JP2006153637A - New glutamic acid biosensor utilizing phenomenon of fluorescent energy moving - Google Patents

New glutamic acid biosensor utilizing phenomenon of fluorescent energy moving Download PDF

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JP2006153637A JP2004344193A JP2004344193A JP2006153637A JP 2006153637 A JP2006153637 A JP 2006153637A JP 2004344193 A JP2004344193 A JP 2004344193A JP 2004344193 A JP2004344193 A JP 2004344193A JP 2006153637 A JP2006153637 A JP 2006153637A
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Yoshikazu Suzuki
良和 鈴木
Hisato Jinjo
久人 陣上
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Biomolecular Engineering Research Institute
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Biomolecular Engineering Research Institute
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the concentration of glutamic acid in a specimen at a high speed with high sensitivity, using a small amount of the specimen. <P>SOLUTION: A heterodimer, which is a fluorescence-labeled LBD protein heterodimer, prepared by respectively bonding two kinds of fluorescent substances to extracellular ligand bonded domain protein (LBD) of a metabolic type glutamic acid acceptor and where two kinds of the fluorescent substances are a donor and an acceptor in fluorescence resonance energy transfer (FRET), is brought into contact with the specimen and irradiated with exciting light to measure the intensity of the fluorescence from the donor fluorescent substance and the acceptor fluorescent substance. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は新規グルタミン酸バイオセンサーに関し、詳しくは代謝型グルタミン酸受容体にグルタミン酸が結合した場合に生ずる該受容体の細胞外領域の立体構造の変化を利用したグルタミン酸バイオセンサーおよびグルタミン酸濃度測定方法に関する。   The present invention relates to a novel glutamate biosensor, and more particularly to a glutamate biosensor and a glutamate concentration measurement method using a change in the three-dimensional structure of the extracellular region of the receptor that occurs when glutamate binds to a metabotropic glutamate receptor.

グルタミン酸は、食品の主な旨み成分でもあり、調味料として、直接料理に使用したり、人工的に生産した調味料に添加するなど様々なものに使用されている。食品以外にも石鹸やシャンプートリートメント、化粧用品やサプリメントなど幅広く利用されている。そのため、これらの加工品を製造するにあたり、調味料の味覚センサーとしての味覚検査や、製品の品質管理・検査などにグルタミン酸を検出、定量する方法などの開発が行われている。
グルタミン酸は、生体内では蛋白質構成アミノ酸のひとつであり、非必須アミノ酸であるが、代謝性ストレスなど異化機能の亢進により、体内での生合成量では不足する場合もあり、準必須アミノ酸として扱われる場合もある。体内では脳神経細胞全般にわたり大量に存在し、中枢神経系の主要な伝達物質である。そのために体内における生理活性は、摂取量と非常に密接な関係を持っていることが明らかになっている。特に、医療分野においてはグルタミン酸センサーとしての診断法、検査法などグルタミン酸の微量な検出、定量などが求められる。現在研究開発されているグルタミン酸センサーは、グルタミン酸脱水素酵素やグルタミン酸酸化酵素などを利用して、それらの酵素反応と電極を組み合わせたものが主流である(非特許文献1)。しかしながら、これらのセンサーは、最初の酵素反応で生じた電子をいくつかの化学反応ステップを介して最終的に電極にまで到達させて結果として生じる電流を検知するため、かなり間接的な測定法であり、その分、センサーの性能が使用中に不安定になる要因が多いといえる。また、電極を用いるため、ある程度の検体量が必要である、また多検体を同時に測定するようなハイスループット化が比較的困難である。
代謝型グルタミン酸受容体は7回膜貫通型GPCRであり、チャネル型受容体とは異なり、より長期的な応答を細胞に引き起こす。最近、この受容体の細胞外リガンド結合ドメイン(約520アミノ酸)の立体構造が明らかにされた(非特許文献2)。これによりこの受容体のリガンド結合ドメインはジスルフィド結合および疎水性相互作用によりホモダイマーを形成していることが明らかになり、さらにグルタミン酸結合にともなってダイマー間の相対的位置を大きく変化させて活性化されることが示唆された。
岡山大学農学部学術報告 Vol. 91, 15-22 (2002) Nature Vol. 407 971-977 (2000)
Glutamic acid is also a major umami ingredient in foods, and is used as a seasoning in various foods such as being used directly in cooking and added to artificially produced seasonings. In addition to food, it is widely used for soap, shampoo treatments, cosmetics and supplements. Therefore, in producing these processed products, development has been made of a method for detecting and quantifying glutamic acid for taste inspection as a taste sensor for seasonings and quality control / inspection of products.
Glutamic acid is a protein-constituting amino acid in vivo and is a non-essential amino acid. However, due to increased catabolism such as metabolic stress, the amount of biosynthesis in the body may be insufficient, and it is treated as a semi-essential amino acid. In some cases. In the body, it is present in large quantities throughout the brain and is the main transmitter of the central nervous system. Therefore, it has become clear that the physiological activity in the body has a very close relationship with the intake. In particular, in the medical field, detection and quantification of trace amounts of glutamic acid such as diagnostic methods and test methods as glutamic acid sensors are required. The glutamic acid sensor currently being researched and developed is mainly a combination of an enzyme reaction and an electrode using glutamic acid dehydrogenase, glutamic acid oxidase and the like (Non-patent Document 1). However, these sensors detect the resulting current by causing the electrons generated in the initial enzymatic reaction to eventually reach the electrode through several chemical reaction steps, which is a fairly indirect measurement method. There are many factors that cause the sensor performance to become unstable during use. In addition, since an electrode is used, a certain amount of sample is required, and it is relatively difficult to achieve high throughput such as measuring multiple samples simultaneously.
Metabotropic glutamate receptors are 7-transmembrane GPCRs that, unlike channel-type receptors, cause cells to have a longer-term response. Recently, the three-dimensional structure of the extracellular ligand binding domain (about 520 amino acids) of this receptor has been revealed (Non-patent Document 2). This reveals that the ligand-binding domain of this receptor forms a homodimer due to disulfide bonds and hydrophobic interactions, and is activated by greatly changing the relative position between dimers with glutamate binding. It was suggested that
Okayama University Faculty of Agriculture Vol. 91, 15-22 (2002) Nature Vol. 407 971-977 (2000)

本発明は検体中のグルタミン酸濃度を簡便かつ迅速に定量することを目的とする。本発明はまた多検体を同時に測定することを可能にすることをも目的とする。   An object of the present invention is to easily and quickly quantify the glutamic acid concentration in a specimen. Another object of the present invention is to make it possible to measure multiple specimens simultaneously.

