JP2003501024A - Assay for caspase activity using green fluorescent protein - Google Patents

Assay for caspase activity using green fluorescent protein

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JP2003501024A
JP2003501024A JP2001500750A JP2001500750A JP2003501024A JP 2003501024 A JP2003501024 A JP 2003501024A JP 2001500750 A JP2001500750 A JP 2001500750A JP 2001500750 A JP2001500750 A JP 2001500750A JP 2003501024 A JP2003501024 A JP 2003501024A
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メルク フロスト カナダ アンド カンパニー
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    • G01N2333/96425Proteinases, i.e. endopeptidases (3.4.21-3.4.99) derived from animal tissue from mammals
    • G01N2333/96427Proteinases, i.e. endopeptidases (3.4.21-3.4.99) derived from animal tissue from mammals in general
    • G01N2333/9643Proteinases, i.e. endopeptidases (3.4.21-3.4.99) derived from animal tissue from mammals in general with EC number
    • G01N2333/96466Cysteine endopeptidases (3.4.22)

Abstract

(57)【要約】 カスパーゼの活性化剤及び阻害剤の同定のための基質及びアッセイが提供される。基質は、カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むリンカーペプチドを有する2個の緑色蛍光タンパク質(GFP)を含む融合タンパク質である。完全融合タンパク質は、GFP間の蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)を示す。カスパーゼによりリンカーペプチドが分解されると、2個のGFPが分離し、FRETが減弱する。 (57) SUMMARY Substrates and assays for the identification of activators and inhibitors of caspases are provided. The substrate is a fusion protein containing two green fluorescent proteins (GFP) with a linker peptide containing at least one caspase cleavage site. The complete fusion protein shows fluorescence resonance energy transfer (FRET) between GFP. When the linker peptide is degraded by caspase, two GFPs are separated, and FRET is attenuated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (関連出願の相互参照) 適用なし。[0001]     (Cross-reference of related applications)   Not applicable.

【0002】 (連邦政府の後援を受けたR&Dに関する言及) 適用なし。[0002]     (Mention on federally sponsored R & D)   Not applicable.

【0003】 (マイクロフィッシュ付録の参照) 適用なし。[0003]     (See microfish appendix)   Not applicable.

【0004】 (技術分野) 本発明は、カスパーゼの活性を決定するための方法に関する。本方法は、間に
カスパーゼ分解部位を有する融合タンパク質として連結された2個の緑色蛍光タ
ンパク質(green fluorescent protein)の間の蛍光
共鳴エネルギー転移(fluorescent resonance ener
gy transfer)を利用する。本方法は、生存細胞又はインビトロのい
ずれかにおいて、カスパーゼ活性の活性化剤又は阻害剤である物質を同定するた
めに用いられ得る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to methods for determining the activity of caspases. The method involves fluorescence resonance energy transfer between two green fluorescent proteins linked as a fusion protein having a caspase cleavage site between them.
gy transfer) is used. The method can be used to identify substances that are activators or inhibitors of caspase activity, either in viable cells or in vitro.

【0005】 (発明の背景) アポトーシスは、必然的に細胞死をもたらす、一連の明確な形態学的及び生化
学的な変化により特徴付けられる(Kerrら、1972,Br.J.Canc
er 26:239−257:Vauxら、1994,Cell 76:777
−779;Steller,1995,Science 267:1445−1
449)。アポトーシスは、発生中の形態形成において、消耗した、不要な、又
は回復不可能な傷害を負った細胞の除去において、そして病原的感染に反応して
、起こる(Kerrら、1972,Br.J.Cancer 26:239−2
57:McConkeyら、1996,Mol.Aspects Med.17
:1−110;Steller,1995,Science 267:1445
−1449;Thompson,1995,Science 267:1456
−1462;Uren&Vaux,1996,Pharmacol.Ther.
72:37−50)。アポトーシスは、一連の高度に制御された生化学的イベン
トを通して進行し、細胞死経路の成分の多くが同定されている。重要なアポトー
シスの生化学的媒介因子の中には、カスパーゼとして知られるタンパク質分解酵
素群があり、それらは、構造的、制御的、又はハウスキーピング的な機能のいず
れかを有する特異的標的タンパク質を分解することにより、正常な細胞ホメオス
タシスを崩壊させるよう作用する(Thornberry&Lazebnik,
1998,Science 281:1312−1316;Thornberr
y,1997,Br.Med.Bull.53:478−490;Nichol
son&Thornberry,1997,Trends Biochem.S
ci.22:299−306)。これは、正常な細胞機能の停止、ゲノム及び細
胞の構造的要素の破壊、並びに他の細胞による取り込みのためのアポトーシス残
骸への細胞成分のパッケージングをもたらす(Nicholson&Thorn
berry,1997,Trends Biochem.Sci.22:219
9−306;Rosen&Casciola−Rosen,1997,J.Ce
ll.Biochem.64:50−54)。
BACKGROUND OF THE INVENTION Apoptosis is characterized by a series of well-defined morphological and biochemical changes that inevitably lead to cell death (Kerr et al., 1972, Br. J. Canc.
er 26: 239-257: Vaux et al., 1994, Cell 76: 777.
-779; Steller, 1995, Science 267: 1445-1.
449). Apoptosis occurs in developing morphogenesis, in the removal of exhausted, unwanted, or irreparable injured cells and in response to pathogenic infection (Kerr et al., 1972, Br. J. et al. Cancer 26: 239-2
57: McConkey et al., 1996, Mol. Aspects Med. 17
: 1-110; Steller, 1995, Science 267: 1445.
-1449; Thompson, 1995, Science 267: 1456.
-1462; Uren & Vaux, 1996, Pharmacol. Ther.
72: 37-50). Apoptosis proceeds through a series of highly regulated biochemical events and many components of the cell death pathway have been identified. Among the key biochemical mediators of apoptosis are the proteolytic enzymes known as caspases, which target specific target proteins with either structural, regulatory, or housekeeping functions. By degrading it acts to disrupt normal cell homeostasis (Thornberry & Lazebnik,
1998, Science 281: 1312-1316; Thornberr.
y, 1997, Br. Med. Bull. 53: 478-490; Nichol.
Son & Thornberry, 1997, Trends Biochem. S
ci. 22: 299-306). This results in arrest of normal cell function, disruption of genomic and cellular structural elements, and packaging of cellular components into apoptotic debris for uptake by other cells (Nicholson & Thorn.
Berry, 1997, Trends Biochem. Sci. 22: 219
9-306; Rosen & Casciola-Rosen, 1997, J. Am. Ce
ll. Biochem. 64: 50-54).

【0006】 カスパーゼは、基質特異性に従い区別されうるタンパク質の大きなファミリー
を構成している(Thornberry,1997,J Biol Chem
272:17907−17911)。これまでに12種のカスパーゼがヒト細胞
において同定されている。全てのカスパーゼが、不活型のプロ酵素として合成さ
れ、タンパク質分解による成熟を通して急速に活性化されうる(Thornbe
rry&Lazebnik,1998,Science 281:1312−1
316;Thornberry,1997,Br.Med.Bull.53:4
78−490)。カスパーゼファミリーのメンバーは、ポジショナルスキャニン
グコンビナトリアル基質法により定義された、基質特異性に基づく3つの機能的
サブグループに分類されうる(Ranoら、1997,Chem.Biol.4
:149−155;Thornberryら、1997,J.Biol.Che
m.272:17907−17911)。主要なアポトーシスのエフェクター(
カスパーゼ−2、−3、及び−7、並びにシーエレガンスCED−3を含むII
群カスパーゼ)は、アポトーシス中に分解されることが既知の大部分のタンパク
質の分解部位に見出されるモチーフ、[P]DExD[P]に対する特異性
を有する(Nicholson&Thornberry,1997,Trend
s Biochem.Sci.22:299−306)。他方、III群カスパ
ーゼ(カスパーゼ−6、−8、−9、及び−10、並びにCTL由来グランザイ
ム(granzyme)B)の特異性は、II群(エフェクター)ファミリーの
メンバーを含む他のカスパーゼプロ酵素の大サブユニットと小サブユニットとの
接合部にある活性化部位に相当する[P](I,V,L)ExD[P]であ
る。これ及びその他の証拠は、III群カスパーゼが、死シグナルを増幅するタ
ンパク質分解カスケードにおいて、II群カスパーゼの上流活性化剤として機能
することを示している。
Caspases constitute a large family of proteins that can be distinguished according to their substrate specificity (Thornberry, 1997, J Biol Chem).
272: 17907-17911). So far 12 caspases have been identified in human cells. All caspases are synthesized as inactive proenzymes and can be rapidly activated through proteolytic maturation (Thornbe).
rry & Lazebnik, 1998, Science 281: 1312-1.
316; Thornberry, 1997, Br. Med. Bull. 53: 4
78-490). Members of the caspase family can be grouped into three functional subgroups based on substrate specificity, defined by the positional scanning combinatorial substrate method (Rano et al., 1997, Chem. Biol. 4).
149-155; Thornberry et al., 1997, J. Am. Biol. Che
m. 272: 17907-17911). Major apoptotic effectors (
II, including Caspase-2, -3, and -7, and C. elegans CED-3
Group caspases) are motifs that are degraded during apoptosis found in cleavage site known most proteins, having specificity for [P 4] DExD [P 1 ] (Nicholson & Thornberry, 1997, Trend
s Biochem. Sci. 22: 299-306). On the other hand, the specificity of group III caspases (caspase-6, -8, -9, and -10, and CTL-derived granzyme B) is comparable to that of other caspase proenzymes including group II (effector) family members. It is [P 4 ] (I, V, L) ExD [P 1 ] corresponding to the activation site at the junction between the large subunit and the small subunit. This and other evidence indicate that group III caspases function as upstream activators of group II caspases in proteolytic cascades that amplify death signals.

【0007】 カスパーゼは、死エフェクター分子として中心的役割を果たしているため、最
近、様々な疾患過程(例えば、急性神経変性、心臓虚血、肝不全)の治療的標的
として、大きく注目されている(Nicholson,1996,Nat.Bi
otechnol.14:297−301)。残念ながら、カスパーゼ活性をモ
ニターするための方法は、少なくとも細胞に基づく系に関しては、活性カスパー
ゼにより引き起こされるタンパク質分解から遠く離れたいくつかの段階であるこ
とが多い、下流の生化学的イベント(例えば、DNA断片化、膜リモデリング)
の分析に主に限定されている(Darzynkiewicz&Traganos
,1998,Adv.Biochem.Eng.Biotechnol.62:
33−73)。さらに、細胞透過性であり、かつ異なるカスパーゼサブグループ
に特異的な高感度の基質は、未だ開発されていない。従って、高感度であり、特
定のカスパーゼに特異的であり、リアルタイムの読み出しを提供し、かつ細胞内
で作用しうる物質が、必要とされている。
Since caspases play a central role as death effector molecules, they have recently received great attention as therapeutic targets for various disease processes (eg, acute neurodegeneration, cardiac ischemia, liver failure). Nicholson, 1996, Nat. Bi
otechnol. 14: 297-301). Unfortunately, methods for monitoring caspase activity, at least with respect to cell-based systems, are often several steps far from proteolysis caused by active caspases, downstream biochemical events (eg, , DNA fragmentation, membrane remodeling)
Mainly limited to the analysis of (Darzynkiewicz & Traganos
, 1998, Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 62:
33-73). Furthermore, sensitive substrates that are cell-permeable and specific for different caspase subgroups have not yet been developed. Therefore, there is a need for substances that are sensitive, specific to a particular caspase, provide a real-time readout, and can act intracellularly.

【0008】 GFPに基づくレポーター戦法は、転写活性化、細胞内局在位置、及びタンパ
ク質輸送をモニターするため、多数の細胞の系において使用されている(Mis
teliら、1997,Nat.Biotechnol.15:961−964
;Tsien,1998,Annu.Rev.Biochem.67:509−
544)。プロテアーゼアッセイのためのインビトロ基質としての利用可能性も
、証明されている(Pollock&Heim,1999,Trends Ce
ll Biol.9:57−60;Mitraら、1996,Gene 173
:13−17;Heimら、1996,Curr.Biol.6:178−18
2)。Xuら、1998,Nucl.Acids Res.26:2034−2
035(Xu)は、カスパーゼ−3分解部位を含有する18アミノ酸ペプチドに
より連結された青色蛍光タンパク質と緑色蛍光タンパク質とを含む融合タンパク
質の使用を開示した。この融合タンパク質は、蛍光標示式細胞分取(FACS)
の使用、及びウェスタンブロットによる融合タンパク質の断片の検出により、カ
スパーゼ活性の活性化をモニターするために使用された。Xuは、カスパーゼの
阻害剤を同定するためのハイスループットスクリーニングの方法は開示しなかっ
た。
GFP-based reporter strategies have been used in numerous cellular systems to monitor transcriptional activation, subcellular localization, and protein trafficking (Mis).
teli et al., 1997, Nat. Biotechnol. 15: 961-964
Tsien, 1998, Annu. Rev. Biochem. 67: 509-
544). Applicability as an in vitro substrate for protease assays has also been demonstrated (Pollock & Heim, 1999, Trends Ce.
ll Biol. 9: 57-60; Mitra et al., 1996, Gene 173.
: 13-17; Heim et al., 1996, Curr. Biol. 6: 178-18
2). Xu et al., 1998, Nucl. Acids Res. 26: 2034-2
035 (Xu) disclosed the use of a fusion protein comprising a blue fluorescent protein and a green fluorescent protein linked by an 18 amino acid peptide containing a caspase-3 cleavage site. This fusion protein is used for fluorescence activated cell sorting (FACS).
Was used to monitor activation of caspase activity by the use of H. and the detection of fragments of the fusion protein by Western blot. Xu did not disclose a method of high throughput screening to identify inhibitors of caspases.

【0009】 Heim&Tsien,1996,Current Biology 6:1
78−182は、トリプシン又はエンテロキナーゼにより分解されうる25アミ
ノ酸のリンカーにより隔離された2個のGFPを含む融合タンパク質の使用を開
示した。国際特許公開WO97/28261は、プロテアーゼにより分解されう
るリンカーにより隔離された2個のGFPを含む融合タンパク質の使用を開示し
た。Mitraら、1996,Gene 173:13−17は、第Xa因子に
より分解されうる20アミノ酸のリンカーにより隔離された2個のGFPを含む
融合タンパク質の使用を開示した。
Heim & Tsien, 1996, Current Biology 6: 1.
78-182 disclosed the use of a fusion protein containing two GFPs separated by a 25 amino acid linker which can be degraded by trypsin or enterokinase. International Patent Publication WO 97/28261 disclosed the use of a fusion protein containing two GFPs separated by a linker that can be degraded by a protease. Mitra et al., 1996, Gene 173: 13-17 disclosed the use of a fusion protein containing two GFPs separated by a 20 amino acid linker that can be cleaved by Factor Xa.

【0010】 (発明の開示) 本発明は、間にカスパーゼ分解部位を有する融合タンパク質として連結された
2個の緑色蛍光タンパク質の間の蛍光共鳴エネルギー転移を利用することにより
、カスパーゼ活性をモニターする方法に関する。本方法は、迅速であり、高感度
であり、かつ下流イベントのレベルではなく、カスパーゼ活性、即ちカスパーゼ
基質のタンパク質分解のレベルにおいて一般に作用する。例えば、無細胞抽出物
又は精製された成分を使用して、インビトロで本方法を実施することもできるし
、又はインビボで、即ち生存細胞において、本方法を実施することもできる。本
方法は、カスパーゼ活性の活性化剤又は阻害剤の同定に適したアッセイを提供す
ることに適合している。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a method of monitoring caspase activity by utilizing fluorescence resonance energy transfer between two green fluorescent proteins linked as a fusion protein having a caspase cleavage site between them. Regarding The method is rapid, sensitive, and generally operates at the level of caspase activity, ie, proteolysis of caspase substrates, rather than at the level of downstream events. For example, the method can be performed in vitro, using cell-free extracts or purified components, or can be performed in vivo, ie in living cells. The method is adapted to provide an assay suitable for identifying activators or inhibitors of caspase activity.

【0011】 (図面の簡単な説明) 図1A〜Bは、組換えII群カスパーゼ基質における変異型GFP異型間の蛍
光共鳴エネルギー転移を示す図である。図1A:434nmでドナーGFP(W
1B)が励起されると、その放出されたエネルギー(476nm)がアクセプタ
ーGFP(TOPAZ)に転移し、527nmで再放出される。このエネルギー
転移は、2個のGFPタンパク質の物理的近接に依存している。カスパーゼによ
り媒介されるGFP間のリンカーの分解は、GFP分子の分離を通してエネルギ
ー転移を排除する。図1B:タンデムGFPタンパク質の略図の下に、構築され
た各融合タンパク質(WT、WT−1x、WT−2x、及びWT−2xL)のリ
ンカーの一次アミノ酸配列が略記されている。WT融合体は、カスパーゼテトラ
ペプチド分解モチーフを含まない短い6アミノ酸リンカーを含有していることに
注意されたい。WT−1xタンパク質及びWT−2xタンパク質は、リンカー内
にそれぞれ単一及び2個のタンデムII群カスパーゼ分解モチーフ(DEVD(
配列番号9))を含有している。WT−2xLは、柔軟性を与え、リンカーへの
接近を容易にするために設計された6アミノ酸SGリピートに挟まれた2個タン
デムDEVD(配列番号9)分解モチーフを含有している。WTリンカーについ
て示されたアミノ酸配列は配列番号1、WT−1xリンカーについて示されたア
ミノ酸配列は配列番号2、WT−2xリンカーについて示されたアミノ酸配列は
配列番号3、WT−2xLリンカーについて示されたアミノ酸配列は配列番号4
である。
(Brief Description of Drawings) FIGS. 1A and 1B are diagrams showing fluorescence resonance energy transfer between mutant GFP variants in a recombinant group II caspase substrate. FIG. 1A: Donor GFP (W at 434 nm
When 1B) is excited, its released energy (476 nm) is transferred to the acceptor GFP (TOPAZ) and re-emitted at 527 nm. This energy transfer depends on the physical proximity of the two GFP proteins. Caspase-mediated degradation of the linker between GFPs eliminates energy transfer through separation of GFP molecules. FIG. 1B: Below the schematic of the tandem GFP protein, the primary amino acid sequence of the linker for each of the constructed fusion proteins (WT, WT-1x, WT-2x, and WT-2xL) is abbreviated. Note that the WT fusion contains a short 6 amino acid linker that does not contain the caspase tetrapeptide degradation motif. The WT-1x and WT-2x proteins contain single and two tandem group II caspase degradation motifs (DEVD (
It contains SEQ ID NO: 9)). WT-2xL contains a two tandem DEVD (SEQ ID NO: 9) degradation motif flanked by 6 amino acid SG repeats designed to confer flexibility and to facilitate access to the linker. The amino acid sequence shown for the WT linker is SEQ ID NO: 1, the amino acid sequence shown for the WT-1x linker is SEQ ID NO: 2, the amino acid sequence shown for the WT-2x linker is SEQ ID NO: 3, the WT-2xL linker is shown. The amino acid sequence is SEQ ID NO: 4.
Is.

【0012】 図2A〜Bは、FRET効率がリンカー長の関数であることを示す図である。
WT、WT−1x、WT−2x、又はWT−2xL融合タンパク質をコードする
構築物で一過性トランスフェクトされたHela細胞の溶解物を、蛍光について
アッセイした。図2Aは、434nmにおける励起に続く溶解物の放出スキャン
(450〜600nm)を示している。図2Bは、レシオメトリック分析による
FRETの測定を示している(アクセプターにより放出された蛍光(TOPAZ
、527nm)をドナーにより放出された蛍光(W1B、476nm)で割った
比として表されている(n=2))。
2A-B show that FRET efficiency is a function of linker length.
Lysates of Hela cells transiently transfected with constructs encoding WT, WT-1x, WT-2x, or WT-2xL fusion proteins were assayed for fluorescence. FIG. 2A shows a lysate emission scan (450-600 nm) following excitation at 434 nm. FIG. 2B shows the measurement of FRET by ratiometric analysis (fluorescence emitted by acceptor (TOPAZ
, 527 nm) divided by the fluorescence emitted by the donor (W1B, 476 nm) (n = 2)).

