JP2004507240A - Methods for identifying specific cleavable peptides and uses of such peptide sequences - Google Patents

Methods for identifying specific cleavable peptides and uses of such peptide sequences Download PDF

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Abstract

本発明は、特異的に開裂されることができるペプチドを、所定のアミノ酸配列を使用して、核酸ペプチド融合分子のライブラリーに基づいて検出し同定する方法に関する。前記方法によれば、様々なペプチド部分は、それぞれそれに繋がる核酸によりコードされ、タンパク質分解活性溶液が使用される。本発明は、化学活性成分の増大した放出のため及び診断のための前記ペプチドの使用に関する。The present invention relates to a method for detecting and identifying a peptide that can be specifically cleaved based on a library of nucleic acid peptide fusion molecules using a predetermined amino acid sequence. According to the method, the various peptide moieties are each encoded by a nucleic acid linked thereto, and a proteolytically active solution is used. The invention relates to the use of said peptides for increased release of chemically active ingredients and for diagnosis.

Description

【0001】
本発明は、所定のアミノ酸配列を有し特異的に開裂性であるペプチドをタンパク質分解活性溶液を使用することによりに見出し且つ同定する方法、及び化学活性物質の特異的放出のため及び診断のための前記ペプチドの使用に関する。
【0002】
US5981200は、特異的な開裂性ペプチドをそれがタンパク質分解的に開裂したときに蛍光を発する特定のタンパク質構造を使用することにより検出する方法を記載している。その方法は、蛍光共鳴エネルギー技法(FRET)に基づくものである。この方法は、タンパク質開裂発生のin vivo検出のために使用されることもできるという利点を有する。その一方、不利な点は、特定のペプチドしか標識できないという事実、或いは異なる標識タンパク質を調べている場合にその開裂物を関連配列と正確に結びつけるのが非常に複雑であろうという事実にある。前記方法は、検出可能なシグナルを得るために比較的多量の標識基質が使用されなければならないという別の不都合を有する。
酵素基質の選択的同定に使用し得る他の方法は、ファージ提示である(例えば、WO97/47314に示されている)。この方法は、ファージ提示ペプチドライブラリーが、他の表面呈示ペプチドライブラリーとは対照的に、異ならしめ得る配列数が少なく、それに続くファージ粒子の取得と同定基質の決定が比較的複雑であるという不都合を有している。
【0003】
本発明の目的は、特異的にタンパク質分解性である開裂性ペプチドを見出し且つ同定する方法を開発すること、及び化学活性物質の標的化放出を可能にする物質を提供することである。
その目的は、特異的にタンパク質分解性である開裂性ペプチドを同定する方法であって、下記の各工程を含んでなる方法により達成される:
a)ペプチドと前記ペプチドをコードする核酸を含んでなる融合分子のライブラリーをタンパク質分解活性試料と共にインキュベートすること;
b)前記融合分子のタンパク質分解的に外れた部分を単離すること;
c)該単離された融合分子の該核酸部分の配列を決定すること。
【0004】
本発明の方法は、表現型ペプチド部分及び前記ペプチド部分をコードする配列を有する遺伝子型核酸部分を含む融合分子を使用することに基づいている。ペプチド部分は、適したリンカーを介して核酸部分と連結している。使用されるリンカーは、好ましくは、タンパク質アクセプター、例えば、核酸部分に共有結合するピューロマイシンである。リンカーは、例えば、非コード核酸配列、好ましくは、ポリA配列のような更なる構成部分を含んでなってもよい。好ましい態様では、その核酸部分は、その配列に連続しており且つそのコーディング領域の一方側又は両側にある更なる領域を含む。これらの連続核酸領域は、例えば、RCRを行うためのプライマー結合領域として或いは制限酵素開裂部位として役立ち得る。このため、更なる連続コーディングヌクレオチド配列を付加し得る。その連続核酸配列は、融合分子のペプチド部分が固体表面に容易に付着されることを可能にするか又は関心のある構造エレメントを生じさせるペプチドセクションをコードし得る。そのような構造エレメントの例は、抗体のためのエピトープ、それら構造体を精製するため若しくは検出するためのタグ、又は特定の第三の構造を決定するエレメントである。
【0005】
そのような融合分子は、タンパク質アクセプター、例えばピューロマイシンが適したリンカーを介して核酸、好ましくはRNAに結合した系を記載する、例えばWO98/31700に従って調製し得る。これは、そのRNAの対応タンパク質へのin vitro翻訳が終わる直前に、その合成タンパク質をそのコーディングRNAに結合させて、それをより詳細に特徴付けることを可能にする。本発明に使用できる同等の系の例は、DE 19646372C1、WO98/16636、US 5843701、及びWO94/13623に記載されている。
【0006】
本発明の方法の好ましい態様において、その融合分子は、それらのペプチド部分を解して表面(支持体)に付着する。“支持体”という用語は、本発明によると固体又はゲル様形態で存在する材料を意味する。適する支持体材料の例は、セラミック、金属、特に半導体、貴金属、ガラス、プラスチック、結晶性材料、又はその支持体の、特に前記材料の薄層、及びセルロース及び構造タンパク質のような(生体)分子フィラメントである。しかし、適する支持体は、フラットな材料だけでなく、例えば、タンパク質を流すことができるカラムクロマトグラフィーのための材料、又は有機ポリマー製のビーズのような粒子でもよい。支持体は、一般的には、共有結合的に、準共有結合的に、超分子的に(supramolecularly)又は物理的に詰め込まれる。
【0007】
融合分子のペプチド部分は、支持体に付着し得るもので、それは、そのような付着を媒介できる金属結合ドメイン(例えば、Hisタグ)、末端システイン残基、又は特異的抗体により認識可能であるエピトープを有するドメインのような、ビオチン−ストレプトアビジン結合性であるが特異的ではないドメインを介する。
本発明の方法においては、融合分子がそのペプチド配列の可変部分に関して可能な組み換え(permutation)を含むライブラリーへ与えられるのが好ましい。そのような融合タンパク質の実際に取り扱い可能なライブラリーは、サイズで約1013の異なる配列であるから、他の知られているペプチドライブラリーの10〜10倍(例えば、ファージディスプレイ)又は10〜10倍である。すべての組み換えを網羅するために、11アミノ酸未満の可変ペプチド部分へ与えられるのが好ましく、そして特に、7又は8アミノ酸の構成の可変ペプチド部分へ与えられるのが好ましい。もちろん、その融合分子がより長い可変ペプチド部分を有するライブラリーを構築することも可能であるが、しかしこの場合、もはやその広範で多様な配列を完全に網羅することはできない。今日知られているプロテアーゼで特定のペプチド結合を開裂させるものは、少なくとも4アミノ酸の認識配列を要求するので、少なくとも4アミノ酸の可変ペプチド部分を含むライブラリーへ与えられるのが好ましい。
【0008】
融合分子のライブラリーは、溶液であるか又は好ましくは支持体に付着しているタンパク質分解活性試料に曝される。適したタンパク質分解活性の試料、予備試料(presample)又は比較試料(comparison sample)は、特に、動物、ヒト、又は植物源の組織特異的抽出物、例えば、細胞質抽出物、亜細胞抽出物、膜構成物の抽出物、細胞外抽出物のような特定細胞区画の抽出物、又はそのような抽出物の混合物である。また、特に関心あるものは、罹患した組織、例えば癌腫の抽出物である。しかし、生物体、特にウイルス、細菌又は原生生物のような微生物の全タンパク質分解活性又はその一部を代表する抽出物を使用することもできる。使用され得るタンパク質分解活性の試料、予備試料又は比較試料は、公知のプロテアーゼを含有する溶液でもよい。
【0009】
ライブラリーは、タンパク質分解活性試料と共に、好ましくは生理学的条件下で、好ましくは0℃〜45℃の温度でインキュベートする。この目的のために、それらのタンパク質分解活性について試験される抽出物を直接使用してもよいし、それら抽出物を、例えば生理食塩水のような適した溶剤中に取ってインキュベーションに使用してもよい。
インキュベーションの間、その試料中に含有されているプロテアーゼが、融合分子の可変ペプチド部分を開裂させる。これは、使用された試料抽出物に特徴的である特異的タンパク質分解開裂パターンをもたらす。開裂によって外れたその融合分子部分は、その核酸部分によりコードされている。
ライブラリーを検討すべきタンパク質分解活性試料と共にインキュベートした後、タンパク質分解性開裂によって外れた融合分子部分を単離し、そしてそのコーディング核酸部分の配列を決定する。これで、前記試料により開裂可能なペプチド配列が同定される。
【0010】
ライブラリー及びタンパク質分解活性抽出物の溶液でのインキュベーションの後、切断された融合タンパク質は、次のようにして単離することができる。それら切断された融合タンパク質の核酸領域は、例えば、特定のペプチド部分内の連続的な構造的特徴の使用、例えば、タンパク質分解性開裂に起因してその核酸部分を含む融合分子の残部へもはや連結しなくなる抗体のための公知のエピトープの使用により、未切断融合タンパク質のそれらから単離することができる。この目的のために、その混合物は、例えば、前記抗体を使用することによってアフィニティクロマトグラフィーにかけられる。結合できない切断融合タンパク質の核酸部分は、その未切断タンパク質の核酸から分離されて、その溶出物中に存在する。また、例えば、その取出しのためのHisタグ又はStrepタグのような他の構造的特徴を使用してもよい。そのアフィニティマトリックス上に保持された融合分子は、溶出させ更に溶液で使用されてもよし、好都合なことに、その付着状態で直接使用されてもよい。
その付着ライブラリーの抽出物とのインキュベーションの後、各種方法を使用して、切断された融合タンパク質を単離してもよい。
【0011】
本発明の好ましい方法では、付着ライブラリーの抽出物とのインキュベーション後、それら切断融合分子の核酸部分が溶出物中に直接得られる。
最も簡易なケースでは、それら開裂ペプチドの配列は、溶出物中に存在する開裂融合タンパク質の核酸部分のPCR増幅により直接同定し、次いでクローニング及び配列決定することができる。しかし、先ず、最初の別のアフィニティクロマトグラフィー及び開裂した融合タンパク質のペプチド部分又は核酸部分内の特定構造の使用により、その溶出物中に存在する他の成分から、それら開裂融合タンパク質を精製することも可能である。例えば、KOH溶液とのインキュベーションによって開裂融合タンパク質をクロマトグラフィー材料から溶出させた後、それら開裂融合タンパク質は、PCR、クローニング及び配列決定により、やはりシークエンスされ得る。
【0012】
これに加えて、タンパク質分解開裂によって外れたそれら融合分子部分を単離するためには、多くの更なるクロマトグラフィー又は電気泳動法が可能である。この目的のために、融合分子はより容易な同定のために標識されるか又は修飾されると好都合である。従って、例えば、融合分子の核酸部分は、例えば、蛍光標識されてもよいし、放射性標識されてもよい。融合分子の核酸部分の磁性標識(magnetic labeling)は特に好ましく、それは蛍光標識又は放射性標識と関連付けて使用してもよい。開裂によって外れた融合分子部分は、非常に容易且つ選択的に、磁性で単離し得る。そのタンパク質分解パターンは、例えば、Affymetrix又はNanogenから入手可能なようなバイオチップ上でのそれら単離核酸配列のハイブリダイゼーションを介して評価される。こうして、開裂によって外れた各種核酸配列を含む融合分子部分の単離された混合物を直接分析することが可能である。
【0013】
検討すべき抽出物を調製する時、それらプロテアーゼをそれらの活性形態で単離することに注意を払わなければならない。しかし、それと同時にDNA分解ヌクレアーゼをできる限り不活性化すべきである。
