JP2006343207A - Probe for microscope analysis, and microscopic analysis method - Google Patents

Probe for microscope analysis, and microscopic analysis method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probe for microscopic analysis capable of labeling specifically a specific portion of a target molecule in a sample, labeling and analyzing an analysis object without damaging a space resolution of a used microscope, and analyzing localization, the direction (aspect), the shape (stereoscopic structure) and kinetics of the analysis object in the functional state, and a microscopic analysis method using the probe for microscopic analysis. <P>SOLUTION: This probe for microscopic analysis is characterized by having a bar-like structure having a contact part capable of contacting with the specific portion of the microscopic analysis object. This microscopic analysis method is characterized by including at least a process for preparing a sample for microscopic analysis including the probe for microscopic analysis, and a process for detecting the probe for microscopic analysis in the sample for microscopic analysis. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、解析に使用する顕微鏡の空間分解能を最高に保持可能な顕微鏡解析用プローブ、及び該顕微鏡解析用プローブを用いた顕微鏡解析方法に関する。   The present invention relates to a microscope analysis probe capable of maintaining the highest spatial resolution of a microscope used for analysis, and a microscope analysis method using the microscope analysis probe.

タンパク質等の生体高分子の構造を解析する方法としては、例えば、X線結晶回折法や多次元NMR法等を用いるのが一般的である。
しかしながら、前記X線結晶回折法は、構造解析の対象となる分子が結晶化していることが必要であるため、結晶化条件の探索をおこない、良質のタンパク質結晶を得る必要がある。また、前記多次元NMR法は、構造解析の対象となる分子の分子量に制限があり、解析のために高純度で溶解度の高い可溶性試料を大量に得る必要がある。
さらに、これらの方法で決定される構造はいずれも、膨大な数の均一な分子の構造を時間的・空間的に平均化したものであるため、機能に伴いさまざまに変化する個々の分子の瞬時の構造や、複合体に組み込まれた際の構造等を解析することには適していない。
As a method for analyzing the structure of a biopolymer such as protein, for example, an X-ray crystal diffraction method or a multidimensional NMR method is generally used.
However, since the X-ray crystal diffraction method requires that the molecule to be subjected to structural analysis is crystallized, it is necessary to search for crystallization conditions and obtain a high-quality protein crystal. In addition, the multidimensional NMR method is limited in the molecular weight of a molecule to be subjected to structural analysis, and it is necessary to obtain a large amount of a soluble sample having high purity and high solubility for analysis.
In addition, the structure determined by these methods is an average of the structure of a large number of uniform molecules in terms of time and space, so that the instantaneous changes of individual molecules that vary with function. It is not suitable for analyzing the structure of the structure or the structure when incorporated in the composite.

一方、個々の分子の実像を撮影する方法として、電子顕微鏡による直接観察法が知られている。例えば、タンパク質複合体を構造解析の対象とする場合、該タンパク質複合体を含む細胞や組織を、急速凍結と氷包埋した標本を電子顕微鏡で観察し、得られた画像を適切に組分け及び平均化した後、適当な方法で傾斜角度を推定し、画像を再構成する単粒子解析法が用いられている。   On the other hand, a direct observation method using an electron microscope is known as a method for photographing real images of individual molecules. For example, when a protein complex is an object of structural analysis, a sample in which cells and tissues containing the protein complex are rapidly frozen and ice-embedded is observed with an electron microscope, and the obtained image is appropriately grouped and After averaging, a single particle analysis method is used in which an inclination angle is estimated by an appropriate method and an image is reconstructed.

しかしながら、大部分が水と軽元素で構成される生体試料は、背景との間のコントラストが低く、標的分子の像を得るには焦点を外さざるを得ず、生体試料自体が電子線照射に対して極めて弱いため、標的分子を多数の方向から複数回撮影することは困難であるという問題がある。また、S/N比が低いため、多数の画像を平均化することが必須となるため、精製された均一な試料を用いた場合であっても、活性化状態等により個々の分子の構造が著しく相違する場合には、精密な構造解析が不可能となるという問題がある。   However, a biological sample consisting mostly of water and light elements has a low contrast with the background, and the focus must be removed to obtain an image of the target molecule. On the other hand, since it is extremely weak, there is a problem that it is difficult to image a target molecule multiple times from many directions. In addition, since the S / N ratio is low, it is essential to average a large number of images. Therefore, even when a purified uniform sample is used, the structure of individual molecules depends on the activation state. If the difference is significant, there is a problem that precise structural analysis becomes impossible.

これらの問題に対し、in situの細胞内におけるタンパク質の構造解析方法として、急速凍結ディープエッチ・レプリカ電子顕微鏡法が提案されている。前記急速凍結ディープエッチ・レプリカ電子顕微鏡法は、急速凍結した生体試料の表面を軽く掻き取り、対象構造物周囲の水分子を昇華(エッチング)させた後、重金属による蒸着、及びカーボンによるコーティングを行い、前記生体試料部分を溶解させて得られたレプリカを電子顕微鏡により観察する方法である。   In order to solve these problems, rapid-frozen deep-etch replica electron microscopy has been proposed as a method for analyzing the structure of proteins in cells in situ. The rapid-frozen deep-etch replica electron microscopy is a method of lightly scraping the surface of a rapidly-frozen biological sample, sublimating (etching) water molecules around the target structure, vapor deposition with heavy metal, and coating with carbon. In this method, the replica obtained by dissolving the biological sample portion is observed with an electron microscope.

前記急速凍結ディープエッチ・レプリカ電子顕微鏡法においては、生体試料を急速凍結することにより、生命現象の現場において構造を変えて機能するタンパク質を1ミリ秒以内に物理固定することが可能である。また、試料のコントラストが高いため、個々のタンパク質分子の形状が明瞭に観察でき、その構造を直接解析できることに加え、得られる像の空間分解能も高い。さらに、試料が重金属及びカーボンのみからなるため、電子線照射にも強く、多数の傾斜画像を撮影し、適切な画像処理装置等を用いて画像処理を適用することにより(例えば、特許文献1〜3参照)、解析対象のタンパク質の3次元構造を正確に再構成することが可能である。   In the rapid-frozen deep-etch replica electron microscopy, it is possible to physically fix a functioning protein within 1 millisecond by changing the structure at the site of a life phenomenon by rapidly freezing a biological sample. In addition, since the contrast of the sample is high, the shape of each protein molecule can be clearly observed, the structure can be directly analyzed, and the spatial resolution of the obtained image is high. Furthermore, since the sample is composed only of heavy metal and carbon, the sample is resistant to electron beam irradiation, and a large number of tilted images are taken, and image processing is applied using an appropriate image processing apparatus (for example, Patent Documents 1 to 3). 3), the three-dimensional structure of the protein to be analyzed can be accurately reconstructed.

ところで、in situの細胞内におけるタンパク質の解析においては、溶液中の精製したタンパク質を観察対象の標的分子とする場合とは異なり、その局在位置や形状の推定が困難である。標的分子であるタンパク質の細胞内における局在位置を特定するためには、該分子を特異的に認識し相互作用可能な標識を用いて直接標識する手段が必要である。
従来の標識方法としては、例えば、抗体等を表面に吸着した球状の重金属コロイド粒子を用いる方法が知られている。このような標識を用いた場合、通常、重金属粒子径が標的分子よりも大きいため、標的分子と重金属粒子の画像とが重複し、前記標的分子の構造や詳細な局在を解析することができないという問題がある。使用する顕微鏡等の空間分解能を損なわずに解析するためには、粒子径を小さくする必要があるが、粒子径を小さくすることにより、検出が著しく困難となるという問題がある。
また、レプリカ試料においては、白金等の重金属を用いてコントラストを付与しているため、標識として用いた微小な重金属粒子を認識することは、極めて困難であるという問題がある。
By the way, in the analysis of the protein in the cell in situ, unlike the case where the purified protein in the solution is used as the target molecule to be observed, it is difficult to estimate the localization position and shape. In order to identify the localization position of a protein as a target molecule in a cell, a means for directly labeling the molecule with a label that can specifically recognize and interact with the molecule is necessary.
As a conventional labeling method, for example, a method using spherical heavy metal colloidal particles having an antibody or the like adsorbed on the surface is known. When such a label is used, since the heavy metal particle size is usually larger than the target molecule, the target molecule and heavy metal particle images overlap, and the structure and detailed localization of the target molecule cannot be analyzed. There is a problem. In order to analyze without impairing the spatial resolution of a microscope or the like to be used, it is necessary to reduce the particle diameter, but there is a problem that detection becomes extremely difficult by reducing the particle diameter.
Further, since the replica sample is given contrast using a heavy metal such as platinum, there is a problem that it is extremely difficult to recognize minute heavy metal particles used as a label.

このように、使用する顕微鏡の空間分解能を損なわずに解析対象を標識及び解析することができ、該解析対象の局在、方向(向き)、形状、及び動態を、機能状態において解析可能とする顕微鏡解析用プローブ、及び該顕微鏡解析用プローブを用いた顕微鏡解析方法は、未だ提供されていないのが現状である。   In this way, it is possible to label and analyze an analysis target without impairing the spatial resolution of the microscope to be used, and to analyze the localization, direction (orientation), shape, and dynamics of the analysis target in a functional state. At present, a microscope analysis probe and a microscope analysis method using the microscope analysis probe are not yet provided.

国際公開第WO02/48961号パンフレットInternational Publication No. WO02 / 48961 Pamphlet 国際公開第WO02/056259号パンフレットInternational Publication No. WO02 / 056259 Pamphlet 国際公開第WO02/075658号パンフレットInternational Publication No. WO02 / 075658 Pamphlet

本発明は、前記従来における問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、使用する顕微鏡の空間分解能を損なわずに解析対象を標識及び解析することができ、該解析対象の局在、方向(向き)、形状(立体構造)、及び動態を、機能状態において解析可能とする顕微鏡解析用プローブ、及び該顕微鏡解析用プローブを用いた顕微鏡解析方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following objects.
That is, the present invention can label and analyze an analysis object without impairing the spatial resolution of the microscope to be used, and the localization, direction (orientation), shape (three-dimensional structure), and dynamics of the analysis object can be functioned. An object of the present invention is to provide a microscope analysis probe that can be analyzed in a state, and a microscope analysis method using the microscope analysis probe.

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
<1> 棒状構造を有し、該棒状構造が、顕微鏡解析対象の特定部位と接触可能な接触部を有することを特徴とする顕微鏡解析用プローブである。該<1>に記載の顕微鏡解析用プローブにおいては、棒状構造を有し、該棒状構造が、顕微鏡解析対象の特定部位と接触可能な接触部を有してなるため、前記棒状構造を視認し、該棒状構造を辿るように追跡することにより、前記接触部を特定し、前記顕微鏡解析対象の特定部位を解析することができる。また、前記棒状構造の径を極めて細くすることにより、従来の金コロイド粒子等のマーカーとは異なり、前記顕微鏡解析対象を遮蔽することなく、すなわち前記顕微鏡の空間分解能を損なうことなく解析することができる。
<2> 接触部が、棒状構造の一端に配置され、前記棒状構造の他端には標識部が配置されてなる前記<1>に記載の顕微鏡解析用プローブである。該<2>に記載の顕微鏡解析用プローブにおいては、前記接触部が、前記棒状構造の一端に配置され、前記棒状構造の他端には前記標識部が配置されてなるため、視認性が高められ、前記顕微鏡解析用プローブを容易に検出することができる。
<3> 棒状構造の端部が分岐し、接触部及び標識部の少なくともいずれかを2以上有する前記<1>から<2>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<4> 棒状構造が、タンパク質、繊維状ファージ、金属、半導体、カーボンナノホーン、カーボンナノチューブ、及びアミロースから選択される少なくともいずれかからなる前記<1>から<3>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<5> 標識部が、蛍光物質、色素、重金属化合物、及び重金属コロイドから選択される少なくともいずれかからなる前記<1>から<4>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
Means for solving the above problems are as follows. That is,
<1> A probe for microscopic analysis, which has a rod-like structure, and the rod-like structure has a contact portion that can contact a specific part to be analyzed. The probe for microscopic analysis described in <1> has a rod-like structure, and the rod-like structure has a contact portion that can come into contact with a specific part to be analyzed, so that the rod-like structure is visually recognized. By tracking the rod-like structure so as to follow, it is possible to identify the contact portion and analyze the specific part of the microscope analysis target. Further, by making the diameter of the rod-like structure extremely thin, unlike conventional markers such as colloidal gold particles, analysis can be performed without blocking the microscope analysis target, that is, without impairing the spatial resolution of the microscope. it can.
<2> The microscope analysis probe according to <1>, wherein the contact portion is disposed at one end of the rod-like structure, and a marker portion is disposed at the other end of the rod-like structure. In the probe for microscopic analysis described in <2>, the contact portion is disposed at one end of the rod-shaped structure, and the labeling portion is disposed at the other end of the rod-shaped structure. Therefore, the microscope analysis probe can be easily detected.
<3> The microscope analysis probe according to any one of <1> to <2>, wherein an end portion of the rod-like structure is branched and has at least one of a contact portion and a label portion.
<4> The microscopic analysis according to any one of <1> to <3>, wherein the rod-like structure is at least one selected from proteins, filamentous phages, metals, semiconductors, carbon nanohorns, carbon nanotubes, and amylose. Probe.
<5> The microscopic analysis probe according to any one of <1> to <4>, wherein the labeling portion is at least one selected from a fluorescent substance, a dye, a heavy metal compound, and a heavy metal colloid.

<6> 少なくとも棒状構造が、タンパク質からなる前記<1>から<5>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<7> 棒状構造が、逆平行型コイルドコイル構造のタンパク質である前記<6>に記載の顕微鏡解析用プローブである。
<8> 単一分子の組換え融合タンパク質からなる前記<6>から<7>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<6> The probe for microscopic analysis according to any one of <1> to <5>, wherein at least the rod-like structure is a protein.
<7> The probe for microscopic analysis according to <6>, wherein the rod-like structure is a protein having an antiparallel coiled coil structure.
<8> The probe for microscopic analysis according to any one of <6> to <7>, comprising a single molecule recombinant fusion protein.

<9> 接触部が、顕微鏡解析対象の特定部位と相互作用可能な物質からなる前記<1>から<8>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<10> 相互作用が、抗原抗体反応である前記<9>に記載の顕微鏡解析用プローブである。
<11> 接触部が、顕微鏡解析対象の特定部位と結合した状態で構成される前記<1>から<10>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<12> 顕微鏡解析対象と一体に発現されてなる前記<11>に記載の顕微鏡解析用プローブである。
<9> The probe for microscopic analysis according to any one of <1> to <8>, wherein the contact portion is made of a substance capable of interacting with a specific region to be analyzed.
<10> The probe for microscopic analysis according to <9>, wherein the interaction is an antigen-antibody reaction.
<11> The probe for microscopic analysis according to any one of <1> to <10>, wherein the contact portion is configured in a state of being coupled to a specific site to be analyzed.
<12> The probe for microscopic analysis according to <11>, which is expressed integrally with a target for microscopic analysis.

<13> 急速凍結ディープエッチ・レプリカ法、ネガティブ染色法、クライオ・ネガティブ染色法、樹脂包埋切片法、及び氷包埋法から選択される少なくともいずれかによる顕微鏡解析用試料の調製に用いられる前記<1>から<12>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<14> 蛍光顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡、及び原子間力顕微鏡から選択される少なくともいずれかによる解析に用いられる前記<1>から<13>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブである。
<13> The above-mentioned used for the preparation of a sample for microscopic analysis by at least one selected from a quick freeze deep etch replica method, a negative staining method, a cryo-negative staining method, a resin-embedded section method, and an ice-embedded method The probe for microscopic analysis according to any one of <1> to <12>.
<14> Any one of <1> to <13>, which is used for analysis by at least one selected from a fluorescence microscope, a transmission electron microscope, a scanning electron microscope, a scanning probe microscope, and an atomic force microscope The probe for microscopic analysis described.

<15> 前記<6>から<14>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブをコードする遺伝子を少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析用プローブ発現ベクターである。
<16> 顕微鏡解析対象を発現する細胞に導入されて使用される前記<15>に記載の顕微鏡解析用プローブ発現ベクターである。
<17> 前記<12>から<14>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブを発現するベクターであって、顕微鏡解析対象の特定部位及び前記顕微鏡解析用プローブをコードする遺伝子を少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析用プローブ発現ベクターである。
<18> 顕微鏡解析対象をコードする遺伝子が欠失したノックアウト細胞に導入されて使用される前記<18>に記載の顕微鏡解析用プローブ発現ベクターである。
<15> A microscope expression probe expression vector comprising at least a gene encoding the microscope analysis probe according to any one of <6> to <14>.
<16> The probe expression vector for microscopic analysis according to <15>, which is used by being introduced into a cell expressing a target for microscopic analysis.
<17> A vector for expressing the microscope analysis probe according to any one of <12> to <14>, comprising at least a specific site to be analyzed and a gene encoding the microscope analysis probe This is a probe expression vector for microscopic analysis.
<18> The probe expression vector for microscopic analysis according to <18>, which is used by being introduced into a knockout cell from which a gene encoding a target for microscopic analysis has been deleted.