【0013】 図3は、複数のDEVD(配列番号9)モチーフを含有するタンデムGFP基
質が、単一のDEVD(配列番号9)モチーフを含有する基質よりも効率的にカ
スパーゼ−3により分解されることを示す図である。インビトロで翻訳され[ S]メチオニンで標識されたWT−1xタンパク質及びWT−2xタンパク質
を、様々な濃度の精製組換えカスパーゼ−3と共に37℃で1時間、インキュベ
ートした。分解されたタンパク質を、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動に
より分離し、ゲルのオートラジオグラフィー及び走査式濃度測定により定量した
。生成物の出現が1次過程となる、Kmより十分に低い基質濃度を使用して、反
応を実施した。S/S=e−kobs*t(ここで、Sは、時間tにおい
て残存している基質の濃度であり、Sは初期基質濃度であり、かつkobs
cat [酵素]/Kである)なる関係から、kcal/Kmの値を計算し
た。
FIG. 3 shows that a tandem GFP substrate containing multiple DEVD (SEQ ID NO: 9) motifs is degraded by caspase-3 more efficiently than a substrate containing a single DEVD (SEQ ID NO: 9) motif. It is a figure which shows that. The WT-1x protein and WT-2x protein labeled with translated [3 5 S] methionine in vitro, 1 hour at 37 ° C. with purified recombinant caspase-3 for various concentrations were incubated. Degraded proteins were separated by SDS polyacrylamide gel electrophoresis and quantified by gel autoradiography and scanning densitometry. The reaction was carried out using a substrate concentration well below Km, where the appearance of the product was the first-order process. S t / S 0 = e −kobs * t (where S t is the concentration of the substrate remaining at time t, S 0 is the initial substrate concentration, and k obs =
from k cat * [enzyme] a / K m) the relationship, values were calculated kcal / Km.

【0014】 図4A〜Bは、アポトーシスが、DEVD(配列番号9)含有タンデムGFP
基質の分解をもたらすことを示す図である。図4Aは、WT構築物、WT−1x
構築物、又はWT−2x構築物でトランスフェクトされたHela細胞から調製
された溶解物中のタンデムGFP基質のウェスタンブロット分析を示している。
アポトーシスは、1μMスタウロスポリンで4時間、細胞を処理することにより
誘導した。図4Bは、非特異的カスパーゼ阻害剤(zVAD−fmk)の存在下
(+)又は非存在下(−)でスタウロスポリンで処理された細胞からのFRET
測定を示している。カスパーゼ−3感受性タンデムGFP基質を含有するアポト
ーシス抽出物においてのみFRETが減弱することに注意されたい。
FIG. 4A-B shows that apoptosis is tandem GFP containing DEVD (SEQ ID NO: 9).
It is a figure which shows that it brings about decomposition | disassembly of a board | substrate. Figure 4A shows the WT construct, WT-1x.
3 shows Western blot analysis of tandem GFP substrate in lysates prepared from Hela cells transfected with the construct, or with the WT-2x construct.
Apoptosis was induced by treating cells with 1 μM staurosporine for 4 hours. FIG. 4B shows FRET from cells treated with staurosporine in the presence (+) or absence (−) of a non-specific caspase inhibitor (zVAD-fmk).
The measurement is shown. Note that FRET is attenuated only in apoptotic extracts containing the caspase-3-sensitive tandem GFP substrate.

【0015】 図5は、完全細胞におけるカスパーゼ阻害の直接蛍光定量を示す図である。W
T−1xタンデムGFP基質を過剰発現するHela細胞(クローンHETON
−WT−1x−57)を、アポトーシスを誘導するためのスタウロスポリン及び
様々な濃度のzVAD−fmkで4時間、同時に処理した。培地をPBSに交換
した後、FRET(530em/490em)について細胞をアッセイした。0
.01μM及び10,000μMの滴定点が、それぞれ、得られた最大(DMS
O媒体単独)及び最小(スタウロスポリン単独)のFRET比の値を示している
FIG. 5 is a diagram showing direct fluorescence quantification of caspase inhibition in whole cells. W
Hela cells overexpressing T-1x tandem GFP substrate (clone HETON
-WT-1x-57) was simultaneously treated with staurosporine to induce apoptosis and various concentrations of zVAD-fmk for 4 hours. After replacing the medium with PBS, cells were assayed for FRET (530em / 490em). 0
. The titration points of 01 μM and 10,000 μM were obtained respectively for the maximum (DMS
The ORET medium alone) and the minimum (staurosporine alone) FRET ratio values are shown.

【0016】 図6A〜Bは、単一化合物(図6A)又は薬物混合物(1ウェル当たり10種
の化合物)(図6B)のいずれかを含有するマルチウェルマイクロタイタープレ
ートにおけるカスパーゼ阻害剤のハイスループットスクリーニングを示す図であ
る。デュプリケートの96穴プレートを、スタウロスポリン及び(1つ又は複数
の)薬物で4時間、同時処理した。3種の濃度のzVAD−fmk(2.5μM
、25μM、及び250μM)を各プレートの2ウェルにランダムに添加した。
データを処理して初めてzVAD−fmkのウェル位置が明らかとなるよう、実
験は盲目的に実施した。黒色及び灰色のバーは、それぞれ250μM及び25μ
MのzVAD−fmkを含有するウェルの位置を示す。偽陽性ヒットは、斜線付
きのバーで示されている。列1(行A〜H)は、未誘導の非アポトーシス対照ウ
ェルを表す。
6A-B show high throughput of caspase inhibitors in multi-well microtiter plates containing either a single compound (FIG. 6A) or drug mixture (10 compounds per well) (FIG. 6B). It is a figure which shows screening. Duplicate 96-well plates were co-treated with staurosporine and drug (s) for 4 hours. ZVAD-fmk at three concentrations (2.5 μM
, 25 μM, and 250 μM) were randomly added to 2 wells of each plate.
The experiment was performed blindly so that the zVAD-fmk well location was not revealed until the data was processed. Black and gray bars are 250 μM and 25 μM, respectively
The location of wells containing M zVAD-fmk is shown. False positive hits are indicated by the shaded bars. Column 1 (rows AH) represents uninduced non-apoptotic control wells.

【0017】 図7A〜Bは、野生型緑色蛍光タンパク質のヌクレオチド配列(図7A、配列
番号5)及びアミノ酸配列(図7B、配列番号6)を示す図である。
7A-B shows the nucleotide sequence (FIG. 7A, SEQ ID NO: 5) and amino acid sequence (FIG. 7B, SEQ ID NO: 6) of wild-type green fluorescent protein.

【0018】 (発明の詳細な説明) 以下は、本発明の目的のためのものである。[0018]     (Detailed Description of the Invention)   The following is for purposes of the present invention.

【0019】 「緑色蛍光タンパク質(GFP)」とは、任意の150個の連続アミノ酸が、
野生型GFPのアミノ酸配列(配列番号6)の連続ストレッチとの少なくとも8
5%のアミノ酸配列同一性を有する蛍光タンパク質である。
“Green fluorescent protein (GFP)” means any 150 consecutive amino acids
At least 8 with a continuous stretch of the amino acid sequence of wild-type GFP (SEQ ID NO: 6)
It is a fluorescent protein with 5% amino acid sequence identity.

【0020】 「超光輝(ultra−bright)緑色蛍光タンパク質(GFP)」とは
、野生型GFPと比較して増強された放出特性をもたらす、野生型GFPからの
アミノ酸変化を含有するよう工作されたGFPである。超光輝GFPは、Y66
H変化を有しない。超光輝GFPは、少なくとも0.39という蛍光量子収率を
有する。超光輝GFPの例は、W1B;TOPAZ;10C;10C Q69K
;W7;W1C;S65G変化、S72A変化、及びT203F変化を有する野
生型GFP(配列番号6);並びにS65G変化、S72A変化、及びT203
H変化を有する野生型GFP(配列番号6)である。
“Ultra-bright green fluorescent protein (GFP)” was engineered to contain amino acid changes from wild-type GFP that result in enhanced release characteristics compared to wild-type GFP. It is GFP. Super bright GFP is Y66
Has no H change. Super bright GFP has a fluorescence quantum yield of at least 0.39. Examples of super bright GFP are W1B; TOPAZ; 10C; 10C Q69K
W7; W1C; wild type GFP with S65G change, S72A change, and T203F change (SEQ ID NO: 6); and S65G change, S72A change, and T203
Wild type GFP with H change (SEQ ID NO: 6).

【0021】 「ハイスループットスクリーニング」とは、所望の特性を有する、例えばカス
パーゼの活性化剤又は阻害剤である、と推測される多数の物質を、そのような物
質が実際にそのような特性を有するか否かを試験する、生物学的活性、例えばカ
スパーゼの活性の活性化剤又は阻害剤を同定する方法をさす。ハイスループット
スクリーニングは、物質のうちのいずれかが所望の特性を有するか否かを決定す
るため、24時間当たり少なくとも5,000個、好ましくは少なくとも10,
000個、さらに好ましくは少なくとも100,000個の物質を試験すること
を含む。ハイスループットスクリーニングの方法は、1プレート当たり少なくと
も96個、好ましくは少なくとも384個、さらに好ましくは1,536個のウ
ェルを有するマイクロタイター様プレートにおいて、250μl未満、好ましく
は25μl未満、さらに好ましくは10μl未満の容積で実施される。
A “high-throughput screen” refers to a large number of substances that are suspected of having the desired properties, eg, activators or inhibitors of caspases, and such substances actually exhibit such properties. A method of identifying an activator or inhibitor of a biological activity, eg, an activity of caspase, which is tested for its presence or absence. High-throughput screening is performed to determine if any of the substances have the desired properties, in order to determine if at least 5,000, preferably at least 10, per 24 hours.
It comprises testing 000, more preferably at least 100,000 substances. The method of high-throughput screening is less than 250 μl, preferably less than 25 μl, more preferably less than 10 μl in a microtiter-like plate having at least 96, preferably at least 384, more preferably 1,536 wells per plate. Performed in a volume of.

【0022】 「レシオメトリック分析」とは、ドナー緑色蛍光タンパク質の励起後に、アク
セプター緑色蛍光タンパク質により放出された蛍光(例えば、TOPAZ、52
7nm)をドナー緑色蛍光タンパク質により放出された蛍光(例えば、W1B、
476nm)で割った比を決定することによる、蛍光共鳴エネルギー転移(FR
ET)の測定をさす。
“Ratiometric analysis” means the fluorescence emitted by an acceptor green fluorescent protein (eg TOPAZ, 52) after excitation of the donor green fluorescent protein.
7 nm) the fluorescence emitted by the donor green fluorescent protein (eg W1B,
Fluorescence resonance energy transfer (FR) by determining the ratio divided by 476 nm).
ET).

【0023】 「融合タンパク質」とは、2個の緑色蛍光タンパク質(GFP)が、カスパー
ゼ分解部位を少なくとも1個含む短いアミノ酸ストレッチからなるリンカーによ
り接合されているアミノ酸配列を含むポリペプチドをさす。一方のGFPがドナ
ーGFPであり、他方のGFPがアクセプターGFPである。リンカーが完全で
ある時にはドナーGFPからアクセプターGFPへの蛍光共鳴エネルギー転移(
FRET)が起こり得るが、リンカーが分解されるとFRETが消失するか、又
は大きく減弱するよう、2個のGFPは異なるGFPである。
“Fusion protein” refers to a polypeptide comprising an amino acid sequence in which two green fluorescent proteins (GFP) are joined by a linker consisting of a short amino acid stretch containing at least one caspase cleavage site. One GFP is the donor GFP and the other GFP is the acceptor GFP. Fluorescence resonance energy transfer from donor GFP to acceptor GFP when the linker is complete (
FRET) can occur, but the two GFPs are different GFPs so that FRET disappears or is greatly diminished when the linker is degraded.

【0024】 「カスパーゼ阻害剤」とは、カスパーゼタンパク質のタンパク質分解活性を減
少させる物質をさす。カスパーゼ阻害剤は、細胞により産生されるカスパーゼタ
ンパク質の量に対する効果を有する必要はない。また、カスパーゼ活性化剤は、
必ずしもカスパーゼによるタンパク質分解のレベルにおいて作用しない。カスパ
ーゼ活性化剤は、カスパーゼの活性化をもたらす上流イベントのレベルで作用す
ることにより、カスパーゼタンパク質のタンパク質分解活性を減少させるもので
ありうる。例えば、カスパーゼ阻害剤は、ミトコンドリアからのシトクロムcの
放出を抑制し、それによりカスパーゼの活性化を抑制するものであってもよい。
本発明の方法は、カスパーゼ阻害剤を同定するための手段を提供する。同定後、
そのような阻害剤は、それらが作用するレベルに関して、さらに特徴決定されう
る。1つの可能性は、インビトロで、即ち精製カスパーゼ及びGFP融合タンパ
ク質基質を含む無細胞系で、同定された阻害剤を試験することであろう。阻害剤
がそのような条件下で融合タンパク質からのFRETの欠損を抑制することがで
きる場合、その阻害剤は、カスパーゼによるタンパク質分解のレベルで作用する
。その他のそのような二次試験は、当業者には明らかであろう。
“Caspase inhibitor” refers to a substance that reduces the proteolytic activity of a caspase protein. The caspase inhibitor need not have an effect on the amount of caspase protein produced by the cell. In addition, the caspase activator is
It does not necessarily act at the level of proteolysis by caspases. The caspase activator may be one that reduces the proteolytic activity of the caspase protein by acting at the level of upstream events that result in activation of the caspase. For example, the caspase inhibitor may suppress the release of cytochrome c from mitochondria, thereby suppressing the activation of caspase.
The method of the invention provides a means for identifying caspase inhibitors. After identification
Such inhibitors can be further characterized in terms of the level at which they act. One possibility would be to test the identified inhibitors in vitro, ie in a cell-free system containing purified caspase and GFP fusion protein substrate. If the inhibitor can suppress the loss of FRET from the fusion protein under such conditions, the inhibitor acts at the level of proteolysis by caspases. Other such secondary tests will be apparent to those of skill in the art.

【0025】 「カスパーゼ活性化剤」とは、カスパーゼタンパク質のタンパク質分解活性を
増加させる物質をさす。カスパーゼ活性化剤は、細胞により産生されるカスパー
ゼタンパク質の量に対する効果を有する必要はない。また、カスパーゼ活性化剤
は、必ずしもカスパーゼによるタンパク質分解のレベルにおいて作用しない。カ
スパーゼ活性化剤は、カスパーゼの活性化をもたらす上流イベントのレベルで作
用することにより、カスパーゼタンパク質のタンパク質分解活性を増加させるも
のでありうる。カスパーゼ阻害剤の場合と同様に、カスパーゼ活性化剤が作用す
るレベルは、適当なインビトロアッセイにより決定されうる。
“Caspase activator” refers to a substance that increases the proteolytic activity of a caspase protein. The caspase activator need not have an effect on the amount of caspase protein produced by the cell. Also, caspase activators do not necessarily act at the level of proteolysis by caspases. Caspase activators can increase the proteolytic activity of caspase proteins by acting at the level of upstream events that lead to activation of caspases. As with the caspase inhibitors, the level at which the caspase activator acts can be determined by a suitable in vitro assay.

【0026】 本発明は、蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)を使用する。FRETとは、
分子間の長距離双極子−双極子カップリングにより、励起されたドナー蛍光試薬
からアクセプター蛍光試薬へと非放射的にエネルギーが転移する過程である。F
RETは、典型的には、約10〜100Åの距離で起こり、ドナー試薬の放出ス
ペクトルとアクセプター試薬の吸収スペクトルとが適度に重複していること、並
びにドナーの量子収率及びアクセプターの吸収係数が十分に高いことを必要とす
る。さらに、ドナー蛍光試薬及びアクセプター蛍光試薬の遷移双極子は、互いに
適切な方向で存在しなければならない。FRET及びその生物学的系への適用に
ついての概説は、例えば、Clegg,1995,Current Opini
ons in Biotechnology 6:103−110;Wu&Br
and,1994,Anal.Biochem.218:1−13を参照のこと
The present invention uses fluorescence resonance energy transfer (FRET). What is FRET
This is a process of nonradiative transfer of energy from an excited donor fluorescent reagent to an acceptor fluorescent reagent due to long-range dipole-dipole coupling between molecules. F
RET typically occurs at a distance of about 10 to 100Å, and the emission spectrum of the donor reagent and the absorption spectrum of the acceptor reagent are appropriately overlapped, and the quantum yield of the donor and the absorption coefficient of the acceptor are Needs high enough. Furthermore, the transition dipoles of the donor and acceptor fluorescent reagents must be in the proper orientation with respect to each other. For a review of FRET and its application to biological systems, see, eg, Cleggg, 1995, Current Opini.
ons in Biotechnology 6: 103-110; Wu & Br.
and 1994, Anal. Biochem. 218: 1-13.

【0027】 本発明は、カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドにより連結され
た2個の緑色蛍光タンパク質(GFP)を含む融合タンパク質、及び細胞又はイ
ンビトロのいずれかにおいてカスパーゼ活性の活性化剤又は阻害剤である物質を
同定する方法における融合タンパク質の使用に関する。融合タンパク質は、ドナ
ーGFPとアクセプターGFPとを含む。ドナーGFPとアクセプターGFPと
の間のリンカーが完全である場合、ドナーGFPが励起されると、ドナーGFP
とアクセプターGFPとの間でFRETが起こる。カスパーゼによるリンカーの
分解は、ドナーGFPとアクセプターGFPとを分離させ、従ってそれらの間の
FRETを消失させる。
The present invention provides a fusion protein comprising two green fluorescent proteins (GFP) linked by a peptide containing at least one caspase degradation site, and an activator or inhibitor of caspase activity either in cells or in vitro. It relates to the use of fusion proteins in a method of identifying substances that are agents. The fusion protein comprises a donor GFP and an acceptor GFP. When the linker between the donor GFP and the acceptor GFP is perfect, the donor GFP is excited when the donor GFP is excited.
And FRET occurs between the acceptor and GFP. Cleavage of the linker by caspases separates the donor and acceptor GFPs, thus eliminating FRET between them.

【0028】 融合タンパク質は、好ましくは、野生型GFPと比較して改変され増強された
スペクトル特性を有するGFPに由来する。そのようなGFPは、当業者に既知
である(例えば、米国特許第5,625,048号、国際特許公開WO97/2
8261、国際特許公開WO96/23810)。特に好ましいのは、オーロラ
バイオサイエンシーズ社(Aurora Biosciences Corp.
)(San Diego,CA)より市販されているGFP、W1B、及びTO
PAZである。W1Bは、F64L、S65T、Y66W、N146I、M15
3T、及びV163Aという野生型GFP配列からの変化を含有している(Ts
ien,1998,Ann.Rev.Biochem.67:509−544、
519頁、表1参照)。TOPAZは、S65G、V68L、S72A、及びT
203Yという野生型GFP配列からの変化を含有している(Tsien,19
98,Ann.Rev.Biochem.67:509−544、519頁、表
1参照)。GFPの野生型のヌクレオチド配列及びアミノ酸配列は、国際特許公
開WO97/28261の図1及び配列番号1、Tsien,1998,Ann
.Rev.Biochem.67:509−544の図1、Prasherら、
1992,Gene 111:229−233、及び本願の図7A〜Bに示され
ている。
The fusion protein is preferably derived from GFP which has altered and enhanced spectral properties compared to wild type GFP. Such GFPs are known to those of skill in the art (eg, US Pat. No. 5,625,048, International Patent Publication WO 97/2).
8261, International Patent Publication WO 96/23810). Particularly preferred is Aurora Biosciences Corp.
) (San Diego, CA) commercially available GFP, W1B, and TO
It is PAZ. W1B is F64L, S65T, Y66W, N146I, M15
3T and V163A contain changes from the wild-type GFP sequence (Ts
ien, 1998, Ann. Rev. Biochem. 67: 509-544,
(See page 1, page 519). TOPAZ is S65G, V68L, S72A, and T
It contains a change from the wild type GFP sequence, 203Y (Tsien, 19
98, Ann. Rev. Biochem. 67: 509-544, p. 519, see Table 1). The wild-type nucleotide and amino acid sequences of GFP are shown in FIG. 1 of International Patent Publication WO97 / 28261 and SEQ ID NO: 1, Tsien, 1998, Ann.
. Rev. Biochem. 67: 509-544, Figure 1, Prasher et al.,
1992, Gene 111: 229-233, and Figures 7A-B of the present application.

【0029】 極めて多様なGFPが本発明における使用に適しており、ある種の一般的な考
慮が、融合タンパク質において使用するGFPの選択のための指針となるはずで
ある。ドナーGFP及びアクセプターGFPの励起スペクトルは、可能な限り少
なく重複しているべきである。これは、アクセプターを直接励起することなく、
ドナーを励起することを可能にする。ドナーGFPの放出スペクトルは、アクセ
プターGFPの励起スペクトルと可能な限り多く重複しているべきである。ドナ
ー及びアクセプターの放出スペクトルは、可能な限り少なく重複しているべきで
ある。ドナーの量子収率及びアクセプターの吸収係数は、十分に高くあるべきで
ある。
A wide variety of GFPs are suitable for use in the present invention, and certain general considerations should guide the selection of GFPs for use in fusion proteins. The excitation spectra of the donor and acceptor GFP should overlap as little as possible. This is because without directly exciting the acceptor
Allows the donor to be excited. The emission spectrum of the donor GFP should overlap as much as possible with the excitation spectrum of the acceptor GFP. The emission spectra of donor and acceptor should overlap as little as possible. The quantum yield of the donor and the absorption coefficient of the acceptor should be high enough.

