2)
Reaction solution for protein synthesis containing 1.6 μl (3 at final concentration)
0 mM HEPES-KOH (pH 7.8), 100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nacalai Tectonics Co., Ltd.), 0.3 mM each L-type amino acid 20 types, 2.5 mM disioseoletol, 1.2
mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
0.005% sodium azide (Wako Pure Chemical Industries) 1U
/ Μl RNase inhibiter (manufactured by TAKARA), 200ug / μl
tRNA (Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act
a., 43, 1- (1960)), 0.4 μg / l creatine kinase (manufactured by Roche)).

【0043】この反応液60μlに実施例1(3)で作
製した翻訳鋳型mRNA(ΩGFP)を24μgを加え、透析カ
ップ(分画分子量12,000kD:第一化学社製)に入
れ、26℃で5分間、プレインキュベートした後、実施
例4(1)で作製した−AUG・RNAを96μg加え、透析
外液(それぞれ最終濃度で、30mM HEPES−KOH(pH
7.8)、100mM酢酸カリウム、2.7mM酢酸マグネ
シウム、0.4mMスペルミジン(ナカライ・テクトニク
ス社製)、各0.3mM L型アミノ酸20種類、2.5m
Mジシオスレオトール、1.2mM ATP(和光純薬社
製)、0.25mM GTP(和光純薬社製)、16mMクレア
チンリン酸(和光純薬社製)、0.005%アジ化ナト
リウム(和光純薬社製)600μlに対して48時間イ
ンキュベートした。透析外液は24時間毎に交換した。
また、コントロールとして、上記と同様の反応液で、実
施例1(1)で作製した−AUG・RNA24μgを競合基質
として添加した反応系、実施例1(1)で作製した−AU
G・RNA96μgを競合基質として添加した反応系、競合
基質を添加するかわりに翻訳鋳型mRNA(ΩGFP)24μg
を12時間後に添加した合成系についても、同様の条件
で反応を行った。
24 μg of the translation template mRNA (ΩGFP) prepared in Example 1 (3) was added to 60 μl of this reaction solution, and the mixture was placed in a dialysis cup (fraction molecular weight cutoff 12,000 kD: manufactured by Daiichi Kagaku Co.) at 26 ° C. After pre-incubating for 5 minutes, 96 μg of −AUG · RNA prepared in Example 4 (1) was added, and dialyzed external solution (30 mM HEPES-KOH (pH at each final concentration) was added.
7.8), 100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nakarai Tectonics Co., Ltd.), 0.3 mM each of 20 types of L-type amino acids, 2.5 m
M disiothreotol, 1.2 mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.005% sodium azide ( Incubated for 48 hours with 600 μl of Wako Pure Chemical Industries. The external dialysate was replaced every 24 hours.
In addition, as a control, a reaction system prepared in Example 1 (1) with the same reaction solution as described above, to which 24 μg of AUG RNA was added as a competitive substrate, prepared in Example 1 (1) -AU.
Reaction system in which 96 μg of G / RNA was added as a competitive substrate, 24 μg of translation template mRNA (ΩGFP) instead of adding a competitive substrate
The reaction was carried out under the same conditions for the synthetic system added after 12 hours.

【0044】36時間のインキュベートの後、上記各合
成系の反応液から0.25μlを採取し、12.5%ポ
リアクリルアミドゲルを用いた(SDS-PAGE)により分析
した。この結果を図4に示す。−AUG・RNAを添加した合
成系においては、その塩基配列が異なっても同程度のタ
ンパク質の合成効率が見られた。このことは競合基質法
の効果が、競合基質として用いるRNAの塩基配列に非特
異的であることを示す。
After 36 hours of incubation, 0.25 μl was taken from the reaction solution of each of the above synthesis systems and analyzed by using 12.5% polyacrylamide gel (SDS-PAGE). The result is shown in FIG. In the synthetic system to which -AUG • RNA was added, similar protein synthesis efficiency was observed even if the nucleotide sequences were different. This indicates that the effect of the competitive substrate method is non-specific to the base sequence of RNA used as a competitive substrate.

