JP2005168411A - Method for investigating dna having activity for inhibiting proteolytic enzyme - Google Patents

Method for investigating dna having activity for inhibiting proteolytic enzyme Download PDF

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功一 西垣
Yasunori Kinoshita
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a DNA having high possibility of having inhibiting activities can be extracted from two or more candidate DNAs by one inhibition-examining test. <P>SOLUTION: The method for investigating the DNA having the activities for inhibiting a proteolytic enzyme comprises (1) mixing the proteolytic enzyme with a complex obtained by binding the DNA having affinity for the proteolytic enzyme with a substrate of the proteolytic enzyme to conjugate the proteolytic enzyme with the complex, (2) bringing the resultant conjugate of the proteolytic enzyme with the complex into a state in which the proteolytic enzyme can react with the substrate, (3) bringing the conjugate into a state in which the conjugate is dissociated, and (4) isolating the complex having the undecomposed substrate from the complex having the decomposed substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、タンパク質分解酵素に阻害作用を有するDNAの探査方法に関する。   The present invention relates to a method for exploring DNA having an inhibitory action on proteolytic enzymes.

タンパク質分解酵素に阻害作用を有する阻害剤であるDNAは、従来、(1)タンパク質分解酵素とアフィニティを有するDNAを探査し、探査したDNAの中からタンパク質分解酵素に阻害作用を有するDNAを特定し、(3)特定したDNAをクローン化し、(4)クローン化したDNAをシーケンスし、(5)得られたシーケンスデータに基づいてDNAを作製し、(6)得られたDNAを用いて阻害検証実験を行って、確かに阻害作用を有することを検証することで行われている。   Conventionally, DNA that is an inhibitor having an inhibitory action on a proteolytic enzyme has been (1) searching for DNA having an affinity for a proteolytic enzyme, and identifying a DNA having an inhibitory action on the proteolytic enzyme from the searched DNA. , (3) clone the identified DNA, (4) sequence the cloned DNA, (5) prepare DNA based on the obtained sequence data, and (6) verify inhibition using the obtained DNA This is done by conducting an experiment and verifying that it certainly has an inhibitory effect.

上記方法では、DNAをクローン化した数だけ阻害検証実験をする必要が有り、阻害剤の探索のネックとなっていた。   In the above method, it is necessary to carry out inhibition verification experiments for the number of cloned DNAs, which has been a bottleneck for searching for inhibitors.

そこで本発明の目的は、複数の候補DNAから、1回の阻害検証実験で阻害作用を有する可能性の高いDNAを抽出し得る方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of extracting DNA having a high possibility of having an inhibitory action in a single inhibition verification experiment from a plurality of candidate DNAs.

上記課題を解決するための本発明は以下の通りである。
[請求項1]タンパク質分解酵素に阻害作用を有するDNAの探査方法であって、
(1)タンパク質分解酵素と、このタンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAとこのタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体とを混合して、前記タンパク質分解酵素と前記複合体とを結合させ、
得られたタンパク質分解酵素と複合体との結合体を、前記タンパク質分
(2)解酵素と前記基質とが反応し得る状態にし、
(3)前記結合体を解離する状態にし、かつ
(4)前記基質が未分解である複合体を、前記基質が分解した複合体から単離する
ことを含む前記方法。
[請求項2]前記複合体は、塩基配列が異なる複数のDNAと基質とを連結した複合体の集合体である請求項1に記載の方法。
[請求項3]前記DNAは、予め前記タンパク質分解酵素とアフィニティを有することを確認されたものである請求項1または2に記載の方法。
[請求項4]前記DNAは、塩基数が10〜1000の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
[請求項5]前記分解酵素と前記基質とが反応し得る状態にした後に結合体が、回収され、回収された結合体を解離する状態にする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
[請求項6]前記タンパク質分解酵素に予めゲルビーズが固定化されており、このゲルビーズを利用して結合体を回収する請求項5に記載の方法。
[請求項7]前記複合体には、予めビオチンが固定化されており、ビオチンとアビジンまたはストレプトアビジンの相互作用を利用して未分解である複合体を単離する請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
[請求項8]前記タンパク質分解酵素が、トリプシン、カテプシン、トロンビン、プラスミン、カスパーゼまたはマトリクスメタロプロテナーゼ(MMP)である請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
[請求項9]前記基質がペプチドまたはタンパク質である請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
[請求項10]前記複合体は、DNAとタンパク質分解酵素の基質とが、リンカーを介して連結したものである請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
[請求項11]前記複合体のリンカーは、DNAとタンパク質分解酵素の基質の連結に使用した二価試薬によって生じたものである請求項10に記載の方法。
[請求項12]前記単離した基質が未分解である複合体に含まれるDNAをシーケンスすることをさらに含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
[請求項13]前記DNAのシーケンスが、前記複合体に含まれるDNAの増幅及び/又はクローニングを含む請求項12に記載の方法。
[請求項14]前記タンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAとこのタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体のDNAを、前記単離した基質が未分解である複合体に含まれるDNAの塩基配列と同一の塩基配列を有するDNAとした複合体を用いて、請求項1に記載の(1)〜(4)を繰り返す、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
The present invention for solving the above problems is as follows.
[Claim 1] A method for exploring DNA having an inhibitory action on a proteolytic enzyme,
(1) Mixing a proteolytic enzyme, a complex in which a DNA having affinity for the proteolytic enzyme and a substrate of the proteolytic enzyme are linked, and binding the proteolytic enzyme and the complex;
The resulting proteolytic enzyme-complex conjugate is brought into a state where the protein component (2) and the substrate can react with each other,
(3) The method comprising bringing the conjugate into a dissociating state and (4) isolating the complex in which the substrate is undegraded from the complex in which the substrate is degraded.
[2] The method according to [1], wherein the complex is an assembly of a complex in which a plurality of DNAs having different base sequences and a substrate are linked.
[Claim 3] The method according to claim 1 or 2, wherein the DNA has been confirmed to have an affinity for the proteolytic enzyme in advance.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the DNA has a base number of 10 to 1,000.
[Claim 5] The conjugate according to any one of claims 1 to 4, wherein the conjugate is recovered after the degradation enzyme and the substrate can react with each other, and the collected conjugate is dissociated. the method of.
[Claim 6] The method according to claim 5, wherein gel beads are immobilized in advance on the proteolytic enzyme, and the conjugate is recovered using the gel beads.
[Claim 7] Biotin is immobilized on the complex in advance, and the undecomposed complex is isolated using the interaction between biotin and avidin or streptavidin. Or the method according to claim 1.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the proteolytic enzyme is trypsin, cathepsin, thrombin, plasmin, caspase, or matrix metalloproteinase (MMP).
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the substrate is a peptide or a protein.
[10] The method according to any one of [1] to [9], wherein the complex is obtained by linking DNA and a substrate of a proteolytic enzyme via a linker.
[11] The method according to [10], wherein the linker of the complex is generated by a bivalent reagent used for linking DNA and a substrate of a proteolytic enzyme.
[Claim 12] The method according to any one of claims 1 to 11, further comprising sequencing DNA contained in a complex in which the isolated substrate is undegraded.
[13] The method according to [12], wherein the DNA sequence includes amplification and / or cloning of DNA contained in the complex.
[14] A base sequence of DNA contained in a complex in which the isolated substrate is undegraded, and a complex DNA obtained by linking a DNA having affinity for the proteolytic enzyme and a substrate of the proteolytic enzyme. The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the steps (1) to (4) according to claim 1 are repeated using a complex formed of DNA having the same base sequence as.