【0030】 ドナーGFP又はアクセプターGFPのいずれが、融合タンパク質のアミノ末
端部分又はカルボキシ末端部分に存在してもよい。また、融合タンパク質のアミ
ノ末端部分又はカルボキシ末端部分に、付加的なペプチド配列が存在してもよい
。換言すると、適当な本発明の融合タンパク質は、以下のように略記されうる。
Either the donor GFP or the acceptor GFP may be present in the amino-terminal or carboxy-terminal part of the fusion protein. Also, additional peptide sequences may be present at the amino-terminal or carboxy-terminal portion of the fusion protein. In other words, a suitable fusion protein of the invention may be abbreviated as follows.

【0031】 NH−dGFP−リンカー−aGFP−COOH NH−aGFP−リンカー−dGFP−COOH NH−X−dGFP−リンカー−aGFP−Y−COOH NH−X−aGFP−リンカー−dGFP−Y−COOH ここで、dGFP=ドナーGFP;aGFP=アクセプターGFP;X=任意
のアミノ酸又はアミノ酸配列;Y=任意のアミノ酸又はアミノ酸配列;X及びY
は同一であっても異なっていてもよい。
NH 2 -dGFP-linker-aGFP-COOH NH 2 -aGFP-linker-dGFP-COOH NH 2 -X-dGFP-linker-aGFP-Y-COOH NH 2 -X-aGFP-linker-dGFP-Y- COOH where dGFP = donor GFP; aGFP = acceptor GFP; X = any amino acid or amino acid sequence; Y = any amino acid or amino acid sequence; X and Y
May be the same or different.

【0032】 完全な融合タンパク質は、好ましくは、レシオメトリック分析が少なくとも1
.5、好ましくは少なくとも2.0のFRET比を示すであろう程度のFRET
能を有する。即ち、ドナーGFPが励起された時の、アクセプターGFPにより
放出された蛍光をドナーGFPにより放出された蛍光で割った比は、少なくとも
1.5、好ましくは少なくとも2.0であろう。そのような比は、カスパーゼ活
性化の高感度検出を許容し、本明細書に記載されたようなレシオメトリック分析
の利点の活用を可能にするため、ハイスループットスクリーニングの道具として
本発明の方法を用いる場合に、特に適している。
The complete fusion protein preferably has at least 1 ratiometric analysis.
. FRET to the extent that it will exhibit a FRET ratio of 5, preferably at least 2.0
Have the ability. That is, the ratio of the fluorescence emitted by the acceptor GFP divided by the fluorescence emitted by the donor GFP when the donor GFP is excited will be at least 1.5, preferably at least 2.0. Such a ratio allows sensitive detection of caspase activation and allows the advantages of ratiometric analysis as described herein to be exploited, thus rendering the method of the invention as a tool for high throughput screening. It is particularly suitable when used.

【0033】 リンカーは、約4〜50アミノ酸の長さのペプチド、即ち短いアミノ酸ストレ
ッチである。好ましいのは、カスパーゼ分解部位を含む10アミノ酸未満の長さ
のリンカーである。リンカーは、単一のカスパーゼ分解部位を含むか、又は同一
であっても異なっていてもよい複数のカスパーゼ分解部位を含む。一般に、カス
パーゼ分解部位は、単一のカスパーゼにより認識されるよう選択される。しかし
、いくつかの目的の場合、複数のカスパーゼにより認識される分解部位を使用す
ることが好ましいかもしれない。異なるカスパーゼにより認識されるカスパーゼ
分解部位を複数個含むリンカーを使用することが、さらに有利であるかもしれな
い。そのようなリンカーは、複数のカスパーゼの活性化剤又は阻害剤をアッセイ
することが望まれる場合に有用である。
The linker is a peptide about 4 to 50 amino acids long, ie a short stretch of amino acids. Preferred are linkers less than 10 amino acids in length that contain a caspase cleavage site. The linker contains a single caspase cleavage site or multiple caspase cleavage sites that may be the same or different. Generally, the caspase degradation site is chosen to be recognized by a single caspase. However, for some purposes it may be preferable to use degradation sites recognized by multiple caspases. It may be further advantageous to use a linker containing multiple caspase cleavage sites recognized by different caspases. Such linkers are useful when it is desired to assay multiple caspase activators or inhibitors.

【0034】 完全細胞におけるカスパーゼ活性の分析は、一般に、DNA断片化、膜リモデ
リング、クロマチン凝集、細胞萎縮、ミトコンドリア膜電位の変化、及びカスパ
ーゼ基質の分解により生成した生成物の検出のような、アポトーシスの最終的な
生化学的マーカー及び形態学的マーカーの測定に限定されていた。そのようなマ
ーカーは、リアルタイムに(即ち、カスパーゼ分解が実際に起こっている時点で
)は測定されない下流効果であり、一般に細胞の収集を必要とし、そして特別な
試薬(例えば、カスパーゼ基質に対する抗体)を必要とする場合が多いという欠
点を有している。
Analysis of caspase activity in whole cells generally involves detection of products generated by DNA fragmentation, membrane remodeling, chromatin aggregation, cell atrophy, alterations in mitochondrial membrane potential, and degradation of caspase substrates, such as: It has been limited to the determination of the ultimate biochemical and morphological markers of apoptosis. Such markers are downstream effects that are not measured in real time (ie, when caspase degradation is actually taking place), generally require collection of cells, and special reagents (eg antibodies to caspase substrates). Has the drawback that it is often required.

【0035】 生存細胞においてカスパーゼの活性化剤及び阻害剤を同定する方法が、本発明
により提供される。これらの方法は、一般に、カスパーゼ分解部位を少なくとも
1個含むペプチドにより連結された2個の緑色蛍光タンパク質(GFP)を含む
融合タンパク質を発現するよう工作された細胞の使用を含む。一般に、そのよう
な細胞は、融合タンパク質をコードするDNAを含む発現ベクターで細胞をトラ
ンスフェクトすることにより作製される。工作された細胞における融合タンパク
質内のドナーGFPからアクセプターGFPへの蛍光共鳴エネルギー転移(FR
ET)の量が、決定される。好ましくは、この決定は、レシオメトリック分析に
より実施される。カスパーゼの活性化剤を同定する方法においては、工作された
細胞を、カスパーゼの活性化剤であると推測される物質へと曝露する。物質が実
際に活性化剤である場合、これは、細胞内のカスパーゼ活性の増加をもたらし、
融合タンパク質のリンカーの分解を引き起こす。次いで、融合タンパク質を構成
している2個のGFPが別々に自由に移動できるようになり、それらの間のFR
ETの量が減少する。このFRETの減少を、好ましくはレシオメトリック分析
により測定する。カスパーゼの阻害剤を同定する方法は、カスパーゼ活性及び/
又はアポトーシスを誘導するため細胞を処理し、カスパーゼの阻害剤であると推
測される物質へとそれらを曝露することを除き、同様である。物質が実際に阻害
剤である場合、融合タンパク質の分解は減少するか、又は除去され、細胞を物質
へ曝露していない場合に見られるFRETの減少よりも少ないFRETの減少が
引き起こされるであろう。
Methods of identifying activators and inhibitors of caspases in viable cells are provided by the present invention. These methods generally involve the use of cells engineered to express a fusion protein comprising two green fluorescent proteins (GFP) linked by a peptide containing at least one caspase degradation site. Generally, such cells are made by transfecting the cells with an expression vector containing DNA encoding the fusion protein. Fluorescence resonance energy transfer (FR) from donor GFP to acceptor GFP within a fusion protein in engineered cells
The amount of ET) is determined. Preferably, this determination is performed by ratiometric analysis. In a method of identifying activators of caspases, engineered cells are exposed to substances suspected to be activators of caspases. If the substance is in fact an activator, this results in an increase in intracellular caspase activity,
Causes degradation of the fusion protein linker. The two GFPs that make up the fusion protein then become free to move separately, and the FRs between them are
The amount of ET decreases. This decrease in FRET is preferably measured by ratiometric analysis. Methods for identifying inhibitors of caspases include caspase activity and / or
Or, except that the cells are treated to induce apoptosis and expose them to substances that are suspected to be inhibitors of caspases. If the substance is in fact an inhibitor, the degradation of the fusion protein will be reduced or eliminated, causing a reduction in FRET that is less than that seen when cells are not exposed to the substance. .

【0036】 従って、本発明は、 (a)カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドにより連結されたド
ナー緑色蛍光タンパク質(GFP)とアクセプターGFPとを含む融合タンパク
質を含む細胞を準備すること; (b)カスパーゼの発現の活性化剤であると推測される物質の非存在下で、細
胞における蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)の量を測定すること; (c)カスパーゼの発現の活性化剤であると推測される物質に細胞を曝露する
こと; (d)カスパーゼの発現の活性化剤であると推測される物質の存在下で、細胞
におけるFRETの量を測定すること:を含むカスパーゼ活性化剤を同定する方
法を含む。ここで、ステップ(b)において測定されたFRETの量が、ステッ
プ(d)において測定されたFRETの量よりも大きい場合に、物質はカスパー
ゼ活性化剤である。
Accordingly, the present invention provides: (a) providing a cell containing a fusion protein containing a donor green fluorescent protein (GFP) and an acceptor GFP linked by a peptide containing at least one caspase cleavage site; (b) ) Measuring the amount of fluorescence resonance energy transfer (FRET) in the cell in the absence of a substance suspected to be an activator of caspase expression; (c) being an activator of caspase expression Exposing the cell to a suspected substance; (d) measuring the amount of FRET in the cell in the presence of the suspected activator of caspase expression: Including methods to identify. Here, a substance is a caspase activator if the amount of FRET measured in step (b) is greater than the amount of FRET measured in step (d).

【0037】 本発明は、 (a)カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドにより連結されたド
ナー緑色蛍光タンパク質(GFP)とアクセプターGFPとを含む融合タンパク
質を含む細胞を準備すること; (b)カスパーゼを活性化するため細胞を処理すること; (c)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質の非存在下で、処理された細
胞における蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)の量を測定すること; (d)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質に、処理された細胞を曝露す
ること; (e)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質に曝露された処理された細胞
におけるFRETの量を測定すること:を含むカスパーゼ阻害剤を同定する方法
も含む。ここで、ステップ(e)において測定されたFRETの量が、ステップ
(c)において測定されたFRETの量よりも大きい場合に、物質はカスパーゼ
阻害剤である。
The present invention provides: (a) preparing a cell containing a fusion protein containing a donor green fluorescent protein (GFP) and an acceptor GFP linked by a peptide containing at least one caspase cleavage site; (b) caspase (C) measuring the amount of fluorescence resonance energy transfer (FRET) in the treated cells in the absence of a substance suspected to be a caspase inhibitor; (c) measuring the amount of fluorescence resonance energy transfer (FRET) in the treated cells; d) exposing the treated cells to a substance suspected of being a caspase inhibitor; (e) measuring the amount of FRET in treated cells exposed to a substance suspected of being a caspase inhibitor. What to do: Also included is a method of identifying a caspase inhibitor that comprises: Here, a substance is a caspase inhibitor if the amount of FRET measured in step (e) is greater than the amount of FRET measured in step (c).

【0038】 前記方法の特定の実施形態において、細胞は真核細胞である。もう1つの実施
形態において、細胞は、哺乳動物細胞であるか、又は酵母細胞である。他の実施
形態において、細胞は、L細胞L−M(TK)(ATCC CCL 1.3)
、L細胞L−M(ATCC CCL 1.2)、HEK293(ATCC CR
L 1573)、Raji(ATCC CCL 86)、CV−1(ATCC
CCL 70)、COS−1(ATCC CRL 1650)、COS−7(A
TCC CRL 1651)、CHO−K1(ATCC CCL 61)、3T
3(ATCC CCL 92)、NIH/3T3(ATCC CRL 1658
)、Hela(ATCC CCL 2)、C127I(ATCC CRL 16
16)、BS−C−1(ATCC CCL 26)、MRC−5(ATCC C
CL 171)、PC12細胞、シーエレガンス(C.elegans)細胞、
ゼブラフィッシュ細胞、アフリカツメガエル(Xenopus)卵母細胞、アフ
リカツメガエル黒色素胞、又はサッカロミセスセレビシエ(Saccharom
yces cerevisiae)細胞である。
In a particular embodiment of the above method, the cells are eukaryotic cells. In another embodiment, the cells are mammalian cells or yeast cells. In another embodiment, the cells are L cells LM (TK ) (ATCC CCL 1.3).
, L cells LM (ATCC CCL 1.2), HEK293 (ATCC CR
L 1573), Raji (ATCC CCL 86), CV-1 (ATCC
CCL 70), COS-1 (ATCC CRL 1650), COS-7 (A
TCC CRL 1651), CHO-K1 (ATCC CCL 61), 3T
3 (ATCC CCL 92), NIH / 3T3 (ATCC CRL 1658)
), Hela (ATCC CCL 2), C127I (ATCC CRL 16)
16), BS-C-1 (ATCC CCL 26), MRC-5 (ATCC C
CL 171), PC12 cells, C. elegans cells,
Zebrafish cells, Xenopus oocytes, Xenopus melanophores, or Saccharomyces cerevisiae
Y. cerevisiae) cells.

【0039】 前記方法の特定の実施形態において、細胞は、例えば線虫シーエレガンス又は
ゼブラフィッシュのような完全な生存生物の体内の細胞である。融合タンパク質
は、当業者に既知の方法により生物へと導入される。シーエレガンス及びゼブラ
フィッシュを使用することの利点は、これらの生物が半透明であり、生存動物体
内のFRETの観察が可能である点である。このように、カスパーゼの活性化剤
及び阻害剤の活性が、完全な生物においてリアルタイムでモニターされうる。又
は、これらの生物から融合タンパク質を含む細胞を調製し、そのような細胞を本
発明の方法を実施するために使用してもよい。
In a particular embodiment of said method, the cells are cells within a whole living organism such as eg C. elegans or zebrafish. The fusion protein is introduced into the organism by methods known to those skilled in the art. The advantage of using C. elegans and zebrafish is that these organisms are translucent and FRET can be observed in living animals. In this way, the activity of caspase activators and inhibitors can be monitored in real time in whole organisms. Alternatively, cells containing the fusion protein may be prepared from these organisms and such cells used to practice the methods of the invention.

【0040】 特定の実施形態において、本発明は、少なくともいくつかの細胞が、カスパー
ゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドにより連結されたドナー緑色蛍光タン
パク質(GFP)とアクセプターGFPとを含む融合タンパク質を発現している
トランスジェニック動物、例えばトランスジェニックマウスを使用する。そのよ
うなトランスジェニック動物は、例えば心臓血管疾患、神経変性疾患、外傷性又
は敗血症性のショック、及び発作のような状態におけるカスパーゼの役割の理解
において有用である。例えば、神経組織において融合タンパク質を発現している
トランスジェニックマウスは、慢性又は急性の傷害、例えば神経変性疾患、脳外
傷、又は発作に対するカスパーゼ阻害剤の効果を査定するための有用なモデルで
ある。このモデルを発作に適用する場合には、カスパーゼ阻害剤の存在下又は非
存在下でトランスジェニックマウスにおいて発作を誘導するであろう。次いで、
カスパーゼ阻害剤が脳の特定の野に到達し、それらの分野においてカスパーゼを
阻害しているか否かを決定するため、マウスの脳組織を切開し、顕微鏡により画
像化するであろう。発作傷害の分析と組み合わせた阻害剤の効果の分析により、
カスパーゼ阻害と発作傷害からの防御との間に相関が存在するか否かを決定する
ことができる。従って、本発明は、カスパーゼ阻害剤の、発作による傷害から脳
組織を防御する能力を評価するために使用され得る。
In a particular embodiment, the invention provides that at least some cells express a fusion protein comprising a donor green fluorescent protein (GFP) and an acceptor GFP linked by a peptide comprising at least one caspase degradation site. Transgenic animals, such as transgenic mice, are used. Such transgenic animals are useful in understanding the role of caspases in conditions such as cardiovascular disease, neurodegenerative diseases, traumatic or septic shock, and stroke. For example, transgenic mice expressing the fusion protein in neural tissue are useful models for assessing the effects of caspase inhibitors on chronic or acute injury, such as neurodegenerative disease, brain injury, or stroke. If this model is applied to seizures, it will induce seizures in transgenic mice in the presence or absence of caspase inhibitors. Then
To determine whether caspase inhibitors reach specific areas of the brain and inhibit caspases in those areas, mouse brain tissue will be dissected and imaged microscopically. By analysis of the effect of inhibitors combined with analysis of seizure injury,
It can be determined whether there is a correlation between caspase inhibition and protection from stroke injury. Thus, the present invention may be used to assess the ability of caspase inhibitors to protect brain tissue from stroke injury.

【0041】 前記方法の特定の実施形態において、細胞は、懸濁細胞ではなく付着細胞であ
る。特定の実施形態において、本方法は、マイクロタイター様プレートのウェル
で実施され、細胞はウェルから収集又は剥離されない。即ち、細胞は、方法の実
施を通してウェルの底に接着したままである。
In certain embodiments of the above methods, the cells are adherent cells rather than suspension cells. In certain embodiments, the method is performed in the wells of a microtiter-like plate and the cells are not collected or detached from the wells. That is, the cells remain attached to the bottom of the well throughout the practice of the method.

【0042】 前記方法のある種の実施形態において、融合タンパク質をコードする発現ベク
ターが、細胞へとトランスフェクトされる。そのような発現ベクターは、例えば
Sambrook,Fritsch,及びManiatis,1989,Mol
ecular Cloning:A Laboratory Manual.第
2版,Cold Spring Harbor Laboratory Pre
ss、又はPCR Primer,A Laboratory Manual
,C.W.Dieffenbach及びG.S.Dveksler編,1995
,Cold Spring Harbor Laboratory Press
に記載されているもののような周知の組換えDNA法により作成されうる。1つ
の方法は、標準的な発現ベクターからの出発を含むであろう。ドナーGFPとア
クセプターGFPとをコードするDNA配列を、それらの配列が制限酵素分解部
位に挟まれるように、好ましくはGFPのPCRの後、標準的な発現ベクターの
ポリリンカー部位へとクローニングする。GFPを発現ベクターへとクローニン
グした後、GFP配列間には、リンカーをクローニングすることができる1つ又
は複数の制限部位が存在するであろう。リンカー配列は、ドナーGFP、アクセ
プターGFP、及びリンカーが最終発現構築物において全て同じリーディングフ
レーム内に存在することになるように選択される。プロテアーゼ部位(この場合
、第Xa因子部位)を有する20アミノ酸リンカーにより隔離された2個のGF
Pを含む融合タンパク質の構築の例は、Mitraら、1996,Gene 1
73:13−17に記載されている。国際特許公開WO97/28261の40
頁から始まる実施例1は、多様なプロテアーゼ分解部位を有するリンカーを含有
するGFP融合タンパク質を構築するための方法を開示している。これらの参照
に開示されている一般的な手法は、本発明のカスパーゼ特異的融合タンパク質を
構築するための指針として使用され得る。
In certain embodiments of the above methods, an expression vector encoding the fusion protein is transfected into cells. Such expression vectors are described, for example, in Sambrook, Fritsch, and Maniatis, 1989, Mol.
Equal Cloning: A Laboratory Manual. Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Pre
ss, or PCR Primer, A Laboratory Manual
, C. W. Dieffenbach and G.W. S. Dveksler, 1995
, Cold Spring Harbor Laboratory Press
Can be made by well-known recombinant DNA methods such as those described in. One method would involve starting from standard expression vectors. The DNA sequences encoding the donor GFP and the acceptor GFP are cloned into the polylinker site of a standard expression vector, preferably after PCR of GFP so that the sequences are flanked by restriction enzyme cleavage sites. After cloning the GFP into an expression vector, there will be one or more restriction sites between the GFP sequences that allow the linker to be cloned. The linker sequence is chosen such that the donor GFP, acceptor GFP, and linker will all be in the same reading frame in the final expression construct. Two GFs separated by a 20 amino acid linker with a protease site (in this case the Factor Xa site)
Examples of construction of fusion proteins containing P are described in Mitra et al., 1996, Gene 1
73: 13-17. 40 of International Patent Publication WO 97/28261
Example 1, starting on page, discloses a method for constructing GFP fusion proteins containing linkers with diverse protease cleavage sites. The general procedure disclosed in these references can be used as a guide for constructing the caspase-specific fusion proteins of the invention.

【0043】 トランスフェクションは、当業者に既知の任意の方法、例えばリン酸カルシウ
ム又は塩化カルシウムにより媒介されるトランスフェクション、電気穿孔、レト
ロウイルスベクターによる感染により達成されうる。細胞は、一過性又は安定的
にトランスフェクトされうる。
Transfection can be accomplished by any method known to those of skill in the art, such as calcium phosphate or calcium chloride mediated transfection, electroporation, infection with retroviral vectors. The cells can be transiently or stably transfected.