本発明は、代謝型グルタミン酸受容体の細胞外リガンド結合ドメインタンパク質(以下LBDと略す)が特定の立体構造を有するホモダイマーを形成し、これにリガンドであるグルタミン酸を加えると、グルタミン酸がLBDに結合してLBDホモダイマーの立体構造が変化するという知見に基礎をおいている。LBDを異なる2種類の蛍光物質でラベルするとLBDヘテロダイマーを形成し、グルタミン酸の結合によるLBDヘテロダイマーの立体構造の変化に伴い、2種類の蛍光物質の間の距離が変化し蛍光エネルギー移動効率も変化する。このことを利用して2種類の蛍光物質からの蛍光強度からグルタミン酸の濃度を測定するのが本発明の原理である。ここに「蛍光エネルギー移動」(FRET)とは互いの吸収スペクトルがオーバーラップする2種類の蛍光物質(ドナーとアクセプター)が、100オングストローム程度以内の距離に存在していると、ドナーの励起エネルギーがアクセプターに移動し、直接は励起していないアクセプター色素の方から蛍光が発せられる現象を言う(非特許文献2参照)。FRETにおける「ドナー」とは、励起光を吸収しそのエネルギーの一部分は蛍光として発光し、他の一部分は近接するアクセプターに移動する蛍光物質をいう。FRETにおける「アクセプター」とは、直接励起光を受けなくても、ドナーからのエネルギーを吸収し蛍光を発する蛍光物質をいう。
Stryer, L.: Fluorescence energy transfer as a spectroscopic ruler. Annu. Rev. Biochem. 47 p819-846 (1978)
In the present invention, when an extracellular ligand-binding domain protein (hereinafter abbreviated as LBD) of a metabotropic glutamate receptor forms a homodimer having a specific three-dimensional structure, glutamate as a ligand is added thereto, and glutamate binds to LBD. This is based on the knowledge that the three-dimensional structure of the LBD homodimer changes. When LBD is labeled with two different types of fluorescent substances, LBD heterodimers are formed, and as the three-dimensional structure of LBD heterodimers changes due to the binding of glutamic acid, the distance between the two types of fluorescent substances changes and the efficiency of fluorescence energy transfer also increases. Change. It is the principle of the present invention to measure the concentration of glutamic acid from the fluorescence intensities from two kinds of fluorescent materials by utilizing this. Here, “fluorescence energy transfer” (FRET) means that when two types of fluorescent substances (donor and acceptor) whose absorption spectra overlap each other are present within a distance of about 100 angstroms, the excitation energy of the donor is It refers to a phenomenon in which fluorescence is emitted from an acceptor dye that moves to an acceptor and is not directly excited (see Non-Patent Document 2). A “donor” in FRET refers to a fluorescent material that absorbs excitation light, emits part of its energy as fluorescence, and the other part moves to an adjacent acceptor. An “acceptor” in FRET refers to a fluorescent substance that absorbs energy from a donor and emits fluorescence without receiving direct excitation light.
Stryer, L .: Fluorescence energy transfer as a spectroscopic ruler. Annu. Rev. Biochem. 47 p819-846 (1978)

即ち、本発明は、
代謝型グルタミン酸受容体の細胞外リガンド結合ドメインタンパク質(LBD)に2種類の蛍光物質をそれぞれ結合させた蛍光標識LBDタンパク質ヘテロダイマーであって、2種類の蛍光物質が蛍光エネルギー移動(fluorescence resonance energy transfer) (FRET)におけるドナーおよびアクセプターであるヘテロダイマー、
に関する。
「代謝型グルタミン酸受容体の細胞外リガンド結合ドメインタンパク質(LBD)」とは代謝型グルタミン酸受容体のN−末端の約520のアミノ酸残基からなる、同受容体の細胞外に存在する部分でグルタミン酸が結合する部分である。本発明においてはLBDのアミノ酸残基の数は厳密なものである必要はない。
That is, the present invention
A fluorescently labeled LBD protein heterodimer in which two types of fluorescent substances are bound to the extracellular ligand binding domain protein (LBD) of metabotropic glutamate receptors, and the two kinds of fluorescent substances are fluorescence resonance energy transfer. ) Heterodimers that are donors and acceptors in (FRET),
About.
“Extracellular ligand-binding domain protein (LBD) of metabotropic glutamate receptor” is an extracellular portion of the receptor consisting of about 520 amino acid residues at the N-terminal of metabotropic glutamate receptor. Is the part that joins. In the present invention, the number of amino acid residues of LBD need not be exact.

本発明はまた、
1)上記ヘテロダイマーとグルタミン酸を含む検体を接触させ;
2)励起光を照射し、ドナー蛍光物質とアクセプター蛍光物質からの蛍光強度を測定する;
ことを含む試料中のグルタミン酸の濃度を測定する方法に関する。
The present invention also provides
1) contacting the specimen containing the heterodimer and glutamic acid;
2) Irradiate excitation light and measure the fluorescence intensity from the donor fluorescent material and the acceptor fluorescent material;
The present invention relates to a method for measuring the concentration of glutamic acid in a sample.

本発明はタンパク質の立体構造の変化から、検体中のグルタミン酸濃度を測定するもので従来のグルタミン酸濃度の測定方法と全く原理を異にし、次のような有利な効果を有する。
1)グルタミン酸の結合が直接光信号へ変換されるため、高感度が期待できる。光検出器に依存するが、現在の光検出技術はシングルフォトン検出が可能である。
2)原理的に、1マイクロリットル以下の極少量のサンプルのグルタミン酸濃度を定量可能である。この場合、本発明のセンサー分子をマイクロビーズ表面に固定し、そのビーズをCCDカメラを用いた顕微鏡イメージングで観察する。
3)代謝型グルタミン酸受容体へのグルタミン酸結合はミリ秒オーダーの反応であり、非常に速いため、検出の高速化が期待できる。また、電極を用いず、光検出を利用するので、多検体をすばやく測定するハイスループット化が容易である。
The present invention measures the glutamic acid concentration in a specimen from the change in the three-dimensional structure of the protein, and is completely different from the conventional method for measuring glutamic acid concentration, and has the following advantageous effects.
1) Since the binding of glutamic acid is directly converted into an optical signal, high sensitivity can be expected. Depending on the photo detector, current photo detection technology can detect single photons.
2) In principle, the glutamic acid concentration of a very small amount of sample of 1 microliter or less can be quantified. In this case, the sensor molecule of the present invention is immobilized on the microbead surface, and the bead is observed by microscopic imaging using a CCD camera.
3) Glutamate binding to metabotropic glutamate receptors is a response on the order of milliseconds, and is very fast, so it can be expected to speed up detection. In addition, since light detection is used without using electrodes, it is easy to achieve high throughput for quickly measuring multiple samples.

