JP2007197433A - Gold-binding protein - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a gold-binding protein that can be used for binding gold to a target substance in a microstructure and can specifically bond to the gold, to provide a complex protein containing the protein, and to provide a technique for utilizing the complex protein for detecting the target substance. <P>SOLUTION: As a protein having the bonding property to gold metal, the protein having following properties can be provided: the β-sandwich structure comprising two or more layers of the β-sheets arranged in the anti-parallel in which these interlayer spacings are not cross-linked with the disulfide bonds; in addition, the dissociation constant Kd of the protein to gold satisfies Kd≤1×10<SP>-5</SP>M. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、金結合性のタンパク質、金及び標的物質結合性のタンパク質に関する。   The present invention relates to a gold-binding protein, gold and a target substance-binding protein.

核酸、タンパク質に代表される生体分子は、その機能を発揮する為に原子レベルで制御された精密な構造を構築することが知られており、そのような生体分子の特性を利用し、生体分子を種々の材料上に配することが検討されている。特開2005−312446号公報には、金と目的物質(標的物質)との結合に利用し得る、金と特異的に結合可能な金結合性のタンパク質を開示する。当該特許文献に開示されたタンパク質は金に対して結合性を有し、抗体の少なくとも一部を含んでいるタンパク質である。このタンパク質は抗体構造を足場とし、抗体の抗原認識能力を活かして直接的に金を認識する抗体断片をしているものであり、足場構造によるスペースを確保して金基体への固定化を可能とするものである。   Biomolecules typified by nucleic acids and proteins are known to construct precise structures controlled at the atomic level in order to perform their functions, and by utilizing the characteristics of such biomolecules, It has been studied to arrange the material on various materials. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-31446 discloses a gold-binding protein that can be specifically bound to gold and can be used for binding gold to a target substance (target substance). The protein disclosed in the patent document has a binding property to gold and includes at least a part of an antibody. This protein has an antibody structure as a scaffold and is an antibody fragment that directly recognizes gold by taking advantage of the antigen recognition ability of the antibody, and it can be immobilized on a gold substrate by securing a space by the scaffold structure. It is what.

しかし、特開2005−312446号公報に開示されたタンパク質は、抗体をベースとした構造を有するものである。このため、大腸菌などの微生物を用いた生産において分子内あるいは分子間でのジスルフィド結合の掛違えなどにより目的とするタンパク質分子を安定して生産できない可能性がある。また、抗体の一部を利用するものであり、タンパク質自体の安定性の面で改善できる可能性がある。   However, the protein disclosed in JP-A-2005-31446 has an antibody-based structure. For this reason, in production using microorganisms such as Escherichia coli, there is a possibility that the target protein molecule cannot be stably produced due to a difference in intramolecular or intermolecular disulfide bond. In addition, since a part of the antibody is used, there is a possibility that the stability of the protein itself can be improved.

一方、J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151は、βサンドイッチ構造を有するフィブロネクチン タイプIII ドメインを結合性タンパク質の足場とすることについて開示する。ここではユビキチンタンパク質を新たな標的物質としてフィブロネクチン タイプIII ドメインを足場構造として選択し、両者の結合性について検討している。しかしながらJ. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151に開示されているのはあくまで、ユビキチンタンパク質との結合性であって、金をはじめとする金属材料等への結合性を有するタンパク質の開示はない。   On the other hand, J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151 discloses that a fibronectin type III domain having a β sandwich structure is used as a scaffold for a binding protein. Here, fibronectin type III domain is selected as a scaffold structure using ubiquitin protein as a new target substance, and the binding property between the two is examined. However, what is disclosed in J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151 is only a binding property to ubiquitin protein, and is a protein having a binding property to metal materials such as gold. There is no disclosure.

また、Protein Science (2002), 11:1917-1925は、βバレル構造を有する細胞外タンパク質(OmpF)を足場として金表面への結合性を有するタンパク質を開示する。そして、ここではβバレル構造のβシート間の折れ曲がり部に導入したアミノ酸のシステイン残基により金表面との間で生ずるAu-S結合によりタンパク質と金とが結合している。   Protein Science (2002), 11: 1917-1925 discloses a protein having binding property to a gold surface using an extracellular protein (OmpF) having a β-barrel structure as a scaffold. In this case, protein and gold are bonded to each other by an Au-S bond generated between the cysteine residue of the amino acid introduced into the bent portion between the β sheets of the β barrel structure and the gold surface.