この目的のために、タンパク質分解活性試料は、次のようにして機械的に用意し得る。完全な組織が単離され、ここで適切には、冷えた緩衝液中でその外側を洗浄することによる(50 mMトリス−HQ pH 7.5, 2 mM EDTA, 150 mM NaCI, 0.5 mM DTT; Dignam, J.D., Preparation of Extracts from Higher Eukaryotes. From: Deutscher, M.P. (ed.) Guide to Protein Purification. Methods in Enzymology, Vol 182, Academic Press, (1990). Page 194202)。その組織を冷えた緩衝液中で切り上げ、ここで適切には、たとえば、結合組織、皮膚及び血管のような構成部分から取り出される。その組織片は、Kobayashi et al.(Kobayashi, H., Fujishiro, S., Terao, T., Cancer Res. (1994) 54, 65396548)によるホモゲナイゼーション緩衝液(0.01 M HEPES緩衝液, pH 7.2, 0.25 M スクロース, 0.5% Triton X100、容量比1:2〜1:5 (w/w))と混合し、氷冷しながら適切な組織ホモゲナイザー(下記参照)中のホモゲネートに処理する。本法は、その望ましい組織タイプに適用されなければならない。適する組織ホモゲナイザーの例は:
−ミキサー:肝臓は、例えば、ミキサー内に容易に仕込むことができ、次いで、密なメッシュのナイロンネットを通してこす。細かい組織ホモゲネートが形成される。
−“Potter”ホモゲナイザー:回転ガラス棒がフィットする容器内にきつく挿入され、その容器壁とそのガラス棒の間で組織が破壊される、絶え間ない冷却を確保しなければならない。
−分散器:シャフトに回転ブレードを持つホモゲナイザー
【0014】
ホモゲナイズした組織を更なるホモゲナイゼーション緩衝液と混合し、そして、4〜8℃で45分間振動させながらインキュベートする。次いで、その組織ホモゲネートを4℃及び16,000gで遠心分離させ、そして、その上澄みを、直接的に又は、例えばカラムクロマトグラフィー若しくは透析を経る更なる精製後に、本発明による分析に使用される。
新鮮な組織の代わりに凍結材料を使用するなら、本法を修飾すべきである。凍結組織は、直ちに解凍すべきではない。この場合、リソソームから放出されたプロテアーゼがそれら酵素を不活性化するからである。好ましくは、その組織を、液体窒素を使用する乳鉢内で絶え間なく冷却しながら粉砕し、その粉末が凍結乾燥機内において一晩で凍結乾燥される。次いで、その乾燥粉末を更に使用することができる。
【0015】
脳組織とそれの核分画、細胞質分画、膜分画及び細胞骨格分画への分離の適するプロセスの例は、下記の通りである。得られたそれら抽出物は、タンパク質分解活性試料、予備試料又は比較試料として、直接的に又は更なる補助物質(auxiliary substances)の添加を伴って使用し得る。
脳、例えばマウスからのもので、幾つかの調製物(約50)を、約25mlの緩衝溶液1((SB1) (20mMトリス−HC1 pH73; 150mM NaCI, 1mM EDTA, 1mM EGTA)に導入し、そして、Ultraturraxを使用して最大速度で1分間ホモゲナイズする。他のやり方では、少ない材料の場合にPotterガラスホモゲナイザーを使用する。
【0016】
核分画は、そのホモゲネートを1000×gで4℃で10分間遠心分離させることにより単離し得る。その上澄みは、更なる調製のために集められる。その遠心分離物(核ペレット)は、12mlのSB1中に再懸濁し、そして先のようにして遠心分離させる。その核酸ペレットは、SB2(20mMトリス−HC1 pH7.5; 150mM NaCI, 1mM EDTA, 1mM EGTA, 1% NP−40)中に再懸濁する。
集められた上澄みは、細胞質分画を単離して精製するために使用し得る。この目的のために、それらは、100,000×gで4℃で1時間遠心分離させる。それら上澄みは、細胞質タンパク質を含有する抽出物を代表するものである。
【0017】
膜分画は、取り出す細胞質分画からのペレットをSB1中で3回洗浄し、100,000×gで4℃で1時間遠心分離することにより単離される。その3回目の洗浄工程の後、そのペレットを15mlのSB2中に再懸濁し、そして、一晩溶解させてから、100,000×gで4℃で1時間遠心分離させる。その上澄みがその膜分画を形成する。
細胞骨格分画は、取り出す膜分画からのペレットをSB2中で3回洗浄し、100,000×gで4℃で1時間遠心分離することにより得られる。その3回目の洗浄工程の後、そのペレットをSB3(12.5mMトリス−HCl pH7.5; 0.4%SDS)中に再懸濁し、95℃で溶解させる。これに、20,800×gで室温で15分間の最後の遠心分離が次ぐ。その上澄みがその細胞骨格分画を含有する。
【0018】
分離されたプロテアーゼを含有するタンパク質分解活性抽出物は、細胞又は組織から、例えば、細胞培養物中の単層としてヒト細胞又は細胞系を培養することにより得られる。それら細胞を細胞培養培地で3回洗浄する。次いで、その培地を新鮮な培地と置きかえて、分泌型プロテアーゼをその培地中に37℃で分泌させる。適した分泌時間は、1〜3時間である。組織片又は組織部分は同じやり方で処理され得る。組織液は、組織集合物から、例えば、器官又は組織をハサミ又はメスで注意深く切り刻むことにより得ることができる。それら組織片を組織緩衝液で数回洗浄する。それら組織片又は他の小器官を生理緩衝液又は培地中に37℃で1〜3時間インキュベートする。インキュベーションの後、それら細胞片を15ml円錐形容器内に沈降させ、そして、その培地は、取り出して更に研究することができる。
【0019】
別のやり方では、組織を遠心分離管内に写し、穏やかに遠心分離させてもよい。その上澄みは、間質空間からの間質液のプロテアーゼを含有する。
別のやり方では、下記の方法:氷冷RIPA緩衝液(50mMトリス−HCI, pH7.4; 1% NP40, 0.25%コール酸ナトリウム, 150mM NaCI, 1mM EGTA, 1mM PMSF, 1mM NaVO, 1mM NaF、そして各々の場合に1μg/mlアプロトニン(aprotonin)、ロイペプチン及びペプスタチン)中で組織を切り刻み、その切り刻まれた組織を凍結させ、それに続けて乳鉢内で破砕することにより、タンパク質抽出物を得ることもできる。その組織は、1〜2の体積比でRIPA緩衝液を加えることによりホモゲナイズされ、次いで、その混合物を解凍する。15分後、その溶解物を13,000×gで4℃で10分間遠心分離させる。その溶解物は、等分して急速冷凍(shockfrozen)し、液体窒素中に保存し得る。
【0020】
更なる修飾法において、未検討試料のタンパク質分解活性を比較試料との比較で測定することができる。タンパク質分解の差違測定(differential determination)の方法は、下記の各工程を含んでなる:
a) ペプチド及び前記ペプチドをコードする核酸を含んでなる融合分子のライブラリーをタンパク質分解活性試料と共にインキュベートすること;
b) 融合分子の同じライブラリーを少なくとも1つの対等混合物(parallel mixture)にして、少なくとも1つのタンパク質分解活性比較試料と共にインキュベートすること;
c) 前記融合分子のタンパク質分解で除去された部分を単離すること;
d) 差違ある核酸のバンクを構築すること;
e) 測定されたそれら核酸の配列を決定すること。
【0021】
それら融合分子のタンパク質分解的に除去された核酸部分の差違測定は、例えば、その比較試料から単離された過剰量の1本鎖核酸部分を適切な支持体に適用してその支持体のフリー結合部位を飽和させた後、その試料から単離された1本鎖核酸部分とのハイブリダイゼーションによって行われる。取り出された非ハイブリダイズ核酸部分は、当該試料において切断された唯一のペプチド配列を示すものである。
【0022】
本発明の他の方法では、試料のタンパク質分解活性は、少なくとも1つの予備試料との比較において測定される。融合分子の予備試料及び試料との継続的インキュベーションは、前記予備試料と試料との差違あるタンパク質分解活性を測定することを可能にする。その方法は下記の各工程を含んでなる:
a) ペプチド及び前記ペプチドをコードする核酸を含んでなるライブラリーを、少なくとも1つのタンパク質分解活性予備試料と共にインキュベートすること;
b) 開裂によって外れるその融合分子部分を取り出すこと;
c) このようにして調製されたライブラリーをタンパク質分解試料と共にインキュベートすること;
d) タンパク質分解開裂によって外れた融合分子部分を単離すること;
e) その取り出された融合分子の核酸分子部分の配列を決定すること。
【0023】
本発明の3つの全変法の好ましい態様は、タンパク質分解開裂して単離された融合分子部分の核酸部分がPCRによって倍増される。この目的のために、融合分子は、そのコーディング核酸部分がそのコーディング核酸配列の両側にプライマー結合部位として連続する核酸配列を有するものが使用される。検討された抽出物中に切り出される融合分子の量及びその選択工程(そのタンパク質分解活性抽出物中での開裂)の特異性の双方を大きく上昇させるためには、その開裂した融合タンパク質の単離核酸をPCRにより増幅させること、及びそれをin vitroで翻訳することを本発明の方法に与えることが好ましい。このやり方で調製されたRNAから出発して、融合タンパク質の新たなライブラリーを、既に記載した方法により再度調製し且つタンパク質活性物を含有する同じ試料と共にインキュベートする。このサイクルを数回繰り返すことができる。
【0024】
本発明の方法の更なる変法においては、通常よりも高いエラー率(error rate)を伴う、記載した1又はそれを超えるサイクルの、RNA、in vitro転写、及び/又はin vitro翻訳を行うことが可能である。これは、試験されるべき取得可能なペプチド配列を増大させる(in vitroタンパク質評価)。
同様に、様々な指向されたin vitroタンパク質評価は、迅速且つ簡易な様式で既知の開裂配列を変化させて、切断するプロテアーゼに関して異なる動態特性を生み出すことを可能にする。
【0025】
更なる添加物、例えば、特異的に作用するプロテアーゼ阻害剤若しくはヌクレアーゼ阻害剤、又は可能なヌクレアーゼを飽和させる非特異的なRNA及び/又はDNAをタンパク質活性試料に加えてもよい。例えば、ペプスタチンAの添加のような前記プロテアーゼに対して特異的に作用する阻害剤の添加は、それら試料抽出物が非特異的に切断を行うリソソーム性又はエンドソーム性プロテアーゼ(アスパラートペプチダーゼのような酸性ペプチダーゼ)を含有する場合、特に推奨される。また、エキソペプチダーゼの特異的阻害は、その試料、比較試料又は全試料に含有されるタンパク質、特にその他のプロテアーゼ及びそれらのペプヂド補助因子の分解を防ぐために好都合である。付加融合分子自体は、N末又はC末のいずれのペプチド終端も存在しないので、エキソプロテアーゼに対する保護がなされる必要はない。タンパク質分解開裂した融合分子のペプチド部分の分解は、本法の更なる進行にとって重要ではない。
【0026】
融合分子の核酸パッドを保護するための組織抽出物からのヌクレアーゼ活性の除去は、前記組織の取得とそれに続く工程の間に、調製したての組織ホモゲネートをRNAse阻害剤又はDNAse阻害剤で既に処置しておくことにより達成され得る。他の態様では、それらヌクレアーゼ阻害剤は、粒子又は適するカラム材料に共有的に会合させ得る。こうして、表面会合したヌクレアーゼ阻害剤に結合するヌクレアーゼは、残存する組織ホモゲネートから除去される。ヌクレアーゼ阻害のための他のやり方は、補助物質による融合分子の核酸部分の保護である。それら補助物質はそのDNA及びRNAを包んで複合体を形成して、ヌクレアーゼに対する前記DNA及びRNAを保護する(Katayose, S. (1998) J. Pharm. Sci., 87: 160163)。前記補助物質は、特にポリエチレンイミン又はPEGPLLであるが、タンパク質又はシャペロンであってもよい。ヌクレアーゼに対する保護は、同様に、人工合成核酸、例えば、融合分子中のPNAを使用することによっても可能である。安定性を増大させるために、それら核酸は、例えば、メチル化により化学的に修飾されてもよい。
【0027】
ライブラリーと抽出物のインキュベーション時間は、使用された試料のタンパク質分解活性に依存する。拡張的態様では、本発明の方法は、変動するインキュベーション時間で繰り返し行われる。この利点は、その試料及び融合分子のライブラリーを含めてそれらのペプチド物質に関する動態提示を可能にする。短いインキュベーション時間でタンパク質分解開裂したペプチド物質は、タンパク質分解活性試料成分について高い比定数(rate constant)を有する。
その試料のタンパク質活性についての動態提示を行うためのもう一つの可能性は、それらペプチド物質を構築するライブラリー融合分子の濃度を変動させるか、好ましくは、その試料のインキュベーションのために意図された濃度を変動させることのいずれかである。
【0028】
本発明の方法の大きな利点は、検討される試料のタンパク質活性を現象学的に、すなわち当該試料のタンパク質分解活性のすべてを知ることなしに、示すことができるという事実である。多様な試料を比較する場合、異なるタンパク質分解活性が多様なプロテアーゼの存在に基づくものか又はむしろ希であるプロテアーゼの直接的変異に基づくものか否か、或いはそれがプロテアーゼ遺伝子の不完全な制御又はプロテアーゼ阻害剤又はプロテアーゼ活性化剤により引き起こされたものか否かは問題ではない。本法は、細胞外シグナルを介して誘導されたタンパク質分解活性における切り替わり(alterations)を記録することもできる。例えば、ホルモンのようなリガンドの膜貫通レセプターへの結合が細胞内の細胞質キナーゼ及び/又はホスファターゼ活性を変化させることができることが知られている。ホスフォリレーションの程度は、細胞内の酵素活性の制御における決定的な部分を担うので、プロテアーゼ活性へ決定的な影響を与える。脱制御化された細胞間のホスファターゼ活性及びそれらと関連したプロテアーゼ活性は、例えば、癌の形成において決定的な部分を担う。
