JP2003279566A - Method for screening agent capable of bonding to receptor - Google Patents

Method for screening agent capable of bonding to receptor

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JP2003279566A JP2002079634A JP2002079634A JP2003279566A JP 2003279566 A JP2003279566 A JP 2003279566A JP 2002079634 A JP2002079634 A JP 2002079634A JP 2002079634 A JP2002079634 A JP 2002079634A JP 2003279566 A JP2003279566 A JP 2003279566A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel screening method which can solve problems of conventional screening methods such as a method of SAR by NMR. <P>SOLUTION: The method for screening an agent capable of optimally bonding to a receptor by using the one molecule fluorescence analysis is provided with a process in which the agent capable of bonding to the receptor is searched, and a process is which the agent capable of bonding to the receptor obtained in the above process is optimized in structure. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、受容体に結合可能
な物質をスクリーニングする方法に関する。とりわけ本
発明の方法は、新規創薬ターゲットに対して、効率よく
リガンドを発見し、創薬分子デザインを行うための構造
活性相関解析に有用である。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for screening a substance capable of binding to a receptor. In particular, the method of the present invention is useful for structure-activity relationship analysis for efficiently discovering a ligand and designing a drug discovery target for a novel drug discovery target.

【0002】[0002]

【従来の技術】(創薬スクリーニングにおける背景)創
薬とは、薬効を有した分子、または疾病の治療に適用で
きる分子を発見・創製することである。その過程では、
薬効、バイオアベラビリティ、体内分布、代謝速度、排
泄速度、副作用や毒性を加味した上で、スクリーニング
しなければならず、非常に時間とコストがかかる困難な
仕事である。
BACKGROUND OF THE INVENTION (Background in drug discovery screening) Drug discovery is the discovery and creation of molecules having drug efficacy or applicable to the treatment of diseases. In the process,
This is a difficult and time-consuming and costly work that must be screened after taking into consideration the efficacy, bioavailability, biodistribution, metabolic rate, excretion rate, side effects and toxicity.

【0003】創薬研究は、大別して2つの研究サイクル
がある(図1参照;Greer J, Erickson JW, Baldwin J
J, Varney MD., J Med Chem 1994 Apr 15; 37 (8): 103
5-54:Application of the three-dimensional structur
es of protein target molecules in structure-based
drug design. 参照)。第一のサイクル(図1に示す
)は、「合成研究者の経験と勘を頼りにして、定量的
構造活性相関を考慮しながらリード化合物の構造修飾と
薬効評価を繰り返すサイクル」である。このサイクル
が、1980年代までは主流であった。このサイクルは、近
年のコンビナトリアルケミストリーやロボット化による
ハイスループットスクリーニング技術の進展により、合
成や薬効評価にかかる時間が大幅に短縮され、何十万も
の化合物の合成やスクリーニングに発展していった。し
かしながら、充分な活性をもつヒット化合物が得られる
かどうかは、スクリーニング系およびスクリーニングを
行う化合物ライブラリーに大きく依存するため、場合に
よっては、ヒット化合物が得られないこともあった。
Drug discovery research is roughly divided into two research cycles (see FIG. 1; Greer J, Erickson JW, Baldwin J.
J, Varney MD., J Med Chem 1994 Apr 15; 37 (8): 103
5-54: Application of the three-dimensional structur
es of protein target molecules in structure-based
Refer to drug design.). The first cycle (shown in FIG. 1) is a “cycle in which structural modification of lead compounds and evaluation of drug efficacy are repeated while taking into account quantitative structure-activity relationships, relying on the experience and intuition of synthetic researchers”. This cycle was mainstream until the 1980s. In this cycle, due to the progress of high-throughput screening technology by combinatorial chemistry and robotization in recent years, the time required for synthesis and drug efficacy evaluation has been significantly shortened, and it has evolved into synthesis and screening of hundreds of thousands of compounds. However, whether or not a hit compound having sufficient activity can be obtained depends largely on the screening system and the compound library to be screened, and thus, in some cases, a hit compound could not be obtained.

【0004】一方、1980年代の後半からタンパク質の立
体構造解析の結果が徐々に増えてきた結果、実験的に標
的タンパク質・薬物複合体の立体構造および相互作用解
析をもとにドラッグデザインを行うstructure-based dr
ug design(SBDD)が台頭してきた。また、ホモロ
ジーモデリングにより標的タンパク質の立体構造モデル
を構築し、コンピュータ上でドッキングなどにより相互
作用し得る化合物をデザインする方法も一般的に使われ
るようになってきた。これらが、図1に示す−1〜
−3の創薬サイクルを形成している。
On the other hand, as a result of the gradual increase in the results of protein three-dimensional structure analysis since the latter half of the 1980s, drug design was experimentally conducted based on the three-dimensional structure and interaction analysis of the target protein / drug complex. -based dr
ug design (SBDD) has emerged. Further, a method of constructing a three-dimensional structure model of a target protein by homology modeling and designing a compound capable of interacting by docking on a computer has also been generally used. These are shown in FIG.
-3 drug discovery cycles are formed.

【0005】今日では、構造生物学の発展により数多く
の生体高分子の立体構造が、X線結晶解析や核磁気共鳴
(nuclear magnetic resonance;NMR)によって明ら
かになっている。一方、ポストゲノムプロジェクトの一
環としての構造ゲノム科学プロジェクトの進展により、
2005〜2010年にかけて、およそ10,000種のタンパク質の
新規立体構造が解析され、データベース上で公開される
予定である。さらに、ほとんどすべてのタンパク質ファ
ミリーの代表的な構造がデータベースに登録される日が
くれば、いかなる創薬ターゲットについても、データベ
ース上にある類縁タンパク質の立体構造からホモロジー
モデリングで立体構造を構築することが可能になる。構
造ゲノム科学プロジェクトの研究成果をもとに、近い将
来、structure-based drug design(SBDD)が日本
でも定着する可能性は高い。
Nowadays, with the development of structural biology, many three-dimensional structures of biopolymers have been clarified by X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance (NMR). On the other hand, with the progress of the Structural Genomics Science Project as part of the Post Genome Project,
From 2005 to 2010, the new three-dimensional structures of about 10,000 kinds of proteins will be analyzed and will be published on the database. Furthermore, if there is a day when typical structures of almost all protein families will be registered in the database, it is possible to construct a 3D structure by homology modeling from the 3D structures of related proteins in the database for any drug target. It will be possible. It is highly possible that structure-based drug design (SBDD) will take root in Japan in the near future based on the research results of the Structural Genomics Science Project.

【0006】しかしながら、図1の創薬サイクルにおい
て重要なことは、リード化合物あるいはその候補化合物
が同定されていなければ、すべてのサイクルが始まらな
いということである。たとえ、ゲノム情報から創薬ター
ゲットタンパク質が選定され、その立体構造がすぐに利
用可能であるとしても、タンパク質の立体構造だけから
リード化合物を創製するのはまだ困難であり、そのタン
パク質に高親和性・高選択性をもって結合する化合物を
探索しなければならない状況は、従来と変わっていな
い。
However, what is important in the drug discovery cycle of FIG. 1 is that all the cycles do not start unless the lead compound or its candidate compound is identified. Even if a drug target protein is selected from genomic information and its three-dimensional structure is immediately available, it is still difficult to create a lead compound from only the three-dimensional structure of the protein, and it has a high affinity for that protein.・ The situation where we have to search for compounds that bind with high selectivity has not changed.

【0007】一方、立体構造を解析する手法として、19
96年にSW Fesikのグループが、「NMRによる化合物ス
クリーニングとlinked fragment approachを組み合わせ
たリード化合物創製法」、いわゆるSAR by NMR
(Structure-activity relationship by nuclear magne
tic resonance)を発表した(参考文献:Shuker SB, Ha
jduk PJ, Meadows RP, Fesik SW., Science, 1996 Nov
29, 274 (5292), 1531-4, Discovering high-affinity
ligands for proteins: SAR by NMR)。NMRは、タン
パク質の立体構造を解析する一手法として認知され、19
90年代前半には、各製薬会社にSBDDを目的として導
入された。それ以前は、感度が低いことや実験に時間が
かかることから、NMRでスクリーニングを行うことな
どは考えられていなかっただけに大きな注目を集めた。
On the other hand, as a method for analyzing a three-dimensional structure, 19
In 1996, the group of SW Fesik, "lead compound creation method combining compound screening by NMR and linked fragment approach", so-called SAR by NMR
(Structure-activity relationship by nuclear magne
tic resonance) (reference: Shuker SB, Ha
jduk PJ, Meadows RP, Fesik SW., Science, 1996 Nov
29, 274 (5292), 1531-4, Discovering high-affinity
ligands for proteins: SAR by NMR). NMR is recognized as a method for analyzing the three-dimensional structure of proteins, and 19
In the early 90's, it was introduced by pharmaceutical companies for the purpose of SBDD. Prior to that, due to its low sensitivity and time-consuming experimentation, screening with NMR had not been considered, and thus attracted great attention.

【0008】(NMRによる創薬スクリーニング)NM
Rは、いまやX線結晶解析とともにタンパク質や核酸な
どの生体高分子の立体構造解析法として幅広く適応され
ている。ただしNMRの適用は、分子量が2〜3万以下
の分子に限られる。一般に、2〜3万以下の分子は、薬
物が結合する機能ドメインの単位としては、標準的な大
きさである。しかし、NMRで立体構造解析をするには
数日〜1ヶ月かかり、化合物のスクリーニングの目的で
ひとつひとつの立体構造を解析することは、実際的には
不可能である。リード化合物がすでに見つかっている場
合でも、そこから立体構造解析・ドラッグデザインに時
間をかけるより、コンビナトリアルケミストリーなどを
駆使して候補化合物を合成し、アッセイする方が効率が
よい。
(Drug screening by NMR) NM
R is now widely applied as a three-dimensional structural analysis method for biopolymers such as proteins and nucleic acids together with X-ray crystallography. However, the application of NMR is limited to molecules having a molecular weight of 20,000 or less. Generally, molecules of 20,000 or less are standard sizes as a unit of a functional domain to which a drug binds. However, it takes several days to one month to analyze a three-dimensional structure by NMR, and it is practically impossible to analyze each three-dimensional structure for the purpose of compound screening. Even if the lead compound has already been found, it is more efficient to synthesize and assay the candidate compound using combinatorial chemistry rather than spending time on the three-dimensional structure analysis and drug design from there.

【0009】NMR解析とその特徴について以下に説明
する。NMRの長所は、スペクトロスコピー(spectros
copy)できることであり、NMRシグナルは、分子の局
所的環境変化(薬物結合、構造変化、運動性の変化な
ど)を敏感に反映する。たとえば、タンパク質(P)と
リガンド(L)が結合して複合体(P−L)を形成する
場合、複合体(P−L)のNMRスペクトルは、P、L
がそれぞれ単独で存在しているときのものとは異なる。
そのスペクトル変化を指標にすれば、タンパク質と薬物
との結合アッセイを行うことができる。以下に、ランダ
ムスクリーニングに用いる際のNMRの特徴を挙げる。
The NMR analysis and its features will be described below. The advantage of NMR is that
The NMR signal sensitively reflects local environmental changes of the molecule (drug binding, structural changes, changes in motility, etc.). For example, when a protein (P) and a ligand (L) bind to each other to form a complex (PL), the NMR spectrum of the complex (PL) has P, L
Is different from when each exists alone.
Using the change in the spectrum as an index, a protein-drug binding assay can be performed. The features of NMR when used for random screening are listed below.