【0045】実施例5 翻訳鋳型mRNAの3’UTR鎖長と
タンパク質合成効率についての競合基質法の効果の検討 (1)翻訳鋳型mRNAの作製 GFP遺伝子にそれぞれ異なる長さの3’側非翻訳領域を
有するmRNAを以下の方法により作製した。SP6プロモー
ター配列に連結させた翻訳開始反応配列であるタバコモ
ザイクウィルス(TMV)のオメガ(Ω)配列、さらに
3’下流に連結させたGFP遺伝子DNAを含むプラスミドGF
P/pEU(WO 01/27260)を鋳型として、5’側
のプライマーとして配列番号9に示す配列を有するもの
と3’側のプライマーとして18−3’(配列番号1
0)、549−3’(配列番号11)、及び1626−
3’(配列番号12)に示す配列を有するものを用いて
PCRを行った。得られた約750bp、1280bp、23
50bpのDNA断片を精製し、該DNAを鋳型としてSP6 RNA
polymeraseを用いて転写し、得られたmRNAをフェノー
ル/クロロフォルム抽出、エタノール沈殿の後、Nick C
olumn(Amersham Pharmacia Biotech社製)により精製
した。
Example 5 3′UTR chain length of translation template mRNA and
Examination of Effect of Competitive Substrate Method on Protein Synthesis Efficiency (1) Preparation of Translation Template mRNA mRNAs having 3 ′ untranslated regions of different lengths in the GFP gene were prepared by the following method. Plasmid GF containing the tobacco mosaic virus (TMV) omega (Ω) sequence, which is a translation initiation reaction sequence linked to the SP6 promoter sequence, and the GFP gene DNA linked further 3 ′ downstream
Using P / pEU (WO 01/27260) as a template, the primer having the sequence shown in SEQ ID NO: 9 as the 5'side primer and 18-3 '(SEQ ID NO: 1 as the 3'side primer)
0), 549-3 '(SEQ ID NO: 11), and 1626-.
Using the one having the sequence shown in 3 '(SEQ ID NO: 12)
PCR was performed. About 750 bp, 1280 bp, 23 obtained
A 50 bp DNA fragment was purified and SP6 RNA was prepared using this DNA as a template.
Transcribed using polymerase, the resulting mRNA is extracted with phenol / chloroform, precipitated with ethanol, and then Nick C
Purified by olumn (Amersham Pharmacia Biotech).

【0046】(2)コムギ胚芽無細胞蛋白質合成系(透
析法)による蛋白質合成 実施例1(2)で作製したコムギ胚芽抽出物含有液2
1.6μlを含む蛋白質合成用反応液(最終濃度で、3
0mM HEPES−KOH(pH7.8)、100mM酢酸カリウ
ム、2.7mM酢酸マグネシウム、0.4mMスペルミジン
(ナカライ・テクトニクス社製)、各0.3mM L型ア
ミノ酸20種類、2.5mMジシオスレオトール、1.2
mM ATP(和光純薬社製)、0.25mM GTP(和光純薬
社製)、16mMクレアチンリン酸(和光純薬社製)、
0.005%アジ化ナトリウム(和光純薬社製)、1U
/μl RNase inhibiter(TAKARA社製)、200ng/μl
tRNA(Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act
a., 43, 1- (1960))、0.4μg/lクレアチンキナー
ゼ(Roche社製)を作製した。
(2) Protein synthesis by wheat germ cell-free protein synthesis system (dialysis method) Wheat germ extract-containing liquid 2 prepared in Example 1 (2)
Reaction solution for protein synthesis containing 1.6 μl (3 at final concentration)
0 mM HEPES-KOH (pH 7.8), 100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nacalai Tectonics Co., Ltd.), 0.3 mM each L-type amino acid 20 types, 2.5 mM disioseoletol, 1.2
mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
0.005% sodium azide (Wako Pure Chemical Industries) 1U
/ Μl RNase inhibitor (TAKARA), 200ng / μl
tRNA (Moniter, R., et al., Biochim. Biophys. Act
a, 43, 1- (1960)), 0.4 μg / l creatine kinase (manufactured by Roche).