【0044】 本発明は、カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドにより連結され
た2個の緑色蛍光タンパク質(GFP)を含む融合タンパク質をコードするDN
Aを含む。本発明は、カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドにより
連結された2個の緑色蛍光タンパク質(GFP)を含む融合タンパク質をコード
するDNAを含む発現ベクター、及びこれらの発現ベクターを含む宿主細胞も含
む。
The present invention provides a DN encoding a fusion protein containing two green fluorescent proteins (GFP) linked by a peptide containing at least one caspase cleavage site.
Including A. The present invention also includes an expression vector containing a DNA encoding a fusion protein containing two green fluorescent proteins (GFP) linked by a peptide containing at least one caspase cleavage site, and a host cell containing these expression vectors. .

【0045】 融合タンパク質をコードする発現ベクターを作製するためには、多様な標準的
な発現ベクターが使用され得る。適当な市販の発現ベクターには、これらに限定
されないが、pMC1neo(Stratagene,La Jolla,CA
)、pSG5(Stratagene,La Jolla,CA)、pcDNA
I及びpcDNAIamp、pcDNA3、pcDNA3.1、pCR3.1(
Invitrogen,Palo Alto,CA)、EBO−pSV2−ne
o(ATCC 37593)、pBPV−1(8−2)(ATCC 37110
)、pdBPV−MMTneo(342−12)(ATCC 37224)、p
RSVgpt(ATCC 37199)、pRSVneo(ATCC 3719
8)、pSV2−dhfr(ATCC 37146)、及びpIRES1neo
(Clontech,Palo Alto,CA)が含まれる。ベクターの選択
は、使用される細胞型、望まれる発現レベル等に依存するであろう。哺乳動物細
胞においてGFPを発現させる場合には、哺乳動物細胞にとって好ましいコドン
に従う改変されたコドンを有する型のGFPを構築することが有利であるかもし
れない(Zolotukhinら、J.Virol.1996,70:4646
−46754;Yangら、1996,Nucl.Acids Res.24:
4592−4593)。哺乳動物細胞におけるGFP発現を改良するもう1つの
方法は、開始メチオニンの直後に付加的なコドンを使用することにより、最適な
リボソーム結合部位を供給することである(Crameriら、1996,Na
ture Biotechnology 14:315−319)。
A wide variety of standard expression vectors can be used to produce expression vectors that encode fusion proteins. Suitable commercially available expression vectors include, but are not limited to, pMC1neo (Stratagene, La Jolla, CA.
), PSG5 (Stratagene, La Jolla, CA), pcDNA
I and pcDNAIamp, pcDNA3, pcDNA3.1, pCR3.1 (
Invitrogen, Palo Alto, CA), EBO-pSV2-ne.
o (ATCC 37593), pBPV-1 (8-2) (ATCC 37110)
), PdBPV-MMTneo (342-12) (ATCC 37224), p.
RSVgpt (ATCC 37199), pRSVneo (ATCC 3719)
8), pSV2-dhfr (ATCC 37146), and pIRES1neo.
(Clontech, Palo Alto, CA). The choice of vector will depend on the cell type used, the level of expression desired, etc. When expressing GFP in mammalian cells, it may be advantageous to construct a form of GFP with modified codons that follow those codons preferred for mammalian cells (Zolotukhin et al., J. Virol. 1996, 70). : 4646
-46754; Yang et al., 1996, Nucl. Acids Res. 24:
4592-4593). Another way to improve GFP expression in mammalian cells is to use an additional codon immediately after the initiation methionine to provide an optimal ribosome binding site (Crameri et al., 1996, Na.
pure Biotechnology 14: 315-319).

【0046】 ある種の実施形態のため、例えばデキサメタゾン、メタロチオネイン、又はテ
トラサイクリン及びドキシサイクリンのような関連類似体により誘導されるプロ
モーターのような誘導可能プロモーターの調節下で、GFP融合タンパク質がク
ローニングされうる発現ベクターを使用することが有利であろう。これにより、
GFPの非制御高レベル発現の結果として生じうる毒性の問題を回避することが
できる。誘導可能プロモーターを含有する適当なベクターは、クロンテック(C
lontech)(Palo Alto,CA)のpTREベクターである。こ
のベクターは、テトラサイクリン誘導可能プロモーターを含有している。その他
のそのようなベクターは、当分野において周知であり、多くが市販されている。
For certain embodiments, the GFP fusion protein may be cloned under the control of an inducible promoter, such as a promoter induced by dexamethasone, metallothionein, or related analogs such as tetracycline and doxycycline. It would be advantageous to use a vector. This allows
The toxicity problems that can result from uncontrolled high level expression of GFP can be avoided. A suitable vector containing an inducible promoter is Clontech (C
lontech) (Palo Alto, CA) pTRE vector. This vector contains a tetracycline inducible promoter. Other such vectors are well known in the art and many are commercially available.

【0047】 ある種の実施形態において、ドナーGFP及びアクセプターGFPは、 W1B、F64L変化、S65T変化、Y66W変化、N146I変化、M1
53T、及びV163A変化を有する野生型GFP(配列番号6); TOPAZ、S65G変化、V68L変化、S72A変化、及びT203Y変
化を有する野生型GFP(配列番号6); 野生型GFP(配列番号6); 変化Q80Rを有する野生型GFP(配列番号6)(Chalfieら、19
94,Science 263:802−805); S65T変化を有する野生型GFP(配列番号6); Y66変化Wを有する野生型GFP(配列番号6); Y66変化Fを有する野生型GFP(配列番号6); F64L変化、S65T変化、及びV163A変化を有する野生型GFP(配
列番号6); S65G変化、S72A変化、及びT203F変化を有する野生型GFP(配
列番号6); 変化S65G、S72A、及びT203Hを有する野生型GFP(配列番号6
); Cycle3、F99S変化、M153T変化、及びV163A変化を有する
野生型GFP(配列番号6); EGFP、F64L変化及びS65T変化を有する野生型GFP(配列番号6
); Emerald、S65T変化、S72A変化、N149K変化、M153T
変化、及びI167T変化を有する野生型GFP(配列番号6); H9、S202F変化及びT203I変化を有する野生型GFP(配列番号6
); H9−40、T203I変化、S72A変化、及びY145F変化を有する野
生型GFP(配列番号6); 10C Q69K、S65G変化、V68L変化、Q69K変化、S72A変
化、及びT203Y変化を有する野生型GFP(配列番号6); 10C、S65G変化、V68L変化、S72A変化、及びT203Y変化を
有する野生型GFP(配列番号6); W7、Y66W変化、N146I変化、M153T変化、及びV163A変化
を有する野生型GFP(配列番号6); W1C、S65A変化、Y66W変化、S72A変化、N146I変化、M1
53T変化、及びV163A変化を有する野生型GFP(配列番号6); BFP、Y66H変化を有する野生型GFP(配列番号6); P4−3、Y66H変化及びY145F変化を有する野生型GFP(配列番号
6);並びに EBFP、F64L変化、Y66H変化、及びY145Fを有する野生型GF
P(配列番号6):からなる群より選択される。
In certain embodiments, the donor GFP and the acceptor GFP are W1B, F64L change, S65T change, Y66W change, N146I change, M1.
Wild-type GFP having 53T and V163A changes (SEQ ID NO: 6); TOPAZ, S65G change, V68L change, S72A change, and T203Y change wild-type GFP (SEQ ID NO: 6); Wild-type GFP (SEQ ID NO: 6); Wild type GFP with altered Q80R (SEQ ID NO: 6) (Chalpie et al., 19
94, Science 263: 802-805); wild type GFP with S65T change (SEQ ID NO: 6); wild type GFP with Y66 change W (SEQ ID NO: 6); wild type GFP with Y66 change F (SEQ ID NO: 6). Wild type GFP having F64L change, S65T change, and V163A change (SEQ ID NO: 6); Wild type GFP having S65G change, S72A change, and T203F change (SEQ ID NO: 6); having change S65G, S72A, and T203H Wild type GFP (SEQ ID NO: 6
); Wild-type GFP having Cycle3, F99S change, M153T change, and V163A change (SEQ ID NO: 6); EGFP, wild-type GFP having F64L change and S65T change (SEQ ID NO: 6)
); Emerald, S65T change, S72A change, N149K change, M153T
Wild type GFP with changes and I167T changes (SEQ ID NO: 6); Wild type GFP with H9, S202F changes and T203I changes (SEQ ID NO: 6).
); Wild-type GFP having H9-40, T203I change, S72A change, and Y145F change (SEQ ID NO: 6); 10C Q69K, S65G change, V68L change, Q69K change, S72A change, and T203Y change wild-type GFP (SEQ ID NO: 6); SEQ ID NO: 6); 10C, wild type GFP with S65G change, V68L change, S72A change, and T203Y change (SEQ ID NO: 6); W7, Y66W change, N146I change, M153T change, and V163A change with wild type GFP (SEQ ID NO: 6); SEQ ID NO: 6); W1C, S65A change, Y66W change, S72A change, N146I change, M1
Wild type GFP with 53T change and V163A change (SEQ ID NO: 6); BFP, wild type GFP with Y66H change (SEQ ID NO: 6); P4-3, wild type GFP with Y66H change and Y145F change (SEQ ID NO: 6) ); And wild type GF with EBFP, F64L change, Y66H change, and Y145F
P (SEQ ID NO: 6): selected from the group consisting of:

【0048】 多様な適当なドナーGFP及びアクセプターGFP、並びにそれらのスペクト
ル特徴が、Tsien,1998,Annu.Rev.Biochem.67:
509−544、519頁、表1に開示されている。
A wide variety of suitable donor and acceptor GFPs and their spectral characteristics are described in Tsien, 1998, Annu. Rev. Biochem. 67:
509-544, pages 519, Table 1.

【0049】 カスパーゼの活性化剤又は阻害剤を同定する方法のいくつかの実施形態におい
て、カスパーゼを活性化するため細胞を処理するステップは、ウイルス感染;増
殖因子枯渇;抗癌剤;紫外線曝露;スタウロスポリン、アクチノマイシンD、エ
トポシド、グルココルチコイド、カンプトセシン、サプシガーギン(thaps
igargin)、シクロヘキサミド、ラパマイシン、セラミド、グルタミン酸
塩、N−メチル−D−アスパラギン酸、カイニン酸、レクチン、トリブチルスズ
、ビンクリスチン、ビンブラスチン、シスプラチン、ペントキシフィリン、サイ
トトリエニン(cytotrienin)A、6−ヒドロキシドーパミン、1,
10−フェナントロリン(phenanthroline)、一酸化窒素、又は
酪酸ナトリウムによる処理;強制的なc−myc発現;又は腫瘍壊死因子受容体
(TNFR)ファミリーのメンバーの刺激(例えば、Fas/Fasリガンド相
互作用)(Ashkenazi&Dixit,1998,Science 28
1:1305−1308):により実施される。これらの方法は、例示的なもの
にすぎず、その他の多くの適当な方法が当業者に既知である。
In some embodiments of the method of identifying an activator or inhibitor of caspase, the step of treating the cell to activate caspase comprises viral infection; growth factor depletion; anticancer agent; UV exposure; stauros. Porin, actinomycin D, etoposide, glucocorticoid, camptothecin, thapsigargin (thaps
igargin), cyclohexamide, rapamycin, ceramide, glutamate, N-methyl-D-aspartic acid, kainic acid, lectin, tributyltin, vincristine, vinblastine, cisplatin, pentoxifylline, cytotrienin A, 6- Hydroxydopamine, 1,
Treatment with 10-phenanthroline, nitric oxide, or sodium butyrate; forced c-myc expression; or stimulation of members of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) family (eg, Fas / Fas ligand interaction) ( Ashkenazi & Dixit, 1998, Science 28
1: 1305-1308) :. These methods are merely exemplary and many other suitable methods are known to those skilled in the art.

【0050】 ある種の実施形態において、FRETの量を測定するステップは、レシオメト
リック分析により実施される。ある種の実施形態において、FRETの量を測定
するステップは、ドナーGFPの放出の増加又は減少を測定することにより実施
される。ある種の実施形態において、FRETの量を測定するステップは、アク
セプターGFPの放出の増加又は減少を測定することにより実施される。
In certain embodiments, the step of measuring the amount of FRET is performed by ratiometric analysis. In certain embodiments, measuring the amount of FRET is performed by measuring an increase or decrease in the release of donor GFP. In certain embodiments, measuring the amount of FRET is performed by measuring an increase or decrease in the release of acceptor GFP.

【0051】 細胞を物質に曝露するステップを実施する際の条件は、タンパク質−リガンド
相互作用の研究又は細胞の化合物への曝露のため当分野において典型的に使用さ
れている条件、例えば生理的pH、PBSのような一般的に使用されている緩衝
液又は組織培養培地の塩条件、約4〜55℃の温度である。ある種の実施形態に
おいては、細胞を増殖させる組織培養培地中に、バックグラウンド蛍光を消光す
る物質を含ませることが有利であるかもしれない。
The conditions under which the step of exposing the cells to the substance is carried out are those typically used in the art for studying protein-ligand interactions or exposing cells to compounds, such as physiological pH. , Salt conditions of commonly used buffers or tissue culture media such as PBS, temperatures of about 4-55 ° C. In certain embodiments, it may be advantageous to include a substance that quenches background fluorescence in the tissue culture medium in which the cells are grown.

【0052】 ある種の実施形態において、前記方法は、ハイスループットスクリーニングの
方法として実施される。特定の実施形態において、本方法は、24時間に少なく
とも5,000回、好ましくは少なくとも50,000回、さらに好ましくは少
なくとも100,000回反復される。特定の実施形態において、24時間に少
なくとも5,000個、好ましくは少なくとも50,000個、さらに好ましく
は少なくとも100,000個の異なる物質が試験される。特定の実施形態にお
いて、本方法は、マイクロタイター様プレートにおいて実施される。特定の実施
形態において、マイクロタイター様プレートは、96個、384個、1,536
個、3,064個、3,456個、又は9600個のウェルを有する。
In certain embodiments, the method is performed as a method of high throughput screening. In a particular embodiment, the method is repeated at least 5,000 times, preferably at least 50,000 times, more preferably at least 100,000 times in 24 hours. In a particular embodiment, at least 5,000, preferably at least 50,000, more preferably at least 100,000 different substances are tested in 24 hours. In certain embodiments, the method is performed in a microtiter-like plate. In certain embodiments, the microtiter-like plates are 96, 384, 1,536.
There are 3,064, 3,456, or 9600 wells.

【0053】 カスパーゼ活性化剤又はカスパーゼ阻害剤を同定する方法の特定の実施形態に
おいて、ステップ(c)は、アポトーシス又はカスパーゼ活性化を誘導する遺伝
子で細胞をトランスフェクトすることを含まず、FRETを測定するステップは
、FACS分析又はフローサイトメトリーを含まない。
In a particular embodiment of the method of identifying a caspase activator or caspase inhibitor, step (c) does not involve transfecting the cell with a gene that induces apoptosis or caspase activation, and The measuring step does not include FACS analysis or flow cytometry.

【0054】 特定の実施形態において、カスパーゼは哺乳動物カスパーゼである。特定の実
施形態において、カスパーゼはヒトカスパーゼである。特定の実施形態において
、カスパーゼは、 カスパーゼ−1(インターロイキン−1β変換酵素(ICE)としても既知)
(Thornberryら、1992,Nature 356:768−774
;Cerrrettiら、1992,Science 256:97−100)
; カスパーゼ−2(ICH−1としても既知)(Wangら、1994,Cel
l 78:739−750); カスパーゼ−3(アポパイン(apopain)、CPP32、Yamaとし
ても既知)(Nicholsonら、1995,Nature 376:37−
43;Rotondaら、1996,Nat.Struct.Biol.3:6
19−625); カスパーゼ−4(ICErel−II、TX、ICH−2としても既知)(M
undayら、1995,J.Biol.Chem.270:15870−15
876;Kamensら、1995,J.Biol.Chem.270:152
50−15256;Facheuら、1995 EMBO J.14:1914
−1922); カスパーゼ−5(ICErel−III、TYとしても既知)(Munday
ら、1995,J.Biol.Chem.270:15870−15876;F
aucheuら、1996,Eur.J.Biochem.236:207−2
13); カスパーゼ−6(Mch2としても既知)(Fernandes−Alnem
riら、1995,Cancer Res.55:2737−2742); カスパーゼ−7(Mch3、ICE−LAP3、CMH−1としても既知)(
Fernandes−Alnemriら、1995,Cancer Res.5
5:6045−6052); カスパーゼ−8(MACH、FLICE、Mch5としても既知)(Bold
inら、1996,Cell 85:803−815;Muzioら、199
6,Cell 85:817−827); カスパーゼ−9(ICE−LAP6、Mch6としても既知)(Duanら、
1996,J.Biol.Chem.271:16720−16724); カスパーゼ−10(Mch4としても既知); カスパーゼ−11;及び カスパーゼ−12:からなる群より選択される。
In particular embodiments, the caspase is a mammalian caspase. In certain embodiments, the caspase is human caspase. In certain embodiments, the caspase is caspase-1 (also known as interleukin-1β converting enzyme (ICE))
(Thornberry et al., 1992, Nature 356: 768-774.
Cerrretti et al., 1992, Science 256: 97-100).
Caspase-2 (also known as ICH-1) (Wang et al., 1994, Cel
78: 739-750); Caspase-3 (also known as apopain, CPP32, Yama) (Nicholson et al., 1995, Nature 376: 37-).
43; Rotonda et al., 1996, Nat. Struct. Biol. 3: 6
19-625); Caspase-4 (also known as ICE rel- II, TX, ICH-2) (M
unday et al., 1995, J. Am. Biol. Chem. 270: 15870-15
876; Kamens et al., 1995, J. Am. Biol. Chem. 270: 152
50-15256; Facheu et al., 1995 EMBO J. et al. 14: 1914
-1922); Caspase-5 (ICE rel- III, also known as TY) (Munday
Et al., 1995, J. Am. Biol. Chem. 270: 15870-15876; F
aucheu et al., 1996, Eur. J. Biochem. 236: 207-2
13); Caspase-6 (also known as Mch2) (Fernandes-Alnem)
ri et al., 1995, Cancer Res. 55: 2737-2742); Caspase-7 (also known as Mch3, ICE-LAP3, CMH-1) (
Fernandes-Alnemri et al., 1995, Cancer Res. 5
5: 6045-6052); Caspase-8 (also known as MACH, FLICE, Mch5) (Bold
in et al., 1996, Cell 85: 803-815; Muzio et al., 199.
6, Cell 85: 817-827); Caspase-9 (ICE-LAP6, also known as Mch6) (Duan et al.,
1996, J. Am. Biol. Chem. 271: 16720-16724); Caspase-10 (also known as Mch4); Caspase-11; and Caspase-12 :.

【0055】 特定の実施形態において、カスパーゼ分解部位は、 DXXD(配列番号7)(ここで、Xは任意の天然に存在するアミノ酸である
); DEXD(配列番号8)(ここで、Xは任意の天然に存在するアミノ酸である
); DEVD(配列番号9); DEHD(配列番号10); DETD(配列番号11); DGPD(配列番号12); DEPD(配列番号13); DELD(配列番号14); DAVD(配列番号15); DMQD(配列番号16); DSID(配列番号17); DVPD(配列番号18); DQTD(配列番号19); DSLD(配列番号20); WEHD(配列番号21); ZEXD(配列番号22)(ここで、Xは任意の天然に存在するアミノ酸であ
り、ZはI、L又はVのいずれかである); LEHD(配列番号23); VEHD(配列番号24); LETD(配列番号25); YVAD(配列番号26); LVAD(配列番号27); ELPD(配列番号28); SRVD(配列番号29); VEID(配列番号30);及び IETD(配列番号31):からなる群より選択されるアミノ酸配列を含む。
In a particular embodiment, the caspase degradation site is DXXD (SEQ ID NO: 7), where X is any naturally occurring amino acid; DEXD (SEQ ID NO: 8), where X is any DEVD (SEQ ID NO: 9); DEHD (SEQ ID NO: 10); DETD (SEQ ID NO: 11); DGPD (SEQ ID NO: 12); DEPD (SEQ ID NO: 13); DELD (SEQ ID NO: 14) ); DAVD (SEQ ID NO: 15); DMQD (SEQ ID NO: 16); DSID (SEQ ID NO: 17); DVPD (SEQ ID NO: 18); DQTD (SEQ ID NO: 19); DSLD (SEQ ID NO: 20); WEHD (SEQ ID NO: 21) ZEXD (SEQ ID NO: 22), where X is any naturally occurring amino acid and Z is either I, L or V; LE D (SEQ ID NO: 23); VEHD (SEQ ID NO: 24); LETD (SEQ ID NO: 25); YVAD (SEQ ID NO: 26); LVAD (SEQ ID NO: 27); ELPD (SEQ ID NO: 28); SRVD (SEQ ID NO: 29); VEID (SEQ ID NO: 30); and IETD (SEQ ID NO: 31) :.

