JP2004506898A - 機能的タンパク質アレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、ＤＮＡ（又はｍＲＮＡ）から出発するタンパク質アレイを製造する方法を提供し、多くの天然の機能的タンパク質、ドメイン又はペプチドを、転写及び翻訳する無細胞系を使用して、インビトロで合成することによって並行して生成できる。生成物を、タンパク質に組み込まれた単離配列タグを使用して、表面にグリッドの形で固定化する。

Description

【０００１】
【背景】
アレイは、成分の正確な規則正しい配置であり、成分をディスプレイし、同時に試験することを可能にする（１）。アレイは、通常、一般のグリッドの形態に配置された一連の個々の種の分子又は粒子を含む。アレイは、認識と選択に基づいて、アレイに適用される第二の一連の分子又は粒子を用いて、相互作用を検出するのに使用できる。アレイは、複数のサンプルの取り扱いと研究に利点を有する。アレイは、各成分に固定した位置を提供し、例えば、アッセイでのスコア陽性が直ちに特定される。アレイは、広範囲でかつ高密度の容量を有する。アレイは少量の試薬を使う高速処理の自動装置手順によりアレイが作られ、選別される。また、アレイは、多くの同じアッセイの結果を用いて各アッセイ値の比較をすることができる。アレイの形は、核酸の全体的な分析で十分に確立されており、オリゴヌクレオチド及びｃＤＮＡアレイ（ＤＮＡチップ）が、遺伝子発現分析に使用される。よく知られている形では、大きな数（例えば数千）のＤＮＡハイブリダイゼーションプローブが、ナイロン、ガラス又はシリコン等の表面に規則正しいパターンで付着され、蛍光性標識された全体細胞のｍＲＮＡ又はｃＤＮＡにハイブリダイズされる。各アレイ成分の定量的なシグナルが読み取り装置によって同時に測定される。
【０００２】
また、アレイのアプローチによって、ペプチド及びタンパク質のディスプレイを適合させることができる。ディスプレイされる成分は、一連の関連するタンパク質又はペプチド、又は生物の全タンパク質補体であってもよい。タンパク質アレイの技術は、遺伝子発現及び分子相互作用の高速処理スクリーニングを可能にする。タンパク質のＤＮＡ配列によってのみ既に公知である数千のタンパク質の機能を同時に試験するのに、タンパク質アレイを使用することができる。機能情報を得るためには、配列したタンパク質は天然の形でなければならない。しかしながら、幾つかの調製方法は、タンパク質変性を起こし、細菌からのリコンビナントタンパク質の抽出又は放出中に起こることがあり、従って、例えば出発材料からのアレイの使用は、三次構造よりも一次配列のタンパク質によってのみ決定される適用に制限される。機能情報を得られる全体的なタンパク質分析に対する高速処理アプローチを開発するために、タンパク質がその機能を保持したアレイを製造する方法が要求される。固定化されたタンパク質アレイを、結合反応を示すのに使用でき、アレイが直接又は間接的に標識された抗体又はリガンドのような存在に暴露され、アレイの特定のセグメントにラベルが局在することによって結合が示される。また、アレイの結合の相互作用を同定するのに、質量分析法を使用することができる。それとは別に、配列されるタンパク質が溶液中に存在してもよく、生物化学的機能を研究するのに使用することができる。文献（１〜１２）で議論されているタンパク質アレイの潜在的な使用には、抗体の同定及び抗体特異性の分析、全体的なタンパク質発現の測定、リガンド受容体相互作用及びタンパク質―タンパク質の相互作用の同定、及びライブラリーからのタンパク質又はリガンドのスクリーニング及び選択が挙げられる。（ｉ）発現プロファイリング。提案されているタンパク質アレイの１つのタイプは、表面での抗体の固定化に基づく（抗体アレイ）。原則として、抗体アレイと細胞タンパク質との反応によって、特定の時間で発現するタンパク質をすべて全体的に定量的に読み出しする装置を提供できる（プロテオーム分析）。あるバージョンでは、ディファレンシャルディスプレイのために、２つの異なる細胞状態から蛍光性に標識したタンパク質で、アレイを調べた。細胞ライセートを異なる蛍光物で標識して、色が変化の読み出しとして働くように多量に混ぜる。（ｉｉ）抗体検出。第二の適用は、細胞タンパク質に対する抗体の検出であり、パートナーのいずれか又は両方が知られていない。従って、細胞タンパク質のアレイは、可溶性抗体のライブラリー、又はファージディスプレイ又はリボソームディスプレイライブラリーから抗体を選択するのに使用できる。また、抗原アレイは、感染中又は自己免疫状態である、患者血清の少量中の抗体の分析に使用できる。（ｉｉｉ）リガンドスクリーニング。レセプターのような潜在的ターゲットタンパク質アレイは、小さい分子、ペプチド、アプタマー、核酸又は合成骨格等の、可能性のある薬物候補かもしれないリガンドの選択のためのふるいとして使用できる。（ｉｖ）タンパク質―タンパク質相互作用の検出。タンパク質アレイにおける更なる使用は、タンパク質―タンパク質相互作用の検出である。ゲノムの各タンパク質は、多くのパートナーと相互作用することができ、そのためヒトゲノムでコードされるおおよそ１００，０００のタンパク質において、数百万の相互作用が存在するであろう。このような相互作用は、しばしば、酵母ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄ（細胞ベース）法で測定されるが、隠れたタンパク質、ジスルフィド架橋を持つタンパク質及びレセプターのような膜結合タンパク質を含む相互作用を測定することができないであろう。アレイ法は、このような場合に高く望まれ、細胞の方法では検出されない相互作用を示すであろう。
【０００３】
タンパク質アレイの調製の文献説明
現在までに述べられているアレイは、精製タンパク質又は生きている細胞又はウイルスで発現されるタンパク質のどちらかで構成される。最初の例は、ペプチドのアレイであり、ペプチドは、固体担体上で化学的に合成され、抗体（２）によって認識されるエピトープを同定するのに使用された。ペプチドアレイは、約３０のアミノ酸の長さまで化学的に合成され得るが、完全長の折りたたまれたタンパク質を生成することはできない。
明らかに、処理したガラススライドや、ニトロセルロース又はＰＶＤＦのような吸収性膜等の好適な表面上に予備形成したタンパク質を化学的又は非共有付着することによって、タンパク質アレイを作ることができる。プロテオミクスやライブラリースクリーニングのような高速処理の研究では、多数のタンパク質を同時に調製し、精製し、固定化する方法が要求される。配列された形でアッセイするための、細菌からリコンビナントタンパク質を生産する方法が開示された（３，６−１０）。タンパク質を、アフィニティータグ（例えばヘキサヒスチジン）又はグルタチオンＳ−トランスフェラーゼ（ＧＳＴ）と融合した構造物として発現し、細胞溶解によって回収して、粗ライセートとして使用するか、又はアフィニティー精製（例えばＮｉ−ＮＴＡ金属アフィニティーカラム）後使用する。しかしながら、細菌系のリコンビナントタンパク質の生成は、凝集、不溶性封入体及び／又は生成物の分解により、問題があることがあり、一方、真核細胞系では、無菌で又は時間がかかるクローニング手順（例えばバキュロウイルス）で、低い収率及び高い需要を欠点として持つ。変性剤を抽出で使用する場合、タンパク質がしばしば機能しなくなる。タンパク質が一度単離されると、様々な技術フォーマット、基質、精製方法及び検出系が有用になる（８を参照のこと）。
【０００４】
Ｍａｒｔｚｅｎら（３）は、ＧＳＴと融合した異なる酵母ＯＲＦ（オープンリーディングフレーム）を有するプラスミドをそれぞれ含む６１４４酵母系からのグルタチオンアガロースアフィニティークロマトグラフィーによって、サッカロミセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）から可溶性タンパク質の殆どを精製した。タンパク質は、溶解状態で特定の酵素活性をアッセイされた。タンパク質は自然の形で精製されたので、これによって機能的タンパク質アレイを構成したが、タンパク質は表面で固定化されなかった。「生きている」組換えタンパク質アレイをつくるのに酵母細胞が使用され、異なるＯＲＦ　Ｇａｌ４−融合タンパク質をそれぞれが発現する約６０００コロニーを含んだ（４）。これは、本質的には、９６ウエルプレートフォーマットで行われる細胞の、酵母ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄスクリーニングである。
【０００５】
適切なベクター系とタンパク質生成物の高スピード配列で、多数のｃＤＮＡクローンの同時発現を誘発することによって、アレイを調製できる。Ｂｕｓｓｏｗら（６）は、エシェリチア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）でクローニングされたヒト胎児脳ｃＤＮＡ発現ライブラリーｈＥｘ１のｃＤＮＡクローンから発現されたタンパク質を配列した。ｈｉｓ６（ヘキサヒスチジン）−タグタンパク質を、３８４ウエルマイクロタイタープレートで育てた個々のコロニーから誘発して、ＩＰＴＧで発現誘発する前に、高密度ＰＶＤＦフィルター膜の上にグリッドした。細菌細胞質からのタンパク質の放出によって、フィルターに固定化されたタンパク質アレイを作った。２例のタンパク質を、抗体を使用してフィルターの上で同定した。この方法は、発現ライブラリーのふるいわけを技術者に可能にしたが、抽出手順は０．５Ｍ　ＮａＯＨを使用し、その工程中、タンパク質が変性して機能しなくなる。他の報告では（以下に示す）、タンパク質を、変性剤でもある６ＭグアニジウムＨＣｌ（ｇｕａｎｉｄｉｎｉｕｍ　ＨＣｌ）を使用して抽出及び可溶化した。アレイを作る手段としてのこの手順の他の欠点は、クローンを、フレーム発現において広範囲にふるいわけしなければならないことと、ｃＤＮＡライブラリーが５’末端（Ｎ−末端）を欠く、多くのクローンを含むことであり、一部の遺伝子の複数のコピーと他の遺伝子の劣等表現を有するかもしれない。