【0047】この反応液60μlに実施例1(1)で作
製した−AUG・RNAを96μg加えた後、透析カップ(分
画分子量12,000kD:第一化学社製)に入れ、26
℃で5分間、プレインキュベートした後、実施例5
(1)で作製した3種類長さの3’非翻訳領域を有するm
RNA(ΩGFP)を12μg加え、透析外液(それぞれ最終
濃度で、30mM HEPES−KOH(pH7.8)、100mM酢
酸カリウム、2.7mM酢酸マグネシウム、0.4mMスペ
ルミジン(ナカライ・テクトニクス社製)、各0.3mM
L型アミノ酸20種類、2.5mMジシオスレオトー
ル、1.2mM ATP(和光純薬社製)、0.25mM GTP
(和光純薬社製)、16mMクレアチンリン酸(和光純薬
社製)、0.005%アジ化ナトリウム(和光純薬社
製)600μに対して48時間インキュベートした。透
析外液は24時間毎に交換した。また、コントロールと
して、上記と同様の反応液で、競合基質を添加するかわ
りに実施例1
To 60 μl of this reaction solution, 96 μg of -AUG RNA prepared in Example 1 (1) was added, and the mixture was placed in a dialysis cup (fraction molecular weight cut-off 12,000 kD: manufactured by Daiichi Kagaku Co., Ltd.) to give 26
Example 5 after pre-incubation at 5 ° C for 5 minutes
M with 3'length 3'untranslated region prepared in (1)
RNA (ΩGFP) was added in an amount of 12 μg, and the dialyzed external solution (30 mM HEPES-KOH (pH 7.8), 100 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nacalai Tectonics Co., Ltd.) at each final concentration. 0.3 mM
20 types of L-type amino acids, 2.5 mM disioseoletol, 1.2 mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP
(Manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 0.005% sodium azide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 600 μ were incubated for 48 hours. The external dialysate was replaced every 24 hours. In addition, as a control, the same reaction solution as above was used, but instead of adding a competitive substrate, Example 1 was used.

【0048】(3)で作製した翻訳鋳型mRNA(ΩGFP)
12μgを12時間後に添加した合成系についても、同
様の条件で反応を行った。 24時間のインキュベートの後、上記各合成系の反応液
から0.25μlを採取し、12.5%ポリアクリルア
ミドゲルを用いたSDS-PAGEで分析した。この結果を図5
に示す。−AUG・RNAを添加しない合成系(カラム1、
4、7)では、最も高いタンパク質合成効率を示したの
は翻訳鋳型となる遺伝子の3’非翻訳領域が1626bp
ついている鋳型mRNAを用いた場合であったが、競合基質
を添加した合成系(カラム2、5、8、3、6、9)に
おいては、3’非翻訳領域の長さが549bpのものでも
1626bpのものと同様の高効率を示した。
Translation template mRNA (ΩGFP) prepared in (3)
The reaction was performed under the same conditions for the synthetic system to which 12 μg was added after 12 hours. After incubation for 24 hours, 0.25 μl was taken from the reaction solution of each synthesis system described above and analyzed by SDS-PAGE using a 12.5% polyacrylamide gel. This result is shown in FIG.
Shown in. -Synthesis system without adding AUG / RNA (column 1,
In 4 and 7), the highest protein synthesizing efficiency was found to be 1626 bp in the 3'untranslated region of the gene used as the translation template.
Although the template mRNA attached was used, in the synthetic system with added competitive substrate (columns 2, 5, 8, 3, 6, 9), even if the length of the 3'untranslated region was 549 bp, It showed high efficiency similar to that of 1626 bp.