【0056】 Thornberryら、1997,J.Biol.Chem.272:17
907−17911は、多様なカスパーゼの分解部位優先度を開示している。こ
の出版物は、ポジショナルスキャニングコンビナトリアルライブラリーの使用に
よるカスパーゼ分解部位を同定する方法を記載している。一般に、本発明におい
て使用するための適当なカスパーゼ分解部位には、そのような方法によりカスパ
ーゼ分解部位であることが決定された任意の配列、又はカスパーゼ分解部位であ
ることが当業者に既知である任意の配列が含まれる。
Thornberry et al., 1997, J. Am. Biol. Chem. 272: 17
907-17911 discloses degradation site preferences for various caspases. This publication describes a method for identifying caspase degradation sites by using a positional scanning combinatorial library. In general, suitable caspase degradation sites for use in the present invention are known to those of skill in the art to be any sequence determined by such methods to be a caspase degradation site, or a caspase degradation site. Contains any array.

【0057】 前記方法のある種の実施形態において、活性化剤又は阻害剤が同定されるカス
パーゼは、細胞において天然に発現しているカスパーゼである。他の実施形態に
おいて、活性化剤又は阻害剤が同定されるカスパーゼは、カスパーゼの発現を指
図する発現ベクターを細胞へトランスフェクトすることにより提供される。これ
は、カスパーゼが天然には発現していない細胞(例えば、内因性カスパーゼを有
しない酵母又はシーエレガンス)におけるカスパーゼの発現を提供するために実
施されうるか、又はカスパーゼが天然には低レベルで発現している細胞における
高レベルのカスパーゼ発現を提供するために実施されうる。この手法の変形にお
いて、細胞へとトランスフェクトされるカスパーゼは、野生型カスパーゼと比較
してアミノ酸配列の突然変異又は改変を含有しているカスパーゼである。もう1
つの変形において、カスパーゼは、細胞が由来する種以外の種に由来する。
In certain embodiments of the above methods, the caspase for which the activator or inhibitor is identified is a caspase that is naturally expressed in cells. In other embodiments, the caspase for which an activator or inhibitor is identified is provided by transfecting a cell with an expression vector that directs expression of the caspase. This can be done to provide for expression of the caspase in cells in which the caspase is not naturally expressed (eg yeast or C. elegans which do not have endogenous caspase), or where the caspase is naturally expressed at low levels. Can be performed to provide high levels of caspase expression in living cells. In a variation of this procedure, the caspases that are transfected into the cells are those that contain a mutation or modification of the amino acid sequence as compared to the wild type caspase. Another one
In one variation, the caspase is from a species other than the cell from which it was derived.

【0058】 前記方法は、「1つの」物質がカスパーゼの活性化剤又は阻害剤であるか否か
の試験に明示的に関しているが、そのような方法が、物質の集合体、例えばコン
ビナトリアルライブラリー、天然物の集合体等を試験し、そのような集合体のメ
ンバーがカスパーゼの活性化剤又は阻害剤であるか否かを決定することに適して
いることは、当業者には明らかであろう。従って、物質の集合体、又はそのよう
な集合体の個々のメンバーの、前記方法における物質としての使用は、本発明の
範囲内に含まれる。
Although the method is explicitly concerned with testing whether a “one” substance is an activator or inhibitor of caspases, such a method may be used to aggregate a substance, eg a combinatorial library. It will be apparent to those skilled in the art that they are suitable for testing aggregates of natural products, etc. to determine whether members of such aggregates are activators or inhibitors of caspases. Let's do it. Thus, the use of an aggregate of substances, or individual members of such an aggregate, as substances in the method is included within the scope of the invention.

【0059】 前記方法により物質がカスパーゼの活性化剤又は阻害剤であることが同定され
た後、物質がカスパーゼを活性化する上流イベントのレベルではなくカスパーゼ
タンパク質分解のレベルで作用するか否かを決定することが望ましいかもしれな
い。これは、例えば精製カスパーゼを精製融合タンパク質と共にインキュベート
するインビトロアッセイを設定することにより実施されうる。そのようなインビ
トロアッセイにおいて、アポトーシス経路の他の成分がないことは、(FRET
の変化により測定されるような)物質により引き起こされるカスパーゼ活性に対
するいずれの効果も、カスパーゼ自体に対する直接の効果によるものであろうこ
とを意味する。そのようなインビトロアッセイの例は、本明細書の実施例2及び
9、並びに図4に記載されている。
After the substance has been identified as an activator or inhibitor of caspases by the above method, whether or not the substance acts at the level of caspase proteolysis rather than at the level of upstream events that activate caspases is determined. It may be desirable to decide. This can be done, for example, by setting up an in vitro assay in which purified caspase is incubated with the purified fusion protein. The absence of other components of the apoptotic pathway in such in vitro assays (FRET
It means that any effect on the caspase activity evoked by the substance (as measured by the change in) would be due to the direct effect on the caspase itself. Examples of such in vitro assays are described in Examples 2 and 9 herein and FIG.

【0060】 カスパーゼ阻害剤が作用するレベルを決定するためのもう1つの方法は、本方
法のステップ(b)(カスパーゼを活性化するための細胞の処理)とステップ(
d)(カスパーゼ阻害剤であると推測される物質への細胞の曝露)との間に一定
の時間を経過させることである。この時間は、活性カスパーゼが生成することを
可能にするであろう。この活性カスパーゼは、大量の融合タンパク質の分解をも
たらし、従ってFRETをほとんどもたらさないであろう。物質が阻害剤である
ならば、物質への細胞の曝露は、FRETの量を増加させるであろう。阻害剤が
カスパーゼタンパク質分解のレベルで作用するのであれば、この増加は、阻害剤
が細胞内へ侵入するために要するのとほぼ同じ量の時間で、迅速に起こるはずで
ある。阻害剤が上流イベントで作用するのであれば、例えば、上流のカスパーゼ
活性化イベントを休止させるよう作用するのであれば、カスパーゼタンパク質分
解に対する阻害剤の効果は、比較的低速度で起こるはずである。そのような場合
、FRETの増加も比較的低速度で起こるはずである。
Another method for determining the level at which a caspase inhibitor acts is step (b) of this method (treatment of cells to activate caspase) and step (b).
d) (exposure of cells to substances suspected to be caspase inhibitors). This time will allow active caspases to form. This active caspase will result in the degradation of large amounts of the fusion protein and will therefore result in little FRET. If the substance is an inhibitor, exposure of cells to the substance will increase the amount of FRET. If the inhibitor acts at the level of caspase proteolysis, this increase should occur rapidly, with about the same amount of time it takes for the inhibitor to enter the cell. If the inhibitor acts at an upstream event, eg acts to pause an upstream caspase activation event, the effect of the inhibitor on caspase proteolysis should occur at a relatively slow rate. In such cases, the increase in FRET should also occur at a relatively slow rate.

【0061】 ステップ(b)の処理が実際にカスパーゼを活性化するために要する時間の量
は、方法において使用される細胞型、処理の性質(例えば、カスパーゼを活性化
するために使用される化合物の種類)、及びカスパーゼを活性化するために使用
される化合物の濃度のような多数の要因に依って異なるであろう。極めて迅速に
(即ち、分単位で)カスパーゼを活性化し、かつ/又はアポトーシスを誘導しう
る化合物も存在するし、数時間、又はさらには一夜のインキュベーションを必要
とする化合物も存在する。大部分の場合、物質が作用するレベルを解明すること
が望まれるのであれば、カスパーゼを活性化する処理を、カスパーゼ阻害剤であ
ると推測される物質に細胞を曝露する約2〜8時間前に実施するべきである。し
かし、いくつかの実施形態において、カスパーゼを活性化する処理の適用と同時
、又はそれよりも前に、物質に細胞を曝露してもよい。これは、物質の代謝的安
定性、細胞透過性、又はさらには物質/カスパーゼ相互作用の動力学的特徴、例
えば速度、親和性、Kのような要因に依存するであろう。当業者であれば、実
施される方法の特定の詳細によって、処理と物質曝露との適切な関係を容易に決
定することができるであろう。
The amount of time that the treatment of step (b) actually takes to activate the caspase depends on the cell type used in the method, the nature of the treatment (eg, the compound used to activate the caspase). Species), and the concentration of compound used to activate the caspases, and will depend on a number of factors. Some compounds can activate caspases and / or induce apoptosis very rapidly (ie, in minutes), and some require incubation for hours, or even overnight. In most cases, if it is desired to elucidate the level at which the substance acts, the treatment that activates the caspase is treated about 2-8 hours before exposing the cells to the substance suspected to be a caspase inhibitor. Should be implemented. However, in some embodiments, the cells may be exposed to the substance at the same time as, or prior to, the application of the treatment that activates caspases. This may depend on factors such as the metabolic stability of the substance, cell permeability, or even the kinetic characteristics of the substance / caspase interaction, eg rate, affinity, K i . A person skilled in the art will readily be able to determine the appropriate relationship between treatment and material exposure, depending on the particular details of the method being performed.

【0062】 FRETの量の測定は、一般に、ドナーGFPの励起波長に調整されたランプ
、レーザー、又はその他の光源の使用により、ドナーGFPを励起することによ
り実施される。ドナーにより吸収された励起エネルギーは、その放出波長でドナ
ーにより放出されるか、又は励起エネルギーは、少なくとも部分的にはアクセプ
ターGFPへと転移し、代わってアクセプターGFPがその放出波長で励起エネ
ルギーを放出する。アクセプター及びドナー両方の波長における放出の量を測定
することにより、どの程度のFRETが起こったのかを決定することが可能であ
る。高いアクセプター/ドナー放出比は、大量のFRETを意味し、逆に、低い
アクセプター/ドナー放出比は、少量のFRETを意味している。
The measurement of the amount of FRET is generally carried out by exciting the donor GFP by using a lamp, laser or other light source tuned to the excitation wavelength of the donor GFP. The excitation energy absorbed by the donor is emitted by the donor at its emission wavelength, or the excitation energy is at least partially transferred to the acceptor GFP, which in turn emits excitation energy at its emission wavelength. To do. By measuring the amount of emission at both the acceptor and donor wavelengths, it is possible to determine how much FRET has occurred. A high acceptor / donor emission ratio means a large amount of FRET, and conversely, a low acceptor / donor emission ratio means a small amount of FRET.

【0063】 ドナーアクセプター放出比の大きさは、融合タンパク質又はその分解産物の絶
対量、アッセイされる試料の光学密度、励起源の輝度、又は検出器の感度のよう
な要因により影響を受けない、融合タンパク質の分解の尺度であるため、レシオ
メトリック分析の使用は好ましい。
The magnitude of the donor-acceptor emission ratio is unaffected by such factors as the absolute amount of fusion protein or its degradation products, the optical density of the sample being assayed, the brightness of the excitation source, or the sensitivity of the detector. , The use of ratiometric analysis is preferred as it is a measure of the degradation of the fusion protein.

【0064】 レシオメトリック分析は、ハイスループットスクリーニング法における使用に
適したレベルの感度を与えることからも、レシオメトリック分析の使用は好まし
い。
The use of ratiometric analysis is also preferred because ratiometric analysis provides a level of sensitivity suitable for use in high throughput screening methods.

【0065】 本発明の方法の感度は、超光輝GFPをドナーGFPとして使用することによ
っても増加する。従来の技術は、超光輝GFPではなく、青色蛍光タンパク質(
BFP)として既知の型のGFPをドナーGFPとして使用していた(Xuら、
1998,Nucl.Acids Res.26:2034−2035(Xu)
)。BFPは、66位に野生型チロシンをヒスチジンに変化させる突然変異を有
している。このY66H変化は、比較的弱い蛍光(即ち、約0.30未満の蛍光
量子収率)を有するタンパク質をもたらす。そのような弱い蛍光はフローサイト
メトリー(例えば、XuのようなFACS分析)には適しているかもしれないが
、レシオメトリック分析には適しておらず、従って、ハイスループットスクリー
ニングにおける使用には適していない。Xuに記載された融合タンパク質は、本
発明の好ましい実施形態であるマイクロタイター様プレートで実施されるカスパ
ーゼ阻害剤を同定するハイスループットスクリーニング法において有用である程
度に高感度の読み出しを提供する可能性は極めて低い。Xuの入念な分析から、
XuがFRETを利用したカスパーゼ阻害剤同定法を開示していないことは明ら
かである。Xuがカスパーゼ阻害剤を使用した唯一の方法は、Xuの融合タンパ
ク質の断片を同定するためのウェスタンブロッティングの使用を含んでいた。カ
スパーゼ阻害剤の存在下で、Xuは、断片の生成が消失することを証明すること
ができた(2035頁、図1B参照)。Xuが蛍光測定を使用した箇所(203
5頁、図2)は、カスパーゼの阻害ではなく活性化の効果の測定に限定されてい
た。
The sensitivity of the method of the present invention is also increased by using super bright GFP as donor GFP. The conventional technique is not a super bright GFP but a blue fluorescent protein (
A type of GFP known as BFP) was used as the donor GFP (Xu et al.,
1998, Nucl. Acids Res. 26: 2034-2035 (Xu)
). BFP has a mutation at position 66 that changes wild-type tyrosine to histidine. This Y66H change results in proteins with relatively weak fluorescence (ie, fluorescence quantum yield of less than about 0.30). Such weak fluorescence may be suitable for flow cytometry (eg, FACS analysis such as Xu) but not for ratiometric analysis and therefore suitable for use in high throughput screening. Absent. The fusion protein described in Xu is potentially useful in high throughput screening methods to identify caspase inhibitors performed in microtiter-like plates, which is a preferred embodiment of the invention, and may provide a reasonably sensitive readout. Extremely low. From a careful analysis of Xu,
It is clear that Xu does not disclose a method for identifying caspase inhibitors using FRET. The only way Xu used a caspase inhibitor involved the use of Western blotting to identify fragments of the fusion protein of Xu. In the presence of the caspase inhibitor, Xu was able to demonstrate the disappearance of fragment generation (see page 2035, Figure 1B). Where Xu used fluorescence measurements (203
Page 5, FIG. 2) was limited to measuring the effect of activation rather than inhibition of caspases.

【0066】 レシオメトリック分析のためのBFPの使用が困難であることは、特に生存細
胞において顕著である。この問題の考察については、Pollock&Heim
,1999,Trends Cell Biol.9:57−60の58頁を参
照のこと。この困難性を考慮して、本発明の好ましい実施形態は、66位にヒス
チジンを有しないドナーGFP、即ちY66H変化を有しないGFPを使用する
The difficulty of using BFP for ratiometric analysis is especially pronounced in viable cells. For a discussion of this issue, see Pollock & Heim.
, 1999, Trends Cell Biol. 9: 57-60, page 58. In view of this difficulty, a preferred embodiment of the present invention uses a donor GFP that does not have a histidine at position 66, ie a GFP that does not have a Y66H change.

【0067】 本明細書において理解されるように、ハイスループットスクリーニングは、フ
ローサイトメトリーのような方法の現在の能力を超えた試料処理量を必要とする
。フローサイトメトリーは、細胞収集、細胞の洗浄、適当な装置への細胞の投入
、1度に1個ずつの細胞の分析のようなステップを必要とする。ハイスループッ
トスクリーニングは、好ましくは、フローサイトメトリー装置ではなく、マルチ
ウェルマイクロタイター様プレートにおいて実施される。マルチウェルプレート
は、数分毎に数千のアッセイを平行分析することを可能にするが、フローサイト
メトリーは毎分せいぜい数百のアッセイの分析しか許容しない(Nolanら、
1999,Drug Discovery Today 4:173−180、
179頁、右カラムを参照のこと)。マイクロタイター様プレートと共に使用さ
れ得る、ハイスループットスクリーニングの実施に適した、多様な自動化分析装
置が既知である。例えば、米国特許第5,670,113号、米国特許第5,1
39,744号、及び米国特許第4,626,684号を参照のこと。
As understood herein, high throughput screening requires sample throughputs that exceed the current capabilities of methods such as flow cytometry. Flow cytometry requires steps such as cell collection, cell washing, loading cells into a suitable device, analyzing cells one at a time. High throughput screening is preferably performed in multi-well microtiter-like plates rather than flow cytometry equipment. Multi-well plates allow parallel analysis of thousands of assays every few minutes, whereas flow cytometry only allows analysis of hundreds of assays per minute (Nolan et al.,
1999, Drug Discovery Today 4: 173-180,
See page 179, right column). A wide variety of automated analyzers suitable for performing high throughput screening are known that can be used with microtiter-like plates. For example, US Pat. No. 5,670,113, US Pat.
See 39,744, and U.S. Pat. No. 4,626,684.

【0068】 本発明の方法は、先行技術と比較していくつかの利点を示すため、ハイスルー
プットスクリーニングに特に適している。超光輝GFPを用いたレシオメトリッ
ク分析の使用は、例えばFACS分析のようなフローサイトメトリー法において
必要とされるような、マルチウェルプレートからの細胞の収集という面倒で時間
のかかるステップを不必要にする。従って、本発明の方法は、Hela細胞、2
93細胞、L細胞、CHO細胞、PC12細胞、COS細胞、又は3T3細胞の
ような付着細胞における使用に特に適している。本明細書に記載の方法は、マル
チウェルプレートからの付着細胞の収集のような面倒なステップの必要を回避す
ることにより、Xuら、1998,Nucl.Acids Res.26:20
34−2035に記載されたもののような、効率の低いフローサイトメトリー法
を使用して実施されうるよりも、はるかに多い化合物をスクリーニングする手段
を提供する。本発明の方法を懸濁細胞を用いて使用する場合ですら、本方法は、
FRETについてアッセイする前に懸濁細胞を収集する必要がないという先行技
術の方法に勝る利点を有する。
The method of the present invention is particularly suitable for high throughput screening as it exhibits several advantages over the prior art. The use of ratiometric analysis with super bright GFP obviates the tedious and time consuming step of collecting cells from multi-well plates, as required in flow cytometric methods such as FACS analysis. To do. Therefore, the method of the present invention can be applied to Hela cells, 2
It is particularly suitable for use in adherent cells such as 93 cells, L cells, CHO cells, PC12 cells, COS cells, or 3T3 cells. The method described herein avoids the need for tedious steps such as collecting adherent cells from multi-well plates, Xu et al., 1998, Nucl. Acids Res. 26:20
It provides a means to screen far more compounds than can be performed using less efficient flow cytometric methods, such as those described in 34-2035. Even when using the method of the invention with suspended cells, the method is
It has the advantage over prior art methods that it is not necessary to collect suspended cells prior to assaying for FRET.

【0069】 先行技術は、カスパーゼ分解部位を有する青色蛍光タンパク質及び緑色蛍光タ
ンパク質を含む融合タンパク質内に18アミノ酸のリンカー領域を用いた(Xu
ら、1998,Nucl.Acids Res.26:2034−2035(X
u))。Xuは、「この領域を可溶性にし、CPP32による分解を受け易くす
るために(2034頁、右カラム、最上)」、そのような長いリンカー領域の使
用が必要であると考えた。本発明者らは、先行技術の教示とは逆に、先行技術に
おいて開示された比較的長いリンカーよりも比較的短いリンカー領域(例えば、
10、9、8、7、6、5、又は4アミノ酸)の方が効率的であることを発見し
た。融合タンパク質WT−1xのリンカー領域が、わずか9アミノ酸長であるこ
とが示されている図1Bを参照のこと。本発明者らは、先行技術に基づく予想と
は逆に、この程度の短いリンカーが、カスパーゼによる分解及び効率的なFRE
T測定を許容するために十分であることを発見した。WT−1xに関するデータ
が、WT−1xのカスパーゼ分解がレシオメトリック分析を使用して生存細胞に
おいて容易に検出されうることを示している、図4Bを参照のこと。図4Bと図
4Aとの比較から、短いリンカーと関連した、そのようなレシオメトリック分析
の使用という本発明者らの発見が、貴重なものであることが示される。アポトー
シスを起こすよう誘導されたWT−1xを発現しているHela細胞のウェスタ
ンブロット分析は、容易に見落とされうる微量のWT−1x分解産物しか示して
いないが、同細胞のレシオメトリック分析は、分解が起こったことを明確に示し
ている(50%超のFRET比の低下)。従って、レシオメトリック分析の使用
は、ウェスタンブロッティングの使用よりもはるかに高い感度を、カスパーゼ活
性のアッセイに与える。当然、そのような感度の増加は、カスパーゼ発現の活性
化剤及びカスパーゼ活性の阻害剤を同定するための、そのようなアッセイの使用
において、非常に貴重である。
The prior art used an 18 amino acid linker region within a fusion protein containing a blue fluorescent protein and a green fluorescent protein with a caspase cleavage site (Xu
Et al., 1998, Nucl. Acids Res. 26: 2034-2035 (X
u)). Xu considered that the use of such a long linker region was necessary "to render this region soluble and susceptible to degradation by CPP32 (p. 2034, right column, top)". Contrary to the teachings of the prior art, we have found that relatively short linker regions (eg,
(10, 9, 8, 7, 7, 6, 5, or 4 amino acids) was found to be more efficient. See FIG. 1B, where the linker region of fusion protein WT-1x is shown to be only 9 amino acids long. Contrary to the expectations based on the prior art, the present inventors have shown that such a short linker allows caspase degradation and efficient FRE.
It was found to be sufficient to allow the T measurement. Data for WT-1x show that caspase degradation of WT-1x can be readily detected in viable cells using ratiometric analysis, see FIG. 4B. A comparison of FIGS. 4B and 4A shows that our discovery of the use of such ratiometric analysis associated with short linkers is valuable. Western blot analysis of Hela cells expressing WT-1x induced to undergo apoptosis showed only trace amounts of WT-1x degradation products that could be easily overlooked, whereas ratiometric analysis of the cells showed degradation. Clearly indicates that (reduction of FRET ratio by more than 50%) has occurred. Thus, the use of ratiometric analysis gives the assay for caspase activity much higher sensitivity than the use of Western blotting. Of course, such increased sensitivity is of great value in the use of such assays to identify activators of caspase expression and inhibitors of caspase activity.