【０００６】
Ｌｕｅｋｉｎｇら（９）は、古典的なドットブロッティング方法論を拡大して、ｈＥｘ１ライブラリーから精製されたタンパク質溶液をＰＶＤＦフィルターの上にグリッドにした。高速処理、即ちスモールスケールのタンパク質発現のため、ｈＥｘ１ライブラリーのクローンを９６ウエルマイクロタイタープレートで育成し、ＩＰＴＧで誘発した。細胞を、６ＭグアニジウムＨＣｌで溶解し、上清をＰＢＤＦ膜の上に９６ウエルフィルターを通して濾過した。精製したタンパク質のラージスケール製造のため、ペプチド−及びｈｉｓ６−タグタンパク質をＥ．ｃｏｌｉから発現し、Ｎｉ−ＮＴＡアガロースで単離した。高速処理スクリーニングの結果、かなり多くの偽陽性、即ち実際にタグをつけたフレームがない抗タグによって検出されたタンパク質が見られ、抗体特異性スクリーニングは、たいていリボソームタンパク質との、見かけ上の理由によらない、予想外の交差反応をしばしば示した。グアニジウムＨＣｌの使用は、タンパク質を変性し、異常な結果を生じさせるかもしれない。
【０００７】
Ｈｏｌｔら（７）は、特異性があらかじめ知られていない１２種のウエル発現した抗体フラグメントを使用して、変性タンパク質と反応性の特異的な抗体を同定するのに、ｈＥｘ１ライブラリーをスクリーニングした。４つの特異的相互作用が確認された。
ドットブロッティングの他の例で、Ｇｅは、他のタンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ及び小さいリガンドとのたんぱく質の相互作用を検出するためのアレイシステムを述べた（１２）。この場合、４８の高精製で天然のタンパク質を、９６ウエルドットブロット装置を使用するスポッティングによって、ニトロセルロース膜に配列した。タンパク質を細菌又はバキュロウイルスで過剰発現させ、均一に精製した。ドットブロットアレイを、多くの異なる放射標識プローブ（タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、リガンド）と反応させ、その後オートラジオグラフィー及び濃度測定することによって、機能的態様、即ちプローブが予想された特異性を持つパートナー分子と相互作用することを示した。
Ａｆａｎａｓｓｉｅｖら（５）は、顕微鏡スライド上のアガロースフィルムへのタンパク質の化学的カップリングを使用する、タンパク質アレイの製造方法を述べる。アガロースは過ヨウ素酸ナトリウムによって活性化され、タンパク質のアミノ基と結合するアルデヒド基を発生する。様々な量の抗原（ＢＡＤ）及び抗ＢＡＤ抗体（６Ａ１１）を固定化し、パートナー分子と結合して蛍光第二試薬で検出される。
【０００８】
文献
１． Ｅｍｉｌｉ Ａ．Ｑ． 及び Ｃａｇｎｅｙ Ｇ．（２０００） ペプチド又はタンパク質アレイを使ったラージスケール機能分析（Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｅ ｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎ ａｒｒａｙｓ） Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １８：３９３−３９７．
２． Ｇｅｙｓｅｎ Ｈ．Ｍ．， Ｍｅｌｏｅｎ， Ｒ．Ｈ． 及び Ｂａｒｔｅｌｉｎｇ Ｓ．Ｊ．（１９８４） 単一アミノ酸の分解に対するエピトープのためにウイルス抗原を試験するペプチド合成の使用（Ｕｓｅ ｏｆ ｐｅｐｔｉｄｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｔｏ ｐｒｏｂｅ ｖｉｒａｌ ａｎｔｉｇｅｎｓ ｆｏｒ ｅｐｉｔｏｐｅｓ ｔｏ ａ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ） Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ ８１：３９９８−４００２．
３． Ｍａｒｔｚｅｎ Ｍ．Ｒ．， ＭｃＣｒａｉｔｈ Ｓ．Ｍ．， Ｓｐｉｎｅｌｌｉ Ｓ．Ｌ．， Ｔｏｒｒｅｓ Ｆ．Ｍ．， Ｆｉｅｌｄｓ Ｓ．， Ｇｒａｙｈａｃｋ Ｅ．Ｊ． 及び Ｐｈｉｚｉｃｋｙ Ｅ．Ｍ．（１９９２） 遺伝子生産物の活性によって遺伝子を同定するための生物化学的ゲノム的アプローチ（Ａ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｇｅｎｏｍｉｃｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｇｅｎｅｓ ｂｙ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ） Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｎｏｖ ５；２８６（５４４２）：１１５３−５．
４． Ｕｅｔｚ Ｐ． ら （２０００） サッカロマイセス・セレビシエのタンパク質−タンパク質相互作用の総合的分析（Ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ） Ｎａｔｕｒｅ ４０３， ６２３−６２７．
５． Ａｆａｎａｓｓｉｅｖ Ｖ．， Ｈａｎｅｍａｎｎ Ｖ． 及び Ｗｏｌｆｌ， Ｓ．（２０００） アガロースフィルムでコートしたガラススライドのＤＮＡ及びタンパク質マイクロアレイの調製（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓ ｏｎ ｇｌａｓｓ ｓｌｉｄｅｓ ｃｏａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ａｇａｒｏｓｅ ｆｉｌｍ） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２８：Ｅ６６．
６． Ｂｕｓｓｏｗ Ｋ．， Ｃａｈｉｌｌ Ｄ．ら （１９９８） 全体的なタンパク質発現及び配列したｃＤＮＡライブラリーの高密度フィルターでの抗体スクリーニングの方法（Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｇｌｏｂａｌ ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ａｎｔｉｂｏｄｙ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｎ ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｉｌｔｅｒｓ ｏｆ ａｎ ａｒｒａｙｅｄ ｃＤＮＡ ｌｉｂｒａｒｙ） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． ２６：５００７−５００８．
７． Ｈｏｌｔ Ｌ．Ｊ．， Ｂｕｓｓｏｗ Ｋ．， Ｗａｌｔｅｒ Ｇ 及び Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ Ｉ．Ｍ．（２０００）　追い越す選択：タンパク質アレイを使用する抗体−抗原相互作用のための直接スクリーニング（Ｂｙ−ｐａｓｓｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ： ｄｉｒｅｃｔ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｆｏｒ ａｎｔｉｂｏｄｙ−ａｎｔｉｇｅｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ ａｒｒａｙｓ． Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２８：ｅ７２．
８． Ｗａｌｔｅｒ Ｇ．， Ｂｕｓｓｏｗ Ｋ．， Ｃａｈｉｌｌ Ｄ．， Ｌｕｅｋｉｎｇ Ａ． 及び Ｌｅｈｒａｃｈ Ｈ． （２０００） 遺伝子発現及び分子相互作用スクリーニングのためのタンパク質アレイ（Ｐｒｏｔｅｉｎ ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ） Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ３：２９８−３０２．
９． Ｌｕｅｋｉｎｇ Ａ．， Ｈｏｒｎ， Ｍ．， Ｅｉｃｋｈｏｆｆ， Ｈ．， Ｂｕｓｓｏｗ， Ｋ．， Ｌｅｈｒａｃｈ Ｈ． 及び Ｗａｌｔｅｒ Ｇ． （１９９９） 遺伝子発現及び抗体スクリーニング分析のためのタンパク質マイクロアレイ（Ｐｒｏｔｅｔｉｎ Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓ ｆｏｒ ｇｅｎｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ａｎｔｉｂｏｄｙ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ） Ａｎａｌ． Ｂｉｏｃｈｅｍ． ２７０：１０３−１１１．
