JP2003507490A - 膜タンパク質の巻き戻し - Google Patents
膜タンパク質の巻き戻しInfo
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Abstract
Description
統由来のもの、そして膜タンパク質および受容体の部分配列、相同配列、改変配
列および誘導配列を含む群から、その天然構造または活性構造に折りたたまれた
タンパク質を製造するための方法であって、 −第1界面活性剤内で可溶化されたタンパク質を調製するステップ、 −第1界面活性剤を、タンパク質のその天然型または活性型への折りたたみを誘
発する第2界面活性剤と交換するステップを含むものに関する。
Escherichia coli produced membrane protein inclusion bodies immobilised
by nickel chelating chromatography”−所収:FEBS Letters 432 (1998) 21〜
26−により公知である。
Olfactory Receptor in Escherechia coli: Purification, Reconstitution,
and Ligand Binding”−所収:Biochemistry 35 (1996) 16077〜16084−により
公知である。
細菌中の発現ベクターを利用して大量に産生できるのではあるが、しかし産生さ
れたタンパク質が「活性」ではない。つまりこのタンパク質は膜に組込まれるの
でなく、さしあたり変性状態で存在し、界面活性剤交換によって天然構造または
活性構造に折りたたまれ(巻き戻され)ねばならない。「不活性」タンパク質の
凝集体は英語文献のなかで封入体と称されている。
剤としてN−ラウロイルサルコシンが使用され、第2界面活性剤としてTriton
X-100(登録商標)が使用された。陰イオン界面活性剤を中性界面活性剤と交換
することによって、凝集したタンパク質の巻き戻しが得られた。
間にN−ラウロイルサルコシンからジギトニンに界面活性剤交換することによっ
て活性構造に変えられた。
る凝集したタンパク質はまず、変性する界面活性剤内で可溶化され、次に上記界
面活性剤交換によってその活性構造に変えることができた。この活性構造は相応
する結合測定によって証明された。
大きな商業的関心も存在する。というのも、膜タンパク質はあらゆる生体膜の構
成成分であり、さまざまな細胞膜にその特異性を付与し、特に物質交換、刺激交
換の主因となるからである。
胞がその生理的状態を変えることになる。それゆえに、受容体は医薬品にとって
最も重要な目標分子であり、市販されている全薬剤の約3/4は受容体に作用し
、その大部分はやはり、ヒトゲノム中に数百の代表物質を持ついわゆるGタンパ
ク質結合受容体に作用する。
活性構造または天然構造の受容体を大量に用意することがきわめて望ましい。し
かしこれらのタンパク質は組織中にごく僅かな濃度で存在するだけであるので、
膜タンパク質および受容体の組換え過剰発現系を使用する必要がある。このため
一方で真核細胞(哺乳動物細胞または昆虫細胞)中に機能タンパク質を生成する
ことができるが、しかしこれらの系は高価であり、発現率が低く、このことはや
はり欠点である。細菌発現でも機能タンパク質を得ることができるが、しかしこ
の場合発現率は一般に真核発現の場合よりも一層低い。
質が細胞系中に発現され、但しそこでタンパク質は凝集し、つまり機能的に存在
しているのではない。この方法の利点は、ごく大量のタンパク質を製造すること
ができ、Kiefer他が報告しているように、細胞タンパク質の10%までを、従っ
て他の発現系を使った場合よりも100〜10000倍多くのタンパク質を製造
することができることにある。その際に生成される、Rogl他もそれについて報告
している封入体は、次にまず可溶化され、冒頭ですでに述べた界面活性剤交換に
よってその天然構造または活性構造に変えられねばならない。
受容体に向けられるだけではない。むしろ、膜タンパク質および受容体の部分配
列、相同配列、改変配列または誘導配列もこの発明の対象である。というのもそ
れらは、機能性に応じて、膜タンパク質および受容体の構造への洞察だけでなく
、合理的ドラッグデザインへの洞察も可能とするからである。
のような配列はEMBLデータバンクに収録されている。これらのDNA配列は