【0029】
特に有利なことは、健常組織と罹患組織の抽出物、及び健常組織と病原体に感染したものの抽出物に関して差違的で、特異的に開裂性であるペプチドの測定である。個々の生物を比較した場合の特異的開裂性ペプチドを見出すことは、同様に特に興味深い。
さらには、本発明の方法は、検討される試料により切断されたペプチド配列、特に特異的に切断されたものを迅速且つ簡易に決定するために使用することができる。他方で、検討されたその試料によるタンパク質分解開裂を受けなかった配列を同様にして見出すことができる。
【0030】
特異的なタンパク質開裂ペプチド配列を同定することのほかに、上記方法は、特異的に作用する阻害剤又は活性化剤を見出すために使用することも可能であり、個々のケースについて阻害されるべきプロテアーゼが知られていることは要求されない。この目的のために、可能性のある阻害剤又は活性化剤を試料溶液に単に加えて、試料と可能性のある阻害剤又は活性化剤を含有する試料との間に差違的なタンパク質分解活性が測定される。開裂した配列の数の減少は阻害を示し、そして、開裂した配列の増加は活性化を示す。
好ましい態様では、阻害剤は、そのタンパク質分解活性試料を使用する幾回かの選択サイクルの後に得られる、融合分子の予め選択されたライブラリーを使用することにより同定される。他のやり方では、本発明の方法により同定された特異的開裂ペプチドを、直接的に阻害剤のスクリーニングのため、例えば、FRETアッセイに使用することも可能である。
【0031】
このようにして、プロテアーゼ阻害剤のスクリーニング方法を利用可能であり、それは迅速且つ簡易に行うことができる。
プロテアーゼ阻害剤の迅速且つ単純なスクリーニングは、その耐性の出現を防ぐために、多くの有効な阻害剤を活性化物質との混合物にして組み合わせることも可能である。
本発明は、さらに、本発明の方法の一つを使用して得ることができるペプチド配列を含有するタンパク質分解開裂性物質に関する。
特異的タンパク質分解開裂性ペプチド配列は、特異的に作用する阻害剤に使用し得る。この目的のために、例えば、タンパク質分解を妨げるために、そのペプチド配列が化学的に修飾されてもよいし、そのペプチド酸の1又はそれを超えるα−アミノ酸がβ−アミノ酸と置換されてもよいし、またL−アミノ酸がD−アミノ酸と置換されてもよい(例えば、Werder M. & Hauser H. (1999) Helvetica Chimica Acta, 82, 1774−1783を参照されたい)。本法を使用して同定することができる特異的タンパク質分解開裂性ペプチドは、標的部位で活性物質の選択的放出を達成するためにドラッグデリバリーシステムを構築するのに使用し得る。その標的部位は、例えば、特定の器官、組織、特定の細胞タイプ、亜細胞性構成部分であり得るし、また健常組織と比較して罹患した部分でもよいし、また非感染組織又は細胞と比較して微生物感染した部分でもよい。
【0032】
プロテアーゼ開裂により活性化されることができる活性物質の場合、その特異的タンパク質分解開裂性物質は、共有結合阻害剤として使用し得る。その特異的タンパク質分解開裂性ペプチドは、活性物質を、例えば、特異的抗体又は特異的レセプターリガンドのような標的指向性リガンドに連結させるためのリンカーとして使用してもよい。しかし、特異的タンパク質分解開裂性物質でクローズする活性物質荷重系(active substance−loaded systems)を構築することも可能である(Minko T. et al., (2000) Int. J. Cancer, 86: 108117)。多様な指向されたin vitroタンパク質評価は、異なる開裂動態を生み出すように公知のペプチド開裂配列を変化させることを可能にする。これは、活性物質放出の時間プロファイルをコントロールすることを可能にする。
【0033】
結果的に、特異的なタンパク質分解開裂性ペプチドの助力で以て且つ活性物質の標的へコントロールされた放出を介して、疾患部をより効果的にコントロールすることが可能であり、そこでは、健常状態と比較して変動させられた或いは不完全な制御又は特定のプロテアーゼの変異又はそれらの阻害剤により引き起こされたタンパク質分解活性が望ましい作用部位で存在する。乱れたプロテアーゼ活性を持つ疾患の例は、喘息、骨粗鬆症、白血病、乳癌、腸癌のような癌、卒中、アルツハイマー病のような神経障害、関節炎、膵臓炎、高血圧、血栓症、感冒、及び住血吸中症である。
活性物質の標的指向化放出は、その生物体内において変化させられた分布プロファイルのおかげで、前記活性物質の副作用を最小化することができ、且つ使用される活性物質の量を低減することができる。特に興味深いのは、医薬活性成分で、例えば、細菌、真菌、ウイルスに対するもの又は罹患した組織細胞に対するものであるが、除草剤、抗真菌剤又は殺虫剤で使用されてもよい。
【0034】
本発明の方法の他の用途は、診断用アッセイとしての使用である。そのアッセイは、例えば、癌細胞からの罹患組織と検討すべき試料との間での、例えば、抽出物のタンパク質分解活性の所定の組成物を持つ融合分子ライブラリーに向けてのプロファイルの比較に基づくことであり得る。しかし、好ましいのは、比較試料又は予備試料と比較するもので、罹患組織によってのみタンパク質分解開裂可能であるペプチドに基づくアッセイに与えられる。そのような選択的アッセイにおいて、開裂によって外れた融合分子部分の取り出しに続いて意図される配列決定工程は省くことができる。この場合、特定の疾患特異的プロテアーゼ活性の存在がハイブリダイゼーションプローブを使用して同定され得る。そのような方法は、そのようなアッセイにおいて疾患特異的マーカーとして同定された多くの開裂性ペプチドを使用して高度に集積され得る。
【0035】
他のやり方では、本発明の方法により同定された特異的な開裂性ペプチドを阻害剤のスクリーニングのために直接的に、例えばFRETアッセイにおいて使用することも可能である。特異的な開裂性配列は、FRETアッセイのための物質としてin vivoで使用してもよい。タンパク質分解活性試料によって特異的に開裂されることができるペプチドは、前記ペプチド配列を開裂させるプロテアーゼを単離するために使用してもよい(例えば、Li Y.M. (2000) Nature, 405: 689694を参照されたい)。
例えば、US 5843701は、セリンプロテアーゼを単離するのに適用可能な方法を記載している。セリンプロテアーゼは、タンパク質内のペプチド結合の加水分解を触媒するタンパク質酵素である。頻繁に、その物質内の特異的ペプチドリンケージのためにその標的タンパク質が選択的に切断される。それらセリンプロテアーゼには、とりわけ、組織プラスミノゲンを活性化するもの、トリプシン、エラスターゼ、キモトリプシンン、トロンビン、及びプラスミンが含まれる。多くの疾患段階は、例えば、血液凝固障害剤のようなセリンプロテアーゼ阻害剤で処置可能である。エラスターゼ阻害剤は、気腫の臨床上の進行を抑えることができる。
【0036】
プロテアーゼは、上記した方法により決定された特異的なタンパク質分解開裂性ペプチドをカラム材料にカップリングすることにより、例えば、標準的手法を使用してタンパク質分解活性試料のアフィニティクロマトグラフィーを前記カラム材料上で行うことにより、単離し得る。それら結合サイクルの間に使用される緩衝液は、そのプロテアーゼが不活性化するように変性させてはならない。それらペプチドと相互作用するプロテアーゼは、必要であれば、追加的に、一般的な架橋法を介してそれら付着ペプチドに結合させることができる。この目的のためには、特異的に認識可能であるが、プロテアーゼによって開裂可能ではないβ−アミノ酸含有開裂配列を使用することも可能である。
本発明は、下記の幾つかの例示態様により明らかにされる。
【0037】
実施例1
公知のプロテアーゼ開裂部位を持つペプチド及び前記ペプチドをコードする核酸を含んでなる融合分子の調製
一般的記載
2タイプの融合分子を調製した。第1の融合分子は、プロテアーゼトロンビンにより特異的に開裂されるペプチド配列を含有するもの(“トロンビン融合分子”)とし、第2の融合分子は、マトリックスメタロプロテアーゼ−3(MMM−3)により特異的に開裂されるペプチド配列を有する融合分子(“MMM−3融合分子”)とした。このタイプの融合分子の調製は、例えば、WO98/31700に記載されている。
このやり方で調製されたそれら融合分子は、MMM−3のための又はトロンビンのためのプロテアーゼ開裂部位を有する。
MMM−3プロテアーゼは、GluとLeuとの間を切断し、トロンビンプロテアーゼは、ArgとSerとの間を切断する。使用されたそれらペプチド配列及び対応するヌクレオチド配列は下に列挙した通りである。
【0038】
【表1】

Figure 2004507240
【0039】
1.1 MMP3鋳型DNA及びトロンビン鋳型DNAのPCRを経た調製
250ngのDNA鋳型、25pmolの5’と3’プライマー、10mM dNTPs、5μlの10×PCR緩衝液及び5 U/μg Taq DNA ポリメラーゼを、50μl反応混合物(Promega, Madison, USAからの緩衝液と酵素)に組み合わせた。そのPCRを、Biometra T gradient cycler内で行った:1 min 94℃, 21×(0.5分 94℃、0.5分 55℃、0.5分 72℃)。
【0040】
【表2】
Figure 2004507240
【0041】
図1は、2%アガロースエチジウムブロマイドゲル上のPCR産物を示す。レーン1:50bp DNAマーカー、レーン2:MMP3 DNA、レーン3:トロンビンDNA、レーン4:100 bp DNAマーカー
図1が示すように、MMP3 DNA及びトロンビンDNAは、首尾良く増幅された。そのPCR産物は、予期されたMMP3 DNAに関する199bp及びトロンビンDNAに関する189bpの分子量を有する。
【0042】
1.2 MMP3及びトロンビンDNAのin vitro転写
100 pmolのDNAをその転写反応に使用した(Ribomax T7/Promega, Madison, USA)。そのDNAを、5×T7緩衝液、rNTPs及びT7 RNAポリメラーゼと共に500μl混合物にして、37℃で4時間インキュベートとした。
RNAは、フェノール/クロロホルム抽出により精製され、そして、6%尿素ゲル(Novex Gel/ Invetrogen, Groningen, Netherlands)上で分析された。
図2は、6%尿素ゲル上の転写後に得られたRNAを示す。レーン1:MMP3 RNA、レーン2:トロンビンRNA
図2が示すようにRNAは、予期されたようにその転写反応の後に検出できる。そのRNAは分解していない。
【0043】
1.3 RNAのピューロマイシンリンカーでのUV架橋を介したライゲーション
3nmolのRNA、その配列を有する4.5nmolのピューロマイシン(Pu)リンカー(PEG=ポリエチレングリコール、Pso=ソラレン)
【0044】
【表3】
Figure 2004507240
【0045】
(Intreractiva/Ulm)、12μlの10×リガーゼ緩衝液(1M NaCI, 250mMトリス pH 7.5)を120μl混合物に組み合わせて、85℃で5分間次いで室温で10分間インキュベートした。UV架橋は、366nmで15分間行った(LTF−Labortechnik, 12 Wによる手持ちUV ランプ)。
ライゲーション効率は、5%尿素アガロースゲル上で確認された。
図3は、5%尿素TBEゲル上でのライゲーション反応の分析を示す。レーン1:MMP3 RNA、レーン2:ピューロマイシンリンカーを持つMMP3 RNA、レーン3:トロンビンRNA、レーン4:ピューロマイシンリンカーを持つトロンビンRNA(そのシグナルLは有色マーカーによるものである)
そのRNAへのピューロマイシンリンカーのライゲーションの後、その分子量の明白な増大が観測され、トロンビンRNA及びMMP3 RNAが首尾良くピューロマイシンに連結していることを示す。
【0046】
1.4 In vitro翻訳
8μlのリンカーRNAを200μlの赤血球溶解物(Promega, Madison, USA L416X)と混合し、5μlの35Sメチオニン(Hartmann, 10.8μM, 特異的活性:その特異的活性は72181 dpm/pmol))、6μlのアミノ酸ミックス(メチオニンなし, 1mM, Promega)、及び80μlのHOを混合して、次いで、30℃で30分間インキュベートする。130μlの2M KCI及び75μlのMgC1の添加の後、30℃で30分間のインキュベーションを行う。得られた融合分子は、オリゴdTセルロースを使用して精製された(Amersham Pharmacia, Freiburg, Germany)(そのin vitro翻訳混合物の、ポリA配列を含有しないそれら全成分の除去)
【0047】
1.5 逆転写反応