<19> 前記<1>から<14>のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブを含む顕微鏡解析用試料を調製する工程と、該顕微鏡解析用試料中の前記顕微鏡解析用プローブを検出する工程とを少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析方法である。
<20> 前記<15>から<18>のいずれかに記載の顕微鏡解析用ベクターを発現させる工程と、該顕微鏡解析用プローブを含む顕微鏡解析用試料を調製する工程と、該顕微鏡解析用試料中の前記顕微鏡解析用プローブを検出する工程とを少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析方法である。
<21> 顕微鏡解析用試料を、急速凍結ディープエッチ・レプリカ法、ネガティブ染色法、クライオ・ネガティブ染色法、及び氷包埋法から選択されるいずれかにより作製する前記<19>から<20>のいずれかに記載の顕微鏡解析方法。該<21>に記載の顕微鏡解析方法においては、前記顕微鏡解析用試料が、急速凍結ディープエッチ・レプリカ法、ネガティブ染色法、クライオ・ネガティブ染色法、樹脂包埋切片法、及び氷包埋法から選択される少なくともいずれかにより作製される。この結果、例えば、該顕微鏡解析用試料を用い、多数の傾斜画像を撮影し、適切な画像処理装置等を用いて画像処理を適用することによりタンパク質の3次元構造が正確に再構成される。
<22> 顕微鏡解析が、蛍光顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡、及び原子間力顕微鏡から選択される少なくともいずれかを用いて行われる前記<19>から<21>のいずれかに記載の顕微鏡解析方法である。
<19> A step of preparing a microscope analysis sample including the microscope analysis probe according to any one of <1> to <14>, and a step of detecting the microscope analysis probe in the microscope analysis sample; Is a microscope analysis method characterized by including at least.
<20> a step of expressing the microscope analysis vector according to any one of <15> to <18>, a step of preparing a sample for microscope analysis including the probe for microscope analysis, and the sample for microscope analysis And a step of detecting the probe for microscope analysis.
<21> The sample according to <19> to <20>, wherein the sample for microscopic analysis is prepared by any one selected from a rapid freezing deep etch replica method, a negative staining method, a cryo-negative staining method, and an ice embedding method The microscope analysis method according to any one of the above. In the microscopic analysis method according to <21>, the microscopic analysis sample is obtained from a quick freeze deep etch replica method, a negative staining method, a cryo negative staining method, a resin-embedded section method, and an ice embedding method. It is produced by at least one selected. As a result, for example, the three-dimensional structure of the protein is accurately reconstructed by taking a large number of tilted images using the sample for microscopic analysis and applying image processing using an appropriate image processing apparatus or the like.
<22> The above <19> to <21>, wherein the microscopic analysis is performed using at least one selected from a fluorescence microscope, a transmission electron microscope, a scanning electron microscope, a scanning probe microscope, and an atomic force microscope. The microscope analysis method according to any one of the above.

本発明によると、従来における問題を解決することができ、使用する顕微鏡の空間分解能を損なわずに解析対象を標識及び解析することができ、該解析対象の局在、方向(向き)、形状(立体構造)、及び動態を、機能状態において解析可能な顕微鏡解析用プローブ、及び該顕微鏡解析用プローブを用いた顕微鏡解析方法を提供することができる。   According to the present invention, conventional problems can be solved, and an analysis object can be labeled and analyzed without impairing the spatial resolution of the microscope to be used. The localization, direction (orientation), shape ( It is possible to provide a microscope analysis probe capable of analyzing the three-dimensional structure) and dynamics in a functional state, and a microscope analysis method using the microscope analysis probe.

(顕微鏡解析用プローブ)
本発明の顕微鏡解析用プローブは、棒状構造を有し、該棒状構造が、顕微鏡解析対象の特定部位と接触可能な接触部を有してなり、更に必要に応じて、視認性をより向上させるための標識部等を有してなる。
前記棒状構造は、一般的なタンパク質分子や細胞内小器官の形状に対して奇異な形状であるため、顕微鏡解析対象が溶液中の精製分子や、細胞・組織などの生体試料のいずれであっても、該対象中において容易に視認され検出される。
(Probe for microscope analysis)
The probe for microscopic analysis of the present invention has a rod-like structure, and the rod-like structure has a contact portion that can contact a specific part to be analyzed, and further improves the visibility if necessary. For example.
Since the rod-like structure has a strange shape with respect to the shape of general protein molecules and intracellular organelles, the object of microscopic analysis is either purified molecules in solution or biological samples such as cells / tissues. Are easily recognized and detected in the object.

前記顕微鏡解析用プローブの構造としては、少なくとも前記棒状構造を辿ることにより、前記接触部を特定可能な構造である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記接触部が前記棒状構造の端部にあることにより、前記接触部と前記棒状構造との接合領域の顕微鏡下における視認性が高められていることが好ましい。該視認性は、細い先端を有する限り、構造を構成する分子の長さや太さ、若しくは微細な形状を変える等の方法により高められてもよい。更に、前記接触部の径が前記棒状構造中において最も細いことがより好ましい。なお、前記棒状構造は、直線状、及び曲線状のいずれであってもよい。   The structure of the probe for microscopic analysis is not particularly limited as long as it is a structure that can identify the contact portion by following at least the rod-like structure, and can be appropriately selected according to the purpose. It is preferable that the visibility under the microscope of the joining area | region of the said contact part and the said rod-shaped structure is improved because the said contact part exists in the edge part of the said rod-shaped structure. The visibility may be enhanced by a method such as changing the length or thickness of the molecules constituting the structure or the fine shape as long as it has a thin tip. Furthermore, it is more preferable that the diameter of the contact portion is the thinnest in the rod-like structure. Note that the rod-like structure may be linear or curved.

また、前記棒状構造の一端に前記接触部を有し、他端に標識部を有する構造とすることが好ましい。このような構造であることにより、前記棒状構造がより容易に検出され、かつ確実に視認される。
さらに、前記顕微鏡解析用プローブは、前記棒状構造の端部が分岐し、前記接触部及び前記標識部の少なくともいずれかを2以上有する構造であることが好ましい。このような構造とすることにより、解析対象の標識及び検出がさらに容易となる。
Moreover, it is preferable to make it the structure which has the said contact part in the end of the said rod-shaped structure, and has a marker part in the other end. With such a structure, the rod-like structure can be detected more easily and visually recognized.
Furthermore, it is preferable that the microscope analysis probe has a structure in which an end portion of the rod-like structure is branched and at least one of the contact portion and the marker portion is two or more. By adopting such a structure, it becomes easier to label and detect the analysis target.

前記顕微鏡解析対象としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、タンパク質、ペプチド、核酸、糖、脂質、及び半導体、金属等の無機材料が挙げられるが、これらの中でもタンパク質が好ましい。
前記解析対象のタンパク質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、細胞・組織などの生きた状態の組織中のタンパク質、精製した細胞内小器官分散液中のタンパク質、溶液中のタンパク質等が挙げられる。
The microscopic analysis target is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include proteins, peptides, nucleic acids, sugars, lipids, and semiconductors, metals, and other inorganic materials. Of these, proteins are preferred.
The protein to be analyzed is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the protein in a living tissue such as a cell / tissue, the purified intracellular organelle dispersion Examples include proteins and proteins in solution.

前記顕微鏡解析対象の態様としては、(1)前記顕微鏡解析用プローブの接触部との相互作用により検出される外部の検出対象である第一の態様、及び(2)前記顕微鏡解析用プローブと一体である第二の態様が挙げられる。   As an aspect of the microscope analysis target, (1) a first aspect which is an external detection target detected by interaction with a contact portion of the microscope analysis probe, and (2) integrated with the microscope analysis probe The 2nd aspect which is is mentioned.

前記顕微鏡としては、前記顕微鏡解析対象の特定部位における前記標的分子の解析が可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、実体顕微鏡、蛍光顕微鏡、レーザ走査顕微鏡等の光学顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡等の電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡等が挙げられ、これらの中でも、蛍光顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、及び原子間力顕微鏡が好適に挙げられる。   The microscope is not particularly limited as long as the target molecule can be analyzed at a specific site of the microscope analysis target, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a stereo microscope, a fluorescence microscope, a laser scanning Examples include an optical microscope such as a microscope, an electron microscope such as a transmission electron microscope and a scanning electron microscope, a scanning probe microscope such as an atomic force microscope, and a scanning tunnel microscope. Among these, a fluorescence microscope and a transmission electron Preferred examples include a microscope, a scanning electron microscope, and an atomic force microscope.

−棒状構造−
前記棒状構造としては、解析に使用する顕微鏡の空間分解能を損なわない大きさであって、前記顕微鏡解析対象の局在位置や方向(向き)を指し示すことが可能な形状である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、その径がその長さよりも小さい構造であることが好ましい。
前記棒状構造の長さとしては、一般には例えば、15nm以上であることが好ましく、20nm以上であることが好ましい。長さが15nm未満であると、棒状構造自体が視認されないことがある。ただし、顕微鏡解析対象がさらに微小な場合には、より小さな構造が適している。
また、前記棒状構造における前記接触部の径としては、例えば、5nm以下であることが好ましく、3nm以下であることが好ましい。径が5nmを超えると、前記接合部を含む前記顕微鏡解析対象の特定部位を広く覆うこととなり、その局在、や方向(向き)を特定できないことがある。
-Rod structure-
The rod-shaped structure is not particularly limited as long as it has a size that does not impair the spatial resolution of the microscope used for analysis and can indicate the localized position and direction (orientation) of the microscope analysis target. However, the diameter is preferably smaller than the length, although it can be appropriately selected according to the purpose.
In general, the length of the rod-like structure is, for example, preferably 15 nm or more, and more preferably 20 nm or more. If the length is less than 15 nm, the rod-like structure itself may not be visually recognized. However, if the object of microscopic analysis is even smaller, a smaller structure is suitable.
Moreover, as a diameter of the said contact part in the said rod-shaped structure, it is preferable that it is 5 nm or less, for example, and it is preferable that it is 3 nm or less. When the diameter exceeds 5 nm, the specific part of the microscope analysis target including the joint portion is covered widely, and the localization and direction (orientation) may not be specified.

前記棒状構造の材質としては、有機分子及び無機分子のいずれであってもよく、例えば、タンパク質、繊維状ファージ、金属、半導体、カーボンナノホーン、カーボンナノチューブ、アミロースなどが挙げられ、これらの中でもタンパク質、及び繊維状ファージが好ましく、タンパク質がより好ましい。   The material of the rod-shaped structure may be either an organic molecule or an inorganic molecule, and examples thereof include proteins, filamentous phages, metals, semiconductors, carbon nanohorns, carbon nanotubes, and amylose. Among these, proteins, And filamentous phages are preferred, and proteins are more preferred.

前記棒状構造の材質としてのタンパク質としては、いわゆる棒状タンパク質(繊維状タンパク質)が好ましく、具体的には、逆平行型コイルドコイル構造のタンパク質がより好ましい。
このようなタンパク質としては、例えば、モータータンパク質のダイニン(Dynein)を構成するストーク(Stalk、又はB−link)部位の逆平行コイルドコイル領域が特に好適に挙げられる。
The protein as the material of the rod-like structure is preferably a so-called rod-like protein (fibrous protein), and more specifically, an antiparallel coiled-coil protein is more preferred.
As such a protein, for example, an antiparallel coiled coil region of a stalk (Stalk or B-link) site constituting a dynein of a motor protein is particularly preferably mentioned.

前記棒状構造の材質としての繊維状ファージとしては、例えば、短くなるように遺伝子操作を加えたf1ファージ、fdファージ、M13ファージなどが挙げられ、これらの中でも、視認性及び識別性に優れた形状であるという観点から、遺伝子操作を加えたfdファージが好ましい。   Examples of the filamentous phage as the material of the rod-shaped structure include f1 phage, fd phage, M13 phage and the like, which have been genetically manipulated so as to be shortened. Among these, a shape excellent in visibility and discrimination From the viewpoint of being, fd phage subjected to genetic manipulation is preferable.

−接触部−
前記接触部としては、前記顕微鏡解析対象の態様に応じ、適宜選択される。
前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブの接触部との相互作用により検出される外部の検出対象である場合、前記接触部としては、前記顕微鏡解析対象の特定部位と相互作用可能な物質からなり、前記顕微鏡解析対象の前記特定部位との相互作用領域(接触領域)である第一の態様であることが好ましい。
前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブと一体である場合、前記接触部としては、前記顕微鏡解析対象の特定部位と結合した状態で構成され、前記顕微鏡解析対象の前記特定部位と結合した状態の結合端(接触端)である第二の態様であることが好ましい。
-Contact part-
The contact portion is appropriately selected according to the aspect of the microscope analysis target.
When the microscope analysis target is an external detection target that is detected by interaction with the contact portion of the microscope analysis probe, the contact portion is made of a substance that can interact with the specific part of the microscope analysis target. It is preferable that it is a 1st aspect which is an interaction area | region (contact area | region) with the said specific site | part of the said microscope analysis object.
When the microscope analysis target is integrated with the microscope analysis probe, the contact portion is configured to be coupled with a specific part of the microscope analysis target, and is coupled with the specific part of the microscope analysis target It is preferable that it is a 2nd aspect which is a coupling | bonding end (contact end).

(1)第一の態様
前記接触部の第一の態様とは、前記顕微鏡解析対象の前記特定部位との相互作用領域(接触領域)の態様である。
本発明において、前記顕微鏡解析対象の前記特定部位と、前記接触部との「相互作用」とは、親和的かつ部位特異的な相互作用を表し、例えば、接着、結合、吸着、融合等が挙げられ、具体的には、抗原抗体反応が好ましい。
この場合、前記接触部としては、前記外部の検出対象と抗原抗体反応可能なタンパク質からなることが好ましい。なお、遺伝子工学的に合成してなるタンパク質を前記顕微鏡解析対象として、該顕微鏡解析対象と抗原抗体反応可能なタンパク質を探索し、これを前記接触部としてもよい。
(1) 1st aspect The 1st aspect of the said contact part is an aspect of the interaction area | region (contact area | region) with the said specific site | part of the said microscopic analysis object.
In the present invention, the “interaction” between the specific site to be analyzed by the microscope and the contact portion represents an affinity and site-specific interaction, for example, adhesion, binding, adsorption, fusion, etc. Specifically, an antigen-antibody reaction is preferable.
In this case, the contact portion is preferably made of a protein capable of antigen-antibody reaction with the external detection target. Note that a protein synthesized by genetic engineering may be used as the microscope analysis target, a protein capable of antigen-antibody reaction with the microscope analysis target may be searched, and this may be used as the contact portion.

前記接触部を構成する物質としては、例えば、前記顕微鏡解析対象の特定部位に対する抗原、抗体結合部位、レクチン、ビオチン、ヌクレオチド等の天然リガンド、GSTタグ、Hisタグ、FLAGタグ等のタグ、酵素、医薬組成物、試薬などが挙げられるが、これらの中でもリガンド、及びタグが好ましい。   Examples of the substance constituting the contact portion include antigens against a specific site to be analyzed by the microscope, antibody binding sites, natural ligands such as lectin, biotin, and nucleotides, tags such as GST tag, His tag, and FLAG tag, enzymes, Examples include pharmaceutical compositions and reagents, among which ligands and tags are preferred.

前記抗原抗体反応可能なタンパク質の組合せとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、アレルゲン、酵素、酵素基質、補酵素、酵素阻害剤、ホルモンレセプター、蛋白質、血液蛋白質、組織細胞、細胞破砕物、核物質、ウイルス、ウイルス粒子、各種代謝産物、神経伝達物質、ハプテン、薬物、核酸、微生物、寄生虫、細菌、ビオチン、アビジン、レクチン、糖、生理活性物質、生理活性物質受容体、環境物質、化学種又はこれらの誘導体等と、これらの分子のリガンドを認識する分子との組合せが挙げられ、具体的には、血漿蛋白、腫瘍マーカー、アポ蛋白、ウイルス抗原、自己抗体、凝固・線溶因子、ホルモン、血中薬物、及びHLA抗原等と、これらの分子のリガンドを認識する分子との組合せや、アクチンとミオシンのように、特異的相互作用が知られているタンパク質の組合せを選択することができる。   The antigen-antibody-reactive protein combination is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Allergen, enzyme, enzyme substrate, coenzyme, enzyme inhibitor, hormone receptor, protein, blood protein, Tissue cells, cell debris, nuclear materials, viruses, virus particles, various metabolites, neurotransmitters, haptens, drugs, nucleic acids, microorganisms, parasites, bacteria, biotin, avidin, lectins, sugars, bioactive substances, bioactivity Examples include combinations of substance receptors, environmental substances, chemical species or derivatives thereof, and molecules that recognize ligands of these molecules. Specifically, plasma proteins, tumor markers, apoproteins, viral antigens, self Combinations of antibodies, coagulation / fibrinolytic factors, hormones, blood drugs, HLA antigens, etc. with molecules that recognize ligands of these molecules, actin As myosin, can be selected combination of proteins specific interactions are known.

