JP2005207823A - Spectrofluorometric analyzing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectrofluorometric analysis method of a single-molecule, capable of precisely measuring an interaction of molecules. <P>SOLUTION: The single-molecule fluorometric analyzing technique is to use fluorometric resonance energy transfer (FRET). That is, the spectrofluorometric analyzing method is adopted, in order to detect the association or interaction of a sample A and a sample B and includes a process for bringing the sample labeled with fluorescence into contact with the sample B labeled with a fluorescent substance, which converts the fluorescence energy of the fluorescent substance for use in labeling the sample A to exciting energy; a process of emitting light, having the wavelength for exciting the fluorescent substance for use in labeling the fluorescent substance to irradiate the fluorescent substance; a process for detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance, used for labeling the samples A and B; and a process for performing a fluorescence correlation spectral method or fluorescence intensity distribution analysis on the basis of the detected fluorescences to detect the change in the reaction of the samples A and B. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、蛍光相関分光法や蛍光強度分布解析などの蛍光のゆらぎ解析を使用して、分子間相互作用を測定する方法に関する。   The present invention relates to a method for measuring intermolecular interactions using fluorescence fluctuation analysis such as fluorescence correlation spectroscopy and fluorescence intensity distribution analysis.

従来、タンパク質機能解析の研究は、主にタンパク質をコードする遺伝子配列の解析が対象であった。しかし、近年のヒトゲノム解析の急速な進展により、タンパク質機能解析の研究は、細胞内に存在する遺伝子から合成されるタンパク質がどのように動き、機能しているかを解析する点に重点が移行しつつある。   Conventionally, protein functional analysis research has mainly focused on analysis of gene sequences encoding proteins. However, due to the rapid development of human genome analysis in recent years, the focus of protein functional analysis research is shifting to the point of analyzing how proteins synthesized from genes existing in cells move and function. is there.

例えば、生体内ではさまざまな遺伝子の発現やシグナル伝達作用により、特異的な機能を有する様々な分子(酵素、受容体をはじめとする機能タンパク質;細胞構造を保持するタンパク質、脂質、糖鎖タンパク質、イオン等;の生物学的活性分子など)が常に変化し、その生命機構を維持している。このような生体機能を観測・解析するためには、立体的に機能を保持したタンパク質の動態を分子レベルで観測する必要がある。   For example, in vivo, various molecules with specific functions (functional proteins including enzymes and receptors; proteins that retain cell structures, lipids, glycoproteins, Biologically active molecules such as ions) are constantly changing and maintaining their life mechanisms. In order to observe and analyze such biological functions, it is necessary to observe the dynamics of a protein having a three-dimensional function at the molecular level.

ホルモンや神経伝達物質など生理活性物質の多くは、細胞表面に存在する受容体分子に結合することによって作用を発揮し、様々な生命現象の調節を行なっている。これら生理活性物質の作用を補填、増強、または阻害する物質を探索することは、新規医薬の研究・開発のための主要な手段の一つとなっており、その過程において、特に、作用点となる受容体分子の性状を理解することが極めて重要である。   Many physiologically active substances such as hormones and neurotransmitters exert their actions by binding to receptor molecules present on the cell surface and regulate various life phenomena. Searching for substances that compensate, enhance, or inhibit the action of these physiologically active substances has become one of the main means for research and development of new medicines, and in particular, is the point of action in the process. It is very important to understand the nature of the receptor molecule.

近年の分子生物学的手法の発達により、多くの生理活性物質の受容体を分子レベルで解析することが可能になった。ターゲットとなる受容体が決定されると、これに対するリガンド、およびこれらの相互作用を阻害する分子についての研究へと発展することになる。リガンドおよび阻害剤などのリガンド様物質として、さまざなな候補物質を選択し、これらの候補物質と受容体との相互作用を調べれることにより、これらの受容体およびリガンドが調節している新たな生理機能または病態が明らかになることが期待される。   Recent developments in molecular biological techniques have made it possible to analyze many physiologically active receptors at the molecular level. Once the target receptor is determined, it will evolve into research on ligands for this and molecules that inhibit these interactions. By selecting various candidate substances as ligand-like substances such as ligands and inhibitors and investigating the interaction between these candidate substances and receptors, new receptors that are regulated by these receptors and ligands can be examined. It is expected that the physiological function or disease state will be clarified.

分子の相互作用を観測するための手法の1つとして、FCS(Fluorescence Correlation Spectroscopy)を解析手法とする1分子蛍光分光分析法が挙げられる(非特許文献1)。これは、蛍光標識した標的分子の媒質中におけるゆらぎ運動を測定し、自己相関関数(Auto-correlation function)を用いることによって個々の標的分子の微小運動を正確に測定する技術である。この方法により、分子の数、大きさ等の物理量を算出することができる。   One technique for observing molecular interactions is single-molecule fluorescence spectroscopy using FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy) as an analysis technique (Non-patent Document 1). This is a technique for measuring the minute movement of each target molecule accurately by measuring the fluctuation movement of the fluorescently labeled target molecule in the medium and using an auto-correlation function. By this method, physical quantities such as the number and size of molecules can be calculated.

しかし、FCSによる解析手法では、正確に解析することができる分子の大きさが限られており、たとえば膜分画などの大きな分子や大きさの均一ではない分子の反応については限界がある。   However, the analysis method using FCS limits the size of molecules that can be analyzed accurately. For example, there is a limit to the reaction of large molecules such as membrane fractions and molecules that are not uniform in size.

特許文献1では、この限界を補完する解析手法として、計測した蛍光揺らぎの信号について蛍光強度分布を解析する方法が開示されている。蛍光強度分布解析(FIDA)は、蛍光のゆらぎを検出するという点では、FCSと同様であるが、得られた蛍光シグナルを統計分布解析することにより、蛍光の1分子あたりの強度および計測している系に存在する分子数を算出することができる解析手法である。このFIDAを用いて、蛍光標識リガンドの1分子あたりの蛍光強度および共焦点領域に存在する蛍光分子の数を計測すると、受容体と結合した蛍光標識リガンドの数を予測することも可能である。たとえば、膜分画に複数の受容体が存在し、リガンドが受容体と結合するのに十分な濃度で存在する場合には、膜分画に複数の標識リガンドが結合する。このとき、膜分画は1つの分子として計測される。したがって、計測される分子数は、受容体と結合する前の蛍光標識リガンドの分子数より減少する。また、複数の蛍光標識リガンドが膜分画に結合している場合は、1分子あたりの検出される蛍光強度は高くなる。さらに蛍光標識リガンドの濃度を一定とし、蛍光標識リガンドと受容体の反応を阻害する物質の濃度を変えて反応させ、それぞれの濃度における受容体と反応している蛍光標識リガンドと、モノマー状態で存在する蛍光標識リガンドの分子の割合を算出することにいより、受容体/リガンド反応の結合定数を算出することも可能である。以上のように、FCSやFIDA解析を行うことにより受容体とリガンドの反応を知ることが可能である。   Patent Document 1 discloses a method of analyzing a fluorescence intensity distribution for a measured fluorescence fluctuation signal as an analysis method for complementing this limit. Fluorescence intensity distribution analysis (FIDA) is similar to FCS in that it detects fluorescence fluctuations, but the intensity and measurement of fluorescence per molecule is measured by analyzing the statistical distribution of the obtained fluorescence signal. This is an analysis method that can calculate the number of molecules present in a certain system. By using this FIDA, the number of fluorescently labeled ligands bound to the receptor can be predicted by measuring the fluorescence intensity per molecule of the fluorescently labeled ligand and the number of fluorescent molecules present in the confocal region. For example, if there are multiple receptors in the membrane fraction and the ligand is present at a concentration sufficient to bind to the receptor, multiple labeled ligands will bind to the membrane fraction. At this time, the membrane fraction is measured as one molecule. Therefore, the number of molecules measured is smaller than the number of molecules of the fluorescently labeled ligand before binding to the receptor. In addition, when a plurality of fluorescently labeled ligands are bound to the membrane fraction, the detected fluorescence intensity per molecule is high. Furthermore, the concentration of the fluorescently labeled ligand is kept constant, the reaction is carried out by changing the concentration of the substance that inhibits the reaction between the fluorescently labeled ligand and the receptor, and the fluorescently labeled ligand reacting with the receptor at each concentration exists in the monomer state. It is also possible to calculate the binding constant of the receptor / ligand reaction by calculating the ratio of the fluorescently labeled ligand molecules. As described above, it is possible to know the reaction between the receptor and the ligand by performing FCS or FIDA analysis.

一方、細胞膜上のタンパク質が外部からの刺激を伝達する場合、そのタンパク質が構造変化を起こしたり、またはタンパク質が会合して細胞内へ刺激を伝達することが多い。たとえば、同じタンパク質が2つ会合し2量体を形成したり、または4量体として機能するタンパク質によるものなど、さまざまなものがある。   On the other hand, when a protein on the cell membrane transmits an external stimulus, the protein often undergoes a structural change, or the protein associates and transmits the stimulus into the cell. For example, there are various things such as two proteins that associate to form a dimer, or a protein that functions as a tetramer.