本発明によれば、タンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAライブラリ中の各DNA鎖の末端に、適当な長さと性状を兼ね備えたリンカーを介して、当該タンパク質分解酵素のペプチド基質を連結した複合体を調製し、これを当該タンパク質分解酵素に結合および反応させる。反応物から未分解の複合体を回収し、例えば、そのDNA部分をPCRで増幅することで、より阻害活性の高いDNAライブラリを得ることができる。このサイクルを繰り返すことで、さらに高い阻害活性を有するDNAライブラリを淘汰していくことができる。   According to the present invention, a complex in which a peptide substrate of a proteolytic enzyme is linked to the end of each DNA chain in a DNA library having affinity for a proteolytic enzyme via a linker having an appropriate length and property. Prepare and bind and react with the proteolytic enzyme. A DNA library with higher inhibitory activity can be obtained by recovering the undegraded complex from the reaction product and, for example, amplifying the DNA portion by PCR. By repeating this cycle, a DNA library having higher inhibitory activity can be selected.

本発明は、タンパク質分解酵素に阻害作用を有するDNAの探査方法である。本発明において、対象となるタンパク質分解酵素は、特に限定されないが、例えば、トリプシン、カテプシン、トロンビン、プラスミン、カスパーゼまたはマトリクスメタロプロテナーゼ(MMP) 等を挙げることができる。   The present invention is a method for exploring DNA having an inhibitory action on proteolytic enzymes. In the present invention, the target proteolytic enzyme is not particularly limited, and examples thereof include trypsin, cathepsin, thrombin, plasmin, caspase, or matrix metalloproteinase (MMP).

ステップ(1)
本発明の方法では、まず、タンパク質分解酵素と、このタンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAとこのタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体とを混合して、前記タンパク質分解酵素と前記複合体とを結合させる。
Step (1)
In the method of the present invention, first, a proteolytic enzyme, a complex in which DNA having affinity for the proteolytic enzyme and a substrate of the proteolytic enzyme are linked are mixed, and the proteolytic enzyme and the complex are mixed. Are combined.

上記タンパク質分解酵素と結合させる複合体は、タンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAを含む。このDNAは、予めタンパク質分解酵素とアフィニティを有することが確認されたものである。   The complex to be bound to the proteolytic enzyme contains DNA having an affinity for the proteolytic enzyme. This DNA has been previously confirmed to have an affinity for a proteolytic enzyme.

さらに、上記複合体は、塩基配列が異なる複数のDNAと基質とを連結した複合体の集合体(ライブラリ)であることが好ましい。即ち、上記複合体は、タンパク質分解酵素とアフィニティを有することが確認された、塩基配列が異なる複数のDNAと基質とを連結した複合体の集合体であることが好ましい。塩基配列が異なるDNAの種類は、タンパク質分解酵素とのアフィニティ試験の結果、抽出されたDNAの数に応じて適宜設定できる。より具体的には、上記複合体は、例えば、タンパク質分解酵素とアフィニティを有することが確認された、塩基配列が異なる2〜1000の範囲のDNAと基質とを連結した複合体の集合体であることが好ましい。但し、この範囲に限定される意図ではない。   Furthermore, the complex is preferably an assembly (library) of complexes in which a plurality of DNAs having different base sequences and a substrate are linked. That is, the complex is preferably an aggregate of complexes obtained by linking a plurality of DNAs having different base sequences and substrates, which have been confirmed to have an affinity for a proteolytic enzyme. The types of DNA having different base sequences can be appropriately set according to the number of DNAs extracted as a result of an affinity test with a proteolytic enzyme. More specifically, the complex is, for example, an aggregate of complexes that are confirmed to have an affinity with a proteolytic enzyme and that are obtained by linking a DNA having a base sequence ranging from 2 to 1,000 and a substrate. It is preferable. However, it is not intended to be limited to this range.

前記複合体を構成するDNAは、塩基数は制限されないが、例えば、
実質的にタンパク質との結合に必要とされる長さ、実質的に有効な一本鎖領域の長さ、一本鎖化に必要なアビジンビーズへの結合効率という観点からは、10〜1000の範囲であることが適当である。但し、この範囲未満又はこの範囲を超えることを妨げるものではない。
The DNA constituting the complex is not limited in the number of bases.
From the viewpoint of the length required for binding to a protein, the length of a substantially effective single-stranded region, and the efficiency of binding to avidin beads required for single-strand formation, The range is appropriate. However, it does not preclude less than this range or exceeding this range.

前記複合体を構成するDNAは、例えば、特開平2002−315577号に記載の核酸ライブラリの作製方法を利用して作製することができる。   The DNA constituting the complex can be prepared, for example, using the method for preparing a nucleic acid library described in JP-A No. 2002-315577.

タンパク質分解酵素とアフィニティを有することが確認されたDNAは、例えば、公知の以下のような方法で得ることができる。   DNA that has been confirmed to have an affinity for a proteolytic enzyme can be obtained by, for example, the following known methods.

(ライブラリの調製)
一端に不変配列領域、3'末端に可変配列領域を含むDNAからなるDNA群(A群)および一端にA群の不変領域と相補的配列を有し、5'末端に可変配列を含むDNA群(B群)をハイブリダイズし、互いの可変配列領域をT4RNAリガーゼで連結する。連結したDNAをPCRで増幅後、これを材料として、連結された可変領域と互いに相補的配列を含む不変配列領域を有する2つの一本鎖DNA群を調製する。これらの操作を基本サイクルとするDNAブロックシャフリング法により、DNAライブラリを調製する。
(Preparation of library)
A DNA group (group A) consisting of DNA containing an invariant sequence region at one end and a variable sequence region at the 3 ′ end, and a DNA group having a sequence complementary to the constant region of the group A at one end and a variable sequence at the 5 ′ end (Group B) are hybridized and the variable sequence regions of each other are ligated with T4 RNA ligase. After amplifying the ligated DNA by PCR, using this as a material, two single-stranded DNA groups having an invariant sequence region containing a sequence complementary to the ligated variable region are prepared. A DNA library is prepared by a DNA block shuffling method using these operations as basic cycles.

使用したDNA配列の例を以下に示す。
(A群不変配列)5'GGCTCGCGAATACTGCGAAGACCACCATG (配列番号1)
(B群不変配列)5'GATCTCACTCCTTCGCAGTATTCGCGAGCC (配列番号2)
(可変配列)5'GGC, 5'ATT, 5'GAC, 5'AAA, 5'TCC, 5'TGCまたは5'CCA
Examples of DNA sequences used are shown below.
(Group A invariant sequence) 5'GGCTCGCGAATACTGCGAAGACCACCATG (SEQ ID NO: 1)
(Group B invariant sequence) 5'GATCTCACTCCTTCGCAGTATTCGCGAGCC (SEQ ID NO: 2)
(Variable sequence) 5'GGC, 5'ATT, 5'GAC, 5'AAA, 5'TCC, 5'TGC or 5'CCA

基本サイクルを4サイクル回すことで可変配列領域の長さは48塩基長のDNAライブラリが得られる。
ここに示した方法は、以下の文献に記載の方法である。
Koichiro Kitamura et al., 843-853, Protein Engineering, Vol.15, No.10
A DNA library having a variable sequence region length of 48 bases can be obtained by performing four basic cycles.
The method shown here is the method described in the following document.
Koichiro Kitamura et al., 843-853, Protein Engineering, Vol.15, No.10