【0010】 NMRは、UV、CD、蛍光などのス
ペクトロスコピーに比べて感度が低く、0.2mM以上
の濃度のタンパク質が必要である。また、1回の測定の
試料は、250〜300μL必要である。 一般に、0.3mM程度のタンパク質試料では、一
次元NMRは数分、二次元NMRは約15分の測定時間
を要する。 15Nで均一にラベルしたタンパク質を用いた15N−
1HHSQCスペクトルを利用すれば、タンパク質のN
MRシグナルのみを観測することができる。 タンパク質のNMRシグナルの帰属がついていれ
ば、薬物添加時に変化したシグナルから薬物結合部位を
特定することができる。
NMR has lower sensitivity than spectroscopy such as UV, CD and fluorescence, and requires a protein at a concentration of 0.2 mM or more. Further, the sample for one measurement requires 250 to 300 μL. Generally, for a protein sample of about 0.3 mM, it takes several minutes for one-dimensional NMR and about 15 minutes for two-dimensional NMR. 15 N using a protein uniformly labeled with 15 N-
Using 1 HHSQC spectrum, N
Only MR signals can be observed. If the NMR signal of the protein is assigned, the drug binding site can be identified from the signal changed when the drug is added.

【0011】特徴の測定感度が低いことに関しては、
短所として、タンパク質とリガンド化合物の両方が高濃
度で水に溶解する必要がある。また、特徴に関して
は、アッセイのスピードに限界があり、ハイスループッ
トには適していない。処理スピードをあげるために、1
台数億円もする高磁場NMR装置を何台も用意すること
は現実的には困難である。
Regarding the low sensitivity of measurement of features,
The disadvantage is that both the protein and the ligand compound need to be dissolved in water at high concentrations. In terms of characteristics, the speed of the assay is limited, and it is not suitable for high throughput. 1 to increase processing speed
It is practically difficult to prepare many high magnetic field NMR apparatuses that cost hundreds of millions of yen.

【0012】一方、特徴は、他のスペクトロスコピー
にはない長所であり、高濃度(過剰)に薬物を加えても
該薬物のシグナルに邪魔されることなくタンパク質のス
ペクトルを測定することができる。さらに、特徴と
からくる長所としては、試料濃度が高いため、親和性が
低くても(解離定数が0.1〜1mM程度であっても)
タンパク質に部位特異的に結合する化合物を見出すこと
ができる。特に、標的タンパク質に対して低い親和性し
か示さない化合物は、通常のアッセイ系ではヒット化合
物とみなされることはないが、このような化合物は、部
位特異的にタンパク質に結合するという点で、リード化
合物の部分構造となり得る重要な候補化合物である。化
学反応や生物応答を利用したその他のアッセイに比べ、
NMRの利点は、ヒット化合物が結合部位の情報ととも
にスクリーニングでき、タンパク質と薬物の直接相互作
用を検出できる点である。
[0012] On the other hand, the characteristic is an advantage that other spectroscopy does not have, and even if a drug is added at a high concentration (excess), the protein spectrum can be measured without being disturbed by the signal of the drug. Furthermore, the advantage of the characteristics is that the sample concentration is high, so that the affinity is low (even if the dissociation constant is about 0.1 to 1 mM).
It is possible to find compounds that bind site-specifically to proteins. In particular, compounds that show low affinity for the target protein are not considered hit compounds in conventional assay systems, but such compounds lead to site-specific binding to proteins. It is an important candidate compound that can be a partial structure of a compound. Compared to other assays that use chemical reactions and biological responses,
The advantage of NMR is that hit compounds can be screened with binding site information and direct protein-drug interactions can be detected.

【0013】SAR by NMRは、NMRによって得ら
れる構造活性相関(structure-activity relationshi
p)の略称であり、リード化合物の探索と構造最適化を
含む手法である。この手法は、「NMRを用いた標的タ
ンパク質に結合する低分子化合物(フラグメント)のス
クリーニング」と、「スクリーニングにより得られた化
合物同士をリンカーを介して共有結合でリンクさせるこ
とによる親和性向上(linked fragment approach)」か
ら成る。
SAR by NMR is the structure-activity relations obtained by NMR.
It is an abbreviation for p), and is a method that includes search for lead compounds and structure optimization. This method involves "screening of low molecular weight compounds (fragments) that bind to a target protein using NMR" and "improvement of affinity by linking the compounds obtained by screening with a covalent bond via a linker (linked fragment approach) ”.

【0014】図2にSAR by NMRの概略を示す。図
2の〜の各ステップについて説明する。
FIG. 2 shows the outline of SAR by NMR. The steps from to in FIG. 2 will be described.

【0015】 15Nラベルした標的タンパク質溶液に
リガンドを加えたときのNMR化学シフトの変化を指標
にして、化合物ライブラリーから標的タンパク質の特定
部位(結合部位a)に直接相互作用する化合物(ヒット
化合物)をスクリーニングする。 ヒット化合物の構造を修飾し、結合部位aに最も強
く結合する化合物を見出す(構造活性相関)。 で得られた化合物の存在下で、近傍の結合部位b
に結合するヒット化合物をのステップと同様にスクリ
ーニングする。 のステップと同様、結合部位bに対してもヒット
化合物の構造最適化を行う(構造活性相関)。 2つの部位aとbに結合する化合物同士を共有結合
でリンクさせることにより、標的タンパク質への親和性
を向上させる(linked fragment approach)。
A compound that directly interacts with a specific site (binding site a) of a target protein from a compound library using a change in NMR chemical shift when a ligand is added to a 15 N-labeled target protein solution as an index (hit compound ) Is screened. The structure of the hit compound is modified to find the compound that binds most strongly to the binding site a (structure-activity relationship). In the presence of the compound obtained in step b
Hit compounds that bind to are screened as in step. In the same manner as in the step of (2), the structure of the hit compound is optimized for the binding site b (structure-activity relationship). By covalently linking the compounds that bind to the two sites a and b, the affinity for the target protein is improved (linked fragment approach).

【0016】なお、この手法において化合物は、平均分
子量が200強までしか対応しておらず、のステップ
でも分子量が大きくなりすぎないように注意しないと計
測することができない。
In this method, the compound corresponds to an average molecular weight of up to more than 200, and it cannot be measured unless care is taken so that the molecular weight does not become too large in the step.

【0017】上記NMRを利用した方法によって、FK
506結合タンパク質(FKBP)の阻害剤を探索した
報告がある(Shuker SB, Hajduk PJ, Meadows RP, Fesi
k SW., Science, 1996 Nov 29, 274 (5292), 1531-4, D
iscovering high-affinity ligands for proteins: SAR
by NMR)。この方法では、均一に15NラベルしたFK
BPを使用し、約1000化合物のライブラリースクリ
ーニングを行い、ある2種類の化合物がFKBPに結合
したときに、FKBPに対して高い親和性を有している
ことを検出した。
By the above method utilizing NMR, FK
There is a report searching for an inhibitor of 506 binding protein (FKBP) (Shuker SB, Hajduk PJ, Meadows RP, Fesi
k SW., Science, 1996 Nov 29, 274 (5292), 1531-4, D
iscovering high-affinity ligands for proteins: SAR
by NMR). With this method, FK uniformly labeled with 15 N
A library screen of about 1000 compounds was performed using BP, and it was detected that two kinds of compounds had high affinity for FKBP when they bound to FKBP.

【0018】上記NMRスペクトロスコピーによる化合
物(フラグメント)のスクリーニングには、以下の問題
点がある。
The screening of compounds (fragments) by the above-mentioned NMR spectroscopy has the following problems.

【0019】(1)創薬スクリーニングに必要な計測機
である高磁場NMRは、1台1〜2億円と大変高価であ
り、特殊な試料管、自動サンプルチェンジャーが必要で
ある。 (2)装置の操作は非常に専門性を必要とするため、N
MR技術者とさらに生化学者の両方の人間が必要であ
る。 (3)サンプルは、大量(200mg以上)の15Nラベ
ルした標的タンパク質が必要であるうえ、サンプルの濃
度も0.2mM以上の高い濃度が必要とされる。また、
高い純度のサンプルがNMR測定に必要であり、標的タ
ンパク質を含有している粗精製物を試料として用いるこ
とはできない。従ってサンプルの調製は煩雑で時間を要
する。 (4)測定可能な分子の分子量は2〜3万に限られ、2
0kDa以上のタンパク質等には利用できない。NMR
ではタンパク質ドメインごとに調べなければならないた
め、複数のドメインにまたがって結合部位を有する薬の
スクリーニングには不向きである。 (5)脂質や糖タンパク質など構造が複雑なサンプルの
測定には不向きである。 (6)標的タンパク質や化合物は、それぞれ構造が既知
のものでないと利用できない。従って、化合物の側鎖を
ランダムに改変した場合には、すぐにその化合物を測定
に利用できない。 (7)標的タンパク質に被検化合物が結合したか否かを
検出することはできるが、結合力の強さを調べることは
できない。 (8)NMR測定には時間がかかるため、ハイスループ
ットスクリーニングには不向きである。
(1) The high magnetic field NMR, which is a measuring instrument required for drug discovery screening, is extremely expensive at 100 to 200 million yen per unit, and requires a special sample tube and an automatic sample changer. (2) Since the operation of the equipment requires a great deal of expertise, N
Both MR technicians and even biochemists are needed. (3) The sample requires a large amount (200 mg or more) of 15 N-labeled target protein, and also requires a high sample concentration of 0.2 mM or more. Also,
A high-purity sample is required for NMR measurement, and a crude product containing the target protein cannot be used as a sample. Therefore, sample preparation is complicated and time-consuming. (4) The measurable molecular weight is limited to 20,000, and 2
It cannot be used for proteins of 0 kDa or more. NMR
Since it is necessary to examine each protein domain, it is not suitable for screening a drug having a binding site across multiple domains. (5) It is unsuitable for measurement of samples with complicated structures such as lipids and glycoproteins. (6) The target protein or compound cannot be used unless its structure is known. Therefore, when the side chain of a compound is randomly modified, the compound cannot be immediately used for measurement. (7) Although it is possible to detect whether or not the test compound binds to the target protein, it is not possible to examine the strength of the binding force. (8) Since NMR measurement takes time, it is not suitable for high throughput screening.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】上記事情に鑑み、本発
明は、SAR by NMRなど従来のスクリーニング方法
の有している問題点を全て解決できる新規スクリーニン
グ方法を提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a novel screening method capable of solving all the problems of conventional screening methods such as SAR by NMR.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、非放射性
物質を検出マーカーとして用いて、簡便かつ迅速に、受
容体に特異的に結合可能な物質をスクリーニングする新
たな方法を見出し、本発明を完成させるに至った。な
お、本発明の方法は、SAR by NMRなど従来のスク
リーニング方法の有している問題点を一気に解決するも
のである。
The present inventors have found a new method for screening a substance capable of specifically binding to a receptor simply and quickly by using a non-radioactive substance as a detection marker. The invention was completed. It should be noted that the method of the present invention solves all the problems of conventional screening methods such as SAR by NMR.

【0022】すなわち、本発明は以下に記載の手段を提
供する。
That is, the present invention provides the means described below.

【0023】(1)一分子蛍光分析により、受容体に最
適に結合可能な物質をスクリーニングする方法であっ
て、受容体に結合可能な物質を探索する工程と前記工程
により得られた受容体に結合可能な物質の構造最適化を
行う工程とを具備することを特徴とする方法。
(1) A method for screening a substance capable of optimally binding to a receptor by single molecule fluorescence analysis, which comprises a step of searching for a substance capable of binding to the receptor and the receptor obtained by the above step. Performing the structural optimization of the bondable substance.