【0049】実施例6 競合基質法の汎用性の検討 (1)翻訳鋳型mRNAの作製 翻訳鋳型となる遺伝子としてはルシフェラーゼ(pSP-lu
c:Promega社製)、及び4 dihydrofolate reductase
(dhfr: GENBANK Accetion No. AAA87976)を用
い、SP6プロモーター配列に連結させた翻訳開始反応配
列であるタバコモザイクウィルス(TMV)のオメガ
(Ω)配列、さらに3’下流に連結させた上記翻訳鋳型
となる遺伝子DNAを含むプラスミドを鋳型として、SP6
RNA polymerase(TOYOBO社製)を用いて転写を行い、得
られたRNAをフェノール/クロロフォルム抽出、エタノ
ール沈殿の後、Nick Column(Amersham Pharmacia Biot
ech社製)により精製して用いた。
Example 6 Examination of versatility of competitive substrate method (1) Preparation of translation template mRNA As a gene to be a translation template, luciferase (pSP-lu) was used.
c: Promega), and 4 dihydrofolate reductase
(Dhfr: GENBANK Accetion No. AAA87976) using the omega (Ω) sequence of the tobacco mosaic virus (TMV) which is the translation initiation reaction sequence linked to the SP6 promoter sequence, and the above translation template linked to the 3 ′ downstream. Using a plasmid containing the gene DNA
Transcription was performed using RNA polymerase (manufactured by TOYOBO), and the resulting RNA was extracted with phenol / chloroform and precipitated with ethanol, and then the Nick Column (Amersham Pharmacia Biot) was used.
ech) and used.

【0050】(2)コムギ胚芽無細胞蛋白質合成系(透
析法)による蛋白質合成 実施例1(2)で作製したコムギ胚芽抽出物含有液18
μlを含む蛋白質合成用反応液(最終濃度で、30mM HE
PES−KOH(pH7.8)、100mM酢酸カリウム、2.7
mM酢酸マグネシウム、0.4mMスペルミジン(ナカライ
・テクトニクス社製)、各0.3mM L型アミノ酸20
種類、2.5mMジシオスレオトール、1.2mM ATP
(和光純薬社製)、0.25mM GTP(和光純薬社製)、
16mMクレアチンリン酸(和光純薬社製)、0.005
%アジ化ナトリウム(和光純薬社製)、1U/μl RNase
inhibiter(TAKARA社製)、200ug/μl tRNA(Moni
ter, R., et al., Biochim. Biophys. Acta., 43, 1-
(1960))、0.4μg/lクレアチンキナーゼ(Roche社
製)を作製した。
(2) Wheat germ cell-free protein synthesis system (dialysis method) for protein synthesis Wheat germ extract-containing liquid 18 prepared in Example 1 (2)
Reaction solution for protein synthesis containing μl (30 mM HE at final concentration)
PES-KOH (pH 7.8), 100 mM potassium acetate, 2.7
mM magnesium acetate, 0.4 mM spermidine (manufactured by Nakarai Tectonics), 0.3 mM each L-type amino acid 20
Type, 2.5mM disiothreotol, 1.2mM ATP
(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25 mM GTP (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.005
% Sodium azide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 1U / μl RNase
inhibiter (manufactured by TAKARA), 200ug / μl tRNA (Moni
ter, R., et al., Biochim. Biophys. Acta., 43, 1-
(1960)) and 0.4 μg / l creatine kinase (manufactured by Roche).

【0051】この反応液50μlに実施例1(1)で作
製した−AUG・RNAを80μg加え、これを透析カップ
(分画分子量12,000kD:第一化学社製)に入れ、
26℃で5分間、プレインキュベートした後、上記実施
例6(1)で作製したルシフェラーゼmRNA(Ωluci)、
及びdhfr mRNA(Ωdhfr)を20μg、、透析外液(それ
ぞれ最終濃度で、30mM HEPES−KOH(pH7.8)、1
00mM酢酸カリウム、2.7mM酢酸マグネシウム、0.
4mMスペルミジン(ナカライ・テクトニクス社製)、各
0.3mM L型アミノ酸20種類、2.5mMジシオスレ
オトール、1.2mM ATP(和光純薬社製)、0.25
mM GTP(和光純薬社製)、16mMクレアチンリン酸(和
光純薬社製)、0.005%アジ化ナトリウム(和光純
薬社製)600μlに対して12〜96時間インキュベ
ートした。透析外液は24時間毎に交換した。また、コ
ントロールとして、上記と同様の反応液で、競合基質を
添加しない反応系についても、同様の条件で反応を行っ
た。
To 50 μl of this reaction solution, 80 μg of -AUG RNA prepared in Example 1 (1) was added, and this was placed in a dialysis cup (molecular weight cutoff of 12,000 kD: manufactured by Daiichi Kagaku),
After pre-incubating at 26 ° C. for 5 minutes, the luciferase mRNA (Ωluci) prepared in Example 6 (1) above,
And 20 μg of dhfr mRNA (Ωdhfr), external dialysis solution (at a final concentration of 30 mM HEPES-KOH (pH 7.8), 1
00 mM potassium acetate, 2.7 mM magnesium acetate, 0.
4mM spermidine (manufactured by Nakarai Tectonics), 20 kinds of 0.3mM L-type amino acids, 2.5mM disiothreitol, 1.2mM ATP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.25
Incubation was performed for 12 to 96 hours against 600 μl of mM GTP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 16 mM creatine phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 0.005% sodium azide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The external dialysate was replaced every 24 hours. In addition, as a control, the same reaction solution as above was used, and a reaction system in which no competitive substrate was added was also reacted under the same conditions.