LBDを蛍光標識するには2つの方法がある。その1つはLBDと蛍光タンパク質との融合タンパク質を作ることであり、他の1つはLBDのアミノ酸側鎖に低分子蛍光物質を結合させることである。いずれの場合もFRETドナーとFRETアクセプターの2つの蛍光物質が必要である。FRETドナーの蛍光波長はFRETアクセプターの蛍光波長より短くなければならない。またドナーとなる蛍光物質の蛍光スペクトルはアクセプターとなる蛍光物質の吸収スペクトルとオーバーラップしなければならない。
蛍光タンパク質の選択
There are two ways to fluorescently label LBD. One is to make a fusion protein of LBD and fluorescent protein, and the other is to bind a low molecular weight fluorescent substance to the amino acid side chain of LBD. In either case, two fluorescent materials, FRET donor and FRET acceptor, are required. The fluorescence wavelength of the FRET donor must be shorter than the fluorescence wavelength of the FRET acceptor. In addition, the fluorescence spectrum of the fluorescent substance serving as a donor must overlap with the absorption spectrum of the fluorescent substance serving as an acceptor.
Selection of fluorescent proteins

FRETのドナーとアクセプターとなりうる蛍光タンパク質の組み合わせには、CFP (Cyan fluorescent protein:蛍光タンパク質のうちシアン色の蛍光を発するもの)/YFP(yellow fluorescent protein:蛍光タンパク質のうち黄色の蛍光を発するもの)のペア、GFP(green fluorescent protein:蛍光タンパク質のうち緑色の蛍光を発するもの)/RFP(red fluorescent protein:蛍光タンパク質のうち赤色、あるいはそれより長波長の蛍光を発するもの)のペアがある。
Cyan fluorescent proteinとしてはClontech社のECFPが使用可能である。Yellow fluorescent proteinとしてはClontech社のYFPの他にEvrogen社のPhi-Yellowが使用可能である。Green fluorescent proteinとしてはClontech社のEGFPの他にEvrogen社のCop-Greenが使用可能である。Red fluorescent proteinとしてはClontech社のDsRed2、HcRed1の他にEvrogen社のHcRed-Tandemが使用可能である。
(2)LBDと蛍光タンパク質との融合タンパク質のヘテロダイマーの製造方法
The combination of FRET donor and acceptor fluorescent proteins includes CFP (Cyan fluorescent protein: yellow fluorescent protein). YFP (yellow fluorescent protein: yellow fluorescent protein) GFP (green fluorescent protein: a fluorescent protein that emits green fluorescence) / RFP (red fluorescent protein: a fluorescent protein that emits red or longer wavelength fluorescence).
As Cyan fluorescent protein, ECFP manufactured by Clontech can be used. As yellow fluorescent protein, Evrogen's Phi-Yellow can be used in addition to Clontech's YFP. As Green fluorescent protein, Evrogen Cop-Green can be used in addition to Clontech EGFP. As a red fluorescent protein, Evrogen HcRed-Tandem can be used in addition to Clontech DsRed2 and HcRed1.
(2) Method for producing heterodimer of fusion protein of LBD and fluorescent protein

LBDと蛍光タンパク質との融合タンパク質はつぎのように遺伝子組換法によって便利に製造できる。
代謝型グルタミン酸受容体の細胞外リガンド結合ドメイン(LBD)(配列番号1)の遺伝子の3’末端にFRETのドナー、アクセプターとなる蛍光タンパク質遺伝子を融合しておく。それをInvitrogen社のpFastBac Dualベクターの2つの発現遺伝子クローニングサイトに挿入する。(或いはpFastBac Dualベクターに1つのLBD−蛍光タンパク質融合遺伝子を挿入し、それをドナーとアクセプター分の2つ用意する。)そのプラスミドをバクミド調製用大腸菌DH10Bacにトランスフォームし、そこから目的遺伝子を含有するバクミドを精製する。そのバクミドをInvitrogen社のCellfectin reagentを用いて昆虫細胞Sf9にトランスフェクションし、27℃で数日培養してその培養上清を回収する。その培養上清には目的遺伝子を持ったバキュロウイルスが含まれている。さらに、より多くのウイルスを調製するためにSf9細胞を大量調製してウイルス増幅を行った後、その培養上清をタンパク質発現用のウイルス溶液として保存しておく。タンパク質発現を行うために、ウイルス溶液をタンパク質発現用昆虫細胞であるHighFive細胞にインフェクションし、数日培養した後、培養上清を回収する。(pFastBac dualベクターにドナー融合遺伝子とアクセプター融合遺伝子の片方ずつを別々にクローニングした場合は、両方のベクターから調製した2つのウイルスを同時に同じ細胞にインフェクションすればよい。)目的遺伝子を持つウイルスはHighFive細胞に感染してその細胞の中で目的タンパク質が生産され培養上清に分泌されている。LBDはダイマーになる性質があるので、ドナー融合LBDとアクセプター融合LBDがヘテロダイマーになって培養上清に分泌されてくる。しかし、この段階では、ドナー融合LBDどうし、アクセプター融合LBDどうしがホモダイマーを形成しているものも多く含まれているため、アフィニティークロマトグラフィーを用いて最終的にドナーアクセプターへテロダイマーを調製する。例えば、ドナー融合遺伝子にFLAGタグ、アクセプター融合遺伝子にHisタグを付加しておき、これらの2つのアフィニティータグを利用してタンパク質精製を行えば、その結果得られたタンパク質は原理的にドナー融合LBDとアクセプター融合LBDのヘテロダイマーになっている。
A fusion protein of LBD and fluorescent protein can be conveniently produced by genetic recombination as follows.
A fluorescent protein gene serving as a FRET donor and acceptor is fused to the 3 ′ end of the gene of the extracellular ligand binding domain (LBD) (SEQ ID NO: 1) of the metabotropic glutamate receptor. It is inserted into two expression gene cloning sites of Invitrogen's pFastBac Dual vector. (Alternatively, insert one LBD-fluorescent protein fusion gene into the pFastBac Dual vector, and prepare two for the donor and acceptor.) Transform the plasmid into E. coli DH10Bac for bacmid preparation and contain the gene of interest from there. Purify the bacmid. The bacmid is transfected into insect cells Sf9 using Cellfectin reagent of Invitrogen, and cultured at 27 ° C. for several days to recover the culture supernatant. The culture supernatant contains baculovirus with the target gene. Furthermore, in order to prepare more viruses, Sf9 cells are prepared in large quantities and subjected to virus amplification, and then the culture supernatant is stored as a virus solution for protein expression. In order to perform protein expression, the virus solution is infected into HighFive cells, which are insect cells for protein expression, cultured for several days, and then the culture supernatant is collected. (If the donor fusion gene and acceptor fusion gene are separately cloned into the pFastBac dual vector, two viruses prepared from both vectors can be simultaneously infected into the same cell.) Infecting cells, the target protein is produced in the cells and secreted into the culture supernatant. Since LBD has the property of becoming a dimer, donor-fused LBD and acceptor-fused LBD become heterodimers and are secreted into the culture supernatant. However, at this stage, many donor-fused LBDs and acceptor-fused LBDs form a homodimer are included, so the donor acceptor heterodimer is finally prepared using affinity chromatography. For example, if a FLAG tag is added to the donor fusion gene and a His tag is added to the acceptor fusion gene, and protein purification is performed using these two affinity tags, the resulting protein is in principle the donor fusion LBD. And acceptor-fused LBD heterodimer.