先述の膜分画とリガンドの反応のFIDAを利用した解析では、蛍光標識されたリガンドの明るさの変化を観測することにより、膜分画とリガンドの反応を知ることができた。しかし、膜分画に結合したリガンドが膜分画内に点在しているのか、相互作用して多量体を形成しているかを検出することは困難であった。たとえば、上皮細胞増殖因子受容体(Epidermal Growth Factor Receptor:EGFR)は、そのリガンドである上皮細胞成長因子(Epidermal Growth Factor:EGF)と結合すると2量体を形成することが明らかとなっている。このEGFRが多く発現している細胞の膜分画を調整し、蛍光標識EGFを反応させて1分子蛍光分析装置によりFIDA解析を行なうと、1分子あたりの蛍光強度が大きくなり、蛍光標識EGFと膜分画が相互作用していることがわかる。しかし2量体を形成していることのを確認することはできなかった。   In the analysis using the FIDA for the reaction between the membrane fraction and the ligand described above, it was possible to know the reaction between the membrane fraction and the ligand by observing the change in the brightness of the fluorescently labeled ligand. However, it has been difficult to detect whether ligands bound to the membrane fraction are scattered in the membrane fraction or interact to form multimers. For example, it has been clarified that epidermal growth factor receptor (EGFR) forms a dimer when it binds to its ligand, epidermal growth factor (EGF). When the membrane fraction of cells expressing a large amount of EGFR is adjusted, the fluorescent labeled EGF is reacted, and the FIDA analysis is performed with a single molecule fluorescence analyzer, the fluorescence intensity per molecule increases. It can be seen that the membrane fractions interact. However, the formation of a dimer could not be confirmed.

たとえば、細胞内のオルガネラの膜上で受容体とリガンドが反応するときに、受容体の種類によっては、上述のEGFRのようにリガンドが受容体と結合すると多量体を形成する場合がある。また、膜上に存在するタンパク質が遊離したり会合したりする場合がある。つまり、蛍光強度からでは、受容体とリガンドが1対1で反応しているのか、受容体とリガンドの反応後に、受容体の構造変化が起こったり、または受容体同士の会合が起こっているのか、といった判断は困難であった。   For example, when the receptor and the ligand react on the organelle membrane in the cell, depending on the type of the receptor, a multimer may be formed when the ligand binds to the receptor as in EGFR described above. In addition, proteins present on the membrane may be released or associated. In other words, from the viewpoint of fluorescence intensity, is there a one-to-one reaction between the receptor and the ligand, or a structural change of the receptor or an association between the receptors after the reaction between the receptor and the ligand? It was difficult to judge.

したがって、細胞機能の解析においては、膜分画上の膜タンパク質とリガンドの相互作用を検出した後、膜タンパク質同士の相互作用や構造変化を高精度で検出する方法が求められていた。   Therefore, in the analysis of cell functions, there has been a demand for a method for detecting an interaction between membrane proteins and a structural change with high accuracy after detecting an interaction between a membrane protein and a ligand on the membrane fraction.

また、分子同士の会合や相互作用の検出方法として、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)が挙げられる(非特許文献2)。これは、分子をそれぞれ分光特性の異なる複数の蛍光物質で標識し、蛍光分子同士の距離が非常に近づいたとき生じる蛍光分子間の蛍光エネルギーの移動を観測する手法である。FRETでは、2種類の分光特性の異なる蛍光物質を使用する。蛍光エネルギーを与える蛍光物質(ドナー)とそのエネルギーを励起エネルギーとして受け取る蛍光物質(アクセプター)を用いる。蛍光共鳴エネルギー遷移は、2つの蛍光分子がお互いに混合して相互作用し、1つの吸収波長が他方の放射波長と重複する場合に観測される。エネルギー遷移の効率は、r-6に比例する。ここでrは、2つの蛍光分子間の平均間隔である。それ故、2つの分子間の相互作用や相互の親和性が増大すると、エネルギー遷移現象が増強され、その結果アクセプターからの蛍光発光が増大することとなる。従来のFRETの検出は、相互作用する分子をそれぞれの蛍光物質にて標識し、mMオーダーの濃度で使用して蛍光分光光度計や蛍光顕微鏡によって観測されていた。しかし、これらの手法では、検出される分子数が多いので、検出される信号は平均的なものとなり、たとえば多くの分子の中でごくわずかな分子の反応が起こった場合は、エネルギー遷移にいよる蛍光シグナルが、反応の起こっていない多数の分子の蛍光シグナルに埋もれてしまうため、わずかな反応を検出することは困難であった。そのため個々の分子がどのような動きをしているか、または観測している領域において相互作用している分子がどれくらいの割合で存在しているかなどの定量的な評価を行うことはできなかった。
特表2002-5434142号公報 Oliver Meissner and Hanns Haberlein、“Biochemistry”、2003年、42巻、p.1667-1672 Theodorus W. J. Gadella, Jr. and Thomas M. Jovin、“The Journal of Cell Biology”、1995年、129巻、p.1543-1558
In addition, as a method for detecting association and interaction between molecules, there is fluorescence resonance energy transfer (FRET) (Non-patent Document 2). This is a technique in which molecules are labeled with a plurality of fluorescent substances having different spectral characteristics, and the movement of fluorescence energy between fluorescent molecules that occurs when the distance between the fluorescent molecules becomes very close to each other is observed. FRET uses two types of fluorescent materials with different spectral characteristics. A fluorescent material (donor) that gives fluorescence energy and a fluorescent material (acceptor) that receives the energy as excitation energy are used. A fluorescence resonance energy transition is observed when two fluorescent molecules mix and interact with each other and one absorption wavelength overlaps with the other emission wavelength. The efficiency of energy transition is proportional to r- 6 . Here, r is an average interval between two fluorescent molecules. Therefore, when the interaction between two molecules and the mutual affinity increase, the energy transition phenomenon is enhanced, and as a result, the fluorescence emission from the acceptor increases. Conventional detection of FRET has been observed with a fluorescence spectrophotometer or a fluorescence microscope, in which interacting molecules are labeled with respective fluorescent substances and used at a concentration of the mM order. However, since these methods detect a large number of molecules, the detected signal is average. For example, when a very small number of molecular reactions occur in many molecules, the energy transition is not necessary. It is difficult to detect a slight reaction because the fluorescent signal is buried in the fluorescent signals of a large number of molecules that have not reacted. Therefore, it was not possible to make a quantitative assessment of how the individual molecules are moving, or how many molecules interact with each other in the observed region.
Special Table 2002-5434142 Oliver Meissner and Hanns Haberlein, “Biochemistry”, 2003, 42, p.1667-1672 Theodorus WJ Gadella, Jr. and Thomas M. Jovin, “The Journal of Cell Biology”, 1995, 129, p.1543-1558

上記事情に鑑み、本発明の目的は、分子の相互作用を精密に測定することが可能な1分子蛍光分析の方法を提供することである。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a single-molecule fluorescence analysis method capable of precisely measuring molecular interactions.

上記課題を解決するために、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を用いた一分子蛍光解析する技術を考案した。   In order to solve the above problems, a technique for analyzing single molecule fluorescence using fluorescence resonance energy transfer (FRET) was devised.

すなわち、本発明は、試料Aと試料Bの会合または相互作用を検出するための蛍光分光分析の方法であって、蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bとを接触させる工程と、前記試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、前記試料Aと前記試料Bに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料Aと前記試料Bとの反応変化の過程を検出する工程とを含むことを特徴とする方法を提供する。   That is, the present invention is a fluorescence spectroscopic analysis method for detecting the association or interaction between sample A and sample B, wherein the fluorescence energy of the fluorescently labeled sample A and the fluorescent substance labeled on the sample A is determined. Contacting the sample B that is fluorescently labeled with a fluorescent material such as excitation energy, irradiating the sample A and the sample B with light having a wavelength that excites the fluorescent material labeled on the sample A, and A step of detecting fluorescence generated from a labeled fluorescent substance, and a step of detecting a process of reaction change between the sample A and the sample B by performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence And a method characterized by comprising:

また、本発明は、試料Aと試料Bと試料Cの会合または相互作用を検出するための蛍光分光分析の方法であって、上記方法において、前記蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bと、試料Cを接触させる工程と、前記試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、前記試料Aと前記試料Bに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料A、前記試料B、および前記試料Cの反応変化の過程を検出する工程とを含むことを特徴とする方法を提供する。   The present invention also provides a fluorescence spectroscopic analysis method for detecting the association or interaction of sample A, sample B, and sample C, wherein the fluorescence-labeled sample A and the sample A The step of bringing the sample B fluorescently labeled with a fluorescent substance that uses the fluorescent energy of the labeled fluorescent substance as excitation energy, and the sample C, and the light having a wavelength for exciting the fluorescent substance labeled on the sample A are irradiated. A step of detecting fluorescence generated from the fluorescent substances labeled on the sample A and the sample B, and performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence, the sample A, the sample And B, and detecting a process of reaction change of the sample C.

さらに、本発明は、上記方法であって、前記蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bと、さらに前記試料Bに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Cとを接触させる工程と、前記試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、前記試料A、前記試料B、および試料Cに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料A、前記試料B、および前記試料Cの反応変化の過程を検出する工程とを含むこと特徴とする方法を提供する。   Furthermore, the present invention is the above method, wherein the fluorescently labeled sample A, and the fluorescent material labeled with the fluorescent material such that the fluorescent energy of the fluorescent material labeled with the sample A is used as excitation energy, Further, the step of contacting the sample C fluorescently labeled with a fluorescent substance that uses the fluorescent energy of the fluorescent substance labeled on the sample B as an excitation energy, and light having a wavelength for exciting the fluorescent substance labeled on the sample A Irradiating, detecting the fluorescence generated from the fluorescent substances labeled on the sample A, the sample B, and the sample C, and performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence, Detecting a process of reaction change of the sample A, the sample B, and the sample C.

さらに、本発明は、試料における構造変化または分子内ドメインの会合状態を検出するための蛍光分光分析の方法であって、第1の蛍光物質と、該第1の蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような第2の蛍光物質の両方で蛍光標識しされた試料に対し、前記第1の蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、前記第1の蛍光物質と、前記第2の蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料の構造変化もしくは分子内ドメインの会合状態を検出する工程とを含むことを特徴とする方法を提供する。   Furthermore, the present invention provides a fluorescence spectroscopic analysis method for detecting a structural change in a sample or an association state of intramolecular domains, wherein the first fluorescent material and the fluorescence energy of the first fluorescent material are excited energy. A step of irradiating a sample fluorescently labeled with both of the second fluorescent material and a light having a wavelength that excites the first fluorescent material, the first fluorescent material, and the second fluorescent material. A step of detecting fluorescence generated from the fluorescent substance, and a step of performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence to detect a structural change of the sample or an association state of intramolecular domains. A method characterized by comprising.