【0024】(2)一分子蛍光分析により、第一の結合
部位と第二の結合部位を有する受容体に結合可能な物質
をスクリーニングする方法であって、第一の結合部位に
結合可能な物質を探索する工程と、前記工程により得ら
れた該第一の結合部位に結合可能な物質が、該受容体に
結合している条件下で、該第二の結合部位に結合可能な
物質を探索する工程と、を具備することを特徴とする方
法。 (3)一分子蛍光分析により、第一の結合部位と第二の
結合部位を有する受容体に最適に結合可能な物質をスク
リーニングする方法であって、第一の結合部位に結合可
能な物質を探索する工程と、前記工程により得られた該
第一の結合部位に結合可能な物質の構造最適化を行う工
程と、前記工程により得られた該第一の結合部位に最適
に結合可能な物質が、該受容体に結合している条件下
で、該第二の結合部位に結合可能な物質を探索する工程
と、前記工程により得られた該第二の結合部位に結合可
能な物質の構造最適化を行う工程とを具備することを特
徴とする方法。 (4)(3)に記載の方法であって、該第一の結合部位
に最適に結合可能な物質と該第二の結合部位に最適に結
合可能な物質とを連結させるためのリンカーの長さ、構
造についてスクリーニングすることにより、該受容体に
最適に結合可能な物質を調製する工程を更に具備するこ
とを特徴とする方法。
(2) A method for screening a substance capable of binding to a receptor having a first binding site and a second binding site by single molecule fluorescence analysis, which is a substance capable of binding to the first binding site And a substance capable of binding to the second binding site under the condition that the substance capable of binding to the first binding site obtained by the above process binds to the receptor. And a step of: (3) A method for screening a substance capable of optimally binding to a receptor having a first binding site and a second binding site by single molecule fluorescence analysis, wherein a substance capable of binding to the first binding site is selected. A step of searching, a step of optimizing the structure of a substance capable of binding to the first binding site obtained by the step, and a substance capable of optimally binding to the first binding site obtained by the step The step of searching for a substance capable of binding to the second binding site under the condition of binding to the receptor, and the structure of the substance capable of binding to the second binding site obtained by the step And a step of performing optimization. (4) The method according to (3), wherein the length of the linker for connecting the substance capable of optimally binding to the first binding site and the substance capable of optimally binding to the second binding site Now, the method further comprising the step of preparing a substance capable of optimally binding to the receptor by screening for the structure.

【0025】(5)一分子蛍光分析により、第一の結合
部位から第nの結合部位までn個(nは2以上の整数を
表す)の結合部位を有する受容体に結合可能な物質をス
クリーニングする方法であって、第一の結合部位に結合
可能な物質を探索する工程と、第一の結合部位から第
(X−1)の結合部位まで(X−1)個の結合部位に結
合可能な各物質がそれぞれ該受容体に結合している条件
下で、第Xの結合部位に結合可能な物質を探索する工程
を、X=2からX=nまで順次(n−1)回繰り返す工
程とを具備することを特徴とする方法。 (6)一分子蛍光分析により、第一の結合部位から第n
の結合部位までn個(nは2以上の整数を表す)の結合
部位を有する受容体に最適に結合可能な物質をスクリー
ニングする方法であって、第一の結合部位に結合可能な
物質を探索する第一の工程と、前記第一の工程により得
られた該第一の結合部位に結合可能な物質の構造最適化
を行う第二の工程と、第一の結合部位から第(X−1)
の結合部位まで(X−1)個の結合部位に結合可能な各
物質がそれぞれ該受容体に最適に結合している条件下
で、第Xの結合部位に結合可能な物質を探索する第三の
工程と前記第三の工程により得られた該第Xの結合部位
に結合可能な物質の構造最適化を行う第四の工程とを具
備し、前記第三の工程と第四の工程が、X=2からX=
nまで順次(n−1)回繰り返されることを特徴とする
方法。 (7)(6)に記載の方法であって、該第一の結合部位
に最適に結合可能な物質から該第nの結合部位に最適に
結合可能な物質までn個の物質を、それぞれ連結させる
ためのリンカーの長さ、構造についてスクリーニングす
ることにより、該受容体に最適に結合可能な物質を調製
する工程を更に具備することを特徴とする方法。
(5) Screening a substance capable of binding to a receptor having n (n is an integer of 2 or more) binding sites from the first binding site to the nth binding site by single molecule fluorescence analysis And a step of searching for a substance capable of binding to the first binding site, and capable of binding to (X-1) binding sites from the first binding site to the (X-1) th binding site. A step of sequentially searching (N-1) times from X = 2 to X = n under the condition that each substance binds to the receptor. And a method comprising: (6) From the first binding site to the nth molecule by single molecule fluorescence analysis
Is a method for screening a substance capable of optimally binding to a receptor having n (n is an integer of 2 or more) binding sites up to the binding site of From the first binding site to the second step of optimizing the structure of the substance capable of binding to the first binding site obtained in the first step. )
Up to the binding site of (X-1), each of the substances capable of binding to the binding site is optimally bound to the receptor, and a substance capable of binding to the Xth binding site is searched for. And a fourth step of optimizing the structure of a substance capable of binding to the X-th binding site obtained by the third step, wherein the third step and the fourth step are: X = 2 to X =
A method characterized by being repeated (n-1) times in sequence up to n. (7) The method according to (6), wherein n substances are linked from a substance capable of optimally binding to the first binding site to a substance capable of optimally binding to the nth binding site. The method further comprising the step of preparing a substance capable of optimally binding to the receptor by screening for the length and structure of the linker to be used.

【0026】(8)前記受容体に結合可能な物質が、創
薬におけるターゲット薬物であることを特徴とする
(1)〜(7)の何れか1に記載の方法。 (9)前記受容体に結合可能な物質が、光検出可能な物
質により標識されていることを特徴とする(1)〜
(8)の何れか1に記載の方法。
(8) The method according to any one of (1) to (7), wherein the substance capable of binding to the receptor is a target drug in drug discovery. (9) The substance capable of binding to the receptor is labeled with a photodetectable substance (1) to
The method according to any one of (8).

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】<一分子蛍光分析技術>まず、本
発明のスクリーニング方法に用いる解析技術、一分子蛍
光分析について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION <Single Molecule Fluorescence Analysis Technique> First, the analysis technique and single molecule fluorescence analysis used in the screening method of the present invention will be described.

【0028】一分子蛍光分析とは、微小な共焦点領域に
出入りする蛍光分子のゆらぎ運動を計測し、この計測に
より得られるデータを関数により解析する技術である。
この技術には、(1)蛍光相関分光法(Fluorescence C
orrelation Spectroscopy)による解析、(2)蛍光強
度分布解析(Fluorescence Intensity DistributionAna
lysis)、および(3)これら解析を同時に行う蛍光強
度多分布解析(Fluorescence Intensity Multiple Dist
ribution Analysis)が含まれる。以下、それぞれにつ
いて説明する。
The single-molecule fluorescence analysis is a technique for measuring fluctuation motions of fluorescent molecules that move in and out of a minute confocal region, and analyzing the data obtained by this measurement by a function.
This technology includes (1) Fluorescence C
orrelation Spectroscopy), (2) Fluorescence Intensity DistributionAna
(3) and (3) Fluorescence Intensity Multiple Dist
ribution Analysis) is included. Each will be described below.

【0029】(1)蛍光相関分光法(以下FCSともい
う)は、蛍光で標識した標的分子の媒質中におけるゆら
ぎ運動を測定し、自己相関関数(Autocorrelation funct
ion)を用いることにより、個々の標的分子の微小運動を
正確に測定する技術である(参照文献:D. Magde and
E. Elson, “Fluorescence correlation spectroscopy.
II. An experimental realization”, Biopolymers 19
74 13(1) 29-61)。
(1) Fluorescence correlation spectroscopy (hereinafter also referred to as FCS) measures the fluctuation motion of a fluorescence-labeled target molecule in a medium to obtain an autocorrelation function.
ion) is a technique for accurately measuring the micromotion of individual target molecules (reference: D. Magde and
E. Elson, “Fluorescence correlation spectroscopy.
II. An experimental realization ”, Biopolymers 19
74 13 (1) 29-61).

【0030】FCSは、溶液中の蛍光分子のブラウン運
動をレーザ共焦点顕微鏡により微小領域で捉えることに
よって、蛍光強度のゆらぎから拡散時間を解析し、物理
量(分子の数、大きさ)を測定することにより実行され
る。このような微小な領域で分子ゆらぎを捕えるFCS
による解析は、高感度、特異的に分子間相互作用を検出
する上で有効である。
In FCS, the Brownian motion of fluorescent molecules in a solution is captured in a minute region by a laser confocal microscope to analyze the diffusion time from fluctuations in fluorescence intensity and to measure physical quantities (number and size of molecules). It is executed by FCS that captures molecular fluctuations in such a small area
The analysis by is effective for highly sensitive and specific detection of intermolecular interactions.

【0031】FCSによる検出の原理を更に詳しく説明
する。FCSでは、試料中の微小視野領域から発生する
蛍光信号を顕微鏡で検出定量する。このとき、媒質中の
蛍光標識した標的分子は常に運動(ブラウン運動)して
いる。従って、標的分子がこの微小視野領域内に進入す
る頻度および前記領域内に留まる時間に応じて、検出さ
れる蛍光強度が変化する。
The principle of detection by FCS will be described in more detail. In FCS, a fluorescence signal generated from a microscopic field area in a sample is detected and quantified by a microscope. At this time, the fluorescently labeled target molecule in the medium is always in motion (Brownian motion). Therefore, the detected fluorescence intensity changes depending on the frequency with which the target molecule enters this microscopic visual field region and the time for which the target molecule remains in the microscopic visual field region.

【0032】例えば、分子の2量体化が生じて見かけの
分子量が増大すれば、標的分子の運動は遅くなり、見か
けの分子数は減少する。その結果、微小視野領域内に入
ってくる頻度は低下し、観察される蛍光強度が変化す
る。このような蛍光強度の変化をモニターすることによ
り、標的分子の見かけの分子量変化を追跡することがで
きる。
For example, if the apparent dimerization of molecules occurs and the apparent molecular weight increases, the movement of the target molecule slows down and the apparent number of molecules decreases. As a result, the frequency of entering the microscopic visual field region is reduced, and the observed fluorescence intensity is changed. By monitoring such changes in fluorescence intensity, changes in the apparent molecular weight of the target molecule can be tracked.

【0033】(2)蛍光強度分布解析(以下FIDAと
もいう)は、文献 P Kask, et al;PNAS 23, 96, 13756-
13761, 1999, WO98/16814 に開示されている。FIDA
は、サンプルにレーザ照射し、サンプル中から発せられ
る蛍光分子の励起光を、APD(高感度フォト検出器)
によって計測し、計測した蛍光シグナルを、40マイク
ロ秒という非常に短時間あたりに分解したフォトンカウ
ントについて、ダブル・ポアソン分布関数解析し、統計
処理解析する技術である。FIDAにより、一分子あた
りの蛍光強度(ブライトネス;qn)と蛍光分子の数
(cn)が算出される(図3参照)。分子種類が複数個
あっても分布解析によって識別することができ、それぞ
れの分子種についてブライトネスと分子数を乗じた数値
が総蛍光量として計算できる。図3は、微小な共焦点領
域に出入りする蛍光分子の蛍光強度のゆらぎをポアソン
分布関数解析した例を示す。
(2) Fluorescence intensity distribution analysis (hereinafter also referred to as FIDA) is described in the reference P Kask, et al; PNAS 23, 96, 13756-.
13761, 1999, WO98 / 16814. FIDA
Irradiates the sample with a laser and emits the excitation light of fluorescent molecules emitted from the sample to the APD (high-sensitivity photodetector).
It is a technique for performing double Poisson distribution function analysis and statistical processing analysis for the photon count obtained by measuring the measured fluorescence signal in a very short time of 40 microseconds. FIDA calculates the fluorescence intensity (brightness; qn) and the number of fluorescent molecules (cn) per molecule (see FIG. 3). Even if there are multiple types of molecules, they can be identified by distribution analysis, and the value obtained by multiplying the brightness and the number of molecules for each type of molecule can be calculated as the total fluorescence amount. FIG. 3 shows an example of Poisson distribution function analysis of fluctuations in the fluorescence intensity of fluorescent molecules that enter and leave a small confocal region.