上述の特開2005−312446号公報のタンパク質は、抗体をベースとした構造により金と結合性を得るものであり、抗体以外のタンパク質をベースとした金結合性のタンパク質を開示するものではない。J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151は、βサンドイッチ構造を有する足場を用いるタンパク質を開示しているが、金に対して結合性を有するタンパク質の開示はない。また、Protein Science (2002), 11:1917-1925は、βバレル構造を有する細胞外膜タンパク質(OmpF)を足場とすることでタンパク質を高密度固定できる点について開示している。しかしながら、Protein Science (2002), 11:1917-1925において、結合に用いられるアミノ酸のシステイン残基は、分子間でダイマー等の多量体を形成しやすく、効率的な金表面への結合が損なわれる恐れがある。更に、Protein Science (2002), 11:1917-1925に開示のタンパク質は、金への結合性を複数の異なるアミノ酸からなる配列によって生じさせるものではない。   The protein described in JP-A-2005-31446 obtains binding property with gold by an antibody-based structure, and does not disclose a gold-binding protein based on a protein other than an antibody. J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151 discloses a protein using a scaffold having a β sandwich structure, but does not disclose a protein having binding property to gold. Protein Science (2002), 11: 1917-1925 discloses that a protein can be fixed at a high density by using an outer membrane protein (OmpF) having a β barrel structure as a scaffold. However, in Protein Science (2002), 11: 1917-1925, the cysteine residue of the amino acid used for binding tends to form a multimer such as a dimer between molecules, and efficient binding to the gold surface is impaired. There is a fear. Furthermore, the protein disclosed in Protein Science (2002), 11: 1917-1925 does not cause binding to gold by a sequence consisting of a plurality of different amino acids.

一方、金結合性タンパク質を用いたバイオセンサーや診断デバイスなど各種の機器の商業レベルでの製造プロセスやコストを考えると、金結合性タンパク質のより少量使用で目的とする感度等の機能が得られることが望まれる。更に、これらの機器の製造プロセス数の低減や製造時間の短縮が求められる。つまり、より低濃度の分子で効率よく短時間に金を含む基材への固定化が出来、しかもプロセス数が少ないことが重要である。また、このような金結合性タンパク質をバイオセンサーや診断薬・診断デバイスに搭載して医療機器として商品化を行う際には、再現性や精度の点から、より緻密に金結合性タンパク質を配向させて固定化することが重要になる。
特開2005−312446号公報 J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151 Protein Science (2002), 11:1917-1925
On the other hand, considering the manufacturing process and cost of various instruments such as biosensors and diagnostic devices using gold-binding proteins, functions such as the desired sensitivity can be obtained by using smaller amounts of gold-binding proteins. It is desirable. Furthermore, reduction in the number of manufacturing processes of these devices and reduction in manufacturing time are required. In other words, it is important that a lower concentration of molecules can be efficiently immobilized on a substrate containing gold in a short time, and that the number of processes is small. In addition, when such a gold-binding protein is mounted on a biosensor or diagnostic agent / diagnostic device and commercialized as a medical device, the gold-binding protein is oriented more precisely in terms of reproducibility and accuracy. It is important to fix them.
JP 2005-31446 A J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141-1151 Protein Science (2002), 11: 1917-1925

本発明の目的は、上記の金結合性タンパク質に対する要求を満たすための技術を提供する可能性を広げることにある。本発明の他の目的は、遺伝子工学を利用した微生物での製造においても安定して製造可能であり、金表面へ配向性良く固定化可能である金結合性タンパク質を提供することにある。   An object of the present invention is to expand the possibility of providing a technique for satisfying the demand for the gold-binding protein. Another object of the present invention is to provide a gold-binding protein that can be stably produced in microorganism production using genetic engineering and can be immobilized on the gold surface with good orientation.