本発明によれば、多量体形成の有無、分子の結合や解離、分子の構造変化、および分子内ドメインの会合状態を容易に検出することができる。   According to the present invention, presence / absence of multimer formation, molecular binding and dissociation, molecular structural change, and association state of intramolecular domains can be easily detected.

ここでは、複数種類の異なった分光特性を有する蛍光物質に蛍光色素を使用し、それぞれの蛍光色素で標識された異なる分子間の相互作用を検出するために、FCSやFIDA等の1分子蛍光分析を利用する。   Here, fluorescent dyes are used for multiple types of fluorescent substances with different spectral characteristics, and single-molecule fluorescence analysis such as FCS and FIDA is used to detect the interaction between different molecules labeled with each fluorescent dye. Is used.

分子の相互作用の解析について問題となるのは、複数の分子が相互作用する順番や、相互作用する際に関与する分子の構造の場所、あるいは分子構造がどのように変化するのかということである。本発明は、このような分子間の微細な相互作用を計測するために、1分子蛍光分光計測を行う装置を使用して、蛍光色素のFRETを利用した計測を行う。FCSやFIDA等の1分子蛍光分析では、蛍光標識された分子からの蛍光情報を1分子レベルで解析することができるので、微小領域の反応を検出でき、反応していない多数の分子の蛍光シグナルを検出してしまうことがない。   The problem with analyzing molecular interactions is the order in which multiple molecules interact, the location of the molecular structure involved in the interaction, or how the molecular structure changes. . In the present invention, in order to measure such a fine interaction between molecules, measurement using FRET of a fluorescent dye is performed using an apparatus that performs single-molecule fluorescence spectrometry. Single-molecule fluorescence analysis such as FCS and FIDA can analyze fluorescence information from fluorescently labeled molecules at the single-molecule level, so it can detect microregional reactions, and the fluorescence signals of many unreacted molecules Will not be detected.

以下、本発明の1つの態様を例に具体的に説明する。   Hereinafter, one embodiment of the present invention will be specifically described as an example.

本発明の1つの態様は、試料Aと試料Bの会合または相互作用を検出するための蛍光分光分析の方法であって、第1の工程は、蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bとを接触させる工程である。   One aspect of the present invention is a fluorescence spectroscopic analysis method for detecting the association or interaction between sample A and sample B, wherein the first step comprises fluorescence-labeled sample A and sample A This is a step of contacting the sample B fluorescently labeled with a fluorescent substance that uses the fluorescent energy of the labeled fluorescent substance as excitation energy.

試料Aと試料Bは、相互作用を検出したい試料対である。本明細書においての「試料」の語は、生物個体から採取した細胞、組織、臓器、血液、血清、リンパ液、組織、毛髪および耳垢などの生物試料を所望に応じて調製した試料や、人工的に合成または製造した物質を含む試験に供したい試料、特に単離された分子および遺伝子組換えタンパク質を含む。また、「試料」は必要に応じて、生物試料をホモジネートおよび抽出などの必要な任意の前処理を行って得た試料であってもよく、単離されていない膜分画に組み込まれた状態の分子、たとえば、細胞膜に固定されたタンパク質などの試料であってもよい。このような試料は、当業者であれば、対象となる試料に応じてによって容易に取得することができるであろう。本明細書において使用される「個体」の語は、ヒト、イヌ、ネコ、ウシ、ヤギ、ブタ、ヒツジ、及びサルを含む任意の哺乳動物、並びに植物および昆虫など哺乳動物以外の生物を含む。   Sample A and sample B are a sample pair for which interaction is to be detected. In this specification, the term “sample” refers to a sample prepared from a biological sample such as cells, tissues, organs, blood, serum, lymph, tissue, hair and earwax collected from an individual, as desired, or artificially. Including samples that are to be subjected to tests containing substances synthesized or produced, especially isolated molecules and recombinant proteins. In addition, the “sample” may be a sample obtained by subjecting a biological sample to any necessary pretreatment such as homogenate and extraction, if necessary, and is incorporated into an unisolated membrane fraction. Or a sample such as a protein immobilized on a cell membrane. Such a sample could be easily obtained by those skilled in the art depending on the sample of interest. The term “individual” as used herein includes any mammal, including humans, dogs, cats, cows, goats, pigs, sheep, and monkeys, and non-mammalian organisms such as plants and insects.

上記試料においてFRETの検出を行うために、試料AおよびBを、第1の蛍光物質の発光波長の光により第2の蛍光物質ロが励起されて、該第1の蛍光物質の発光波長とは別の波長の光が発光する蛍光共鳴エネルギー移動が起こる蛍光物質対で標識しておく。   In order to detect FRET in the sample, samples A and B are excited with the second fluorescent substance B by light having the emission wavelength of the first fluorescent substance, and the emission wavelength of the first fluorescent substance is It is labeled with a fluorescent substance pair that causes fluorescence resonance energy transfer in which light of another wavelength is emitted.

本発明において標識として使用できる蛍光物質は、当業者に既知のいずれの蛍光物質であってもよいが、種々の蛍光色素や希土類元素等を含有した蛍光ガラス粒子、蛍光タンパク質を用いることができる。また、検出対象の試料に蛍光標識をするための方法は、当業者に既知のいずれの手段を使用して行うこともでき、GFP、CFP、YFP等の蛍光タンパク質が、検出対象の試料に融合タンパク質として発現するように遺伝子導入等を行うことも、本発明における標識に含まれる。たとえば試料AとBの間の反応を検出する場合には、試料AをFITC、試料Bをテトラメチルローダミンで、または試料AをCFP、試料BをGFPで標識しておけばよい。   The fluorescent substance that can be used as a label in the present invention may be any fluorescent substance known to those skilled in the art, but fluorescent glass particles and fluorescent proteins containing various fluorescent dyes, rare earth elements, and the like can be used. In addition, the method for fluorescently labeling the sample to be detected can be performed using any means known to those skilled in the art. Fluorescent proteins such as GFP, CFP, and YFP are fused to the sample to be detected. It is also included in the label in the present invention to introduce a gene so that it is expressed as a protein. For example, when detecting the reaction between samples A and B, sample A may be labeled with FITC, sample B with tetramethylrhodamine, or sample A with CFP, and sample B with GFP.

次いで、試料Aおよび試料Bを接触させる。たとえば、両試料を含む溶液を混合し、適切な条件下において反応させることにより接触させればよい。このような条件は、以下の実施例に示したとおり、当業者であれば容易に選択できるであろう。   Next, sample A and sample B are brought into contact. For example, a solution containing both samples may be mixed and contacted by reacting under appropriate conditions. Such conditions can be easily selected by those skilled in the art as shown in the following examples.

次いで、試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する。たとえば、試料AをFITCで標識している場合は、試料に488nmの波長の光を照射することによってFITCを励起する。また、蛍光物質対としてCFPとGFPを使用した場合は、450nmの波長の光を照射してCFPを励起させる。   Next, the sample A is irradiated with light having a wavelength that excites the labeled fluorescent substance. For example, when sample A is labeled with FITC, FITC is excited by irradiating the sample with light having a wavelength of 488 nm. In addition, when CFP and GFP are used as the fluorescent substance pair, the CFP is excited by irradiation with light having a wavelength of 450 nm.

次いで、試料Aと試料Bに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する(図1の右を参照されたい)。励起された標識蛍光物質からの蛍光シグナルは、ダイクロイックミラーを用いて量標識の蛍光を分離して検出することが好ましい。たとえば、FITCの蛍光とテトラメチルローダミンの蛍光に分離して検出される。ここで、試料Aと試料Bが相互作用せずに独立して試料中に存在するならFITCの蛍光のみが検出される。また、試料AとBが反応して分子間の距離が近接しているならば、FITCの蛍光エネルギーがテトラメチルローダミンに移動するFRETにより、テトラメチルローダミンの蛍光シグナルが検出される。   Next, the fluorescence generated from the fluorescent substances labeled on Sample A and Sample B is detected (see the right side of FIG. 1). The fluorescence signal from the excited labeled fluorescent substance is preferably detected by separating the fluorescence of the quantity label using a dichroic mirror. For example, FITC fluorescence and tetramethylrhodamine fluorescence are detected separately. Here, if the sample A and the sample B exist independently in the sample without interaction, only the fluorescence of FITC is detected. If samples A and B react and the distance between the molecules is close, the fluorescence signal of tetramethylrhodamine is detected by FRET in which the fluorescence energy of FITC moves to tetramethylrhodamine.

検出に用いることができる光学系は、たとえば、蛍光検出のための検出器、検出器に蛍光シグナルを分けて入力するためのダイクロイックミラーもしくは特定の分光特性をもちある波長幅ごとに光を透過することのできる分光素子を追加した光学系である。蛍光物質を励起する光源は、レーザなどであってもよく、波長は紫外から可視、赤外までのどの波長であってもよい。励起光は、対物レンズを介して絞り込まれ試料に照射される。蛍光物質からの蛍光は、集光レンズによって集められ、ピンホールによってノイズを除去する。蛍光は、ダイクロイックミラーによってまず2つの波長領域に分けられる。分けられた蛍光は光学フィルターを透過することによって特定の波長の蛍光のみを取り出す。この蛍光は検出器によって検出し、信号解析を行う。もう1つの光は次におかれたダイクロイックミラーによってさらに2つの波長域に分けられる。2つに分けられた蛍光はそれぞれの波長を取り出すフィルターを通過し検出器によって検出される。   The optical system that can be used for detection is, for example, a detector for detecting fluorescence, a dichroic mirror for separately inputting a fluorescence signal to the detector, or transmitting light for each wavelength width having specific spectral characteristics. This is an optical system to which a spectroscopic element capable of being added is added. The light source for exciting the fluorescent material may be a laser or the like, and the wavelength may be any wavelength from ultraviolet to visible and infrared. The excitation light is narrowed down through the objective lens and irradiated onto the sample. Fluorescence from the fluorescent material is collected by a condenser lens, and noise is removed by a pinhole. Fluorescence is first divided into two wavelength regions by a dichroic mirror. The divided fluorescence passes through the optical filter, and only the fluorescence having a specific wavelength is taken out. This fluorescence is detected by a detector and signal analysis is performed. The other light is further divided into two wavelength ranges by a dichroic mirror placed next. The fluorescence divided into two passes through a filter for extracting each wavelength and is detected by a detector.