前記血漿蛋白としては、例えば、免疫グロブリン(IgG,IgA,IgM,IgD,IgE)、補体成分(C3,C4,C5,C1q)、CRP、α−アンチトリプシン、α−マイクログロブリン、β−マイクログロブリン、ハプトグロビン、トランスフェリン、セルロプラスミン、及びフェリチンなどが挙げられる。 Examples of the plasma protein include immunoglobulins (IgG, IgA, IgM, IgD, IgE), complement components (C3, C4, C5, C1q), CRP, α 1 -antitrypsin, α 1 -microglobulin, β Examples include 2- microglobulin, haptoglobin, transferrin, ceruloplasmin, and ferritin.

前記腫瘍マーカーとしては、例えば、α−フェトプロテイン(AFP)、癌胎児性抗原(CEA)、CA19−9、CA125、CA15−3、SCC抗原、前立腺酸性ホスファターゼ(PAP)、PIVKA−II、γ−セミノプロテイン、TPA、エラスターゼI、神経特異エノラーゼ(NSE)、及び免疫抑制酸性蛋白(IAP)などが挙げられる。   Examples of the tumor marker include α-fetoprotein (AFP), carcinoembryonic antigen (CEA), CA19-9, CA125, CA15-3, SCC antigen, prostatic acid phosphatase (PAP), PIVKA-II, γ-semi Noprotein, TPA, elastase I, nerve specific enolase (NSE), and immunosuppressive acidic protein (IAP).

前記アポ蛋白としては、例えば、アポA−I、アポA−II、アポB、アポC−II、アポC−III、及びアポEなどが挙げられる。   Examples of the apoprotein include apo AI, apo A-II, apo B, apo C-II, apo C-III, and apo E.

前記ウイルス抗原としては、例えば、B型肝炎ウイルス(HBV)関連抗原、C型肝炎ウイルス(HVC)関連抗原、HTLV−I、HIV、狂犬病ウイルス、インフルエンザウイルス、及び風疹ウイルスなどが挙げられる。
前記HCV関連抗原としては、例えば、HCVc100−3リコビナント抗原、pHCV−31リコビナント抗原、及びpHCV−34リコビナント抗原などが挙げられ、それらの混合物が好ましく使用できる。前記HIV関連抗原としては、ウイルス表面抗原などが挙げられ、例えば、HIV−I env.gp41リコビナント抗原、HIV−I
env.gp120リコビナント抗原、HIV−I gag.p24リコビナント抗原、及びHIV−II env.p36リコビナント抗原などが挙げられる。
また、ウイルス以外の抗原としては、MRSA、ASO、トキソプラズマ、マイコプラズマ、及びSTDなどが挙げられる。
Examples of the viral antigen include hepatitis B virus (HBV) -related antigen, hepatitis C virus (HVC) -related antigen, HTLV-I, HIV, rabies virus, influenza virus, and rubella virus.
Examples of the HCV-related antigen include HCVc100-3 recombinant antigen, pHCV-31 recombinant antigen, and pHCV-34 recombinant antigen, and mixtures thereof can be preferably used. Examples of the HIV-related antigen include virus surface antigens, and the like, for example, HIV-I env. gp41 recombinant antigen, HIV-I
env. gp120 recombinant antigen, HIV-I gag. p24 recombinant antigen, and HIV-II env. Examples include p36 recombinant antigen.
Examples of antigens other than viruses include MRSA, ASO, toxoplasma, mycoplasma, and STD.

前記自己抗体としては、例えば、抗マイクロゾーム抗体、抗サイログロブリン抗体、抗核抗体、リュウマチ因子、抗ミトコンドリア抗体、及びミエリン抗体などが挙げられる。   Examples of the autoantibodies include anti-microsomal antibodies, anti-thyroglobulin antibodies, antinuclear antibodies, rheumatoid factors, anti-mitochondrial antibodies, and myelin antibodies.

前記凝固・線溶因子としては、例えば、フィブリノゲン、フィブリン分解産物(FDP)、プラスミノゲン、α−プラスミンインヒビター、アンチトロンビンIII、β−トロンボグロブリン、第VIII因子、プロテインC、及びプロテインSなどが挙げられる。 Examples of the coagulation / fibrinolytic factor include fibrinogen, fibrin degradation product (FDP), plasminogen, α 2 -plasmin inhibitor, antithrombin III, β-thromboglobulin, factor VIII, protein C, and protein S. It is done.

前記ホルモンとしては、例えば、下垂体ホルモン(LH、FSH、GH、ACTH、TSH、プロラクチン)、甲状腺ホルモン(T、T、サイログロブリン)、カルシトニン、副甲状腺ホルモン(PTH)、副腎皮質ホルモン(アルドステロン、コルチゾール)、性腺ホルモン(hCG、エストロゲン、テストステロン、hPL)、膵・消化管ホルモン(インスリン、C−ペプチド、グルカゴン、ガストリン)、及びその他(レニン、アンジオテンシンI,II、エンケファリン、エリスロポエチン)などが挙げられる。 Examples of the hormone include pituitary hormone (LH, FSH, GH, ACTH, TSH, prolactin), thyroid hormone (T 3 , T 4 , thyroglobulin), calcitonin, parathyroid hormone (PTH), adrenal cortex hormone (aldosterone) , Cortisol), gonadal hormones (hCG, estrogen, testosterone, hPL), pancreatic / gastrointestinal hormones (insulin, C-peptide, glucagon, gastrin), and others (renin, angiotensin I, II, enkephalin, erythropoietin) It is done.

前記血中薬物としては、例えば、カルバマゼピン、プリミドン、バルプロ酸等の抗てんかん薬、ジゴキシン、キニジン、ジギトキシン、テオフィリン等の循環器疾患薬、ゲンタマイシン、カナマイシン、ストレプトマイシン等の抗生物質などが挙げられる。   Examples of the blood drug include antiepileptic drugs such as carbamazepine, primidone and valproic acid, cardiovascular disease drugs such as digoxin, quinidine, digitoxin and theophylline, and antibiotics such as gentamicin, kanamycin and streptomycin.

前記抗原抗体反応可能なタンパク質としては、例えば、前記顕微鏡解析対象の特定部位に対する特異的一本鎖抗体、及び該抗体の一本鎖可変領域フラグメント(scFv:single chain Fragment−V)等が好適に挙げられる。
前記顕微鏡解析対象を、予め任意の部位に外来ペプチド等(FLAGタグ等)を挿入した組換えタンパク質とすることにより、前記接触部としては、該顕微鏡解析対象の外来ペプチドに対する抗タグ一本鎖抗体、及び該抗体の一本鎖可変領域フラグメント(scFv)等を用いることもできる。
前記scFvは、ファージディスプレイによるバイオパンニング法等の方法により作製することができる。
As the protein capable of reacting with an antigen-antibody, for example, a specific single-chain antibody for a specific site to be analyzed with a microscope and a single-chain variable fragment (scFv: single chain fragment-V) of the antibody are preferable. Can be mentioned.
The microscopic analysis target is a recombinant protein in which a foreign peptide or the like (FLAG tag or the like) is inserted in advance at an arbitrary site, so that the contact portion includes an anti-tag single chain antibody against the microscopic analysis target foreign peptide. , And a single chain variable region fragment (scFv) of the antibody can also be used.
The scFv can be prepared by a method such as a biopanning method using phage display.

前記接触部の調製方法としては、例えば、前記接触部を構成する物質のみを調製した後、別途調製された前記棒状構造の端部に化学反応等により付加されてもよく、前記接触部及び前記棒状構造がともにタンパク質である場合、単一分子のタンパク質としてアミノ酸合成されてもよく、前記接触部及び前記棒状構造をコードする遺伝子配列からなるベクターを用いて、単一分子の組換え融合タンパク質として合成されてもよい。
なお、前記単一分子の組換え融合タンパク質として合成する方法については、後に詳しく説明する。
As the method for preparing the contact part, for example, after preparing only the substance constituting the contact part, it may be added to the end part of the rod-shaped structure prepared separately by a chemical reaction or the like. When both rod-like structures are proteins, amino acids may be synthesized as a single molecule protein, and as a single molecule recombinant fusion protein using a vector comprising the contact portion and a gene sequence encoding the rod-like structure. It may be synthesized.
The method of synthesizing the single molecule recombinant fusion protein will be described in detail later.

前記接触部を構成する物質のみを調製した後、別途調製された前記棒状構造の端部に化学反応等により付加する方法としては、例えば、ペプチド法、ジアゾ法、アルキル化法、臭化シアン活性化法、架橋試薬による結合法、ユギ(Ugi)反応を利用した固定化法、チオール・ジスルフィド交換反応を利用した固定化法、シッフ塩基形成法、キレート結合法、トシルクロリド法、生化学的特異結合法などが挙げられるが、共有結合などのより安定した結合には、チオール基とマレイミド基の反応、ピリジルジスルフィド基とチオール基の反応、アミノ基とアルデヒド基の反応などを利用して方法が好ましく、化学的結合剤・架橋剤などを使用する方法がより好ましい。   Examples of the method of preparing only the substance constituting the contact portion and then adding it to the end of the rod-shaped structure prepared separately by chemical reaction or the like include, for example, the peptide method, diazo method, alkylation method, cyanogen bromide activity Method, immobilization method using Ugi reaction, immobilization method using thiol-disulfide exchange reaction, Schiff base formation method, chelate bond method, tosyl chloride method, biochemical specificity Bonding methods and the like can be mentioned, but for more stable bonds such as covalent bonds, there are methods using reaction of thiol group and maleimide group, reaction of pyridyl disulfide group and thiol group, reaction of amino group and aldehyde group, etc. Preferably, a method using a chemical binder or a crosslinking agent is more preferable.

このような化学的結合剤・架橋剤としては、例えば、カルボジイミド、イソシアネート、ジアゾ化合物、ベンゾキノン、アルデヒド、過ヨウ素酸、マレイミド化合物、ピリジルジスルフィド化合物などが挙げられる。これらの中でも、グルタルアルデヒド、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソチオシアネート、N,N’−ポリメチレンビスヨードアセトアミド、N,N’−エチレンビスマレイミド、エチレングリコールビススクシニミジルスクシネート、ビスジアゾベンジジン、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド、スクシンイミジル
3−(2−ピリジルジチオ)プロピオネート(SPDP)、N−スクシンイミジル 4−(N−マレイミドメチル)シクロヘキサン−1−カルボキシレート(SMCC)、N−スルホスクシンイミジル
4−(N−マレイミドメチル)シクロヘキサン−1−カルボキシレート、N−スクシンイミジル (4−ヨードアセチル)アミノベンゾエート、N−スクシンイミジル 4−(1−マレイミドフェニル)ブチレート、イミノチオラン、S−アセチルメルカプトコハク酸無水物、メチル−3−(4’−ジチオピリジル)プロピオンイミデート、メチル−4−メルカプトブチリルイミデート、メチル−3−メルカプトプロピオンイミデート、N−スクシンイミジル−S−アセチルメルカプトアセテートなどが挙げられる。
Examples of such chemical binder / crosslinking agent include carbodiimide, isocyanate, diazo compound, benzoquinone, aldehyde, periodic acid, maleimide compound, pyridyl disulfide compound, and the like. Among these, glutaraldehyde, hexamethylene diisocyanate, hexamethylene diisothiocyanate, N, N′-polymethylene bisiodoacetamide, N, N′-ethylene bismaleimide, ethylene glycol bissuccinimidyl succinate, bisdiazobenzidine 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) propionate (SPDP), N-succinimidyl 4- (N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate (SMCC) N-sulfosuccinimidyl 4- (N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate, N-succinimidyl (4-iodoacetyl) aminobenzoate, N-succinimidyl 4- ( -Maleimidophenyl) butyrate, iminothiolane, S-acetylmercaptosuccinic anhydride, methyl-3- (4'-dithiopyridyl) propionimidate, methyl-4-mercaptobutyrylimidate, methyl-3-mercaptopropionimidate N-succinimidyl-S-acetylmercaptoacetate and the like.

(2)第二の態様
前記接触部の第二の態様とは、前記顕微鏡解析対象の前記特定部位と結合した状態の結合端(接触端)の態様である。
この場合、前記接触部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、タンパク質からなることが好ましく、前記顕微鏡解析対象と前記顕微鏡解析用プローブとの単一分子の組換え融合タンパク質の一部であることがより好ましい。
なお、前記単一分子の組換え融合タンパク質として合成する方法については、後に詳しく説明する。
(2) 2nd aspect The 2nd aspect of the said contact part is an aspect of the coupling end (contact end) of the state couple | bonded with the said specific site | part of the said microscope analysis object.
In this case, the contact portion is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the contact portion is preferably composed of a protein, and is a single molecule of the microscope analysis target and the microscope analysis probe. More preferably, it is a part of the recombinant fusion protein.
The method of synthesizing the single molecule recombinant fusion protein will be described in detail later.

−標識部−
前記標識部は、前記棒状構造の前記接触部を有する一の端部に対し、その他端にあることが好ましい。
-Marking part-
It is preferable that the said marker part exists in the other end with respect to one end part which has the said contact part of the said rod-shaped structure.

前記標識部を構成する物質としては、顕微鏡で検出可能な物質からなる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、蛍光物質、色素、重金属化合物、重金属コロイド、酸化還元酵素などが挙げられる。   The substance constituting the labeling part is not particularly limited as long as it consists of a substance that can be detected with a microscope, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, fluorescent substance, dye, heavy metal compound, heavy metal colloid, oxidation Examples include reductase.

前記顕微鏡として実体顕微鏡、及び電子顕微鏡を用いる場合、前記標識部を構成する物質としては、蛍光物質が好ましく、蛍光タンパク質がより好ましい。また、前記標識部にビオチンを用い、さらに蛍光標識されたビオチンとアビジンとの複合体、及び蛍光標識されたストレプトアビジン、現像増感剤等を用いて前記顕微鏡解析用プローブの視認性を向上させてもよい。   When a stereomicroscope and an electron microscope are used as the microscope, the substance constituting the labeling part is preferably a fluorescent substance, and more preferably a fluorescent protein. Further, biotin is used for the labeling part, and the visibility of the probe for microscopic analysis is improved by using a complex of fluorescently labeled biotin and avidin, fluorescently labeled streptavidin, development sensitizer, etc. May be.