【0034】(3)蛍光強度多分布解析(以下FIMD
Aともいう)は、FCS解析とFIDAを同時に行うも
のである。詳細な内容は、文献 K Palo, Biophysical J
ournal, 79, 2858-2866, 2000)に開示されている。F
IMDAによれば、蛍光分子の並進拡散時間、分子数、
および一分子あたりの蛍光強度(ブライトネス)に関す
るデータを同時に取得することができる。そのため、分
子の大きさが判別できるだけでなく、FCSでは識別不
可能であった5倍程度の分子の大きさの変化をブライト
ネスの違いで識別することができる。
(3) Fluorescence intensity multi-distribution analysis (hereinafter referred to as FIMD
(Also referred to as A) is for performing FCS analysis and FIDA at the same time. For details, refer to the document K Palo, Biophysical J
ournal, 79, 2858-2866, 2000). F
According to IMDA, translational diffusion time of fluorescent molecule, number of molecules,
And the data regarding the fluorescence intensity (brightness) per molecule can be acquired at the same time. Therefore, not only the size of the molecule can be determined, but also about 5 times change in the size of the molecule, which cannot be identified by FCS, can be identified by the difference in brightness.

【0035】<本発明のスクリーニング方法>上述の一
分子蛍光分析技術を用いて、本発明のスクリーニング方
法を行うことができる。以下、本発明の方法を詳細に説
明する。
<Screening Method of the Present Invention> The screening method of the present invention can be carried out using the above-mentioned single-molecule fluorescence analysis technique. Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail.

【0036】本発明のスクリーニング方法は、一分子蛍
光分析により、受容体に最適に結合可能な物質をスクリ
ーニングする方法であって、受容体に結合可能な物質を
探索する工程と前記工程により得られた受容体に結合可
能な物質の構造最適化を行う工程とを具備することを特
徴とする。
The screening method of the present invention is a method for screening a substance capable of optimally binding to a receptor by single molecule fluorescence analysis, and is obtained by the step of searching for a substance capable of binding to a receptor and the above-mentioned steps. And optimizing the structure of a substance capable of binding to the receptor.

【0037】(受容体)本発明の方法で使用される受容
体は、任意の受容体であり得、生体内でリガンドを受容
し、その受容シグナルにより生体内の種々の応答反応を
引き起こすものであれば特に限定されない。特に、その
受容シグナルによる生体内の種々の応答反応が疾患と関
連している受容体が、好ましく使用される。本発明の方
法で使用される受容体の大きさは、特に限定されず、例
えば0.4kDaのものから800kDaのものまで種
々のサイズであり得る。本発明の方法で使用される受容
体として、例えばGPCR(G蛋白質共役レセプター)
などが挙げられる。
(Receptor) The receptor used in the method of the present invention may be any receptor, which accepts a ligand in vivo and causes various responsive reactions in vivo by its receptor signal. There is no particular limitation as long as it exists. In particular, a receptor in which various response reactions in vivo due to the receptor signal are associated with a disease is preferably used. The size of the receptor used in the method of the present invention is not particularly limited, and can be various sizes, for example, from 0.4 kDa to 800 kDa. Examples of the receptor used in the method of the present invention include GPCR (G protein-coupled receptor)
And so on.

【0038】受容体は、どのように調製されたものでも
よく、例えば該受容体をコードする遺伝子を用いて、公
知の遺伝子工学的手法により試験管内で発現させたもの
を利用してもよい。あるいは、受容体を含む分画を生体
から採取することにより得た粗精製物であってもよい。
The receptor may be prepared in any manner, for example, a gene expressed in vitro by a known genetic engineering technique using a gene encoding the receptor may be used. Alternatively, it may be a crudely purified product obtained by collecting a fraction containing the receptor from the living body.

【0039】(受容体に結合可能な物質を探索する工
程)本発明において、受容体に結合可能な物質は、上記
受容体に結合し、生体内の応答反応を引き起こすことが
疑われる任意の物質(以下、候補物質ともいう)のなか
から探索される。本発明において、候補物質は、有機化
合物、無機化合物の何れをも含み、その例として、タン
パク質、糖タンパク質、脂質、アミノ酸などの生体を構
成する分子、ホルモン、オータコイド、イオン、金属な
どの化学物質が挙げられる。
(Step of searching for substance capable of binding to receptor) In the present invention, the substance capable of binding to the receptor is any substance which is suspected to bind to the above-mentioned receptor and cause a response reaction in the living body. (Hereinafter also referred to as a candidate substance) is searched. In the present invention, candidate substances include both organic compounds and inorganic compounds, examples of which include chemical substances such as proteins, glycoproteins, lipids, amino acids and other molecules that make up the body, hormones, autacoids, ions, metals, etc. Is mentioned.

【0040】本発明において、候補物質もしくは受容体
の少なくとも一方は、一分子蛍光分析のため、標識され
ている必要がある。以下、標識の代表パターンとして
(A)〜(C)の場合を挙げるが、本発明はこれらに限
定されない。
In the present invention, at least one of the candidate substance and the receptor needs to be labeled for single molecule fluorescence analysis. Hereinafter, the cases of (A) to (C) will be described as representative patterns of signs, but the present invention is not limited thereto.

【0041】(A)候補物質を標識する場合 この場合、遊離の候補物質と受容体に結合した候補物質
とは、明らかに分子サイズが異なるため、一分子蛍光分
析で識別することができる。 (B)受容体を標識する場合 受容体がリガンドを受容した後、受容体分子の2量体化
など受容体分子のサイズ変化を引き起こす場合には、受
容体を標識することができる。すなわち、受容体が候補
物質を受容したことは、受容体分子のサイズ変化により
一分子蛍光分析で識別することができる。 (C)候補物質と受容体の両方を同じ標識物質で標識す
る場合 候補物質が受容体に結合すると、受容体一分子あたりの
蛍光強度が2倍になるため、蛍光強度の変化により一分
子蛍光分析で識別することができる。
(A) When labeling a candidate substance In this case, since the free candidate substance and the candidate substance bound to the receptor obviously have different molecular sizes, they can be distinguished by single molecule fluorescence analysis. (B) When labeling a receptor The receptor can be labeled if it causes a size change of the receptor molecule such as dimerization of the receptor molecule after the receptor receives the ligand. That is, the fact that the receptor has received the candidate substance can be identified by the single molecule fluorescence analysis based on the size change of the receptor molecule. (C) When both the candidate substance and the receptor are labeled with the same labeling substance When the candidate substance binds to the receptor, the fluorescence intensity per receptor molecule doubles. Can be identified by analysis.

【0042】標識用のマーカー物質としては、光学的に
追跡出来る信号を発するもの、即ち光検出可能な物質で
あれば任意のものを使用することができる。好ましくは
定量し得る安定な信号を発生する各種色素が好ましく、
特に、微小物質の存在を個別に測定し得る蛍光色素が好
ましい。好ましくは、検出可能な蛍光を発する任意の蛍
光物質を使用することができる。例えば、フルオレセイ
ンイソチオシアネート(FITC)、ローダミン、TAMRA、C
y3(アマシャム ファルマシア社)、Cy5(アマシャム
ファルマシア社)等、さまざまな蛍光色素を用いること
が可能である。蛍光標識は、既知の手法により行うこと
ができる。
As the marker substance for labeling, any substance can be used so long as it emits a signal that can be optically traced, that is, a substance capable of photodetection. Various dyes that generate stable signals that can be quantified are preferable,
In particular, a fluorescent dye that can individually measure the presence of minute substances is preferable. Preferably, any fluorescent substance that emits detectable fluorescence can be used. For example, fluorescein isothiocyanate (FITC), rhodamine, TAMRA, C
y3 (Amersham Pharmacia), Cy5 (Amersham
It is possible to use various fluorescent dyes such as Pharmacia. Fluorescent labeling can be performed by a known method.

【0043】受容体に結合可能な物質を探索する工程
は、受容体と候補物質とを所定の溶液中に置くことによ
り行われる。所定の溶液とは、受容体と該受容体の本来
のリガンドとが結合可能な溶液であり得る。例えば、生
理食塩水やリン酸緩衝液を使用することができる。
The step of searching for a substance capable of binding to the receptor is carried out by placing the receptor and the candidate substance in a predetermined solution. The predetermined solution may be a solution capable of binding the receptor and the original ligand of the receptor. For example, physiological saline or phosphate buffer can be used.

【0044】この所定の溶液中で、受容体と候補物質を
所定の条件下で維持することにより、候補物質のうち受
容体に結合可能な物質のみが結合反応を起こす。ここで
所定の条件(温度、pH、反応時間等)は、受容体の種
類等に応じて適宜設定することができる。
By keeping the receptor and the candidate substance under the predetermined condition in this predetermined solution, only the substance capable of binding to the receptor among the candidate substances causes the binding reaction. Here, the predetermined conditions (temperature, pH, reaction time, etc.) can be appropriately set depending on the type of the receptor.

【0045】反応溶液中に添加する候補物質の量は、最
終濃度0.01〜100nM程度になる量がよく、さら
に好ましくは、0.1〜50nM程度がよい。また、添
加する受容体の量は、最終濃度0.01nM〜10μM
程度になる量がよく、さらに好ましくは、0.1〜50
nM程度がよい。
The amount of the candidate substance added to the reaction solution is preferably such that the final concentration is about 0.01 to 100 nM, and more preferably about 0.1 to 50 nM. The amount of the receptor to be added is 0.01 nM to 10 μM in the final concentration.
The amount is about 0.1 to 50, more preferably 0.1 to 50.
About nM is preferable.

【0046】反応の一例として、後述の実施例に記載さ
れるとおり、受容体(FK506結合タンパク質)を生
理的緩衝溶液中に10nmol/L含む溶液と、5−T
AMRAで標識した候補物質を生理的緩衝溶液中に1〜
100nmol/L含む溶液とを、それぞれ50μLず
つ混合し、室温で15〜30分間インキュベートするこ
とにより行うことができる。
As an example of the reaction, a solution containing a receptor (FK506 binding protein) in an amount of 10 nmol / L in a physiological buffer solution and 5-T as described in Examples below.
The candidate substance labeled with AMRA is added to a physiological buffer solution at 1 to
It can be carried out by mixing 50 μL each with a solution containing 100 nmol / L and incubating at room temperature for 15 to 30 minutes.

【0047】インキュベートするために、上記所定の溶
液に反応成分のセットを浮遊状態で含んでなる反応液
を、適宜の液体保持手段、例えば、試験管、ウエル、キ
ュベット、溝、管、平板、多孔体等に保持することがで
きる。ここで、液体保持手段の形状、材質、サイズ等
は、分注、攪拌、インキュベート、測定、搬送等の各種
検出ステップの一部または全てを迅速に行うように選択
するのが好ましい。例えば、一分子蛍光分析による測定
は、光学的な焦点レベルの極微小な領域を測定場所とす
るので、非常に小型の液体収容手段で有り得る。特に、
光学的測定による検出においては、測定用の光ビームが
なるべく反応成分と直接的に関係するように、液体保持
手段は、測定ビームが入射および/または出射するため
の開口部を有するのが好ましい。
In order to incubate, a reaction solution containing a set of reaction components in a floating state in the above-mentioned predetermined solution is added to an appropriate liquid holding means such as a test tube, a well, a cuvette, a groove, a tube, a flat plate, and a porous plate. It can be held on the body or the like. Here, the shape, material, size and the like of the liquid holding means are preferably selected so that some or all of various detection steps such as dispensing, stirring, incubating, measuring, and transporting can be performed quickly. For example, the measurement by single molecule fluorescence analysis uses a very small area of an optical focus level as a measurement place, and thus can be a very small liquid containing means. In particular,
In the detection by optical measurement, the liquid holding means preferably has an opening through which the measurement beam enters and / or exits, so that the measurement light beam is directly related to the reaction component as much as possible.