１０． Ｂｕｓｓｏｗ Ｋ．， Ｎｏｒｄｈｏｆｆ Ｅ．， Ｌｕｂｂｅｒｔ Ｃ．， Ｌｅｈｒａｃｈ Ｈ 及び Ｗａｌｔｅｒ Ｇ． （２０００） 高速処理タンパク質発現スクリーニングのためのヒトｃＤＮＡライブラリー（Ａ ｈｕｍａｎ ｃＤＮＡ ｌｉｂｒａｒｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）Ｇｅｎｏｍｉｃｓ ６５：１−８．
１１． Ｐａｎｄｅｙ Ａ． 及び Ｍａｎｎ Ｍ． （２０００） 遺伝子及びゲノムを研究するためのプロテオミクス（Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｇｅｎｅｓ ａｎｄ ｇｅｎｏｍｅｓ） Ｎａｔｕｒｅ ４０５：８３７−８４６．
１２． Ｇｅ Ｈ． （２０００） ＵＰＡ、即ちタンパク質−タンパク質、タンパク質−ＤＮＡ、タンパク質−ＲＮＡ及びタンパク質−リガンド相互作用の定量的検出のための一般的なタンパク質アレイ系（ＵＰＡ， ａ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｐｒｏｔｅｉｎ ａｒｒａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｐｒｏｔｅｉｎ， ｐｒｏｔｅｉｎ−ＤＮＡ， ｐｒｏｔｅｉｎ−ＲＮＡ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｌｉｇａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ） Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２８， ｅ３．
【０００９】
【発明の開示】
ＤＮＡから始まるタンパク質アレイを生成する方法が開示され、この方法では、多数の天然の機能的なタンパク質又はドメインを、転写及び翻訳するための無細胞系を使用するインビトロ合成によって並行して生成し、タンパク質の中に組み込まれた単離配列タグを使用して、続いて表面にグリッドの形で生成物を固定する。１つの態様において、タンパク質の発現を、金属イオン又は抗体等の固定化分子（アフィニティーリガンド）でコートしたウエル、表面又はビーズの存在下で行うことにより、アレイを単一の工程でインサイツ（ｉｎ　ｓｉｔｕ）で形成できる。
出発材料には、ゲノムＤＮＡ、ｍＲＮＡ、クローンＤＮＡフラグメント、又はｃＤＮＡライブラリーなどが挙げられる。インビトロの転写／翻訳のためのインプットＤＮＡ構造物は、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）又はＲＴ（逆転写）−ＰＣＲ増幅によって得られ、データベースやゲノムプロジェクトからの配列のような、公知のＤＮＡ配列に設計されたプライマーを使用する。タンパク質合成のための無細胞系とは、例えばウサギ網状赤血球、コムギ胚芽、酵母又は細菌の抽出物等である。多数の個々の天然タンパク質又はドメインを、ＰＣＲ　ＤＮＡ構造物からじかに同時に生成することができる。一つの態様において、反応を、マルチウエルプレートのウエルで行う。別の態様において、例えば、マイクロ液滴で反応を行うことにより、ガラス、膜又はビーズ等の表面の上でじかにタンパク質を合成することができる。構造物ＤＮＡを、反応量又は液滴に添加するか、又は表面に前固定することができる。後者の場合、まずＤＮＡアレイを効率的に作り、次にタンパク質アレイを作るのに使用する。タンパク質を、例えばヘキサヒスチジンや他のペプチドタグ等の配列を封入することによって、迅速な単離、固定化及び同定に適合させることができる。タンパク質が作られるウエルの中又は他の表面の上を、ニッケルイオンや抗タグ抗体のような固定化試薬でプレコートする場合、タンパク質をインサイツで製造するとアレイを形成するであろうし、試薬分子を洗浄によって除去できる。代わりに、反応を固定化試薬でコートされたビーズの存在下で行うことができ、続いて、ビーズをグリッドのアレイの形に配置する。それとは別に、タンパク質を、プラスチック、ガラス、アガロースビーズ、ニトロセルロースや他の膜等の第二の表面に（例えばグリッド自動装置で）移すことができる。
次に、標識リガンド、タンパク質又は核酸等のターゲット分子をアレイに暴露し、酵素連結反応、蛍光、オートラジオグラフィー又は質量分析で検出される個々のアレイの位置に、ターゲット分子が結合する。それによって、アレイを、抗体、リガンド、タンパク質相互作用等をスクリーニングするのに使用できる。幾つかの場合では、生物化学的研究を行うために、配列されるタンパク質を溶解状態で使用してもよい。グリッドの形を保持し、溶液を、抗原等のターゲット分子でプレコートしたフィルターやプレートに移すこともでき、結合を標識された第二の試薬によって検出する。
【００１０】
また、アレイを、ライブラリーディスプレイシステムに連結することができる。従って、ターゲット分子は、ファージやリボソームディスプレイライブラリー等のディスプレイライブラリーのターゲット分子でもよく、その個々のタンパク質を、コードするＤＮＡ又はｍＲＮＡに連結する。アレイに結合した後、相互作用分子を、連結されたＤＮＡ又はｍＲＮＡの増幅及び同定によって、例えば繁殖するファージ、又はＰＣＲ、ＲＴ−ＰＣＲ、ハイブリダイゼーション又は他の方法によって、確認する。インビトロの合成を利用することにより、前記方法論は、ＤＮＡから直ちに機能的タンパク質アレイを得る迅速な方法を提供し、ＤＮＡ配列からのみ知られるタンパク質又はドメインを含む。この方法論は、クローニング、インビボの発現システム及び精製手順に取って代わることができる。この方法論は、しばしば細菌の発現で起こる、封入抗体、凝集及び分解の問題を回避する。ＰＣＲ及びインビトロの翻訳を、多くのサンプルを使用して同時に並行して行うことができるので、このようなアレイは、タンパク質の発現、機能的活性及び相互作用の分析に高速処理容量を提供するであろうし、特に、ゲノムプロジェクトからの遺伝情報に使用されるであろう。
【００１１】
方法の詳細
ＤＮＡ構造物
インビトロの転写／翻訳のための構造物（図１）には、以下を含む。真核細胞系（図２ａ）、又は原核細胞及び真核細胞系（図２ｂ）の両方のいずれかで遺伝子が発現するように設計された、上流Ｔ７プロモーター及びタンパク質発現シグナル；フレキシブルリンカー（１９残基）と、金属アフィニティー結合によってタンパクを固定化するための（ｈｉｓ）６［配列ＩＤ番号１］又は（ｈｉｓ）６−ＳＲＡＷＲＨＰＱＦＧＧ−（ｈｉｓ）６［配列ＩＤ番号２］のようなタグ配列（図３）及び／又は抗体又はリガンドによって確認するための更なるペプチドタグ配列とをコードする、上流又は下流配列；及び下流翻訳停止コドン。このような構造物を作るため、興味ある遺伝子を、公知のＤＮＡ配列由来の特定のプライマーを使用するＰＣＲ又はＲＴ−ＰＣＲで、単独で増幅して、上流及び下流成分を、ＰＣＲアセンブリで構造物に組み込む。
構造物を表面又はビーズに共有結合で固定化するため、転写終結領域をコードするＤＮＡフラグメントも、その構造物（図４）に含まれる。加えて、末端アミノ基のような共有結合の化学基を、ＰＣＲで使用される３’プライマーの修飾を経由して導入することができる。表面又はビーズを、ＤＮＡ固定化装置ＴＭアントラキノンフォトカップリング（Ｅｘｉｑｏｎ）のような適切な化学反応によって、付着用に調製する。
【００１２】
タグを付けた一本鎖抗体のインビトロでの発現のためのＰＣＲ構造物の設計
図１０は、例として一本鎖抗体Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントを使用する、ＰＩＳＡ用のインビトロタンパク質合成に好適なＤＮＡの構造物のための一般的なＰＣＲ方法の概略を説明する。構造物には、Ｔ７　ＲＮＡポリメラーゼによる転写のためのＴ７プロモーター及び無細胞の真核細胞系で翻訳を開始するためのＫｏｚａｋ配列が含まれる。Ｎｉ−ＮＴＡコート表面にタンパク質を固定化する効率を上げ、かつタンパク質アレイの再使用を可能にするため、二本鎖の（Ｈｉｓ）_６−タグドメインを設計した。付着タンパク質の折りたたみでタグ配列の起こりうる障害を減少させるため、フレキシブルな１９残基のリンカー（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ及びＳａｕｅｒ， １９９８， Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ ９５：５９２９−５９３４）を、配列されるタンパク質とＨｉｓ−タグドメインとの間に配置する。ポリ（Ａ）_２８テイル及び転写ターミネーターをＤＮＡの３’末端に組み込んで、転写効率を上げる。翻訳終止及びリボソーム複合体からの新生ポリペプチドの放出を確実にするため、２つの停止コドン（ＴＡＡＴＡＡ［配列ＩＤ番号３］）を、二本鎖（Ｈｉｓ）_６−タグ配列に続いて含める。
Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントが二本鎖の（Ｈｉｓ）_６−タグドメイン（Ｖ_Ｈ／Ｋ−Ｈｉｓ）に結合する構造物を、以下のプライマーでＰＣＲによって生成した。
【００１３】
Ｖ_Ｈ／Ｋ−リンカーフラグメントのＰＣＲ生成のためのプライマー
【００１４】
【化１】

【００１５】
このプライマーは、Ｔ７プロモーター及びＫｏｚａｋシグナル（下線部）及び抗体重鎖の５’領域に相補的な変性配列（イタリック体）を提供する。開始コドンを太字で示す。