前記蛍光物質としては、蛍光を有する限り特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、フルオレセイン系列、ローダミン系列、エオシン系列、NBD系列などが挙げられ、具体的には、フルオレセイン−5−イソチオシアネート、ジアシル(イソブチリル、アセチルまたはピバロイルなど)フルオレセイン−5及び/又は6−カルボン酸ペンタフルオロフェニルエステル、6−(ジアシル−5及び/又は6−カルボキサミド−フルオレセイン)アミノヘキサン酸ペンタフルオロフェニルエステル、テキサス・レッド(Texas Red;Molecular Probes,Inc.の商標)、テトラメチルローダミン−5(及び6)イソチオシアネート、エオシン−イソチオシアネート、エリトロシン−5−イソチオシアネート、4−クロロ−7−ニトロベンズ−2−オキサ−1,3−ジアゾール、4−フルオロ−7−ニトロベンズ−2−オキサ−1,3−ジアゾール、3−(7−ニトロベンズ−2−オキサ−1,3−ジアゾール−4−イル)メチルアミノプロピオニトリル、6−(7−ニトロベンズ−2−オキサ−1,3−ジアゾール−4−イル)アミノヘキサン酸、スクシンイミジル12−(N−メチル−N−(7−ニトロベンズ−2−オキサ−1,3−ジアゾール−4−イル)アミノドデカノエート、7−ジエチルアミノ−3−(4'−イソチオシアナトフェニル)−4−メチルクマリン(CP)、7−ヒドロキシクマリン−4−酢酸、7−ジメチルアミノクマリン−4−酢酸、スクシンイミジル7−ジメチルアミノクマリン−4−アセテート、7−メトキシクマリン−4−酢酸、4-アセトアミド−4'−イソチオシアナトスチルベン−2,2'−ジスルホン酸(SITS)、9−クロロアクリジン、スクシンイミジル3−(9−カルバゾール)プロピオネート、スクシンイミジル1−ピレンブチレート、スクシンイミジル1−ピレンノナノエート、p-ニトロフェニル1−ピレンブチレート、9−アントラセンプロピオン酸、スクシンイミジルアントラセン−9−プロピオネート、2−アントラセンスルホニルクロリド、などが挙げられる。   The fluorescent substance is not particularly limited as long as it has fluorescence, and can be appropriately selected from known substances according to the purpose. Examples thereof include fluorescein series, rhodamine series, eosin series, NBD series, and the like. Specifically, fluorescein-5-isothiocyanate, diacyl (such as isobutyryl, acetyl or pivaloyl) fluorescein-5 and / or 6-carboxylic acid pentafluorophenyl ester, 6- (diacyl-5 and / or 6-carboxamide-fluorescein ) Aminohexanoic acid pentafluorophenyl ester, Texas Red (trademark of Texas Probes, Inc.), tetramethylrhodamine-5 (and 6) isothiocyanate, eosin-isothiocyanate, erythrosine- -Isothiocyanate, 4-chloro-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole, 4-fluoro-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole, 3- (7-nitrobenz-2-oxa -1,3-diazol-4-yl) methylaminopropionitrile, 6- (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl) aminohexanoic acid, succinimidyl 12- (N-methyl- N- (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl) aminododecanoate, 7-diethylamino-3- (4′-isothiocyanatophenyl) -4-methylcoumarin (CP), 7-hydroxycoumarin-4-acetic acid, 7-dimethylaminocoumarin-4-acetic acid, succinimidyl 7-dimethylaminocoumarin-4-acetate, 7-methoxy bear Phosphorous-4-acetic acid, 4-acetamido-4′-isothiocyanatostilbene-2,2′-disulfonic acid (SITS), 9-chloroacridine, succinimidyl 3- (9-carbazole) propionate, succinimidyl 1-pyrenebutyrate Succinimidyl 1-pyrene nonanoate, p-nitrophenyl 1-pyrene butyrate, 9-anthracene propionic acid, succinimidyl anthracene-9-propionate, 2-anthracene sulfonyl chloride, and the like.

前記蛍光タンパク質としては、例えば、緑色蛍光タンパク質(Green Fluorescence Protein:GFP)、強化緑色蛍光タンパク質(Enhanced Green Fluorescence Protein:EGFP)、黄色蛍光タンパク質(Yellow Fluorescence Protein:YFP)、強化黄色蛍光タンパク質(EYFP)、シアン蛍光タンパク質(Cyan Fluorescence Protein:CFP)強化シアン蛍光タンパク質(ECFP)、青色蛍光タンパク質(Blue Fluorescence Protein:BFP)、及び強化青色蛍光タンパク質(EBFP)などが挙げられ、これらの中でも強化緑色蛍光タンパク質(EGFP)が好ましい。   Examples of the fluorescent protein include green fluorescent protein (GFP), enhanced green fluorescent protein (EGFP), yellow fluorescent protein (YFP), and enhanced yellow fluorescent protein (EYFP). , Cyan fluorescent protein (CFP) -enhanced cyan fluorescent protein (ECFP), blue fluorescent protein (BFP), and enhanced blue fluorescent protein (EBFP). Among these, enhanced green fluorescent protein (EGFP) is preferred.

ここで、前記標識部が蛍光物質からなる場合、前記蛍光物質の励起波長又は発光波長と重複のある他の蛍光物質を付加した前記顕微鏡解析用プローブを用いることにより、前記検出対象の標識された分子間の蛍光エネルギー移動、及び距離の変化を測定することにより、前記その構造変化を解析することができ、また、蛍光顕微鏡を用いて蛍光の偏光を検出することにより、標識の向きを直接解析することができる。   Here, when the labeling portion is made of a fluorescent material, the detection target is labeled by using the microscopic analysis probe to which another fluorescent material that overlaps the excitation wavelength or emission wavelength of the fluorescent material is added. The structural change can be analyzed by measuring the change in fluorescence energy transfer and distance between molecules, and the orientation of the label can be directly analyzed by detecting the polarization of fluorescence using a fluorescence microscope. can do.

一方、前記顕微鏡として原子間力顕微鏡を用いる場合、前記標識部を構成する物質としては、前記標的分子の位置を示すマーカーとして機能する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。   On the other hand, when an atomic force microscope is used as the microscope, the substance constituting the labeling part is not particularly limited as long as it functions as a marker indicating the position of the target molecule, and can be appropriately selected according to the purpose. it can.

前記標識部を前記棒状構造の端部に結合する方法としては、例えば、前記標識部を構成する物質のみを調製した後、別途調製された前記棒状構造の端部に化学反応等により付加する方法、前記標識部及び前記棒状構造がともにタンパク質である場合、単一分子のタンパク質としてアミノ酸合成する方法、前記標識部及び前記棒状構造をコードする遺伝子配列からなるベクターを用いて、単一分子の組換え融合タンパク質として合成する方法などが挙げられる。
前記標識部を構成する物質のみを調製した後、別途調製された前記棒状構造の端部に化学反応等により付加する方法としては、例えば、共有結合、イオン結合などの結合を形成できる反応性置換基を被蛍光物質の骨格内に導入し、これらの結合を利用して導入する方法、などが挙げられる。
なお、前記単一分子の組換え融合タンパク質として合成する方法については、後に詳しく説明する。
Examples of a method for binding the labeling portion to the end of the rod-shaped structure include, for example, a method in which only the substance constituting the labeling portion is prepared and then added to the end of the rod-shaped structure prepared separately by a chemical reaction or the like A combination of single molecules using a method of synthesizing amino acids as a single molecule protein when the labeling portion and the rod-like structure are both proteins, and a vector comprising a gene sequence encoding the labeling portion and the rod-like structure. Examples include a method of synthesizing as a replacement fusion protein.
After preparing only the substance constituting the labeling part and adding it to the end of the rod-shaped structure prepared separately by chemical reaction or the like, for example, reactive substitution capable of forming a bond such as a covalent bond or an ionic bond And a method in which a group is introduced into the skeleton of a fluorescent substance and introduced using these bonds.
The method of synthesizing the single molecule recombinant fusion protein will be described in detail later.

<顕微鏡解析用プローブの使用方法>
前記顕微鏡解析対象が、前記接触部との相互作用により検出される外部の検出対象である前記第一の態様である場合、前記顕微鏡解析用プローブの使用方法としては、前記解析対象に対して前記顕微鏡解析用プローブを投与し、前記特定部位中と相互作用させる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、予め調製した前記顕微鏡解析用プローブを、前記顕微鏡解析対象を解析可能な形態に処理した試料に投与して使用する方法、予め調製した前記顕微鏡解析用プローブを、未処理の前記顕微鏡解析対象に投与して使用する方法、及び前記顕微鏡解析用プローブをコードする配列を含む発現ベクターを、前記顕微鏡解析対象を発現する細胞に導入し、該細胞において発現させた前記顕微鏡解析用プローブを使用する方法等が挙げられる。
<How to use the probe for microscope analysis>
When the microscope analysis target is the first aspect that is an external detection target that is detected by interaction with the contact portion, a method for using the microscope analysis probe is as follows. As long as the probe for microscopic analysis is administered and interacts with the specific site, there is no particular limitation, and it can be appropriately selected according to the purpose. For example, the microscopic analysis probe prepared in advance can be selected for the microscopic analysis target. A method of administering and using a microscopic analysis probe prepared in advance in a form that can be analyzed, a method of administering and using the previously prepared microscope analysis probe on an unprocessed microscopic analysis target, and a code for the microscope analysis probe An expression vector containing a sequence to be analyzed is introduced into a cell expressing the target for microscopic analysis, and the probe for microscopic analysis expressed in the cell is used. Method, and the like.

前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブと一体である前記第二の態様である場合、前記顕微鏡解析用プローブの使用方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記顕微鏡解析用プローブと前記顕微鏡解析対象とが一体となった分子を懸濁した試料溶液とする方法、前記顕微鏡解析用プローブと前記顕微鏡解析対象とを発現するベクターを、前記顕微鏡解析対象をコードする遺伝子が欠失したノックアウト細胞に導入し、発現させて使用する方法等が挙げられる。   When the microscopic analysis target is the second aspect integrated with the microscopic analysis probe, the method for using the microscopic analysis probe is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a method for preparing a sample solution in which a molecule in which the probe for microscopic analysis and the target for microscopic analysis are integrated is suspended, a vector for expressing the probe for microscopic analysis and the target for microscopic analysis, Examples thereof include a method of introducing a gene into a knockout cell from which a gene encoding the subject has been deleted and expressing it.

また、前記顕微鏡解析用プローブは、2種以上の前記解析対象を同時に解析することを目的として、例えば、異なる前記接触部を有する2種以上の前記顕微鏡解析用プローブ、及び、異なる前記接触部に応じて前記棒状構造の長さ若しくは形状の異なる2種以上の前記顕微鏡解析用プローブ等を同時に使用することができる。これにより、同一試料中において複数の解析を一度に行うことができ、その場合、改めて対照実験を行う必要もないため、有利である。   In addition, for the purpose of analyzing two or more types of analysis objects at the same time, for example, two or more types of the microscope analysis probes having different contact portions and the different contact portions may be used for the microscope analysis probes. Accordingly, two or more kinds of the microscope analysis probes having different lengths or shapes of the rod-like structures can be used at the same time. Thereby, a plurality of analyzes can be performed at the same time in the same sample, and in this case, it is not necessary to perform another control experiment, which is advantageous.

<顕微鏡解析用プローブの調製方法>
前記顕微鏡解析用プローブとしては、少なくとも前記棒状構造が、タンパク質からなることが好ましく、単一の組換え融合タンパク質分子であることがより好ましく、本発明の顕微鏡解析用プローブ発現ベクターを用いて発現された単一分子の組換え融合タンパク質からなることが特に好ましい。
<Preparation method of probe for microscope analysis>
As the probe for microscopic analysis, it is preferable that at least the rod-like structure is composed of a protein, more preferably a single recombinant fusion protein molecule, which is expressed using the probe expression vector for microscopic analysis of the present invention. It is particularly preferred to consist of a single molecule recombinant fusion protein.

本発明の顕微鏡解析用プローブ発現ベクターは、前記単一分子の組換え融合タンパク質からなる前記顕微鏡解析用プローブの調製方法を通じて明らかにする。   The probe expression vector for microscopic analysis of the present invention is clarified through the method for preparing the probe for microscopic analysis comprising the single-molecule recombinant fusion protein.

前記顕微鏡解析対象が、前記接触部との相互作用により検出される外部の検出対象であり、前記接触部が第一の態様の相互作用領域(接触領域)である場合、前記顕微鏡解析用プローブとしては、例えば、ダイニンのストーク部位のコイルドコイル領域を前記棒状構造とし、前記接触部として、前記棒状構造のN末端及びC末端の少なくともいずれかに前記接触部としての任意のタンパク質を融合し、さらに前記棒状構造の略中央部のコイルドコイルを形成しない領域に蛍光タンパク質を挿入してなるものが好適に挙げられる。   When the microscope analysis target is an external detection target detected by interaction with the contact portion, and the contact portion is the interaction region (contact region) of the first aspect, the microscope analysis probe For example, the coiled coil region of the dynein stalk site has the rod-like structure, and as the contact portion, at least one of the N-terminus and C-terminus of the rod-like structure is fused with any protein as the contact portion, and Suitable examples include those in which a fluorescent protein is inserted into a region where a coiled coil is not formed at the substantially central portion of the rod-like structure.

前記第一の態様における前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターとしては、これらのタンパク質をコードする遺伝子を連結してなる配列を含むものが好ましく、具体的には、ダイニンのストーク領域をコードする遺伝子と、前記接触部をコードする遺伝子と、蛍光タンパク質をコードする遺伝子とを連結してなるものが好ましい。   The probe expression vector for microscopic analysis in the first aspect preferably includes a sequence formed by linking genes encoding these proteins, specifically, a gene encoding a dynein stalk region, A gene obtained by linking a gene encoding the contact portion and a gene encoding a fluorescent protein is preferable.

前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターの構築方法としては、公知の方法から適宜選択することができるが、例えば、(1)ダイニンのストーク部位をコードするcDNAを調製し、これをプラスミドにサブクローニングし、(2)前記ストーク部位をコードするcDNAの略中央領域(コイルドコイルを形成しない領域)を除去し、ここに前記蛍光タンパク質をコードする配列を挿入し、(3)前記ストーク部位の端部(N末端及びC末端の少なくともいずれか)に、前記接触部としてのタンパク質をコードする配列を挿入する方法等が挙げられる。   The method for constructing the probe expression vector for microscopic analysis can be appropriately selected from known methods. For example, (1) cDNA encoding the stalk site of dynein is prepared, and this is subcloned into a plasmid. 2) A substantially central region (region not forming a coiled coil) of the cDNA encoding the stalk site is removed, and a sequence encoding the fluorescent protein is inserted therein, and (3) an end of the stalk site (N-terminal and Examples include a method of inserting a sequence encoding a protein as the contact portion into at least one of the C terminals.

前記接触部のタンパク質が、抗原抗体反応可能なタンパク質である場合、該タンパク質としては、抗体可変領域が好適に挙げられる。前記抗体可変領域としては、例えば、scFv(single chain Fv)が挙げられる。前記scFvは、抗体が抗原を認識するために必要な最小単位であるVH及びVLから構成される可変領域を、フレキシブルなペプチドリンカーで結合した単鎖可変領域フラグメントである。前記VHとVLとを連結させる順序、ペプチドリンカーの長さと配列、V領域のアミノ酸置換等によって、発現の容易さ、溶液中での安定性、及び形態等に差異が生じることが知られている。   When the protein at the contact portion is a protein capable of antigen-antibody reaction, an antibody variable region is preferably exemplified as the protein. Examples of the antibody variable region include scFv (single chain Fv). The scFv is a single chain variable region fragment in which a variable region composed of VH and VL, which are the minimum units necessary for an antibody to recognize an antigen, is bound by a flexible peptide linker. It is known that the order of linking VH and VL, the length and sequence of the peptide linker, the amino acid substitution in the V region, etc. may cause differences in ease of expression, stability in solution, morphology, etc. .

前記scFvのcDNAの調製方法としては、例えば、ファージディスプレイによるバイオパンニング法が挙げられる。具体的には、scFvを繊維状ファージの外殻タンパク質上に提示させてライブラリーを調製し、固相化した所望の抗原に対して結合させ、選択操作を行う方法である。   Examples of the scFv cDNA preparation method include a biopanning method using phage display. Specifically, scFv is displayed on the outer shell protein of a filamentous phage, a library is prepared, and it is made to bind | bond with the solid-phased desired antigen, and performs selection operation.

前記顕微鏡解析用プローブは、前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターを用い、組換えタンパク質を産生させる公知の方法により調製することができ、例えば、前記顕微鏡解析用プローブを発現させる細胞等に前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターを導入して形質転換し、得られた形質転換体を培養し、その培養液から前記顕微鏡解析用プローブを回収し、精製することにより調製することができる。
前記精製方法としては、例えば、GST融合タンパク発現用ベクターに、前記顕微鏡解析用プローブをコードするcDNAをサブクローニングし、得られたGST融合タンパク質として合成された前記顕微鏡解析用プローブを、GSTカラムを用いて精製した後、GSTを除去する方法等が挙げられる。
The probe for microscopic analysis can be prepared by a known method for producing a recombinant protein using the probe expression vector for microscopic analysis. For example, the probe for microscopic analysis is used for cells that express the probe for microscopic analysis. It can be prepared by introducing a probe expression vector for transformation, culturing the obtained transformant, collecting the probe for microscopic analysis from the culture, and purifying it.
Examples of the purification method include subcloning cDNA encoding the probe for microscopic analysis into a GST fusion protein expression vector, and using the GST column for the probe for microscopic analysis synthesized as the obtained GST fusion protein. And a method of removing GST after purification.

前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターを導入する細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記顕微鏡解析対象が生体試料である場合、該解析対象である特定部位を構成する細胞であることが好ましい。
前記顕微鏡解析対象の特定部位を発現する細胞に、前記顕微鏡解析用プローブを発現させることにより、前記顕微鏡解析用プローブを加えて相互作用させる工程が不要となるため、例えば、前記生体試料を生きた状態で、さらには通常の生理条件下において、前記標的分子の局在、方向(向き)、構造、形状(立体構造)、及び動態等を解析することができる。
The cell into which the probe expression vector for microscopic analysis is introduced is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, when the microscopic analysis target is a biological sample, the identification of the analysis target A cell constituting the site is preferred.
By expressing the probe for microscopic analysis in cells that express the specific site of the microscopic analysis target, the step of adding and interacting with the probe for microscopic analysis is unnecessary. In this state, and under normal physiological conditions, the localization, direction (orientation), structure, shape (three-dimensional structure), dynamics, and the like of the target molecule can be analyzed.