精製された200μl融合分子を2.5μの100μMリバースプライマーと混合し、80℃で5分間インキュベートした。その反応混合物を氷上で冷やした後、50μlの5×ストランド緩衝液、20μlのdNTPs(各ケースにおいて10mM)、2.5μlのRTSuperscript ll(すべてPromega, Madison, USAからのもの)を加えて、その混合物を42℃で40分間インキュベートした。
【0048】
実施例2
融合分子のトロンビン及びMMP3による溶液中でのタンパク質分解開裂
調製された融合分子を対応するプロテアーゼと共にインキュベートし、それら反応生成物を分析した(図4)。10nM MMP3(Sigma, Deisenhofen, Germany)を、そのMMP3開裂部位を有する5pmolの融合分子に加えて、その混合物を全容量で15μlのMMP3緩衝液(50mMトリス pH7, 150mM NaCI, 10mM CaC1)中に37℃で45分間インキュベートした。1Uのトロンビン(1NIHユニット=0.324μg、Sigma, Deisenhofen, Germany)を、そのトロンビン開裂部位を有する5pmolの融合分子に加えて、全容量で15μlのトロンビン緩衝液(50mMトリス pH8, 150mM NaCI)中に37℃で45分間インキュベートした。それら出発融合分子とタンパク質分解開裂後のそれら融合分子を、SDS PAGE後、ホスホイメージャー(phosphoimager)を使用して分析した(図4)。
【0049】
図4は、溶液中のトロンビン及びMMP−3での融合分子消化を示す:
4〜20%トリス−グリシンSDS PAGE後のホスホイメージャー画像
レーン1:消化前の“MMP3融合分子”
レーン2:消化前の“トロンビン融合分子”
レーン3:“トロンビン融合分子”+トロンビン
レーン4:消化前の“トロンビン融合分子”
レーン5:“MMP3融合分子”+MMP3
レーン6:消化前の“MMP3融合分子”
(バンドiは融合分子を示し、それらバンドiiはペプチド副産物を示し、そして、バンドiiiはN末端融合分子フラグメントに由来する。)
その“MMP3及びトロンビン融合分子”は、それぞれMMP−3プロテアーゼ及びトロンビンプロテアーゼによりタンパク質分解開裂された。
【0050】
実施例3
タンパク質分解開裂した“トロンビン融合分子”の単離と検出、及びその核酸部分の増幅
特異的にタンパク質分解開裂した融合分子は、3つの連続的工程を行うことにより単離され同定された。図5は、特異的開裂ペプチドを同定するための本実施例による方法の工程を概略図で示す。
【0051】
工程1.融合分子のストレプトアクチン−セファロース(支持材料)へのN末端Strepタグ(tag)を介したカップリング
工程2.その支持材料上の“トロンビン融合分子”のトロンビンによるタンパク質分解開裂
工程3.開裂したC末端融合分子フラグメントの単離、及びその核酸部分のPCR増幅後の前記フラグメントの検出
場合により、それら単離したフラグメントは、それらのHisタグを介して、分析前のニッケル粒子へのアフィニティクロマトグラフィーにより精製し得る。
【0052】
3.1 “トロンビン融合分子”のストレプトアクチンセファロースへのカップリング
50μlの“トロンビン融合分子”(約5pmolに相当する)を、5×ストレプトアクチン緩衝液(150mM NaCI, 100mM トリス pH8)中で洗浄した50μlのストレプトアクチンセファロースと混合し、そして4℃で2時間インキュベートした。未結合の融合分子は、ストレプトアクチン緩衝液で5回洗浄することにより除去された。
【0053】
3.2 “トロンビン融合分子”のトロンビンによるタンパク質分解消化
ストレプトアクチンセファロースに結合した融合分子を、80μlの水中に再懸濁し、そして10μlの10×トロンビン緩衝液(1.5M NaCI, 500mM トリス pH8)及び10μlの100U/μlトロンビンと共に37℃で45分間インキュベートした。コントロールとして、同じ反応をトロンビン無しで行った。
【0054】
3.2.1 結合した“トロンビン融合分子”の単離と検出
そのインキュベーション期間後、それら反応混合物を遠心分離させた(3000rpmで1分間)。開裂した融合分子のN末端フラグメントを含有するペレット化ストレプトアクチンセファロースをストレプトアクチン緩衝液で3回洗浄し、次いで、80μlの水中に再懸濁した。ストレプトアクチンセファロースと結合した“トロンビン融合分子”(コントロール混合物)又はトロンビンとのインキュベーション後のストレプトアクチンセファロース結合N末端フラグメントをSDS PAGEにより画分し、ホスホイメージングにより可視化した(図6)。
【0055】
図6は、“トロンビン融合分子”及びストレプトアクチンセファロースと結合した融合分子フラグメントを示す。15μlの再懸濁化ストレプトセファロースを各ケースで5μlのLammli loading緩衝液と混合し、82℃で5分間加熱し、そして、4〜20%トリス グリシンSDS PAGEにより画分した。次いでそのゲルを80℃で2時間乾燥させ、ホスホイメージングにより可視化した。
【0056】
レーン1:トロンビンとインキュベーション後の“トロンビン融合分子”
レーン2:トロンビンとのインキュベーションをしていない“トロンビン融合分子”(コントロール)
(バンドiは無傷の融合分子を示し、バンドiiはペプチド副産物からのものであり、そして、バンドiiiはN末端融合分子フラグメントに由来する。)
“トロンビン融合分子”をトロンビンとインキュベートした後は、そのN末端フラグメント(35S−メチオニンで標識されたもの)だけがストレプトアクチンセファロースと結合したままである。
【0057】
3.2.2 “トロンビン融合分子”の核酸部分のPCR分析による検出
ストレプトアクチンセファロースを除去した後、その15μlの上澄み又は15μlの再懸濁したストレプトアクチンセファロースをPCRに使用した。それら15μl試料のほかに、その50μlのPCR混合物には、5μlの5’と3’トロンビンプライマー(5pmol/μl)、10mM dNTPs、5μlの10×PCR緩衝液、及び5U/μl Taq DNAポリメラーゼ(Promega, Madison, USAからの緩衝液と酵素)も含ませた。その増幅は、下記の条件下:1分 94℃、21×(0.5分 94℃、0.5分、55℃ 0.5分 72℃)で行われた。得られたPCR産物を図7に示す。
【0058】
図7は、2%アガロースゲル電気泳動後の“トロンビン融合分子”のPCR産物を示す。レーン1及び2は、それら産物を、明るいバックグラウンド上の黒色シグナルとして示し、レーン3及び4は、それら産物を、異なる画像技術により暗いバックグラウンド上の白色シグナルとして示す。
【0059】
レーン1:“トロンビン融合分子”+トロンビン;上澄み
レーン2:“トロンビン融合分子”トロンビンなし(コントロール);上澄み
レーン3:“トロンビン融合分子”+トロンビン;ストレプトセファロースと結合したもの
レーン4:“トロンビン融合分子”トロンビンなし;ストレプトセファロースと結合したもの
【0060】
結果的に、“トロンビン融合分子”はトロンビンとのインキュベーションにより切断されたことが示される。核酸部分を有しないN末端フラグメントを除去した後、そのC末端部分はその上澄みに残る。従って、強力なPCR増幅物がその上澄み中に得られるが(例えば、レーン1、図7を見よ)、そのペレット中には非常に弱いPCR増幅物のみ得られる(例えば、レーン3、図7)。コントロール反応においては、“トロンビン融合分子”はトロンビンとインキュベートされなかった。従って、それら融合分子はストレプトアクチンセファロースに結合したままで、強力なPCR増幅物がそのペレット中に得られるが(例えば、レーン4、図7)、その一方、その上澄みのPCR増幅は非常に弱い(例えば、レーン2、図7)。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、2%アガロースエチジウムブロマイドゲル上のPCR産物を示す。
【図2】図2は、6%尿素ゲル上の転写後に得られたRNAを示す。
【図3】図3は、5%尿素TBEゲル上でのライゲーション反応の分析を示す。
【図4】図4は、溶液中のトロンビン及びMMP−3での融合分子消化を示す。
【図5】図5は、特異的開裂ペプチドを同定するための本実施例による方法の各工程を概略図で示す。
【図6】図6は、“トロンビン融合分子”及びストレプトアクチンセファロースと結合した融合分子フラグメントを示す。
【図7】図7は、2%アガロースゲル電気泳動後の“トロンビン融合分子”のPCR産物を示す。[0001]
The present invention relates to a method for finding and identifying a peptide having a predetermined amino acid sequence and specifically cleavable by using a proteolytically active solution, and for specific release of a chemically active substance and for diagnosis For the use of said peptides.
[0002]
US 5981200 describes a method for detecting a specific cleavable peptide by using a specific protein structure that fluoresces when it is proteolytically cleaved. The method is based on the fluorescence resonance energy technique (FRET). This method has the advantage that it can also be used for in vivo detection of the occurrence of protein cleavage. The disadvantages, on the other hand, lie in the fact that only certain peptides can be labeled, or that when examining different labeled proteins it would be very complicated to accurately associate the cleavage with the relevant sequence. The method has the further disadvantage that relatively large amounts of labeled substrate must be used to obtain a detectable signal.
Another method that can be used for the selective identification of enzyme substrates is phage display (as shown, for example, in WO 97/47314). In this method, the phage-displayed peptide library, in contrast to other surface-displayed peptide libraries, has a small number of differentiable sequences, and the subsequent acquisition of phage particles and determination of the identification substrate are relatively complicated. Has inconvenience.
[0003]
It is an object of the present invention to develop a method for finding and identifying cleavable peptides that are specifically proteolytic, and to provide substances that allow targeted release of a chemically active substance.
The object is a method for identifying a cleavable peptide that is specifically proteolytic, which is achieved by a method comprising the following steps:
a) incubating a library of fusion molecules comprising a peptide and a nucleic acid encoding said peptide with a proteolytically active sample;
b) isolating the proteolytically detached portion of the fusion molecule;
c) determining the sequence of the nucleic acid portion of the isolated fusion molecule.