Ａｂ−リンカー／フォア：　５’−ＧＣＣ ＡＣＣ ＧＣＣ ＴＣＴ ＡＧＡ ＧＣＧ ＧＣＴ ＣＡＧ ＣＧＴ ＣＡＧ ＧＧＴ ＧＣＴ ＧＣＴ−３’ ［配列ＩＤ番号５］。これは、ヒトκ定常ドメイン（Ｃκ）の３’領域に相補的な配列及び二本鎖の（Ｈｉｓ）_６−タグドメインの生成のために使用されるリンカー−タグ／バックプライマー（以下を参照）と部分的に一致する配列（下線部）を提供する。
【００１６】
Ｈｉｓ−タグドメインのＰＣＲ生成のためのプライマー
リンカー−タグ／バック： ５’−ＧＣ ＴＣＴ ＡＧＡ ＧＧＣ ＧＧＴ ＧＧＣ ＴＣＴ ＧＧＴ ＧＧＣ ＧＧＴ ＴＣＴ ＧＧＣ ＧＧＴ ＧＧＣ ＡＣＣ ＧＧＴ ＧＧＣ ＧＧＴ ＴＣＴ ＧＧＣ ＧＧＴ ＧＧＣ ＡＡＡ ＣＧＧ ＧＣＴ ＧＡＴ ＧＣＴ ＧＣＡ ［配列ＩＤ番号６］。これは、Ｖ_Ｈ／Ｋ−リンカー構成に使用されるＡｂ−リンカー／フォアプライマー （前述）と二本鎖の（Ｈｉｓ）_６−タグドメインのＰＣＲ生成のためのリンカー配列（後述）と部分的に一致する配列（下線）を提供する。
Ｈｉｓ−タグ／フォア ： ５’−ＴＣＣ ＧＧＡ ＴＡＴ ＡＧＴ ＴＣＣ ＴＣＣ−３’ ［配列ＩＤ 番号７］。
【００１７】
二本鎖の（Ｈｉｓ）_６−タグドメインをコードするプラスミドＰＴＡ−Ｈｉｓ
プラスミドＰＴＡ−Ｈｉｓは、フレキシブルリンカーと二本鎖の（Ｈｉｓ）_６−タグを（順番に）コードするフラグメントを含み、２つの停止コドンに続いて、ポリＡテイル及び転写終結領域を含む。このフラグメントの配列は、以下のとおりである。
【００１８】
【化２】

【００１９】
小文字配列は、１９アミノ酸配列をコードするリンカー、下線配列は、二本鎖の（Ｈｉｓ）_６タグ、太字は、停止コドン、（Ａ）２８は、２８×Ａを含むポリＡ領域である。イタリック体、下線配列は、転写ターミネーターである。
【００２０】
ＰＣＲフラグメントの構造物
一般的に、製造メーカーの指示に従って、Ｖ_Ｈ／Ｋ−リンカーフラグメント及び二本鎖（Ｈｉｓ）_６−タグドメインを得るため、Ｔａｑポリメラーゼ（キアゲン社、イギリス）を使用する別々の反応で、標準ＰＣＲを３０サイクル行った。生成したフラグメントを分析して、ゲル抽出キット（キアゲン社、イギリス）を使用して１％アガロースゲルから溶出した。アセンブリ用に、同量のＶ_Ｈ／Ｋ−リンカー及び二本鎖（Ｈｉｓ）_６−タグドメイン（全部で１０〜５０ｎｇ）を混合して、２．５μｌの１０×ＰＣＲバッファー（ＴａｑＤＮＡポリメラーゼと一緒に供給）、１μｌの２．５ｍＭ　ｄＮＴＰ、１Ｕ　ＴａｑＤＮＡポリメラーゼ及び最終量で２５μｌにするＨ_２Ｏを含むＰＣＲ混合物に添加した。８回の熱サイクル（９４℃で３０秒、５４℃で１分及び７２℃で１分）後、２μｌの混合物を、プライマーＴ７Ａｂ／バック及びＨｉｓ−タグ／フォアを使用して、５０μｌで３０サイクルの第二ＰＣＲにかけ、Ｖ_Ｈ／Ｋ−Ｈｉｓを生成した（図１０参照）。
【００２１】
一つの態様において、転写及び翻訳のためのグリッドの形には、好適なプレート（例えば、９６、３８４又は１５３６ウエルポリスチレンプレート）のマイクロウエルが含まれる。個々のＤＮＡ構造物（１μｇ）をウエルに分注し、それぞれには、ＰＣＲ　ＤＮＡ系用ウサギ網状赤血球ＴＮＴ　Ｔ７　Ｑｕｉｃｋ（プロメガ社）、ＴＮＴ連結コムギ胚芽抽出系（プロメガ社）又は大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）Ｓ３０抽出系等の無細胞の連結転写／翻訳系の少量（例えば１〜５０μｌ）が、メチオニン（０．０２ｍＭ）と一緒に含まれる。タンパク質を標識するため、^３５Ｓメチオニン又は他の標識アミノ酸を含めてもよい。プレートを３０℃で１時間インキュベートする。タンパク質が、一本鎖又は二本鎖のヘキサヒスチジンタグ又は特定のペプチドタグ配列等の固定化配列を含む場合、タンパク質を、ニッケルでコートした表面又はビーズに金属アフィニティーで、又はタグ配列に対する抗体のいずれかによって結合できる。従って、翻訳反応が起きるウエルを、ＨｉｓＳｏｒｂプレート及びストリップ（キアゲン社）等のＮｉ−ＮＴＡ（ニトリロ三酢酸）又は抗タグ抗体でプレコートすると、タンパク質は生成後直ちに表面に結合して、インサイツでアレイを生成するであろう。同様に、Ｎｉ−ＮＴＡでコートしたビーズの存在下では、タンパク質がビーズの表面に結合するようになるであろう。また、コートされていないウエルでＴＮＴ反応を行ってもよく、手動又は自動化手順で、翻訳混合物を、Ｎｉ−ＮＴＡでコートしたガラス、Ｎｉ−ＮＴＡでコートしたビーズ、ニトロセルロースやＰＶＤＦフィルター膜等の、別の固定化表面に移すことができる。非結合材料は、結合タンパク質を残したまま、洗い流される。
【００２２】
別の態様において、転写／翻訳反応を、他の表面、例えばガラス、膜又はアガロースの表面に分配した液滴で、行うことができる。蒸発を防ぐために液滴を油でカバーしてもよい。
タンパク質合成を固定化ＤＮＡで行う態様において、まず、ＤＮＡ構造物を表面に共有又は非共有で付着し、表面は、ポリスチレンマイクロウエル、変更を加えたガラス、膜、ビーズ、アガロース又は他の表面でよく、このようにして、タンパク質合成が起こり得る固定化ＤＮＡアレイを形成する。また、タンパク質を固定化するため、表面をＮｉ−ＮＴＡ又は抗タグ抗体のような固定化する試薬と連結して、表面を作る。次に、タンパク質合成反応をインサイツ、例えばマイクロウエルや、ガラス上のＤＮＡ位置の上に配置した無細胞系のマイクロ液滴等で行う。従って、この態様では、固定化ＤＮＡ配列が、インビトロの転写／翻訳を経由してタンパク質アレイに加工される。
【００２３】
アレイの品質の調整
翻訳されたタンパク質の存在を、組み込まれた放射標識を使用するか、又は全ての構造物に共有される確定したタグ配列に対する抗体によって示すことができる。この方法において、異なるウエル又はアレイ部位の内容物を、基準化することができる。タンパク質に好適な、特異的なリガンド結合又は酵素活性によって相関関係を示すことができる。
【００２４】
【実施例】
例１　インサイツでの抗体フラグメントの同時発現及び固定化による、機能的タンパク質アレイ成分の製造
インサイツでの機能的タンパク質アレイ成分の製造を証明するため、一本鎖ヒト抗プロゲステロン抗体Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメント（Ｐ５−１７）をコードする構造物を使用した（Ｈｅら、１９９９、Ｊ．　Ｉｍｍｕｎｏｌ．　Ｍｅｔｈｏｄｓ，　２３１：１０５）。タンパク質アレイの構造物を調製するため、Ｔ７プロモーター、発現シグナル及び二本鎖のヘキサヒスチジンタグをＰＣＲアセンブリによってこのフラグメントに組み込んだ。ＰＣＲフラグメント（０．５μｇ）を、２０μｌの連結した転写／翻訳「ＰＣＲ　ＤＮＡシステム用ＴＮＴ」（プロメガ（Ｐｒｏｍｅｇａ）社）と混合して全体量を２５μｌにし、混合物を、８ウエルＨｉｓＳｏｒｂストリップ（キアゲン（Ｑｉａｇｅｎ）社）のＮｉ−ＮＴＡコートウエルで３０℃で１時間インキュベートした。コントロールとして、非抗体ＰＣＲフラグメントを、同じ転写／翻訳及びインキュベーション条件で使用した。インキュベーション後、ストリップをＰＢＳ（リン酸緩衝食塩水）、０．０５％ツイーンで３回洗浄した。抗体フラグメントが発現してウエルの表面に固定化されたのを証明するため、ＨＲＰ（ホースラディッシュペルオキシダーゼ）−抗−ヒトκ抗体を使用した。固定化されたＰ５−１７の結合活性をテストするため、ウエルをビオチン標識プロゲステロン−ＢＳＡ（Ｐ−ＢＳＡ）で１時間インキュベートし、続いてＨＲＰ−ストレプトアビジンで、さらに１時間で検出した。ＨＲＰ活性を発色させ、その色をＥＬＩＳＡリーダーで４５０ｎｍで測定した。
この２つの成分アレイの実験の結果、抗体フラグメントは、インビトロでうまく発現し、ウエルの表面にインサイツで結合し（抗体κ結合陽性）、特定の抗原結合の判定基準によって機能的であったことが示された（図５）。この結果は、ＰＣＲ　ＤＮＡのインビトロの転写及び翻訳と、ウエル表面に生成物が同時に固定化されることによって、タンパク質の機能を保持しつつ、個々のタンパク質アレイ位置をマイクロウエルに作成できることを示す。
【００２５】
例２　インビトロでの発現、続いて別の表面への抗体フラグメントの固定化による、機能的タンパク質アレイ成分の製造
Ｐ５−１７構造物を、固定化リガンドでコートされていないマイクロウエルで、前述の条件を使用して、転写及び翻訳した。１時間後、ウエル内容物を（翻訳混合物）をＰＢＳで４倍希釈し、５０μｌをＨｉｓＳｏｒｂストリップのＮｉ−ＮＴＡウエルに移した。１時間後、ウエルを洗浄し、ビオチン標識プロゲステロン−ＢＳＡ、ＢＳＡ又はＣＥＡに暴露し、続いて１時間後ＨＲＰ−ストレプトアビジンで検出した。図６は、Ｐ５−１７タンパク質がうまく製造でき、個別ウエルで固定化されたことを、抗κ結合陽性によって示し、かつプロゲステロン−ＢＳＡに特異的であることを示す。従って、ＰＣＲ−生成ＤＮＡのインビトロの転写及び翻訳によって、タンパク質アレイ成分を生成でき、またタンパク質の機能を保持しつつ、固定化ウエルの表面に生成物を移すことができる。
【００２６】
例３　固定化がヘキサヒスチジンタグを要求する証明
非特異的タンパク質の局在を不可能にするため、抗プロゲステロンＤＢ３のマウス抗体Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントを、前述の２つの異なる構造物を使用して生成した。一つは、一本鎖のヘキサヒスチジンタグ配列を含めたのに対し、もう一つは、その配列を除いた。タンパク質合成をＨｉｓＳｏｒｂウエルで行った。 （Ｈｉｓ）_６−含有構造物だけが、ＨＲＰ−結合抗マウスκによって翻訳後に検出され、インサイツでの固定化はヘキサヒスチジン配列を要求することを示した。