前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブと一体である前記第二の態様である場合、前記単一分子の組換え融合タンパク質からなる前記顕微鏡解析用プローブとしては、例えば、ダイニンのストーク部位のコイルドコイル領域を前記棒状構造とし、前記接触端としての棒状構造のN末端及びC末端の少なくともいずれかに前記顕微鏡解析対象のタンパク質を融合し、さらに前記棒状構造の略中央部のコイルドコイルを形成しない領域に蛍光タンパク質を挿入してなるものが好適に挙げられる。   When the microscopic analysis target is the second aspect integrated with the microscopic analysis probe, the microscopic analysis probe composed of the single molecule recombinant fusion protein may be, for example, a dynein stalk site. A region in which the coiled coil region is the rod-shaped structure, the protein to be analyzed is fused to at least one of the N-terminal and C-terminal of the rod-shaped structure serving as the contact end, and a coiled coil is not formed in the substantially central portion of the rod-shaped structure. Suitable examples include those obtained by inserting a fluorescent protein into.

前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブと一体であり、前記接触部が前記顕微鏡解析対象の前記特定部位と結合した状態の結合端(接触端)である場合、前記顕微鏡解析用プローブとしては、例えば、ダイニンのストーク部位のコイルドコイル領域を前記棒状構造とし、前記接触部となる前記棒状構造のN末端及びC末端の少なくともいずれかに前記顕微鏡解析対象としての任意のタンパク質を融合し、さらに必要に応じて前記棒状構造の略中央部のコイルドコイルを形成しない領域に蛍光タンパク質を挿入してなるものが好適に挙げられる。   When the microscope analysis target is integral with the microscope analysis probe, and the contact portion is a coupling end (contact end) in a state of being coupled to the specific site of the microscope analysis target, For example, the coiled-coil region of the dynein stalk site is the rod-shaped structure, and an arbitrary protein to be analyzed with the microscope is fused to at least one of the N-terminal and C-terminal of the rod-shaped structure serving as the contact portion, and further required Accordingly, a material obtained by inserting a fluorescent protein into a region where the coiled coil is not formed at the substantially central portion of the rod-like structure is preferably mentioned.

前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターの構築方法としては、公知の方法から適宜選択することができるが、例えば、(1)ダイニンのストーク部位をコードするcDNAを調製し、これをプラスミドにサブクローニングし、(2)前記ストーク部位をコードするcDNAの略中央領域(コイルドコイルを形成しない領域)を除去し、ここに前記蛍光タンパク質をコードする配列を挿入し、(3)前記ストーク部位の端部(N末端及びC末端の少なくともいずれか)である前記接触部に連結して前記顕微鏡解析対象のタンパク質をコードする配列を挿入する方法等が挙げられる。   The method for constructing the probe expression vector for microscopic analysis can be appropriately selected from known methods. For example, (1) cDNA encoding the stalk site of dynein is prepared, and this is subcloned into a plasmid. 2) A substantially central region (region not forming a coiled coil) of the cDNA encoding the stalk site is removed, and a sequence encoding the fluorescent protein is inserted therein, and (3) an end of the stalk site (N-terminal and Examples include a method of inserting a sequence encoding the protein to be analyzed by microscopic analysis by linking to the contact portion which is at least one of C-terminal.

前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターを導入する細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記顕微鏡解析対象が生体試料である場合、前記顕微鏡解析対象をコードする遺伝子が欠失したノックアウト細胞であることが好ましい。   The cell into which the probe expression vector for microscopic analysis is introduced is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, when the microscopic analysis target is a biological sample, the microscopic analysis target is encoded. It is preferably a knockout cell from which the gene to be deleted is deleted.

本発明の顕微鏡解析用プローブは、各種顕微鏡解析用試料の調製に好適に使用されるが例えば、急速凍結ディープエッチ・レプリカ法、ネガティブ染色法、クライオ・ネガティブ染色法、樹脂包埋切片法、及び氷包埋法等による試料の調製においてより好適に使用され、これらの中でも、急速凍結ディープエッチ・レプリカ法による試料の調製に特に好適に使用される。
前記急速凍結ディープエッチ・レプリカ法による試料調製において、前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターを用い、前記顕微鏡解析対象の特定部位を発現する細胞中で前記顕微鏡解析用プローブを発現させて使用する方法を組み合わせることにより、生命現象の現場において機能遂行中に構造を変えるタンパク質を解析することが可能となる。
The probe for microscopic analysis of the present invention is preferably used for the preparation of various microscopic analysis samples, for example, quick freeze deep etch replica method, negative staining method, cryo-negative staining method, resin-embedded section method, and It is more preferably used in the preparation of a sample by an ice embedding method or the like, and among these, it is particularly preferably used for the preparation of a sample by a quick freezing deep etch replica method.
In the sample preparation by the quick-frozen deep-etch replica method, using the microscope analysis probe expression vector, combining the method for expressing and using the microscope analysis probe in cells that express the specific site to be analyzed This makes it possible to analyze proteins that change their structure during the performance of functions in the field of biological phenomena.

(顕微鏡解析方法)
本発明の顕微鏡解析方法は、顕微鏡解析用プローブを含む顕微鏡解析用試料を調製する工程と、該顕微鏡解析用試料中の前記顕微鏡解析用プローブを検出する工程とを少なくとも含む方法である。
また、本発明の顕微鏡解析用プローブ発現用ベクターを用いる前記顕微鏡解析方法は、前記顕微鏡解析用ベクターを発現させる工程と、該顕微鏡解析用プローブを含む顕微鏡解析用試料を調製する工程と、該顕微鏡解析用試料中の前記顕微鏡解析用プローブを検出する工程とを少なくとも含む方法である。
(Microscope analysis method)
The microscope analysis method of the present invention is a method including at least a step of preparing a microscope analysis sample including a microscope analysis probe and a step of detecting the microscope analysis probe in the microscope analysis sample.
The microscope analysis method using the microscope analysis probe expression vector of the present invention includes a step of expressing the microscope analysis vector, a step of preparing a microscope analysis sample including the microscope analysis probe, and the microscope. And a step of detecting the probe for microscopic analysis in the analysis sample.

解析に用いられる顕微鏡としては、前記顕微鏡解析対象の特定部位の解析が可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、実体顕微鏡、蛍光顕微鏡、レーザ走査顕微鏡等の光学顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡等の電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡等が挙げられ、これらの中でも、蛍光顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、及び原子間力顕微鏡が好適に挙げられる。   The microscope used for the analysis is not particularly limited as long as analysis of a specific part of the microscope analysis target is possible, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a stereo microscope, a fluorescence microscope, a laser scanning microscope Examples include an optical microscope such as a transmission electron microscope, an electron microscope such as a scanning electron microscope, a scanning probe microscope such as an atomic force microscope, and a scanning tunneling microscope. Among these, a fluorescence microscope and a transmission electron microscope , Scanning electron microscope, and atomic force microscope are preferable.

前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブの接触部との相互作用により検出される外部の検出対象である場合、前記顕微鏡解析用試料を作製する方法としては、前記顕微鏡解析用プローブを前記顕微鏡解析対象の特定部位と相互作用させる工程を含む。
前記相互作用させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、予め調製した前記顕微鏡解析用プローブを、前記顕微鏡解析対象を解析可能な形態に処理した試料に投与する方法、予め調製した前記顕微鏡解析用プローブを、未処理の前記顕微鏡解析対象に投与する方法、及び前記顕微鏡解析用プローブをコードする配列を含む発現ベクターを、前記顕微鏡解析対象の特定部位を発現する細胞等に導入し、該細胞において発現させる方法等が挙げられる。
When the microscope analysis target is an external detection target that is detected by interaction with the contact portion of the microscope analysis probe, a method for preparing the microscope analysis sample is to use the microscope analysis probe as the microscope A step of interacting with a specific part to be analyzed.
The interaction method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, the previously prepared microscope analysis probe is applied to a sample processed into a form in which the microscope analysis target can be analyzed. A method for administering the microscopic analysis probe prepared in advance to an untreated target for microscopic analysis, and an expression vector containing a sequence encoding the probe for microscopic analysis as a specific site of the target for microscopic analysis. Examples thereof include a method of introducing into a cell or the like to be expressed and allowing the cell to express.

前記顕微鏡解析用プローブを投与する方法としては、例えば、前記顕微鏡解析用プローブと前記顕微鏡解析対象とを溶液中で混合する方法等が挙げられる。
また、前記顕微鏡解析用プローブ発現ベクターを細胞に導入する方法としては、例えば、キャリアペプチド、燐酸カルシウム、ポリエチレングリコール等による方法、並びに電気穿孔法等が挙げられる。
Examples of the method for administering the probe for microscopic analysis include a method of mixing the probe for microscopic analysis and the object of microscopic analysis in a solution.
Examples of the method for introducing the probe expression vector for microscopic analysis into cells include a method using a carrier peptide, calcium phosphate, polyethylene glycol, and the like, and an electroporation method.

前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブと一体である場合、前記顕微鏡解析用試料を作製する方法としては、前記顕微鏡解析用プローブを前記顕微鏡解析対象との単一融合タンパク質として調製し、これを前記顕微鏡解析用試料として調製することができる。   When the target for microscopic analysis is integral with the probe for microscopic analysis, the method for preparing the sample for microscopic analysis is to prepare the probe for microscopic analysis as a single fusion protein with the target for microscopic analysis, Can be prepared as the sample for microscopic analysis.

前記顕微鏡解析用試料としては、解析に使用する顕微鏡、及び前記顕微鏡解析対象の種類に応じて、公知の方法から適宜選択することができる。
前記顕微鏡が電子顕微鏡である場合、例えば、急速凍結ディープエッチ・レプリカ法、ネガティブ染色法、クライオ・ネガティブ染色法、氷包埋法等が挙げられ、これらの中でも急速凍結ディープエッチ・レプリカ法が好ましい。
The sample for microscopic analysis can be appropriately selected from known methods according to the microscope used for analysis and the type of the target for microscopic analysis.
When the microscope is an electron microscope, for example, rapid freezing deep etch replica method, negative staining method, cryo negative staining method, ice embedding method and the like, among these, rapid freezing deep etch replica method is preferable .

前記急速凍結ディープエッチ・レプリカ法としては、例えば、前記顕微鏡解析用プローブと前記標的分子とを相互作用させた後、少なくとも前記顕微鏡解析対象の特定部位に対し、重金属(例えば、白金等)を蒸着し、さらにカーボンをコーティングし、生体試料を溶解除去する方法が挙げられる。   As the rapid freezing deep etch replica method, for example, after the probe for microscopic analysis and the target molecule interact with each other, a heavy metal (for example, platinum) is deposited on at least a specific part of the microscopic analysis target. In addition, there is a method in which carbon is further coated to dissolve and remove the biological sample.

−解析方法−
前記顕微鏡解析対象の特定部位の解析方法としては、少なくとも前記顕微鏡解析用プローブの前記標識部及び前記棒状構造の少なくともいずれかを特定し、前記接触部を検出可能な方法であれば、特に制限はなく、その解析条件としては、顕微鏡の種類、前記顕微鏡解析用試料の種類、及び前記標識部を構成する物質等に応じて、適宜選択することができる。
例えば、蛍光物質からなる前記標識部を、蛍光顕微鏡を用いて蛍光を検出することにより、前記検出対象の局在、方向(向き)を解析する方法、急速凍結法などにより作成された電子顕微鏡試料中で、前記顕微鏡解析対象の特定部位(検出対象)の局在、方向(向き)、及び形状を解析する方法、前記検出対象を含む溶液中の試料の動態を原子間力顕微鏡で解析する方法などが挙げられる。
-Analysis method-
As a method for analyzing the specific portion of the microscope analysis target, there is no particular limitation as long as it is a method capable of detecting at least one of the label portion and the rod-like structure of the probe for microscopic analysis and detecting the contact portion. The analysis conditions can be appropriately selected according to the type of microscope, the type of sample for microscope analysis, the substance constituting the labeling portion, and the like.
For example, an electron microscope sample prepared by a method of analyzing the localization and direction (orientation) of the detection target, a quick freezing method, etc., by detecting the fluorescence of the labeling portion made of a fluorescent substance using a fluorescence microscope In particular, a method for analyzing the localization, direction (orientation), and shape of a specific part (detection target) of the microscope analysis target, and a method for analyzing the dynamics of the sample in the solution containing the detection target with an atomic force microscope Etc.

前記顕微鏡として電子顕微鏡を使用する場合、解析方法としては、例えば、国際公開第WO02/48961号パンフレット、国際公開第WO02/056259号パンフレット、国際公開第WO02/075658号パンフレットに記載された方法等が好適に挙げられる。   When an electron microscope is used as the microscope, the analysis method includes, for example, the methods described in International Publication No. WO02 / 48961, Pamphlet of International Publication No. WO02 / 056259, Pamphlet of International Publication No. WO02 / 075658, and the like. Preferably mentioned.

本発明の顕微鏡解析用プローブは、視認性が高く、かつ顕微鏡の空間分解能を損なわないため、該顕微鏡解析用プローブを用いた本発明の顕微鏡解析方法は、例えば前記顕微鏡解析対象の特定部位の局在、方向(向き)、形状(立体構造)、及び動態等を、平均化することなく詳細に解析することができる。また、本発明の顕微鏡解析方法によれば、前記特定部位の生理条件下における経時的変化や、活性状態における構造等を解析することができる。   Since the microscope analysis probe of the present invention has high visibility and does not impair the spatial resolution of the microscope, the microscope analysis method of the present invention using the microscope analysis probe can be used, for example, for a specific site of the microscope analysis target. The presence, direction (orientation), shape (three-dimensional structure), dynamics, and the like can be analyzed in detail without averaging. Further, according to the microscopic analysis method of the present invention, it is possible to analyze the change over time of the specific site under physiological conditions, the structure in the active state, and the like.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
前記顕微鏡解析対象として、合成FLAGペプチドを用い、該FLAGぺプチドを検出する前記顕微鏡解析用プローブ、及び該顕微鏡解析用プローブ発現用ベクターを、以下の方法により調製した。
なお、前記顕微鏡解析用プローブは、前記棒状構造として、ダイニン(Human Cytoplasmic Dynein)のストーク部位のコイルドコイル領域、前記接触部(接触領域)として、前記FLAGペプチドに抗原特異的結合能を持つscFv、及び前記標識部として、蛍光タンパク質EGFP(A206K)からなる単一分子の組換え融合タンパク質として調製した。
Example 1
Using the synthetic FLAG peptide as the microscope analysis target, the microscope analysis probe for detecting the FLAG peptide and the microscope analysis probe expression vector were prepared by the following method.
The probe for microscopic analysis includes, as the rod-shaped structure, a coiled coil region of a stalk site of dynein (Human Cytoplasmic Dynein), an scFv having an antigen-specific binding ability to the FLAG peptide as the contact portion (contact region), and The labeling portion was prepared as a single molecule recombinant fusion protein consisting of the fluorescent protein EGFP (A206K).

<顕微鏡解析用プローブ発現ベクターの調製>
(1)ストーク部位のcDNAのプラスミドへのサブクローニング
−ストーク部位のcDNAの調製−
Human Cytoplasmic Dyneinのストーク部位に相当するcDNA(Genebank Accession No.AB002323として報告されているDNA配列の9350〜10369番目の塩基配列部分:1019塩基)を、SK−N−MC細胞(ヒト神経芽細胞腫由来細胞株)のTotal RNAから、RT−PCR法により調製した。
前記SK−N−MC細胞のTotal RNAは、1×107個の細胞から、TRIzol試薬(Invitrogen社製)を用いて抽出した。
RT−PCR法は、SuperScript II Reverse Transcriptase(Invitrogen社製)を逆転写酵素として用い、Oligo(dT)12−18をプライマーとして用い、First Strand cDNAを合成した。
<Preparation of probe expression vector for microscopic analysis>
(1) Subcloning of stalk site cDNA into plasmid -Preparation of stalk site cDNA-
CDNA corresponding to the stalk site of Human Cytoplasmic Dynein (the 9350th to 10369th base sequence portion of the DNA sequence reported as Genebank Accession No. AB002323: 1019 bases) was isolated from SK-N-MC cells (human neuroblastoma). From the total RNA of (derived cell line), it was prepared by RT-PCR method.
The total RNA of the SK-N-MC cells was extracted from 1 × 10 7 cells using TRIzol reagent (manufactured by Invitrogen).
The RT-PCR method used SuperScript II Reverse Transcriptase (manufactured by Invitrogen) as a reverse transcriptase and Oligo (dT) 12-18 as a primer to synthesize First Strand cDNA.