次いで、検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、試料Aと試料Bとの反応変化の過程を検出する。   Next, fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis is performed based on the detected fluorescence, and the process of reaction change between sample A and sample B is detected.

検出された蛍光信号は、蛍光の明るさについて分布解析を行うことにより、1分子あたりの蛍光の明るさを情報として得ることができる。また蛍光信号について自己相関関数解析を行い共焦点領域に蛍光分子が滞在する時間(並進拡散時間)を算出する。さらに、波長の異なるレーザを用い複数の蛍光物質をそれぞれの波長で同時に励起し同時に各蛍光物質の蛍光シグナルを分離して得ることにより蛍光の相互相関解析を行ない異なる試料の相互作用の有無そして存在する蛍光分子のうち相互作用している分子割合を知ることができる。たとえば、上記解析の結果、試料Aと試料Bが会合している場合は、試料Aまたは試料Bが単独で存在している場合よりも、蛍光相関分光法による並進拡散時間が長くなる。   The detected fluorescence signal can be obtained as information on the brightness of fluorescence per molecule by performing distribution analysis on the brightness of fluorescence. In addition, the autocorrelation function analysis is performed on the fluorescence signal, and the time (translation diffusion time) for the fluorescent molecule to stay in the confocal region is calculated. In addition, the cross-correlation analysis of fluorescence is performed by simultaneously exciting multiple fluorescent substances at different wavelengths using lasers with different wavelengths and simultaneously separating and obtaining the fluorescence signals of each fluorescent substance. It is possible to know the ratio of interacting molecules among the fluorescent molecules. For example, as a result of the above analysis, when sample A and sample B are associated, the translational diffusion time by fluorescence correlation spectroscopy becomes longer than when sample A or sample B exists alone.

このように、拡散定数や蛍光相互相関分析とFRETを同時に測定することにより、反応の状態をより高精度に検出することが可能となる。   Thus, by simultaneously measuring the diffusion constant, fluorescence cross-correlation analysis and FRET, it becomes possible to detect the reaction state with higher accuracy.

試料の反応の時間変化について、時間的空間的に制御することで、相互作用する試料の結合の強さだけでなく、さらに結合の早さや解離の早さなどの情報も得ることが可能となる。また、細胞計測において、目的の場所のみを蛍光標識し、目的の試料の拡散や移動の状態を調べることも可能となる。   By temporally and spatially controlling changes in the sample reaction, it is possible to obtain not only the binding strength of the interacting sample, but also information such as the speed of binding and the speed of dissociation. . In cell measurement, it is also possible to fluorescently label only the target location and examine the state of diffusion and movement of the target sample.

上記方法において使用する蛍光物質の励起、蛍光の検出、およびFCS/FIDAによる解析等は、市販の1分子蛍光分析システム、たとえばMS20/10S装置(オリンパス株式会社)を使用して行うことができる。   Excitation of the fluorescent substance used in the above method, detection of fluorescence, analysis by FCS / FIDA, and the like can be performed using a commercially available single molecule fluorescence analysis system, for example, MS20 / 10S apparatus (Olympus Corporation).

本発明のもう1つの態様において、試料Aと試料Bと試料Cの会合または相互作用を検出するための蛍光分光分析の方法であって、上記方法において、蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bと、試料Cを接触させる工程と、試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、試料Aと試料Bに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、試料A、試料B、および試料Cの反応変化の過程を検出する方法を提供する。本方法により、試料A、試料B、および試料Cの会合または相互作用を検出してもよいが、試料Aと試料Bの会合または相互作用に対する試料Cの影響を検出してもよく、たとえば両試料の阻害および増強などが含まれる。   In another embodiment of the present invention, there is provided a fluorescence spectroscopic analysis method for detecting the association or interaction of sample A, sample B, and sample C, wherein the sample is labeled with fluorescence in the above method, Sample B, which is fluorescently labeled with a fluorescent substance that uses the fluorescent energy of the fluorescent substance labeled on A as excitation energy, and sample C are contacted, and light with a wavelength that excites the fluorescent substance labeled on sample A is irradiated. A step of detecting fluorescence generated from fluorescent substances labeled on sample A and sample B, and performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis on the basis of the detected fluorescence, sample A, sample B, and sample A method for detecting the process of C reaction change is provided. This method may detect the association or interaction of sample A, sample B, and sample C, but may also detect the influence of sample C on the association or interaction of sample A and sample B, for example, both Sample inhibition and enhancement are included.

たとえば、試料Cが試料Aと試料Bの相互作用を阻害する物質の場合、試料Cが存在することにより、試料Aと試料Bの相互作用が阻害される。試料Cが存在しないときは、試料Aと試料Bが相互作用すると考えられる。従って、試料Aの蛍光物質を励起すると、試料Aの蛍光物質から試料Bの蛍光物質へのFRETが観察され、その結果、試料Aからの蛍光はほとんど観測されないが、試料Bからの蛍光が観察されると考えられる。一方、試料Cが存在するときは、試料Cの濃度に依存して試料Aと試料Bの相互作用が阻害されると考えられる。その結果、試料Aの蛍光物質を励起してもFRETは観察されず、試料Aのみの蛍光が観察されると考えられる。   For example, when sample C is a substance that inhibits the interaction between sample A and sample B, the presence of sample C inhibits the interaction between sample A and sample B. When sample C does not exist, sample A and sample B are considered to interact. Therefore, when the fluorescent substance of sample A is excited, FRET from the fluorescent substance of sample A to the fluorescent substance of sample B is observed. As a result, the fluorescence from sample A is hardly observed, but the fluorescence from sample B is observed. It is thought that it is done. On the other hand, when sample C exists, it is considered that the interaction between sample A and sample B is inhibited depending on the concentration of sample C. As a result, it is considered that FRET is not observed even when the fluorescent substance of sample A is excited, and fluorescence of sample A alone is observed.

このように、試料Aと試料Bの会合または相互作用に対する試料Cの影響を検出することができる。   In this way, the influence of sample C on the association or interaction between sample A and sample B can be detected.

本発明のもう1つの態様において、蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bと、さらに試料Bに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Cとを接触させる工程と、試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、試料A、試料B、および試料Cに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、試料A、試料B、および試料Cの反応変化の過程を検出する工程とを含むこと特徴とする方法を提供する。   In another embodiment of the present invention, fluorescently labeled sample A, sample B fluorescently labeled with a fluorescent substance that uses the fluorescent energy of the fluorescent substance labeled on sample A as excitation energy, and further sample B Contacting the sample C that is fluorescently labeled with a fluorescent material that uses the fluorescent energy of the labeled fluorescent material as excitation energy, irradiating the sample A with light of a wavelength that excites the fluorescent material labeled, and the sample A step of detecting fluorescence generated from the fluorescent substances labeled on A, Sample B, and Sample C, and performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence, and Sample A, Sample B, and Sample C And detecting the process of the reaction change.

たとえば、試料AをCFPで、試料BをGFPで、試料CをYFPで蛍光標識をしておく。ここで、YFPおよびGFPは、CFPの蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質であり、各試料がCFPとYFPまたはGFPとの間でFRETが生じるような距離に存在する場合は、CFPを励起するとYFPまたはGFPが発光することとなる。   For example, sample A is fluorescently labeled with CFP, sample B with GFP, and sample C with YFP. Here, YFP and GFP are fluorescent substances that use the fluorescence energy of CFP as excitation energy, and if each sample is at a distance that causes FRET between CFP and YFP or GFP, When excited, YFP or GFP emits light.

次いで、CFPを450nmの波長の光で励起し、上記と同様に各蛍光物質から発生する蛍光を検出し、蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、各試料間の反応変化の過程を検出する。その結果、CFPとYFPおよび/またはGFPとが相互作用している場合は、CFPの蛍光がほとんど観測されずにYFPおよび/またはGFPの蛍光のみが観察され、相互作用してない場合は、CFPのみの蛍光が観察されると考えられる。   Next, the CFP is excited with light of a wavelength of 450 nm, and the fluorescence generated from each fluorescent substance is detected in the same manner as described above, and fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis is performed to detect the reaction change process between the samples. To do. As a result, when CFP interacts with YFP and / or GFP, almost no fluorescence of CFP is observed, only fluorescence of YFP and / or GFP is observed, and when there is no interaction, CFP It is thought that only fluorescence is observed.

このように種々の蛍光物質を組み合わせて、複数の試料を種々の蛍光物質で標識することにより、複数の試料についての会合または相互作用を検出することができる。また、たとえば、試料Aと、試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bと、試料Bに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Cとを使用して同様の方法を行えば、試料A、B、およびCの全てが近接して存在する場合のみ、試料Cからの蛍光を検出することができる。   In this way, by combining various fluorescent substances and labeling a plurality of samples with various fluorescent substances, association or interaction of the plurality of samples can be detected. Also, for example, sample A, sample B fluorescently labeled with a fluorescent material that uses the fluorescent energy of the fluorescent material labeled on sample A as excitation energy, and fluorescence energy of the fluorescent material labeled on sample B as excitation energy If the same method is used with sample C that is fluorescently labeled with a fluorescent substance, the fluorescence from sample C is detected only when samples A, B, and C are all in close proximity. be able to.