図1は本発明のLBDと蛍光タンパク質との融合タンパク質のヘテロダイマーの概念図の一例を示す。この例では、FRETドナータンパク質がCFPであり、FRETアクセプタータンパク質がYFPの場合であり、LBD/CFP融合タンパク質にはHisタグ、LBD/YFP融合タンパク質にはFLAGタグが付けてある。   FIG. 1 shows an example of a conceptual diagram of a heterodimer of a fusion protein of LBD and fluorescent protein of the present invention. In this example, the FRET donor protein is CFP and the FRET acceptor protein is YFP. The His tag is attached to the LBD / CFP fusion protein, and the FLAG tag is attached to the LBD / YFP fusion protein.

また本発明の別の態様において、FRETドナータンパク質とLBD融合タンパク質の代わりに、ルシフェラーゼのような生物発光を触媒する酵素とLBDとの融合タンパク質を用いてもよい。この場合、ルシフェラーゼの基質であるルシフェリンは酸素分子による酸化に伴う自由エネルギーで励起され発光するが、そのエネルギーの一部がFRETアクセプタータンパク質に移動して蛍光を発する。
(3)低分子蛍光物質の選択
In another embodiment of the present invention, a fusion protein of an enzyme that catalyzes bioluminescence, such as luciferase, and LBD may be used instead of the FRET donor protein and the LBD fusion protein. In this case, luciferin, which is a substrate for luciferase, is excited by the free energy accompanying oxidation by oxygen molecules and emits light, but part of the energy moves to the FRET acceptor protein and emits fluorescence.
(3) Selection of low-molecular fluorescent substances

LBDを蛍光標識する他の方法はLBDのアミノ酸側鎖に低分子蛍光物質を結合させることである。FRETドナーとなりうる低分子蛍光物質には、1,5−IAEDANS、IAANS、MIANS等のナフタレン誘導体、ピレンマレイミド、ピレンヨードアセタミド等のピレン誘導体、CPM、DCIA、DACIA、DACM、MDCC、IDCC等のクマリン誘導体、フルオレセインマレイミド、5−ヨードアセタミドフルオレセイン、5−ブロモメチルフルオレセイン、オレゴングリーン488マレイミド、オレゴングリーン488ヨードアセタミド等のフロレセイン誘導体、アレクサ488マレイミド、アレクサ532マレイミド、アレクサ546マレイミド、アレクサ568マレイミド、アレクサ594マレイミド、アレクサ555マレイミド等のアレクサ誘導体、BODIPY493/503ブロモメチル、BODIPY499/508マレイミド、BODIPY507/545ヨードアセタミド、BODIPY530/550ヨードアセタミド等のBODIPY誘導体、テトラメチルローダミンマレイミド、テトラメチルローダミンヨードアセタミド、ローダミンレッドマレイミド等のローダミン誘導体、テキサスレッドマレイミド、テキサスレッドヨードアセタミド等のテキサスレッド誘導体などがある。   Another method of fluorescently labeling LBD is to attach a small fluorescent substance to the amino acid side chain of LBD. Low molecular fluorescent substances that can serve as FRET donors include naphthalene derivatives such as 1,5-IAEDANS, IAANS, MIANS, pyrene derivatives such as pyrenemaleimide, pyreneiodoacetamide, CPM, DCIA, DACIA, DACM, MDCC, IDCC, etc. Coumarin derivatives, fluorescein maleimide, 5-iodoacetamide fluorescein, 5-bromomethylfluorescein, Oregon green 488 maleimide, Oregon green 488 iodoacetamide and other fluorescein derivatives, Alexa 488 maleimide, Alexa 532 maleimide, Alexa 546 maleimide, Alexa 568 maleimide Alexa derivatives such as Alexa 594 maleimide, Alexa 555 maleimide, BODIPY493 / 503 bromomethyl, BODIPY499 / 508 maleimide, BODIPY507 / 545 There are BODIPY derivatives such as door acetamide, BODIPY530 / 550 iodoacetamide, rhodamine derivatives such as tetramethyl rhodamine maleimide, tetramethyl rhodamine iodoacetamide, rhodamine red maleimide, Texas red derivatives such as Texas red maleimide, Texas red iodoacetamide, etc. .

FRETアクセプターとなりうる低分子蛍光物質には、フルオレセインマレイミド、5−ヨードアセタミドフルオレセイン、5−ブロモメチルフルオレセイン、オレゴングリーン488マレイミド、オレゴングリーン488ヨードアセタミド等のフロレセイン誘導体、アレクサ488マレイミド、アレクサ532マレイミド、アレクサ546マレイミド、アレクサ568マレイミド、アレクサ594マレイミド、アレクサ555マレイミド、アレクサ633マレイミド、アレクサ647マレイミド、アレクサ660マレイミド、アレクサ680マレイミド等のアレクサ誘導体、BODIPY493/503ブロモメチル、BODIPY499/508マレイミド、BODIPY507/545ヨードアセタミド、BODIPY530/550ヨードアセタミド、BODIPY577/618マレイミド、BODIPY630/650マレイミド等のBODIPY誘導体、テトラメチルローダミンマレイミド、テトラメチルローダミンヨードアセタミド、ローダミンレッドマレイミド等のローダミン誘導体、テキサスレッドマレイミド、テキサスレッドヨードアセタミド等のテキサスレッド誘導体などがある。   Low molecular fluorescent substances that can serve as FRET acceptors include fluorescein derivatives such as fluorescein maleimide, 5-iodoacetamide fluorescein, 5-bromomethylfluorescein, Oregon Green 488 maleimide, Oregon Green 488 iodoacetamide, Alexa 488 maleimide, Alexa 532 maleimide, Alexa derivatives such as Alexa 546 maleimide, Alexa 568 maleimide, Alexa 594 maleimide, Alexa 555 maleimide, Alexa 633 maleimide, Alexa 647 maleimide, Alexa 660 maleimide, Alexa 680 maleimide, BODIPY493 / 503 bromomethyl, BODIPY499 / 508 maleimide, BODIPY507 / 545 , BODIPY 530/550 iodoacetamide, BODIPY577 / 618 maleimide, BODIPY630 / 650 maleimide, etc. , Tetramethylrhodamine maleimide, tetramethylrhodamine iodoacetamide, Rhodamine Red Rhodamine derivatives such as maleimide, Texas Red-maleimide, and the like Texas Red derivatives such as Texas Red iodoacetamide.