【００２７】
例４　インサイツでのタンパク質アレイによるヒト一本鎖抗プロゲステロンＶ_Ｈ／Ｋ（Ｐ５−１７）の機能分析
フラグメントＰ５−１７をコードするＤＮＡ構造物をＰＣＲで生成した。構造物は、インビトロでのタンパク質合成のためのＴ７プロモーターとＫｏｚａｋ配列、タンパク質固定化のための二本鎖のＨｉｓ−タグ、及び有効なタンパク質生成のためのポリＡ及び転写終結領域を含む。タンパク質発現を、プロメガ社「ＰＣＲ’キット用ＴＮＴ　Ｑｕｉｃｋ」にＰＣＲ構造物を添加することにより行った。混合物を、Ｎｉ^＋−ＮＴＡコートプレート（キアゲン社）のそれぞれのウエルでインキュベートし、その結果タンパク質生成及びインサイツでの固定化が同時に行われた。各ウエルは２５μｌのＴＮＴ翻訳混合物を含み、この混合物を、３０℃で２〜３時間シェーキングしながらインキュベートした。ＰＢＳ−ツイーンで洗浄（３回）後、ウエルをビオチン標識プロゲステロン−ＢＳＡ（Ｐ−ＢＳＡ）又はＨＲＰ−結合ヒツジ抗ヒトκのいずれかで処理した。ビオチン標識された抗原の検出には、ＨＲＰ結合ストレプトアビジンを使用した。コントロールとして、ビオチン標識ＢＳＡ（ＢＳＡ）及び抗マウスκ（マウス）を使用した。図６は、ビオチン標識ＢＳＡが結合しなかったのに対し、ビオチン標識プロゲステロンＢＳＡを強く結合した（黄色）ことを示す。同様に、Ｐ５−１７の存在は、抗マウスκではなく抗ヒトκ（青）によってのみ検出された。従って、この実験は、「タンパク質インサイツアレイ」の形（ＰＩＳＡ）で、Ｐ５−１７フラグメントの機能的発現及び固定化を証明する。
【００２８】
例５　発現の定量的評価及びウエスタンブロッティングによる抗体のインサイツでの固定化
前述のようにして生成された抗体Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントを、マイクロウエルプレートに固定化する前又は後のいずれかで、ＳＤＳ−ＰＡＧＥで分析した。作られたフラグメントの量を評価するため、大腸菌から生成したＶ_Ｈ／Ｋの標準量をゲルに並行して流した。図７は、約１５０ｎｇのＶ_Ｈ／Ｋが、２５μｌのＴＮＴ混合物に産生され得たことを示す。インサイツでの固定化後、全Ｖ_Ｈ／Ｋの約５０％が上清に残り、この場合、３０％がプレートから溶出し、約５０ｎｇの結合を示した。
【００２９】
例６　機能的タンパク質インサイツアレイ（ＰＩＳＡ）による、ライブラリーからクローニングした抗体Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントのスクリーニング
ヒト抗プロゲステロンＶ_Ｈ／ＫフラグメントをコードするＤＮＡを有する、個々の大腸菌クローンからのＰＣＲ生成物を使用して、タンパク質インサイツアレイ手順によってアレイを確立した。クローンを、プロゲステロン−ＢＳＡ選択の前又は後のいずれかで、トランスジェニックマウスＶ_Ｈ／Ｋライブラリによる大腸菌形質転換によって得た（Ｈｅら、１９９９、Ｊ． Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ２３１：１０５）。図８において、１−５の番号をつけた選択前クローン（上）及びＰ５−８、１０、１６、１７の標識された選択後クローンで、アレイ成分をデュプリケートで並べた。アレイを、ビオチン標識プロゲステロン−ＢＳＡに続いてＨＲＰ結合ストレプトアビジン（左）、又はＨＲＰ結合ヒツジ抗ヒトκ（右）のいずれかで発色させた。アレイは、抗原選択後の４つのクローンが抗原結合後陽性であったのに対し、選択前のクローンは陰性であり、結果は、大腸菌の発現によって独立して確認された。抗κ検出によって、Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントが発現されて、全てのクローンにおいて固定化されたことが示された。
【００３０】
例７　連結した発現及びマグネチックビーズでのルシフェラーゼの固定化
ＰＩＳＡ手順を使用してマグネチックビーズの固体表面に固定化した機能的酵素を生成するのに、ルシフェラーゼを選択した。Ｃ末端二本鎖Ｈｉｓ−タグ（Ｌｕｃｉ−Ｈｉｓ）を有するルシフェラーゼをコードする構造物を、Ｖ_Ｈ／Ｋで述べたＰＣＲで生成した。また、コントロールとして、Ｈｉｓ−タグドメインを欠くルシフェラーゼＤＮＡ（Ｌｕｃｉ）をＰＣＲ生成した。ルシフェラーゼＤＮＡのＰＣＲ生成用プライマーは、以下の通りであった。
【００３１】
【化３】

【００３２】
Ｔ７プロモーター及びＫｏｚａｋシグナルは、下線部である。イタリック体は、ルシフェラーゼの５’領域に相補的な配列を示す。ＡＴＧは、開始コドンである。
Ｌｕｃｉ−リンカー／フォア： ＧＣＣ ＡＣＣ ＧＣＣ ＴＣＴ ＡＧＡ ＧＣＧ ＣＡＡ ＴＴＴ ＧＧＡ ＣＴＴ ＴＣＣ ＧＣＣ ［配列ＩＤ番号１０］。下線部の配列は、二本鎖（Ｈｉｓ）_６−タグドメインの生成に使用されるリンカー−タグ／バックプライマー（前記参照）と部分的に一致する。
Ｎｉ−ＮＴＡコートマグネチックビーズの存在下で無細胞発現後、後者を翻訳混合物から分離し、洗浄した。翻訳混合物上清中のフリーのルシフェラーゼ活性、ビーズに固定化されたルシフェラーゼ活性を、照度計を使用して測定した（図１１）。Ｈｉｓ−タグドメインを欠くルシフェラーゼ構造物は、翻訳混合物中でのみ活性を生じたが、Ｌｕｃｉ−Ｈｉｓは混合物又はビーズの両方で活性を起こし、二本鎖Ｈｉｓタグドメインを通して機能的ルシフェラーゼの成功した固定化が示された。
【００３３】
例８　固定化ＤＮＡからのタンパク質インサイツアレイ（ＰＩＳＡ）成分の生成
この例では、ＰＣＲ　ＤＮＡをマグネチックビーズに固定化し、テンプレートとして使用して、Ｎｉ−ＮＴＡ連結したウエル又はマグネチックアガロースビーズの表面にインサイツで固定化される、Ｈｉｓ−タグ付着したタンパク質を生成した。ヒト抗プロゲステロンＶ_Ｈ／ＫフラグメントＰ５−１７又はルシフェラーゼをコードするＰＣＲ　ＤＮＡフラグメントをビオチンで標識した３’プライマーを使用してビオチン標識した。ビオチン標識ＰＣＲフラグメントをストレプトアビジン結合マグネチックビーズ（プロメガ社）と混合して、３０分間室温で穏やかに回転しながらインキュベートして、ビーズへの連結を行った。ＤＮＡ連結ビースを集めて０．５ｍｌリン酸バッファー食塩水（ＰＢＳ）で３回洗浄した。
Ｎｉ−ＮＴＡコートウエル表面に、ＰＩＳＡでＰ５−１７Ｖ_Ｈ／Ｋのアレイ成分を作るため、０．０２ｍＭメチオニン及び０．５ｍＭ　Ｍｇアセテートを含むＴＮＴ混合物２５μｌをＰ５−１７ＤＮＡ連結ビーズ（前述）と混合し、その混合物をＮｉ−ＮＴＡコートプレート（Ｎｉ−ＮＴＡ　ＨｉｓＳｏｒｂストリップ、キアゲン社）のウエルに添加した。シェーキングしながら２時間インキュベーション後、プレートを１００μｌ洗浄バッファー（５０ｍＭＮａＨ_２ＰＯ_４、３００ｍＭＮａＣｌ、２０ｍＭイミダゾール、ｐＨ８．０）で洗浄し、続いて１００μｌのリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）で最終洗浄した。ウエルを、ビオチン標識プロゲステロンＢＳＡ又はＨＲＰ結合抗ヒトκ鎖のいずれかで探索した。ＰＣＲコートビーズ無しのＴＮＴ混合物をコントロールとして使用した。図１２（ａ）は、陰性コントロール（ＤＮＡ連結ビーズ無のＴＮＴ混合物）には結合活性が検出されなかったが、Ｐ５−１７ＤＮＡ連結ビーズでインキュベートしたウエルは、抗原、ビオチン標識プロゲステロンＢＳＡ、及びＨＲＰ連結ストレプトアビジン、又はＨＲＰ結合抗ヒトκ鎖のいずれかを使用して陽性シグナルを発生した。
【００３４】
Ｎｉ−ＮＴＡコートアガロースビーズの表面に、ＰＩＳＡでルシフェラーゼのアレイ成分を作るため、０．０２ｍＭメチオニン及び０．５ｍＭ　Ｍｇアセテートを含むＴＮＴ混合物２５μｌを、ルシフェラーゼＤＮＡ連結ビーズ及びＮｉ−ＮＴＡコートビーズ（キアゲン社）の混合物に添加した。この混合物を穏やかにシェーキングしながら２時間、３０℃でインキュベートした。ビーズを前述のように洗浄し、照度計でルシフェラーゼ活性を測定した。ルシフェラーゼＤＮＡコートビーズを含むが、Ｎｉ−ＮＴＡコートビーズを含まないＴＮＴ混合物を、コントロールとして使用した。図１２（ｂ）は、ＤＮＡ連結及びＮｉ−ＮＴＡコートビーズを含むＴＮＴ反応混合物からの上清及びビーズは、ルシフェラーゼ活性を生じたが、Ｎｉ−ＮＴＡビーズを欠くコントロール混合物では、酵素活性が上清のみで検出されたことを示す。
これらの実験は、インビトロでの合成によって、固定化ＤＮＡから固定化されたタンパク質を生成する可能性を示す（ＰＩＳＡ方法）。これは、ＤＮＡアレイをタンパク質アレイに変えるのに使用できよう。
【００３５】
例９　Ｎｉ−ＮＴＡウエル及びマグネチックビーズにタンパク質インサイツアレイ（ＰＩＳＡ）を製造するためのタイムコース
Ｎｉ−ＮＴＡコートウエルの上にインビトロで合成されたタンパク質を固定化するための適切な時間を測定するため、Ｐ５−１７Ｖ_Ｈ／Ｋ　ＤＮＡを含むＮＴＮ混合物１００μｌを２５μｌのアリコートに細分し、４つのＮｉ−ＮＴＡコートウエルに添加した。混合物を３０℃で、それぞれ１、２、４及び７時間インキュベートした。洗浄後、ＨＲＰ結合抗ヒトκを固定化Ｐ５−１７抗体フラグメントを検出するのに使用した（図１３ａ）。２時間のインキュベーションが最も高いＶ_Ｈ／Ｋ固定化レベルを示した。