前記First Strand cDNAをテンプレートとし、耐熱性DNA Polymeraseとして、KOD plus DNA Polymerase(東洋紡社製)、Forwardプライマー(配列番号1:5´−GCGAATTCATGGCCATCACCCCTC−3´)、Reverseプライマー(配列番号2:5´−GCATCTCGAGGAGACAGTCCCCAGC−3´)をそれぞれ用いてPCRを行った。
得られたPCR産物が、ストーク部位に相当するcDNAであることを確認するため、シークエンサー(ABI PRISM 3100−Avant Genetic Analyzer、アプライドバイオシステムズ社製)を用いて配列を解析したところ、得られたcDNAは、前記Genebank Accession No.AB002323のDNA配列と完全一致していることが確認された。
Using the First Strand cDNA as a template, as thermostable DNA Polymerase, KOD plus DNA Polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), Forward primer (SEQ ID NO: 5′-GCGAATTCATGCGCCATACCCCTCTC-3 ′), Reverse primer (SEQ ID NO: 5′-) PCR was performed using GCATCTCGAGGAGAGAGCTCCCAGC-3 ′).
In order to confirm that the obtained PCR product was a cDNA corresponding to a stalk site, the sequence was analyzed using a sequencer (ABI PRISM 3100-Avant Genetic Analyzer, Applied Biosystems). The above-mentioned Genebank Accession No. It was confirmed that the DNA sequence of AB002323 was completely identical.

−プラスミドへのサブクローニング−
前記顕微鏡解析用プローブは、Glutathione−S−Transferase(GST)のC末端に融合させて発現させるために、GST融合タンパク質発現用ベクターpGEX−6P−1(アマシャム社製)のGSTのcDNAの下流に存在するマルチクローニングサイト内に、GSTのcDNAと前記顕微鏡解析用プローブのcDNAの読み枠が合致するように構築するため、pGEX−6P−1の前記マルチクローニングサイト内のEcoRIサイトとXhoIサイトの間に、前記ストーク部位に相当するcDNAを挿入した。
-Subcloning into plasmid-
The probe for microscopic analysis is expressed downstream of GST cDNA of GST fusion protein expression vector pGEX-6P-1 (Amersham) for fusion expression to the C-terminus of Glutathione-S-Transferase (GST). In order to construct the GST cDNA and the microscopic analysis probe cDNA so that their reading frames match within the existing multicloning site, between the EcoRI site and the XhoI site in the multicloning site of pGEX-6P-1. Then, cDNA corresponding to the stalk site was inserted.

(2)蛍光タンパク質EGFPのcDNAの挿入
前記pGEX−6P−1にサブクローニングした前記ストーク部位に相当するcDNAから、逆平行コイルドコイル領域にはさまれた微小管結合部位を除去し、ここに蛍光タンパク質EGFPのcDNAを下記の方法により挿入した。
(2) Insertion of fluorescent protein EGFP cDNA From the cDNA corresponding to the stalk site subcloned into pGEX-6P-1, a microtubule binding site sandwiched between antiparallel coiled coil regions was removed, and the fluorescent protein EGFP Was inserted by the following method.

前記ストーク部位に相当するcDNAの、前記Genebank Accession No.AB002323の配列において9707から9712番目に相当する配列と、10070から10075番目に相当する配列をAor13HIサイトとなるようにQuickChange Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene社製)を用いて部位特異的遺伝子変異を行った。変異導入に用いたプライマーの配列を以下に示す。
(配列番号3)
5´−CAAAGAAGATCTTGATAAGGTGGAACCTGGGTCCGGACCCCTACGCAATGAGCTGCAGAAGCTGG−3´
(配列番号4)
5´−CCAGCTTCTGCAGCTCATTGCGTAGGGGTCCGGACCCAGGTTCCACCTTATCAAGATCTTCTTTG−3´
The cDNA corresponding to the stalk site of the Genebank Accession No. In the sequence of AB002323, site-specific gene mutation was performed using QuickChange Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by Stratagene) so that the sequence corresponding to positions 9707 to 9712 in the sequence of AB002323 and the sequence corresponding to positions 100070 to 10075 become Aor13HI sites. It was. The sequence of the primer used for mutagenesis is shown below.
(SEQ ID NO: 3)
5'-CAAAGAAGATCTTGATAAGGGTGACACCTGGGTCCGGACCCTACCGCAATGAGCTGCAGAAGCTGG-3 '
(SEQ ID NO: 4)
5'-CCAGCTTCTGCAGCCTCATTGCGTAGGGGTCCGGACCCAGGTCCACCTTTACAAGATCTTTCTTTG-3 '

両端にAor13HIサイトを持つEGFPのcDNAは、pEGFP−C1(クロンテック社製)をテンプレートとして用い、耐熱性DNA PolymeraseとしてKOD plus DNA Polymerase(東洋紡社製)を用い、Forwardプライマー(配列番号5:5´−GTCAACTAGTGTGAGCAAGGGCGAGG−3´)、Reverseプライマー(配列番号6:5´−CAGTACTAGTCCCCTTGTACAGCTCGTCC−3´)を用い、PCR法により合成した。得られた両端にAor13HIサイトを持つEGFPのcDNAを、前記ストーク部位の除去した領域に、読み枠が合致するように挿入した。   The EGFP cDNA having Aor13HI sites at both ends uses pEGFP-C1 (manufactured by Clontech) as a template, KOD plus DNA Polymerase (manufactured by Toyobo) as a thermostable DNA Polymerase, and Forward primer (SEQ ID NO: 5 ' -GTCAACTAGTGGAGCAAGGGCGAGG-3 ') and a reverse primer (SEQ ID NO: 6: 5'-CAGTACTAGTCCCCTTGTACAGCTCGTCC-3') were used for synthesis. The obtained EGFP cDNA having Aor13HI sites at both ends was inserted into the region where the stalk site was removed so that the reading frame would match.

さらに、前記EGFPの2量体化(Zacharias DA., Science 2002,296:913−916)を防ぐために、QuickChange Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene社製)を用い、プライマー(配列番号7:5´−CTGAGCACCCAGTCCAAGCTGAGCAAAGACCCC−3´、及び配列番号8:5´−GGGGTCTTTGCTCAGCTTGGACTGGGTGCTCAG−3´)を用いてA206K変異を導入した。   Further, in order to prevent the dimerization of EGFP (Zacharias DA., Science 2002, 296: 913-916), QuickChange Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by Stratagene) was used and a primer (SEQ ID NO: 7: 5′- A206K mutation was introduced using CTGAGCACCCATCTCAGCGGAGCAAAGACCCC-3 ′ and SEQ ID NO: 8′—GGGGTCTTTGCTCAGCCTGGACTGGGGTCTCAG-3 ′).

(3)ScFvのcDNAの挿入
−パニング法によるScFv発現ファージのクローニング−
(i)抗原作成
合成FLAGペプチド(配列番号9:DYKDDDDKGC、MW:1174.18、Sigma社製)と、BSA(Sigma社製)とを、架橋剤MBS(Sigma社製)を用いてコンジュゲートを作成した。
(3) Insertion of ScFv cDNA-Cloning of ScFv-expressing phage by panning method-
(I) Antigen preparation Synthetic FLAG peptide (SEQ ID NO: 9: DYKDDDDKGC, MW: 1174.18, manufactured by Sigma) and BSA (manufactured by Sigma) are combined with a crosslinker MBS (manufactured by Sigma). Created.

(ii)マウス免疫
前記(i)で調製した抗原(FLAG−BSA)溶液2mg/mLと、Freund Complete Adjuvantとを1:1で混合したものをマウス腹腔内に投与し、2週間後、前記抗原溶液2mg/mLとIncomplete Adjuvantとを1:1で混合したものを同様に投与した。さらに1週間後、マウスから採血しFLAG−BSAを抗原としてELISA法により抗体価を測定した。
(Ii) Mouse immunization A mixture of the antigen (FLAG-BSA) solution 2 mg / mL prepared in (i) above and Freund Complete Adjuvant was administered intraperitoneally to the mouse, and two weeks later, the antigen A mixture of 2 mg / mL of the solution and Incomplete Adjuvant 1: 1 was administered in the same manner. One week later, blood was collected from the mice, and the antibody titer was measured by ELISA using FLAG-BSA as an antigen.

(iii)免疫マウスからのmRNAの抽出
前記(ii)の結果、抗体価の上昇が見られたマウスから脾臓を摘出し、TRIzol試薬(Invitrogen社製)を用い、摘出した脾臓からTotal RNAを抽出し、Oligotex−dT30−super(宝酒造社製)を用いてmRNAを抽出した。
(Iii) Extraction of mRNA from immunized mouse As a result of (ii), the spleen was extracted from the mouse in which the antibody titer was increased, and the total RNA was extracted from the extracted spleen using TRIzol reagent (Invitrogen). Then, mRNA was extracted using Oligotex-dT30-super (Takara Shuzo).

(iv)抗体cDNAの合成
前記(iii)で得たmRNAからcDNAを合成し、これをテンプレートとし、PCR法により抗体重鎖cDNA、及び抗体軽鎖cDNAを得た。
なお、ScFvの合成は、Recombinant Phage Antibody System(アマシャム社製、以下「RPAS」と表す)を用いて行った。プライマーとしては、Heavy Primer1&2、及びLight Primer Mixを用い、耐熱性DNA PolymeraseとしてAmpliTaq(Applied Biosystems社製)を使用した。
(Iv) Synthesis of antibody cDNA cDNA was synthesized from the mRNA obtained in (iii) above, and this was used as a template to obtain antibody heavy chain cDNA and antibody light chain cDNA by PCR.
In addition, the synthesis of ScFv was performed using a Recombinant Page Antibody System (manufactured by Amersham, hereinafter referred to as “RPAS”). As primers, Heavy Primer 1 & 2 and Light Primer Mix were used, and AmpliTaq (manufactured by Applied Biosystems) was used as thermostable DNA Polymerase.

(v)リンカーの挿入(ScFvのcDNA合成)
前記(iv)で得られた抗体重鎖cDNA、及び抗体軽鎖cDNAを、前記RPASのLinker−Primer Mixを用いて混合し、AmpliTaqを使用して7サイクルのみPCRを行った。得られたPCR産物を、前記RPASのSephacryl S−400 HR Spun−Columnを使用して精製し、ScFvのcDNAを得た。
(V) Insertion of linker (ScFv cDNA synthesis)
The antibody heavy chain cDNA and antibody light chain cDNA obtained in (iv) above were mixed using the RPAS Linker-Primer Mix, and PCR was performed for only 7 cycles using AmpliTaq. The obtained PCR product was purified using the RPAS Sephacryl S-400 HR Spun-Column to obtain ScFv cDNA.

(vi)ScFvのcDNAへのSfiIサイト及びNotIサイト付加
前記(v)で得られたScFvを、前記RPASのRS Primer Mixをプライマーとして、AmpliTaqを用いてPCRを行った。得られたPCR産物を、SfiI、及びNotIで切断した後、前記RPASのSephacryl S−400 HR Spin−Columnを使用して精製した。
(Vi) Addition of SfiI site and NotI site to cDNA of ScFv The ScFv obtained in (v) above was subjected to PCR using AmpliTaq using RS Primer Mix of RPAS as a primer. The obtained PCR product was cleaved with SfiI and NotI, and then purified using the RPAS Sephacryl S-400 HR Spin-Column.

(vii)pCANTAB 5Eへのサブクローニング(ScFv発現ライブラリーの作成)
前記(vi)で得られたSfiIサイト及びNotIサイトを持つScFvのcDNAを、pCANTAB 5EのSfiIサイト及びNotIサイトにサブクローニングした。
得られたpCANTAB 5E−ScFvベクターを用い、大腸菌(JM109)を形質転換し、LBプレート上で培養した後、プラスミドを回収し、ScFv発現ライブラリーとした。
(Vii) Subcloning into pCANTAB 5E (creation of ScFv expression library)
The ScFv cDNA having the SfiI site and NotI site obtained in (vi) was subcloned into the SfiI site and NotI site of pCANTAB 5E.
Escherichia coli (JM109) was transformed with the obtained pCANTAB 5E-ScFv vector and cultured on an LB plate, and then the plasmid was recovered and used as an ScFv expression library.

(viii)ScFv発現ファージライブラリーの作製
前記(vii)で得られたScFv発現ライブラリーを用い、大腸菌(TG−1)を形質転換した。該大腸菌にヘルパーファージM13KO7を感染させ、ファージ粒子1×1011個のScFv発現ファージライブラリーを得た。
(Viii) Preparation of ScFv expression phage library Escherichia coli (TG-1) was transformed using the ScFv expression library obtained in (vii). The Escherichia coli was infected with helper phage M13KO7 to obtain a ScFv-expressing phage library having 1 × 10 11 phage particles.

(ix)パニング法による抗原特異的ScFv発現ファージのクローニング
3cm径のプラスティックディッシュに、20gの抗原(FLAG−BSA)を吸着固定し、BSA(又はカゼイン)でブロッキング操作を行った後、前記(viii)で得たScFv発現ファージライブラリーを加えて反応させた。その後、Tween20を含むPBS溶液(pH7.4)でプレートを洗浄した後、0.1Mグリシン塩酸緩衝液(pH2.2)を加え、ディッシュに結合したファージを溶出した。ファージ溶出後は、速やかに1MTris−HCl(pH9.1)を用いて中和した。
回収されたファージを大腸菌(TG−1)に感染させ、該大腸菌を増殖させた後、ヘルパーファージM13KO7を感染させ、再度ScFv発現ファージを回収し、これを二次ライブラリーとした。得られた二次ライブラリーを用い、上記の操作(パニング操作)をさらに2回繰り返して行い、抗原特異的ScFv発現ファージを濃縮した。
濃縮された抗原特異的ScFv発現ファージを大腸菌(TG−1)に感染させてクローン化したファージを得た。得られたファージクローンは、ELISA法によって抗体価を確認した。
(Ix) Cloning of antigen-specific ScFv-expressing phage by panning method After adsorbing and fixing 20 g of antigen (FLAG-BSA) to a 3 cm diameter plastic dish and blocking with BSA (or casein), (viii The ScFv expression phage library obtained in (1) was added and reacted. Thereafter, the plate was washed with a PBS solution (pH 7.4) containing Tween 20, and 0.1 M glycine hydrochloride buffer (pH 2.2) was added to elute the phage bound to the dish. Immediately after the phage elution, neutralization was performed using 1M Tris-HCl (pH 9.1).
The recovered phages were infected with E. coli (TG-1), and the E. coli was propagated, then infected with helper phage M13KO7, and ScFv-expressing phages were again recovered and used as a secondary library. Using the obtained secondary library, the above operation (panning operation) was further repeated twice to concentrate antigen-specific ScFv expression phage.
E. coli (TG-1) was infected with the concentrated antigen-specific ScFv expression phage to obtain a cloned phage. The obtained phage clones were confirmed for antibody titers by ELISA.

別途、前記パニング法を用いてScFv発現ファージライブラリーから抗原特異性を持つScFv発現ファージクローンをクローニングしておき、該抗原特異的ScFv発現ファージクローンからScFv発現用ベクター(pCANTAB 5E)をレスキューした。
得られた前記pCANTAB 5Eをテンプレートとし、耐熱性DNA PolymeraseとしてKOD plus DNA Polymerase(東洋紡社製)を用い、Forwardプライマー(配列番号10:5´−GACTGCGGCCGCGTGCTGTTGTGACTCAGGAATCTGC−3´)、及びReverseプライマー(配列番号11:5´−CGATGCGGCCGCTGAGGAGACGGTGACCGTGGTCCCTG−3´)を用いてPCRを行い、両端にNotIサイトを持つScFvのcDNAを合成した。
得られたScFvのcDNAを、pGEX−6P−1MCS内のNotIサイトにC末端に順向きに読み枠が合致するように挿入し、前記顕微鏡解析用プローブ発現用ベクター(pGEX−SMP)を得た。模式図を図1に示す。
Separately, an ScFv-expressing phage clone having antigen specificity was cloned from the ScFv-expressing phage library using the panning method, and a ScFv expression vector (pCANTAB 5E) was rescued from the antigen-specific ScFv-expressing phage clone.
Using the obtained pCANTAB 5E as a template, KOD plus DNA Polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) as heat-resistant DNA Polymerase, Forward primer (SEQ ID NO: 10: 5′-GACTGCCGCGCGCGTGTGTCTGGATCGAGATCTGC-3se) : 5'-CGATGCCGCCGCTGGAGAGACGGTGACCGTGGTCCCTG-3 ') to synthesize ScFv cDNA having NotI sites at both ends.
The obtained ScFv cDNA was inserted into the NotI site in pGEX-6P-1MCS in such a way that the reading frame matched forward with the C-terminus, and the above-mentioned probe expression vector for microscopic analysis (pGEX-SMP) was obtained. . A schematic diagram is shown in FIG.