【0052】12、24、48、72、96時間のイン
キュベートの後、上記の鋳型mRNAとしてΩluciを用い
た合成系の反応液からは0.5μl、翻訳鋳型mRNAとし
てΩdhfrを用いた合成系の反応液からは0.25μlを
採取し、12.5%ポリアクリルアミドゲルを用いたSD
S-PAGEで分析した。この結果を図6に示す。−AUG・RNA
を添加した合成系においては、翻訳鋳型mRNAにルシフェ
ラーゼ、及びdhfrを用いた場合にもタンパク質の合成効
率の増加が見られた。このことは競合基質法の効果が、
翻訳鋳型として用いるRNAの塩基配列に非特異的である
こと、あるいは翻訳鋳型として用いるmRNAが有する塩基
配列と、競合基質RNAが有する塩基配列が同一の部分を
含む必要のないことを示す。
After incubation for 12, 24, 48, 72, 96 hours, 0.5 μl from the reaction solution of the synthesis system using Ωluci as the template mRNA, and the reaction of the synthesis system using Ωdhfr as the translation template mRNA. 0.25 μl was collected from the solution, and SD using 12.5% polyacrylamide gel was used.
It was analyzed by S-PAGE. The result is shown in FIG. -AUG ・ RNA
In the synthetic system to which was added, the protein synthesis efficiency was also increased when luciferase and dhfr were used as the translation template mRNA. This means that the effect of the competitive substrate method is
It indicates that the nucleotide sequence of the RNA used as the translation template is non-specific, or that the nucleotide sequence of the mRNA used as the translation template and the nucleotide sequence of the competitive substrate RNA do not need to contain the same portion.

【0053】実施例7 ウサギ網状赤血球無細胞蛋白質
合成系における競合基質法の効果の検討(その1) Rabbit Reticulocyte Lysate System(Promega社製)を
用い、翻訳鋳型mRNAとして実施例1(3)に記載のΩGF
Pを1μgを添加し、競合基質としては実施例1(1)で
作製した−AUG・RNAを0、1、2、3、4、5、6μg
添加し、さらに最終濃度で2nCi/μl となるように14C
−leu(モラベック社製)を加え、30℃にて2時間イ
ンキュベートを行った。この反応液5μlをろ紙にスポ
ットし、固体支持法により、液体シンチレーションカウ
ンター(LS6000IC:ベックマンコールター社製)を用い
14C−leuの取り込みを測定した。この結果を図7
(a)、及び(b)に示す。図7(b)は、(a)に示した結果を、
−AUG・RNAの添加量について、4時間後の14C−leuの取
り込みをプロットしたものである。ウサギ網状赤血球無
細胞タンパク質合成系においても、競合基質法の効果が
確認され、またその効果は翻訳鋳型mRNAに対して競合基
質RNAを3〜4倍添加したときが最も高いことが示され
た。
Example 7 Rabbit reticulocyte cell-free protein
Examination of Effect of Competitive Substrate Method in Synthesis System (Part 1) ΩGF described in Example 1 (3) as a translation template mRNA using Rabbit Reticulocyte Lysate System (Promega)
1 μg of P was added, and 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 μg of -AUG RNA prepared in Example 1 (1) was used as a competitive substrate.
Add 14 C to a final concentration of 2 nCi / μl.
-Leu (manufactured by Moravec) was added, and the mixture was incubated at 30 ° C for 2 hours. 5 μl of this reaction solution was spotted on a filter paper, and 14 C-leu uptake was measured by a solid support method using a liquid scintillation counter (LS6000IC: manufactured by Beckman Coulter, Inc.). This result is shown in FIG.
Shown in (a) and (b). FIG. 7B shows the result shown in FIG.
14 is a plot of the amount of 14 A -leu uptake after 4 hours with respect to the amount of -AUG RNA added. The effect of the competitive substrate method was also confirmed in the rabbit reticulocyte cell-free protein synthesis system, and it was shown that the effect was highest when the competitive substrate RNA was added 3 to 4 times the translation template mRNA.