Ｎｉ−ＮＴＡ連結マグネチックビーズの上にインビトロ合成タンパク質を固定化するための適切な時間を測定するため、ルシフェラーゼＤＮＡを含むＴＮＴ混合物１００μｌを２５μｌのアリコートに細分し、Ｎｉ−ＮＴＡコートビーズに添加した。混合物を、３０℃で１、２、４及び７時間インキュベートした。洗浄後、ルシフェラーゼ活性を照度計で測定した（図１３ｂ）。これは、フリーと固定化されたルシフェラーゼ活性の両方が２時間で活性でピークに達し、フリーのルシフェラーゼは２時間後有意に減少したことを示した。
【００３６】
例１０　無細胞合成後のＨｉｓ−タグ付着したＰ５−１７Ｖ_Ｈ／Ｋの固定化及び連続希釈でのＮｉ−ＮＴＡコートウエルへの移転
Ｈｉｓ−タグ標識したＰ５−１７Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントを、５０μｌのウサギ網状赤血球ライセートで発現した。連続２倍希釈後、２５μｌを個々のＮｉ−ＮＴＡコートウエルにデュプリケートで添加した。３０℃で２時間インキュベーション後、ウエルを洗浄し、Ｐ５−１７の固定化をＨＲＰ連結抗ヒトκ鎖を使用して検出した（図１４）。結果は、４倍希釈までウエル表面でＶ_Ｈ／Ｋが検出できたことを示す。
【００３７】
例１１　ウエスタンブロッティングによるＮｉ−ＮＴＡコートビーズ上へのタンパク質固定化の分析
Ｎｉ−ＮＴＡコートビーズの上へのタンパク質固定化の効率を評価するため、ウエスタンブロッティングを適用した。Ｐ５−１７ヒト抗プロゲステロンＶ_Ｈ／Ｋ及びルシフェラーゼの両方を、ＰＩＳＡ手順を使用してＮｉ−ＮＴＡコートビーズの上に固定化した。次に、ＰＡＧＥに流す前に、ビーズをＳＤＳサンプルバッファー中で沸騰させ、ビーズ除去後、ＴＮＴ混合物に残っている上清タンパク質と共に並行して流した。ウエスタンブロッティング後、移転したタンパク質をＨＲＰ結合抗（Ｈｉｓ）_６抗体で検出し、デンシトメトリーで定量した。結果は、翻訳されたタンパク質の４０〜５０％がＮｉ−ＮＴＡコートビーズから溶出されたことを示す（図１５、矢印）（Ｎｉ−ＮＴＡコートウエルを使用した同様の結果を参照、例５）。
【００３８】
例１２　貯蔵後のルシフェラーゼ固定化ビーズの再使用
ＰＩＳＡ手順によって固定化された配列したタンパク質を再アッセイできるかどうかをテストするため、ルシフェラーゼ固定化ビーズを例７と同様にして生成し、上清中のフリー及びビーズに固定化したルシフェラーゼ活性を同時に分析した。第一測定後、ビーズを洗浄バッファーで３回、ＰＢＳで２回洗浄した。ビーズを５０μｌＰＢＳで再懸濁し、１週間、−２０℃で貯蔵した。また、上清を同じ期間、−２０℃で貯蔵した。洗浄液及びサンプルの貯蔵を含むルシフェラーゼ活性の第二及び第三測定を第一測定と同様に行った。図１６は、ＰＩＳＡ固定化ルシフェラーゼを２回再アッセイでき、陽性の結果であったことを示す。
【００３９】
例１３　原核細胞及び真核細胞発現の両方における共通配列の有効性
設計されたＰＩＳＡ構造物には、原核細胞及び真核細胞系の両方でタンパク質翻訳開始のための新規な共通配列が含まれる（図２）。その有効性を確認するため、共通開始配列を含むルシフェラーゼ構造物を連結したウサギ網状赤血球ライセート及び連結した大腸菌Ｓ３０系の両方でタンパク質発現をテストした。図１７は、この配列が両方の系で機能的ルシフェラーゼの製造が可能であることを示す。また、比較によって、真核細胞系における定型的な配列と同等の有効性でルシフェラーゼを生成したことが示された（図１７ａ）。
Ｅ：真核細胞開始配列単独。
ＰＥ：原核細胞及び真核細胞開始配列との組み合わせ（新規）。
【００４０】
例１４　リボソームディスプレイ及びＰＩＳＡの組み合わせによるタンパク質―タンパク質相互反応の証明：Ｇｒｂ２のＶａｖ／Ｎ−ＳＨ３との相互作用
シグナル伝達タンパク質Ｖａｖ及びＧｒｂ２の相互作用（Ｙｅ及びＢａｌｔｉｍｏｒｅ（１９９４）ＰＮＡＳ　９１：１２６２９−１２６３３）をモデルとして選択し、リボゾームディスプレイ及びＰＩＳＡタンパク質アレイの組み合わせを通してタンパク質−タンパク質相互作用を証明した。未処理の哺乳類の造血細胞において、Ｖａｖはアダプター分子Ｇｒｂ２に結合し、Ｒａｓアクチベーションを経由してシグナル伝達を開始する。Ｖａｖは、Ｓｒｃ相同性２及び３ドメイン（ＳＨ２、ＳＨ３）を（Ｎ−ＳＨ３）−ＳＨ２−（Ｃ−ＳＨ３）の順で含む。まず、Ｇｒｂ２との相互作用を酵母ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄスクリーニングによって同定し、引き続いてフィルター結合アッセイによってＶａｖのＮ−ＳＨ３ドメインとＧｒｂ２のＣ−ＳＨ３ドメインの間に高い特異性結合を伴うことが示された（Ｙｅ及びＢａｌｔｉｍｏｒｅ、１９９４）。Ｇｒｂ２　Ｃ−ＳＨ３ドメインは、ＶａｖのＮ−ＳＨ３のドメインと結合するが、Ｖａｖ／ＳＨ２−（Ｃ−ＳＨ３）ドメインとは結合しない。また、Ｙｅ及びＢａｌｔｉｍｏｒｅは、Ｖａｖとの相互作用を検出するため、グルタチオン複合アガロースビーズに連結したＧＳＴ−Ｇｒｂ２を調製し、ビーズの完全長Ｇｒｂ２が細胞ライセートから完全長Ｖａｖを沈澱させたことを示した。
我々は、Ｍａｒｔｉｎ　Ｔｕｒｎｅｒ博士（Ｂａｂｒａｈａｍ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）によって提供されたプラスミドから、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３フラグメント（Ｎ末端ＳＨ３ドメインを含む）、Ｖａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３（ＳＨ２ドメイン及び結合Ｃ末端ＳＨ３ドメインを含む）及びＰＣＲによる完全長Ｇｒｂ２に対するＤＮＡを、これらに対応するＤＮＡ配列に基づくプライマーを用いて生成した。リボソームディスプレイのための構造物に、ヒトＣκドメインを、タンパク質のＣ末端で組み入れ、一方タンパク質アレイ（ＰＩＳＡ）フォーマットのための構造物に、二本鎖（Ｈｉｓ）_６ドメインをＣ末端（Ｃκドメインなし）に加えた。
【００４１】
Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３リボソームディスプレイのＰＩＳＡ産生Ｇｒｂ２との相互作用
Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３及びＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３タンパク質のリボソームディスプレイは、真核細胞の方法によった（Ｈｅ及びＴａｕｓｓｉｎｇ（１９９７）Ｎｕｃｌ．　Ａｃｉｄｓ　Ｒｅｓ．　２５：５１３２）。ＰＩＳＡ−固定化完全長Ｇｒｂ２を、ここで述べた無細胞合成によってＮｉ−ＮＴＡコートビーズに生成した。Ｇｒｂ２ビーズを、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３、Ｖａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３又はＶａｖ／Ｎ−ＳＨ３：Ｖａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３の１：１の混合物を示すリボソームとそれぞれ混合した。相互作用を２時間氷上で行い、Ｇｒｂ２ビーズと相互作用するリボソーム複合体を磁力選鉱機（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）で単離した。ビーズを５０μｌ洗浄バッファー（ＰＢＳ、０．１％ＢＳＡ、０．０５％ツイーン、５ｍＭ　Ｍｇアセテート）で３回洗浄後、続いて水で２回洗浄し、ビーズを、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３及びＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３構造物の両方の一般的なプライマー（Ｔ７Ａ１及びｅｖｏｌ４）を使用してＲＴ−ＰＣＲにかけた。図１８は、Ｖａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３をコードするＤＮＡは検出されなかったが、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３は、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３及び１：１の混合物の両方から効率的に回収され、結果はＧｒｂ２及びＶａｖ／Ｎ−ＳＨ３間の報告された相互作用と一致する。
【００４２】
Ｇｒｂ２リボソームディスプレイ複合体とＰＩＳＡ産生Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３との相互作用
前記で認められた相互作用を確認するため、タンパク質のディスプレイされたフォーマットを逆転し、即ち、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３及びＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３をＰＩＳＡ固定化タンパク質としてマグネチックビーズに発現させ、Ｇｒｂ２をリボソームディスプレイ複合体の形にした。相互作用の条件と洗浄は前述の通りであった。図１９は、Ｇｒｂ２　ＤＮＡのＲＴ−ＰＣＲ回収率が、Ｖａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３ビーズからよりもＶａｖ／Ｎ−ＳＨ３ビーズからの方がずっと強かったことを示す。これによって、Ｇｒｂ２及びＶａｖ／Ｎ−ＳＨ３間の特異的な相互作用が再び確認された。