[0004]
The method of the invention is based on using a fusion molecule comprising a phenotypic peptide portion and a genotype nucleic acid portion having a sequence encoding said peptide portion. The peptide moiety is linked to the nucleic acid moiety via a suitable linker. The linker used is preferably a protein acceptor, such as puromycin, which is covalently linked to the nucleic acid moiety. The linker may comprise further components, for example a non-coding nucleic acid sequence, preferably a polyA sequence. In a preferred embodiment, the nucleic acid portion comprises additional regions contiguous to the sequence and on one or both sides of the coding region. These contiguous nucleic acid regions can serve, for example, as primer binding regions for performing RCR or as restriction enzyme cleavage sites. For this reason, additional contiguous coding nucleotide sequences can be added. The contiguous nucleic acid sequence may encode a peptide section that allows the peptide portion of the fusion molecule to be easily attached to a solid surface or gives rise to a structural element of interest. Examples of such structural elements are epitopes for antibodies, tags for purifying or detecting those structures, or elements that determine a particular tertiary structure.
[0005]
Such fusion molecules can be prepared according to, for example, WO 98/31700, which describes a system in which a protein acceptor, such as puromycin, is linked to a nucleic acid, preferably RNA, via a suitable linker. This allows the synthetic protein to bind to the coding RNA and characterize it in more detail just before the in vitro translation of the RNA into the corresponding protein has ceased. Examples of equivalent systems that can be used for the present invention are described in DE 196 46 372 C1, WO 98/16636, US Pat. No. 5,843,701 and WO 94/13623.
[0006]
In a preferred embodiment of the method of the invention, the fusion molecules are attached to a surface (support) via their peptide moieties. The term "support" according to the present invention means a material that exists in a solid or gel-like form. Examples of suitable support materials are ceramics, metals, especially semiconductors, noble metals, glass, plastics, crystalline materials, or thin layers of such supports, in particular of said materials, and (bio) molecules such as cellulose and structural proteins. It is a filament. However, suitable supports are not only flat materials but also, for example, materials for column chromatography through which proteins can flow, or particles such as beads made of organic polymers. The support is generally covalently, quasi-covalently, supramolecularly or physically packed.
[0007]
The peptide portion of the fusion molecule can be attached to a support, which can mediate such attachment, such as a metal binding domain (eg, His tag), a terminal cysteine residue, or an epitope recognizable by a specific antibody. Through a domain that is biotin-streptavidin binding but not specific, such as a domain having
In the method of the present invention, it is preferred that the fusion molecule be provided to a library containing possible permutations for the variable portion of the peptide sequence. A practically usable library of such fusion proteins is approximately 10ThirteenOf the other known peptide libraries.3-104Times (eg phage display) or 106-104It is twice. To cover all recombination, it is preferably provided to a variable peptide portion of less than 11 amino acids, and especially to a variable peptide portion of 7 or 8 amino acids. Of course, it is possible to construct a library in which the fusion molecule has a longer variable peptide portion, but in this case it is no longer possible to completely cover the broad and diverse sequence. Proteases known today that cleave certain peptide bonds require a recognition sequence of at least 4 amino acids and are therefore preferably provided in a library containing a variable peptide portion of at least 4 amino acids.
[0008]
The library of fusion molecules is exposed to a proteolytically active sample in solution or, preferably, attached to a support. Suitable proteolytic activity samples, presamples or comparison samples are, in particular, tissue-specific extracts of animal, human or plant sources, such as cytoplasmic extracts, subcellular extracts, membranes An extract of a constituent, an extract of a particular cell compartment, such as an extracellular extract, or a mixture of such extracts. Also of particular interest are extracts of diseased tissues, such as carcinomas. However, it is also possible to use an extract which is representative of the total proteolytic activity of an organism, in particular of a microorganism such as a virus, bacterium or protist, or a part thereof. The sample, preliminary sample or comparative sample of proteolytic activity that can be used may be a solution containing a known protease.
[0009]
The library is incubated with the proteolytically active sample, preferably under physiological conditions, preferably at a temperature between 0C and 45C. For this purpose, the extracts to be tested for their proteolytic activity may be used directly, or they may be taken up in a suitable solvent such as, for example, saline and used for the incubation. Is also good.
During the incubation, the protease contained in the sample cleaves the variable peptide portion of the fusion molecule. This results in a specific proteolytic cleavage pattern that is characteristic of the sample extract used. The portion of the fusion molecule released by cleavage is encoded by the nucleic acid portion.
After incubating the library with the proteolytically active sample to be examined, the portion of the fusion molecule dissociated by proteolytic cleavage is isolated and the coding nucleic acid portion is sequenced. This identifies a cleavable peptide sequence with the sample.
[0010]
After incubation with the library and the proteolytically active extract in solution, the cleaved fusion protein can be isolated as follows. The nucleic acid regions of the truncated fusion proteins are no longer linked to the remainder of the fusion molecule containing the nucleic acid portion due to, for example, the use of sequential structural features within a particular peptide portion, e.g., proteolytic cleavage. The use of a known epitope for the antibody that is to be lost can be isolated from those of the uncleaved fusion protein. For this purpose, the mixture is subjected to affinity chromatography, for example by using said antibodies. The nucleic acid portion of the uncleaved fusion protein that cannot be bound is separated from the uncleaved protein nucleic acid and is present in the eluate. Also, other structural features may be used, such as, for example, a His tag or Strep tag for its retrieval. The fusion molecule retained on the affinity matrix may be eluted and used further in solution or, advantageously, directly in its attached state.
After incubation of the attached library with extracts, various methods may be used to isolate the truncated fusion protein.
[0011]
In a preferred method of the invention, after incubation with the extract of the attachment library, the nucleic acid portions of the truncated fusion molecules are obtained directly in the eluate.
In the simplest case, the sequences of the cleavage peptides can be directly identified by PCR amplification of the nucleic acid portion of the cleavage fusion protein present in the eluate, and then cloned and sequenced. However, first of all, by purifying the cleaved fusion protein from other components present in the eluate, by first using affinity chromatography and specific structures within the peptide or nucleic acid portion of the cleaved fusion protein Is also possible. For example, after eluting the cleaved fusion proteins from the chromatographic material by incubation with a KOH solution, the cleaved fusion proteins can also be sequenced by PCR, cloning and sequencing.
[0012]
In addition, many additional chromatographic or electrophoretic methods are possible to isolate those portions of the fusion molecule that have dissociated by proteolytic cleavage. For this purpose, the fusion molecules are conveniently labeled or modified for easier identification. Thus, for example, the nucleic acid portion of the fusion molecule may be, for example, fluorescently labeled or radioactively labeled. Magnetic labeling of the nucleic acid portion of the fusion molecule is particularly preferred, which may be used in conjunction with a fluorescent or radioactive label. The portion of the fusion molecule that is dissociated by cleavage is very easily and selectively magnetically isolated. The proteolysis pattern is assessed, for example, via hybridization of the isolated nucleic acid sequences on a biochip such as those available from Affymetrix or Nanogen. Thus, it is possible to directly analyze an isolated mixture of fusion molecule parts containing various nucleic acid sequences dissociated by cleavage.
[0013]
When preparing the extracts to be considered, care must be taken to isolate the proteases in their active form. However, at the same time, the DNA degrading nuclease should be inactivated as much as possible.
For this purpose, a proteolytically active sample can be prepared mechanically as follows. Whole tissue is isolated, where appropriate by washing its outside in cold buffer (50 mM Tris-HQ pH 7.5, 2 mM EDTA, 150 mM NaCI, 0.5 mM DTT; Diagnostic, JD, Preparation of Extracts from Higher Eukaryotes. From: Deutscher, MP (ed.), 19th edition, and a number of gasoline proofing. . The tissue is cut up in cold buffer, where it is suitably removed from components such as, for example, connective tissue, skin and blood vessels. The tissue piece was obtained from Kobayashi et al. (Kobayashi, H., Fujishiro, S., Terao, T., Cancer Res. (1994) 54, 65396548) (0.01 M HEPES buffer, pH 7.2, 0.25 M). Mix with sucrose, 0.5% Triton X100, volume ratio 1: 2 to 1: 5 (w / w) and treat to homogenate in a suitable tissue homogenizer (see below) with ice cooling. This law must be applied to the desired tissue type. Examples of suitable tissue homogenizers are:
-Mixer: the liver can be easily charged, for example, in a mixer and then rubbed through a dense mesh nylon net. Fine tissue homogenates are formed.
-"Potter" homogenizer: The rotating glass rod must be inserted tightly into the fitted container to ensure constant cooling, with tissue breaking between the container wall and the glass rod.
-Disperser: homogenizer with rotating blades on the shaft
[0014]
The homogenized tissue is mixed with additional homogenization buffer and incubated at 4-8 ° C with shaking for 45 minutes. The tissue homogenate is then centrifuged at 4 ° C. and 16,000 g, and the supernatant is used directly or after further purification, for example via column chromatography or dialysis, for analysis according to the invention.
This method should be modified if frozen material is used instead of fresh tissue. Frozen tissue should not be thawed immediately. In this case, the protease released from the lysosome inactivates those enzymes. Preferably, the tissue is ground with constant cooling in a mortar using liquid nitrogen and the powder is lyophilized overnight in a lyophilizer. The dry powder can then be used further.
[0015]
Examples of suitable processes for brain tissue and its separation into nuclear, cytoplasmic, membrane and cytoskeletal fractions are as follows. The extracts obtained may be used as proteolytically active samples, preliminary samples or comparative samples, either directly or with the addition of additional auxiliary substances.
Some preparations (about 50) from brain, eg mice, are introduced into about 25 ml of buffer solution 1 ((SB1) (20 mM Tris-HCl pH 73; 150 mM NaCI, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA) It is then homogenized at maximum speed for 1 minute using an Ultraturrax, otherwise using a Potter glass homogenizer for low material.
[0016]
The nuclear fraction can be isolated by centrifuging the homogenate at 1000 × g at 4 ° C. for 10 minutes. The supernatant is collected for further preparation. The centrifuge (nuclear pellet) is resuspended in 12 ml of SB1 and centrifuged as before. The nucleic acid pellet is resuspended in SB2 (20 mM Tris-HCl pH 7.5; 150 mM NaCI, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 1% NP-40).
The collected supernatant can be used to isolate and purify the cytoplasmic fraction. For this purpose, they are centrifuged at 100,000 × g at 4 ° C. for 1 hour. The supernatants are representative of extracts containing cytoplasmic proteins.
[0017]
The membrane fraction is isolated by washing the pellet from the cytoplasmic fraction removed three times in SB1 and centrifuging at 100,000 × g at 4 ° C. for 1 hour. After the third washing step, the pellet is resuspended in 15 ml of SB2 and lysed overnight before centrifugation at 100,000 × g at 4 ° C. for 1 hour. The supernatant forms the membrane fraction.
The cytoskeletal fraction is obtained by washing the pellet from the membrane fraction removed three times in SB2 and centrifuging at 100,000 × g at 4 ° C. for 1 hour. After the third washing step, the pellet is resuspended in SB3 (12.5 mM Tris-HCl pH 7.5; 0.4% SDS) and dissolved at 95 ° C. This is followed by a final centrifugation at 20,800 xg for 15 minutes at room temperature. The supernatant contains the cytoskeletal fraction.
[0018]
Proteolytically active extracts containing isolated proteases are obtained from cells or tissues, for example, by culturing human cells or cell lines as a monolayer in cell culture. The cells are washed three times with cell culture medium. The medium is then replaced with fresh medium and the secreted protease is secreted into the medium at 37 ° C. A suitable secretion time is 1-3 hours. Tissue pieces or tissue portions can be processed in the same manner. Tissue fluid can be obtained from a tissue mass, for example, by carefully chopping an organ or tissue with scissors or a scalpel. The pieces are washed several times with tissue buffer. The pieces or other organelles are incubated in physiological buffer or medium at 37 ° C for 1-3 hours. After incubation, the cell debris is sedimented into a 15 ml conical container, and the medium can be removed for further study.
[0019]
Alternatively, the tissue may be transferred into a centrifuge tube and centrifuged gently. The supernatant contains interstitial fluid protease from the interstitial space.