【0070】 本発明は、カスパーゼ分解部位である4又は5アミノ酸のリンカーを除く全て
のアミノ酸が、ドナーGFP及びアクセプターGFPのアミノ酸に由来している
ような融合タンパク質、及び本明細書に記載の方法におけるその使用を含む。い
くつかの実施形態において、カスパーゼの立体障害を避けるため、重要側面(即
ち、アスパラギン酸分解位置の直後の位置)に、グリシン又は小さい測鎖を有す
るその他のアミノ酸を使用することが有利であろう。
The present invention provides fusion proteins in which all amino acids except the 4 or 5 amino acid linker, which is the caspase cleavage site, are derived from the amino acids of the donor and acceptor GFP, and the methods described herein. Including its use in. In some embodiments, it may be advantageous to use glycine or another amino acid with a small chain for the critical side (ie, immediately after the aspartate cleavage position) to avoid steric hindrance of the caspases. .

【0071】 本発明の方法により同定されたカスパーゼの阻害剤は、多様な用途を有するで
あろう。そのような阻害剤は、カスパーゼ活性又はアポトーシスのレベルを減少
させることが有益である状態の治療において有用であろう。そのような状態には
、例えば、アルツハイマー病及びパーキンソン病のような神経変性疾患;外傷性
脳損傷;発作;虚血再灌流損傷;対宿主性移植片病;及び自己免疫疾患が含まれ
る。薬学分野の当業者が、カスパーゼ阻害剤を有用な薬理学的活性を有すると考
えることは明らかである。カスパーゼ−1(インターロイキン−1β変換酵素)
の阻害剤は、現在、炎症性疾患の治療のため臨床試験中である(Press r
elease,Vertex Pharmaceuticals,Inc.,1
998年10月29日)。カスパーゼ阻害剤は、ウサギ細菌性髄膜炎モデルにお
いてニューロン傷害を減少させることが示されている(Braunら、1999
,Nature Medicine 5:298−302)。
Inhibitors of caspases identified by the methods of the invention will have a variety of uses. Such inhibitors would be useful in treating conditions where it would be beneficial to reduce the level of caspase activity or apoptosis. Such conditions include, for example, neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease; traumatic brain injury; stroke; ischemia-reperfusion injury; graft-versus-host disease; and autoimmune disease. It will be apparent to those skilled in the pharmaceutical arts that caspase inhibitors will have useful pharmacological activity. Caspase-1 (interleukin-1β converting enzyme)
Inhibitors are currently in clinical trials for the treatment of inflammatory diseases (Press r
Release, Vertex Pharmaceuticals, Inc. , 1
October 29, 998). Caspase inhibitors have been shown to reduce neuronal injury in a rabbit bacterial meningitis model (Braun et al., 1999).
, Nature Medicine 5: 298-302).

【0072】 本発明の方法により同定されたカスパーゼの活性化剤は、カスパーゼ活性又は
アポトーシスのレベルを増加させることが有益である状態、例えば癌、又は過形
成もしくは腫瘍性形質転換を含む任意の疾患、対宿主性移植片病の治療において
有用である可能性が高い。カスパーゼ活性化剤/アポトーシス誘導因子は、対宿
主性移植片病に対する使用のため臨床試験中である(Press releas
e,Ariad Pharmaceuticals,1999年5月6日)。
The activators of caspases identified by the methods of the present invention are conditions where it is beneficial to increase the level of caspase activity or apoptosis, such as cancer, or any disease involving hyperplastic or neoplastic transformation. , Is likely to be useful in the treatment of graft-versus-host disease. Caspase activators / apoptosis inducers are in clinical trials for use against graft-versus-host disease (Press releases).
e, Ariad Pharmaceuticals, May 6, 1999).

【0073】 本発明は、前記方法により同定されたカスパーゼの活性化剤及び阻害剤を含む
薬学的組成物を含む。活性化剤及び阻害剤は、一般に、薬学的に許容される担体
と組み合わせられ、薬学的組成物を形成する。そのような担体、並びに活性化剤
及び阻害剤及び担体を含有する薬学的組成物の製剤化法の例は、Remingt
on’s Pharmaceutical Sciencesに見出される。効
率的な投与に適した薬学的に許容される組成物を形成させるため、そのような組
成物は、治療的に有効な量な活性化剤及び阻害剤を含有するであろう。
The present invention includes a pharmaceutical composition comprising an activator and an inhibitor of caspase identified by the above method. Activators and inhibitors are generally combined with a pharmaceutically acceptable carrier to form a pharmaceutical composition. Examples of such carriers, and methods of formulating pharmaceutical compositions containing activators and inhibitors and carriers, are described in Remington.
Found in on's Pharmaceutical Sciences. Such compositions will contain therapeutically effective amounts of activators and inhibitors to form pharmaceutically acceptable compositions suitable for efficient administration.

【0074】 治療用又は予防用の組成物は、カスパーゼ活性が異常である状態を治療又は予
防するために十分な量で、個体へ投与される。有効量は、個体の状態、体重、性
別、及び年齢のような多様な要因により変化しうる。その他の要因には、投与の
形態が含まれる。適切な量は、熟練した医師により決定されうる。
The therapeutic or prophylactic composition is administered to an individual in an amount sufficient to treat or prevent a condition in which caspase activity is abnormal. The effective amount can vary depending on a variety of factors such as the individual's condition, weight, sex, and age. Other factors include the mode of administration. Appropriate amounts can be determined by the skilled physician.

【0075】 組成物は、適切な用量で単独で使用されうる。又は、他の薬剤の同時投与又は
連続投与が望ましいかもしれない。
The composition may be used alone at a suitable dose. Alternatively, simultaneous or sequential administration of other agents may be desirable.

【0076】 組成物は、投与のための従来の媒体に含まれた極めて多様な治療的投薬形態で
投与されうる。例えば、錠剤、カプセル(それぞれ、徐放性製剤及び持続放出製
剤を含む)、丸剤、粉末、顆粒、エリキシル、チンキ、溶液、懸濁液、シロップ
、及び乳濁液のような経口投薬形態で、又は注射により、組成物は投与されうる
。同様に、それらは、全て薬学分野の当業者に周知の形態を使用して、静脈内(
ボーラス及び点滴の両方)、腹腔内、皮下、局所(閉塞を用いて、又は用いずに
)、又は筋肉内にも投与されうる。
The compositions can be administered in a wide variety of therapeutic dosage forms contained in conventional vehicles for administration. For example, in oral dosage forms such as tablets, capsules (including sustained-release and sustained-release formulations, respectively), pills, powders, granules, elixirs, tinctures, solutions, suspensions, syrups, and emulsions. Or, the composition may be administered by injection. Similarly, they are administered intravenously (using all forms well known to those skilled in the pharmaceutical arts).
Both bolus and infusion), intraperitoneal, subcutaneous, topical (with or without occlusion), or intramuscular.

【0077】 有利には、組成物は、1日1回の用量で投与されうるか、又は全1日用量が1
日2回、3回、又は4回の用量に分割されて投与されうる。さらに、組成物は、
適当な鼻腔内媒体の局所使用を介して、鼻腔内形態で、又は当業者に周知の経皮
的皮膚貼付剤の形態を使用して、経皮経路を介して、投与されうる。経皮的送達
系の形態で投与される投薬は、当然、投薬計画を通して断続的ではなく連続的な
ものとなろう。
Advantageously, the composition may be administered in a once daily dose, or the total daily dose is 1
It may be administered in divided doses of two, three or four times daily. Further, the composition is
It may be administered via topical use of suitable intranasal vehicles, in intranasal form or via transdermal routes, using the forms of transdermal skin patches well known to those of ordinary skill in that art. Dosing administered in the form of transdermal delivery systems will, of course, be continuous rather than intermittent throughout the dosing schedule.

【0078】 組成物を利用する投薬計画は、患者の型、種、年齢、体重、性別、及び医学的
状態;治療すべき状態の重度;投与経路;患者の腎臓、肝臓、及び心臓血管の機
能;並びに使用される特定の組成物を含む多様な要因に従い選択される。通常の
技術を有する医師であれば、状態の進行を予防、対抗、又は阻止するために必要
な組成物の有効量を容易に決定し、処方することが可能である。毒性なしに効力
を与える範囲内の組成物の濃度を達成する際の最適な精度は、標的部位への組成
物の到達可能性の動力学に基づく計画を必要とする。これは、組成物の分布、平
衡、及び除去の考慮を含む。
Dosage regimens utilizing the composition may include patient type, species, age, weight, sex, and medical condition; severity of the condition to be treated; route of administration; patient kidney, liver, and cardiovascular function. As well as selected according to a variety of factors, including the particular composition used. A physician of ordinary skill can readily determine and prescribe the effective amount of the composition required to prevent, counter or arrest the progress of the condition. Optimal precision in achieving concentrations of the composition within the range that provides efficacy without toxicity requires a regimen based on the kinetics of the composition's reachability to target sites. This includes consideration of composition distribution, equilibration, and removal.

【0079】 以下の非制限的な実施例は、本発明をさらに例示するために提示される。[0079]   The following non-limiting examples are presented to further illustrate the present invention.

【0080】 実施例1 II群カスパーゼ分解部位を含む融合タンパク質 II群カスパーゼ(例えば、カスパーゼ−3)により認識され分解されるアミ
ノ酸配列により繋がれたタンデム緑色蛍光タンパク質(GFP)分子から構成さ
れる誘導可能融合タンパク質としてコードされるよう、組換えカスパーゼ基質を
工作した(図1B)(Thornberryら、1997,J.Biol.Ch
em.272:17907−17911)。長期的な過剰発現による非特異的G
FP媒介毒性による潜在的な問題を回避するため、テトラサイクリン誘導可能発
現系を使用した(Gossenら、1994,Curr.Opin.Biote
chnol.5:516−520)。これらの融合タンパク質内に埋め込まれた
カスパーゼ認識モチーフ(DEVD(配列番号9))は、アポトーシス細胞にお
けるよく特徴決定されたカスパーゼ−3の基質である、ポリ−(ADP−リボー
ス)−ポリメラーゼ(PARP)において同定されたプロテアーゼ分解部位に由
来した(Lazebnikら、1994,Nature 371:346−34
7)。さらに、コンビナトリアル蛍光原性テトラペプチド基質ライブラリーの分
解を調査した研究に基づき、この部位は、最適なII群カスパーゼ分解モチーフ
として定義された(Thornberryら、1997,J.Biol.Che
m.272:17907−17911)。
Example 1 Fusion Protein Containing a Group II Caspase Degradation Site An induction composed of tandem green fluorescent protein (GFP) molecules linked by an amino acid sequence that is recognized and degraded by a Group II caspase (eg, caspase-3). A recombinant caspase substrate was engineered to encode a possible fusion protein (FIG. 1B) (Thornberry et al., 1997, J. Biol. Ch.
em. 272: 17907-17911). Nonspecific G due to long-term overexpression
To avoid potential problems with FP-mediated toxicity, a tetracycline inducible expression system was used (Gossen et al., 1994, Curr. Opin. Biote.
chnol. 5: 516-520). The caspase recognition motif (DEVD (SEQ ID NO: 9)) embedded within these fusion proteins is a well-characterized substrate for caspase-3 in apoptotic cells, poly- (ADP-ribose) -polymerase (PARP). Derived from the protease degradation site identified in (Lazebnik et al., 1994, Nature 371: 346-34.
7). In addition, based on studies investigating the degradation of combinatorial fluorogenic tetrapeptide substrate libraries, this site was defined as the optimal group II caspase degradation motif (Thornberry et al., 1997, J. Biol. Che.
m. 272: 17907-17911).

【0081】 融合体を生成させるために使用された変異型GFPタンパク質(W1B、To
paz;Aurora Biosciences,San Diego,CA)
のスペクトル特徴(励起及び放出)は、標準的な蛍光定量を使用した融合タンパ
ク質の分解型と未分解型との区別に非常に適している(Tsien,1998,
Annu.Rev.Biochem.67:509−544)。W1Bは、2重
の励起(434/452nm)及び放出(476/505nm)のピークを有し
ており、Topazはそれぞれ514nm及び527nmという励起及び放出の
最大を有している。原則として、カスパーゼ−3により媒介されるこれらの基質
の分解は、分子の物理的な分離により、連結されたGFP分子間の蛍光共鳴エネ
ルギー転移(FRET)を抑制するはずである。ドナー分子の励起波長(ex:
434nm)において励起が起こると、アクセプター分子により放出された励起
蛍光(Topaz、em:527nm)をドナー分子により放出された蛍光(W
1B、em:476nm)で割った比として、基質の分解が定量されうる。本明
細書に記載の細胞に基づくアッセイにおいて、これらの波長における放出された
蛍光の比(527/476)の増加は、カスパーゼ活性の阻害を反映するであろ
う。
Mutant GFP protein (W1B, To used to generate the fusion)
paz; Aurora Biosciences, San Diego, CA)
The spectral features (excitation and emission) of the are well suited to distinguish between degraded and undegraded forms of fusion proteins using standard fluorometric assay (Tsien, 1998,
Annu. Rev. Biochem. 67: 509-544). W1B has double excitation (434/452 nm) and emission (476/505 nm) peaks, and Topaz has excitation and emission maxima of 514 nm and 527 nm, respectively. In principle, caspase-3 mediated degradation of these substrates should prevent fluorescence resonance energy transfer (FRET) between the linked GFP molecules by physical separation of the molecules. Excitation wavelength (ex:
Excitation at 434 nm) causes excitation fluorescence (Topaz, em: 527 nm) emitted by the acceptor molecule and fluorescence emitted by the donor molecule (W
The degradation of the substrate can be quantified as a ratio divided by 1B, em: 476 nm). In the cell-based assay described herein, an increase in the ratio of emitted fluorescence (527/476) at these wavelengths would reflect inhibition of caspase activity.

【0082】 このアッセイの開発を成功させるためには、様々な基準が満たされなければな
らない。例えば、リンカー領域に埋め込まれたカスパーゼ−3分解モチーフが、
繋がれた分子の間のFRETを妨害することなくカスパーゼ−3により効率よく
分解されうることを証明する必要があった。この目標のため、分解及びFRET
効率の両方を最適化するために、単一又はタンデムのDEVD(配列番号9)部
位を含むいくつかの可能性のあるリンカー領域を設計した。WT−2×Lと名付
けられた構築物は、GFP融合タンパク質に柔軟性を与えエネルギー転移を促進
しうるグリシン残基及びセリン残基に富むヒンジ領域に、タンデムDEVD(配
列番号9)部位が挟まれるよう生成させた(Hall,1998,J.Pare
nter Enteral.Nutr.22:393−398;Freundら
、1993,FEBS Lett.320:97−100;Steinertら
、1991,Int.J.Biol.Macromol.13:130−139
)。図2A〜Bは、融合タンパク質を過剰発現するトランスフェクトされたHe
la細胞における、調査されたリンカー領域の長さとFRET効率との直接的な
相関を示している。GFP分子を隔離しているリンカーの長さが増加するにつれ
、相応じてFRET効率の減少が観察された。エネルギー転移は、タンデムDE
VD(配列番号9)モチーフを含有する融合体(WT−2×)よりも単一DEV
D(配列番号9)モチーフを含有する融合体(WT−1×)の方が、効率的であ
った。興味深いことに、リンカー内の柔軟性ヒンジ領域の包含は、特別な利点を
与えず、その代わりに、その親型(WT−2×)と比較してWT−2×L融合タ
ンパク質のFRET効率を減弱させるようはたらいた。
Various criteria must be met for successful development of this assay. For example, the caspase-3 degradation motif embedded in the linker region
It was necessary to demonstrate that it could be efficiently degraded by caspase-3 without interfering with FRET between tethered molecules. To this end, disassembly and FRET
To optimize both efficiency, several potential linker regions were designed containing single or tandem DEVD (SEQ ID NO: 9) sites. The construct, designated WT-2xL, flanks a tandem DEVD (SEQ ID NO: 9) site in a hinge region rich in glycine and serine residues that may impart flexibility to the GFP fusion protein and promote energy transfer. (Hall, 1998, J. Pare).
inter Internal. Nutr. 22: 393-398; Freund et al., 1993, FEBS Lett. 320: 97-100; Steinert et al., 1991, Int. J. Biol. Macromol. 13: 130-139
). 2A-B show transfected He overexpressing the fusion protein.
It shows a direct correlation between the investigated linker region length and FRET efficiency in la cells. A corresponding decrease in FRET efficiency was observed as the length of the linker separating the GFP molecules increased. Energy transfer is tandem DE
Single DEV rather than a fusion containing the VD (SEQ ID NO: 9) motif (WT-2x)
The fusion containing the D (SEQ ID NO: 9) motif (WT-1x) was more efficient. Interestingly, the inclusion of a flexible hinge region within the linker does not confer any particular advantage, but instead increases the FRET efficiency of the WT-2xL fusion protein compared to its parental form (WT-2x). It worked to weaken.

【0083】 実施例2 II群カスパーゼ分解部位を含む融合タンパク質のインビトロ発現及び分解 まず、小麦麦芽溶解物において翻訳させた[35S]−Met放射標識タンパ
ク質を使用して、カスパーゼによる分解に対するタンデムGFP基質の感度を調
査した。増加する濃度の精製組換えカスパーゼ−3と共にインビトロでタンパク
質をインキュベートし、分解産物を、ポリアクリルアミドゲル電気泳動により分
離し、ゲルのオートラジオグラフィー分析により定量した。単一DEVD(配列
番号9)含有基質(WT−1×)と2重DEVD(配列番号9)含有基質(WT
−2×)との比較により、各Kcat/K値により推定されるように、WT−
2×の方がおよそ4倍効率的に分解されることが示された(図3)。この結果は
、人工DEVD(配列番号9)モチーフが人工的に導入された他の組換えカスパ
ーゼ基質を使用したデータと一致している(未発表の観察)。これは、DEVD
(配列番号9)モチーフを多重化することにより、真正II群カスパーゼ基質(
例えば、PARP、U1−70kDa、及びDNA−PKcs)(Cascio
la−Rosenら、1996,J.Exp.Med.183:1957−19
64)と同程度の効率で分解される人工基質を生成させることが可能であること
も証明している。これらの融合タンパク質が完全細胞においてカスパーゼにより
分解されうる効率を比較するため、様々な構築物でトランスフェクトされたHe
la細胞を、アポトーシスを起こすよう刺激し、分解産物を、ポリクローナル抗
GFP抗体を使用したイムノブロット分析により分析した(図4A)。スタウロ
スポリンがHela細胞におけるカスパーゼ−3のタンパク質分解の活性化を誘
導することが、以前に、いくつかの研究により証明されている。2個のGFP分
子を隔離しているリンカー領域内のDEVD(配列番号9)部位の数を増加させ
ることにより、FRET効率に対する負の影響が付与されるのとは対照的に、タ
ンデムDEVD(配列番号9)モチーフを保持する融合タンパク質は、スタウロ
スポリン処理の後、より効率的に分解された。さらに、カスパーゼ−3分解部位
を含まない親構築物(WT)でトランスフェクトされた細胞は、アポトーシスに
反応して融合タンパク質のタンパク質分解を誘導することができなかった。さら
に、スタウロスポリンで処理された培養物を、不可逆的な非特異的(pan)カ
スパーゼペプチド阻害剤であるzVAD−fmkと共にインキュベートすること
により、DEVD(配列番号9)含有融合タンパク質の分解は劇的に減衰した。
このデータは、組換えGFP基質が、細胞におけるII群カスパーゼの活性化及
び阻害をモニターするために使用されうることを確証している。
Example 2 In Vitro Expression and Degradation of a Fusion Protein Containing a Group II Caspase Degradation Site First, a [ 35 S] -Met radiolabeled protein translated in wheat malt lysate was used to tandem GFP for degradation by caspases. The sensitivity of the substrate was investigated. Proteins were incubated in vitro with increasing concentrations of purified recombinant caspase-3 and degradation products were separated by polyacrylamide gel electrophoresis and quantified by autoradiographic analysis of the gel. Single DEVD (SEQ ID NO: 9) containing substrate (WT-1 ×) and dual DEVD (SEQ ID NO: 9) containing substrate (WT
Comparison with -2 ×), as estimated by the K cat / K m values, WT -
It was shown that 2x was degraded approximately 4-fold more efficiently (Figure 3). This result is consistent with the data using other recombinant caspase substrates artificially introduced with the artificial DEVD (SEQ ID NO: 9) motif (unpublished observation). This is DEVD
(SEQ ID NO: 9) By multiplexing the motif, an authentic group II caspase substrate (
For example, PARP, U1-70kDa, and DNA-PKcs) (Cascio)
la-Rosen et al., 1996, J. Am. Exp. Med. 183: 1957-19
It has also been proved that it is possible to generate an artificial substrate that is degraded as efficiently as 64). To compare the efficiency with which these fusion proteins can be degraded by caspases in whole cells, He transfected with various constructs was compared.
La cells were stimulated to undergo apoptosis and degradation products were analyzed by immunoblot analysis using a polyclonal anti-GFP antibody (Fig. 4A). It has been previously demonstrated by several studies that staurosporine induces proteolytic activation of caspase-3 in Hela cells. Increasing the number of DEVD (SEQ ID NO: 9) sites in the linker region separating the two GFP molecules has a negative impact on FRET efficiency, in contrast to the tandem DEVD (sequence No. 9) The fusion protein carrying the motif was degraded more efficiently after staurosporine treatment. Furthermore, cells transfected with the parental construct (WT) that did not contain the caspase-3 degradation site were unable to induce proteolysis of the fusion protein in response to apoptosis. In addition, staurosporine treated cultures were incubated with zVAD-fmk, an irreversible non-specific (pan) caspase peptide inhibitor, to disrupt degradation of DEVD (SEQ ID NO: 9) containing fusion proteins. Attenuated.
This data confirms that the recombinant GFP substrate can be used to monitor activation and inhibition of group II caspases in cells.