大抵がイントロンを含んでいないので、コーディング配列はPCRを介してゲノ
ムDNAから、またはRT−PCRを介してmRNAから製造することができる
。このDNAは次に相応する発現ベクター内にクローニングすることができる。
製すると、構造をさらに解明するために結晶化実験等が可能となる。
ーションによって区別することができる。つまりGタンパク質結合受容体がN末
端に単数または複数の糖鎖形成部位を有し、これらの部位は小胞体内で、または
後にゴルジ装置内で、オリゴ糖類によって修飾される。それに対して細菌はこれ
らの配列を修飾しない。
することによってサッカリド成分は分離することができ、タンパク質が真核細胞
中に発現された場合、この処理前と処理後でSDSゲル上でタンパク質移動距離
の違いを検出することができる。細菌発現タンパク質では移動距離の違いを検出
できない。
法は活性構造をもたらすのではあるが、前記方法は本願発明者達の認識によれば
、収率が低くまた方法の再現性が悪い限りで満足できるものではない。
構造のタンパク質の高い収率が達成されるように、発明の属する技術分野で触れ
た方法を改良することである。
状アルキル基も、グリコシド=すべての単糖類および二糖類)、 −サッカリド・脂肪酸エステル(例えばスクロースモノドデカノアート)、 −アルキルチオグリコシド(アルキル=炭素数5〜12、分枝鎖アルキル基また
は環状アルキル基も、グリコシド=Oグリコシド結合の代わりにSグリコシド結
合を有するすべての単糖類および二糖類)、 −胆汁酸(コール酸塩、デオキシコレート)および誘導体(例えばCHAPS,
CHAPSO)、 −グルカミド(MEGA−8〜10、HEGA)、 −レシチンおよびリゾレシチン(例えばDHPC,C12−リゾレシチン)、 −アルキルホスホリルコリン(アルキル=炭素数10〜16) の群から選択されていることによって解決される。
活性剤に帰すことができることを認識した。つまり、第2界面活性剤が上記群か
ら選択されていると、意外なことに著しく高い収率と再現可能な結果が得られる
。その際、第2界面活性剤はその最終濃度が臨界ミセル濃度よりも上であること
に注意しなければならない。このcmc値は水中の両親媒性ミセル形成構造の濃
度を示し、この濃度より上でミセルが生じる。つまりcmc値は基本的に水中で
の界面活性剤の可溶性を反映する。cmc値より上では溶存界面活性剤・単量体
の濃度は一定している。
Neugebauer −所収:Methods in Enzymology 182 (1990), p. 239〜253−に記さ
れている。
活性剤として使用されると特別好ましい。本願の発明者達は、特にGタンパク質
結合受容体の場合この界面活性剤が巻き戻された構造において高いタンパク質収
率をもたらすことを認識した。
ル基を持つアルキルホスホリルコリンのcmc値は500、150、50もしく
は5μMである。
に溶解保持することができる事実に照らし、Gタンパク質結合受容体に対するそ
の使用がこれまで文献には述べられていないアルキルホスホリルコリンが天然構
造への巻き戻しさえ誘発できることはなお一層意外である。アデノシン受容体に
おいて本発明者達は、第2界面活性剤としてアルキルホスホリルコリンが使用さ
れるとき、巻き戻された受容体が天然結合特性を有することを証明することがで
きた。他の受容体に関しても、上記群から選択される1つの界面活性剤で巻き戻
しを示すことができた。
入体の形で産生され、タンパク質をコードする遺伝子がこの細胞系内にクローニ
ングされており、タンパク質は好ましくは融合タンパク質の一部であり、界面活
性剤交換前または交換後に融合タンパク質から分離される。
現が担体タンパク質なしの直接的発現に比べて有する利点として、これは希望す
るものではあるが発現系とは疎遠なタンパク質をプロテアーゼによる分解から保
護し、一層高い発現レベルをもたらすことができる。特にグルタチオン−S−転
移酵素(GST)を担体タンパク質として使用することによって、宿主細胞中で
の大量に発現したタンパク質の可溶性が高められ、単離が容易となる。担体タン
パク質はさらに、好適な抗体が存在するとき、融合タンパク質の精製に利用する
ことができる。アフィニティークロマトグラフィー精製法にも同じことが云える
。
可溶化され、第1界面活性剤は、N−ラウロイルサルコシン、硫酸ドデシル、他
の荷電された界面活性剤または尿素もしくは塩化グアニジニウムの群から、荷電