Alternatively, the following method: ice-cold RIPA buffer (50 mM Tris-HCI, pH 7.4; 1% NP40, 0.25% sodium cholate, 150 mM NaCI, 1 mM EGTA, 1 mM PMSF, 1 mM Na3VO4, 1 mM NaF, and in each case 1 μg / ml aprotonin, leupeptin and pepstatin) by chopping the tissue, freezing the minced tissue and subsequently disrupting it in a mortar, You can also get The tissue is homogenized by adding RIPA buffer in a volume ratio of 1-2, and then the mixture is thawed. After 15 minutes, the lysate is centrifuged at 13,000 × g at 4 ° C. for 10 minutes. The lysate may be aliquoted, shockfrozen and stored in liquid nitrogen.
[0020]
In a further modification, the proteolytic activity of the unexamined sample can be measured by comparison with a comparative sample. The method of differential determination of proteolysis comprises the following steps:
a) incubating a library of fusion molecules comprising a peptide and a nucleic acid encoding said peptide with a proteolytically active sample;
b) making the same library of fusion molecules into at least one parallel mix and incubating with at least one proteolytic activity comparison sample;
c) isolating the proteolytically removed portion of the fusion molecule;
d) 構築 building a bank of differential nucleic acids;
e) determining the sequence of those nucleic acids measured.
[0021]
Differential determination of the proteolytically removed nucleic acid portions of the fusion molecules can be performed, for example, by applying excess single-stranded nucleic acid portions isolated from the comparative sample to a suitable support and freeing the support. After saturating the binding site, it is performed by hybridization with a single-stranded nucleic acid moiety isolated from the sample. The removed non-hybridized nucleic acid portion indicates the only peptide sequence cleaved in the sample.
[0022]
In another method of the invention, the proteolytic activity of a sample is measured in comparison to at least one preliminary sample. The continuous incubation of the fusion molecule with the preliminary sample and the sample makes it possible to determine the differential proteolytic activity between said preliminary sample and the sample. The method comprises the following steps:
a) incubating a library comprising a peptide and a nucleic acid encoding said peptide with at least one preliminary sample of proteolytic activity;
b) 取 り 出 す removing the portion of the fusion molecule that is dissociated by cleavage;
c) {incubating the library thus prepared with a proteolytic sample;
d) isolating the portion of the fusion molecule that dissociates due to proteolytic cleavage;
e) determining the sequence of the nucleic acid molecule portion of the removed fusion molecule.
[0023]
In a preferred embodiment of all three variants of the invention, the nucleic acid part of the fusion molecule part isolated by proteolytic cleavage is doubled by PCR. For this purpose, fusion molecules are used whose coding nucleic acid part has a nucleic acid sequence which is continuous on both sides of the coding nucleic acid sequence as a primer binding site. In order to greatly increase both the amount of fusion molecule excised in the considered extract and the specificity of its selection step (the cleavage in its proteolytically active extract), the isolation of the cleaved fusion protein Preferably, the method of the present invention provides for amplifying the nucleic acid by PCR and translating it in vitro. Starting from the RNA prepared in this way, a new library of fusion proteins is prepared again by the method already described and incubated with the same sample containing the protein activity. This cycle can be repeated several times.
[0024]
In a further variation of the method of the invention, performing one or more of the described cycles of RNA, in vitro transcription, and / or in vitro translation with an unusually high error rate. Is possible. This increases the available peptide sequences to be tested (in vitro protein evaluation).
Similarly, various directed in vitro protein evaluations allow changing the known cleavage sequence in a rapid and simple manner to produce different kinetic properties for the cleaving protease.
[0025]
Additional additives, such as specifically acting protease or nuclease inhibitors, or non-specific RNA and / or DNA that saturates possible nucleases, may be added to the protein activity sample. For example, the addition of an inhibitor that acts specifically on the protease, such as the addition of pepstatin A, can be performed by lysosomal or endosomal proteases (such as aspartate peptidase) whose sample extracts cleave nonspecifically. (Acid peptidase) is particularly recommended. Also, specific inhibition of exopeptidases is advantageous to prevent degradation of proteins, especially other proteases and their peptide cofactors, contained in the sample, comparative sample or whole sample. The addition fusion molecule itself does not need to be protected against exoproteases, since there is no N- or C-terminal peptide terminus. Degradation of the peptide portion of the proteolytically cleaved fusion molecule is not critical to the further progress of the method.
[0026]
Removal of nuclease activity from the tissue extract to protect the nucleic acid pad of the fusion molecule can be achieved by treating the freshly prepared tissue homogenate with an RNAse or DNAse inhibitor between the tissue acquisition and subsequent steps. Can be achieved by doing so. In other embodiments, the nuclease inhibitors can be covalently associated with the particles or suitable column material. Thus, nucleases that bind to the surface-associated nuclease inhibitor are removed from the remaining tissue homogenate. Another approach to nuclease inhibition is protection of the nucleic acid portion of the fusion molecule by auxiliary substances. The auxiliary substances wrap the DNA and RNA to form a complex and protect the DNA and RNA against nucleases (Katayose, S. (1998) J. Pharm. Sci., 87: 160163). Said auxiliary substance is in particular polyethyleneimine or PEGPLL, but may also be a protein or a chaperone. Protection against nucleases is likewise possible by using artificially synthesized nucleic acids, such as PNA in fusion molecules. To increase stability, the nucleic acids may be chemically modified, for example, by methylation.
[0027]
The incubation time of the library with the extract depends on the proteolytic activity of the sample used. In an extended embodiment, the method of the invention is performed repeatedly with varying incubation times. This advantage allows for kinetic presentation of those peptide substances, including the sample and the library of fusion molecules. Peptide materials that are proteolytically cleaved in a short incubation time have a high rate constant for proteolytically active sample components.
Another possibility for making a kinetic presentation of the protein activity of the sample is to vary the concentration of the library fusion molecules that make up the peptide material or, preferably, intended for incubation of the sample. Or varying the concentration.
[0028]
A great advantage of the method of the invention is the fact that the protein activity of the sample under consideration can be demonstrated phenomenologically, ie without knowing all of the proteolytic activity of the sample. When comparing different samples, whether the different proteolytic activities are based on the presence of different proteases or rather on direct mutations of the rare proteases, or whether it is incomplete regulation of the protease gene or It does not matter whether it was caused by a protease inhibitor or a protease activator. The method may also record alterations in proteolytic activity induced via extracellular signals. For example, it is known that binding of a ligand, such as a hormone, to a transmembrane receptor can alter intracellular cytosolic kinase and / or phosphatase activity. The degree of phosphorylation has a decisive effect on protease activity as it plays a crucial part in the control of enzyme activity in cells. The phosphatase activity between deregulated cells and their associated protease activities, for example, play a crucial part in the formation of cancer.
[0029]
Of particular advantage is the determination of peptides that are differential and specifically cleavable with respect to extracts of healthy and diseased tissues and extracts of healthy tissues and those infected with pathogens. Finding specific cleavable peptides when comparing individual organisms is likewise of particular interest.
Furthermore, the method of the invention can be used to determine quickly and easily peptide sequences cleaved by the sample under consideration, especially those that have been specifically cleaved. On the other hand, sequences that have not undergone proteolytic cleavage by that sample examined can be found in a similar manner.
[0030]
In addition to identifying specific protein cleavage peptide sequences, the above methods can also be used to find specifically acting inhibitors or activators, which should be inhibited in each individual case. It is not required that the protease be known. To this end, a potential inhibitor or activator is simply added to the sample solution, resulting in differential proteolytic activity between the sample and the sample containing the potential inhibitor or activator. Is measured. A decrease in the number of cleaved sequences indicates inhibition, and an increase in cleaved sequences indicates activation.
In a preferred embodiment, the inhibitor is identified by using a pre-selected library of fusion molecules obtained after several selection cycles using the proteolytically active sample. Alternatively, the specific cleavage peptide identified by the method of the invention can be used directly for inhibitor screening, for example, in a FRET assay.
[0031]
In this way, screening methods for protease inhibitors are available, which can be performed quickly and easily.
The rapid and simple screening of protease inhibitors also makes it possible to combine many effective inhibitors in a mixture with the activator in order to prevent the emergence of their resistance.
The invention further relates to a proteolytic cleavable substance containing a peptide sequence obtainable using one of the methods of the invention.
Specific proteolytic cleavage peptide sequences can be used for specifically acting inhibitors. For this purpose, the peptide sequence may be chemically modified, for example, to prevent proteolysis, or one or more α-amino acids of the peptide acid may be replaced with β-amino acids. Alternatively, the L-amino acid may be replaced with a D-amino acid (see, eg, Werder M. & Hauser H. (1999) Helvetica Chimica Acta, 82, 1774-1783). Specific proteolytic cleavable peptides that can be identified using this method can be used to construct a drug delivery system to achieve selective release of the active agent at the target site. The target site can be, for example, a particular organ, tissue, a particular cell type, a subcellular component, or a diseased portion compared to a healthy tissue, or can be compared to an uninfected tissue or cell. And may be a part infected with a microorganism.
[0032]
In the case of active agents that can be activated by protease cleavage, the specific proteolytic cleavable agent can be used as a covalent inhibitor. The specific proteolytic cleavable peptide may be used as a linker to link the active agent to a targeting ligand, such as, for example, a specific antibody or a specific receptor ligand. However, it is also possible to construct active substance-loaded systems that close with specific proteolytic cleavable substances (Minko T. et al., (2000) Int. J. Cancer, 86: 108117). A variety of directed in vitro protein evaluations allow one to alter known peptide cleavage sequences to generate different cleavage kinetics. This makes it possible to control the time profile of the active substance release.
[0033]
As a result, it is possible to more effectively control the diseased part with the help of specific proteolytic cleavable peptides and via controlled release of the active substance to the target, where the healthy Proteolytic activity caused by altered or imperfect regulation compared to the state or mutation of a particular protease or their inhibitor is present at the desired site of action. Examples of disorders with disturbed protease activity include cancer such as asthma, osteoporosis, leukemia, breast cancer, intestinal cancer, stroke, neuropathy such as Alzheimer's disease, arthritis, pancreatitis, hypertension, thrombosis, cold, and homeostasis. If you have blood sickness.
The targeted release of the active substance can minimize the side effects of the active substance and reduce the amount of active substance used, thanks to the altered distribution profile within the organism . Of particular interest are pharmaceutically active ingredients, for example against bacteria, fungi, viruses or against affected tissue cells, but may be used in herbicides, antifungals or insecticides.
[0034]
Another use of the method of the invention is as a diagnostic assay. The assay is used, for example, to compare profiles between diseased tissue from cancer cells and a sample to be examined, for example, towards a fusion molecule library with a given composition of extract proteolytic activity. It can be based on However, preference is given to a peptide-based assay that is proteolytically cleavable only by diseased tissue, as compared to a comparative or preliminary sample. In such a selective assay, the intended sequencing step following the removal of the fusion molecule portion dissociated by cleavage can be omitted. In this case, the presence of a particular disease-specific protease activity can be identified using a hybridization probe. Such methods can be highly integrated using many cleavable peptides identified as disease-specific markers in such assays.
[0035]
Alternatively, the specific cleavable peptides identified by the method of the invention can be used directly for inhibitor screening, for example in a FRET assay. Specific cleavable sequences may be used in vivo as agents for FRET assays. Peptides that can be specifically cleaved by a proteolytically active sample may be used to isolate proteases that cleave the peptide sequence (eg, Li YM (2000) Nature, 405: 689694).
For example, US Pat. No. 5,843,701 describes a method applicable for isolating serine proteases. Serine proteases are protein enzymes that catalyze the hydrolysis of peptide bonds in proteins. Frequently, the target protein is selectively cleaved due to specific peptide linkages within the material. These serine proteases include, inter alia, those that activate tissue plasminogen, trypsin, elastase, chymotrypsin, thrombin, and plasmin. Many stages of the disease can be treated, for example, with serine protease inhibitors such as blood clotting disorders. Elastase inhibitors can reduce the clinical progression of emphysema.
[0036]
The protease is coupled to the column material with the specific proteolytic cleavable peptide determined by the method described above, for example, by affinity chromatography of a proteolytically active sample using standard techniques on the column material. By performing the above, it can be isolated. The buffers used during these binding cycles must not be denatured so that the protease is inactivated. Proteases that interact with the peptides can, if necessary, additionally be attached to the attached peptides via common crosslinking methods. For this purpose, it is also possible to use β-amino acid-containing cleavage sequences which are specifically recognizable but not cleavable by proteases.