(アフィニティによる淘汰)
前記DNAライブラリを一方がビオチン標識したプライマーで増幅し、ビオチン標識されていない側の不変配列領域を制限酵素で切断後、ビオチン・アビジン相互作用を利用してビオチン標識を含まない一本鎖DNAを回収する。このDNAに、不変配列領域と相補的な配列を含むビオチン標識DNAオリゴマーをハイブリダイズし、可変領域のみを一本鎖DNAとした後、ゲルビーズに固定化した酵素に作用させる。この結合物を洗浄液(例えば、50mMトリス-HCl(pH7.2),0.5M NaCl)で洗浄後、溶出液(例えば、50mMトリス-HCl(pH7.2),1M NaCl, 10mM MgCl2)で溶出する。溶出物はビオチン・アビジン相互作用を利用してハイブリダイズしたビオチン標識DNAオリゴマーを除去後、回収された一本鎖DNAライブラリに別のDNAオリゴマーをT4RNAリガーゼにより連結し、これを手がかりにPCRで可変配列領域を増幅する。この基本サイクルを洗浄液および溶出液のストリンジェンシーを上げながら反復し、酵素にアフィニティを有するDNAをセレクションする。
(Acupuncture due to affinity)
Amplify the DNA library with a biotin-labeled primer, cleave the invariant sequence region on the non-biotin-labeled side with a restriction enzyme, and then use the biotin-avidin interaction to produce single-stranded DNA that does not contain a biotin label. to recover. This DNA is hybridized with a biotin-labeled DNA oligomer containing a sequence complementary to the invariant sequence region, and only the variable region is converted to a single-stranded DNA, which is then allowed to act on the enzyme immobilized on the gel beads. This bound product is washed with a washing solution (for example, 50 mM Tris-HCl (pH 7.2), 0.5 M NaCl), and then eluted with an eluent (for example, 50 mM Tris-HCl (pH 7.2), 1 M NaCl, 10 mM MgCl 2 ). To do. The eluate removes the biotin-labeled DNA oligomer hybridized using biotin-avidin interaction, and then another DNA oligomer is linked to the recovered single-stranded DNA library with T4RNA ligase, and this can be changed by PCR. Amplify the sequence region. This basic cycle is repeated while increasing the stringency of the washing solution and the eluate, and DNA having affinity for the enzyme is selected.

さらに、この複合体は、DNAとタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体である。タンパク質分解酵素の基質は、対象となるタンパク質分解酵素に応じて適宜選択することができ、例えば、ペプチドまたはタンパク質であることができる。   Furthermore, this complex is a complex in which DNA and a substrate of a proteolytic enzyme are linked. The substrate of the proteolytic enzyme can be appropriately selected according to the target proteolytic enzyme, and can be, for example, a peptide or a protein.

DNAと基質との連結は、公知の方法を用いて適宜行うことができる。
公知の方法は、例えば、以下の文献に記載の方法である。
(1) N. D. Shinha et al., 2659-2669, Nucleic Acids Research, 1988, Vol.16, No.6,
(2) Jerzy Olejnik et al., 4626-4631, Nucleic Acids Research, 1999, Vol.27, No.23,
(3) Joseph G. Harrison et al., 3136-3145, Nucleic Acids Research, 1998, Vol.26, No.13,
(4) Nicholas J Ede et al., 373-378, Bioconjugate Chem. 1994, Vol.5
Ligation of the DNA and the substrate can be appropriately performed using a known method.
Known methods are, for example, the methods described in the following documents.
(1) ND Shinha et al., 2659-2669, Nucleic Acids Research, 1988, Vol.16, No.6,
(2) Jerzy Olejnik et al., 4626-4631, Nucleic Acids Research, 1999, Vol.27, No.23,
(3) Joseph G. Harrison et al., 3136-3145, Nucleic Acids Research, 1998, Vol.26, No.13,
(4) Nicholas J Ede et al., 373-378, Bioconjugate Chem. 1994, Vol.5

前記複合体は、DNAとタンパク質分解酵素の基質とが、リンカーを介して連結したものであることができる。リンカーとして使用しうる二価試薬としては、例えば、以下に挙げるものを例示できる。
ジスクシンイミジル スベラート(Disuccinimidyl suberate(DSS))
N-[ε-マレイミドカプロイロキシ] スクシンイミドエステル(N-[ε-Maleimidocaproyloxy]succinimide ester(EMCS))
N-[ε-マレイミドカプロイロキシ] スルフォスクシンイミドエステル(N-[ε-Maleimidocaproyloxy]sulfosuccinimide ester(Sulfo-EMCS))
N-[γ-マレイミドブチリルオキシ] スクシンイミドエステル(N-[γ-Maleimidobutyryloxy]succinimide ester(GMBS))
N-[γ-マレイミドブチリルオキシ] スルフォスクシンイミドエステル(N-[γ-Maleimidobutyryloxy]sulfosuccinimide ester(Sulfo-GMBS))
N-[κ-マレイミドウンデカノイルオキシ] スルフォスクシンイミドエステル(N-[κ-Maleimidoundecanoyloxy]-sulfosuccinimide ester(Sulfo-KMUS) )
The complex may be one in which DNA and a substrate of a proteolytic enzyme are linked via a linker. Examples of the divalent reagent that can be used as the linker include the following.
Disuccinimidyl suberate (DSS)
N- [ε-Maleimidocaproyloxy] succinimide ester (EMCS)
N- [ε-Maleimidocaproyloxy] sulfosuccinimide ester (Sulfo-EMCS)
N- [γ-Maleimidobutyryloxy] succinimide ester (GMBS)
N- [γ-Maleimidobutyryloxy] sulfosuccinimide ester (Sulfo-GMBS)
N- [κ-Maleimidoundecanoyloxy] -sulfosuccinimide ester (Sulfo-KMUS)

図1に、DNAとタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体の概念図を示す。図中、DNAは、両末端のPCRプライマーの配列に相当する不変配列領域に隣接して中央にライブラリに相当する可変配列領域を含む構造の一本鎖DNAを示している。このDNAとタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体は、例えば5'末端にチオール基等の官能基を標識したPCRプライマーに由来するDNAの官能基と、基質ペプチドの末端官能基、または、例えばリシン等のアミノ酸側鎖の官能基を、例えば、該当する官能基選択的二価試薬を介して結合させることにより合成することができる。ペプチド基質は、基質切断部位に対してDNA結合部位と異なる側にセレクション用のビオチン標識を含んでいることを示している。   FIG. 1 shows a conceptual diagram of a complex in which DNA and a protease substrate are linked. In the figure, DNA indicates a single-stranded DNA having a structure including a variable sequence region corresponding to a library in the center adjacent to an invariable sequence region corresponding to the sequence of PCR primers at both ends. The complex in which the DNA and the substrate of the proteolytic enzyme are linked is, for example, a DNA functional group derived from a PCR primer labeled with a functional group such as a thiol group at the 5 ′ end and a terminal functional group of the substrate peptide, or For example, a functional group of an amino acid side chain such as lysine can be synthesized by, for example, bonding via a corresponding functional group selective divalent reagent. It shows that the peptide substrate contains a biotin label for selection on the side different from the DNA binding site with respect to the substrate cleavage site.

ステップ(2)
次いで、得られたタンパク質分解酵素と複合体との結合体を、前記タンパク質分解酵素と前記基質とが反応し得る状態にする。より具体的には、例えば、以下の通りである。
複合体とゲルビーズ固定化カテプシンEを(2:1)のモル比で混合した後、反応用バッファー中、40℃で10分間インキュベーションする。(反応用バッファー組成: 50mM 酢酸ナトリウム、5mM MgCl2、0.1M NaCl)10分後、5%トリクロロ酢酸を投入して反応を止める。
Step (2)
Next, the resulting conjugate of the proteolytic enzyme and the complex is brought into a state where the proteolytic enzyme and the substrate can react. More specifically, for example, as follows.
The complex and gel bead-immobilized cathepsin E are mixed at a molar ratio of (2: 1), and then incubated in a reaction buffer at 40 ° C. for 10 minutes. (Reaction buffer composition: 50 mM sodium acetate, 5 mM MgCl 2 , 0.1 M NaCl) After 10 minutes, 5% trichloroacetic acid is added to stop the reaction.

上記タンパク質分解酵素と基質とが反応し得る状態にして得られた結合体を分離することが、好ましい。この分離は、タンパク質分解酵素に、予め、例えば、ゲルビーズを固定化しておき、このゲルビーズを利用して、タンパク質分解酵素を回収することで、結合体を分離することができる。   It is preferable to separate a conjugate obtained by allowing the proteolytic enzyme and the substrate to react with each other. In this separation, for example, gel beads are immobilized on a proteolytic enzyme in advance, and the conjugate can be separated by collecting the proteolytic enzyme using the gel beads.