【００４３】
リボソームディスプレイライブラリーからの相互作用分子の選択
相互作用分子がリボソームディスプレイライブラリーから選択できるかをテストするため、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３及びＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３を１：１、１：２及び１：５の比で含むリボソーム複合体の混合物を生成して、ＰＩＳＡ産生Ｇｒｂ２ビーズと反応させた。相互作用の条件とそれに続く洗浄は、前述の（ａ）のとおりであった。選択された相互作用分子をコードするＤＮＡをＲＴ−ＰＣＲによって再生した。また、比較として、未選択のリボソームディスプレイライブラリーをＤＮＡ再生と同じプライマーを使用してＲＴ−ＰＣＲにかけた。図２０は、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３とＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３の両方とも、もとのライブラリーからのＲＴ−ＰＣＲによって比例的に増幅されたのに対し、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３のみは、異なる比のライブラリー混合物とＧｒｂ２結合ビーズとの相互作用の後で、明らかに再生されたことを示し、相互作用分子Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３の選択を示した。
これらの実験は、リボソームディスプレイ及びＰＩＳＡを組み合わせた使用によって、タンパク質−タンパク質相互作用を検出でき、相互作用するパートナーにおけるＤＮＡの再生と同定を可能にすることを示す。それによって、新規の相互作用の発見において、ＰＩＳＡタンパク質アレイに対するリボソームディスプレイライブラリーのスクリーニングが可能になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
インビトロの発現とタンパク質固定化のためのＤＮＡ構造物の図である。
【図２（ａ）】
真核細胞発現のための上流配列成分［配列ＩＤ番号１１］であり、Ｔ７プロモーター（イタリック体）及びＫｏｚａｋ（イタリック体）配列を示す。
【図２（ｂ）】
原核細胞及び真核細胞発現の両方における上流配列成分［配列ＩＤ番号１２］であり、Ｔ７プロモーター（イタリック体）、シャイン・ダルガルノ（Ｓ／Ｄ）配列（下線部）及びＫｏｚａｋ（イタリック体）配列を示す。
【図３】
ヘキサヒスチジン及びフレキシブルリンカーのＤＮＡ及びタンパク質配列である。
［配列ＩＤ番号：
図３ａは、配列ＩＤ番号１３（ＤＮＡ）及び１４（タンパク質）である。
図３ｂは、配列ＩＤ番号１５（ＤＮＡ）及び１６（タンパク質）である。
図３ｃは、配列ＩＤ番号１７（ＤＮＡ）及び１８（タンパク質）である。
図３ｄは、配列ＩＤ番号１９（ＤＮＡ）及び２０（タンパク質）である。］
【図４】
インビトロの発現の前に固定化するためのＤＮＡ構造物の図である。
【図５】
インビトロでのＤＮＡの転写及び翻訳後のインサイツでの機能的タンパク質アレイ成分の構造物である。
Ｐ５−１７タンパク質又はコントロールタンパク質を、インビトロでそれぞれ３デュプリケートウエルでＰＣＲ　ＤＮＡから合成し、二本鎖ヘキサヒスチジンタグを介してＨｉｓＳｏｒｂウエルのＮｉ−ＮＴＡ表面にインサイツで固定化した。
１：ビオチン標識プロゲステロンＢＳＡの結合、その後ＨＰＲストレプトアビジン検出。
２：ＨＲＰ抗ヒトκ抗体の結合。
３：ＨＲＰストレプトアビジンの結合。
【図６】
インビトロでのＤＮＡの転写および翻訳後、第二表面へのタンパク質の移転による機能的タンパク質アレイ成分の構築
二本鎖ヘキサヒスチジンタグを有するＰ５−１７タンパク質又はコントロールタンパク質を、コートしていないポリスチレンウエルで、インビトロでＰＣＲ　ＤＮＡから合成して、Ｎｉ−ＮＴＡでコートしたＨｉｓＳｏｒｂウエルに移した。特異的結合を、ビオチン標識プロゲステロンウシ血清アルブミン（^＊Ｐ−ＢＳＡ）、ビオチン標識ＢＳＡ（^＊ＢＳＡ）、又はビオチン標識癌胎児性抗原（^＊ＣＥＡ）で、続いてＨＲＰストレプトアビジン検出で、検出した。タンパク質の発現を、ＨＲＰ抗ヒトκ抗体で検出した。
【図７】
ヒト一本鎖抗プロゲステロンＶ_Ｈ／Ｋ（Ｐ５−１７）のタンパク質インサイツアレイ（ＰＩＳＡ）である。（説明については例４、結果を参照されたい。）ｙは黄色、ｂは青である。
【図８】
タンパク質インサイツアレイ（ＰＩＳＡ）：ヒトＶ_Ｈ／Ｋ抗体フラグメントの発現及び固定化のウエスタンブロット定量である。Ｃは、ＴＮＴコントロール、Ｔは、全部、Ｕは、非結合フラクション、Ｐは、ＰＩＳＡ結合フラクション（溶出）を示す。
【図９】
ＡＲＭディスプレイの選択前後のトランスジェニックライブラリーからの複製ヒトＶ_Ｈ／Ｋフラグメントのタンパク質インサイツアレイ（ＰＩＳＡ）アッセイである。
【図１０】
例として一本鎖抗体Ｖ_Ｈ／Ｋフラグメントを使用した、ＰＩＳＡのためのインビトロタンパク質合成に好適なＤＮＡの組み立ての説明図である。
【図１１】
照度計によるフリー及びＰＩＳＡ固定化されたルシフェラーゼの機能的アッセイである。上清：ＮｉＮＴＡマグネチックアガロースビーズとのインキュベーション後のＴＮＴ混合物である。ＮＣ：ＰＣＲ　ＤＮＡを欠くＴＮＴ混合物コントロールである。Ｌｕｃｉ：二本鎖ＨｉｓタグドメインなしのルシフェラーゼをコードするＰＣＲ構造物を含むＴＮＴ混合物である。Ｌｕｃｉ−Ｈｉｓ：二本鎖Ｈｉｓタグドメインと融着したルシフェラーゼをコードするＰＣＲ構造物を含むＴＮＴ混合物である。
【図１２】
固定化ＰＣＲ　ＤＮＡを使用したタンパク質アレイ成分の産生である。
Ｐ５−１７ヒト抗体プロゲステロンＶ_Ｈ／Ｋフラグメントを、Ｐ５−１７　ＤＮＡ連結ビーズからのＴＮＴ無細胞合成後、Ｎｉ−ＮＴＡコートウエルに固定化した（ｉｍｍＰ５−１７）。コントロール：ＤＮＡ連結ビーズを省略した。
ルシフェラーゼを、ルシフェラーゼＤＮＡ連結ビーズからＴＮＴ無細胞合成した後、Ｎｉ−ＮＴＡビーズに固定化した（ＴＮＴ＋ＤＮＡ−ビーズ＋Ｎｉ−ビーズ）。コントロール：Ｎｉ−ＮＴＡビーズ単独；ＴＮＴ＋ＤＮＡ連結ビーズのみ。
【図１３】
ＴＮＴによる無細胞タンパク質合成と、Ｎｉ−ＮＴＡコートウエル及びマグネチックビーズにインサイツで固定化するタイムコースである。
【図１４】
無細胞合成、連続希釈、及びＮｉ−ＮＴＡコートウエルへの移動後のＰ５−１７Ｖ_Ｈ／Ｋ固定化である。Ｖ_Ｈ／Ｋを、ＨＲＰ結合抗κ抗体で検出した。
【図１５】
無細胞転写／翻訳（ＰＩＳＡ法）後、Ｎｉ−ＮＴＡコートビーズ上へインサイツで固定化されたタンパク質のウエスタンブロッティング分析である。
Ｓ：ビーズ除去後の上清中のフリータンパク質、Ｂ：ビーズから溶出されたタンパク質である。（ａ）Ｐ５−１７Ｖ_Ｈ／Ｋ、（ｂ）ルシフェラーゼである。
【図１６】
ビーズのＰＩＳＡ固定化ルシフェラーゼの繰り返しアッセイである。
Ｎｉ−ＮＴＡコートマグネチックビーズのＰＩＳＡ固定化ルシフェラーゼを照度計でアッセイした。ビーズを、各使用後洗浄して、第一及び第二アッセイの間に、−２０℃で１週間貯蔵し、第二及び第三のアッセイを行った。上清を同様に貯蔵した。
【図１７】
原核細胞及び真核細胞発現の両方での共通翻訳開始配列の有効性である。
（ａ）連結されたウサギ網状赤血球系での発現
（ｂ）連結された大腸菌Ｓ３０系での発現
ルシフェラーゼ発現を、照度計でアッセイした。
ＮＣ：ＤＮＡなしの無細胞ＴＮＴ混合物
Ｅ：原核細胞配列単独を含むＤＮＡ構造物
ＰＥ：共通配列を含むＤＮＡ構造物
【図１８】
Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３リボソームディスプレイ複合体のＰＩＳＡ固定化Ｇｒｂ２との相互作用。
印のついたレーンは、
ＮＣ：ＲＴ−ＰＣＲ用溶液コントロール、
１．Ｇｒｂ２ビーズと相互作用したＶａｖ／Ｎ−ＳＨ３リボソーム複合体、
２．Ｇｒｂ２ビーズと相互作用したＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３リボソーム複合体、
３．Ｇｒｂ２ビーズと相互作用した、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３及びＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３　ＤＮＡの１：１混合物から発現したリボソーム複合体、
である。
【図１９】
リボソームディスプレイ複合体Ｇｒｂ２のＰＩＳＡ固定化Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３との相互作用。
印のついたレーンは、
１．Ｖａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３ビーズと相互作用したＧｒｂ２リボソーム複合体。
２．Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３ビーズと相互作用したＧｒｂ２リボソーム複合体。
【図２０】
ライブラリー混合物からのタンパク質―タンパク質相互作用の選択。