【0048】前記反応後の溶液中において、受容体に結
合している候補物質と反応溶液中に遊離している候補物
質の存在比を、それぞれの分子量の差に基づいて一分子
蛍光分析により測定することができる。これにより、候
補物質の受容体に対する結合のし易さ(親和性)を解離
定数として求めることができる。
In the solution after the above reaction, the abundance ratio of the candidate substance bound to the receptor and the candidate substance released in the reaction solution is measured by single molecule fluorescence analysis based on the difference in their molecular weights. can do. Thereby, the ease of binding (affinity) of the candidate substance to the receptor can be obtained as a dissociation constant.

【0049】候補物質のなかから、受容体に結合可能な
物質を見つけたら、次に該物質の構造最適化を行う。な
お、本発明のスクリーニング方法を、創薬スクリーニン
グに適用した場合、受容体に結合可能な物質をすべて
「ヒット化合物」と称することができる。また、「ヒッ
ト化合物」のうち、受容体への結合力が強く、その後の
構造最適化の工程へ移される化合物を「リード化合物」
ということができる。
When a substance capable of binding to the receptor is found from the candidate substances, the structure of the substance is optimized. When the screening method of the present invention is applied to drug discovery screening, all substances capable of binding to the receptor can be referred to as “hit compounds”. Of the “hit compounds”, the compound that has strong binding to the receptor and is transferred to the subsequent structural optimization step is the “lead compound”.
Can be said.

【0050】以下、便宜的に構造最適化を行う元となる
物質を「リード化合物」と称するが、本発明のスクリー
ニング方法が創薬スクリーニングの適用のみに限定され
ないことはいうまでもない。
Hereinafter, the substance from which structure optimization is performed for convenience will be referred to as a "lead compound", but it goes without saying that the screening method of the present invention is not limited to the application of drug discovery screening.

【0051】構造最適化とは、リード化合物の側鎖を修
飾・改変し、種々の構造を有する化合物を(例えば5〜
20個)作成し、これら種々の化合物の受容体への結合
能力をそれぞれ調べ、そのなかから最適なものを選択す
ることをいう。本発明において最適化とは、修飾・改変
により作成した種々の化合物のなかから最も結合力の高
いものを選択する操作である。
Structural optimization refers to modification and alteration of the side chain of a lead compound to obtain compounds having various structures (for example, 5 to 5).
20), and the ability of each of these various compounds to bind to the receptor is investigated, and the optimum one is selected. In the present invention, optimization is an operation of selecting a compound having the highest binding force from various compounds prepared by modification / alteration.

【0052】側鎖の修飾・改変の例としては、化合物中
に含まれるアミド基のカルボキシル基、水酸基への改変
が挙げられる。構造最適化を行うために実際に化合物の
側鎖を改変した例については、実施例を説明した図面
(図6)に記載されている。ただし、この記載例に限定
されず、任意の側鎖の改変・修飾が可能であり、当業者
であれば適宜、側鎖の改変・修飾を行うことができる。
Examples of modification / modification of the side chain include modification of the amide group contained in the compound to a carboxyl group or a hydroxyl group. An example in which the side chain of the compound is actually modified for structural optimization is described in the drawing (FIG. 6) illustrating the example. However, the present invention is not limited to this example, and any side chain can be modified / modified, and those skilled in the art can appropriately modify / modify the side chain.

【0053】化合物の受容体への結合能力は、上述のと
おり、分子量の変化、受容体一分子あたりの蛍光強度の
変化などに基づいて、一分子蛍光分析により求めること
ができる。
The ability of the compound to bind to the receptor can be determined by single molecule fluorescence analysis based on the change in molecular weight, the change in fluorescence intensity per receptor molecule, etc., as described above.

【0054】(好ましい態様)以下、好ましい態様とし
て、本発明のスクリーニング方法を創薬スクリーニング
に適用した例を説明する。好ましい態様についてその概
略を図4に示す。ただし本発明が、以下の態様に限定さ
れないことはいうまでもない。
(Preferred Embodiment) As a preferred embodiment, an example in which the screening method of the present invention is applied to drug discovery screening will be described below. An outline of the preferred embodiment is shown in FIG. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments.

【0055】すなわち、本発明の好ましい態様は、一分
子蛍光分析により、第一の結合部位と第二の結合部位を
有する受容体に最適に結合可能な物質をスクリーニング
する方法であって、 第一の結合部位に結合可能な物質を探索する工程
と、 前記工程により得られた該第一の結合部位に結合可
能な物質の構造最適化を行う工程と、 前記工程により得られた該第一の結合部位に最適に
結合可能な物質が、該受容体に結合している条件下で、
該第二の結合部位に結合可能な物質を探索する工程と、 前記工程により得られた該第二の結合部位に結合可
能な物質の構造最適化を行う工程と 該第一の結合部位に最適に結合可能な物質と、該第
二の結合部位に最適に結合可能な物質とを連結させるた
めのリンカーの長さ、構造についてスクリーニングする
ことにより、該受容体に最適に結合可能な物質を調製す
る工程 を具備することを特徴とする。
That is, a preferred embodiment of the present invention is a method for screening a substance capable of optimally binding to a receptor having a first binding site and a second binding site by single molecule fluorescence analysis, A step of searching for a substance capable of binding to the binding site of, a step of optimizing the structure of the substance capable of binding to the first binding site obtained by the step, and the first step obtained by the step of Under the condition that a substance capable of optimally binding to the binding site is bound to the receptor,
A step of searching for a substance capable of binding to the second binding site; a step of optimizing the structure of the substance capable of binding to the second binding site obtained by the step; A substance capable of optimally binding to the receptor is prepared by screening for the length and structure of a linker for linking the substance capable of binding to the second binding site and the substance capable of optimally binding to the second binding site. It is characterized by comprising a step of

【0056】上述の〜の工程は、図4の〜に対
応する。以下、工程順に説明する。
The above-mentioned steps (1) to (4) correspond to (1) to (4) in FIG. The steps will be described below in order.

【0057】まず、ここで使用される受容体は、受容体
に結合可能な物質(物質aともいう)が結合する部位a
を有し、さらに結合部位a以外に別の物質(物質bとも
いう)が結合する結合部位bを有している。創薬スクリ
ーニングにおいて結合部位aと結合部位bは一般に近傍
に位置していることが好ましい。ここで近傍とは、結合
部位aと結合部位bとが立体的にリンカーにより結合し
あえる立体的配置にあることをいう。
First, the receptor used here is a site a to which a substance capable of binding to the receptor (also called substance a) is bound.
In addition to the binding site a, it also has a binding site b to which another substance (also referred to as a substance b) binds. In drug discovery screening, the binding site a and the binding site b are generally preferably located near each other. Here, “vicinity” means that the binding site a and the binding site b are sterically arranged so that they can be sterically linked by a linker.

【0058】このように2つの部位のそれぞれに結合可
能な物質をスクリーニングすることは、効果の高い薬を
開発する際の創薬スクリーニングにおいて有効な手法で
あることは当業者に周知である。
It is well known to those skilled in the art that the screening of substances capable of binding to each of the two sites in this way is an effective method in drug discovery screening when developing highly effective drugs.

【0059】の工程において、2つの結合部位のうち
一方の結合部位(図4では結合部位a)に結合可能な物
質(物質a)を探索する。この工程については上記説明
を参照されたい。
In the step (1), a substance (substance a) capable of binding to one of the two binding sites (binding site a in FIG. 4) is searched for. See the above description for this step.

【0060】の工程において、前記の工程により得
られた結合部位aに結合可能な物質の構造最適化を行
う。この工程についても上記説明を参照されたい。
In the step (1), the structure of the substance capable of binding to the binding site (a) obtained in the above step is optimized. See also the above description for this step.

【0061】の工程において、前記の工程により得
られた結合部位aに最適に結合可能な物質が、該受容体
に結合している条件下で、別の結合部位bに結合可能な
物質(物質b)を探索する。の工程については、の
工程と同様にして行うことができる。
In the step (1), a substance (substance (substance) that can optimally bind to the binding site (a) obtained in the above step is bound to another binding site (b) under the condition that it binds to the receptor. Search b). The step can be performed in the same manner as the step.

【0062】ここで、物質aと物質bは、図4に示すと
おり、それぞれ異なる励起波長を有する2種類の蛍光物
質で識別標識しておくことが好ましい。これにより、物
質aの受容体への結合と物質bの受容体への結合をそれ
ぞれ識別して認識することができる。なお、標識物質と
しては、光学的に追跡出来る信号を発するものであれば
任意であり、上述の説明のとおりである。
Here, it is preferable that the substance a and the substance b are discriminatively labeled with two kinds of fluorescent substances each having a different excitation wavelength, as shown in FIG. Accordingly, the binding of the substance a to the receptor and the binding of the substance b to the receptor can be identified and recognized. Any labeling substance may be used as long as it emits a signal that can be optically tracked, and is as described above.

【0063】また、「結合部位aに最適に結合可能な物
質が、該受容体に結合している条件下」とは、結合部位
aに最適に結合可能な物質を、受容体と同じ溶液中に混
在させて、受容体に結合したものと結合しないフリーの
ものとを平衡状態で存在させた条件下を指す。
Further, "under the condition that the substance capable of optimally binding to the binding site a is bound to the receptor" means that the substance capable of optimally binding to the binding site a is in the same solution as the receptor. It means the condition that the substances bound to the receptor and the free substances that do not bind are allowed to exist in equilibrium.

【0064】の工程において、前記の工程により得
られた結合部位bに結合可能な物質の構造最適化を行
う。の工程については、の工程と同様にして行うこ
とができる。
In the step, the structure of the substance capable of binding to the binding site b obtained in the above step is optimized. The step can be performed in the same manner as the step.

【0065】の工程において、結合部位aに最適に結
合可能な物質(物質A)と、結合部位bに最適に結合可
能な物質(物質B)とを連結させるためのリンカーの長
さ、構造についてスクリーニングする。これにより、該
受容体に最適に結合可能な物質を調製することができ
る。
Regarding the length and structure of the linker for connecting the substance capable of optimally binding to the binding site a (substance A) and the substance capable of optimally binding to the binding site b (substance B) in the step of To screen. Thereby, a substance capable of optimally binding to the receptor can be prepared.

【0066】リンカーとしては、物質Aと物質Bとを連
結し得るものであれば特に限定されない。例えば、後述
の実施例に記載のとおり、メチレン基(-CH2-基)を
種々の個数で繋いだものを使用することができる。
The linker is not particularly limited as long as it can connect the substance A and the substance B. For example, as described in Examples below, those in which methylene groups (—CH 2 — groups) are connected in various numbers can be used.

【0067】<受容体が2以上の結合部位を有する場合
>受容体分子が、2以上の結合部位を有する場合につい
ても、同様に該受容体分子に結合可能な物質をスクリー
ニングすることが可能である。すなわち、2以上の結合
部位を有する受容体に結合可能な物質をスクリーニング
する方法は、好ましくは、以下に記載のとおりである。
<When Receptor has Two or More Binding Sites> In the case where the receptor molecule has two or more binding sites, it is possible to screen a substance capable of binding to the receptor molecule in the same manner. is there. That is, the method for screening a substance capable of binding to a receptor having two or more binding sites is preferably as described below.