ステップ(3)
前記反応し得る状態にし、回収した結合体を、次いで解離する状態にする。結合体が解離する状態とは、例えば、反応後の溶液に等量のストレプトアビジン磁気ビーズを投入し、攪拌しながら室温で1時間インキュベーションする操作がある。ストレプトアビジン磁気ビーズ懸濁液の組成は、2M NaClと高イオン強度であることから結合体は解離しやすい条件となるが、場合によっては加熱操作で補足することができる。
Step (3)
The reaction is allowed to occur, and the recovered conjugate is then allowed to dissociate. The state in which the conjugate is dissociated includes, for example, an operation in which an equal amount of streptavidin magnetic beads is put into the solution after the reaction and incubated at room temperature for 1 hour with stirring. The composition of the suspension of streptavidin magnetic beads is 2M NaCl and high ionic strength, so that the conjugate is easily dissociated, but in some cases, it can be supplemented by a heating operation.

上記解離の操作により、複合体の基質部分が未分解であるタンパク質分解酵素と複合体との結合体、及び複合体の基質部分が分解されたタンパク質分解酵素と複合体との結合体は、ともに解離して、タンパク質分解酵素、未分解の複合体及び分解された複合体(DNA及び基質の一部と基質の他方の一部)とに分かれる。   As a result of the above dissociation operation, the conjugate of the proteolytic enzyme and the complex in which the substrate portion of the complex is undegraded, and the conjugate of the proteolytic enzyme and the complex in which the substrate portion of the complex is degraded are both Dissociates into proteolytic enzymes, undegraded complexes and degraded complexes (DNA and part of substrate and other part of substrate).

ステップ(4)
次いで、前記基質部分が未分解である複合体を、分解した複合体から単離する。
Step (4)
The complex in which the substrate portion is undegraded is then isolated from the degraded complex.

複合体を構成するDNAは、前述のようにタンパク質分解酵素とアフィニティがあることを予め確認されたものである。しかし、タンパク質分解酵素のどの部位とアフィニティを有するかはその時点では不明である。タンパク質分解酵素とアフィニティがあるDNAの内、タンパク質分解酵素の反応サイトまたはその近傍にアフィニティを有し、その結果、タンパク質分解酵素の酵素反応を阻害する物質では、複合体を構成する基質はタンパク質分解酵素によって分解されない可能性が高い。それに対して、タンパク質分解酵素の反応サイトまたはその近傍以外の部位にアフィニティを有するDNAを構成成分として有する複合体の場合、DNAによってはタンパク質分解酵素の酵素反応は阻害されず、複合体を構成する基質はタンパク質分解酵素によって分解される可能性が高い。   The DNA constituting the complex has been previously confirmed to have affinity with a proteolytic enzyme as described above. However, it is unclear at this point which part of the proteolytic enzyme has affinity. Among DNAs that have an affinity for proteolytic enzymes, substances that have affinity at or near the proteolytic enzyme reaction site and as a result inhibit the enzymatic reaction of the proteolytic enzyme, the substrate constituting the complex is proteolytic There is a high probability that it will not be degraded by enzymes. On the other hand, in the case of a complex that has DNA having affinity at a site other than the proteolytic enzyme reaction site or its vicinity as a constituent component, depending on the DNA, the enzymatic reaction of the proteolytic enzyme is not inhibited and constitutes a complex. The substrate is likely to be degraded by proteolytic enzymes.

そこで、複合体が未分解である場合、複合体を構成するDNAは、タンパク質分解酵素の反応サイトまたはその近傍にアフィニティを有する可能性が高いと考えられ、本発明では、基質部分が未分解である複合体を単離する。   Thus, when the complex is undegraded, it is considered that the DNA constituting the complex is highly likely to have affinity at or near the reaction site of the proteolytic enzyme. In the present invention, the substrate portion is undegraded. A complex is isolated.

尚、前述の複合体を構成するリンカーの長さは、例えば、タンパク質分解酵素の反応サイトまたはその近傍以外の部位にアフィニティを有するDNAを構成成分として有する複合体の場合、複合体を構成する基質が、タンパク質分解酵素によって分解される可能性が高くなるように、決定することが好ましい。そうすることで、複合体が未分解である場合に、複合体を構成するDNAが、タンパク質分解酵素の反応サイトまたはその近傍にアフィニティを有する可能性が高くなる。   The length of the linker that constitutes the above-mentioned complex is, for example, a substrate that constitutes the complex in the case of a complex having DNA having affinity at a site other than the reaction site of the proteolytic enzyme or its vicinity as a constituent component. However, it is preferable to determine so as to increase the possibility of being degraded by a proteolytic enzyme. By doing so, when the complex is undegraded, there is a high possibility that the DNA constituting the complex has affinity at or near the reaction site of the proteolytic enzyme.

より具体的な単離方法としては、例えば、複合体に、予め、例えば、ビオチンを固定化しておく。特に、ビオチンは複合体の基質の末端(DNAと反対側の)に固定化しておく。そうすることで、未分解である複合体とタンパク質分解酵素との結合体は、ビオチンを有するので、アビジンまたはストレプトアビジンと結合するものとして単離ですることができる。一方、タンパク質分解酵素で基質が分解された結合体は、ビオチンは、基質の一部とともに複合体から分離しているので、これらとの結合性は有さない。   As a more specific isolation method, for example, biotin, for example, is immobilized in advance on the complex. In particular, biotin is immobilized on the end of the complex substrate (on the opposite side to the DNA). By doing so, since the conjugate of the undegraded complex and the proteolytic enzyme has biotin, it can be isolated as one that binds to avidin or streptavidin. On the other hand, in the conjugate in which the substrate is degraded by the proteolytic enzyme, biotin is separated from the complex together with a part of the substrate, and thus has no binding property to these.

このようにして、基質部分が未分解である複合体を単離する。
単離された複合体は、DNA部分をシーケンスすることで、タンパク質分解酵素の反応サイトまたはその近傍にアフィニティを有し、かつタンパク質分解酵素の酵素反応を阻害する可能性の高い物質(DNA)を特定することができる。より具体的には、複合体に含まれるDNAを増幅し、ついでDNAの塩基配列を決定する。DNAの増幅及びDNAの塩基配列の決定は、常法により行うことができる。
In this way, a complex in which the substrate portion is undegraded is isolated.
By isolating the isolated complex, a substance (DNA) that has affinity at or near the proteolytic enzyme reaction site and is likely to inhibit the enzymatic reaction of the proteolytic enzyme is obtained by sequencing the DNA portion. Can be identified. More specifically, the DNA contained in the complex is amplified, and then the DNA base sequence is determined. Amplification of DNA and determination of the base sequence of DNA can be performed by conventional methods.

本発明の方法では、タンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAとこのタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体のDNAを、前記のようにして単離した基質が未分解である複合体に含まれるDNAの塩基配列と同一の塩基配列を有するDNAとした複合体を用いて、再度、上記ステップ(1)〜(4)を繰り返すことができる。
このように、上記(1)〜(4)のサイクルを繰り返すことにより、アフィニティによる淘汰が進み、さらなる阻害活性の向上が期待される。
In the method of the present invention, the DNA of a complex in which DNA having affinity for a proteolytic enzyme and the substrate of this proteolytic enzyme are linked is included in the complex in which the substrate isolated as described above is undegraded. The above steps (1) to (4) can be repeated again using a complex formed of DNA having the same base sequence as that of the DNA.
Thus, by repeating the above cycles (1) to (4), wrinkles due to affinity progress, and further improvement in inhibitory activity is expected.