また、上記方法によれば、上記試料A、試料B、および試料Cが同時に会合する場合だけでなく、それぞれをの会合状態を経時的に検出することもできる。たとえば、試料A、試料B、および試料Cにおいて、試料Aおよび試料Bがカルシウムの存在下でのみ会合し、かつ両分子が会合した場合にのみさらに試料Cが会合する場合を想定する。まず、反応系において試料Aおよび試料Bおよび試料Cを混合する。これらの分子は、カルシウムの不存在下では会合しないため、このとき試料Aに標識した蛍光物質を励起すると該蛍光物質のみに由来する蛍光が検出される。次いで、反応系にカルシウムを添加すると試料Aおよび試料Bが会合することとなる。ここで試料Aに標識した蛍光物質を励起すると、試料Aの蛍光物質から試料Bの蛍光物質へのFRETが観察され、その結果、試料Aからの蛍光はほとんど観測されないが、試料Bからの蛍光が観察される。また、FCS解析により試料Aの蛍光から算出した並進拡散時間よりも試料Bの蛍光から算出した並進拡散時間は長くなることが観察される。試料Cは、試料Aおよび試料Bが会合して初めて反応が起こり、次第に試料Bの蛍光物質から試料Cの蛍光物質へのFRETが観察され、その結果、試料Bからの蛍光が減少し、試料Cからの蛍光が観察される。また、FCS解析により試料Bの蛍光から算出した並進拡散時間よりも試料Cの蛍光から算出した並進拡散時間は長くなることが観察される。一方、試料中に試料Bが存在しない場合は、いずれの試料同士も会合しないため、試料Aに標識した蛍光物質を励起しても試料Aの蛍光物質に由来する蛍光のみしか検出されない。   In addition, according to the above method, not only the case where the sample A, the sample B, and the sample C associate simultaneously, but also the associated state of each can be detected over time. For example, in Sample A, Sample B, and Sample C, assume that Sample A and Sample B associate only in the presence of calcium, and Sample C further associates only when both molecules associate. First, sample A, sample B, and sample C are mixed in the reaction system. Since these molecules do not associate in the absence of calcium, when the fluorescent substance labeled on the sample A is excited at this time, fluorescence derived only from the fluorescent substance is detected. Next, when calcium is added to the reaction system, the sample A and the sample B are associated. Here, when the fluorescent substance labeled with sample A is excited, FRET from the fluorescent substance of sample A to the fluorescent substance of sample B is observed. As a result, almost no fluorescence from sample A is observed, but fluorescence from sample B is observed. Is observed. It is also observed that the translational diffusion time calculated from the fluorescence of sample B is longer than the translational diffusion time calculated from the fluorescence of sample A by FCS analysis. In sample C, reaction occurs only when sample A and sample B are associated, and FRET from the fluorescent material of sample B to the fluorescent material of sample C is gradually observed, resulting in a decrease in fluorescence from sample B, Fluorescence from C is observed. It is also observed that the translational diffusion time calculated from the fluorescence of sample C is longer than the translational diffusion time calculated from the fluorescence of sample B by FCS analysis. On the other hand, when the sample B is not present in the sample, none of the samples are associated with each other, so that only the fluorescence derived from the fluorescent material of the sample A is detected even when the fluorescent material labeled with the sample A is excited.

さらに、標識された試料の数は、上記のものに限定されず、必要であれば、試料の種類に対応してさらに増加させることもできる。   Further, the number of labeled samples is not limited to the above, and can be further increased according to the type of sample if necessary.

このように、本発明によって、複数の分子について拡散定数や蛍光相互相関分析とFRETを同時に測定することにより、複数の分子の反応の状態をより高精度に検出することが可能となる。   Thus, according to the present invention, it is possible to detect the reaction state of a plurality of molecules with higher accuracy by simultaneously measuring the diffusion constant, fluorescence cross-correlation analysis and FRET for the plurality of molecules.

上記方法では試料Aと試料Bとの会合、および結合や解離などの2分子以上の会合または相互作用を検出したが、本発明のもう1つの態様において、分子内の構造変化または分子内ドメインの会合状態を検出するための蛍光分光分析の方法であって、第1の蛍光物質と、該第1の蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような第2の蛍光物質の両方で蛍光標識された試料に対し、前記第1の蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、前記第1の蛍光物質と、前記第2の蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料の構造変化もしくは分子内ドメインの会合状態を検出する工程とを含むことを特徴とする方法を提供する。   In the above method, the association between sample A and sample B and the association or interaction of two or more molecules such as binding and dissociation were detected. In another embodiment of the present invention, the structural change in the molecule or the intramolecular domain A fluorescence spectroscopic analysis method for detecting an association state, wherein the first fluorescent material and a second fluorescent material that uses the fluorescence energy of the first fluorescent material as excitation energy are fluorescently labeled. Irradiating the sample with light having a wavelength that excites the first fluorescent material, detecting the fluorescence generated from the first fluorescent material and the second fluorescent material, and detecting the detected And performing a fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the fluorescence, and detecting a structural change of the sample or an association state of intramolecular domains.

たとえば、単一の分子において、ある条件下では近接して存在するが、別の条件下では立体構造が変化して離れた位置に存在するような、第1の領域および第2の領域に、それぞれ第1の蛍光物質および第2の蛍光物質で標識しておく。このような分子の第1の領域と第2の領域が近接するような条件下では、これらの領域の蛍光物質が近接すると考えられる。従って、このような条件下において第1の蛍光物質を励起する波長の光を試料に照射すると、第1の蛍光物質から第2の蛍光物質へのFRETが観察され、その結果、第1の蛍光物質からの蛍光はほとんど観測されないが、第2の蛍光物質からの蛍光が観察されると考えられる。   For example, in a first molecule and a second region that exist close together under certain conditions but exist in different positions under different conditions in a single molecule, Each is labeled with a first fluorescent material and a second fluorescent material. Under such conditions that the first region and the second region of the molecule are close to each other, the fluorescent substances in these regions are considered to be close. Therefore, when the sample is irradiated with light having a wavelength that excites the first fluorescent substance under such conditions, FRET from the first fluorescent substance to the second fluorescent substance is observed, and as a result, the first fluorescent substance is observed. Although the fluorescence from the substance is hardly observed, it is considered that the fluorescence from the second fluorescent substance is observed.

このように、単一分子の構造変化または分子内ドメインの会合状態を、蛍光分光分析によって検出することができる。   Thus, structural changes of single molecules or association states of intramolecular domains can be detected by fluorescence spectroscopy.

膜分画とリガンドの反応の検出について、具体例として上皮細胞増殖因子受容体(EGFR)を考える。EGFRは、リガンドであるEGFと結合すると2量体を形成する。EGFRが2量体となることで細胞内に刺激が伝わり反応が起こる。たとえば、実験において、EGFRが多く発現しているヒト培養細胞A431を用い、この細胞を低張液処理の後、ホモジナイザーでEGFRを発現している膜分画を調整する。次いで、FITCで蛍光標識したEGF(epidermal growth factor, fluorescein conjugate , Molecular Probes社E-3481)、およびテトラメチルローダミン標識したEGF (epidermal growth factor, tetramethylrhodamine conjugate ,Molecular Probes社 E-3478)を同時に添加して、EGFRとの反応をFIDA−FRET解析を用いて観測する。この場合、試料の励起は、FITCを励起する488nmの波長の光で行なう。次いで、蛍光の検出は、上述したとおりに、FITCとテトラメチルローダミンのそれぞれの蛍光を分離して検出する。検出されるFITCの蛍光とテトラメチルローダミンの蛍光強度の比は、膜分画の存在によって小さくなり、FRETが観測されると考えられる。このとき、図1に示す反応が起こっていると考えられる。すなわち、上記FITCで蛍光標識したEGFおよびテトラメチルローダミン標識したEGFは、蛍光標識のみが異なるのでEGFRに対して競合反応を生じる。従って、多量体を形成してもFITC標識されたEGFのみの2量体、テトラメチルローダミン標識されたEGFのみの2量体も生成するが、一定の確率(おそらく50%程度)でFITC標識されたEGFとテトラメチルローダミン標識されたEGFの2量体が生成すると考えられる。この場合は、励起されたFITCによってテトラメチルローダミンからの蛍光発光が増大されるため、この蛍光を検出することにより多量体形成を検出することができる。1分子あたりの蛍光強度を測定できるFIDA−FRETにより、多量体生成の有無を正確に観察することは可能である。   As an example of the detection of the reaction between the membrane fraction and the ligand, consider epidermal growth factor receptor (EGFR). EGFR forms a dimer when bound to the ligand EGF. When EGFR becomes a dimer, stimulation is transmitted into the cell and a reaction occurs. For example, in an experiment, human cultured cell A431 expressing a large amount of EGFR is used, and after this cell is treated with a hypotonic solution, a membrane fraction expressing EGFR is prepared with a homogenizer. Next, EGF (epidermal growth factor, fluorescein conjugate, Molecular Probes E-3481) labeled with FITC and EGF (epidermal growth factor, tetramethylrhodamine conjugate, Molecular Probes E-3478) labeled with tetramethylrhodamine were simultaneously added. Then, the reaction with EGFR is observed using FIDA-FRET analysis. In this case, the sample is excited with light having a wavelength of 488 nm that excites FITC. Next, as described above, fluorescence is detected by separating the fluorescence of FITC and tetramethylrhodamine. It is considered that the ratio of the detected fluorescence intensity of FITC and the fluorescence intensity of tetramethylrhodamine decreases due to the presence of the membrane fraction, and FRET is observed. At this time, it is considered that the reaction shown in FIG. That is, EGF fluorescently labeled with FITC and EGF labeled with tetramethylrhodamine are different only in fluorescent labeling, and thus cause a competitive reaction with EGFR. Therefore, even if a multimer is formed, a FITC-labeled EGF-only dimer and a tetramethylrhodamine-labeled EGF-only dimer are also produced, but with a certain probability (probably around 50%). It is thought that a dimer of EGF and tetramethylrhodamine labeled EGF is produced. In this case, the fluorescence emission from tetramethylrhodamine is increased by the excited FITC, so that multimer formation can be detected by detecting this fluorescence. It is possible to accurately observe the presence or absence of multimer formation by FIDA-FRET, which can measure the fluorescence intensity per molecule.