本発明により提供されるタンパク質は、金に結合性を有するタンパク質であって、前記タンパク質が少なくとも逆平行βシートから成るβシート層が二以上の層を形成するβサンドイッチ構造を有すると共に、前記層間がジスルフィド結合で架橋されておらず、且つ、タンパク質の金に対する解離定数Kdが、Kd≦1×10-5Mを満足することを特徴とする。 The protein provided by the present invention is a protein having a binding property to gold, wherein the protein has a β sandwich structure in which a β sheet layer composed of at least an antiparallel β sheet forms two or more layers, and the interlayer Is not cross-linked by a disulfide bond, and the dissociation constant Kd of the protein with respect to gold satisfies Kd ≦ 1 × 10 −5 M.

本発明にかかる金結合性タンパク質では、足場構造の基本構造として、二以上の逆平行βシート層間にジスルフィド結合を有していなくても生来自然界に存在する安定な構造であるβサンドイッチ構造を選択している。結果として、微生物などによる組換えタンパク質の生産プロセスで、特に足場構造の維持と機能に非常に重要なジスルフィド結合の掛違いなどからくる不活性化が低減され、金結合性などの機能活性を維持したタンパク質分子を効率よく生産可能となる。また、抗体などは一旦ジスルフィド結合が切れると元の構造に戻りにくい恐れがあるが、本発明の金結合性タンパク質は、各βシート層間にジスルフィド結合がなく、かつこれらの間に平衡が存在するので保存安定性が良好となる。   In the gold-binding protein according to the present invention, a β sandwich structure, which is a stable structure that naturally exists even in the absence of a disulfide bond between two or more antiparallel β sheet layers, is selected as the basic structure of the scaffold structure. is doing. As a result, inactivation process caused by cross-linking of disulfide bonds, which is very important for the maintenance and function of the scaffold structure, is reduced in the production process of recombinant proteins by microorganisms, etc., and functional activities such as gold binding are maintained. Protein molecules can be produced efficiently. In addition, once the disulfide bond is broken, it may be difficult for the antibody or the like to return to the original structure. However, the gold-binding protein of the present invention has no disulfide bond between the β sheet layers, and there is an equilibrium between them. Therefore, the storage stability is good.

本発明にかかる金結合性タンパク質は、金結合部位と足場構造部を有することにより、これと連鎖して結合する標的物質結合部位を金基材表面に固定化する際に、標的物質結合部位は、その本来の機能に対する固定化の影響を極力排除することができる。また、固定化に際して、なんらの試薬を利用していないため、その機能に影響を及ぼす可能性のある化学反応に標的物質結合部位が曝されることもない。更には、標的物質結合部位と金基体との距離を保つことにより標的物質結合部位への金基体の影響を極力排除することができる。   Since the gold-binding protein according to the present invention has a gold-binding site and a scaffold structure part, the target substance-binding site is immobilized when the target substance-binding site that binds and binds thereto is immobilized on the surface of the gold substrate. The immobilization effect on the original function can be eliminated as much as possible. In addition, since no reagent is used for immobilization, the target substance binding site is not exposed to a chemical reaction that may affect its function. Furthermore, by maintaining the distance between the target substance binding site and the gold substrate, the influence of the gold substrate on the target substance binding site can be eliminated as much as possible.

タンパク質分子の構造安定化や金基体との結合にシステイン残基を利用する場合は、Au−S結合による固定化のためのシステイン残基間でのジスルフィド結合による多量体の形成が生じる場合がある。これに対して、本発明にかかる金結合性タンパク質は、βシート構造にジスルフィド結合を担うシステイン残基を持たず、しかも、金結合部位にシステイン残基を利用せずとも金基体表面との結合を可能とすることもできる。そのため、本発明の金結合性タンパク質では上記のような多量体の形成を回避できる。その結果、多量体形成からくる立体障害の影響が無く、効率的に金表面に本発明にかかる金結合性タンパク質を結合させることができる。更に、分子認識機能のため固定化に少量の分子で所望の分子数を固定化することが可能である。また、固定化プロセス数が非常に少ないので、固定化にかかる時間の短縮が可能である。結果として、コスト的メリットが増大する。また、本発明にかかる金結合性タンパク質は、酸化還元状態など使用環境に影響受けず固定可能である。   When cysteine residues are used to stabilize the structure of protein molecules or bind to gold substrates, multimers may be formed by disulfide bonds between cysteine residues for immobilization by Au-S bonds. . On the other hand, the gold-binding protein according to the present invention does not have a cysteine residue responsible for a disulfide bond in the β sheet structure, and binds to the gold substrate surface without using a cysteine residue at the gold-binding site. Can also be possible. Therefore, formation of the multimer as described above can be avoided in the gold-binding protein of the present invention. As a result, there is no influence of steric hindrance resulting from multimer formation, and the gold-binding protein according to the present invention can be efficiently bound to the gold surface. Furthermore, because of the molecular recognition function, it is possible to fix the desired number of molecules with a small amount of molecules for immobilization. In addition, since the number of immobilization processes is very small, the time required for immobilization can be shortened. As a result, cost merit is increased. Further, the gold-binding protein according to the present invention can be immobilized without being affected by the use environment such as a redox state.