【0068】すなわち、一分子蛍光分析により、第一の
結合部位から第nの結合部位までn個(nは2以上の整
数を表す)の結合部位を有する受容体に最適に結合可能
な物質をスクリーニングする方法であって、第一の結合
部位に結合可能な物質を探索する第一の工程と、前記第
一の工程により得られた該第一の結合部位に結合可能な
物質の構造最適化を行う第二の工程と、第一の結合部位
から第(X−1)の結合部位まで(X−1)個の結合部
位に結合可能な各物質がそれぞれ該受容体に最適に結合
している条件下で、第Xの結合部位に結合可能な物質を
探索する第三の工程と前記第三の工程により得られた該
第Xの結合部位に結合可能な物質の構造最適化を行う第
四の工程を具備し、前記第三の工程と第四の工程が、X
=2からX=nまで順次(n−1)回繰り返されること
を特徴とし、更に、該第一の結合部位に最適に結合可能
な物質から該第nの結合部位に最適に結合可能な物質ま
でn個の物質を、それぞれ連結させるためのリンカーの
長さ、構造についてスクリーニングすることにより、該
受容体に最適に結合可能な物質を調製する第五の工程を
具備することを特徴とする。
That is, a substance capable of optimally binding to a receptor having n (n represents an integer of 2 or more) binding sites from the first binding site to the nth binding site is determined by single molecule fluorescence analysis. A screening method, which comprises a first step of searching for a substance capable of binding to a first binding site, and structural optimization of a substance capable of binding to the first binding site, obtained by said first step. And a substance capable of binding to the (X-1) th binding site from the first binding site to the (X-1) th binding site is optimally bound to the receptor, respectively. Under the conditions that the third step of searching for a substance capable of binding to the X-th binding site and the structure optimization of the substance capable of binding to the X-th binding site obtained by the third step. Four steps, wherein the third step and the fourth step are X
= 2 to X = n sequentially (n-1) times, further, from the substance capable of optimally binding to the first binding site to the substance capable of optimally binding to the nth binding site It is characterized by comprising a fifth step of preparing a substance capable of optimally binding to the receptor by screening up to n substances for the length and structure of a linker for connecting each of them.

【0069】2以上の結合部位を有する受容体に結合可
能な物質をスクリーニングする場合も、2つの結合部位
を有する受容体に結合可能な物質をスクリーニングする
方法と同様であり、その説明を適宜参照されたい。一般
に、創薬の場面においては、2〜5個の結合部位を有す
る受容体が想定されることが多い。
The screening of a substance capable of binding to a receptor having two or more binding sites is similar to the method of screening a substance capable of binding to a receptor having two binding sites, and the description is appropriately referred to. I want to be done. Generally, in the drug discovery scene, a receptor having 2 to 5 binding sites is often assumed.

【0070】<一分子蛍光分析を行うための装置>以
下、一分子蛍光分析を行うための装置(以下、蛍光相関
分析装置ともいう)の例を、図5を参照して説明する。
<Device for Performing Single Molecule Fluorescence Analysis> An example of a device for performing single molecule fluorescence analysis (hereinafter, also referred to as fluorescence correlation analyzer) will be described with reference to FIG.

【0071】図5に示すように、蛍光相関分析装置は、
レーザ光源1と、前記レーザ光源1からの光ビームの強
度を減弱する光強度調節手段(ここではNDフィルタ)
2と、適切な光強度調節手段2を設定する光減衰選択装
置(ここではNDフィルタチェンジャー)3と、前記レ
ーザ光源1からの光ビームを前記試料に集光し共焦点領
域を形成する光学系4、5と、蛍光分子を含有する試料
を載せたステージ6と、前記試料からの蛍光を集光する
光学系7〜11と、集光した蛍光を検出する光検出器1
2と、蛍光強度の変化を記録する蛍光強度記録手段13
を具備する。このように、蛍光相関分析装置は、共焦点
レーザ顕微鏡を利用したものである。
As shown in FIG. 5, the fluorescence correlation analyzer is
Laser light source 1 and light intensity adjusting means (here, ND filter) for reducing the intensity of the light beam from the laser light source 1.
2, an optical attenuation selection device (here, an ND filter changer) 3 for setting an appropriate light intensity adjusting means 2, and an optical system for condensing a light beam from the laser light source 1 on the sample to form a confocal region. 4 and 5, a stage 6 on which a sample containing fluorescent molecules is placed, optical systems 7 to 11 for collecting fluorescence from the sample, and a photodetector 1 for detecting the collected fluorescence.
2 and fluorescence intensity recording means 13 for recording the change in fluorescence intensity
It is equipped with. Thus, the fluorescence correlation analyzer uses a confocal laser microscope.

【0072】図5においてレーザ光源1から放射される
レーザは、アルゴンイオンレーザ、ヘリウム−ネオンレ
ーザ、クリプトン、ヘリウム−カドミウム等何れであっ
てもよい。図5においてレーザ光源からの光ビームを前
記試料に集光し共焦点領域を形成する光学系4、5は、
具体的にはダイクロイックミラー4、および対物レンズ
5を意味する。レーザ光源1からの光ビームは、図5中
の矢印で示すような経路で、まず蛍光強度調節手段(こ
こではNDフィルタ)2の減弱度に従ってその強度が減
弱され、次いで、ダイクロイックミラー4により入射光
に対して90度ステージの方向に屈折し、対物レンズ5を
通ってステージ6上の試料に照射される。このようにし
て光ビームは、微小な1点で前記試料に集光され共焦点
領域が形成される。
In FIG. 5, the laser emitted from the laser light source 1 may be any of an argon ion laser, a helium-neon laser, a krypton, a helium-cadmium and the like. In FIG. 5, the optical systems 4 and 5 that focus the light beam from the laser light source on the sample to form the confocal region are
Specifically, it means the dichroic mirror 4 and the objective lens 5. The light beam from the laser light source 1 is attenuated in accordance with the attenuation degree of the fluorescence intensity adjusting means (here, the ND filter) 2 along the path shown by the arrow in FIG. 5, and then is incident on the dichroic mirror 4. The light is refracted by 90 degrees in the direction of the stage, passes through the objective lens 5, and is irradiated onto the sample on the stage 6. In this way, the light beam is focused on the sample at one minute point to form a confocal region.

【0073】図5において共焦点領域内の蛍光分子から
放射された蛍光を集光する光学系7〜11は、具体的に
はフィルタ7、チューブレンズ8、反射鏡9、ピンホー
ル10、レンズ11を意味する。蛍光分子から放射され
た蛍光は、図5中の矢印で示すような経路で、まず、ダ
イクロイックミラー4を光進行方向に透過し、フィルタ
ー7、チューブレンズ8を経て、反射鏡9により屈折
し、ピンホール10に結像した後、レンズ11を通過し
て光検出器12に集光される。
In FIG. 5, the optical systems 7 to 11 which collect the fluorescence emitted from the fluorescent molecules in the confocal region are specifically the filter 7, the tube lens 8, the reflecting mirror 9, the pinhole 10 and the lens 11. Means Fluorescence emitted from the fluorescent molecule is first transmitted through the dichroic mirror 4 in the light traveling direction in a path as shown by an arrow in FIG. 5, passes through the filter 7, the tube lens 8, and is refracted by the reflecting mirror 9, After forming an image on the pinhole 10, the light passes through the lens 11 and is focused on the photodetector 12.

【0074】集光された蛍光を検出する光検出器(ここ
ではアバランシャルフォトダイオード)12は、受容し
た光信号を電気信号に変換し、蛍光強度記録手段(ここ
ではコンピュータ)13に送信する。
The photodetector (here, avalanche photodiode) 12 for detecting the collected fluorescence converts the received light signal into an electric signal and sends it to the fluorescence intensity recording means (here, computer) 13.

【0075】蛍光強度の変化を記録する蛍光強度記録手
段13は、伝達された蛍光強度データの記録・解析を行
う。具体的には、この蛍光強度データの解析により自己
相関関数を設定する。蛍光分子の受容体への結合による
分子量の増大、および遊離の蛍光分子数の減少などは、
自己相関関数の変化により検出することができる。
The fluorescence intensity recording means 13 for recording the change in fluorescence intensity records and analyzes the transmitted fluorescence intensity data. Specifically, the autocorrelation function is set by analyzing the fluorescence intensity data. The increase in molecular weight due to the binding of the fluorescent molecule to the receptor and the decrease in the number of free fluorescent molecules are
It can be detected by a change in the autocorrelation function.

【0076】なお、一分子蛍光分析を行うための装置
(蛍光相関分析装置)は、図5に示す例に限定されな
い。例えば、図4に示すとおり、結合部位aに結合する
物質aと結合部位bに結合する物質bを、それぞれ異な
る励起波長を有する2種類の蛍光物質で識別標識し、各
結合部位に結合可能な物質をスクリーニングする場合に
は、蛍光相関分析装置は、それぞれの蛍光物質を励起さ
せるための2種類のレーザ光源を有し、更にそれぞれの
蛍光物質から放射される光を検出するための2種類の光
検出器を有していることが必要である。光検出器は、A
PD(アバランシェ・フォトダイオード)のほか、光電
子増倍管からなる装置でもよい。
The apparatus for performing single molecule fluorescence analysis (fluorescence correlation analysis apparatus) is not limited to the example shown in FIG. For example, as shown in FIG. 4, the substance a that binds to the binding site a and the substance b that binds to the binding site b can be labeled with two kinds of fluorescent substances each having a different excitation wavelength so as to be bound to each binding site When screening substances, the fluorescence correlation analyzer has two types of laser light sources for exciting each fluorescent substance, and further two types of light sources for detecting light emitted from each fluorescent substance. It is necessary to have a photodetector. The photodetector is A
In addition to the PD (avalanche photodiode), a device including a photomultiplier tube may be used.

【0077】<本発明の効果について>以上、述べたと
おり、本発明の一分子蛍光分析方法を用いたスクリーニ
ング方法は、従来のNMRを解析手法とした構造活性相
関(SAR by NMR)と比べて、以下の利点を有す
る。
<Regarding the Effect of the Present Invention> As described above, the screening method using the single-molecule fluorescence analysis method of the present invention is compared with the conventional structure-activity relationship (SAR by NMR) using NMR as an analysis method. , Has the following advantages.

【0078】(1)NMRの装置は2〜3億円と非常に
高価であるが、それに比べて本発明で使用する蛍光相関
分析装置は、低価格(数千万程度)で、計測コストも低
い。
(1) Although the NMR apparatus is very expensive at 200 to 300 million yen, the fluorescence correlation analyzer used in the present invention is low in price (about tens of millions) and the measurement cost is also high. Low.

【0079】(2)操作法もNMRは、放射性化合物の
合成・取り扱いも必要なうえ、NMRの知識も必要であ
るが、蛍光相関分析装置では、特殊な専門能力は必須で
はなく、操作が簡便になっている。
(2) The operation method and NMR require not only the synthesis and handling of radioactive compounds but also the knowledge of NMR. However, the fluorescence correlation analyzer does not require special specialized ability and the operation is simple. It has become.

【0080】(3)本発明の方法で使用するサンプル溶
液は、数十マイクロリットルで充分である。また、サン
プル溶液中の試料が低濃度であっても高感度にアッセイ
できるという利点を有する。
(3) The sample solution used in the method of the present invention is sufficient to have several tens of microliters. In addition, there is an advantage that the sample in the sample solution can be assayed with high sensitivity even if it has a low concentration.

【0081】(4)本発明の方法で使用可能な受容体分
子も、NMRの方法で測定可能な分子量20kDaまで
のものに加えて、100kDa以上の大きな分子も使用
可能である。更にNMRの測定では受容体が高い純度を
有していることが必要とされていたが、本発明では使用
する受容体分子を精製する必要はない。また、NMRで
は、大きい分子は、構造の解析が複雑になるため、原子
ごとに放射ラベルを違えて数種類用意する必要があった
が、蛍光相関分析装置では、蛍光標識しておくことによ
り、受容体が物質を受容したことを容易に解析すること
ができる。また、受容体分子のような通常50kDa以
上の大きさを有する分子の場合、NMRでは、ドメイン
ごとに遺伝子工学的手法で分離しておく必要があった
が、蛍光相関分析装置では、このようなDNA組換えス
テップは不要である。従って、本発明の方法は、複数の
ドメインにまたがって結合部位を有する薬のスクリーニ
ングに特に優れた効果を発揮する。
(4) In addition to the acceptor molecules that can be used in the method of the present invention having a molecular weight of up to 20 kDa that can be measured by the NMR method, large molecules of 100 kDa or more can also be used. Further, the measurement of NMR requires that the receptor has a high purity, but in the present invention, it is not necessary to purify the receptor molecule used. Further, in NMR, since the structure analysis of a large molecule becomes complicated, it was necessary to prepare several kinds of radiolabels for each atom, but in a fluorescence correlation analyzer, by labeling with a fluorescent label, It can be easily analyzed that the body has received the substance. Further, in the case of a molecule having a size of 50 kDa or more, such as an acceptor molecule, in NMR, it was necessary to separate each domain by a genetic engineering method. No DNA recombination step is required. Therefore, the method of the present invention exerts a particularly excellent effect in screening for a drug having a binding site across a plurality of domains.