好ましいFRETドナー/アクセプターの組み合わせの例はピレンマレイミド/フロレセインマレイミド、CPM/フルオレセインマレイミド、フルオレセインマレイミド/テキサスレッドマレイミド、アレクサ488マレイミド/テキサスレッドマレイミド、テトラメチルローダミンマレイミド/アレクサ633マレイミドなどがある。
(4)LBDと低分子蛍光物質の結合方法
Examples of preferred FRET donor / acceptor combinations include pyrenemaleimide / furorecein maleimide, CPM / fluorescein maleimide, fluorescein maleimide / Texas red maleimide, Alexa 488 maleimide / Texas red maleimide, tetramethylrhodamine maleimide / Alexa 633 maleimide and the like.
(4) Binding method of LBD and low molecular fluorescent substance

LBDと低分子蛍光物質の結合は、LBDに部位特異的に導入したシステイン残基を標的にして結合させる。まず、LBDリガンド結合ドメインの中で、蛍光色素を結合させたい位置を立体構造から決定し、その部位のアミノ酸残基をシステインに置換する変異、およびその前後のアミノ酸をアルギニンに置換する変異を、LBD遺伝子にPCRを用いて導入する。両サイドをアルギニン残基にすることで標的システインの反応性が増大する。そのLBD遺伝子からバキュロウイルスをBac−to−Bacシステムを用いて作成し、そのウイルスと昆虫細胞HighFiveを使って目的タンパク質を発現させる。そのタンパク質をFLAGタグを用いて精製し、10μM程度に濃縮、バッファー交換する(20mMのHEPES pH7.4、50mM NaCl)。次にTCEPを添加して標的システインを活性化しておき、そこにタンパク質等のモル程度のドナー蛍光物質を添加し、室温で30分攪拌しながら反応させる。反応後、ゲルろ過により、ラベルタンパク質と残存蛍光物質を分離し、タンパク質は再度濃縮する。次に、タンパク質の10等量程度のアクセプター蛍光物質を同様に室温で反応させ、再度ゲルろ過によりラベルタンパク質と残存蛍光色素を分離精製する。ここで得られたラベルタンパク質は、ドナーとアクセプターがダブルラベルされたタンパク質(LBD)である(ただし、ドナーのラベル率はアクセプターのラベル率よりも小さい。   The LBD and the low-molecular fluorescent substance are bound by targeting a cysteine residue introduced into the LBD in a site-specific manner. First, in the LBD ligand binding domain, the position where the fluorescent dye is to be bound is determined from the three-dimensional structure, and the mutation that replaces the amino acid residue at that site with cysteine, and the mutation that replaces the preceding and subsequent amino acids with arginine, It introduce | transduces into LBD gene using PCR. The reactivity of the target cysteine is increased by making arginine residues on both sides. A baculovirus is prepared from the LBD gene using the Bac-to-Bac system, and the target protein is expressed using the virus and insect cells HighFive. The protein is purified using a FLAG tag, concentrated to about 10 μM, and buffer exchanged (20 mM HEPES pH 7.4, 50 mM NaCl). Next, TCEP is added to activate the target cysteine, a molar fluorescent donor such as protein is added thereto, and the mixture is reacted at room temperature for 30 minutes with stirring. After the reaction, the label protein and the remaining fluorescent substance are separated by gel filtration, and the protein is concentrated again. Next, an acceptor fluorescent substance of about 10 equivalents of protein is similarly reacted at room temperature, and the labeled protein and the remaining fluorescent dye are separated and purified again by gel filtration. The label protein obtained here is a protein (LBD) in which the donor and the acceptor are double-labeled (however, the label rate of the donor is smaller than the label rate of the acceptor).

(5)グルタミン酸濃度の測定
液相法:
このセンサー分子(蛍光標識ヘテロダイマー)の水溶液をグルタミン酸を含む検体と混合し(センサー分子0.5μM in 20mM HEPES pH7.4,50mM NaCl。検体はこのセンサー溶液約500μリットルに対して約1μリットル程度添加する)、蛍光光度計を用いて、ドナーの励起光を照射し(励起光の波長はドナー蛍光物質の蛍光波長より短くする)、それぞれの蛍光物質の蛍光強度が単独でピークとなる波長で蛍光強度をそれぞれ測定してその比をとる。一方濃度既知のグルタミン酸溶液を調製し、同様に蛍光強度の比をとり、検量線を作成しておく。この検量線を用いれば検体のグルタミン酸濃度を求めることができる。
(5) Glutamic acid concentration measurement liquid phase method:
An aqueous solution of this sensor molecule (fluorescently labeled heterodimer) is mixed with a sample containing glutamic acid (sensor molecule 0.5 μM in 20 mM HEPES pH 7.4, 50 mM NaCl. The sample is about 1 μL for about 500 μL of the sensor solution. Irradiate the excitation light of the donor with a fluorometer (the wavelength of the excitation light is shorter than the fluorescence wavelength of the donor fluorescent substance), and the fluorescence intensity of each fluorescent substance at a wavelength at which it peaks alone Measure the fluorescence intensity and take the ratio. On the other hand, a glutamic acid solution with a known concentration is prepared, and a calibration curve is prepared by taking the ratio of fluorescence intensities in the same manner. By using this calibration curve, the glutamic acid concentration of the specimen can be determined.

固相法:
適当な固体担体、例えば、直径約100マイクロメーター程度のFLAG抗体アガロースビーズ表面にこの蛍光2重標識LBDをコートし、グルタミン酸を含む検体をビーズと接触させ、そのビーズを蛍光顕微鏡で観察する。検出器側には、ドナー、アクセプター両方の像が同時に観測できるW−viewシステムを導入し、デジタルCCDカメラを用いて画像をコンピュータに取り込む。2つの蛍光物質のそれぞれのチャネルの両画像の蛍光強度比を計算し、その値の違いを色の違いとして画像化する。ビーズの色はグルタミン酸濃度に応じて変化する。
用いるビーズは容積が1μl以下であるため、この方法を用いれば、最低その程度の極微量の検体量でグルタミン酸濃度が定量できることが期待される。
Solid phase method:
This fluorescent double-labeled LBD is coated on the surface of a suitable solid support, for example, a FLAG antibody agarose bead having a diameter of about 100 micrometers, a specimen containing glutamic acid is brought into contact with the beads, and the beads are observed with a fluorescence microscope. On the detector side, a W-view system capable of observing both donor and acceptor images at the same time is introduced, and the image is captured in a computer using a digital CCD camera. The fluorescence intensity ratio of both images of each channel of the two fluorescent substances is calculated, and the difference between the values is imaged as a difference in color. The color of the beads changes depending on the glutamic acid concentration.
Since the volume of beads to be used is 1 μl or less, it is expected that the glutamic acid concentration can be quantified with a minimal amount of the sample using this method.