更に、本発明の金結合性タンパク質は、少なくとも金と、標的物質に対する結合部位を有する構造とすることができる。この際、本発明にかかる金結合性タンパク質は逆平行βシートからなるβサンドイッチ構造が有する立体的にも非常に安定な構造を有するため、金基材と標的物質との結合部位の間に空間位置を保つことが可能である。また、金また金以外の物質(例えば、標的物質)を結合する本金結合性タンパク質のドメイン(例えば、第二のドメイン)が、金を含む基材から何らかの相互作用を受けることがなく、結合能を保持することができる。   Furthermore, the gold-binding protein of the present invention can have a structure having at least gold and a binding site for a target substance. At this time, since the gold-binding protein according to the present invention has a three-dimensionally very stable structure of the β sandwich structure composed of the antiparallel β-sheet, a spatial position is set between the binding sites of the gold base material and the target substance. It is possible to keep. In addition, the gold-binding protein domain (for example, the second domain) that binds gold or a substance other than gold (for example, the target substance) binds without receiving any interaction from the substrate containing gold. Performance can be maintained.

更に、βサンドイッチ構造が有する立体的にも安定構造であることに加え、各βシート層間にジスルフィド結合を有していない分子である。このため、商業レベルでのデバイスの生産と機能、固定化プロセスの面から見て、再現性・精度を大幅に向上させることができる。また、これにより極めて薄膜な緻密な多層構造体を形成することが可能である。   Furthermore, in addition to the sterically stable structure of the β sandwich structure, the molecule does not have a disulfide bond between the β sheet layers. Therefore, reproducibility and accuracy can be greatly improved from the viewpoint of the production and function of devices at the commercial level and the immobilization process. Moreover, it is possible to form a very thin dense multilayer structure.

本発明の金結合性タンパク質によるこれらの特性を利用して、各種の検出装置を構成することができる。例えば、金薄膜上に所望の物質と結合可能な本発明の金結合性タンパク質を設けることで所望物質のセンシング素子とすることができる。このセンシング素子は、光学的手段を用いる検出方法や検出装置、例えば、例えば表面プラズモン共鳴などを利用した検出方法や検出装置に好適に用いることができる。   By utilizing these characteristics of the gold-binding protein of the present invention, various detection devices can be constructed. For example, a sensing element for a desired substance can be obtained by providing the gold-binding protein of the present invention capable of binding to a desired substance on a gold thin film. This sensing element can be suitably used for a detection method or a detection device using optical means, for example, a detection method or a detection device using, for example, surface plasmon resonance.

本発明のタンパク質は、金に結合性を有するタンパク質であって、前記タンパク質が少なくとも逆平行βシートから成るβシート層が二以上の層を形成するβサンドイッチ構造を有すると共に、前記層間がジスルフィド結合で架橋されておらず、且つ、タンパク質の金に対する解離定数Kdが、Kd≦1×10-5Mを満足することを特徴とする。 The protein of the present invention is a protein having a binding property to gold, wherein the protein has a β sandwich structure in which at least a β sheet layer composed of antiparallel β sheets forms two or more layers, and the interlayer is a disulfide bond. And the dissociation constant Kd of the protein with respect to gold satisfies Kd ≦ 1 × 10 −5 M.