<顕微鏡解析用プローブの調製>
(1)pGEX−SMPの導入
前記顕微鏡解析用プローブの発現用細胞として、大腸菌BL21 CodonPlus(DE3)RILを用い、前記顕微鏡解析用プローブ発現用ベクター(pGEX−SMP)で形質転換した。LBG−amp(2%グルコースを含む)プレート上から数クローンを拾って15ml程度の培地で培養し、得られた大腸菌からタンパク質を抽出し、SDS−PAGEを行って、IPTGによる発現誘導が正常に確認できるクローンを選択し、形質転換体とした。
<Preparation of probe for microscopic analysis>
(1) Introduction of pGEX-SMP Escherichia coli BL21 CodonPlus (DE3) RIL was used as the cell for expression of the probe for microscopic analysis, and transformed with the probe expression vector for microscopic analysis (pGEX-SMP). Several clones were picked up from the LBG-amp (containing 2% glucose) plate, cultured in about 15 ml of medium, protein was extracted from the obtained E. coli, SDS-PAGE was performed, and expression induction by IPTG was normal. A clone that can be confirmed was selected and used as a transformant.

(2)形質転換体の大量培養
前記(1)で得た形質転換体の大腸菌培養液10mLを、1000mLの2×YTG(2%グルコースを含む)に接種し、25℃で2時間培養した後、発現誘導を行うために最終濃度0.5mM IPTG(Sigma社製)を加え、さらに1時間培養した後に、4℃、7700×Gで遠心し、大腸菌を回収した。
(2) Mass culture of transformant After inoculating 10 mL of E. coli culture solution of the transformant obtained in (1) above into 1000 mL of 2 × YTG (containing 2% glucose) and culturing at 25 ° C. for 2 hours In order to induce expression, a final concentration of 0.5 mM IPTG (manufactured by Sigma) was added, and further cultured for 1 hour, followed by centrifugation at 4700C and 7700 × G to collect E. coli.

(3)細胞抽出液の調製
前記(2)で回収された大腸菌のペレットに、50mLの氷冷1×PBS(プロテアーゼ阻害剤として、ロシュ社製Complete−EDTA Free tabletを含む)を加え、ピペッティングにより前記ペレットを完全に懸濁した後、超音波処理装置により細胞を破壊して、細胞抽出液を得た。なお、超音波処理は、熱の発生を抑えるために氷上で数回に分けて行った。4℃、12000×Gで遠心し、上清(細胞抽出液)を新しい容器に移した。
(3) Preparation of cell extract 50 mL of ice-cold 1 × PBS (including Roche Complete-EDTA Free table) as a protease inhibitor was added to the E. coli pellet recovered in (2) above, and pipetting was performed. Then, the pellet was completely suspended, and the cells were disrupted by an ultrasonic treatment device to obtain a cell extract. The ultrasonic treatment was performed several times on ice in order to suppress the generation of heat. Centrifugation was performed at 4 ° C. and 12,000 × G, and the supernatant (cell extract) was transferred to a new container.

(4)顕微鏡解析用プローブの精製
GSTrapFF 1mLカラムを高速液体クロマトグラフィーシステム(AKTAexplorer10S、アマシャム・バイオサイエンス社製)に接続し、5mLの結合緩衝液(1×PBS)で前記カラムを平衡化した後、前記(3)で得た細胞抽出液50mLを前記カラムに添加し、10mLの前記結合緩衝液で前記カラムの洗浄を行った。
続いて、10mLのPreScission切断緩衝液(50mM Tris−HCl、150mM NaCl、1mM EDTA、1mM DTT、pH7.0)で前記カラムの洗浄を行った。
80μLのPreScission Proteaseと、920μLのPreScission切断緩衝液との混合液を調製し、前記カラムに添加した後、該カラムを密閉して12時間静置した。
(4) Purification of probe for microscopic analysis After connecting a GSTrapFF 1 mL column to a high-performance liquid chromatography system (AKTA explorer 10S, Amersham Biosciences) and equilibrating the column with 5 mL of a binding buffer (1 × PBS) Then, 50 mL of the cell extract obtained in (3) above was added to the column, and the column was washed with 10 mL of the binding buffer.
Subsequently, the column was washed with 10 mL of PreScission cleavage buffer (50 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, pH 7.0).
A mixture of 80 μL of PreScission Protease and 920 μL of PreScission cleavage buffer was prepared and added to the column, and then the column was sealed and allowed to stand for 12 hours.

前記カラムの終端にさらにもう一つの平衡化済みGSTrapFF 1mLカラムを接続し、切断されたGSTタグ、及び未消化のGST融合タンパク質(顕微鏡解析用プローブ)を吸着除去するフィルターとした。PreScission Protease消化処理後、15mLのPreScission切断緩衝液でGSTタグが切断されたタンパク質(顕微鏡解析用プローブ)を溶出させた。溶出液は0.5mLずつの画分として分取し、OD280が最も高い値を示した3つの画分をSDS−PAGEにかけ、単一タンパク質分子が、単一のバンドとして検出されることを確認し、本発明の顕微鏡解析用プローブを得た。得られた前記顕微鏡解析用プローブの概略図を、図2に示す。   Further, another equilibrated GSTrapFF 1 mL column was connected to the end of the column to make a filter for adsorbing and removing the cleaved GST tag and undigested GST fusion protein (probe for microscopic analysis). After digestion treatment with PreScission Protease, the protein (probe for microscopic analysis) whose GST tag was cleaved was eluted with 15 mL of PreScission cleavage buffer. The eluate was collected as 0.5 mL fractions, and the three fractions with the highest OD280 values were subjected to SDS-PAGE to confirm that a single protein molecule was detected as a single band. Thus, the probe for microscopic analysis of the present invention was obtained. A schematic diagram of the obtained probe for microscopic analysis is shown in FIG.

実施例1から、単一分子からなる前記顕微鏡解析用プローブを効率よく調製できることがわかった。
なお、前記標的分子として他の抗原を選択した場合においても、上記の方法により、所望の前記顕微鏡解析用プローブを作製することができる。
From Example 1, it was found that the probe for microscopic analysis composed of a single molecule can be efficiently prepared.
Even when another antigen is selected as the target molecule, the desired probe for microscopic analysis can be prepared by the above method.

(実施例2)
前記顕微鏡解析対象としてミオシンを選択し、ミオシン中の特定領域を解析可能な前記ミオシンと一体の前記顕微鏡解析用プローブ、及びこれを得るための前記顕微鏡解析用プローブ発現用ベクターを調製した。
なお、実施例2の前記顕微鏡解析用プローブは、前記接触端となる領域と連結してミオシンのcDNAを挿入してなる前記顕微鏡解析用プローブ発現用ベクターを調製し、該ベクターを、ミオシン重鎖遺伝子ノックアウト株(細胞性粘菌Dictyostelium discoideum)に導入して発現した以外は、実施例1と同様にして調製した。
(Example 2)
Myosin was selected as the microscope analysis target, and the microscope analysis probe integrated with the myosin capable of analyzing a specific region in myosin, and the microscope analysis probe expression vector for obtaining the probe were prepared.
The microscopic analysis probe of Example 2 was prepared by preparing the microscopic analysis probe expression vector obtained by inserting the myosin cDNA into the contact end region and using the myosin heavy chain as the vector. It was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was introduced into a gene knockout strain (cellular slime mold Dictyosterium discoideum ) and expressed.

(1)ミオシンcDNAの挿入
前記顕微鏡解析用プローブの前記棒状構造及び前記標識部のcDNAを含むプラスミドをテンプレートとして、プライマー(配列番号12:5´-TCATGATGCAAACCTGTTCCACGAGAAGCG−3´、及び配列番号13:5´−CCATGGAGACAGTCCCCAGCAATGG−3´)を用い、LA−Taq(タカラバイオ社製)によりPCRを行い、端部にそれぞれBspHIサイトとNcoIサイトとを付加し、これをpGEM−T easyベクター(Promega社製)に挿入した。配列を、シークエンサー(ABI3200 Genetic Analyzer、アプライドバイオシステムズ社製)により確認した後、前記棒状構造及び前記標識部のcDNAを含む配列をBspHIとNcoIとで切り出した。
(1) Insertion of myosin cDNA Primer (SEQ ID NO: 12: 5′-TCATGATGCAAAACCGTTTCCACGAGAAGCG-3 ′ and SEQ ID NO: 13: 5 ′) using as a template a plasmid containing the rod-like structure of the microscope analysis probe and the labeled portion cDNA. -CCATGGAGACAGTCCCCCAGCAATGG-3 '), PCR was performed with LA-Taq (manufactured by Takara Bio Inc.), and BspHI site and NcoI site were added to the ends, respectively, and this was added to pGEM-T easy vector (Promega). Inserted. After confirming the sequence with a sequencer (ABI3200 Genetic Analyzer, Applied Biosystems), the sequence containing the rod-shaped structure and the cDNA of the labeling portion was excised with BspHI and NcoI.

一方、pTIKLMyD△Bを、BspHI及びアルカリフォスファターゼで処理し、前記棒状構造及び前記標識部のcDNAを含む配列を挿入した。なお、前記pTIKLMyD△Bは、pTIKLMyD(Liu et al., 1998))中の3つのBspHI部位のうち、pBluescriptに由来するベクターバックボーンにある2つを、部位特異的変異処理により取り除き、ミオシン重鎖遺伝子の5´付近にあるBspHI部位がユニークとなったものである。
挿入したcDNAは両方向に挿入され得るが、BspHIサイトが5´側で、NcoIサイトが3´側に挿入されたものを、制限酵素切断パターンにより選択した。この結果、ミオシン重鎖のN末端(アミノ酸配列「MNPIHDRT…」の「HD」の部位)に、前記cDNAが挿入されたプラスミド(pTIKLprobeMyo)を得た。
On the other hand, pTIKLMyDΔB was treated with BspHI and alkaline phosphatase, and the sequence containing the rod-shaped structure and the cDNA of the labeling portion was inserted. The pTIKLMyDΔB is a myosin heavy chain obtained by removing two of the three BspHI sites in pTIKLMyD (Liu et al., 1998) in the vector backbone derived from pBluescript by site-directed mutagenesis. The BspHI site near 5 ′ of the gene is unique.
The inserted cDNA can be inserted in both directions, but the one with the BspHI site inserted on the 5 ′ side and the NcoI site inserted on the 3 ′ side was selected based on the restriction enzyme cleavage pattern. As a result, a plasmid (pTIKLprobeMyo) was obtained in which the cDNA was inserted into the N-terminus of the myosin heavy chain (the site of “HD” in the amino acid sequence “MNPIHDRT...”).

(2)顕微鏡解析用プローブの精製
細胞性粘菌 Dictyostelium discoideumのミオシン重鎖遺伝子ノックアウト株HS1(Ruppel et al., 1994)を、電気穿孔法(Egelhoff et al., 1991)により前記pTIKLprobeMyoを導入して形質転換し、12μg/mL G418(BIBCO BRL社製)と、ペニシリン及びストレプトマイシンを含むHL5培地(Sussman, 1987)で培養し、形質転換体を選択した。得られた形質転換体を30cm角のプラスチックシャーレ12枚を用い、21℃で培養した。
(2) Purification of probe for microscopic analysis The myosin heavy chain gene knockout strain HS1 (Ruppel et al., 1994) of the cellular slime mold Dictyostelium discoideum was introduced by the electroporation method (Egelhoff et al., 1991) and the above pTIKLprobeMyo. Then, the cells were cultured in 12 μg / mL G418 (manufactured by BIBCO BRL) and HL5 medium (Sussman, 1987) containing penicillin and streptomycin, and transformants were selected. The obtained transformant was cultured at 21 ° C. using 12 pieces of 30 cm square plastic petri dishes.

前記形質転換細胞からのミオシンの精製は、Ruppelらの方法(Ruppel et al., 1994)の変法により行い、すべての操作は0〜5℃の温度条件下で行った。
前記形質転換体を10mM Trisバッファー(pH7.4)中に回収し、低速遠心(2000rpm、2分間)により集菌した。これを同じ前記Trisバッファーに再度懸濁し、再度遠心を2回行い、培地を除去した。
得られた菌体1gに対し、4mLの溶菌バッファー(25mM Hepes pH8.0、50mM NaCl、2mM EDTA、1mM DTT)を加えて懸濁した。さらに1%Triton X−100、及びタンパク質分解酵素阻害剤(PMSF、TPCK、TLCK、benzamidine、及びleupeptin)を含む溶菌バッファーを、菌体1gあたり5mL加え、氷上で5分間静置した。
これを18,000rpmで30分間遠心して上澄を捨て、得られた菌体を1gあたり2mLのバッファー(10mM Hepes、pH7.4、150mM NaCl、2mM EDTA、1mM DTT)に懸濁した。
これを18,000rpmで20分間遠心し、上澄を捨て、得られた菌体を1gあたり2mLのバッファー(10mM Hepes、300mM NaCl、5mM MgCl、4mM ATP、1mM DTT)に懸濁した後、直ちに55,000rpmで15分間遠心した。
得られた上澄に、5μg/mL RNase Aを加え、バッファー(10mM Pipes pH6.8、40mM NaCl、10mM MgCl、0.1mM DTT)に対して一晩透析した。生成した沈殿を18,000rpmで30分間遠心して回収し、これをバッファー(10mM Hepes pH7.4、200mM NaCl、3mM MgCl2、2mM ATP、1mM DTT)中にホモジェナイズした。直ちに55,000rpmで10分間遠心して不溶性分画を取り除き、顕微鏡解析用プローブ分画とした。
得られた分画の純度をSDS−PAGEにより検定した結果、約90%であった。
前記顕微鏡解析用プローブの濃度は、Advanced Protein Assay Reagent(Cytoskeleton社製)により測定したところ、〜10mg/mLであった。
The purification of myosin from the transformed cells was performed by a modification of the method of Ruppel et al. (Ruppel et al., 1994), and all operations were performed at a temperature of 0 to 5 ° C.
The transformant was recovered in 10 mM Tris buffer (pH 7.4) and collected by low-speed centrifugation (2000 rpm, 2 minutes). This was resuspended in the same Tris buffer and centrifuged twice to remove the medium.
To 1 g of the obtained cells, 4 mL of lysis buffer (25 mM Hepes pH 8.0, 50 mM NaCl, 2 mM EDTA, 1 mM DTT) was added and suspended. Furthermore, 5 mL of a lysis buffer containing 1% Triton X-100 and a proteolytic enzyme inhibitor (PMSF, TPCK, TLCK, benzamidine, and leupeptin) was added per 1 g of the microbial cells and allowed to stand on ice for 5 minutes.
This was centrifuged at 18,000 rpm for 30 minutes, the supernatant was discarded, and the obtained cells were suspended in 2 mL of buffer (10 mM Hepes, pH 7.4, 150 mM NaCl, 2 mM EDTA, 1 mM DTT) per 1 g.
This was centrifuged at 18,000 rpm for 20 minutes, the supernatant was discarded, and the resulting cells were suspended in 2 mL of buffer (10 mM Hepes, 300 mM NaCl, 5 mM MgCl 2 , 4 mM ATP, 1 mM DTT) per gram, Immediately, the mixture was centrifuged at 55,000 rpm for 15 minutes.
To the resulting supernatant, 5 μg / mL RNase A was added and dialyzed overnight against buffer (10 mM Pipes pH 6.8, 40 mM NaCl, 10 mM MgCl 2 , 0.1 mM DTT). The resulting precipitate was collected by centrifugation at 18,000 rpm for 30 minutes, and this was homogenized in a buffer (10 mM Hepes pH 7.4, 200 mM NaCl, 3 mM MgCl2, 2 mM ATP, 1 mM DTT). Immediately after centrifugation at 55,000 rpm for 10 minutes, the insoluble fraction was removed to obtain a probe fraction for microscopic analysis.
The purity of the obtained fraction was assayed by SDS-PAGE and found to be about 90%.
The concentration of the probe for microscopic analysis was 10 mg / mL as measured by Advanced Protein Assay Reagent (manufactured by Cytoskeleton).