実施例1
LBD−CFP融合タンパク質/LBD−YFP融合タンパク質ヘテロダイマーの調製とその蛍光スペクトルの測定
代謝型グルタミン酸受容体のリガンド結合ドメイン(LBD)(配列番号1)のC末端に蛍光タンパク質CFP(配列番号3)及びYFP(配列番号2)を融合するために、Clontech社のpECFP、pEYFPをテンプレートにして、それぞれの蛍光タンパク質遺伝子部分をPCRにより増幅した。PCRするためのForward、Reverse両プライマーにはXbaIサイトを挿入しておき、この制限酵素サイトを用いてLBD遺伝子のC末端に連結した。ReverseプライマーのC末端にはストップコドンをデザインしておいた。YFPを融合するLBDのN末端にはFLAGタグ付のヘマグルチニンの分泌シグナル配列を挿入し、CFPを融合するLBDのN末端には本来この受容体がもつ分泌シグナルを挿入した。CFP遺伝子を増幅するためのReverseプライマーにはヒスチジンタグを付加した。利用したLBDは、代謝型グルタミン酸サブタイプ1のアミノ酸番号522番までをコードする遺伝子である。LBD遺伝子(NotI−XbaI領域)とそれぞれの蛍光タンパク質(XbaI-XbaI領域)をXbaIサイトを用いて連結し、LBD-蛍光タンパク質融合遺伝子(LBD-CFPとLBD-YFP、NotI−XbaI領域)を作成した。これをInvitrogen社のpFastBac dualベクターにNotI−XbaIサイトを利用してクローニングした。このプラスミドをバクミド産生大腸菌であるDH10BACにトランスフォームし、Luria-agarプレート上でのブルーホワイトセレクションにより目的遺伝子を含むバクミドを生産している大腸菌コロニーをクローニングした。この大腸菌からプラスミドミニプレップアルカリ法によりバクミドを調製した。次に、このバクミドからウイルスを生産するために、バクミドを昆虫細胞Sf9にCellfectin reagentを用いてトランスフェクションした。27℃で3日間培養したのち、その培養上清を回収した。また、この時のSf9細胞を回収し、SDS−PAGEと抗FLAG抗体、抗Histag抗体によるウエスタンブロッティングで目的タンパク質が細胞内で発現していることを確認した。この段階での培養上清にはウイルスがまだ少ないため、Sf9細胞をより大量に調製し、そこにこのウイルスを感染させて、目的遺伝子をコードしたウイルスを増殖させた。このように調製したLBD−CFPウイルス、LBD−YFPウイルスの両ウイルスをタンパク質発現用昆虫細胞HighFiveに適量感染させ(225cmプレート一枚に対して100マイクロリットルのウイルス溶液を添加した)、4日から5日間培養し、その培養上清を回収してタンパク質精製に用いた(6000rpmで15分間回収した培養上清を遠心し、残存している細胞を除去した)。まず、培養上清にプロテアーゼインヒビターのカクテルを添加し(PMSF、ロイペプチン、ペプスタチン、アプロチニン)、それをAnti−FLAG抗体を架橋してあるアガロース樹脂カラム(約1ml)に直接通した。流速は1mL/min程度で行った。すべての培養上清をカラムに通した後、10mLのバッファー(10mM Tris−HCl pH7.5, 20mM NaCl)でカラムを洗った。その後、150μg/mLのFLAGペプチド(配列:DYKDDDDK, 20mM HEPES pH7.4 300mM NaCl)で目的タンパク質をカラムから溶出した。次に、約1mLのNi-agaroseに抗FLAG抗体カラムから溶出したサンプルを1mL/minの流速で通した。すべてのサンプルを通し終わった後、25mMイミダゾール、0.5M NaClのバッファーでカラムを洗い、続いて200mMイミダゾール、0.5M NaClのバッファーで目的タンパク質を溶出した。溶出サンプルを用いてウエスタンブロッティングを実施し、得られたタンパク質がLBD−CFP、LBD−YFPのヘテロダイマーであることを確認した。この方法で1リットルの培養上清から約0.5から1mgの目的タンパク質を調製できる。
Example 1
Preparation of LBD-CFP fusion protein / LBD-YFP fusion protein heterodimer and measurement of its fluorescence spectrum Fluorescent protein CFP (SEQ ID NO: 3) at the C-terminus of ligand binding domain (LBD) (SEQ ID NO: 1) of metabotropic glutamate receptor In order to fuse YFP (SEQ ID NO: 2), each fluorescent protein gene portion was amplified by PCR using Clontech pECFP and pEYFP as templates. An XbaI site was inserted into both the Forward and Reverse primers for PCR and ligated to the C-terminus of the LBD gene using this restriction enzyme site. A stop codon was designed at the C-terminus of the Reverse primer. A FLAG-tagged hemagglutinin secretion signal sequence was inserted at the N-terminus of the LBD fused with YFP, and a secretory signal originally possessed by this receptor was inserted at the N-terminus of the LBD fused with CFP. A histidine tag was added to the Reverse primer for amplifying the CFP gene. The LBD used is a gene encoding up to amino acid number 522 of metabotropic glutamate subtype 1. LBD gene (NotI-XbaI region) and each fluorescent protein (XbaI-XbaI region) are linked using XbaI site to create LBD-fluorescent protein fusion gene (LBD-CFP and LBD-YFP, NotI-XbaI region) did. This was cloned into pFastBac dual vector of Invitrogen using NotI-XbaI site. This plasmid was transformed into DH10BAC, which is a bacmid-producing Escherichia coli, and an E. coli colony producing a bacmid containing the target gene was cloned by blue-white selection on a Luria-agar plate. A bacmid was prepared from this E. coli by the plasmid miniprep alkaline method. Next, in order to produce a virus from this bacmid, the bacmid was transfected into insect cell Sf9 using Cellfectin reagent. After culturing at 27 ° C. for 3 days, the culture supernatant was recovered. In addition, Sf9 cells at this time were recovered, and it was confirmed that the target protein was expressed in the cells by Western blotting using SDS-PAGE, anti-FLAG antibody, and anti-Histag antibody. Since the virus was still present in the culture supernatant at this stage, a larger amount of Sf9 cells were prepared, and this virus was infected there to propagate the virus encoding the target gene. The LBD-CFP virus and LBD-YFP virus prepared as described above were infected with appropriate amounts of the protein expression insect cells HighFive (100 microliters of virus solution was added to one 225 cm 2 plate), 4 days The culture supernatant was collected and used for protein purification (the culture supernatant collected at 6000 rpm for 15 minutes was centrifuged to remove the remaining cells). First, a cocktail of protease inhibitors was added to the culture supernatant (PMSF, leupeptin, pepstatin, aprotinin), and it was directly passed through an agarose resin column (about 1 ml) to which an Anti-FLAG antibody was crosslinked. The flow rate was about 1 mL / min. After passing all the culture supernatants through the column, the column was washed with 10 mL of buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.5, 20 mM NaCl). Thereafter, the target protein was eluted from the column with 150 μg / mL FLAG peptide (sequence: DYKDDDDK, 20 mM HEPES pH 7.4 300 mM NaCl). Next, the sample eluted from the anti-FLAG antibody column was passed through about 1 mL of Ni-agarose at a flow rate of 1 mL / min. After passing through all samples, the column was washed with a buffer of 25 mM imidazole and 0.5 M NaCl, and then the target protein was eluted with a buffer of 200 mM imidazole and 0.5 M NaCl. Western blotting was performed using the eluted sample, and it was confirmed that the obtained protein was a heterodimer of LBD-CFP and LBD-YFP. By this method, about 0.5 to 1 mg of the target protein can be prepared from 1 liter of the culture supernatant.