【0054】実施例8 ウサギ網状赤血球無細胞蛋白質
合成系における競合基質法の効果の検討(その2) 実施例7では、翻訳鋳型mRNAとしてcap構造を有さない
ものを用いたが、ここではcap構造を有するmRNAを翻訳
鋳型として用いた場合の競合基質法の効果について解
析、検討した。 (1)Cap構造を有する翻訳鋳型mRNAの作製 実施例1(3)で作製した翻訳鋳型mRNA(ΩGFP)にm7
G(5’)ppp(5’)G cap analog(New England Bila
b社製)を加え、得られたcapされたmRNAをフェノール/
クロロフォルム抽出、エタノール沈殿の後、Nick Colum
n(Amersham Pharmacia Biotech社製)により精製し
た。 (2)ウサギ網状赤血球無細胞タンパク質合成系による
タンパク質合成 Rabbit Reticulocyte Lysate System(Promega社製)を
用い、翻訳鋳型mRNAとして上記(1)で作製した5’ca
p構造を有するΩGFPを1μgを添加し、競合基質として
は実施例1(1)で作製した−AUG・RNAを0、1、2、
3、4、5、6μg添加し、さらに最終濃度で2nCi/μ
l となるように14C−leu(モラベック社製)を加え、3
0℃にて2時間インキュベートを行った。この反応液5
μlをろ紙にスポットし、固体支持法により、液体シン
チレーションカウンター(LS6000IC:ベックマンコール
ター社製)を用いて14C−leuの取り込みを測定した。こ
の結果を図8(a)、及び(b)に示す。図8(b)は、(a)に示
した結果を、−AUG・RNAの添加量について、2時間後の
14C−leuの取り込みをプロットしたものである。ウサギ
網状赤血球無細胞タンパク質合成系において、5’cap
構造を有するmRNAを翻訳鋳型として用いた場合にも、競
合基質法の効果が確認され、またその効果は翻訳鋳型mR
NAに対して競合基質RNAを3〜4倍添加したときが最も
高いことが示された。
Example 8 Rabbit reticulocyte cell-free protein
Examination of Effect of Competitive Substrate Method in Synthetic System (Part 2) In Example 7, a translation template mRNA having no cap structure was used. Here, however, mRNA having a cap structure was used as a translation template. The effect of the competitive substrate method was analyzed and examined. (1) Preparation of translation template mRNA having Cap structure m7 was added to the translation template mRNA (ΩGFP) prepared in Example 1 (3).
G (5 ') ppp (5') G cap analog (New England Bila
b) was added, and the resulting capped mRNA was added to phenol /
After chloroform extraction and ethanol precipitation, Nick Colum
n (Amersham Pharmacia Biotech). (2) Protein synthesis by rabbit reticulocyte cell-free protein synthesis system Using the Rabbit Reticulocyte Lysate System (Promega), 5'ca prepared in (1) above as a translation template mRNA.
1 μg of ΩGFP having a p structure was added, and 0- 1, 2-AUG RNA prepared in Example 1 (1) was used as a competitive substrate.
Add 3, 4, 5, and 6 μg, and further add 2 nCi / μ at the final concentration.
Add 14 C-leu (made by Moravec Co.) to give l
Incubation was carried out at 0 ° C for 2 hours. This reaction liquid 5
The μl was spotted on a filter paper, and 14 C-leu uptake was measured by a solid support method using a liquid scintillation counter (LS6000IC: manufactured by Beckman Coulter, Inc.). The results are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). FIG. 8 (b) shows the results shown in FIG. 8 (a) for the amount of -AUG RNA added after 2 hours.
14 is a plot of 14 C-leu incorporation. 5'cap in rabbit reticulocyte cell-free protein synthesis system
The effect of the competitive substrate method was confirmed even when a structural mRNA was used as a translation template.
It was shown that the highest was obtained when the competitive substrate RNA was added 3 to 4 times to NA.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明により、無細胞タンパク質合成系
において翻訳鋳型となる核酸の安定性が増強され、結果
として合成される目的タンパク質量が格段に増加した。
このことは、無細胞タンパク質合成系の産業への適用性
を極めて向上させるものである。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, the stability of a nucleic acid serving as a translation template is enhanced in a cell-free protein synthesis system, and as a result, the amount of target protein synthesized is significantly increased.
This greatly improves the applicability of the cell-free protein synthesis system to industry.