【0084】 実施例3 生存細胞におけるII群カスパーゼ分解部位を含む融合タンパク質の発現及び
分解 カスパーゼ分解の阻害が、測定可能かつ用量依存的なFRETの変化を引き起
こしうるか否かを決定するため、WT−1×構築物を安定的に過剰発現する培養
Hela細胞において、zVAD−fmkによるカスパーゼ阻害を力価測定した
。この融合構築物は、エネルギー転移効率と基質としての分解性との間の合理的
な折衷を示すため、分析のため選択された(図2A〜B及び図3)。カスパーゼ
阻害は、96穴マイクロタイター様プレートフォーマットに播かれた完全付着細
胞を使用して調査した。FRETを検出するための適切なフィルターセットを備
えた蛍光光度計を、プレートの表面上に存在する完全細胞から放出される蛍光を
読み取るため校正した。単独、又は異なる濃度の阻害剤(zVAD−fmk)と
組み合わせたスタウロスポリンによる処理の後、蛍光分析により細胞を調査した
。図5のデータは、増加する濃度のzVAD−fmkによるWT−1×発現細胞
の処理が、WT−1×由来FRETを同時に、かつ用量依存的に増加させたこと
を示している(IC50=23μM)。用量反応曲線は、DNA断片化を含む他
の生化学的なアポトーシスのマーカーを使用して得られたものと類似している(
示していない)。これらの結果は、さらなる操作(例えば、細胞収集、溶解物調
製)の必要なしに、細胞において直接、定量が実施されうることを証明している
。さらに、マルチウェルフォーマットでアッセイを実施することが可能である点
は、薬物送達のためのスクリーニングの道具としての有用性を強く示している。
Example 3 Expression and Degradation of Fusion Proteins Comprising a Group II Caspase Degradation Site in Viable Cells To determine whether inhibition of caspase degradation could result in measurable and dose-dependent changes in FRET-WT- Caspase inhibition by zVAD-fmk was titrated in cultured Hela cells stably overexpressing the 1 × construct. This fusion construct was selected for analysis because it shows a reasonable compromise between energy transfer efficiency and degradability as a substrate (Figures 2A-B and Figure 3). Caspase inhibition was investigated using fully adherent cells seeded in a 96-well microtiter-like plate format. A fluorometer equipped with an appropriate filter set to detect FRET was calibrated to read the fluorescence emitted from whole cells present on the surface of the plate. After treatment with staurosporine, alone or in combination with different concentrations of inhibitor (zVAD-fmk), cells were examined by fluorescence analysis. The data in FIG. 5 show that treatment of WT-1 × expressing cells with increasing concentrations of zVAD-fmk increased WT-1 × derived FRET simultaneously and in a dose-dependent manner (IC 50 = 23 μM). The dose response curve is similar to that obtained using other biochemical markers of apoptosis, including DNA fragmentation (
Not shown). These results demonstrate that quantification can be performed directly on cells without the need for further manipulation (eg cell collection, lysate preparation). Furthermore, the ability to perform the assay in a multi-well format underscores its utility as a screening tool for drug delivery.

【0085】 実施例4 ハイスループットスクリーニング さらに、カスパーゼ阻害剤を同定するためのハイスループットスクリーニング
法としてのタンデムGFPアッセイの利用可能性を検討するため、1ウェル当た
り単一化合物又は10種の化合物の混合物のいずれかを含有する96穴薬物プレ
ートの二重のセットを、試験した。これらのプレート内の各薬物の最終濃度は、
400〜600μMであった。これらのプレートの予備スクリーニングは、試験
化合物の集合体の中にカスパーゼ阻害剤が存在しないことを明らかにした(デー
タは示していない)。これらのプレートにカスパーゼ阻害剤が存在するのであれ
ば、それらが検出されるであろうことを証明するため、個々のウェルに様々な濃
度の既知のカスパーゼ阻害剤(zVAD−fmk)を補足した。さらに、データ
の解釈におけるバイアスを避けるため、実験が完了して初めてzVAD−fmk
を含有する各ウェルの位置が明らかとなるよう、実験を盲目的に実施した。これ
らの実験において、各プレートの2個のウェルに3種の異なる濃度のzVAD−
fmk(2.5μM、25μM、及び250μM)をランダムに補足し、各プレ
ートをデュプリケートでアッセイした。スクリーニングの結果を図6A〜Bに示
す。図6A及び図6Bは、それぞれ単一化合物及び薬物混合物を含有するプレー
トアレイを表している。データの調査は、プレートのフォーマットに関わらず、
25μM又は250μMいずれかのzVAD−fmkを含有するデュプリケート
ウェルが容易に同定されることを示した。予想通り、タンデムGFP基質の分解
を阻害することができない濃度(2.5μM)ではzVAD−fmkが検出され
得なかった(図5参照)。各化合物を含有するプレートの1つにおいて、単一の
ウェル(座標G3)が、zVAD−fmkの存在には起因しない陽性シグナルを
生じた。しかしながら、この試料は、デュプリケートのプレートにおいてはヒッ
トとして登録されなかったため、偽陽性の結果を表していた。薬物混合物を含有
するプレートにおいて、同じウェル位置(座標G3)に、さらにもう1つだけ偽
陽性ヒットが検出された。この試料はデュプリケートのプレートにおいて陽性ヒ
ットとしてスコア化されたが、490nm又は530nm両方の波長で記録され
た蛍光放出値は、対照ウェルから得られた最大放出値をはるかに越えており、こ
のことは、この偽陽性ヒットが、高度に蛍光性の(1つ又は複数の)化合物を表
していることを示している。最後に、偽陽性ヒットの率は極めて低く(0.1%
〜1.0%)、当アッセイにおいて検出された偽陽性ヒットは、いずれも、その
ようなヒットをフラグによって示すよう設計されたデータ分析アルゴリズムの使
用によって、容易に排斥されうることに注意することが重要である。
Example 4 High Throughput Screen In addition, to examine the availability of the tandem GFP assay as a high throughput screening method to identify caspase inhibitors, a single compound or a mixture of 10 compounds per well. Duplicate sets of 96-well drug plates containing either of The final concentration of each drug in these plates is
It was 400-600 μM. Preliminary screening of these plates revealed the absence of caspase inhibitors in the test compound population (data not shown). Individual wells were supplemented with varying concentrations of a known caspase inhibitor (zVAD-fmk) to demonstrate that they would be detected if caspase inhibitors were present in these plates. Furthermore, in order to avoid bias in the interpretation of the data, zVAD-fmk can only be obtained after the experiment is completed.
The experiment was performed blindly so that the location of each well containing In these experiments, two wells of each plate contained three different concentrations of zVAD-
fmk (2.5 μM, 25 μM, and 250 μM) was randomly supplemented and each plate was assayed in duplicate. The results of the screening are shown in Figures 6A-B. 6A and 6B represent plate arrays containing single compounds and drug mixtures, respectively. Data investigations, regardless of plate format
We showed that duplicate wells containing either 25 μM or 250 μM zVAD-fmk were readily identified. As expected, zVAD-fmk could not be detected at concentrations (2.5 μM) that could not inhibit the degradation of tandem GFP substrate (see FIG. 5). In one of the plates containing each compound, a single well (coordinate G3) gave a positive signal not due to the presence of zVAD-fmk. However, this sample represented a false positive result because it was not registered as a hit in duplicate plates. Only one further false positive hit was detected in the same well position (coordinate G3) in the plate containing the drug mixture. This sample was scored as a positive hit in duplicate plates, but the fluorescence emission values recorded at wavelengths of both 490 nm or 530 nm far exceeded the maximum emission values obtained from control wells, which , Show that this false positive hit represents highly fluorescent compound (s). Finally, the rate of false positive hits is extremely low (0.1%
~ 1.0%), any false positive hits detected in this assay can be easily excluded by the use of a data analysis algorithm designed to flag such hits. is important.

【0086】 実施例5 構築物 W1B GFP変異体は、pRSETA−hW1B(Aurora Bios
ciences,San Diego,CA)から、EcoRI/W1B/Af
lII/AgeI断片として、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により増幅した
。W1Bの開始メチオニンへKozakコンセンサス(gccgccaccat
gg;配列番号32)を挿入し、終止コドンを欠失させた(Kozak,198
4,Nucleic Acid Res.12:857−872)。Topaz
は、pRSETA−TOPAZ(Aurora Biosciences,Sa
n Diego,CA)から、AgeI/NheI/TOPAZ/BamHI断
片としてPCRにより増幅した。Topazの開始メチオニンを欠失させた。W
1B及びTopazを、それぞれEcoRI/AgeI断片及びAgeI/Ba
mHI断片として、pIRES1neo(Clontech,Palo Alt
o,CA)のEcoRI/BamHI部位へと共ライゲートし、pIRES1n
eo−WTを生成させた。これにより、AflII/AgeI/NheI部位に
よりコードされた6アミノ酸リンカーにより隔離されたW1B及びTOPAZの
タンデム融合体が作出された。pIRES1neo−WT−1x、pIRES1
neo−WT−2x、及びpIRES1neo−WT−2xLは、親pIRES
1neo−WTプラスミドのAflII/NheI部位への、DEVD(配列番
号9)リンカー配列をコードする合成オリゴヌクレオチドのライゲーションによ
り生成させた。
Example 5 Construct The W1B GFP mutant was constructed in pRSETA-hW1B (Aurora Bios).
Sciences, San Diego, CA), EcoRI / W1B / Af
AII / AgeI fragment was amplified by polymerase chain reaction (PCR). To the initiation methionine of W1B Kozak consensus (gccgccaccat)
gg; SEQ ID NO: 32) was inserted and the stop codon was deleted (Kozak, 198).
4, Nucleic Acid Res. 12: 857-872). Topaz
Is pRSETA-TOPAZ (Aurora Biosciences, Sa
nDiego, CA) as an AgeI / NheI / TOPAZ / BamHI fragment by PCR. The starting methionine of Topaz was deleted. W
1B and Topaz for EcoRI / AgeI fragment and AgeI / Ba, respectively.
As an mHI fragment, pIRES1neo (Clontech, Palo Alt
o, CA) to the EcoRI / BamHI site and pIRES1n
eo-WT was generated. This created a tandem fusion of W1B and TOPAZ separated by a 6 amino acid linker encoded by AflII / AgeI / NheI sites. pIRES1neo-WT-1x, pIRES1
neo-WT-2x and pIRES1 neo-WT-2xL is the parent pIRES
It was generated by ligation of a synthetic oligonucleotide encoding a DEVD (SEQ ID NO: 9) linker sequence into the AflII / NheI sites of the 1neo-WT plasmid.

【0087】 実施例6 トランスフェクション Hela細胞(7.5×10)を、60mm組織培養皿へと継代し、翌日、
リポフェクタミンプラス(Lipofectamine Plus)試薬(Li
fe Technologies)を使用してプラスミドDNA、2.5μgで
トランスフェクトした。さらに48時間、細胞にGFP融合体を発現させた後、
分析を行った。最大可能FRET効率を決定するためには、トランスフェクショ
ンの結果として生成するカスパーゼ活性を阻害するため、トランスフェクション
操作の間、zVAD−fmk(100μM)(Enzyme Systems
Products)を培地に含ませ、48時間維持した。ウェスタンブロッティ
ング実験においても、前記と同様に培地にzVAD−fmkを含ませた。アポト
ーシスの誘導のためには、最初の48時間の発現の後、スタウロスポリン(1μ
M)で4時間、細胞を処理した。
Example 6 Transfection Hela cells (7.5 × 10 5 ) were passaged into a 60 mm tissue culture dish, and the next day,
Lipofectamine Plus reagent (Li
The plasmid DNA was transfected with 2.5 μg using fe Technologies. After allowing the cells to express the GFP fusion for a further 48 hours,
Analysis was carried out. To determine the maximum possible FRET efficiency, to inhibit the caspase activity produced as a result of transfection, zVAD-fmk (100 μM) (Enzyme Systems) was used during the transfection procedure.
Products) were included in the medium and maintained for 48 hours. Also in the Western blotting experiment, zVAD-fmk was added to the medium as described above. For the induction of apoptosis, after the first 48 hours of expression, staurosporine (1 μm
M) treated cells for 4 hours.

【0088】 実施例7 溶解物の調製 60mm組織培養皿から増殖培地へとHela細胞を剥離し、4℃、2,00
0×gで10分間ペレット化した。細胞ペレットを冷PBS、1mlで洗浄し、
前記と同様にペレット化した。TET緩衝液(50mMトリス、pH7.5/2
mM EDTA/1%TritonX−100)100マイクロリットルを使用
して、細胞ペレットを破壊し、得られた溶解物を4℃、10,000×gで10
分間の遠心分離により透明化した。IC50決定のためには、細胞溶解後、DE
VD(配列番号9)−カスパーゼ活性を消失させるため、1μM DEVD(配
列番号9)−CHO(Biomol)をTET緩衝液に含ませた。
Example 7 Preparation of Lysate Hela cells were detached from 60 mm tissue culture dishes into growth medium and incubated at 4 ° C., 2,000.
Pellet at 0xg for 10 minutes. Wash the cell pellet with cold PBS, 1 ml,
Pelletized as above. TET buffer (50 mM Tris, pH 7.5 / 2
Cell pellets were disrupted using 100 microliters of mM EDTA / 1% Triton X-100) and the resulting lysates were grown at 4 ° C for 10Ox10 g.
Clarified by centrifugation for a minute. For IC 50 determination, DE after cell lysis
To abolish VD (SEQ ID NO: 9) -caspase activity, 1 μM DEVD (SEQ ID NO: 9) -CHO (Biomol) was included in TET buffer.

【0089】 実施例8 FRET測定 全タンパク質(一過性トランスフェクション)1mgに相当する溶解物、又は
完全溶解物(安定細胞系)を、50mMトリス、pH7.5で1mlに希釈し、
パーキンエルマー(Perkin Elmer)LS 50B蛍光光度計を使用
して蛍光を測定した。434nm(W1B)での励起の後、476nm放出ピー
ク(W1B)の強度に対する527nm放出ピーク(TOPAZ)の強度の比に
より、2個のGFP発色団の間に起こるFRETのレベルを測定した。挿入配列
なしのpIRES1neoベクターでトランスフェクトされたHela細胞にお
いては、蛍光が検出されなかった。
Example 8 FRET Measurements Lysate corresponding to 1 mg total protein (transient transfection) or complete lysate (stable cell line) was diluted to 1 ml with 50 mM Tris, pH 7.5,
Fluorescence was measured using a Perkin Elmer LS 50B fluorometer. The level of FRET occurring between the two GFP chromophores was measured by the ratio of the intensity of the 527 nm emission peak (TOPAZ) to the intensity of the 476 nm emission peak (W1B) after excitation at 434 nm (W1B). No fluorescence was detected in Hela cells transfected with the pIRES1neo vector without insert.

【0090】 実施例9 タンデムGFP基質のインビトロ分解 WT−1x及びWT−2xをコードする配列を、既存のEcoRI/BamH
I部位を使用して、pIRES1neoからpcDNA3.1(−)(Invi
trogen,Palo Alto,CA)へとサブクローニングした。共役T
7小麦麦芽インビトロ転写/翻訳系(Promega)を使用して、[35S]
メチオニンで標識されたWT−1xタンパク質及びWT−2xタンパク質を生成
させた。pcDNA3.1(−)構築物(2μg)を、計100μlの小麦麦芽
溶解物中で、[35S]メチオニン(10μCi/μl)(Amersham)
8μl及びRNAsin(40U/μl)(Boehringer Mannh
eim)2μlと共に、30℃で、45分間インキュベートした。放射標識され
たWT−1xタンパク質又はWT−2xタンパク質の分解は、最終容量10μl
の分解緩衝液(50mM HEPES/KOH(pH7.0)、2mM EDT
A、0.1%CHAPS、10%(w/v)グリセロール、10mM DTT)
中で精製組換えカスパーゼ−3と共に、3℃で1時間インキュベートすることに
より実施した。SDS試料緩衝液を添加し、続いて95℃で5分間加熱すること
により、反応を停止させた。分解産物をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳
動により分離し、オートラジオグラフィーにより可視化した。オートラジオグラ
ムは、レーザー走査式濃度計により定量した。
Example 9 In Vitro Degradation of Tandem GFP Substrates The sequences encoding WT-1x and WT-2x were prepared using the existing EcoRI / BamH.
Using the I site, pIRES1neo to pcDNA3.1 (-) (Invi
trogen, Palo Alto, CA). Conjugate T
[ 35 S] using the 7 wheat malt in vitro transcription / translation system (Promega)
Methionine labeled WT-1x and WT-2x proteins were produced. The pcDNA3.1 (−) construct (2 μg) was added to [ 35 S] methionine (10 μCi / μl) (Amersham) in a total of 100 μl of wheat malt lysate.
8 μl and RNAsin (40 U / μl) (Boehringer Mannh
Incubated with 2 μl of eim) at 30 ° C. for 45 minutes. Degradation of radiolabeled WT-1x protein or WT-2x protein requires a final volume of 10 μl.
Degradation buffer (50 mM HEPES / KOH (pH 7.0), 2 mM EDT)
A, 0.1% CHAPS, 10% (w / v) glycerol, 10 mM DTT)
It was carried out by incubating with purified recombinant caspase-3 in 1 h at 3 ° C. The reaction was stopped by adding SDS sample buffer followed by heating at 95 ° C for 5 minutes. The degradation products were separated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and visualized by autoradiography. The autoradiogram was quantified with a laser scanning densitometer.

【0091】 実施例10 ウェスタンブロット 粗細胞溶解物(15mg)を、以前の記載のようにして(Rasperら、1
998,Cell Death and Differentiation 5
:271−288)、10〜20%トリス−グリシンSDSゲルで分離し、ニト
ロセルロース膜へと移した。イムノブロット分析はウサギポリクローナル抗GF
P抗体(Clontech,Palo Alto,CA)の1:500希釈物を
使用して実施した。ロバ抗ウサギペルオキシダーゼ(Amersham)の1:
3000希釈物を、二次抗体として使用した。タンパク質バンドは、ECL検出
(Amersham)及びオートラジオグラフィーにより可視化した。
Example 10 Western Blot Crude cell lysates (15 mg) were treated as previously described (Rasper et al., 1).
998, Cell Death and Differentiation 5
: 271-288), 10-20% Tris-glycine SDS gel separation and transfer to a nitrocellulose membrane. Immunoblot analysis for rabbit polyclonal anti-GF
Performed using a 1: 500 dilution of P antibody (Clontech, Palo Alto, CA). Donkey anti-rabbit peroxidase (Amersham) 1:
A 3000 dilution was used as the secondary antibody. The protein band was visualized by ECL detection (Amersham) and autoradiography.