The present invention is made clear by the following several exemplary embodiments.
[0037]
Example 1
Preparation of a fusion molecule comprising a peptide having a known protease cleavage site and a nucleic acid encoding the peptide
General description
Two types of fusion molecules were prepared. The first fusion molecule is one containing a peptide sequence that is specifically cleaved by the protease thrombin ("thrombin fusion molecule") and the second fusion molecule is specific to matrix metalloprotease-3 (MMM-3). A fusion molecule having a peptide sequence that was cleaved dynamically ("MMM-3 fusion molecule"). The preparation of fusion molecules of this type is described, for example, in WO 98/31700.
Those fusion molecules prepared in this manner have a protease cleavage site for MMM-3 or for thrombin.
MMM-3 protease cleaves between Glu and Leu, and thrombin protease cleaves between Arg and Ser. The peptide sequences and corresponding nucleotide sequences used are as listed below.
[0038]
[Table 1]
Figure 2004507240
[0039]
1.1 Preparation of MMP3 template DNA and thrombin template DNA via PCR
250 ng of DNA template, 25 pmol of 5 ′ and 3 ′ primers, 10 mM dNTPs, 5 μl of 10 × PCR buffer and 5 U / μg Taq DNA polymerase in a 50 μl reaction mixture (buffers and enzymes from Promega, Madison, USA) Combined. The PCR was performed in a Biometra T gradient cycler: 1 min 94 ° C, 21x (0.5 min 94 ° C, 0.5 min 55 ° C, 0.5 min 72 ° C).
[0040]
[Table 2]
Figure 2004507240
[0041]
FIG. 1 shows the PCR products on a 2% agarose ethidium bromide gel. Lane 1: 50 bp DNA marker, Lane 2: MMP3 DNA, Lane 3: Thrombin DNA, Lane 4: 100 bp DNA marker
As FIG. 1 shows, MMP3 DNA and thrombin DNA were successfully amplified. The PCR product has the expected molecular weight of 199 bp for MMP3 DNA and 189 bp for thrombin DNA.
[0042]
1.2 In vitro transcription of MMP3 and thrombin DNA
100 pmol of DNA was used for the transcription reaction (Ribomax T7 / Promega, Madison, USA). The DNA was made up to a 500 μl mixture with 5 × T7 buffer, rNTPs and T7 RNA polymerase and incubated at 37 ° C. for 4 hours.
RNA was purified by phenol / chloroform extraction and analyzed on a 6% urea gel (Novex Gel / Invitrogen, Groningen, Netherlands).
FIG. 2 shows the RNA obtained after transcription on a 6% urea gel. Lane 1: MMP3 RNA, Lane 2: thrombin RNA
As FIG. 2 shows, RNA can be detected after its transcription reaction as expected. The RNA is not degraded.
[0043]
1.3 Ligation of RNA via UV crosslinking with puromycin linker
3 nmol of RNA, 4.5 nmol of puromycin (Pu) linker having the sequence (PEG = polyethylene glycol, Pso = psoralen)
[0044]
[Table 3]
Figure 2004507240
[0045]
12 μl of 10 × ligase buffer (1M NaCl, 250 mM Tris pH 7.5) was combined with 120 μl of the mixture and incubated at 85 ° C. for 5 minutes and then at room temperature for 10 minutes. UV crosslinking was carried out at 366 nm for 15 minutes (LTF-Labortechnik, handheld UV lamp with 12 W).
Ligation efficiency was confirmed on a 5% urea agarose gel.
FIG. 3 shows an analysis of the ligation reaction on a 5% urea TBE gel. Lane 1: MMP3 RNA, Lane 2: MMP3 RNA with puromycin linker, Lane 3: Thrombin RNA, Lane 4: Thrombin RNA with puromycin linker (the signal L is due to the colored marker)
After ligation of the puromycin linker to the RNA, a distinct increase in the molecular weight was observed, indicating that thrombin RNA and MMP3 RNA were successfully linked to puromycin.
[0046]
1.4@In vitro translation
8 μl of linker RNA is mixed with 200 μl of erythrocyte lysate (Promega, Madison, USA L416X) and 5 μl of35S methionine (Hartmann, 10.8 μM, specific activity: its specific activity is 72181 dpm / pmol), 6 μl of the amino acid mix (without methionine, 1 mM, Promega), and 80 μl of H2Mix O and then incubate at 30 ° C. for 30 minutes. 130 μl of 2M KCI and 75 μl of MgCl2After addition of, an incubation is performed at 30 ° C. for 30 minutes. The resulting fusion molecule was purified using oligo dT cellulose (Amersham Pharmacia, Freiburg, Germany) (removal of all those components of the in vitro translation mixture that do not contain the poly A sequence).
[0047]
1.5 Reverse transcription reaction
200 μl of the purified fusion molecule was mixed with 2.5 μl of 100 μM reverse primer and incubated at 80 ° C. for 5 minutes. After the reaction mixture was cooled on ice, 50 μl of 5 × strand buffer, 20 μl of dNTPs (10 mM in each case), 2.5 μl of RTSuperscript II (all from Promega, Madison, USA) were added. The mixture was incubated at 42 ° C. for 40 minutes.
[0048]
Example 2
Proteolytic cleavage of fusion molecules in solution by thrombin and MMP3
The prepared fusion molecules were incubated with the corresponding protease, and the reaction products were analyzed (FIG. 4). 10 nM MMP3 (Sigma, Deisenhofen, Germany) was added to 5 pmol of the fusion molecule with its MMP3 cleavage site and the mixture was made up to a total volume of 15 μl MMP3 buffer (50 mM Tris pH 7, 150 mM NaCI, 10 mM CaC1).2) At 37 ° C. for 45 minutes. 1 U of thrombin (1 NIH unit = 0.324 μg, Sigma, Deisenhofen, Germany) was added to 5 pmol of the fusion molecule with its thrombin cleavage site in a total volume of 15 μl of thrombin buffer (50 mM Tris pH 8, 150 mM NaCI). At 37 ° C. for 45 minutes. The starting fusion molecules and the fusion molecules after proteolytic cleavage were analyzed after SDS PAGE using a phosphoimager (FIG. 4).
[0049]
FIG. 4 shows fusion molecule digestion with thrombin and MMP-3 in solution:
Phosphoimager image after 4-20% Tris-glycine SDS PAGE
Lane 1: “MMP3 fusion molecule” before digestion
Lane 2: “Thrombin fusion molecule” before digestion
Lane 3: “thrombin fusion molecule” + thrombin
Lane 4: “Thrombin fusion molecule” before digestion
Lane 5: “MMP3 fusion molecule” + MMP3
Lane 6: “MMP3 fusion molecule” before digestion
(Band i indicates the fusion molecule, those bands ii indicate the peptide byproduct, and band iii is from the N-terminal fusion molecule fragment.)
The “MMP3 and thrombin fusion molecule” was proteolytically cleaved by MMP-3 protease and thrombin protease, respectively.
[0050]
Example 3
Isolation and detection of proteolytically cleaved "thrombin fusion molecule" and amplification of its nucleic acid portion
Specifically proteolytically cleaved fusion molecules were isolated and identified by performing three sequential steps. FIG. 5 shows schematically the steps of a method according to this example for identifying a specific cleavage peptide.
[0051]
Step 1. Coupling of the fusion molecule to Streptactin-Sepharose (support material) via N-terminal Strep tag (tag)
Step 2. Proteolytic cleavage of "thrombin fusion molecules" on its support material by thrombin
Step 3. Isolation of the cleaved C-terminal fusion molecule fragment and detection of said fragment after PCR amplification of its nucleic acid portion
Optionally, the isolated fragments can be purified via their His tag by affinity chromatography on nickel particles prior to analysis.
[0052]
3.1 Coupling of “thrombin fusion molecule” to streptactin sepharose
50 μl of “thrombin fusion molecule” (corresponding to about 5 pmol) is mixed with 50 μl of streptactin sepharose washed in 5 × streptactin buffer (150 mM NaCI, 100 mM Tris pH 8) and incubated at 4 ° C. for 2 hours did. Unbound fusion molecules were removed by washing 5 times with streptactin buffer.
[0053]
3.2 Proteolytic digestion of “thrombin fusion molecule” with thrombin
The fusion molecule bound to Streptactin Sepharose is resuspended in 80 μl water and incubated for 45 minutes at 37 ° C. with 10 μl 10 × thrombin buffer (1.5 M NaCI, 500 mM Tris pH 8) and 10 μl 100 U / μl thrombin. did. As a control, the same reaction was performed without thrombin.
[0054]
3.2.1 Isolation and detection of bound “thrombin fusion molecule”
After the incubation period, the reaction mixtures were centrifuged (1 min at 3000 rpm). The pelleted streptactin sepharose containing the N-terminal fragment of the cleaved fusion molecule was washed three times with streptactin buffer and then resuspended in 80 μl of water. Streptactin Sepharose-bound "thrombin fusion molecule" (control mixture) or Streptactin Sepharose-bound N-terminal fragment after incubation with thrombin was fractionated by SDS PAGE and visualized by phosphoimaging (Figure 6).
[0055]
FIG. 6 shows a “thrombin fusion molecule” and a fusion molecule fragment bound to streptactin sepharose. 15 μl of resuspended streptosepharose were mixed in each case with 5 μl of Lammli loading buffer, heated at 82 ° C. for 5 minutes and fractionated by 4-20% Tris glycine SDS PAGE. The gel was then dried at 80 ° C. for 2 hours and visualized by phosphoimaging.
[0056]
Lane 1: "Thrombin fusion molecule" after incubation with thrombin
Lane 2: “Thrombin fusion molecule” not incubated with thrombin (control)
(Band i indicates the intact fusion molecule, band ii is from the peptide byproduct, and band iii is from the N-terminal fusion molecule fragment.)
After incubating the “thrombin fusion molecule” with thrombin, its N-terminal fragment (35Only those labeled with S-methionine) remain bound to streptactin sepharose.
[0057]
3.2.2 Detection of nucleic acid portion of “thrombin fusion molecule” by PCR analysis
After removing the streptactin sepharose, 15 μl of the supernatant or 15 μl of the resuspended streptactin sepharose was used for PCR. In addition to the 15 μl samples, the 50 μl PCR mixture contained 5 μl of 5 ′ and 3 ′ thrombin primers (5 pmol / μl), 10 mM dNTPs, 5 μl of 10 × PCR buffer, and 5 U / μl Taq DNA polymerase (Promega). , Madison, USA). The amplification was performed under the following conditions: 1 minute at 94 ° C., 21 × (0.5 minutes at 94 ° C., 0.5 minutes, 55 ° C., 0.5 minutes at 72 ° C.). The resulting PCR product is shown in FIG.
[0058]
FIG. 7 shows the “thrombin fusion molecule” PCR product after 2% agarose gel electrophoresis. Lanes 1 and 2 show their products as black signals on a light background, and lanes 3 and 4 show them as white signals on a dark background with different imaging techniques.
[0059]
Lane 1: “thrombin fusion molecule” + thrombin; supernatant
Lane 2: “thrombin fusion molecule” without thrombin (control); supernatant
Lane 3: “thrombin fusion molecule” + thrombin; bound to streptosepharose
Lane 4: "thrombin fusion molecule" without thrombin; bound to streptosepharose
[0060]
The result indicates that the "thrombin fusion molecule" was cleaved by incubation with thrombin. After removing the N-terminal fragment without the nucleic acid portion, the C-terminal portion remains in the supernatant. Thus, a strong PCR amplification is obtained in the supernatant (eg, lane 1, see FIG. 7), but only a very weak PCR amplification is obtained in the pellet (eg, lane 3, FIG. 7). . In a control reaction, the "thrombin fusion molecule" was not incubated with thrombin. Thus, while the fusion molecules remain bound to the streptactin sepharose, a strong PCR amplification is obtained in the pellet (eg, lane 4, FIG. 7), while the PCR amplification of the supernatant is very weak (Eg, lane 2, FIG. 7).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the PCR products on a 2% agarose ethidium bromide gel.