【0056】[0056]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Endo, Yaeta Mitsubishi chemical corporation <120> Method for obtaining polypeptides in cell-free protein synthesis s ystem <160> 10 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 1 tcctcgaggc ccgaaggc 18 <210> 2 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 2 caggtacccg cgcttctc 18 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 3 gctctagaac taatggatcc cccg 24 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 4 ggccgccacc gcggtggagc 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 5 gaatgggccc acgcgcgggg 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 6 taccggatcc ggcgcagcgg 20 <210> 7 <211> 4 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 20 cgatttaggt gacactatag 20 <210> 8 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 8 atccggatcc agccgtaaat tctatac 27 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 9 ccctcgaggc gtgggcccca 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:Synthesized <400> 10 agcgtcagac cccgtagaaa 20[Sequence list]                                SEQUENCE LISTING        <110> Endo, Yaeta       Mitsubishi chemical corporation <120> Method for obtaining proteins in cell-free protein synthesis s ystem <160> 10 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 1 tcctcgaggc ccgaaggc 18 <210> 2 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 2 caggtacccg cgcttctc 18 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 3 gctctagaac taatggatcc cccg 24 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 4 ggccgccacc gcggtggagc 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 5 gaatgggccc acgcgcgggg 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 6 taccggatcc ggcgcagcgg 20 <210> 7 <211> 4 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 20 cgatttaggt gacactatag 20 <210> 8 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 8 atccggatcc agccgtaaat tctatac 27 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 9 ccctcgaggc gtgggcccca 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: Synthesized <400> 10 agcgtcagac cccgtagaaa 20

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

【図1】 コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系(バッチ
法)における、競合基質の存在量と目的タンパク質の合
成量との相関を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the correlation between the amount of competitive substrate present and the amount of target protein synthesized in a wheat embryo cell-free protein synthesis system (batch method).

【図2】 コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系(透析
法)における、競合基質の存在量を変化させた時の目的
タンパク質の合成量、及び翻訳鋳型を添加した時の目的
タンパク質の合成量を示した図である。
FIG. 2 shows the amount of target protein synthesized when the amount of competing substrate was changed and the amount of target protein synthesized when a translation template was added in the wheat embryo cell-free protein synthesis system (dialysis method). It is a figure.

【図3】 コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系(バッチ
法)において、ATGを導入したRNAを鋳型とした時の、該
RNAがコードするタンパク質の合成量を示した図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram of a wheat embryo cell-free protein synthesis system (batch method) in which ATG-introduced RNA is used as a template.
It is a figure which showed the synthetic amount of the protein which RNA codes.

【図4】 コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系(透析
法)において、異なる塩基配列を有するAUGが無いRNAを
存在させた時の目的タンパク質の合成量を示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a synthetic amount of a target protein when AUG-free RNA having a different base sequence is present in a wheat embryo cell-free protein synthesis system (dialysis method).

【図5】 コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系(透析
法)において、3’非翻訳領域の長さが異なる翻訳鋳型
に競合基質を存在させた時の目的タンパク質の合成量を
示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing the amount of target protein synthesized when a competitive substrate is present in a translation template having different lengths of 3 ′ untranslated regions in a wheat embryo cell-free protein synthesis system (dialysis method).

【図6】 コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系(透析
法)において、異なる2種類の翻訳鋳型に同一の競合基
質を存在させた時の、各々の目的タンパク質の合成量を
示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing the amount of each target protein synthesized when the same competing substrate is present in two different translation templates in the wheat embryo cell-free protein synthesis system (dialysis method).