図2の説明図により、本発明の方法の一態様についてより具体的に説明する。
(1)5'末端チオール標識一本鎖DNAライブラリは、5'チオール標識プライマーおよび5'ビオチン標識プライマーを用いたPCR産物からビオチン・アビジン相互作用を利用して調製する。
(2)5'末端チオール標識一本鎖DNAライブラリを、例えばEMCS等の二価試薬と反応する。
(3)EMCS付加DNAライブラリを精製後、C末端にリシン、および、N末端にビオチンを有し、かつ、中央部分にタンパク質分解酵素の基質配列を有するペプチドと反応することにより、DNA-ペプチド基質複合体を生成する。
(4)DNA-ペプチド基質複合体がゲルビーズ上に固定化したタンパク質分解酵素と結合し、ペプチド基質が分解される条件でインキュベートする。
(5)ビーズを洗浄して、未結合のDNA-ペプチド基質複合体を除去後、結合したDNA-ペプチド基質複合体を回収する(切断を受けたものと未反応のものを含む)。
(6)回収したDNA-ペプチド基質複合体からビオチン・アビジンの相互作用を利用して、未切断のDNA-ペプチド基質複合体を回収する。
(7)回収した未切断のDNA-ペプチド基質複合体をテンプレートとし、5'チオール標識プライマーおよび5'ビオチン標識プライマーを用いたPCRを行う。
(8)ステップ1から7までの操作を反復することにより、タンパク質分解酵素の阻害活性を有するDNA群を淘汰する。選択されたDNA群については、常法に従いクローニング後、活性検定および配列決定を行う。
The embodiment of the method of the present invention will be described more specifically with reference to the explanatory diagram of FIG.
(1) A 5 ′ terminal thiol-labeled single-stranded DNA library is prepared from a PCR product using a 5 ′ thiol-labeled primer and a 5 ′ biotin-labeled primer using biotin-avidin interaction.
(2) The 5 ′ terminal thiol-labeled single-stranded DNA library is reacted with a bivalent reagent such as EMCS.
(3) After purification of the EMCS-added DNA library, a DNA-peptide substrate is obtained by reacting with a peptide having lysine at the C-terminus and biotin at the N-terminus and a substrate sequence of proteolytic enzyme at the central portion. Create a complex.
(4) The DNA-peptide substrate complex binds to the proteolytic enzyme immobilized on the gel beads, and is incubated under conditions where the peptide substrate is degraded.
(5) The beads are washed to remove the unbound DNA-peptide substrate complex, and then the bound DNA-peptide substrate complex is recovered (including those that have been cleaved and unreacted).
(6) The uncleaved DNA-peptide substrate complex is recovered from the recovered DNA-peptide substrate complex using the biotin / avidin interaction.
(7) Using the recovered uncleaved DNA-peptide substrate complex as a template, PCR using a 5 ′ thiol labeled primer and a 5 ′ biotin labeled primer is performed.
(8) By repeating the operations from Step 1 to Step 7, a group of DNAs having a proteolytic enzyme inhibitory activity is selected. The selected DNA group is subjected to activity assay and sequencing after cloning according to conventional methods.

カテプシンEにアフィニティを有するDNAライブラリのスクリーニング
カテプシンEにアフィニティを有するDNAライブラリのスクリーニングを以下のプロトコルに従って実施した。
Screening of DNA library having affinity for cathepsin E Screening of DNA library having affinity for cathepsin E was performed according to the following protocol.

1)PCR 増幅
未淘汰のDNAライブラリをテンプレートとして以下に示す方法でPCR増幅する。

Taq ポリメラーゼ (Greiner, Tokyo, Japan) 1U
10 × バッファ 5μl
[670mM Tris-HCl, 166mM (NH4)2SO4, 4.5% TritonX100, 2mg/m l gelatin]
MgCl2 (25mM) 5μl
dNTP (2.5mM) 4μl
テンプレート DNAライブラリ (1fmole以上)
プライマー b-3' stem primer (100pmol/μl) 0.5μl
5' part primer (100pmol/μl) 0.5μl
H2O up to 50μl
*必要に応じてスケールアップすることができる。
プログラム
90℃ 2min
90℃ 30sec
45℃ 1min
72℃ 30sec
90℃ 30sec、45℃ 1min及び72℃ 30secを30サイクル行い、得られた増幅物は電気泳動法で確認し、エタノール沈殿で精製する。
1) PCR amplification PCR amplification is carried out by the following method using an undisclosed DNA library as a template.

Taq polymerase (Greiner, Tokyo, Japan) 1U
10 x buffer 5 μl
[670 mM Tris-HCl, 166 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 4.5% TritonX100, 2 mg / ml gelatin]
MgCl 2 (25 mM) 5 μl
dNTP (2.5 mM) 4 μl
Template DNA library (1fmole or more)
Primer b-3 'stem primer (100pmol / μl) 0.5μl
5 'part primer (100pmol / μl) 0.5μl
H 2 O up to 50μl
* Can be scaled up as needed.
program
90 ℃ 2min
90 ° C 30sec
45 ℃ 1min
72 ℃ 30sec
30 cycles of 90 ° C. for 30 sec, 45 ° C. for 1 min and 72 ° C. for 30 sec are performed, and the obtained amplification product is confirmed by electrophoresis and purified by ethanol precipitation.

2)制限酵素処理 (Mbo II)
反応混合物:
Mbo II (Takara) 8U
10 × L Buffer 5μl
[100mM Tris-HCl (pH7.5), 100mM MgCl2, 10mM ジチオスレイトール]
DNA ~50pmol
H2O up to 50μl
37℃ で 1時間インキュベートする。
2) Restriction enzyme treatment (Mbo II)
Reaction mixture:
Mbo II (Takara) 8U
10 x L Buffer 5μl
[100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM MgCl2, 10 mM dithiothreitol]
DNA ~ 50pmol
H 2 O up to 50μl
Incubate at 37 ° C for 1 hour.

3)一本鎖DNA の調製
a. DNAのストレプトアビジン磁気ビーズへの結合
制限酵素消化物 50μl
ストレプトアビジン磁気ビーズ 50μl
[Dynabeads M-280 Streptavidin (Dynal, Oslo, Norway)]
懸濁物を30分間振とうする。
磁石でビーズをチューブ底に固定し、上清を捨てる。
b. 0.01% BSA水溶液による洗浄
100μlの0.01% BSAを添加し、良く混合する。
磁石でビーズをチューブ底に固定し、上清を捨てる。
この操作を2回繰り返す。
c. 二本鎖DNAの変性および非ビオチン標識一本鎖DNAの回収
室温で2分間50μlの25% (w/v) アンモニア水で処理し、磁石でビーズをチューブ底に固定した後、上清を回収する。(非ビオチン標識一本鎖DNAは上清中に存在する)
この操作を2回繰り返す。
回収液を乾燥する。
3) Preparation of single-stranded DNA
a. Binding of DNA to streptavidin magnetic beads 50 μl of restriction enzyme digest
Streptavidin magnetic beads 50μl
[Dynabeads M-280 Streptavidin (Dynal, Oslo, Norway)]
Shake the suspension for 30 minutes.
Fix the beads to the bottom of the tube with a magnet and discard the supernatant.
b. Cleaning with 0.01% BSA aqueous solution
Add 100 μl of 0.01% BSA and mix well.
Fix the beads to the bottom of the tube with a magnet and discard the supernatant.
This operation is repeated twice.
c. Denaturation of double-stranded DNA and recovery of non-biotin-labeled single-stranded DNA Treated with 50 μl of 25% (w / v) ammonia water for 2 minutes at room temperature, fixed the beads to the bottom of the tube with a magnet, and then the supernatant Recover. (Non-biotin-labeled single-stranded DNA is present in the supernatant)
This operation is repeated twice.
The collected liquid is dried.

4)プライマーb-3' stemのハイブリダイゼーション
回収した ssDNAを 95μl のセレクションバッファ(以下参照)に溶解する。 5μl のb-3' stem プライマー溶液 (10pmol/μl)を添加する。
94℃ (5 分) および 60℃ (15分)の加熱処理でDNAをハイブリダイズする。
4) Primer b-3 'stem hybridization Dissolve the collected ssDNA in 95 µl of selection buffer (see below). Add 5 μl of b-3 ′ stem primer solution (10 pmol / μl).
DNA is hybridized by heat treatment at 94 ° C. (5 minutes) and 60 ° C. (15 minutes).