本発明は、βサンドイッチ構造が金結合部位を有するものを包含する。本発明は、金結合部位がβサンドイッチ構造の逆平行βシートを構成するループモチーフの少なくとも一つを有するものを包含する。本発明のタンパク質は、単一のドメインからなり、該ドメインに、金との結合部位と、標的物質との結合部位と、を有するものを包含する。また本発明のタンパク質は、金との結合部位を有するβサンドイッチ構造を備えたドメインと、標的物質との結合部位を有するドメインと、を有する複合タンパク質を包含する。更に、本発明は、基体上に標的物質との結合性を有するタンパク質を固定した標的物質捕捉用の構造体であって、基体が表面の少なくとも一部に金を含み、タンパク質を標的物質との結合部位を有する本発明のタンパク質とした標的物質捕捉用の構造体を包含する。   The present invention includes those in which the β sandwich structure has a gold binding site. The present invention includes those in which the gold binding site has at least one loop motif constituting an antiparallel β sheet having a β sandwich structure. The protein of the present invention comprises a single domain, and the domain has a binding site with gold and a binding site with a target substance. The protein of the present invention includes a complex protein having a domain having a β sandwich structure having a binding site with gold and a domain having a binding site with a target substance. Furthermore, the present invention provides a target substance capturing structure in which a protein having binding ability to a target substance is immobilized on a substrate, wherein the base includes gold on at least a part of the surface, and the protein is bound to the target substance. A structure for capturing a target substance as a protein of the present invention having a binding site is included.

以下、本発明にかかる金結合性タンパク質及びその標的物質捕捉用としての用途などについて説明する。
(1)金結合性タンパク質
・タンパク質構造
タンパク質は、アミノ酸のカルボキシル基 (-COOH) が別のアミノ酸のαアミノ基(-NH2)と脱水縮合して酸アミド結合 (-CO-NH-) を形成しポリマー化したものを示す。このタンパク質のアミノ酸の連結にみられる酸アミド結合を特にペプチド結合とよぶ。このアミノ酸の配列をタンパク質の一次構造と呼ぶ。ペプチド結合してタンパク質の構成成分となった単位アミノ酸部分 (-NH-CH (-R) -CO-) をアミノ酸残基と呼ぶが、それぞれの R によってその性質が異なる。この残基の相互作用(水素結合)により、単なる直鎖であったペプチドが折りたたまれて(この畳み込みをフォールディングと呼ぶ)二次構造を形成する。そして、タンパク質全体としての三次構造をとることになる。タンパク質の中には、複数(場合によっては複数種)のポリペプチド鎖がまとまって複合体を形成しているものがあり、このような関係を四次構造と呼ぶ。
Hereinafter, the gold-binding protein according to the present invention and its use for capturing a target substance will be described.
(1) Gold-binding protein / protein structure Proteins form an acid amide bond (-CO-NH-) by dehydration condensation of the amino acid carboxyl group (-COOH) with the α-amino group (-NH2) of another amino acid. The polymerized product is shown. The acid amide bond found in the amino acid linkage of this protein is particularly called a peptide bond. This amino acid sequence is called the primary structure of the protein. The unit amino acid moiety (-NH-CH (-R) -CO-), which is a protein component by peptide bonding, is called an amino acid residue, but the nature of each R varies. This residue interaction (hydrogen bonding) folds the peptide that was just a straight chain (this folding is called folding) to form a secondary structure. And it will take the tertiary structure as the whole protein. In some proteins, a plurality of (in some cases, multiple types) polypeptide chains form a complex, and such a relationship is called a quaternary structure.

代表的には、その二次構造は、残基間の相互作用(水素結合)の様式でαへリックス、βシートやランダム構造の三つに大別される。また、二次構造が、ある一定の組み合わせとして種々のタンパク質のコアに出現するが、それを構造モチーフと呼ぶ。タンパク質の構造モチーフは、二次構造の規則的な幾何学的空間配置(超二次構造)であったり、 機能的、構造的にひとまとまりであるドメインであったりする。構造モチーフは繰り返し単位または特徴が共通して見られる単位を指す。超二次構造には、二本のβストランドから成る逆平行βシートの継ぎ目にあるポリペプチド鎖のループがターンをなしている場合、以下を包含する。即ち、ヘアピンβモチーフ(本発明ではループモチーフ(折れ曲がり部))、及びβαβモチーフ(二本のβストランドから成る平行なβシートがαへリックスにより結ばれているモチーフ)を包含する。また、より大きな単位であるドメインには、αバンドル構造、αソレノイド構造、βサンドイッチ構造、βバレル構造、ロスマンフォールド、トレフォイル構造、ロール構造などがある。本発明に記載のβサンドイッチ構造は、二以上のβストランドから成る逆平行βシート層が二以上の層を形成しているものを指す。   Typically, the secondary structure is roughly divided into three types, α-helix, β-sheet, and random structure, in the manner of interaction (hydrogen bonding) between residues. In addition, secondary structures appear as a certain combination in the cores of various proteins, which are called structural motifs. Protein structural motifs can be regular geometrical spatial arrangements of secondary structures (supersecondary structures) or domains that are functionally and structurally organized. A structural motif refers to a repeating unit or a unit with common features. The super-secondary structure includes the following when the loop of the polypeptide chain at the seam of the anti-parallel β sheet consisting of two β strands makes a turn. That is, it includes a hairpin β motif (in the present invention, a loop motif (bent portion)) and a βαβ motif (a motif in which a parallel β sheet composed of two β strands is connected by an α helix). Domains that are larger units include an α bundle structure, an α solenoid structure, a β sandwich structure, a β barrel structure, a Rothman fold, a trefoil structure, and a roll structure. The β sandwich structure described in the present invention refers to an antiparallel β sheet layer composed of two or more β strands forming two or more layers.