【0092】 実施例11 安定細胞系の生成及び96穴プレートアッセイ タンデムGFP基質を高レベルに発現することができる安定細胞系を生成させ
るため、テトラサイクリン誘導可能発現系(Clontech,Palo Al
to,CA)を使用した。60mm皿におけるpTRE−WT−1x及びpTK
−Hyg(Clontech,Palo Alto,CA)によるHela T
et−On細胞(Clontech,Palo Alto,CA)の共トランス
フェクションの後、さらに48時間細胞を増殖させた後、150μg/mlハイ
グロマイシン存在下の100mm皿に継代した。WT−1x融合タンパク質の発
現を誘導するため、プールされたハイグロマイシン耐性コロニーを、48時間、
2μg/mlドキシサイクリンで処理した。蛍光標示式細胞分取(FACS)を
使用して、蛍光クローンを96ウェルプレートに個々に単離した。1つの細胞ク
ローンHETON−WT−1x−57を、さらなる分析のため選択し、2μg/
mlドキシサイクリンの存在下で、4,000細胞/ウェルの濃度で、コスター
(Costar)黒壁96穴透明底プレートへ播いた。2日間のインキュベーシ
ョンの後、培地をドキシサイクリン(2μl/ウェル)を含有する新鮮な培地と
交換した。スタウロスポリン及び様々な濃度のzVAD−fmkを細胞へ同時投
与し(1.5%最終DMSO)、4時間インキュベートした。その後、培地をP
BSと交換し、適切なフィルターセット(420/50ex、490/40em
、及び530/25em)を備えた96穴蛍光光度計(Perceptive
Biosystems Cytofluor)を使用して、完全細胞からの蛍光
を測定した。
Example 11 Generation of stable cell lines and 96-well plate assay To generate stable cell lines capable of expressing high levels of tandem GFP substrate, a tetracycline inducible expression system (Clontech, Palo Al.
to, CA) was used. PTRE-WT-1x and pTK in 60 mm dish
Hela T by Hyg (Clontech, Palo Alto, CA)
After co-transfection of et-On cells (Clontech, Palo Alto, CA), the cells were grown for an additional 48 hours and then passaged in 100 mm dishes in the presence of 150 μg / ml hygromycin. Pooled hygromycin resistant colonies for 48 hours to induce expression of the WT-1x fusion protein.
Treated with 2 μg / ml doxycycline. Fluorescent clones were individually isolated into 96-well plates using fluorescence activated cell sorting (FACS). One cell clone HETON-WT-1x-57 was selected for further analysis and 2 μg /
Costar black-wall 96-well clear bottom plates were seeded at a concentration of 4,000 cells / well in the presence of ml doxycycline. After 2 days of incubation, the medium was replaced with fresh medium containing doxycycline (2 μl / well). Staurosporine and various concentrations of zVAD-fmk were co-administered to cells (1.5% final DMSO) and incubated for 4 hours. Then, the medium is
Replace with a suitable filter set (420 / 50ex, 490 / 40em)
, And 530 / 25em) 96-well fluorometer (Perceptive)
Fluorescence from whole cells was measured using a Biosystems Cytofluor).

【0093】 本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態により範囲を制限されない。実際
、本明細書に記載のものに加え、様々な本発明の実施形態が、前述の記載から当
業者には明らかとなろう。そのような修飾は、添付の特許請求の範囲の範囲内に
含まれるものとする。
The present invention is not limited in scope by the particular embodiments described herein. Indeed, various embodiments of the invention in addition to those described herein will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description. Such modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.

【0094】 様々な出版物が本明細書において引用されているが、それらの開示は参照によ
り完全に組み込まれる。
Various publications are cited herein, the disclosures of which are fully incorporated by reference.

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

【図1A】 組換えII群カスパーゼ基質における変異型GFP異型間の蛍光共鳴エネルギ
ー転移を示す図であり、434nmでドナーGFPが励起されると、その放出さ
れたエネルギー(476nm)がアクセプターGFPに転移し、527nmで再
放出されることを示す。
FIG. 1A is a diagram showing fluorescence resonance energy transfer between mutant GFP variants in a recombinant group II caspase substrate, and when donor GFP was excited at 434 nm, the released energy (476 nm) was transferred to acceptor GFP. And shows re-emission at 527 nm.

【図1B】 組換えII群カスパーゼ基質における変異型GFP異型間の蛍光共鳴エネルギ
ー転移を示す図であり、タンデムGFPタンパク質の略図の下に、構築された各
融合タンパク質(WT、WT−1x、WT−2x、及びWT−2xL)のリンカ
ーの一次アミノ酸配列が略記されている。
FIG. 1B is a diagram showing fluorescence resonance energy transfer between mutant GFP variants in a recombinant Group II caspase substrate, showing the respective fusion proteins (WT, WT-1x, WT) constructed under the schematic representation of tandem GFP protein. -2x, and WT-2xL) linker primary amino acid sequences are abbreviated.

【図2A】 FRET効率がリンカー長の関数であることを示す図であり、434nmにお
ける励起に続く溶解物の放出スキャン(450〜600nm)を示している。
FIG. 2A shows that FRET efficiency is a function of linker length, showing lysate emission scans (450-600 nm) following excitation at 434 nm.

【図2B】 FRET効率がリンカー長の関数であることを示す図であり、レシオメトリッ
ク分析によるFRETの測定を示している。
FIG. 2B shows that FRET efficiency is a function of linker length, showing the measurement of FRET by ratiometric analysis.

【図3】 複数のDEVD(配列番号9)モチーフを含有するタンデムGFP基質が、単
一のDEVD(配列番号9)モチーフを含有する基質よりも効率的にカスパーゼ
−3により分解されることを示す図である。
FIG. 3 shows that tandem GFP substrates containing multiple DEVD (SEQ ID NO: 9) motifs are cleaved by caspase-3 more efficiently than substrates containing a single DEVD (SEQ ID NO: 9) motif. It is a figure.

【図4A】 アポトーシスが、DEVD(配列番号9)含有タンデムGFP基質の分解をも
たらすことを示す図であり、WT構築物、WT−1x構築物、又はWT−2x構
築物でトランスフェクトされたHela細胞から調製された溶解物中のタンデム
GFP基質のウェスタンブロット分析を示している。
FIG. 4A shows that apoptosis results in the degradation of DEVD (SEQ ID NO: 9) containing tandem GFP substrates, prepared from Hela cells transfected with the WT construct, the WT-1x construct, or the WT-2x construct. Figure 8 shows a Western blot analysis of tandem GFP substrate in lysates run.

【図4B】 アポトーシスが、DEVD(配列番号9)含有タンデムGFP基質の分解をも
たらすことを示す図であり、非特異的カスパーゼ阻害剤(zVAD−fmk)の
存在下(+)又は非存在下(−)でスタウロスポリンで処理された細胞からのF
RET測定を示している。
FIG. 4B shows that apoptosis leads to the degradation of DEVD (SEQ ID NO: 9) containing tandem GFP substrates, in the presence (+) or absence (+) or non-specific caspase inhibitor (zVAD-fmk). -) From cells treated with staurosporine
4 shows a RET measurement.

【図5】 完全細胞におけるカスパーゼ阻害の直接蛍光定量を示す図である。[Figure 5]   FIG. 6 shows direct fluorescence quantification of caspase inhibition in whole cells.

【図6A】 単一化合物を含有するマルチウェルマイクロタイタープレートにおけるカスパ
ーゼ阻害剤のハイスループットスクリーニングを示す図である。
FIG. 6A shows a high throughput screen for caspase inhibitors in multi-well microtiter plates containing a single compound.

【図6B】 薬物混合物(1ウェル当たり10種の化合物)を含有するマルチウェルマイク
ロタイタープレートにおけるカスパーゼ阻害剤のハイスループットスクリーニン
グを示す図である。
FIG. 6B: High throughput screening of caspase inhibitors in multi-well microtiter plates containing drug mixture (10 compounds per well).

【図7A】 野生型緑色蛍光タンパク質のヌクレオチド配列(配列番号5)を示す図である
FIG. 7A shows the nucleotide sequence of wild-type green fluorescent protein (SEQ ID NO: 5).

【図7B】 野生型緑色蛍光タンパク質のアミノ酸配列(配列番号6)を示す図である。FIG. 7B   It is a figure which shows the amino acid sequence of a wild-type green fluorescent protein (SEQ ID NO: 6).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AU,CA,JP,US (72)発明者 トーワ,ポール カナダ国、ケベツク・アシユ・9・アシ ユ・3・エル・1、カークランド、トラン ス−カナダ・ハイウエイ・16711 (72)発明者 カサデイ,ロビン カナダ国、ケベツク・アシユ・9・アシ ユ・3・エル・1、カークランド、トラン ス−カナダ・ハイウエイ・16711 (72)発明者 ニコルソン,ドナルド カナダ国、ケベツク・アシユ・9・アシ ユ・3・エル・1、カークランド、トラン ス−カナダ・ハイウエイ・16711 Fターム(参考) 4B024 AA01 AA11 BA80 CA02 CA05 HA01 HA11 HA17 4B063 QA01 QA19 QQ08 QQ36 QQ79 QR16 QR48 QR67 QR77 QX02 4H045 AA10 AA20 BA10 BA13 BA41 CA50 EA20 EA50 FA74 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AU, CA, JP, US (72) Inventor Towa, Paul             Kebetsk Ashiyu, 9 reeds, Canada             You 3 El 1, Kirkland, Tran             Su-Canada Highway 16711 (72) Inventor Casadei, Robin             Kebetsk Ashiyu, 9 reeds, Canada             You 3 El 1, Kirkland, Tran             Su-Canada Highway 16711 (72) Inventor Nicholson, Donald             Kebetsk Ashiyu, 9 reeds, Canada             You 3 El 1, Kirkland, Tran             Su-Canada Highway 16711 F-term (reference) 4B024 AA01 AA11 BA80 CA02 CA05                       HA01 HA11 HA17                 4B063 QA01 QA19 QQ08 QQ36 QQ79                       QR16 QR48 QR67 QR77 QX02                 4H045 AA10 AA20 BA10 BA13 BA41                       CA50 EA20 EA50 FA74

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドにより連
結された、超光輝(ultra−bright)緑色蛍光タンパク質(GFP)
であるドナーGFPとアクセプターGFPとを含む融合タンパク質。
1. An ultra-bright green fluorescent protein (GFP) linked by a peptide containing at least one caspase degradation site.
A fusion protein comprising a donor GFP and an acceptor GFP that are
【請求項2】 カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドが10個
未満のアミノ酸を含有しており、かつアクセプター/ドナー蛍光共鳴エネルギー
転移比が少なくとも約1.5である、請求項1の融合タンパク質。
2. The fusion protein of claim 1, wherein the peptide containing at least one caspase cleavage site contains less than 10 amino acids and has an acceptor / donor fluorescence resonance energy transfer ratio of at least about 1.5. .
【請求項3】 請求項1の融合タンパク質をコードするDNA。3. A DNA encoding the fusion protein of claim 1. 【請求項4】 (a)カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドに
より連結されたドナー緑色蛍光タンパク質(GFP)とアクセプターGFPとを
含む融合タンパク質を含む細胞を準備すること; (b)カスパーゼの発現の活性化剤であると推測される物質の非存在下で、細
胞における蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)の量を測定すること; (c)カスパーゼの発現の活性化剤であると推測される物質に細胞を曝露する
こと; (d)カスパーゼの発現の活性化剤であると推測される物質の存在下で、細胞
におけるFRETの量を測定すること:を含むカスパーゼ活性化剤を同定する方
法であって、ステップ(b)において測定されたFRETの量が、ステップ(d
)において測定されたFRETの量よりも大きい場合に、物質がカスパーゼ活性
化剤である方法。
4. (a) Preparing a cell containing a fusion protein containing a donor green fluorescent protein (GFP) and an acceptor GFP linked by a peptide containing at least one caspase degradation site; (b) expression of caspase. The amount of fluorescence resonance energy transfer (FRET) in the cell in the absence of a substance suspected to be an activator of caspase; (c) a substance suspected to be an activator of caspase expression (D) measuring the amount of FRET in the cell in the presence of a substance suspected to be an activator of caspase expression, comprising: Therefore, the amount of FRET measured in step (b) is
A method wherein the substance is a caspase activator if it is greater than the amount of FRET measured in).
【請求項5】 (a)カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドに
より連結されたドナー緑色蛍光タンパク質(GFP)とアクセプターGFPとを
含む融合タンパク質を含む細胞を準備すること; (b)カスパーゼを活性化するため細胞を処理すること; (c)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質の非存在下で、処理された細
胞における蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)の量を測定すること; (d)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質に、処理された細胞を曝露す
ること; (e)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質に曝露された処理された細胞
におけるFRETの量を測定すること:を含むカスパーゼ阻害剤を同定する方法
であって、ステップ(e)において測定されたFRETの量が、ステップ(c)
において測定されたFRETの量よりも大きい場合に、物質がカスパーゼ阻害剤
である方法。
5. (a) Preparing a cell containing a fusion protein containing a donor green fluorescent protein (GFP) and an acceptor GFP linked by a peptide containing at least one caspase degradation site; (b) activating caspase. (C) measuring the amount of fluorescence resonance energy transfer (FRET) in the treated cells in the absence of a substance suspected of being a caspase inhibitor; (d) Exposing treated cells to a substance suspected of being a caspase inhibitor; (e) measuring the amount of FRET in treated cells exposed to a substance suspected of being a caspase inhibitor. A method for identifying a caspase inhibitor comprising: wherein the amount of FRET measured in step (e) is
The method wherein the substance is a caspase inhibitor if it is greater than the amount of FRET measured in.
【請求項6】 (a)カスパーゼ分解部位を少なくとも1個含むペプチドに
より連結されたドナー緑色蛍光タンパク質(GFP)とアクセプターGFPとを
含む融合タンパク質を含む細胞を準備すること; (b)カスパーゼを活性化するため細胞を処理すること; (c)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質の非存在下で、処理された細
胞における蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)の量を測定すること; (d)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質に、処理された細胞を曝露す
ること(ここで、処理された細胞は、24時間に少なくとも約5,000個の異
なる物質に曝露される)、 (e)カスパーゼ阻害剤であると推測される物質に曝露された処理された細胞
におけるFRETの量を測定すること:を含むカスパーゼ阻害剤を同定するため
のハイスループットスクリーニングの方法であって、ステップ(e)において測
定されたFRETの量が、ステップ(c)において測定されたFRETの量より
も大きい場合に、物質がカスパーゼ阻害剤である方法。
6. (a) Preparing a cell containing a fusion protein containing a donor green fluorescent protein (GFP) and an acceptor GFP linked by a peptide containing at least one caspase degradation site; (b) activating caspase. (C) measuring the amount of fluorescence resonance energy transfer (FRET) in the treated cells in the absence of a substance suspected of being a caspase inhibitor; (d) Exposing the treated cells to a substance suspected to be a caspase inhibitor, wherein the treated cells are exposed to at least about 5,000 different substances for 24 hours, (e ) Measuring the amount of FRET in treated cells exposed to a substance suspected to be a caspase inhibitor comprising: A method of high throughput screening for identification, wherein the substance is a caspase inhibitor when the amount of FRET measured in step (e) is greater than the amount of FRET measured in step (c). Method.
【請求項7】 細胞が真核細胞である、請求項6の方法。7. The method of claim 6, wherein the cell is a eukaryotic cell. 【請求項8】 細胞が哺乳動物細胞である、請求項6の方法。8. The method of claim 6, wherein the cells are mammalian cells. 【請求項9】 細胞が、L細胞L−M(TK)(ATCC CCL 1.
3)、L細胞L−M(ATCC CCL 1.2)、HEK293(ATCC
CRL 1573)、Raji(ATCC CCL 86)、CV−1(ATC
C CCL 70)、COS−1(ATCC CRL 1650)、COS−7
(ATCC CRL 1651)、CHO−K1(ATCC CCL 61)、
3T3(ATCC CCL 92)、NIH/3T3(ATCC CRL 16
58)、Hela(ATCC CCL 2)、C127I(ATCC CRL
1616)、BS−C−1(ATCC CCL 26)、MRC−5(ATCC
CCL 171)、PC12細胞、シーエレガンス(C.elegans)細
胞、ゼブラフィッシュ細胞、アフリカツメガエル(Xenopus)卵母細胞、
アフリカツメガエル黒色素胞、及びサッカロミセス・セレビシエ(Saccha
romyces cerevisiae)細胞からなる群より選択される、請求
項6の方法。
9. The cells are L cells LM (TK ) (ATCC CCL 1.
3), L cells LM (ATCC CCL 1.2), HEK293 (ATCC
CRL 1573), Raji (ATCC CCL 86), CV-1 (ATC
C CCL 70), COS-1 (ATCC CRL 1650), COS-7
(ATCC CRL 1651), CHO-K1 (ATCC CCL 61),
3T3 (ATCC CCL 92), NIH / 3T3 (ATCC CRL 16
58), Hela (ATCC CCL 2), C127I (ATCC CRL)
1616), BS-C-1 (ATCC CCL 26), MRC-5 (ATCC
CCL 171), PC12 cells, C. elegans cells, zebrafish cells, Xenopus oocytes,
Xenopus melanophore and Saccharomyces cerevisiae (Saccha
7. The method of claim 6, selected from the group consisting of Romyces cerevisiae) cells.
【請求項10】 ドナーGFPが超光輝GFPであり、FRETがレシオメ
トリック(ratiometric)分析により測定され、細胞が付着哺乳動物
細胞であり、かつカスパーゼ分解部位を含むペプチドが10個未満のアミノ酸を
含有している、請求項6の方法。
10. The donor GFP is a super bright GFP, FRET is measured by ratiometric analysis, the cells are adherent mammalian cells, and the peptide containing the caspase degradation site contains less than 10 amino acids. The method of claim 6, wherein
【請求項11】 カスパーゼ分解部位が、 DXXD(配列番号7)ここで、Xは任意の天然に存在するアミノ酸である; DEXD(配列番号8)ここで、Xは任意の天然に存在するアミノ酸である; DEVD(配列番号9); DEHD(配列番号10); DETD(配列番号11); DGPD(配列番号12); DEPD(配列番号13); DELD(配列番号14); DAVD(配列番号15); DMQD(配列番号16); DSID(配列番号17); DVPD(配列番号18); DQTD(配列番号19); DSLD(配列番号20); WEHD(配列番号21); ZEXD(配列番号22)ここで、Xは任意の天然に存在するアミノ酸であり
、かつZはI、L又はVのいずれかである; LEHD(配列番号23); VEHD(配列番号24); LETD(配列番号25); YVAD(配列番号26); LVAD(配列番号27); ELPD(配列番号28); SRVD(配列番号29); VEID(配列番号30);及び IETD(配列番号31):からなる群より選択される、請求項10の方法。
11. A caspase degradation site is DXXD (SEQ ID NO: 7), where X is any naturally occurring amino acid; DEXD (SEQ ID NO: 8), wherein X is any naturally occurring amino acid. DEVD (SEQ ID NO: 9); DEHD (SEQ ID NO: 10); DETD (SEQ ID NO: 11); DGPD (SEQ ID NO: 12); DEPD (SEQ ID NO: 13); DELD (SEQ ID NO: 14); DAVD (SEQ ID NO: 15) DMQD (SEQ ID NO: 16); DSID (SEQ ID NO: 17); DVPD (SEQ ID NO: 18); DQTD (SEQ ID NO: 19); DSLD (SEQ ID NO: 20); WEHD (SEQ ID NO: 21); ZEXD (SEQ ID NO: 22) here Where X is any naturally occurring amino acid and Z is either I, L or V; LEHD (SEQ ID NO: 23); VEH D (SEQ ID NO: 24); LETD (SEQ ID NO: 25); YVAD (SEQ ID NO: 26); LVAD (SEQ ID NO: 27); ELPD (SEQ ID NO: 28); SRVD (SEQ ID NO: 29); VEID (SEQ ID NO: 30); and 11. The method of claim 10, selected from the group consisting of IETD (SEQ ID NO: 31):
【請求項12】 カスパーゼ分解部位が、カスパーゼ−2分解部位、カスパ
ーゼ−3分解部位、又はカスパーゼ−7分解部位である、請求項10の方法。
12. The method according to claim 10, wherein the caspase degradation site is a caspase-2 degradation site, a caspase-3 degradation site, or a caspase-7 degradation site.
【請求項13】 1プレート当たり96個、384個、又は1,536個の
ウェルを有するマイクロタイター様プレートで実施される請求項10の方法であ
って、超光輝GFPが、W1B;TOPAZ;10C;10C Q69K;W7
;W1C;変化S65G、S72A、及びT203Fを有する野生型GFP;並
びに変化S65G、S72A、及びT203Hを有する野生型GFP(配列番号
6):からなる群より選択され、ウェルの容積が250μl未満、25μl未満
、又は10μl未満である、方法。
13. The method of claim 10, which is carried out in a microtiter-like plate having 96, 384, or 1,536 wells per plate, wherein the superluminescent GFP is W1B; TOPAZ; 10C. ; 10C Q69K; W7
W1C; wild type GFP with changes S65G, S72A, and T203F; and wild type GFP with changes S65G, S72A, and T203H (SEQ ID NO: 6): well volume less than 250 μl, 25 μl Less than, or less than 10 μl.
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