次に、またEGFRと蛍光標識EGFとの反応の阻害状態を確認するために、上記実験においてさらにEGFRに対する抗体(Santa Cruz社)添加した実験を行い、この濃度を変化させてたときに得られるであろう結果を示す(図2)。図2に示したように、反応系における阻害剤の濃度が低いときには、テトラメチルローダミン(四角)の蛍光強度が高く、阻害剤の濃度が高いときには、低くなった(菱形)。このように、蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析などの蛍光のゆらぎ解析を使用してFRETを観測することにより、分子の会合が起こっているかどうかの検出が可能であると考えられる。   Next, in order to confirm the inhibition state of the reaction between EGFR and fluorescently labeled EGF, an experiment in which an antibody against EGFR (Santa Cruz) was added in the above experiment was performed, and this concentration was changed. The results will be shown (Figure 2). As shown in FIG. 2, when the inhibitor concentration in the reaction system was low, the fluorescence intensity of tetramethylrhodamine (square) was high, and when the inhibitor concentration was high, it was low (diamond). Thus, it is considered that whether or not molecular association has occurred can be detected by observing FRET using fluorescence fluctuation analysis such as fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis.

分子間相互作用の検出
実験例として、トロポニン、トロポミオシン、アクチンの相互作用を解析を行う場合について述べる。トロポニンをローダミングリーンで、トロポミオシンをテトラメチルローダミンで、およびアクチンをCy5で蛍光標識した。トロポニン、トロポミオシン、およびアクチンは、ウサギ骨格筋から抽出、精製し、蛍光標識を行う。
Detection of intermolecular interaction As an experimental example, the case of analyzing the interaction of troponin, tropomyosin, and actin is described. Troponin was fluorescently labeled with rhodamine green, tropomyosin with tetramethylrhodamine, and actin with Cy5. Troponin, tropomyosin and actin are extracted from rabbit skeletal muscle, purified and fluorescently labeled.

まず、標識したトロポニン、トロポミオシン、およびアクチンを混合する。次いで、ローダミングリーンが励起される488nmのレーザ光を照射し、ローダミングリーン、テトラメチルローダミン、およびCY5の蛍光のゆらぎを検出してFCS解析を行なう。たとえば、図3上段(a)に示したように、ローダミングリーンからの蛍光が観察されると考えられる。次に、これらの分子間の反応開始剤となる塩化カルシウム水溶液を添加して混合後に、488nmのレーザ光を照射し、FCS解析を行なう。たとえば、図3上段(b)に示したように、ローダミングリーンからの蛍光が減少し、テトラメチルローダミンからの蛍光が新たに観察されると考えられる。ローダミングリーンからの蛍光より算出した並進拡散時間よりも、テトラメチルローダミンからの蛍光より算出した並進拡散時間は長くなる。この現象は、トロポニンとトロポミオシンの相互作用により、それぞれの分子に標識している蛍光色素の距離が近くなり、蛍光色素間でFRETが起こることによってテトラメチルローダミンの信号が検出され、さらに分子が結合して並進拡散時間が長くなると考えられる。さらに、一定時間経過後は、図3上段(c)に示されたようにローダミングリーンからの蛍光が更に減少し、テトラメチルローダミンからの蛍光が減少し、新たにCy5からの蛍光が観察されると考えられる。また、ローダミングリーンからの蛍光より算出した並進拡散時間よりも、テトラメチルローダミンからの蛍光より算出した並進拡散時間は長く、Cy5からの蛍光より算出した並進拡散時間はさらに長くなると考えられる。この現象は、3つの分子の相互作用が生じた結合、それぞれの標識された分子の蛍光色素の距離が近くなり、3つの蛍光色素間でFRETが生じるためであると考えられる。したがって、反応が生じるためには、カルシウムイオンの存在が必要であること、反応が生じる順番は、トロポニン、トロポミオシン、アクチンの順番であることが明らかとなるであろう。さらに、FRETが生じることを検出できれば、標識されたローダミングリーンとテトラメチルローダミンの距離、テトラメチルローダミンとCy5の距離は、FRETが生じる距離(約10nm)の範囲内であることが明らかとなる。   First, labeled troponin, tropomyosin, and actin are mixed. Next, irradiation with 488 nm laser light that excites rhodamine green is performed, and fluctuations in fluorescence of rhodamine green, tetramethylrhodamine, and CY5 are detected, and FCS analysis is performed. For example, as shown in the upper part (a) of FIG. 3, it is considered that fluorescence from rhodamine green is observed. Next, after adding and mixing a calcium chloride aqueous solution as a reaction initiator between these molecules, a laser beam of 488 nm is irradiated to perform FCS analysis. For example, as shown in the upper part (b) of FIG. 3, it is considered that the fluorescence from rhodamine green decreases and the fluorescence from tetramethylrhodamine is newly observed. The translational diffusion time calculated from the fluorescence from tetramethylrhodamine is longer than the translational diffusion time calculated from the fluorescence from rhodamine green. This phenomenon is caused by the interaction between troponin and tropomyosin, the distance between the fluorescent dyes labeled on each molecule is reduced, and the signal of tetramethylrhodamine is detected by the occurrence of FRET between the fluorescent dyes. Therefore, it is considered that the translational diffusion time becomes longer. Further, after a certain period of time, the fluorescence from rhodamine green further decreases, the fluorescence from tetramethylrhodamine decreases, and the fluorescence from Cy5 is newly observed as shown in the upper part (c) of FIG. it is conceivable that. In addition, it is considered that the translational diffusion time calculated from the fluorescence from tetramethylrhodamine is longer than the translational diffusion time calculated from the fluorescence from rhodamine green, and the translational diffusion time calculated from the fluorescence from Cy5 is further increased. This phenomenon is thought to be due to the occurrence of FRET between the three fluorescent dyes due to the bond where the interaction of the three molecules has occurred and the distance between the fluorescent dyes of the respective labeled molecules. Therefore, it will be clear that the presence of calcium ions is necessary for the reaction to occur, and the order in which the reactions occur is the order of troponin, tropomyosin and actin. Furthermore, if the occurrence of FRET can be detected, it becomes clear that the distance between the labeled rhodamine green and tetramethylrhodamine and the distance between tetramethylrhodamine and Cy5 are within the range where FRET occurs (about 10 nm).

例えば、トロポニン−アクチン−トロポミオシンの順番で相互作用するならば、FRETは起こらず、ローダミングリーンの信号しか得られない。また、並進拡散時間からもこれらが反応していないことがわかる。   For example, if the troponin-actin-tropomyosin sequence interacts, FRET does not occur and only a rhodamine green signal is obtained. Moreover, it turns out that these do not react also from translational diffusion time.

分子の相互作用は起こっていても、分子を標識している蛍光色素間の距離についてFRETが起こるような距離(約10nm)に達しない場合でも、FCS解析による拡散速度より反応したか否かを評価することが可能である。また、それぞれの蛍光色素を励起する2種類のレーザを用いて同時に励起し得られる蛍光シグナルについて相互相関解析を行ない相互作用している分子とそうでない分子の割合を算出することも可能である。これらの計測から分子の相互作用に関する種々の知見を得ることが可能である。   Even if molecular interaction has occurred, even if the distance between the fluorescent dyes that label the molecule does not reach the distance at which FRET occurs (about 10 nm), whether or not the reaction has occurred based on the diffusion rate by FCS analysis It is possible to evaluate. It is also possible to perform a cross-correlation analysis on the fluorescence signals that can be excited simultaneously using two types of lasers that excite each fluorescent dye, and calculate the ratio of molecules that interact with each other. From these measurements, it is possible to obtain various findings regarding molecular interactions.

このように、複数の分子相互作用の反応の順番や分子への標識する場所を工夫することによって生成した分子の構造や分子間の相互作用する場所についての知見を得ることができる。 Thus, knowledge about the structure of the molecule | numerator produced | generated and the interaction place between molecules can be acquired by devising the order of reaction of several molecular interaction, and the place to label to a molecule | numerator.

分子の解離を検出する例を挙げる。   An example of detecting molecular dissociation will be given.

例として、膜上に存在するGタンパク質の解離の検出がある。Gタンパク質は、同じ膜に存在する膜タンパク質のGタンパク質結合受容体(GPCR:G Protein Coupled Receptor)がリガンドと結合すると、それをトリガーとして3つのサブユニットからなる3量体のうち1つのサブユニット(αサブユニット)が遊離し、細胞内に刺激を伝達する。たとえば、分子生物学的にこのGタンパク質の各サブユニットをFRETが生じるような異なる蛍光タンパク質にて標識する。GPCRとして、たとえばアンジオテンシン受容体(angiotensin Receptor)を使用する。具体的には、アンジオテンシン受容体が発現している培養細胞(たとえば、CHO-K1細胞)を使用する。次いで、この細胞に対して遺伝子導入を行いGタンパク質結合受容体が発現する際に各サブユニット(α、β、γ)のそれぞれに分光特性の異なる蛍光タンパク質が発現するように遺伝子を導入する。たとえば、αサブユニットにはCFP、βサブユニットにはGFP、γサブユニットにはYFPが発現するようにする。実験で使用するGPCRおよびGタンパク質は、細胞を低張液処理およびホモジナイザーにより破砕して膜分画として使用する。   An example is the detection of the dissociation of G proteins present on the membrane. G protein is a subunit of a trimer composed of three subunits triggered by the binding of a G protein coupled receptor (GPCR), which is a membrane protein on the same membrane, to a ligand. (Α subunit) is released and transmits the stimulus into the cell. For example, in molecular biology, each subunit of this G protein is labeled with a different fluorescent protein that causes FRET. For example, an angiotensin receptor (angiotensin receptor) is used as GPCR. Specifically, a cultured cell (for example, CHO-K1 cell) in which an angiotensin receptor is expressed is used. Next, genes are introduced into the cells, and the genes are introduced so that fluorescent proteins having different spectral characteristics are expressed in each subunit (α, β, γ) when the G protein-coupled receptor is expressed. For example, CFP is expressed in the α subunit, GFP is expressed in the β subunit, and YFP is expressed in the γ subunit. The GPCR and G protein used in the experiment are used as a membrane fraction by disrupting cells with a hypotonic solution treatment and a homogenizer.