実施例2
LBD−CFP融合タンパク質/LBD−YFP融合タンパク質ヘテロダイマーの蛍光スペクトルの測定
得られたサンプルの蛍光スペクトル測定は、日立製作所社製の蛍光光度分光計(F−4500)を用いて測定した。励起光は430nmの光で行い、450nmから600nmまでの蛍光スペクトルをコンピュータに記録した。測定バッファーは20mM HEPES pH7.4、50mM NaClで行った。このヘテロダイマー溶液を430nmの光で励起した時のスペクトルは図2Aの実線のようであった。480nm付近をピークにCFPの蛍光が、530nm付近をピークにYFPの蛍光が観測されている。ここに1mMのグルタミン酸を添加すると点線のように蛍光スペクトルが変化し、CFPの蛍光が上昇し逆にYFPの蛍光が減少することが確認された(図2A)。これはグルタミン酸が結合したことで分子内で構造変化がおこり、CFP−YFP間の蛍光エネルギー移動効率が変化したことを意味している。
一方、代謝型グルタミン酸受容体のアンタゴニストであるS−MCPG(s−アルファメチルカルボキシフェニルグリシン)を添加しても、そのようなスペクトル変化はみられなかったことから(図2B)、図2Aの変化はアゴニスト特異的であるといえる。
Example 2
Measurement of fluorescence spectrum of LBD-CFP fusion protein / LBD-YFP fusion protein heterodimer The fluorescence spectrum of the obtained sample was measured using a fluorescence spectrophotometer (F-4500) manufactured by Hitachi, Ltd. The excitation light was 430 nm light, and the fluorescence spectrum from 450 nm to 600 nm was recorded on a computer. The measurement buffer was 20 mM HEPES pH 7.4, 50 mM NaCl. The spectrum when this heterodimer solution was excited with light of 430 nm was as shown by the solid line in FIG. 2A. CFP fluorescence is observed at a peak around 480 nm, and YFP fluorescence is observed at a peak around 530 nm. It was confirmed that when 1 mM glutamic acid was added thereto, the fluorescence spectrum changed as indicated by the dotted line, the CFP fluorescence increased, and the YFP fluorescence decreased (FIG. 2A). This means that due to the binding of glutamic acid, a structural change occurs in the molecule, and the fluorescence energy transfer efficiency between CFP and YFP changes.
On the other hand, even when S-MCPG (s-alphamethylcarboxyphenylglycine), which is an antagonist of metabotropic glutamate receptors, was added, such a spectral change was not observed (FIG. 2B). Can be said to be agonist specific.

実施例3
検量線の作成
実施例2において様々なグルタミン酸濃度において、蛍光スペクトルの480nmと530nmの比をとり、それをプロットすると、1nMから2mMまでのグルタミン酸濃度に応じて、きれいに480/530の比が変化することがわかった(図3)。これを検量線とすれば、蛍光光度計を用いるこのような方法でサンプル中のグルタミン酸濃度を定量できる。この測定は、500μlのサンプル溶液に対して0.5μlのリガンド溶液を添加して、約1分後に蛍光スペクトルの測定をするという作業を順次行った。最終的なデータはリガンド添加によるサンプル溶液体積の変化を考慮して計算した。
Example 3
Preparation of calibration curve When the ratio of 480 nm and 530 nm of the fluorescence spectrum is taken at various glutamic acid concentrations in Example 2 and plotted, the ratio of 480/530 clearly changes depending on the glutamic acid concentration from 1 nM to 2 mM. (Figure 3). If this is a calibration curve, the glutamic acid concentration in the sample can be quantified by such a method using a fluorometer. In this measurement, 0.5 μl of the ligand solution was added to 500 μl of the sample solution, and the fluorescence spectrum was measured about 1 minute later. Final data was calculated taking into account the change in sample solution volume with ligand addition.

実施例4
固相法によるグルタミン酸濃度の定量
微量検体中のグルタミン酸濃度を定量する方法として、直径約100マイクロメータ程度のFLAG抗体アガロースビーズ表面にこの分子をコートし、検体と接触させ、そのビーズを蛍光顕微鏡観察した。約300μg/mlの濃度のセンサー分子溶液と、50マイクロリットルの抗FLAG抗体コートアガロースビース(Sigma社製)を混合し、4℃で12時間転倒攪拌して、センサー分子をビーズ表面にコートした。微量遠心機を用いてビーズを沈殿させ(15000rpm、30秒)、上清を捨ててWashバッファー(20mMHEPES pH7.4、50mM NaClを3回繰り返し添加してビーズを調製した。カバーガラス上にこのビーズ溶液を10μl程度のせ、蛍光顕微鏡で観察した。対物レンズは10倍(オリンパス)を使用した。リガンドを添加したときのビーズ蛍光の変化は、リガンド溶液約0.5μlをビーズ溶液ドロップに添加する形で実施した。検出器側には、CFP、YFP両方の像が同時に観測できるW−viewシステム(浜松ホトニクス社製)を導入し、デジタルCCさDカメラさを用いて画像をコンピュータに取り込んだ(アクアコスモスイメージングシステム、浜松ホトニクス社製)。CFPチャネルとYFPチャネルの両画像の蛍光強度比(CFP画像強度/YFP画像強度)を計算し、その値の違いを色の違いとして画像化した。ビーズの色はグルタミン酸濃度に応じて変化することが確認された(図4A、B)。
Example 4
Quantification of glutamic acid concentration by solid-phase method As a method of quantifying glutamic acid concentration in a small amount of sample, this molecule is coated on the surface of a FLAG antibody agarose bead having a diameter of about 100 micrometers, contacted with the sample, and the beads are observed with a fluorescence microscope. did. A sensor molecule solution having a concentration of about 300 μg / ml and 50 microliters of anti-FLAG antibody-coated agarose beads (manufactured by Sigma) were mixed and stirred by inverting at 4 ° C. for 12 hours to coat the sensor molecules on the bead surface. Beads were precipitated using a microcentrifuge (15000 rpm, 30 seconds), the supernatant was discarded, and beads were prepared by repeatedly adding Wash buffer (20 mM HEPES pH 7.4, 50 mM NaCl) three times. About 10 μl of the solution was observed with a fluorescence microscope, and the objective lens was 10 × (Olympus) The change in bead fluorescence when a ligand was added was obtained by adding about 0.5 μl of the ligand solution to the bead solution drop. On the detector side, a W-view system (manufactured by Hamamatsu Photonics) that can observe both CFP and YFP images at the same time was introduced, and an image was captured into a computer using a digital CC camera. Aqua Cosmos Imaging System (manufactured by Hamamatsu Photonics) CFP and YFP channels The fluorescence intensity ratio (CFP image intensity / YFP image intensity) of these two images was calculated, and the difference in the values was imaged as a difference in color, confirming that the color of the beads changed according to the glutamic acid concentration ( 4A, B).

食品等の味覚検査やグルタミン酸を含む製品の品質管理・検査、また医療分野における診断、血液検査など、グルタミン酸を検出、定量、濃度測定するために用いることができる。   It can be used to detect, quantify, and measure the concentration of glutamic acid in taste inspections of foods and the like, quality control / inspection of products containing glutamic acid, diagnosis in the medical field, blood tests, and the like.