三次構造は、タンパク質全体を示し、単ドメインのみで構成される単ドメイン単量体タンパク質、または複数のドメインが規則的に構成してなる単位(サブユニット)からなる複ドメイン単量体タンパク質をいう。また、四次構造は、三次構造タンパク質が互いに非共有結合で相互作用してなる多量体を指す。例えば、抗体断片であるVHとVLはヘテロ二量体、同単量体からなる二量体はホモ二量体であり、多量体に含まれる。また、本発明で示す複合タンパク質は、複ドメイン単量体タンパク質と多量体をいう。超二次構造であるβサンドイッチ構造は、抗体に代表されるように構造的に安定である。また、逆平行βシート間のループモチーフ(折れ曲がり部)は多様性をもつ抗体のCDR領域のようにアミノ酸を改変することができ、且つβサンドイッチ構造は維持されることが期待できる。本発明において、金結合性を有するタンパク質の足場構造にβサンドイッチ構造を選択し、金基体に対して高度に配向性を持たせ、金結合性タンパク質に付与した標的物質結合部位と基体との間に一定のスペースを確保できる。   Tertiary structure refers to a single domain monomer protein consisting of only a single domain, or a multi-domain monomer protein consisting of units (subunits) consisting of a plurality of domains regularly. . Further, the quaternary structure refers to a multimer formed by the tertiary structure proteins interacting with each other in a non-covalent bond. For example, antibody fragments VH and VL are heterodimers, and dimers composed of the same monomers are homodimers, and are included in multimers. The complex protein shown in the present invention refers to a multi-domain monomer protein and a multimer. The β sandwich structure, which is a super secondary structure, is structurally stable as represented by antibodies. Further, it is expected that the loop motif (bent portion) between antiparallel β sheets can modify amino acids like the CDR regions of antibodies having diversity, and the β sandwich structure can be maintained. In the present invention, a β sandwich structure is selected as the scaffold structure of the protein having gold binding property, and the orientation is highly oriented with respect to the gold substrate. A certain space can be secured.

・βサンドイッチ構造タンパク質
βサンドイッチ構造は構造モチーフの一種で、逆平行βシートから成るβシート層の少なくともニ以上が多層を形成してなるサンドイッチ構造である。逆平行βシート間には、ループモチーフ(折れ曲がり部)が形成されおり、立体的にも安定な構造である。
• β sandwich structure protein The β sandwich structure is a kind of structural motif, and is a sandwich structure in which at least two of the β sheet layers composed of antiparallel β sheets form a multilayer. A loop motif (bent portion) is formed between the antiparallel β sheets, and the structure is also stable in three dimensions.