【0082】(5)NMRの測定には不向きであった脂
質や糖タンパク質などの複雑構造を有するサンプルであ
っても、一分子蛍光分析技術を用いた本発明では測定可
能である。
(5) Even a sample having a complex structure such as lipid or glycoprotein, which was unsuitable for NMR measurement, can be measured by the present invention using the single molecule fluorescence analysis technique.

【0083】(6)NMRでは受容体とそれに結合する
物質の構造が既知でないと、測定に使用することはでき
なかったが、それぞれ構造が既知でなくても本発明のス
クリーニング方法では使用可能である。これにより、本
発明のスクリーニング方法では、化合物の側鎖をランダ
ムに改変した物質を候補物質として使用することができ
る。
(6) It could not be used for measurement unless the structures of the receptor and the substance that binds to it were known by NMR, but even if the structures are not known, they can be used in the screening method of the present invention. is there. Thus, in the screening method of the present invention, a substance in which the side chain of the compound is randomly modified can be used as a candidate substance.

【0084】(7)NMRでは受容体と被検物質が結合
するか否かを検出することはできたが、結合力の強さを
調べることはできなかったが、本発明では、一分子蛍光
分析技術を適応することによって、受容体と結合した状
態にある被検物質と遊離の状態にある被検物質との存在
比を求めることができる。これにより、各物質と受容体
の結合力(親和性)を判定することができる。
(7) Although it was possible to detect whether or not the receptor binds to the test substance by NMR, it was not possible to examine the strength of the binding force, but in the present invention, single molecule fluorescence was detected. By applying the analytical technique, the abundance ratio of the test substance bound to the receptor and the test substance in the free state can be determined. Thereby, the binding force (affinity) between each substance and the receptor can be determined.

【0085】(8)NMRでは、非常に長時間の測定時
間(場合によっては1ヶ月間)が必要であったが、本発
明では一分子蛍光分析技術を適応することによって、短
時間の測定が可能である。一般に計測は、数秒から数十
秒で充分である。これにより本発明の方法はハイスルプ
ットスクリーニングに好適である。
(8) In NMR, a very long measurement time (one month in some cases) was required, but in the present invention, by applying the single molecule fluorescence analysis technique, a short measurement time can be obtained. It is possible. Generally, a few seconds to several tens of seconds are sufficient for measurement. This makes the method of the present invention suitable for high throughput screening.

【0086】[0086]

【実施例】FK506結合タンパク質(FK506 bin
ding protein;FKBP)の阻害剤の探索について、蛍
光相関分析装置によるスクリーニングを行った。その概
略を図6に示す。
Examples FK506 binding protein (FK506 bin
For the search for inhibitors of ding protein (FKBP), screening with a fluorescence correlation analyzer was performed. The outline is shown in FIG.

【0087】FKBPは、強力な免疫抑制剤であるFK
506(タクロリムス)と結合すると、セリン/スレオ
ニン脱リン酸化酵素であるカルシニューリンを阻害する
ことにより、T細胞の活性化をブロックするものであ
る。
FKBP is a potent immunosuppressant FK
When bound to 506 (tacrolimus), it blocks activation of T cells by inhibiting calcineurin, which is a serine / threonine dephosphorylating enzyme.

【0088】ターゲットタンパク質として、FKBPを
用い、生理的緩衝溶液中で濃度10nmol/Lに調整
した。複数の化合物ライブラリー(第1の化合物ライブ
ラリーともいう)は、5−TAMRA(5−Carboxytet
ramethylrhodamine)で蛍光ラベリングし、3濃度
(1,10,100nmol/L)に調整した(以下、
蛍光ラベリングした化合物を第1の蛍光標識化合物とい
う)。ターゲットタンパク質FKBPと、3濃度(1,
10,100nmol/L等)の第1の蛍光標識化合物
を、それぞれ同量50μL混和した。それを室温で15
〜30分間インキュベートした後、96ウェルガラスボ
トムマイクロプレートに入れて、蛍光相関分析装置によ
って計測した。
As a target protein, FKBP was used and adjusted to a concentration of 10 nmol / L in a physiological buffer solution. The plurality of compound libraries (also referred to as the first compound library) are 5-TAMRA (5-Carboxytet
Ramethylrhodamine) was used for fluorescent labeling and adjusted to 3 concentrations (1, 10, 100 nmol / L) (hereinafter,
The fluorescently labeled compound is referred to as a first fluorescently labeled compound). Target protein FKBP and 3 concentrations (1,
The first fluorescently labeled compound (10,100 nmol / L, etc.) was mixed in the same amount of 50 μL. 15 at room temperature
After incubating for -30 minutes, the cells were placed in a 96-well glass bottom microplate and counted by a fluorescence correlation analyzer.

【0089】レーザはヘリウム−ネオンレーザ543n
mを使用した。計測時間は、サンプルあたり10秒で連
続5回計測し、平均値をデータとした。計測パラメータ
は、並進拡散時間、分子濃度を算出し、各化合物の親和
性をKd値(解離定数)で検討した。
The laser is a helium-neon laser 543n.
m was used. The measurement time was 10 seconds per sample, and continuous measurement was performed 5 times, and the average value was used as data. As measurement parameters, translational diffusion time and molecular concentration were calculated, and the affinity of each compound was examined by Kd value (dissociation constant).

【0090】並進拡散時間によって、第1の蛍光標識
化合物単独と、該化合物と相互作用したターゲットタ
ンパク質(FKBP)とを識別し、2種類の分子種類と
して識別した。第1の蛍光標識化合物は、分子量70
0〜1700、相互作用したターゲットタンパク質
(FKBP)は、分子量約30kDaである。そのた
め、一分子蛍光相関分析装置による並進拡散時間は、
第1の蛍光標識化合物では約60μ秒、相互作用した
ターゲットタンパク質(FKBP)では約240μ秒で
あった。この並進拡散時間の差異により、同一サンプル
中で、を区別し、それぞれの分子濃度を算出するこ
とができた。
By the translational diffusion time, the first fluorescence-labeled compound alone and the target protein (FKBP) that interacted with the compound were discriminated and discriminated as two kinds of molecules. The first fluorescent labeling compound has a molecular weight of 70
0-1700, the interacted target protein (FKBP), has a molecular weight of about 30 kDa. Therefore, the translational diffusion time by the single molecule fluorescence correlation analyzer is
It was about 60 μs for the first fluorescent labeling compound and about 240 μs for the interacting target protein (FKBP). Due to the difference in the translational diffusion time, it was possible to distinguish among the same sample and calculate the respective molecular concentrations.

【0091】複数の第1の蛍光標識化合物のうち数種類
が、ターゲットタンパク質(FKBP)と親和性を示し
た。この親和性を示した化合物について、さらに再スク
リーニングし、トリメトキシフェニルピペコリン酸誘導
体(図6に示す化合物2)が十分高い親和性(Kd=2
μM)を示した。
Some of the plurality of first fluorescently labeled compounds showed affinity with the target protein (FKBP). The compound showing this affinity was further rescreened, and the trimethoxyphenylpipecolic acid derivative (Compound 2 shown in FIG. 6) had a sufficiently high affinity (Kd = 2).
μM).

【0092】次に、化合物2とターゲットタンパク質F
KBPの混合溶液を作製した。この混合溶液中で、化合
物2はFKBPと相互作用し、これにより、FKBPと
結合したものと結合せずフリーの状態のものとが平衡状
態で混在することとなる。このような混合溶液を用い
て、FKBPと相互作用した化合物2の近傍に結合する
化合物を、さらに数種類の化合物群(第2の化合物ライ
ブラリーともいう)の中からスクリーニングした。
Next, compound 2 and target protein F
A mixed solution of KBP was prepared. In this mixed solution, the compound 2 interacts with FKBP, whereby the one bound to FKBP and the one bound to FKBP in a free state are mixed in an equilibrium state. Using such a mixed solution, a compound that binds in the vicinity of the compound 2 that interacted with FKBP was screened from several compound groups (also referred to as a second compound library).

【0093】第2の化合物ライブラリーは、蛍光物質と
してCy5(Amersham社)で標識した(以下、蛍光ラベ
リングした化合物を第2の蛍光標識化合物という)。蛍
光相関分析装置では、ヘリウムネオンレーザ633nm
を照射して計測した。第2の蛍光標識化合物は、前述の
第1の蛍光標識化合物とは、検出に際して異なる励起波
長を使用する。そのため、第2の蛍光標識化合物のみを
励起する波長を照射すれば、2種類の蛍光標識化合物が
相互作用したサンプルだけをスクリーニングすることが
できる。
The second compound library was labeled with Cy5 (Amersham) as a fluorescent substance (hereinafter, the fluorescently labeled compound is referred to as a second fluorescently labeled compound). In the fluorescence correlation analyzer, helium neon laser 633nm
Was irradiated and measured. The second fluorescent labeling compound uses an excitation wavelength different from that of the above-mentioned first fluorescent labeling compound upon detection. Therefore, by irradiating with a wavelength that excites only the second fluorescent labeling compound, only the sample in which the two types of fluorescent labeling compounds interact can be screened.

【0094】蛍光相関分析装置による並進拡散時間は、
第2の蛍光標識化合物では約60μ秒、第1の蛍光
標識化合物と第2の蛍光標識化合物の両方が相互作用し
たターゲットタンパク質(FKBP)では約240μ秒
であった。
The translational diffusion time by the fluorescence correlation analyzer is
It was about 60 μsec for the second fluorescent labeling compound and about 240 μsec for the target protein (FKBP) with which both the first fluorescent labeling compound and the second fluorescent labeling compound interacted.

【0095】一サンプルあたり数秒から1分程度で解析
できるため、非常に迅速に計測することができた。その
結果、Kd=0.8mMの化合物(図6に示す化合物
3)がヒットした。
Since each sample can be analyzed in a few seconds to a minute, it was possible to measure very quickly. As a result, the compound with Kd = 0.8 mM (Compound 3 shown in FIG. 6) was hit.

【0096】また、ヒットした化合物3の蛍光相関分析
装置のデータ(自己相関関数)を図7に示す。このデー
タは、2種類の化合物が相互作用した複合体(即ち、タ
ーゲットタンパク質と化合物2と化合物3との複合体)
の並進拡散時間を算出するための自己相関関数の解析デ
ータである。横軸は、時間(ミリ秒)を示し、縦軸は自
己相関関数を示す。点線は、波長543nmレーザで検
出したデータ、実線は633nmレーザで検出したデー
タを示す。
FIG. 7 shows the data (autocorrelation function) of the hit compound 3 obtained by the fluorescence correlation analyzer. This data is a complex in which two kinds of compounds interact (that is, a complex of the target protein, compound 2 and compound 3).
It is the analysis data of the autocorrelation function for calculating the translational diffusion time of. The horizontal axis represents time (milliseconds) and the vertical axis represents the autocorrelation function. The dotted line shows the data detected by the 543 nm wavelength laser, and the solid line shows the data detected by the 633 nm laser.