FIG. 2 shows RNA obtained after transcription on a 6% urea gel.
FIG. 3 shows an analysis of the ligation reaction on a 5% urea TBE gel.
FIG. 4 shows fusion molecule digestion with thrombin and MMP-3 in solution.
FIG. 5 shows schematically each step of the method according to this example for identifying a specific cleavage peptide.
FIG. 6 shows a “thrombin fusion molecule” and a fusion molecule fragment bound to streptactin sepharose.
FIG. 7 shows the “thrombin fusion molecule” PCR product after 2% agarose gel electrophoresis.

Claims (34)

特異的にタンパク質分解性である開裂性ペプチドを同定する方法であって、下記各工程を含んでなる方法:
a)ペプチドと前記ペプチドをコードする核酸を含んでなる融合分子のライブラリーをタンパク質分解活性試料と共にインキュベートすること;
b)前記融合分子のタンパク質分解的に外れた部分を単離すること;
c)取り出された該融合分子の該核酸部分の配列を決定すること。
A method for identifying a cleavable peptide that is specifically proteolytic, comprising the steps of:
a) incubating a library of fusion molecules comprising a peptide and a nucleic acid encoding said peptide with a proteolytically active sample;
b) isolating the proteolytically detached portion of the fusion molecule;
c) determining the sequence of the nucleic acid portion of the removed fusion molecule.
特異的にタンパク質分解性である開裂性ペプチドを同定する方法であって、下記各工程を含んでなる方法:
a) ペプチド及び前記ペプチドをコードする核酸を含んでなる融合分子のライブラリーをタンパク質分解活性試料と共にインキュベートすること;
b) 融合分子の同じライブラリーを対等混合物にして、少なくとも1つのタンパク質分解活性比較試料と共にインキュベートすること;
c) 前記融合分子のタンパク質分解により外れた部分を単離すること;
d) 差違ある核酸のバンクを構築すること;
e) 測定された該核酸の配列を決定すること。
A method for identifying a cleavable peptide that is specifically proteolytic, comprising the steps of:
a) incubating a library of fusion molecules comprising a peptide and a nucleic acid encoding said peptide with a proteolytically active sample;
b) incubating the same library of fusion molecules in a peer mixture with at least one proteolytic activity control sample;
c) isolating the proteolytically detached portion of the fusion molecule;
d) building a bank of differential nucleic acids;
e) determining the sequence of the nucleic acid measured.
特異的にタンパク質分解性である開裂性ペプチドを同定する方法であって、下記各工程を含んでなる方法:
a) ペプチド及び前記ペプチドをコードする核酸を含んでなる融合分子のライブラリーをタンパク質分解活性予備試料と共にインキュベートすること;
b) 開裂によって外れた該融合分子部分を取り出すこと;
c) このようにして調製されたライブラリーをタンパク質分解活性試料と共にインキュベートすること;
d) タンパク質分解性開裂により外れた該融合分子部分を単離すること;
e) 該外れた融合分子の該核酸部分の配列を決定すること。
A method for identifying a cleavable peptide that is specifically proteolytic, comprising the steps of:
a) incubating a library of fusion molecules comprising a peptide and a nucleic acid encoding said peptide with a preliminary sample of proteolytic activity;
b) removing the portion of the fusion molecule that has been dissociated by cleavage;
c) incubating the library thus prepared with a proteolytically active sample;
d) isolating the portion of the fusion molecule that dissociates due to proteolytic cleavage;
e) determining the sequence of the nucleic acid portion of the detached fusion molecule.
ペプチド及び前記ペプチドをコードする核酸を含んでなり且つ公知ヌクレオチド配列が一方の側又は両側へフランクした融合分子のライブラリーが使用される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a library of fusion molecules comprising a peptide and a nucleic acid encoding said peptide and having a known nucleotide sequence flanked on one or both sides is used. ペプチドを含んでなる融合分子のライブラリーであって、該ペプチドがピューロマイシン分子を介してポリA核酸配列に連結しこれが前記ペプチドコーディング領域及び1又はそれを超える公知核酸配列に繋がる融合分子のライブラリーが使用される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。A library of fusion molecules comprising a peptide, wherein said peptide is linked via a puromycin molecule to a polyA nucleic acid sequence, which leads to said peptide coding region and one or more known nucleic acid sequences. 5. The method according to claim 1, wherein a rally is used. 少なくとも4つの可変アミノ酸配列により構成されるペプチドを含んでなる融合分子が使用される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 5, wherein a fusion molecule comprising a peptide composed of at least four variable amino acid sequences is used. 7〜11の可変アミノ酸配列により構成されるペプチドを含んでなる融合分子が使用される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 6, wherein a fusion molecule comprising a peptide composed of 7 to 11 variable amino acid sequences is used. 融合分子が使用され、それらは、前記可変配列領域に加えて少なくとも1つの連続する配列領域を有するペプチドを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 7, wherein fusion molecules are used, which comprise a peptide having at least one contiguous sequence region in addition to the variable sequence region. 標識された核酸部分及び/又はペプチド部分を有する融合分子が使用される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein a fusion molecule having a labeled nucleic acid part and / or peptide part is used. 前記核酸部分及び/又はペプチド部分の磁性標識、放射性標識、蛍光標識を有するか、又は特定の公知核酸配列及び/又は公知の特定アミノ酸配列を含む標識を有する融合分子が使用される、請求項9に記載の方法。10. A fusion molecule having a magnetic, radioactive, or fluorescent label on the nucleic acid and / or peptide moiety or a label with a specific known nucleic acid sequence and / or a specific amino acid sequence is used. The method described in. 前記ライブラリーの融合分子を固体表面に付着させる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the fusion molecules of the library are attached to a solid surface. 前記ライブラリーの融合分子を固体粒子に付着させる、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fusion molecules of the library are attached to solid particles. 前記公知核酸配列が制限酵素により切断され、切り離された又は切り出された該核酸部分のみが更に使用される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the known nucleic acid sequence is cleaved by a restriction enzyme, and only the cleaved or excised nucleic acid portion is further used. 前記タンパク質分解活性試料により切断された前記融合分子部分を単離した後、その核酸部分を倍増させるためにPCRが行われる、請求項4〜13のいずれか1項に記載の方法。14. The method according to any one of claims 4 to 13, wherein after isolating the fusion molecule portion cleaved by the proteolytically active sample, PCR is performed to double the nucleic acid portion. 前記増幅された核酸が融合分子の新たなライブラリーを構築するために使用され、請求項1〜3のいずれかに記載の方法サイクルが前記ライブラリーを使用して行われる、請求項14に記載の方法。15. The method according to claim 14, wherein the amplified nucleic acid is used to construct a new library of fusion molecules, and the method cycle according to any of claims 1 to 3 is performed using the library. the method of. in vitroタンパク質評価のための、請求項14に記載の方法であって、そのPCR、そのin vitro転写、及び/又はそのin vitro翻訳を増大させたエラー率で行う、請求項14に記載の方法。15. The method according to claim 14, for in vitro protein evaluation, wherein the PCR, the in vitro transcription, and / or the in vitro translation are performed with an increased error rate. . 使用される前記タンパク質分解活性試料、予備試料及び比較試料が、細胞全体の抽出物、細胞質抽出物、膜抽出物、細胞外抽出物、亜細胞抽出物、前記抽出物の組合わせ、又は公知プロテアーゼの溶液である、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。The proteolytic activity sample, the preliminary sample and the comparative sample used may be a whole cell extract, a cytoplasmic extract, a membrane extract, an extracellular extract, a subcellular extract, a combination of the extracts, or a known protease. The method according to any one of claims 1 to 16, which is a solution of 使用される前記試料、予備試料及び比較試料が、疾患特異的及び/又は組織特異的及び/又は器官特異的及び/又は生物特異的抽出物である、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。18. The method according to any one of claims 1 to 17, wherein the samples, preliminary samples and comparative samples used are disease-specific and / or tissue-specific and / or organ-specific and / or biological-specific extracts. The described method. 使用される前記タンパク質分解活性試料及び/又は予備試料が生理的条件下で該方法に使用される、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the proteolytically active sample and / or preliminary sample used is used in the method under physiological conditions. 更なる補助物質が、前記試料及び/又は予備試料に加えられる、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。20. The method according to claim 1, wherein a further auxiliary substance is added to the sample and / or the preliminary sample. 加えられる前記補助物質が、特異的に作用するプロテアーゼ阻害剤及び/又はヌクレアーゼ阻害剤である、請求項20に記載の方法。21. The method according to claim 20, wherein the auxiliary substance added is a specifically acting protease inhibitor and / or nuclease inhibitor. 可能性のあるプロテアーゼ阻害剤又はプロテアーゼ活性化剤が前記試料に加えられる、請求項1〜21のいずれか1項に記載の方法。22. The method of any one of claims 1-21, wherein a potential protease inhibitor or protease activator is added to the sample. 前記方法の工程が繰り返されるか、又は異なるインキュベーション期間及び/又は異なる試料濃度で繰り返される、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。23. The method according to any of the preceding claims, wherein the steps of the method are repeated or with different incubation periods and / or different sample concentrations. 請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法により決定された核酸配列の、特異的にタンパク質分解性である開裂性物質を調製するための使用。Use of the nucleic acid sequence determined by the method according to any one of claims 1 to 23 for preparing a specifically proteolytic cleavable substance. 請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法により得ることができるペプチドを含んでなる特異的にタンパク質分解性である開裂性物質。24. A specifically proteolytic cleavable substance comprising a peptide obtainable by the method according to any one of claims 1 to 23. 化学的に活性な物質を含んでなる、請求項25に記載の特異的タンパク質分解性開裂性物質。26. The specific proteolytic cleavable substance of claim 25, comprising a chemically active substance. 前記化学活性物質がタンパク質分解放出により活性化可能である、請求項26に記載の特異的タンパク質分解性開裂性物質。27. The specific proteolytic cleavable substance of claim 26, wherein the chemically active substance is activatable by proteolytic release. 該物質に更なる補助物質及び添加物が加えられている、請求項25〜27のいずれか1項に記載の特異的タンパク質分解性開裂性物質。28. The specific proteolytic cleavable substance according to any one of claims 25 to 27, wherein further auxiliary substances and additives are added to the substance. 請求項25〜28のいずれか1項に記載の特異的タンパク質分解性開裂性物質の、喘息、骨粗鬆症、癌、卒中、神経障害、関節炎、膵臓炎、高血圧、血栓症、感冒、又は住血吸中症のための医薬を製造するための使用。29. The specific proteolytic cleavable substance according to any one of claims 25 to 28, wherein the substance is asthma, osteoporosis, cancer, stroke, neuropathy, arthritis, pancreatitis, hypertension, thrombosis, cold, or schistosome. Use for the manufacture of a medicament for illness. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法により得ることができるタンパク質分解性開裂性ペプチドを含んでなる診断用マーカー。A diagnostic marker comprising a proteolytic cleavable peptide obtainable by the method according to any one of claims 1 to 13. 請求項1〜23のいずれか1項に記載の特異的作用性プロテアーゼを検出するための方法であって、請求項30に記載の診断用マーカーを含んでなる方法。A method for detecting the specific acting protease according to any one of claims 1 to 23, wherein the method comprises the diagnostic marker according to claim 30. 請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法により決定された特異的タンパク質分解性開裂性ペプチドを含んでなる物質の、前記ペプチドを開裂する該プロテアーゼを同定するための使用。24. Use of a substance comprising a specific proteolytic cleavable peptide determined by the method of any one of claims 1 to 23 for identifying the protease that cleaves said peptide. 請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法により決定された特異的タンパク質分解性開裂性ペプチドの、プロテアーゼ阻害剤を同定するための使用。Use of a specific proteolytic cleavable peptide determined by the method of any one of claims 1 to 23 for identifying a protease inhibitor. 請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法により決定された特異的タンパク質分解性開裂性ペプチド配列の、阻害剤を調製するための使用。Use of a specific proteolytic cleavable peptide sequence determined by the method according to any one of claims 1 to 23 for preparing an inhibitor.
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