図1に、βサンドイッチ構造の概念と部位名を示す。図1においては、3つのβストランドにより構成される逆平行βシートから成る第一のβシート層と4つのβストランドにより構成される逆平行βシートから成る第二のβシート層が二層を形成してなるβサンドイッチ構造が示してある。このサンドイッチ構造において、第一、第二のβシート層の略同側面にある一以上のループモチーフ(折れ曲がり部)を第一のループ群、その反対側に立体配座する一以上ループモチーフ(折れ曲がり部)を第二のループ群とする。βサンドイッチ構造タンパク質とは、上記構造を少なくとも一部に有しているタンパク質である。例えば、最も代表的な分子として免疫グロブリン構造(抗体)がある。抗体は、7本のβストランドにより構成される逆平行βシートからなるジスルフィド結合を有したβサンドイッチ構造タンパク質である。3本のβストランドにより構成される逆平行βシート層と4本のβストランドにより構成される逆平行シート層が二層に重なった形でβサンドイッチ構造を形成している。また、その重なり合うβシート層間をジスルフィド結合により架橋している。抗体において、タンパク質などの立体的に複雑な抗原と特異的反応を行う上でジスルフィド結合は非常に重要とされる。   FIG. 1 shows the concept and part name of the β sandwich structure. In FIG. 1, a first β sheet layer composed of antiparallel β sheets composed of three β strands and a second β sheet layer composed of antiparallel β sheets composed of four β strands are divided into two layers. The resulting β sandwich structure is shown. In this sandwich structure, one or more loop motifs (bent) on the same side of the first and second β sheet layers are conformed to the first loop group and the other side, and one or more loop motifs (bent) Part) is a second loop group. The β sandwich structural protein is a protein having at least a part of the above structure. For example, the most typical molecule is an immunoglobulin structure (antibody). The antibody is a β sandwich structure protein having a disulfide bond composed of an antiparallel β sheet composed of seven β strands. A β sandwich structure is formed in such a manner that an antiparallel β sheet layer composed of three β strands and an antiparallel sheet layer composed of four β strands overlap each other. In addition, the overlapping β sheet layers are cross-linked by disulfide bonds. In an antibody, a disulfide bond is very important in performing a specific reaction with a three-dimensionally complex antigen such as a protein.

また、本発明によるタンパク質は配列や構造モチーフなどの構造により序列的に分類できるデータベースにより分類されるβサンドイッチ構造を含むようにすることができる。そうしたデータベースは、CATH(Protein Strcture Classification Site)[http//www.biochem.ucl.ac.uk/ latest/index.html]を挙げることができる。そしてこれにより、分類されるβサンドイッチ構造を含むタンパク質またはドメイン、そのファミリーや構造的に類似のタンパク質またはドメインが含まれる
例えば、CATHサイトのTレベル(トポロジーレベル)の名前で表すと、Neurophysin II; Chain A、Cytochrome C Oxidase; Chain F、ATP Synthase; domain 1、Gamma-B Crystallin; domain 1、Electron Transport Ethylamine Dehydrogenase、Substrate Binding Domain Of DNAk; Chain A, domain 1、Immunoglobulin-like、Lipoxygenase-1、Adenovirus Type 5 Fiber Protein (Receptor Binding Domain)、Tick-borne Encephalitis virus Glycoprotein; domain 1、Thaumatin、Jelly Rolls、Protocatechuate 3,4-Dioxygenase, subunit A、Bacteriophage G4 Capsid Proteins Gpf, Gpg, Gpj, subunit 1、Polyomavirus Vp1; Chain A、Tumour Suppressor Smad4、Apoptosis, Tumor Necrosis Factor Receptor Associated Protein 2; Chain A、Chondroitinase Ac; Chain A, domain 3、Viral Chemokine Inhibitor; Chain A、Baculovirus p35などが例示される。
In addition, the protein according to the present invention may include a β sandwich structure classified by a database that can be classified in order by structure such as sequence or structural motif. Examples of such a database include CATH (Protein Structure Classification Site) [http // www.biochem.ucl.ac.uk / latest / index.html]. And this includes a protein or domain containing a β-sandwich structure to be classified, its family or structurally similar protein or domain. For example, when expressed in terms of the T level (topology level) of the CATH site, Neurophysin II; Chain A, Cytochrome C Oxidase; Chain F, ATP Synthase; domain 1, Gamma-B Crystallin; domain 1, Electron Transport Ethylamine Dehydrogenase, Substrate Binding Domain Of DNAk; Chain A, domain 1, Immunoglobulin-like, Lipoxygenase-1, Adenovirus Type 5 Fiber Protein (Receptor Binding Domain), Tick-borne Encephalitis virus Glycoprotein; domain 1, Thaumatin, Jelly Rolls, Protocatechuate 3,4-Dioxygenase, subunit A, Bacteriophage G4 Capsid Proteins Gpf, Gpg, Gpj, subunit 1, Polyomavirus Vp1 ; Chain A, Tumor Suppressor Smad4, Apoptosis, Tumor Necrosis Factor Receptor Associated Protein 2; Chain A, Chondroitinase Ac; Chain A, domain 3, Viral Chemokine Inh Examples include ibitor; Chain A, Baculovirus p35, and the like.