膜分画中のGPCRが活性化されないときは、Gタンパク質は、α、β、およびγサブユニットが3量体を形成していると考えられる。次いで、αサブユニットを標識しているCFPを450nmの波長で励起する(GFPは、この波長によって励起される)。次いで、CFPの蛍光、GFPの蛍光、およびYFPの蛍光を観測すると3つの蛍光タンパク質から蛍光のが観測される。CFPとGFPまたはYFPとの間でFRETが生じると考えられる。膜分画溶液に、リガンドであるアンジオテンシンを添加し、GPCRを活性化させるとGタンパク質のαサブユニットが遊離する。450nmの波長でCFPを励起し(CFPは、この波長によって励起される)、各蛍光タンパク質の蛍光を観測すると、CFPの蛍光強度が高く、その他の蛍光タンパク質からの蛍光は、ほとんど観測されないと考えられる。この現象は、FRETが起こらずにαサブユニットの蛍光のみが観測されるめに生じる。図4に、解離反応のモデルを示した。たとえば、図4上段のようにGPCRがリガンドと結合していない状態では、GPCRは活性化されていないため、Gタンパク質のサブユニットの全てが会合していると考えられる。ここでCFPに450nmの波長の励起光を照射すると、CFPから蛍光エネルギー移動が生じ、結果としてYFPの蛍光が観測されると考えられる。次に、リガンドであるアンジオテンシンを添加すると、GPCRがリガンドと結合して活性化され、Gタンパク質のαサブユニットが解離する。ここでCFPに450nmの波長の励起光を照射しても蛍光エネルギー移動は起こらないため、CFPの蛍光が観測され、蛍光相関分光法によると並進拡散時間も短くなり、αサブユニットが解離したことが明確に観測されると考えられる。さらにGFPを励起する波長の光を照射して測定を行うと、YFPの蛍光が観測され、蛍光相関分光法による並進拡散時間は、α、β、γサブユニットが結合していたときよりも短くなり、γサブユニット単体での並進拡散時間よりも長い。従って、αサブユニットは解離し、βとγサブユニットは結合している状態であることが明確に分かる(図4下段)。このようにして、FRETを用いて分子の解離を検出することも可能である。   When the GPCR in the membrane fraction is not activated, the G protein is thought to form a trimer with α, β, and γ subunits. The CFP labeling the α subunit is then excited at a wavelength of 450 nm (GFP is excited by this wavelength). Next, when CFP fluorescence, GFP fluorescence, and YFP fluorescence are observed, fluorescence is observed from the three fluorescent proteins. It is thought that FRET occurs between CFP and GFP or YFP. When angiotensin as a ligand is added to the membrane fraction solution and GPCR is activated, the α subunit of the G protein is released. When CFP is excited at a wavelength of 450 nm (CFP is excited by this wavelength) and the fluorescence of each fluorescent protein is observed, the fluorescence intensity of CFP is high, and the fluorescence from other fluorescent proteins is hardly observed. It is done. This phenomenon occurs because only the fluorescence of the α subunit is observed without FRET. FIG. 4 shows a model of the dissociation reaction. For example, in the state where the GPCR is not bound to the ligand as shown in the upper part of FIG. 4, since the GPCR is not activated, it is considered that all the subunits of the G protein are associated. Here, when CFP is irradiated with excitation light having a wavelength of 450 nm, fluorescence energy transfer occurs from CFP, and as a result, YFP fluorescence is observed. Next, when angiotensin which is a ligand is added, GPCR binds to the ligand and is activated, and the α subunit of the G protein is dissociated. Fluorescence energy transfer does not occur even when the CFP is irradiated with excitation light with a wavelength of 450 nm, and thus CFP fluorescence is observed. According to fluorescence correlation spectroscopy, the translational diffusion time is shortened and the α subunit is dissociated. Is clearly observed. In addition, when irradiating light with a wavelength that excites GFP, YFP fluorescence is observed, and the translational diffusion time by fluorescence correlation spectroscopy is shorter than when α, β, and γ subunits are bound. Longer than the translational diffusion time of a single γ subunit. Therefore, it can be clearly seen that the α subunit is dissociated, and the β and γ subunits are bound to each other (lower part of FIG. 4). In this way, it is also possible to detect molecular dissociation using FRET.

分子内の構造変化の検出(請求項4に対応)
カルシウムイオンの濃度変化によってトロポニンが筋タンパク質と相互作用したときの、構造変化についての知見を得ることも可能である。
Detection of structural changes in molecules (corresponding to claim 4)
It is also possible to obtain knowledge about structural changes when troponin interacts with muscle proteins due to changes in calcium ion concentration.

たとえば、分子生物学的な手法を用い、トロポニンの発現に際して構造変化すると考えられる部位に蛍光タンパク質を発現させる。トロポニンの立体構造におけるTnT1部位にGFPを、またC-TnT部位にRFPをそれぞれ発現させる。まず、GFPを励起する波長の光を照射すると、図5の左のようにGFPからの蛍光が多く観測されると考えられる。次に、カルシウムイオンを添加した後にFIDA解析を行なってFRETを観測するすると、トロポニン分子の立体構造が変化し、TnT1部位とC-TnT部位の 2つの部位が非常に近接した状態となることが知られている。したがって、図5の左のように、RFPの蛍光強度が増加し、GFPの蛍光強度が低くなると考えられる。このようにして、立体構造変化が起こっているか否かを知ることができる。   For example, using a molecular biological technique, a fluorescent protein is expressed at a site that is thought to undergo structural changes upon expression of troponin. In the three-dimensional structure of troponin, GFP is expressed at the TnT1 site and RFP is expressed at the C-TnT site. First, when light of a wavelength that excites GFP is irradiated, it is considered that a lot of fluorescence from GFP is observed as shown in the left of FIG. Next, when FRET analysis is performed after adding calcium ions and FRET is observed, the three-dimensional structure of the troponin molecule changes, and the two parts of the TnT1 site and the C-TnT site are in close proximity. Are known. Therefore, as shown in the left of FIG. 5, it is considered that the fluorescence intensity of RFP increases and the fluorescence intensity of GFP decreases. In this way, it is possible to know whether or not a three-dimensional structure change has occurred.

さらに、トロポニンと反応するトロポミオシンを添加してFCS解析を行なって、添加前と添加後において算出した並進拡散時間を比較することにより、両分子の相互作用の有無を確認することができる。図6上段は、カルシウム添加前、図6下段は、カルシウム添加後のFCSの計測結果である。このように、カルシウムを添加するとRFPの蛍光強度の上昇が観察され、またトロポミオシンを添加したときのRFPの蛍光シグナルをFCS解析することによって算出される並進拡散時間が、上昇することを観察することができる。   Furthermore, by adding tropomyosin that reacts with troponin and performing FCS analysis, the translational diffusion times calculated before and after the addition can be compared to confirm the presence or absence of interaction between both molecules. The upper part of FIG. 6 shows the FCS measurement results before calcium addition, and the lower part of FIG. 6 shows the FCS measurement results after calcium addition. Thus, an increase in the fluorescence intensity of RFP is observed when calcium is added, and the translational diffusion time calculated by FCS analysis of the fluorescence signal of RFP when tropomyosin is added is observed. Can do.

コントロールとして、カルシウムを添加しないトロポニンにトロポミオシンを添加すると、GFPの蛍光が観測され、またFCS解析を行なうことによって算出される並進拡散時間もトロポニンそのものの拡散時間を示すと考えられる。   As a control, when tropomyosin is added to troponin to which calcium is not added, fluorescence of GFP is observed, and the translational diffusion time calculated by performing FCS analysis is also considered to indicate the diffusion time of troponin itself.

このような手法を用いて、分子内構造変化による他分子との相互作用を検出することも可能である。たとえば、カルモジュリンとカルモジュリン結合タンパク質の反応を例に挙げる。カルモジュリンは、カルシウムイオンと結合するを活性化され構造を大きく変える特性をもつ。これをトリガーとしてカルモジュリン結合タンパク質がカルモジュリンと結合し刺激が伝わる。この際に、カルモジュリンに異なる蛍光色素を用いて標識し、さらにカルモジュリン結合タンパク質にFRETが生じるような蛍光色素で標識すればFRETをもちいて分子の相互作用の検出が可能となる。   Using such a technique, it is also possible to detect an interaction with another molecule due to an intramolecular structure change. For example, the reaction of calmodulin and calmodulin binding protein is taken as an example. Calmodulin has the property of activating the binding to calcium ions and greatly changing the structure. With this as a trigger, calmodulin-binding protein binds to calmodulin and a stimulus is transmitted. At this time, if the calmodulin is labeled with a different fluorescent dye and further labeled with a fluorescent dye that causes FRET on the calmodulin-binding protein, the molecular interaction can be detected using FRET.