されまたは荷電されていない界面活性剤と組合せて選択されている。
、天然構造の形成を可能としない。
りたたみ緩衝液中に第2界面活性剤が存在し、折りたたみ緩衝液は好ましくは第
2界面活性剤と天然起源のリン脂質、好ましくはタンパク質が当然に存在する組
織からの脂質抽出物、とを含む。
パク質の収率はなお向上させることができる。受容体が当然に存在する組織から
の脂質抽出物は、類似組成の脂質を使用または混合することによってシミュレー
ションすることもできる。
法によって、もしくはクロマトグラフィー法を介して、または第2界面活性剤を
含む緩衝液に可溶化タンパク質を希釈することによって、行われる。
び達成可能な収率に関してそれぞれが特殊な利点を提供する。
ィド架橋が形成されねばならないが、これは好ましくは酸化型グルタチオンと還
元型グルタチオンとの混合物を添加することによって行われる。
これらのプロテオリポソームは人工的に製造された小胞であり、機能性に優れた
ユニットをなしている。適切に製造されたこれらのプロテオリポソームを利用し
て、膜タンパク質/受容体で特定のプロセスを適切に調べることができる。
プロテオリポソームに関する。
ンパク質を製造することへの界面活性剤の使用に関し、界面活性剤は、 −アルキル−N、N−ジメチルグリシン(アルキル=炭素数8〜16)、 −アルキルグリコシド(アルキル=炭素数5〜12、分枝鎖アルキル基または環
状アルキル基も、グリコシド=すべての単糖類および二糖類)、 −サッカリド・脂肪酸エステル(例えばスクロースモノドデカノアート)、 −アルキルチオグリコシド(アルキル=炭素数5〜12、分枝鎖アルキル基また
は環状アルキル基も、グリコシド=Oグリコシド結合の代わりにSグリコシド結
合を有するすべての単糖類および二糖類)、 −胆汁酸(コール酸塩、デオキシコレート)および誘導体(例えばCHAPS,
CHAPSO)、 −グルカミド(MEGA−8〜10、HEGA)、 −レシチンおよびリゾレシチン(例えばDHPC,C12−リゾレシチン)、 −アルキルホスホリルコリン(アルキル=炭素数10〜16) の群から選択されている。
けでなく、本発明の枠から逸脱することなく他の組合せや単独でも勿論応用可能
である。
も、EMBLデータバンクに収録されており、それらは大抵がイントロンを持っ
ていない。つまりプライマーを利用して所要のDNAはPCRを介してゲノム
DNAから、またはRT−PCRを介してmRNAから、製造することができる
。
ローニングされる。担体タンパク質は例えば、冒頭で触れたKiefer他の論文に述
べられているようなグルタチオン−S−転移酵素(GST)とすることができ、
この論文では融合タンパク質が受容体OR5、GSTから生成された。発現ベク
ターは、融合タンパク質を発現する細胞系に形質転換される。タンパク質は膜に
組込まれるのでなく、少なくとも一部が凝集して封入体の形で細胞質内に存在し
、従って正しく折りたたまれてはいない。
グされる:アブラザメ(Hai Squalus acanthias)由来のAO−アデノシン受容
体、ヒトアドレナリン性β2受容体、ヒト神経ペプチドYY1−受容体、ヒト神
経ペプチドYY2−受容体、ヒトメラノコルチン−1−受容体、ヒトオキシトシ
ン受容体。このベクターは、Tacプロモーターの背後に、グルタチオン−S−
転移酵素およびそれに続くトロンビン切断部位をコードする配列、次にポリリン
カー配列、最後に6つのヒスチジンコドン、そして終了コドンを含む。
って誘発され、細胞はさらに3時間後に得られる。リゾチーム処理と超音波溶解
後に膜と封入体は遠心によって可溶性タンパク質から分離される。
溶化され、緩衝液(0.1%アルキル(C14)ホスホリルコリン)で5倍の容
量に希釈される。この溶液にトロンビンを加え、20℃で16時間培養し、受容
体がGSTから分離される。次に不溶性細胞構成成分が遠心除去される。
体がニッケルマトリックスに結合する。その後、ニッケル材料はカラムに移され
、界面活性剤交換のために0.01%アルキル(C14)ホスホリルコリンを第
2界面活性剤として含む緩衝液で洗浄される。これによりN−ラウロイルサルコ
シン(第1界面活性剤)と汚染されたタンパク質が除去される。
リンと30%1−パルミトイル−2−オレオイルホスファチジルグリセリンとか
らなる脂質混合物が2倍(w:w)の量のドデシルマルトシドと一緒にクロロホ