5) DNA アプタマーの試験管内スクリーニング
材料:
1.セレクションバッファ:
50 mM 酢酸ナトリウム (pH 4.5)
100 mM NaCl
5 mM MgCl2
2.洗浄バッファ 1:
50 mM酢酸ナトリウム(pH 4.5)
0.5 M NaCl
3.洗浄バッファ2:
50 mM酢酸ナトリウム(pH 4.5)
1 M NaCl
4.溶出バッファ1:
50 mM酢酸ナトリウム(pH 4.5)
1 M NaCl
10 mM MgCl2
5.溶出バッファ2:
50 mM酢酸ナトリウム(pH 4.5)
2 M NaCl
10 mM MgCl2
5) In vitro screening for DNA aptamers Materials:
1. Selection buffer:
50 mM sodium acetate (pH 4.5)
100 mM NaCl
5 mM MgCl 2
2.Washing buffer 1:
50 mM sodium acetate (pH 4.5)
0.5 M NaCl
3.Washing buffer 2:
50 mM sodium acetate (pH 4.5)
1 M NaCl
4.Elution buffer 1:
50 mM sodium acetate (pH 4.5)
1 M NaCl
10 mM MgCl 2
5.Elution buffer 2:
50 mM sodium acetate (pH 4.5)
2 M NaCl
10 mM MgCl 2

操作:
ステップ 1. セレクションバッファ中のDNAを固定化酵素と20-30分間反応させる。
DNA: 100 μl (セレクションバッファ)
酵素: 5 μl (固定化操作および活性検定により調製したもの)
DNA : 酵素モル比 = 4 : 1
operation:
Step 1. React the DNA in the selection buffer with the immobilized enzyme for 20-30 minutes.
DNA: 100 μl (selection buffer)
Enzyme: 5 μl (prepared by immobilization and activity assay)
DNA: enzyme molar ratio = 4: 1

ステップ2. セレクションバッファによる洗浄
上記反応液に 200 μlのセレクションバッファを添加し、チューブを数回穏やかにタッピングする。卓上遠心機で30秒間遠心した後、上清を静かにピペットで吸い出し捨てる。
以下の表1に記したようにこの操作を繰り返す。
Step 2. Washing with selection buffer Add 200 μl of selection buffer to the above reaction and gently tap the tube several times. After centrifuging for 30 seconds in a tabletop centrifuge, gently suck out and discard the supernatant.
Repeat this operation as described in Table 1 below.

ステップ3. 洗浄バッファ1による洗浄
ステップ2の洗浄および遠心第5ラウンドの後、200 μlの洗浄バッファ1を添加し、チューブを数回穏やかにタッピングする。卓上遠心機で30秒間遠心した後、上清を静かにピペットで吸い出し捨てる。
以下の表1に記したようにこの操作を繰り返す。
Step 3. Wash with wash buffer 1 After the wash and centrifugation round 5 from step 2, add 200 μl wash buffer 1 and gently tap the tube several times. After centrifuging for 30 seconds in a tabletop centrifuge, gently suck out and discard the supernatant.
Repeat this operation as described in Table 1 below.

ステップ4. 洗浄バッファ2による洗浄
このステップには二種類の操作が含まれる:
A) 200 μlの洗浄バッファ 2 を添加し、チューブを数回穏やかにタッピングする。時々タッピングしながら室温で5分間反応させる。卓上遠心機で30秒間遠心した後、上清を静かにピペットで吸い出し捨てる。
以下の表1に記したようにこの操作を繰り返す。
B) 200 μl の洗浄バッファ 2 を添加し、チューブを数回穏やかにタッピングする。15000rpmで1分間遠心した後、上清を静かにピペットで吸い出し捨てる。
以下の表1に記したようにこの操作を繰り返す。
Step 4. Washing with wash buffer 2 This step involves two operations:
A) Add 200 μl wash buffer 2 and tap the tube gently several times. React for 5 minutes at room temperature with occasional tapping. After centrifuging for 30 seconds in a tabletop centrifuge, gently suck out and discard the supernatant.
Repeat this operation as described in Table 1 below.
B) Add 200 μl Wash Buffer 2 and tap the tube gently several times. After centrifugation at 15000 rpm for 1 minute, gently pipet off the supernatant and discard.
Repeat this operation as described in Table 1 below.

ステップ5. 溶出バッファ 1による溶出
最初に 37℃の恒温槽を準備する。100 μl の溶出バッファ 1を添加して、チューブを数回穏やかにタッピングする。チューブを恒温槽に10分間浸す。2-5分間間隔で穏やかにタッピングし、再び恒温槽に戻す。卓上遠心機で30秒間遠心した後、上清を静かにピペットで吸い出し、きれいなチューブに回収する。
この操作を2回繰り返す。
Step 5. Elution with elution buffer 1 First, prepare a thermostat at 37 ℃. Add 100 μl elution buffer 1 and gently tap the tube several times. Immerse the tube in a thermostat for 10 minutes. Tap gently at intervals of 2-5 minutes and return to the thermostat again. After centrifugation for 30 seconds in a tabletop centrifuge, the supernatant is gently aspirated and collected into a clean tube.
This operation is repeated twice.

ステップ 6. 溶出バッファ2による溶出
最初に 95℃の恒温槽を準備する。100 μl の溶出バッファ2を添加して、チューブを数回穏やかにタッピングする。チューブを恒温槽に5分間浸す。2分間間隔で穏やかにタッピングし、再び恒温槽に戻す。卓上遠心機で30秒間遠心した後、上清を静かにピペットで吸い出し、きれいなチューブに回収する。
この操作を2回繰り返す。
回収した上清からエタノール沈殿でDNAを精製する。
注意:塩濃度が高い場合は、70%エタノールで2、3回ペレットを洗浄する。
Step 6. Elution with Elution Buffer 2 First, prepare a thermostatic bath at 95 ° C. Add 100 μl of elution buffer 2 and gently tap the tube several times. Immerse the tube in a thermostatic bath for 5 minutes. Tap gently at intervals of 2 minutes and return to the thermostat again. After centrifugation for 30 seconds in a tabletop centrifuge, the supernatant is gently aspirated and collected into a clean tube.
This operation is repeated twice.
DNA is purified from the collected supernatant by ethanol precipitation.
Note: If the salt concentration is high, wash the pellet a few times with 70% ethanol.

6)一本鎖DNA の調製 ( (3)と同様)
a. DNAのストレプトアビジン磁気ビーズへの結合
回収DNAに対し、以下のものを添加する。
水 10μl
ストレプトアビジン磁気ビーズ 10μl
[Dynabeads M-280 Streptavidin (Dynal, Oslo, Norway)]
懸濁物を30分間振とうする。
磁石でビーズをチューブ底に固定し、上清を捨てる。
b. 0.01% BSA水溶液による洗浄
100μl の 0.01% BSAを添加し、良く混合する。
磁石でビーズをチューブ底に固定し、上清を捨てる。
この操作を2回繰り返す。
c. 二本鎖DNAの変性および非ビオチン標識一本鎖DNAの回収
室温で2分間50 μlの25% (w/v) アンモニア水で処理し、磁石でビーズをチューブ底に固定した後、上清を回収する。(非ビオチン標識一本鎖DNAは上清中に存在する)
この操作を2回繰り返す。
回収液を乾燥する。
6) Preparation of single-stranded DNA (same as (3))
a. Binding of DNA to Streptavidin Magnetic Beads Add the following to the recovered DNA.
10 μl of water
Streptavidin magnetic beads 10μl
[Dynabeads M-280 Streptavidin (Dynal, Oslo, Norway)]
Shake the suspension for 30 minutes.
Fix the beads to the bottom of the tube with a magnet and discard the supernatant.
b. Cleaning with 0.01% BSA aqueous solution
Add 100 μl of 0.01% BSA and mix well.
Fix the beads to the bottom of the tube with a magnet and discard the supernatant.
This operation is repeated twice.
c. Denaturation of double-stranded DNA and recovery of non-biotin-labeled single-stranded DNA Treat with 50 μl of 25% (w / v) ammonia water for 2 minutes at room temperature, and fix the beads to the bottom of the tube with a magnet. Collect Qing. (Non-biotin-labeled single-stranded DNA is present in the supernatant)
This operation is repeated twice.
The collected liquid is dried.