。本発明のLBDと蛍光タンパク質との融合タンパク質のヘテロダイマーの概念図の一例を示す。この例では、FRETドナータンパク質がCFPであり、FRETアクセプタータンパク質がYFPの場合であり、LBD/CFP融合タンパク質にはHisタグ、LBD/YFP融合タンパク質にはFLAGタグが付いている。. An example of the conceptual diagram of the heterodimer of the fusion protein of LBD of this invention and fluorescent protein is shown. In this example, the FRET donor protein is CFP and the FRET acceptor protein is YFP. The LBD / CFP fusion protein has a His tag and the LBD / YFP fusion protein has a FLAG tag. A:グルタミン酸センサー分子(LBDと蛍光タンパク質との融合タンパク質のヘテロダイマー)の蛍光スペクトルを示す。実線はグルタミン酸を添加しない場合、破線は1mMのグルタミン酸を添加した場合である。B:実線はグルタミン酸を添加しない場合、破線は1mMのS−MCPG1を添加した場合である。A: A fluorescence spectrum of a glutamic acid sensor molecule (heterodimer of fusion protein of LBD and fluorescent protein) is shown. A solid line indicates a case where glutamic acid is not added, and a broken line indicates a case where 1 mM glutamic acid is added. B: The solid line indicates the case where glutamic acid is not added, and the broken line indicates the case where 1 mM S-MCPG1 is added. グルタミン酸濃度依存的な蛍光スペクトル変化を示す。The fluorescence spectrum change depending on the glutamic acid concentration is shown. A:グルタミン酸センサー分子をコートしたアガロースビーズのRatio画像を示す。グルタミン酸濃度依存的にビーズの色が変化する。B:各グルタミン酸濃度におけるRatio画像をグラフ化したものである。A: A Ratio image of agarose beads coated with a glutamic acid sensor molecule is shown. The bead color changes depending on the glutamate concentration. B: A graph of a Ratio image at each glutamic acid concentration.

Claims (15)

代謝型グルタミン酸受容体の細胞外リガンド結合ドメインタンパク質(LBD)に2種類の蛍光物質をそれぞれ結合させた蛍光標識LBDタンパク質ヘテロダイマーであって、2種類の蛍光物質が蛍光エネルギー移動(fluorescence resonance energy transfer)(FRET)におけるドナーおよびアクセプターであるヘテロダイマー。   A fluorescently labeled LBD protein heterodimer in which two types of fluorescent substances are bound to an extracellular ligand binding domain protein (LBD) of a metabotropic glutamate receptor, and the two kinds of fluorescent substances are fluorescence resonance energy transfer. ) Heterodimers that are donors and acceptors in (FRET). 蛍光標識タンパク質がLBDに蛍光タンパク質を融合した融合タンパク質である請求項1に記載のヘテロダイマー。   The heterodimer according to claim 1, wherein the fluorescently labeled protein is a fusion protein in which the fluorescent protein is fused to LBD. ドナー蛍光タンパク質がシアンフルオレセントプロテイン(CFP)であり、アクセプター蛍光タンパク質がイエローフルオレセントプロテイン(YFP)である請求項2に記載のヘテロダイマー。   The heterodimer according to claim 2, wherein the donor fluorescent protein is cyan fluorescent protein (CFP), and the acceptor fluorescent protein is yellow fluorescent protein (YFP). ドナー蛍光タンパク質がグリーンフルオレセントプロテイン(GFP)であり、アクセプター蛍光タンパク質がレッドフルオレセントプロテイン(RFP)である請求項2に記載のヘテロダイマー。   The heterodimer according to claim 2, wherein the donor fluorescent protein is green fluorescent protein (GFP) and the acceptor fluorescent protein is red fluorescent protein (RFP). 蛍光標識タンパク質がLBDのアミノ酸残基の側鎖に低分子蛍光物質を結合させた請求項1に記載のヘテロダイマー。   The heterodimer according to claim 1, wherein the fluorescently labeled protein has a low-molecular fluorescent substance bound to the side chain of the amino acid residue of LBD. ドナー低分子蛍光物質がピレンマレイミドであり、アクセプター低分子蛍光物質がフロレセインマレイミドである請求項5に記載のヘテロダイマー。   The heterodimer according to claim 5, wherein the donor low molecular fluorescent substance is pyrenemaleimide and the acceptor low molecular fluorescent substance is fluorescein maleimide. ドナー低分子蛍光物質がCPMであり、アクセプター低分子蛍光物質がフルオレセインマレイミドである請求項5に記載のヘテロダイマー。   The heterodimer according to claim 5, wherein the donor low-molecular fluorescent substance is CPM and the acceptor low-molecular fluorescent substance is fluorescein maleimide. ドナー低分子蛍光物質がフルオレセインマレイミドであり、アクセプター低分子蛍光物質がテキサスレッドマレイミドである請求項5に記載のヘテロダイマー。   The heterodimer according to claim 5, wherein the donor low-molecular fluorescent substance is fluorescein maleimide and the acceptor low-molecular fluorescent substance is Texas red maleimide. ドナー低分子蛍光物質がアレクサ488マレイミドであり、アクセプター低分子蛍光物質がテキサスレッドマレイミドである請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the donor small molecule fluorescent material is Alexa 488 maleimide and the acceptor small molecule fluorescent material is Texas Red maleimide. ドナー低分子蛍光物質がテトラメチルローダミンマレイミドであり、アクセプター低分子蛍光物質がアレクサ633マレイミドである請求項5に記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the donor low molecular fluorescent substance is tetramethylrhodamine maleimide and the acceptor low molecular fluorescent substance is Alexa 633 maleimide. 1)請求項1〜10のいずれかに記載のヘテロダイマーとグルタミン酸を含む検体とを接触させ;
2)励起光を照射し、ドナー蛍光物質とアクセプター蛍光物質からの蛍光強度を測定する;
ことを含む検体中のグルタミン酸の濃度を測定する方法。
1) contacting the heterodimer according to any one of claims 1 to 10 with a specimen containing glutamic acid;
2) Irradiate excitation light and measure the fluorescence intensity from the donor fluorescent material and the acceptor fluorescent material;
A method for measuring the concentration of glutamic acid in a specimen.
ヘテロダイマーと検体の接触を液相で行う請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the contact between the heterodimer and the specimen is performed in a liquid phase. 蛍光強度の測定を蛍光分光光度計を用いて行う請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the fluorescence intensity is measured using a fluorescence spectrophotometer. ヘテロダイマーを固相に固定して検体と接触させる請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the heterodimer is immobilized on a solid phase and contacted with a specimen. 蛍光強度の測定を蛍光顕微鏡とCCDカメラを組み合わせた顕微鏡イメージング技術を用いて行う請求項14に記載の方法。   The method according to claim 14, wherein the fluorescence intensity is measured using a microscope imaging technique in which a fluorescence microscope and a CCD camera are combined.
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