ルムに溶かされ、真空中で溶媒が除去される。次に実施例3の精製されたタンパ
ク質が加えられ、少なくとも1時間培養される。界面活性剤はポリスチレンカラ
ム(Calbiochem社のCalbiosorb)を介して除去され、次に、取り込まれた受容体
を有するリポソームが生成する(プロテオリポソーム)。
きた。
2mlのCHCl3に溶かす;28μgのコレステロールストック溶液、32μ
lのヒツジ脳リン脂質ストック溶液、40μlの大豆レシチンストック溶液を添
加;CHCl3を蒸発させ、15mbar未満で少なくとも30分乾燥させる;
1mlの水を添加して清澄溶液を得る(界面活性剤ストック溶液、
100mg/ml) −トロンビン、Sigma T4648、1000u/ml H2O、−20℃で放置 −サルコシル:H2O中に10%N−ラウロイルサルコシン、オートクレーブ処
理 −10xPBS:200mMリン酸ナトリウム、1.5Mの NaCl、
pH7.0。
2の封入体2mlが添加して振盪され、1分間超音波で処理される。その直後に
16mlの0.1%界面活性剤ストック溶液がPBSに加えられる。
る一方、アルキル(C16)−ホスホリルコリンの最終濃度はcmc値よりも上
である。
に一夜保たれる。
除かれる。
加される。この溶液は適宜に精製されたカラム材料Ni-NTA superflow (キアゲ
ン)に添加され、材料の沈殿を防止するために低温室(4〜8℃)内で1時間マ
イルドに回転させられる。こうして受容タンパク質がカラム材料に結合する。
ベッド容積に一致するまで除去される。Ni-NTAアガロースが取り込まれ、カラム
に加えられる。毎分2mlの流量において40mlの0.01%界面活性剤スト
ック溶液でPBS内で洗浄され、これにより、cmc値に注意しながら他の界面
活性剤交換が行われる。
/0.3Mイミダゾールで溶出され、280nmで吸収する画分が集められる。
トック溶液から1mM GSH/0.1mM GSSGが水に添加される。
結合が検出可能であった。つまり受容体は天然型で存在した。
性β2受容体の巻き戻し 実施例2のアドレナリン性β2受容体を含有した封入体が1.5%N−ラウロ
イルサルコシンを添加することによって0℃で可溶化され、10倍の容量の
0.1%ドデシル−β−D−マルトシド溶液で20mM Na−マロン酸緩衝液
pH6.0に希釈される。次にトロンビン(タンパク質1ミリグラム当り50ユ
ニット)が添加され、20℃で1時間培養される。遠心後、実施例4におけると
同様に脂質膜上に上澄みが加えられ、プロテオリポソーム内でタンパク質が再構
成される。
CGP 12177)の蛍光リガンドの結合を測定することによって検出される。
Claims (16)
- 【請求項1】 膜タンパク質、特に受容体、好ましくはGタンパク質結合受
容体系統由来のもの、そして膜タンパク質および受容体の部分配列、相同配列、
改変配列および誘導配列を含む群から、その天然構造または活性構造に折りたた
まれたタンパク質を製造するための方法であって、 −第1界面活性剤内で可溶化されたタンパク質を調製するステップ、 −第1界面活性剤を、タンパク質のその天然型または活性型への折りたたみを誘
発する第2界面活性剤と交換するステップを含み、 第2界面活性剤が、 −アルキル−N、N−ジメチルグリシン(アルキル=炭素数8〜16)、 −アルキルグリコシド(アルキル=炭素数5〜12、分枝鎖アルキル基または環
状アルキル基も、グリコシド=すべての単糖類および二糖類)、 −サッカリド・脂肪酸エステル(例えばスクロースモノドデカノアート)、 −アルキルチオグリコシド(アルキル=炭素数5〜12、分枝鎖アルキル基また
は環状アルキル基も、グリコシド=Oグリコシド結合の代わりにSグリコシド結
合を持つすべての単糖類および二糖類)、 −胆汁酸(コール酸塩、デオキシコレート)および誘導体(例えばCHAPS,
CHAPSO)、 −グルカミド(MEGA−8〜10、HEGA)、 −レシチンおよびリゾレシチン(例えばDHPC,C12−リゾレシチン)、 −アルキルホスホリルコリン(アルキル=炭素数10〜16) の群から選択されていることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 混合された脂質/界面活性剤ミセルを有する折りたたみ緩衝
液中に第2界面活性剤があることを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 折りたたみ緩衝液が第2界面活性剤と天然起源のリン脂質、