7)ハイブリダイゼーション
回収した 一本鎖DNAを 2μl の水に溶解する。 1μl のプライマーb-5'stem溶液 (1pmol/μl)および5μl の 2×TRL バッファ[100mM Tris-HCl (pH 8.0), 20mM MgCl2, 20mg/l BSA, 2mM ヘキサアミンコバルトクロライド (III) 、 50% ポリエチレングリコール 6000]を添加する。
94℃ (5 分) および 60℃ (15分)の加熱処理でDNAをハイブリダイゼーションする。
7) Hybridization Dissolve the recovered single-stranded DNA in 2 μl of water. 1 μl primer b-5'stem solution (1 pmol / μl) and 5 μl 2 × TRL buffer [100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 20 mM MgCl 2 , 20 mg / l BSA, 2 mM hexaamine cobalt chloride (III), 50 % Polyethylene glycol 6000] is added.
DNA is hybridized by heat treatment at 94 ° C (5 minutes) and 60 ° C (15 minutes).

8)Y-ライゲーション反応
1μl の1mM ATP および 2μl (50U)の T4 RNAリガーゼ (Takara)を添加し、25℃で一晩 (12時間)反応する。
ステップ1から8までの操作を反復する。
8) Y-ligation reaction
Add 1 μl of 1 mM ATP and 2 μl (50 U) of T4 RNA ligase (Takara) and react overnight (12 hours) at 25 ° C.
Repeat steps 1-8.

ペプチド・DNA複合体の調製
以下のプロトコルに従って、ペプチド・DNA複合体を調製した。
(1) 上記で作製したDNAライブラリを5'ビオチン標識プライマー(b-3h-Stem : GGCTCGCGAATACTGCGAAGGAGTGAGATC)(配列番号3)と5'チオール標識プライマー(SH-5sPartT7 : CTGCGAAGACCACCATG) (配列番号4)を用いてPCR法にて増幅する(各50pmole, 50μLのPCR2本)。
(2)100μLのストレプトアビジン磁気ビーズ懸濁液(2×B&W)を添加し、1時間振とうする。
(3)ビーズを25μLのアンモニア水(2分間)で2回抽出してチオール基標識鎖を回収後、乾燥する。
(4)二価試薬EMCS(N-[ε-マレイミドカプロイルオキシ]スクシンイミドエステル、1mg/mL-アセトニトリル)溶液を10μl添加し、37℃で1時間攪拌する。
(5)アセトニトリルをエバポレートした後、20μLの0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解し、ゲル濾過脱塩カラム(NAP5、Pharmacia)で脱塩する。
(6)回収した1mLの修飾DNA水溶液を乾燥後、1μLの1M重炭酸ナトリウム溶液、2μLの水及び6μLのペプチド水溶液(2mg/mL)(N末端ビオチン標識Pro Pro Thr Ile Phe Phe Arg Leu Lys)を添加し、37℃で一晩放置する。
(7)反応溶液をNAP5カラムで脱塩して、回収液を乾燥する。
(8)100μLの0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解し、100μLのストレプトアビジン磁気ビーズ懸濁液(2×B&W)を添加し、1時間振とうする。
(9)ビーズを25μLのアンモニア水(2分間)で2回洗浄後、25μLのアンモニア水(65℃、15分間)で2回抽出して、ペプチド結合DNAを回収する。
Preparation of Peptide / DNA Complex A peptide / DNA complex was prepared according to the following protocol.
(1) Using the 5 ′ biotin-labeled primer (b-3h-Stem: GGCTCGCGAATACTGCGAAGGAGTGAGATC) (SEQ ID NO: 3) and the 5 ′ thiol-labeled primer (SH-5sPartT7: CTGCGAAGACCACCATG) (SEQ ID NO: 4) Amplify by PCR (50 pmole, 50 μL of each PCR).
(2) Add 100 μL of streptavidin magnetic bead suspension (2 × B & W) and shake for 1 hour.
(3) The beads are extracted twice with 25 μL of aqueous ammonia (2 minutes) to recover the thiol group-labeled chain and then dried.
(4) Add 10 μl of bivalent reagent EMCS (N- [ε-maleimidocaproyloxy] succinimide ester, 1 mg / mL-acetonitrile) solution and stir at 37 ° C. for 1 hour.
(5) After evaporation of acetonitrile, dissolve in 20 μL of 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0), and desalinate with a gel filtration desalting column (NAP5, Pharmacia).
(6) After drying the collected 1 mL modified DNA aqueous solution, 1 μL of 1M sodium bicarbonate solution, 2 μL of water and 6 μL of aqueous peptide solution (2 mg / mL) (N-terminal biotin-labeled Pro Pro Thr Ile Phe Phe Arg Leu Lys) And leave at 37 ° C. overnight.
(7) The reaction solution is desalted with a NAP5 column, and the recovered solution is dried.
(8) Dissolve in 100 μL of 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0), add 100 μL of streptavidin magnetic bead suspension (2 × B & W), and shake for 1 hour.
(9) The beads are washed twice with 25 μL of aqueous ammonia (2 minutes) and then extracted twice with 25 μL of aqueous ammonia (65 ° C., 15 minutes) to recover peptide-bound DNA.

淘汰試験方法
以下の方法に従って、淘汰試験を行った。
(1)ペプチド基質・DNA複合体とゲルビーズ固定化カテプシンEを(2:1)のモル比で混合した後、反応用バッファー中、40℃で10分間インキュベーションする。(反応用バッファー組成: 50mM 酢酸ナトリウム(pH4.5)、5mM MgCl2、0.1M NaCl)
(2)10分後、5%トリクロロ酢酸を投入して反応を止める。
(3)反応後の溶液に等量のストレプトアビジン磁気ビーズ懸濁液を投入し、攪拌しながら室温で1時間インキュベーションする。
(4)磁気ビーズを磁石で固定し、上清を廃棄する。残った磁気ビーズを0.01%BSA 200μlで2回洗浄する。
(5)磁気ビーズに25%アンモニア水25μlを投入し、60℃で15分インキュベーションする。その後、上清を回収する。この操作を2回行う。
(6)凍結乾燥機でアンモニア水を蒸発させた後、10μlの水で溶解したものをテンプレートとしてPCRを行う(94℃ 30秒、50℃ 1分及び72℃ 30秒を30サイクル行う)。
PCR条件
94℃ 2分
94℃ 30秒
50℃ 1分
72℃ 30秒
72℃ 5分
(7)PCR産物を元に次サイクル用のSFリンクを作製し、淘汰サイクルを回していく。
Sputum Test Method A sputum test was performed according to the following method.
(1) A peptide substrate / DNA complex and gel bead-fixed cathepsin E are mixed at a molar ratio of (2: 1), and then incubated in a reaction buffer at 40 ° C. for 10 minutes. (Reaction buffer composition: 50 mM sodium acetate (pH 4.5), 5 mM MgCl 2 , 0.1 M NaCl)
(2) After 10 minutes, 5% trichloroacetic acid is added to stop the reaction.
(3) Add an equal amount of streptavidin magnetic bead suspension to the solution after the reaction, and incubate at room temperature for 1 hour with stirring.
(4) Fix the magnetic beads with a magnet and discard the supernatant. The remaining magnetic beads are washed twice with 200 μl of 0.01% BSA.
(5) Add 25 μl of 25% aqueous ammonia to magnetic beads and incubate at 60 ° C. for 15 minutes. Thereafter, the supernatant is collected. This operation is performed twice.
(6) After ammonia water is evaporated with a freeze dryer, PCR is carried out using a template dissolved in 10 μl of water (30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 30 seconds).
PCR conditions
94 ° C 2 minutes
94 ℃ 30 seconds
50 ° C for 1 minute
72 ° C 30 seconds
72 ° C 5 minutes
(7) Create an SF link for the next cycle based on the PCR product and rotate the cocoon cycle.