【0097】これにより、2種類の化合物が相互作用し
た複合体の並進拡散時間が約240μ秒であることを用
いて、各分子種の濃度(フリーの状態の蛍光標識化合物
の濃度、相互作用した複合体の濃度)を算出した。これ
により親和性の指標となるKd値(解離定数)を求め
た。
Thus, using the translational diffusion time of the complex in which two kinds of compounds interacted with each other was about 240 μsec, the concentration of each molecular species (concentration of the fluorescent labeled compound in the free state, the interaction with The concentration of the complex) was calculated. In this way, the Kd value (dissociation constant) as an index of affinity was determined.

【0098】さらに、化合物3の側鎖を変えた化合物3
〜9を作製し、それぞれのKd値(解離定数)を求め
た。化合物9が最も安定にターゲットタンパク質に結合
することが分かった。
Further, the compound 3 in which the side chain of the compound 3 is changed
9 to 9 were prepared, and the Kd value (dissociation constant) of each was determined. It was found that compound 9 binds to the target protein most stably.

【0099】化合物2(Kd=2μM)と化合物9(K
d=100μM)を適当なリンカーで共有結合すること
によって、より安定化した複合体とすることができる。
化学構造から化合物2のメチルエステル基と化合物9の
ベンゾイル基は、複合体の状態においてその距離が近い
ことが分かる。そのため、リンカーを長さの異なるメチ
レン基を用いて、5種類の化合物を合成したところ、ど
れもnMオーダーの解離定数を示した。これら5種類の
化合物のうち、FKBPに対する親和性の最も高い化合
物は化合物10であり、Kd=19nMであることが分
かった。
Compound 2 (Kd = 2 μM) and Compound 9 (Kd
A more stabilized complex can be obtained by covalently binding (d = 100 μM) with an appropriate linker.
From the chemical structure, it can be seen that the methyl ester group of compound 2 and the benzoyl group of compound 9 are close in the complex state. Therefore, when 5 kinds of compounds were synthesized by using methylene groups having different lengths as linkers, all exhibited dissociation constants of the order of nM. It was found that among these 5 kinds of compounds, the compound having the highest affinity for FKBP was the compound 10 and Kd = 19 nM.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスクリー
ニング方法によれば、従来のNMRを用いた手法の問題
点をすべて解決することが可能である。とりわけ、本発
明の方法は、化合物と生体分子(例えば受容体)との相
互作用をみる場合に、分子レベルでの相互作用をより迅
速かつ安価に計測することができる。また、従来NMR
による構造活性相関では、タンパク質が20kDaと小
さいドメインまでしか解析できなかったが、本発明の方
法では100kDa以上のタンパク質についても解析す
ることが可能である。
As described above, according to the screening method of the present invention, it is possible to solve all the problems of the conventional techniques using NMR. In particular, the method of the present invention can measure the interaction at the molecular level more quickly and inexpensively when examining the interaction between a compound and a biomolecule (eg, receptor). Also, conventional NMR
According to the structure-activity relationship according to, the protein could be analyzed only up to a domain as small as 20 kDa, but the method of the present invention can also analyze a protein of 100 kDa or more.

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

【図1】 創薬デザインのサイクルを示す図。FIG. 1 is a diagram showing a cycle of drug design.

【図2】 SAR by NMRの概略を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an outline of SAR by NMR.

【図3】 蛍光強度分布解析(FIDA)の概略を説明
する図。
FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of fluorescence intensity distribution analysis (FIDA).

【図4】 本発明のスクリーニング方法を創薬スクリー
ニングに適用した例の概略を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of an example in which the screening method of the present invention is applied to drug discovery screening.

【図5】 本発明のスクリーニング方法に用いる蛍光相
関分析装置の一例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a fluorescence correlation analyzer used in the screening method of the present invention.

【図6】 本発明のスクリーニング方法を用いて、FK
506結合タンパク質(FKBP)の阻害剤を探索した
例の概略を示す図。
FIG. 6 shows FK using the screening method of the present invention.
The figure which shows the outline of the example which searched the inhibitor of 506 binding protein (FKBP).

【図7】 受容体に結合可能な物質の一分子蛍光解析の
データ(自己相関関数)を示す図。
FIG. 7 is a view showing data (autocorrelation function) of single molecule fluorescence analysis of a substance capable of binding to a receptor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ光源、2…光強度調節手段、3…光減衰率選
択装置、4…ダイクロイックミラー、5…対物レンズ、
6…ステージ、7…フィルタ、8…チューブレンズ、9
…反射鏡、10…ピンホール、11…レンズ、12…光
検出器、13…蛍光強度記録手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 2 ... Light intensity adjusting means, 3 ... Light attenuation rate selecting device, 4 ... Dichroic mirror, 5 ... Objective lens,
6 ... Stage, 7 ... Filter, 8 ... Tube lens, 9
... Reflector, 10 ... Pinhole, 11 ... Lens, 12 ... Photodetector, 13 ... Fluorescence intensity recording means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 33/566 G01N 33/566 Fターム(参考) 2G043 AA01 CA04 DA02 EA01 FA02 GA02 GB01 GB18 GB19 HA01 HA02 HA09 JA03 LA01 2G045 FA12 FA16 FA29 FB07 FB12 GC15 2G054 AB10 EA03 GA04 GA05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 33/566 G01N 33/566 F term (reference) 2G043 AA01 CA04 DA02 EA01 FA02 GA02 GB01 GB18 GB19 HA01 HA02 HA09 JA03 LA01 2G045 FA12 FA16 FA29 FB07 FB12 GC15 2G054 AB10 EA03 GA04 GA05

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一分子蛍光分析により、受容体に最適に
結合可能な物質をスクリーニングする方法であって、 受容体に結合可能な物質を探索する工程と 前記工程により得られた受容体に結合可能な物質の構造
最適化を行う工程とを具備することを特徴とする方法。
1. A method for screening a substance capable of optimally binding to a receptor by single molecule fluorescence analysis, which comprises a step of searching for a substance capable of binding to the receptor and binding to the receptor obtained by said step. Performing the structural optimization of possible substances.
【請求項2】 一分子蛍光分析により、第一の結合部位
と第二の結合部位を有する受容体に結合可能な物質をス
クリーニングする方法であって、 第一の結合部位に結合可能な物質を探索する工程と、 前記工程により得られた該第一の結合部位に結合可能な
物質が、該受容体に結合している条件下で、該第二の結
合部位に結合可能な物質を探索する工程と、を具備する
ことを特徴とする方法。
2. A method for screening a substance capable of binding to a receptor having a first binding site and a second binding site by single molecule fluorescence analysis, the substance being capable of binding to the first binding site. And a step of searching for a substance capable of binding to the second binding site under the condition that the substance capable of binding to the first binding site obtained in the above step binds to the receptor A method comprising the steps of:
【請求項3】 一分子蛍光分析により、第一の結合部位
と第二の結合部位を有する受容体に最適に結合可能な物
質をスクリーニングする方法であって、 第一の結合部位に結合可能な物質を探索する工程と、 前記工程により得られた該第一の結合部位に結合可能な
物質の構造最適化を行う工程と、 前記工程により得られた該第一の結合部位に最適に結合
可能な物質が、該受容体に結合している条件下で、該第
二の結合部位に結合可能な物質を探索する工程と、 前記工程により得られた該第二の結合部位に結合可能な
物質の構造最適化を行う工程とを具備することを特徴と
する方法。
3. A method for screening a substance capable of optimally binding to a receptor having a first binding site and a second binding site by single molecule fluorescence analysis, the method being capable of binding to the first binding site. A step of searching for a substance, a step of optimizing the structure of a substance capable of binding to the first binding site obtained by the step, and an optimal binding to the first binding site obtained by the step A substance capable of binding to the second binding site under the condition that the substance binds to the receptor, and a substance capable of binding to the second binding site obtained by the process And the step of optimizing the structure.
【請求項4】 請求項3に記載の方法であって、 該第一の結合部位に最適に結合可能な物質と該第二の結
合部位に最適に結合可能な物質とを連結させるためのリ
ンカーの長さ、構造についてスクリーニングすることに
より、該受容体に最適に結合可能な物質を調製する工程
を更に具備することを特徴とする方法。
4. The method according to claim 3, wherein the substance is capable of optimally binding to the first binding site and the substance capable of optimally binding to the second binding site. The method further comprising the step of preparing a substance capable of optimally binding to the receptor by screening for the length and structure of the receptor.
【請求項5】 一分子蛍光分析により、第一の結合部位
から第nの結合部位までn個(nは2以上の整数を表
す)の結合部位を有する受容体に結合可能な物質をスク
リーニングする方法であって、 第一の結合部位に結合可能な物質を探索する工程と、 第一の結合部位から第(X−1)の結合部位まで(X−
1)個の結合部位に結合可能な各物質がそれぞれ該受容
体に結合している条件下で、第Xの結合部位に結合可能
な物質を探索する工程を、X=2からX=nまで順次
(n−1)回繰り返す工程とを具備することを特徴とす
る方法。
5. A substance capable of binding to a receptor having n (n is an integer of 2 or more) binding sites from the first binding site to the nth binding site is screened by single molecule fluorescence analysis. A method of searching for a substance capable of binding to a first binding site, comprising: (1) from a first binding site to a (X-1) th binding site;
1) The step of searching for a substance capable of binding to the X-th binding site under the condition that each substance capable of binding to one binding site binds to the receptor, from X = 2 to X = n Repeating (n-1) times in sequence.
【請求項6】 一分子蛍光分析により、第一の結合部位
から第nの結合部位までn個(nは2以上の整数を表
す)の結合部位を有する受容体に最適に結合可能な物質
をスクリーニングする方法であって、 第一の結合部位に結合可能な物質を探索する第一の工程
と、 前記第一の工程により得られた該第一の結合部位に結合
可能な物質の構造最適化を行う第二の工程と、 第一の結合部位から第(X−1)の結合部位まで(X−
1)個の結合部位に結合可能な各物質がそれぞれ該受容
体に最適に結合している条件下で、第Xの結合部位に結
合可能な物質を探索する第三の工程と前記第三の工程に
より得られた該第Xの結合部位に結合可能な物質の構造
最適化を行う第四の工程とを具備し、 前記第三の工程と第四の工程が、X=2からX=nまで
順次(n−1)回繰り返されることを特徴とする方法。
6. A substance capable of optimally binding to a receptor having n (n is an integer of 2 or more) binding sites from the first binding site to the nth binding site by single molecule fluorescence analysis. A method for screening, comprising a first step of searching for a substance capable of binding to a first binding site, and optimization of the structure of a substance capable of binding to the first binding site, obtained by the first step. And a second step from the first binding site to the (X-1) th binding site (X-
1) The third step of searching for a substance capable of binding to the Xth binding site under the condition that each substance capable of binding to one binding site is optimally bound to the receptor, and the third step A fourth step of optimizing the structure of the substance capable of binding to the X-th binding site obtained by the step, wherein the third step and the fourth step are X = 2 to X = n. Up to (n-1) times in sequence.
【請求項7】 請求項6に記載の方法であって、 該第一の結合部位に最適に結合可能な物質から該第nの
結合部位に最適に結合可能な物質までn個の物質を、そ
れぞれ連結させるためのリンカーの長さ、構造について
スクリーニングすることにより、該受容体に最適に結合
可能な物質を調製する工程を更に具備することを特徴と
する方法。
7. The method according to claim 6, wherein n substances are selected from a substance capable of optimally binding to the first binding site to a substance capable of optimally binding to the nth binding site, The method further comprising the step of preparing a substance capable of optimally binding to the receptor by screening for the length and structure of the linker for connecting each.
【請求項8】 前記受容体に結合可能な物質が、創薬に
おけるターゲット薬物であることを特徴とする請求項1
〜7の何れか1項に記載の方法。
8. The substance capable of binding to the receptor is a target drug in drug discovery.
The method according to any one of 1 to 7.
【請求項9】 前記受容体に結合可能な物質が、光検出
可能な物質により標識されていることを特徴とする請求
項1〜8の何れか1項に記載の方法。
9. The method according to claim 1, wherein the substance capable of binding to the receptor is labeled with a photodetectable substance.
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