好ましくはタンパク質が当然に存在する組織からの脂質抽出物、とを含むことを
特徴とする、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 界面活性剤交換が透析法または限外濾過法によって行われる
ことを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 界面活性剤交換がクロマトグラフィー法を介して行われるこ
とを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 第2界面活性剤を含む緩衝液に可溶化タンパク質を希釈する
ことによって界面活性剤交換が行われることを特徴とする、請求項1記載の方法
。 - 【請求項7】 界面活性剤交換後、好ましくは酸化型グルタチオンと還元型
グルタチオンとの混合物を添加することによって、タンパク質中に少なくとも
1つの保存されたジスルフィド架橋が形成されることを特徴とする、請求項1〜
6のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 折りたたまれたタンパク質がプロテオリポソームに組込まれ
ることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 発現ベクターで形質転換された細胞系中にタンパク質が封入
体の形で産生され、タンパク質をコードする遺伝子がこの細胞系内にクローニン
グされていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 タンパク質が融合タンパク質の一部であり、界面活性剤交
換前または交換後に融合タンパク質から分離されることを特徴とする、請求項
1〜9のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 封入体が精製され、第1界面活性剤の添加によって可溶化
されることを特徴とする、請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 N−ラウロイルサルコシン、硫酸ドデシル、他の荷電され
た界面活性剤または尿素もしくは塩化グアニジニウムの群から、荷電されまたは
荷電されていない界面活性剤と組合せて、第1界面活性剤が選択されていること
を特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項13】 第2界面活性剤が臨界ミセル濃度よりも上で使用されるこ
とを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項14】 炭素数10〜16の鎖長を持つアルキルホスホリルコリン
が第2界面活性剤として使用されることを特徴とする、請求項1〜13のいずれ
か1項記載の方法。 - 【請求項15】 請求項1〜14のいずれか1項記載の方法によって製造さ
れたタンパク質を有するプロテオリポソーム。 - 【請求項16】 膜タンパク質、特に受容体、好ましくはGタンパク質結合
受容体系統由来のもの、そして膜タンパク質および受容体の部分配列、相同配列
、改変配列および誘導配列を含む群から、その天然構造または活性構造に折りた
たまれたタンパク質を製造することへの界面活性剤の使用において、界面活性剤
が、 −アルキル−N、N−ジメチルグリシン(アルキル=炭素数8〜16)、 −アルキルグリコシド(アルキル=炭素数5〜12、分枝鎖アルキル基または環
状アルキル基も、グリコシド=すべての単糖類および二糖類)、 −サッカリド・脂肪酸エステル(例えばスクロースモノドデカノアート)、 −アルキルチオグリコシド(アルキル=炭素数5〜12、分枝鎖アルキル基また
は環状アルキル基も、グリコシド=Oグリコシド結合の代わりにSグリコシド結
合を有するすべての単糖類および二糖類)、 −胆汁酸(コール酸塩、デオキシコレート)および誘導体(例えばCHAPS,
CHAPSO)、 −グルカミド(MEGA−8〜10、HEGA)、 −レシチンおよびリゾレシチン(例えばDHPC,C12−リゾレシチン)、 −アルキルホスホリルコリン(アルキル=炭素数10〜16) の群から選択されていることを特徴とする使用。
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