カテプシンE阻害活性検定法
(1)セレクションバッファー(50mM酢酸ナトリウム(pH4.5), 5mM MgCl2, 0.1M NaCl)86μlとカテプシンE溶液(3.36mM)3μlを混ぜたものを室温で5分間インキュベーション。
(2)この溶液にライブラリのPCR産物を一本鎖化したもの(非ビオチン鎖側、10pmol/μl)を1μl加え、室温で15分間インキュベーション。(ブランクとして水1μlを加えたものも同時に作製)
(3)この溶液にカテプシンE基質((株)ペプチド研 Code:3200-V)10μlを加え、40℃で10分間反応。
(4)10分後、すぐに氷中に移し、5%トリクロロ酢酸 1mlを加え反応を止める。
(5)この溶液を分光蛍光光度計で測定する(328nm Excitation, 396nm Emission)。カテプシンEの活性が高いもの程396nmのピークが高くなるので、ブランクとの値を比較することによってライブラリの阻害活性が求まる。
Cathepsin E inhibitory activity assay method (1) Incubate selection buffer (50 mM sodium acetate (pH4.5), 5 mM MgCl 2 , 0.1 M NaCl) 86 μl and cathepsin E solution (3.36 mM) 3 μl at room temperature for 5 minutes.
(2) Add 1 μl of a single-stranded library PCR product (non-biotin chain side, 10 pmol / μl) to this solution, and incubate at room temperature for 15 minutes. (Blank with 1 μl of water added at the same time)
(3) Add 10 μl of cathepsin E substrate (Peptide Research Institute Code: 3200-V) to this solution and react at 40 ° C. for 10 minutes.
(4) After 10 minutes, immediately transfer to ice and stop the reaction by adding 1 ml of 5% trichloroacetic acid.
(5) This solution is measured with a spectrofluorometer (328 nm Excitation, 396 nm Emission). Since the peak at 396 nm increases as the activity of cathepsin E increases, the inhibitory activity of the library can be determined by comparing the value with the blank.

上記の方法に従い、カテプシンEに対するアフィニティで淘汰したDNAライブラリおよび、本方法を用いてカテプシンEに対する阻害活性で淘汰したDNAライブラリについて、カテプシンE阻害活性を検定した結果を図3に示す。
Af-Round3 : アフィニティによる淘汰後のDNAライブラリ
SF-Round1: 本方法での阻害活性による淘汰後のDNAライブラリ
その結果、アフィニティで淘汰したDNAライブラリに対し、本方法を1サイクル施して得られたDNAライブラリに阻害活性の向上が認められた。さらに、同様のサイクルを繰り返すことにより、さらなる阻害活性の向上が期待される。
FIG. 3 shows the results of assaying cathepsin E inhibitory activity of a DNA library that had been cleaved with an affinity for cathepsin E and a DNA library that had been cleaved with an inhibitory activity against cathepsin E using this method.
Af-Round3: DNA library after selection by affinity
SF-Round1: DNA library after drought due to inhibitory activity in this method As a result, the DNA library obtained by subjecting this method to one cycle of the DNA library drowned with affinity was found to have improved inhibitory activity. Furthermore, further improvement of the inhibitory activity is expected by repeating the same cycle.

DNAとタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体の概念図。The conceptual diagram of the composite_body | complex which connected DNA and the substrate of proteolytic enzyme. 本発明の一態様の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention. カテプシンE阻害活性の検定結果。図中、Af-Round3 は、アフィニティによる淘汰後のDNAライブラリであり、SF-Round1は、本発明の方法での阻害活性による淘汰後のDNAライブラリTest result of cathepsin E inhibitory activity. In the figure, Af-Round3 is a DNA library after acupuncture by affinity, and SF-Round1 is a DNA library after acupuncture by inhibitory activity in the method of the present invention.

Claims (14)

タンパク質分解酵素に阻害作用を有するDNAの探査方法であって、
(1)タンパク質分解酵素と、このタンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAとこのタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体とを混合して、前記タンパク質分解酵素と前記複合体とを結合させ、
得られたタンパク質分解酵素と複合体との結合体を、前記タンパク質分
(2)解酵素と前記基質とが反応し得る状態にし、
(3)前記結合体を解離する状態にし、かつ
(4)前記基質が未分解である複合体を、前記基質が分解した複合体から単離する
ことを含む前記方法。
A method for exploring DNA having an inhibitory action on a proteolytic enzyme,
(1) Mixing a proteolytic enzyme, a complex in which a DNA having affinity for the proteolytic enzyme and a substrate of the proteolytic enzyme are linked, and binding the proteolytic enzyme and the complex;
The resulting proteolytic enzyme-complex conjugate is brought into a state where the protein component (2) and the substrate can react with each other,
(3) The method comprising bringing the conjugate into a dissociating state and (4) isolating the complex in which the substrate is undegraded from the complex in which the substrate is degraded.
前記複合体は、塩基配列が異なる複数のDNAと基質とを連結した複合体の集合体である請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the complex is an aggregate of a complex in which a plurality of DNAs having different base sequences and a substrate are linked. 前記DNAは、予め前記タンパク質分解酵素とアフィニティを有することを確認されたものである請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the DNA has been confirmed to have an affinity for the proteolytic enzyme in advance. 前記DNAは、塩基数が10〜1000の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the DNA has a base number of 10 to 1,000. 前記分解酵素と前記基質とが反応し得る状態にした後に結合体が、回収され、回収された結合体を解離する状態にする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the conjugate is recovered after the degradation enzyme and the substrate can react with each other, and the recovered conjugate is dissociated. 前記タンパク質分解酵素に予めゲルビーズが固定化されており、このゲルビーズを利用して結合体を回収する請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein gel beads are immobilized in advance on the proteolytic enzyme, and the conjugate is recovered using the gel beads. 前記複合体には、予めビオチンが固定化されており、ビオチンとアビジンまたはストレプトアビジンの相互作用を利用して未分解である複合体を単離する請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 The biotin is immobilized on the complex in advance, and the undegraded complex is isolated using the interaction between biotin and avidin or streptavidin. the method of. 前記タンパク質分解酵素が、トリプシン、カテプシン、トロンビン、プラスミン、カスパーゼまたはマトリクスメタロプロテナーゼ(MMP)である請求項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 the proteolytic enzyme is trypsin, cathepsin, thrombin, plasmin, caspase, or matrix metalloproteinase (MMP). 前記基質がペプチドまたはタンパク質である請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the substrate is a peptide or a protein. 前記複合体は、DNAとタンパク質分解酵素の基質とが、リンカーを介して連結したものである請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the complex is obtained by linking DNA and a substrate of a proteolytic enzyme via a linker. 前記複合体のリンカーは、DNAとタンパク質分解酵素の基質の連結に使用した二価試薬によって生じたものである請求項10に記載の方法。 The method according to claim 10, wherein the linker of the complex is generated by a divalent reagent used for linking DNA and a substrate of a proteolytic enzyme. 前記単離した基質が未分解である複合体に含まれるDNAをシーケンスすることをさらに含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 11, further comprising sequencing DNA contained in a complex in which the isolated substrate is undegraded. 前記DNAのシーケンスが、前記複合体に含まれるDNAの増幅及び/又はクローニングを含む請求項12に記載の方法。 The method according to claim 12, wherein the sequence of DNA comprises amplification and / or cloning of DNA contained in the complex. 前記タンパク質分解酵素にアフィニティを有するDNAとこのタンパク質分解酵素の基質とを連結した複合体のDNAを、前記単離した基質が未分解である複合体に含まれるDNAの塩基配列と同一の塩基配列を有するDNAとした複合体を用いて、請求項1に記載の(1)〜(4)を繰り返す、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。


The base sequence identical to the base sequence of the DNA contained in the complex in which the isolated substrate is undegraded, the DNA of the complex in which the DNA having affinity for the proteolytic enzyme and the substrate of the proteolytic enzyme are linked The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the steps (1) to (4) according to claim 1 are repeated using a complex having a DNA having the above.


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