分子間相互作用の際に関与する分子構造(分子間の距離)に関する解析
分子間相互作用は、分子のある特異的な部位が近接して相互作用することによって起こる。したがって、これらの分子の相互作用をFRETによって検出するためには、所与の分子において結合部位の解析を行なう際に、相互作用するそれぞれの分子の結合部位の近傍に蛍光標識を行なえばよい。
Analysis of molecular structure (distance between molecules) involved in intermolecular interaction Intermolecular interaction occurs when a specific site of a molecule interacts closely. Therefore, in order to detect the interaction of these molecules by FRET, when analyzing the binding site in a given molecule, a fluorescent label may be provided in the vicinity of the binding site of each interacting molecule.

両分子の結合部位同士が相互作用し、両者が非常に近接した場合にはFRETが起こると考えられ、この蛍光発光を測定することによって分子の相互作用を検出することができる。   When the binding sites of both molecules interact with each other and the two are in close proximity, FRET is considered to occur, and the molecular interaction can be detected by measuring this fluorescence emission.

。このFRETの効率は、ドナーとアクセプターの距離rの6乗に反比例することが明らかとなっている。FIDA解析では、1分子あたりの蛍光強度についての情報を得ることができるため、両分子に由来するそれぞれの波長の蛍光色素の強度比からFRET効率を算出し、両分子間の距離に換算することが可能である。このとき、並進核酸時間を算出すると分子の解離によりFRETが起こらなくなったのか、構造変化により起こらなくなったのかを明確に区別することが可能となる。 . The efficiency of FRET has been shown to be inversely proportional to the sixth power of the distance r between the donor and the acceptor. In FIDA analysis, information about the fluorescence intensity per molecule can be obtained, so the FRET efficiency is calculated from the intensity ratio of the fluorescent dyes of each wavelength derived from both molecules, and converted to the distance between both molecules. Is possible. At this time, when the translational nucleic acid time is calculated, it becomes possible to clearly distinguish whether FRET does not occur due to dissociation of the molecule or whether it does not occur due to a structural change.

たとえば、分子間相互作用の解析のために、分子毎にその結合部位をいくつか予測して行なう場合を想定すると、それぞれの結合部位に対して蛍光標識を行い、FIDA解析によってFRETの有無を確認する。また、蛍光強度の比を算出し、さらにFCS解析において共焦点領域に滞在する時間を解析することにより、解離や結合が起こったかどうか等の分子の相互作用を確認することができる。また、上記の通り、蛍光強度の比から分子同士の近接度合いを知ることも可能である。すなわちFRETが起こっているが、以上2つのデータから、相互作用が起こっているかの確認および、目的の結合部位との相互作用の有無さらには相互作用している分子間の距離を知ることができる。図8には、ドナー−アクセプター間の距離とFRET効率について、得られると想定される結果を示す。   For example, assuming that several binding sites are predicted for each molecule for analysis of intermolecular interactions, each binding site is fluorescently labeled and the presence of FRET is confirmed by FIDA analysis. To do. In addition, by calculating the ratio of fluorescence intensities and analyzing the time spent in the confocal region in FCS analysis, it is possible to confirm molecular interactions such as whether dissociation or binding has occurred. Further, as described above, it is also possible to know the degree of proximity between molecules from the ratio of fluorescence intensity. In other words, FRET has occurred, but from the above two data, it is possible to confirm whether interaction has occurred, whether there is interaction with the target binding site, and the distance between interacting molecules. . FIG. 8 shows the results assumed to be obtained for the donor-acceptor distance and the FRET efficiency.

本発明の方法による上皮細胞増殖因子受容体とそのリガンドとの相互作用の検出を示す模式図。The schematic diagram which shows the detection of the interaction with the epidermal growth factor receptor and its ligand by the method of this invention. EGF阻害剤濃度による蛍光強度変化(Q=任意単位)を示す模式図。The schematic diagram which shows the fluorescence intensity change (Q = arbitrary unit) by EGF inhibitor density | concentration. 本発明の方法によって検出される分子間相互作用の一例(Q=任意単位)を示す図。The figure which shows an example (Q = arbitrary unit) of the intermolecular interaction detected by the method of this invention. 本発明の方法によって検出される分子間相互作用の一例を示す図。The figure which shows an example of the intermolecular interaction detected by the method of this invention. 本発明の方法によるGタンパク質受容体群の相互作用の検出(Q=任意単位)を示す模式図。The schematic diagram which shows the detection (Q = arbitrary unit) of the interaction of the G protein receptor group by the method of this invention. 本発明の方法による分子内構造変化の検出を示す模式図。The schematic diagram which shows the detection of the intramolecular structure change by the method of this invention. 本発明の方法によって検出される分子間相互作用の一例を示す図。The figure which shows an example of the intermolecular interaction detected by the method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、8・・・膜分画
2、9・・・EGFR
3・・・FITC標識EGF
4・・・TRITC標識EGF
5・・・Ch1(ローダミングリーン−トロポニン)
6・・・Ch2(TAMRA−トロポミオシン)
7・・・Ch3(Cy5−アクチン)
10・・・Gタンパク質DNAプローブ
11・・・CFP
12・・・GFP
13・・・YFP
14・・・リガンド
1, 8 ... Membrane fractionation
2, 9 ... EGFR
3 ・ ・ ・ FITC label EGF
4 ... TRITC sign EGF
5 ... Ch1 (Rhodamine Green-Troponin)
6 ... Ch2 (TAMRA-Tropomyosin)
7 ... Ch3 (Cy5-actin)
10 ... G protein DNA probe
11 ... CFP
12 ... GFP
13 ... YFP
14 ... Ligand

Claims (5)

試料Aと試料Bの会合または相互作用を検出するための蛍光分光分析の方法であって、
蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bとを接触させる工程と、
前記試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、
前記試料Aと前記試料Bに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、
前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料Aと前記試料Bとの反応変化の過程を検出する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
A method of fluorescence spectroscopy for detecting the association or interaction of sample A and sample B, comprising:
A step of contacting the fluorescently labeled sample A and a sample B fluorescently labeled with a fluorescent substance such that the fluorescent energy of the fluorescent substance labeled on the sample A is an excitation energy;
Irradiating the sample A with light having a wavelength that excites the fluorescent substance labeled;
Detecting fluorescence generated from the fluorescent substances labeled on the sample A and the sample B;
Performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence, and detecting a reaction change process between the sample A and the sample B;
A method comprising the steps of:
試料Aと試料Bと試料Cの会合または相互作用を検出するための蛍光分光分析の方法であって、請求項1に記載の方法において、
前記蛍光標識された試料A、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bと、試料Cとを接触させる工程と、
前記試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、
前記試料Aと前記試料Bに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、
前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料A、前記試料B、および前記試料Cの反応変化の過程を検出する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
A method of fluorescence spectroscopy for detecting an association or interaction of sample A, sample B and sample C, wherein the method according to claim 1,
The step of contacting the sample A, which is fluorescently labeled with a fluorescent substance such that the fluorescent energy of the fluorescent substance labeled with the fluorescently labeled sample A, the fluorescent energy of the fluorescent substance labeled with the sample A is used as excitation energy;
Irradiating the sample A with light having a wavelength that excites the fluorescent substance labeled;
Detecting fluorescence generated from the fluorescent substances labeled on the sample A and the sample B;
Performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence, and detecting a reaction change process of the sample A, the sample B, and the sample C;
A method comprising the steps of:
請求項2に記載の方法であって、
前記蛍光標識された試料Aと、該試料Aに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Bと、さらに前記試料Bに標識した蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような蛍光物質で蛍光標識された試料Cとを接触させる工程と、
前記試料Aに標識した蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、
前記試料A、前記試料B、および試料Cに標識した蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、
前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料A、前記試料B、および前記試料Cの反応変化の過程を検出する工程と、
を含むこと特徴とする方法。
A method according to claim 2, comprising
Sample A labeled with the fluorescent material, Sample B fluorescently labeled with a fluorescent material that uses the fluorescent energy of the fluorescent material labeled with the sample A as excitation energy, and fluorescence energy of the fluorescent material labeled with the sample B A step of contacting the sample C fluorescently labeled with a fluorescent material such that is used as an excitation energy,
Irradiating the sample A with light having a wavelength that excites the fluorescent substance labeled;
Detecting fluorescence generated from the fluorescent substances labeled on the sample A, the sample B, and the sample C;
Performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence, and detecting a reaction change process of the sample A, the sample B, and the sample C;
A method comprising:
試料における構造変化または分子内ドメインの会合状態を検出するための蛍光分光分析の方法であって、
第1の蛍光物質と、該第1の蛍光物質の蛍光エネルギーを励起エネルギーとするような第2の蛍光物質の両方で蛍光標識しされた試料に対し、前記第1の蛍光物質を励起する波長の光を照射する工程と、
前記第1の蛍光物質と、前記第2の蛍光物質から発生する蛍光を検出する工程と、
前記検出した蛍光に基づいて蛍光相関分光法または蛍光強度分布解析を行い、前記試料の構造変化もしくは分子内ドメインの会合状態を検出する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
A fluorescence spectroscopic method for detecting structural changes or association states of intramolecular domains in a sample, comprising:
A wavelength for exciting the first fluorescent material with respect to a sample fluorescently labeled with both the first fluorescent material and a second fluorescent material that uses the fluorescence energy of the first fluorescent material as excitation energy. Irradiating with light,
Detecting fluorescence generated from the first fluorescent material and the second fluorescent material;
Performing fluorescence correlation spectroscopy or fluorescence intensity distribution analysis based on the detected fluorescence, and detecting a structural change of the sample or an association state of intramolecular domains;
A method comprising the steps of:
前記試料Aまたは前記試料Bまたは前記試料が、細胞膜に固定されていることを特徴とする、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 sample A or the sample B or the sample is fixed to a cell membrane.
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