リボソーム複合体ライブラリーは、印がつけられたように、Ｖａｖ／Ｎ−ＳＨ３及びＶａｖ／ＳＨ２−Ｃ−ＳＨ３の比が１：１、１：２及び１：５の混合物であった。
ゲル（Ａ）：Ｇｒｂ２ビーズとの混合物の相互作用後のＲＴ−ＰＣＲの結果
ゲル（Ｂ）：出発混合物のＲＴ−ＰＣＲ

Claims (29)

1. 個々のタンパク質、ドメイン又はペプチドを生成するインビトロでの無細胞系によって、ＤＮＡの転写及び翻訳又はｍＲＮＡの翻訳で作られるタンパク質アレイであって、前記タンパク質、ドメイン又はペプチドが、グリッドの形に配置されていることを特徴とする、タンパク質アレイ。
2. 個々のタンパク質、ドメイン又はペプチドを生成するインビトロでの無細胞系によって、ＤＮＡの転写及び翻訳又はｍＲＮＡの翻訳で作られるタンパク質アレイであって、前記タンパク質、ドメイン又はペプチドが、表面又はビーズに共有又は非共有結合できるアミノ酸配列を含み、前記タンパク質が、前記表面上の適切なリガンド又は試薬と相互作用した後にグリッドの形に配列され得ることを特徴とする、タンパク質アレイ。
3. 前記タンパク質、ドメイン又はペプチドが、ニッケル等の金属イオンとの相互作用を通じた固定化のための、一本鎖又は二本鎖のヘキサヒスチジン配列を含む、請求項２記載のタンパク質アレイ。
4. 前記タンパク質、ドメイン又はペプチドが、ペプチド配列又は他の変形物と相互作用する抗体又は他の試薬による認識を通じて固定化するための、特異的な前記ペプチド配列又は他の変形を含む、請求項２記載のタンパク質アレイ。
5. 表面上にグリッドの形で、又は前記タンパク質を固定化するためのリガンド又は試薬を担持するビーズの存在下で、前記ＤＮＡ分子が転写又は翻訳のために配置されており、又は前記ｍＲＮＡ分子が翻訳のために配置されており、個々のタンパク質が生成すると、前記表面又はビーズに付着する、請求項２〜４のいずれか１項記載のタンパク質アレイ。
6. グリッドの形に配置された表面又はビーズに分布して共有又は非共有結合された、ＤＮＡ分子の転写及び翻訳による請求項２記載のタンパク質アレイであって、前記表面又はビーズが、請求項３又は４記載のタンパク質を固定化するリガンド又は試薬を更に担持し、個々のタンパク質が生成すると、表面又はビーズに付着する、タンパク質アレイ。
7. グリッドの形に配置された表面又はビーズに分布して共有又は非共有結合された、ｍＲＮＡ分子の翻訳による請求項２記載のタンパク質アレイであって、前記表面又はビーズが、請求項３又は４記載のタンパク質を固定化するリガンド又は試薬を更に担持し、個々のタンパク質が生成すると、表面又はビーズに付着する、タンパク質アレイ。
8. 前記ＤＮＡが、ゲノムＤＮＡ、クローン化されたＤＮＡフラグメント、ｃＤＮＡ又は他のＤＮＡテンプレート源からＰＣＲによって、又はｍＲＮＡからＲＴ−ＰＣＲによって生成される、請求項１〜７のいずれか１項記載のタンパク質アレイ。
9. 前記転写及び翻訳のためのＤＮＡが、クローン化されたプラスミドＤＮＡである、請求項１〜８のいずれか１項記載のタンパク質アレイ。
10. 適切なプライマー配列を含有する結果、原核又は真核無細胞系のいずれか又は両方で発現され得るＤＮＡ構造物から作られることを特徴とする、タンパク質アレイ。
11. ＤＮＡの結合された転写及び翻訳を実施できるか、又は別々のＤＮＡの転写及びｍＲＮＡの翻訳ができる、無細胞系を使用する請求項１〜１０のいずれか１項記載のタンパク質アレイであって、前記無細胞系が、ウサギ網状赤血球、コムギ胚芽、酵母、細菌又は真核若しくは原核細胞起源である、タンパク質アレイ。
12. 前記ＤＮＡの転写及びｍＲＮＡの翻訳が、別々の反応として行われる、請求項１〜１１のいずれか１項記載のタンパク質アレイ。
13. 前記ＤＮＡの連結された転写／翻訳、又は前記ｍＲＮＡの別個の翻訳が、マイクロウエル内で、又はガラス、ニトロセルロース若しくは他の膜の表面上で、又は他の支持媒体で、又はビーズ存在下で行われる、請求項１〜１２のいずれか１項記載のタンパク質アレイ。
14. インビトロでのＤＮＡの転写及び翻訳、又はｍＲＮＡの別個の翻訳による請求項１〜１３記載のタンパク質アレイであって、前記生成されたタンパク質が、他の表面又はビーズにグリッドの形で移転されて、そこで、溶解状態で結合し又は保持されることを特徴とする、タンパク質アレイ。
15. 前記配列されたタンパク質と、抗体、他のタンパク質又はドメイン、ペプチド、小さいリガンド、細胞抽出物、核酸等を含む他の分子との相互作用を同定する、請求項１〜１４の記載のタンパク質アレイの使用。
16. 前記配列されたタンパク質とが、ファージディスプレイ又はリボソームディスプレイライブラリー等のライブラリーにディスプレイされた他の分子との相互作用を同定する、請求項１〜１５のいずれか１項記載のタンパク質アレイの使用。
17. 細胞タンパク質発現のプロフィールを研究する、請求項１〜１６のいずれか１項記載のタンパク質アレイの使用。
18. 細胞タンパク質の翻訳後の変更を研究する、請求項１〜１７のいずれか１項記載のタンパク質アレイの使用。
19. 前記配列されたタンパク質が、一本鎖抗体フラグメントである、請求項１〜１８のいずれか１項記載のタンパク質アレイ。
20. 前記配列されたタンパク質が、タンパク質の天然の機能を保持し、かつ示す、請求項１〜１９のいずれか１項記載のタンパク質アレイ。
21. （ａ）無細胞系によって転写及び翻訳できる配列を含むＤＮＡ構造物を調製し、
    （ｂ）前記個々のＤＮＡ構造物を、無細胞系を使用して、インビトロで転写及び翻訳し、及び
    （ｃ）生成したタンパク質、ドメイン又はペプチドを、表面又は溶解状態でグリッドの形に配置して、タンパク質アレイを作る、
    ことを特徴とする、タンパク質アレイを製造する方法。
22. （ａ）無細胞系によって転写及び翻訳できる配列を含むＤＮＡ構造物を調製し、
    （ｂ）前記ＤＮＡ構造物を、それぞれ独立して、表面に固定化し、
    （ｃ）前記個々のＤＮＡ構造物を、無細胞系を使用して、インビトロで転写及び翻訳し、及び
    （ｄ）生成したタンパク質、ドメイン又はペプチドを、表面又は溶解状態でグリッドの形に配置して、タンパク質アレイを作る、
    ことを特徴とする、タンパク質アレイを製造する方法。
23. （ａ）無細胞系によって転写及び翻訳できる配列と、コードされるタンパク質、ドメイン又はペプチドを表面又はビーズに共有又は非共有結合で付着できる配列を含むＤＮＡ構造物を調製し、
    （ｂ）前記ＤＮＡ構造物を、グリッドの形に配置し、
    （ｃ）前記ＤＮＡ構造物を、無細胞系を使用して、転写及び翻訳し、及び
    （ｄ）生成したタンパク質、ドメイン又はペプチドを、特定のペプチド配列によって固定化されたウエル、表面又はビーズに、グリッドの形で移転して、タンパク質アレイを作る、
    ことを特徴とする、タンパク質アレイを製造する方法。
24. （ａ）無細胞系によって転写及び翻訳できる配列と、コードされるタンパク質、ドメイン又はペプチドを表面又はビーズに共有又は非共有結合で付着できる配列とを含むＤＮＡ構造物を調製し、
    （ｂ）前記ＤＮＡ構造物を、グリッドの形に配置して、ウエル、表面又はビーズに、共有又は非共有結合のいずれかで固定化し、
    （ｃ）前記ＤＮＡ構造物を、無細胞系を使用して転写及び翻訳し、及び
    （ｄ） 生成したタンパク質、ドメイン又はペプチドを、特定のペプチド配列によって固定化されたウエル、表面又はビーズに、グリッドの形で移転して、タンパク質アレイを作る、
    ことを特徴とする、タンパク質アレイを製造する方法。
25. （ａ）無細胞系によって転写及び翻訳できる配列と、コードされるタンパク質、ドメイン又はペプチドを表面又はビーズに共有又は非共有結合で付着できる配列とを含んでＤＮＡ構造物を調製し、
    （ｂ）前記ＤＮＡを、タンパク質を固定化するためのリガンド又は試薬を担持するウエル中に、表面上に、又はビーズの存在下で、グリッドの形に分布させ、
    （ｃ）前記ＤＮＡを、無細胞系を使用して、グリッドの形で転写及び翻訳し、及び
    （ｄ）生成したタンパク質、ドメイン又はペプチドを生成すると、前記ウエル、表面又はビーズに付着して、タンパク質アレイを作る、
    ことを特徴とする、タンパク質アレイを製造する方法。
26. （ａ）無細胞系によって転写及び翻訳できる配列と、コードされたタンパク質、ドメイン又はペプチドを、表面又はビーズに共有又は非共有結合で付着できる配列とを含んでＤＮＡ構造物を調製し、
    （ｂ）前記ＤＮＡを、グリッドの形に配置し、かつタンパク質を固定化するためのリガンド又は試薬を担持するウエル中に、表面又はビーズ上に共有又は非共有結合のいずれかで固定化し、
    （ｃ）前記ＤＮＡを、無細胞系を使用して、グリッドの形で転写又は翻訳し、及び
    （ｄ）タンパク質、ドメイン又はペプチドを生成すると、前記ウエル、表面又はビーズに付着して、タンパク質アレイを作る、
    ことを特徴とする、タンパク質アレイを製造する方法。
27. 前記ＤＮＡを、ｍＲＮＡに転写し、かつ該ｍＲＮＡを、別の反応で翻訳する、請求項２１〜２６記載のタンパク質アレイを製造する方法。
28. 前記ＤＮＡを、請求項８、９又は１０のいずれか１項と同様に生成する、請求項２１〜２６記載のタンパク質アレイを製造する方法。
29. 前記無細胞系が、請求項１１と同様である、請求項２１〜２６のいずれか１項記載のタンパク質アレイを製造する方法。

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