【図7】 ウサギ網状赤血球無細胞タンパク質合成系に
おける、競合基質の存在量と目的タンパク質の合成量と
の相関を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing the correlation between the amount of competitive substrate present and the amount of target protein synthesized in a rabbit reticulocyte cell-free protein synthesis system.

【図8】 ウサギ網状赤血球無細胞タンパク質合成系に
おいて、翻訳鋳型としてcap構造を有するRNAを用いた場
合の競合基質の存在量と目的タンパク質の合成量との相
関を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a correlation between the amount of competitive substrate present and the amount of target protein synthesized in the case of using RNA having a cap structure as a translation template in a rabbit reticulocyte cell-free protein synthesis system.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 無細胞タンパク質合成系において目的タ
ンパク質を合成する方法であって、核酸分解酵素の基質
となるが、目的タンパク質をコードしておらず、かつ該
合成系において目的タンパク質の鋳型より転写/翻訳鋳
型活性が低い物質の存在下で目的タンパク質の合成を行
うことを特徴とする方法。
1. A method for synthesizing a target protein in a cell-free protein synthesis system, which serves as a substrate for a nucleolytic enzyme, but does not encode the target protein, and is transcribed from the template of the target protein in the synthesis system. / A method comprising synthesizing a target protein in the presence of a substance having a low translation template activity.
【請求項2】 核酸分解酵素の基質となる物質が、核
酸、またはその誘導体である請求項1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the substance serving as a substrate for the nucleic acid degrading enzyme is a nucleic acid or a derivative thereof.
【請求項3】 核酸、またはその誘導体が、その塩基配
列中に存在する翻訳され得る塩基数が30アミノ酸以下
であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
3. The method according to claim 2, wherein the number of translatable bases present in the base sequence of the nucleic acid or its derivative is 30 amino acids or less.
【請求項4】 核酸、またはその誘導体が、その塩基配
列中にスタートコドンを含まないことを特徴とする請求
項2または3に記載の方法。
4. The method according to claim 2 or 3, wherein the nucleic acid or its derivative does not contain a start codon in its base sequence.
【請求項5】 無細胞タンパク質合成系が翻訳系であっ
て、核酸、またはその誘導体が、RNAであることを特徴
とする請求項2〜4のいずれかに記載の方法。
5. The method according to claim 2, wherein the cell-free protein synthesis system is a translation system, and the nucleic acid or its derivative is RNA.
【請求項6】 無細胞タンパク質合成系が転写/翻訳系
であって、核酸、またはその誘導体が、DNAまたはRNAで
あることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の
方法。
6. The method according to claim 2, wherein the cell-free protein synthesis system is a transcription / translation system, and the nucleic acid or its derivative is DNA or RNA.
【請求項7】 核酸分解酵素の基質となる物質の存在量
が、目的タンパク質をコードする核酸の重量比で0.1
倍以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか
に記載の方法。
7. The abundance of a substance serving as a substrate for a nucleolytic enzyme is 0.1 by weight ratio of a nucleic acid encoding a target protein.
7. The method according to any one of claims 1 to 6, which is more than double.
【請求項8】 無細胞タンパク質合成系において目的タ
ンパク質を合成する方法に用いる物質を含む試薬であっ
て、該物質は、核酸分解酵素の基質となるが、目的タン
パク質をコードしておらず、かつ該合成系において目的
タンパク質の鋳型より転写/翻訳鋳型活性が低い物質で
あることを特徴とする試薬。
8. A reagent containing a substance used in a method for synthesizing a target protein in a cell-free protein synthesis system, the substance being a substrate for a nucleolytic enzyme, which does not encode the target protein, and A reagent, which is a substance having a transcription / translation template activity lower than that of a template of a target protein in the synthesis system.
【請求項9】 少なくとも、無細胞タンパク質合成反
応液、請求項9に記載の試薬を含むことを特徴とする請
求項1〜7のいずれかに記載の方法を行うためのキッ
ト。
9. A kit for carrying out the method according to any one of claims 1 to 7, which comprises at least a cell-free protein synthesis reaction solution and the reagent according to claim 9.
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