(3)運動アッセイ
前記(2)で得たミオシンと一体の前記顕微鏡解析用プローブを、1mg/mL F−アクチン、4mM ATP、10mM imidazole(pH7.4)、250mM KCl、4mM MgCl、1mM DTTを用いて1/5に希釈した後、直ちに68,000rpmで6分間遠心し、ATP存在下でもF−アクチンと解離しない分子を除去した後、アクチン滑り運動型の運動アッセイに供した。
前記運動アッセイは、Uyedaらの方法(Uyeda et al., 1996)に従って行った。前記運動アッセイは、0.1mg/mLグルコースオキシダーゼ、0.02mg/mLカタラーゼ、3mg/mLグルコースを含む10mM imidazole(pH7.4)、25mM KCl、4mM MgCl2、1mM ATP、1mM DTTからなる緩衝液を用い、25度の温度条件下で行った。
(3) Exercise assay The probe for microscopic analysis integrated with myosin obtained in (2) above was used as 1 mg / mL F-actin, 4 mM ATP, 10 mM imidazole (pH 7.4), 250 mM KCl, 4 mM MgCl 2 , 1 mM DTT. Then, the mixture was immediately centrifuged at 68,000 rpm for 6 minutes to remove molecules that did not dissociate from F-actin even in the presence of ATP, and then subjected to an actin sliding movement type movement assay.
The motility assay was performed according to the method of Uyeda et al. (Uyeda et al., 1996). The motility assay comprises a buffer consisting of 0.1 mg / mL glucose oxidase, 0.02 mg / mL catalase, 3 mg / mL glucose containing 10 mM imidazole (pH 7.4), 25 mM KCl, 4 mM MgCl2, 1 mM ATP, 1 mM DTT. Used and performed under temperature conditions of 25 degrees.

前記運動アッセイにおいては、前記顕微鏡解析用プローブと一体に発現してなるミオシンを敷いたカバーガラス上のF−アクチンは、野生型のミオシンを用いた場合と大きく異ならない速度で正常な滑り運動を起こした。このことから、前記棒状構造を付加したことにより、解析対象であるミオシンの機能への影響は小さく、本発明の顕微鏡解析用プローブは、機能状態のタンパク質の解析に好適であることが明らかになった。   In the kinematic assay, F-actin on the cover glass covered with myosin expressed integrally with the probe for microscopic analysis exhibits normal sliding movement at a speed not greatly different from that when wild type myosin is used. I woke up. From this, it has been clarified that the addition of the rod-shaped structure has a small influence on the function of myosin, which is the object of analysis, and the probe for microscopic analysis of the present invention is suitable for the analysis of functional proteins. It was.

(実施例3)
実施例2で調製した前記顕微鏡解析用プローブ付きのミオシンを、以下の方法により、透過型電子顕微鏡により観察した。
前記顕微鏡解析用プローブ付きのミオシン10mg/mlを、0.4M酢酸アンモニウム、40%グリセロール溶液に添加して十分に混合し、15μg/mLの希釈液を調製した。得られた希釈液5μLをプラスチックピペットチップに吸引し、そのまま噴霧式ペイントブラシ(スプレイ・ガン)の先端に開けた小孔に挿入した。
前記ペイントブラシの前方30cmに、標的とするスライドグラスを置き、その中央に、劈開した新鮮な面を前に向けて両面テープでマイカ小片を貼りつけたものを用意し、ここに前記ペイントブラシのチューブを窒素ボンベに連結し、前記顕微鏡解析用プローブ付きのミオシン希釈液を一気に噴霧した。
(Example 3)
The myosin with a probe for microscopic analysis prepared in Example 2 was observed with a transmission electron microscope by the following method.
10 mg / ml of myosin with a probe for microscopic analysis was added to 0.4 M ammonium acetate / 40% glycerol solution and mixed well to prepare a diluted solution of 15 μg / mL. The obtained diluted solution (5 μL) was sucked into a plastic pipette tip, and directly inserted into a small hole opened at the tip of a spray paint brush (spray gun).
Place a target slide glass 30 cm in front of the paint brush, and prepare a piece of mica with a double-sided tape with a fresh cleaved surface facing forward in the center of the paint brush. The tube was connected to a nitrogen cylinder, and the myosin dilution with the microscope analysis probe was sprayed at once.

前記スライドガラスを、マイカ表面の微小な水滴の分布を実体顕微鏡で確認した後、フリーズ・エッチング装置(Balzers 300型)に挿入し、真空度が上昇するのを待った。1〜2時間後、10度の高さから白金/カーボンの回転シャドウィングを施し、さらにその上から純カーボンでコーティングを行った。水面の表面張力を利用してマイカ表面のカーボン膜を剥がし、水面に膜を浮かべた。   After confirming the distribution of fine water droplets on the mica surface with a stereomicroscope, the slide glass was inserted into a freeze etching apparatus (Balzers 300 type) and waited for the vacuum level to rise. After 1-2 hours, platinum / carbon rotary shadowing was applied from a height of 10 ° C., and coating with pure carbon was performed thereon. The carbon film on the mica surface was peeled off using the surface tension of the water surface, and the film was floated on the water surface.

前記カーボン膜を、電子顕微鏡用銅グリッド(#150mesh)で小分けにしてすくい取り、透過型電子顕微鏡(JEM−2000ES)に挿入し、加速電圧80kVにて観察、撮影した。結果を図3に示す。   The carbon film was scooped up with a copper grid for electron microscope (# 150 mesh), inserted into a transmission electron microscope (JEM-2000ES), and observed and photographed at an acceleration voltage of 80 kV. The results are shown in FIG.

図3に示したとおり、ミオシン頭部の球状部分が一体となった実施例2の顕微鏡解析用プローブは、該球状部分を2個有するミオシン分子の発現形態に伴い、2個ずつ発現されている。図3で明らかなとおり、本発明の顕微鏡解析用プローブは、十分に細く、またいずれもミオシン頭部の中位付近から生えており、当該顕微鏡解析用プローブが極めて視認性に優れた、そして電子顕微鏡の高分解能を保持できることが明らかとなった。
なお、前記顕微鏡解析用プローブ用発現ベクターの構築において、挿入した前記ミオシン分子のN末端に前記棒状構造のcDNAを連結したため、発現した前記顕微鏡解析用プローブにおける前記棒状構造の端部は、前記ミオシン分子のN末端との接触部を構成し、顕微鏡下において該接触部が視認可能であり、立体構造中における前記ミオシン分子のN末端の位置とその向きが明確に解析できることが明らかになった。また、前記ミオシン分子のN末端の位置は、原子モデル中の当該部位の局在位置とも合致することも確認された。
As shown in FIG. 3, the probe for microscopic analysis of Example 2 in which the spherical portions of the myosin head are integrated is expressed two by two along with the expression form of the myosin molecule having two spherical portions. . As is apparent from FIG. 3, the microscope analysis probe of the present invention is sufficiently thin, and all of them grow from the middle position of the myosin head. It was revealed that the high resolution of the microscope can be maintained.
In the construction of the expression vector for the microscopic analysis probe, the rod-shaped cDNA was linked to the N-terminus of the inserted myosin molecule, so that the end of the rod-shaped structure in the expressed microscopic analysis probe was the myosin. It was clarified that the contact portion with the N-terminus of the molecule was constituted and was visible under a microscope, and the position and orientation of the N-terminus of the myosin molecule in the three-dimensional structure could be clearly analyzed. It was also confirmed that the N-terminal position of the myosin molecule was consistent with the localized position of the site in the atomic model.

(実施例4)
実施例2で作製した前記顕微鏡解析用プローブを、アッセイ溶液(250mM KCl、25mM HEPES、4mM MgCl、1mM DTT)で4μg/mL希釈したものを顕微鏡解析用試料とし、原子間力顕微鏡(型番:NVB500、(株)オリンパス製)を用いて、前記ミオシン分子の挙動を解析した。結果を図4に示す。
Example 4
An atomic force microscope (model number: model number) was prepared by diluting the probe for microscope analysis prepared in Example 2 with an assay solution (250 mM KCl, 25 mM HEPES, 4 mM MgCl 2 , 1 mM DTT) at 4 μg / mL. NVB500 (manufactured by Olympus Corporation) was used to analyze the behavior of the myosin molecule. The results are shown in FIG.

本発明の顕微鏡解析用プローブは、使用する顕微鏡の空間分解能を損なわずに解析対象を標識及び解析することができ、該解析対象の局在、方向(向き)、形状(立体構造)、及び動態を、機能状態において解析可能とするため、各種顕微鏡解析用試料の標識として好適であり、該顕微鏡解析用プローブを用いた本発明の顕微鏡解析方法は、従来の構造解析法の対象とは成り難い生体試料の解析や、経時的な構造変化を伴う試料の解析等に好適である。   The probe for microscopic analysis of the present invention can label and analyze an analysis object without impairing the spatial resolution of the microscope to be used. The localization, direction (orientation), shape (three-dimensional structure), and dynamics of the analysis object Therefore, the microscope analysis method of the present invention using the microscope analysis probe is unlikely to be a target of a conventional structural analysis method. It is suitable for analysis of biological samples, analysis of samples with structural changes over time, and the like.

図1は、実施例1で構築した本発明の顕微鏡解析用プローブ発現用ベクター(pGEX−SMP)を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing the probe expression vector for microscope analysis (pGEX-SMP) of the present invention constructed in Example 1. FIG. 図2(A)は、前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブの接触部との相互作用により検出される外部の検出対象である第一の態様である場合に好適な顕微鏡解析用プローブの模式図(実施例1の顕微鏡解析用プローブ)であり、図2(B)は、前記顕微鏡解析対象が、前記顕微鏡解析用プローブと一体である第二の態様である場合に好適な顕微鏡解析用プローブ(実施例2の顕微鏡解析用プローブ)の模式図である。FIG. 2A shows a microscope analysis probe suitable for the case where the microscope analysis target is the first aspect that is an external detection target detected by interaction with the contact portion of the microscope analysis probe. FIG. 2B is a schematic diagram (probe for microscopic analysis of Example 1), and FIG. 2B is a microscopic analysis suitable for the case where the microscopic analysis target is the second aspect integrated with the microscopic analysis probe. It is a schematic diagram of a probe (probe for microscope analysis of Example 2). 図3は、実施例2で調製した本発明の顕微鏡解析用プローブを、実施例3で観察して得た電子顕微鏡像を示す。左に透過型電子顕微鏡写真を示し、右に左の写真中における顕微鏡解析用プローブの位置を説明する概略図を、その下にミオシン頭部の原子モデル中における当該N末端部位の位置を示した。標識はその位置を正確に指示している。FIG. 3 shows an electron microscope image obtained by observing the probe for microscopic analysis of the present invention prepared in Example 2 in Example 3. A transmission electron micrograph is shown on the left, a schematic diagram explaining the position of the probe for microscopic analysis in the left photo on the right, and the position of the N-terminal site in the atomic model of the myosin head is shown below it. . The sign indicates the exact position. 図4は、実施例2で調製した本発明の顕微鏡解析用プローブの挙動を、原子間力顕微鏡で解析し、約80ミリ秒毎に撮影した動画像から抽出した静止画を時系列で並べた図である。FIG. 4 shows the behavior of the probe for microscopic analysis of the present invention prepared in Example 2, analyzed by an atomic force microscope, and still images extracted from moving images taken every about 80 milliseconds are arranged in time series. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 顕微鏡解析用プローブ
20 棒状構造
21 接触部(接触領域)
22 接触部(接触端)
30 顕微鏡解析対象
40 標識部
10 Probe for microscope analysis 20 Bar-shaped structure 21 Contact part (contact area)
22 Contact part (contact end)
30 Microscope analysis target 40 Labeling part

Claims (19)

棒状構造を有し、該棒状構造が、顕微鏡解析対象の特定部位と接触可能な接触部を有することを特徴とする顕微鏡解析用プローブ。   A probe for microscopic analysis, which has a rod-like structure, and the rod-like structure has a contact portion that can come into contact with a specific portion to be analyzed. 接触部が、棒状構造の一端に配置され、前記棒状構造の他端には標識部が配置されてなる請求項1に記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to claim 1, wherein the contact portion is disposed at one end of the rod-like structure, and a labeling portion is disposed at the other end of the rod-like structure. 少なくとも棒状構造が、タンパク質からなる請求項1から2のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to claim 1, wherein at least the rod-like structure is made of protein. 棒状構造が、逆平行型コイルドコイル構造のタンパク質である請求項3に記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to claim 3, wherein the rod-like structure is a protein having an antiparallel coiled coil structure. 単一分子の組換え融合タンパク質からなる請求項3から4のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to any one of claims 3 to 4, comprising a single molecule recombinant fusion protein. 接触部が、顕微鏡解析対象の特定部位と相互作用可能な物質からなる請求項1から5のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to any one of claims 1 to 5, wherein the contact portion is made of a substance capable of interacting with a specific part to be microscopically analyzed. 相互作用が、抗原抗体反応である請求項6に記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to claim 6, wherein the interaction is an antigen-antibody reaction. 接触部が、顕微鏡解析対象の特定部位と結合した状態で構成される請求項1から5のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to any one of claims 1 to 5, wherein the contact portion is configured in a state of being coupled to a specific part to be microscopically analyzed. 顕微鏡解析対象と一体に発現されてなる請求項8に記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to claim 8, wherein the probe for microscopic analysis is expressed integrally with a target for microscopic analysis. 急速凍結ディープエッチ・レプリカ法、ネガティブ染色法、クライオ・ネガティブ染色法、樹脂包埋切片法、及び氷包埋法から選択される少なくともいずれかによる顕微鏡解析用試料の調製に用いられる請求項1から9のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブ。   The method is used for preparing a sample for microscopic analysis by at least one selected from a quick-frozen deep-etch replica method, a negative staining method, a cryo-negative staining method, a resin-embedded section method, and an ice-embedded method. The probe for microscopic analysis according to any one of 9 above. 蛍光顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡、及び原子間力顕微鏡から選択される少なくともいずれかによる解析に用いられる請求項1から10のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブ。   The probe for microscopic analysis according to any one of claims 1 to 10, which is used for analysis by at least one selected from a fluorescence microscope, a transmission electron microscope, a scanning electron microscope, a scanning probe microscope, and an atomic force microscope. . 請求項3から11のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブをコードする遺伝子を少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析用プローブ発現ベクター。   A probe expression vector for microscopic analysis, comprising at least a gene encoding the probe for microscopic analysis according to any one of claims 3 to 11. 顕微鏡解析対象を発現する細胞に導入されて使用される請求項12に記載の顕微鏡解析用プローブ発現ベクター。   The probe expression vector for microscopic analysis according to claim 12, which is used by being introduced into a cell expressing a target for microscopic analysis. 請求項9から11のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブを発現するベクターであって、顕微鏡解析対象の特定部位及び前記顕微鏡解析用プローブをコードする遺伝子を少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析用プローブ発現ベクター。   A vector for expressing the probe for microscopic analysis according to any one of claims 9 to 11, comprising at least a specific region to be analyzed and a gene encoding the probe for microscopic analysis, Probe expression vector. 顕微鏡解析対象をコードする遺伝子が欠失したノックアウト細胞に導入されて使用される請求項14に記載の顕微鏡解析用プローブ発現ベクター。   The probe expression vector for microscopic analysis according to claim 14, which is used after being introduced into a knockout cell from which a gene encoding a target for microscopic analysis has been deleted. 請求項1から11のいずれかに記載の顕微鏡解析用プローブを含む顕微鏡解析用試料を調製する工程と、該顕微鏡解析用試料中の前記顕微鏡解析用プローブを検出する工程とを少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析方法。   A method for preparing a microscope analysis sample including the probe for microscope analysis according to claim 1, and a step for detecting the probe for microscope analysis in the sample for microscope analysis. Microscopic analysis method. (ベクター使用)
請求項12から15のいずれかに記載の顕微鏡解析用ベクターを発現させる工程と、該顕微鏡解析用プローブを含む顕微鏡解析用試料を調製する工程と、該顕微鏡解析用試料中の前記顕微鏡解析用プローブを検出する工程とを少なくとも含むことを特徴とする顕微鏡解析方法。
(Vector use)
A step of expressing the microscope analysis vector according to any one of claims 12 to 15, a step of preparing a microscope analysis sample including the microscope analysis probe, and the microscope analysis probe in the microscope analysis sample A microscopic analysis method, comprising:
顕微鏡解析用試料を、急速凍結ディープエッチ・レプリカ法、ネガティブ染色法、クライオ・ネガティブ染色法、樹脂包埋切片法、及び氷包埋法から選択される少なくともいずれかにより作製する請求項16から17のいずれかに記載の顕微鏡解析方法。   The sample for microscopic analysis is prepared by at least one selected from a rapid freezing deep etch replica method, a negative staining method, a cryonegative staining method, a resin embedding section method, and an ice embedding method. The microscope analysis method according to any one of the above. 顕微鏡解析が、蛍光顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡、及び原子間力顕微鏡から選択される少なくともいずれかを用いて行われる請求項16から18のいずれかに記載の顕微鏡解析方法。
The microscope analysis is performed using at least one selected from a fluorescence microscope, a transmission electron microscope, a scanning electron microscope, a scanning probe microscope, and an atomic force microscope. Microscope analysis method.
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