・ジスルフィド結合を有しないβサンドイッチ構造タンパク質
本発明の金結合性タンパク質では、βサンドイッチ構造を構成する逆平行βシート層間をジスルフィド結合により架橋していないタンパク質が足場構造に用いられる。すなわち、本発明では生来ジスルフィド結合を有しない自然界に安定して存在するβサンドイッチ構造タンパク質を足場構造を得るための材料として選択している。一方、足場構造内に構造維持のためにジスルフィド結合を用いた場合は、微生物などでの組換えタンパク質生産工程中でのジスルフィド結合の掛違えなどにより、機能活性を維持したタンパク質を効率よく得ることが困難な場合がある。このことは、センサーデバイスなど商業的に機能活性タンパク質を量産しようとすると低生産性よりコストアップにつながる。特に、複数のドメインから成り、且つ各ドメインが構造維持に寄与するジスルフィド結合を有している場合に顕著である。例えば、二重特異性を有する抗体断片(Diabody)などはジスルフィドの掛違えなどにより生産性が非常に低い場合がある。本発明においては、少なくともβシート層間にジスルフィド結合のないβサンドイッチ構造を足場構造に利用するので、上記のような生産効率の低下を防ぐことができる。すなわち、本発明ではタンパク質分子に安定性を確保でき、更にジスルフィド結合の利用を極力抑えているため機能的活性を有する組換えタンパク質を効率よく生産出来できる。
-Β sandwich structure protein having no disulfide bond In the gold-binding protein of the present invention, a protein in which the antiparallel β sheet layers constituting the β sandwich structure are not cross-linked by a disulfide bond is used for the scaffold structure. That is, in the present invention, a β sandwich structure protein that does not naturally have a disulfide bond and exists stably in nature is selected as a material for obtaining a scaffold structure. On the other hand, when a disulfide bond is used in the scaffold structure to maintain the structure, a protein that maintains functional activity can be efficiently obtained by, for example, a mistake in the disulfide bond during the recombinant protein production process in microorganisms. May be difficult. This leads to higher cost than low productivity when attempting to mass-produce functionally active proteins such as sensor devices. In particular, it is remarkable when it consists of a plurality of domains and each domain has a disulfide bond that contributes to maintaining the structure. For example, bispecific antibody fragments (Diabodies) and the like may have very low productivity due to disulfide mistakes. In the present invention, since a β sandwich structure having no disulfide bond between at least β sheet layers is used for the scaffold structure, the reduction in production efficiency as described above can be prevented. That is, in the present invention, stability of protein molecules can be ensured, and further, the use of disulfide bonds is suppressed as much as possible, so that recombinant proteins having functional activity can be produced efficiently.

βサンドイッチ構造は、CATH(Protein Strcture Classification Site)やPDB(Protein Data Base)で分類されるβサンドイッチ構造である。且つ、逆平行βシート層間にジスルフィド結合を形成するシステイン残基がないタンパク質またはドメイン、そのファミリーや構造的に類似のタンパク質またはドメインとすることができる。例えば、フィブロネクチン タイプIIIドメイン、Trp RNA-Binding Attenuation Protein (Trap)、E-Cadherin、Synaptotagmin I、CBM4−2などが挙げられる。βサンドイッチ構造は、その目的用途に応じて上述した各種タンパク質などから適宜選択したものを利用して構成することが出来る。例えば、金結合部位を有するドメインをより小さいサイズにし生産性をより向上させる場合は、βシートが4本のβストランド以上からなるβシート層間にジスルフィド結合を有しないβサンドイッチ構造タンパク質を選択することが出来る。例えば、Trp RNA-Binding Attenuation Protein (Trap)などが挙げられる。更にセンサーデバイス上でより配向性を挙げたい場合は、βサンドイッチ構造の第一または第二のループ群の一方に有する複数のループモチーフが金結合部位であるタンパク質を選択することが出来る。2以上のループで金に結合できるタンパク質が好ましい。例えば、フィブロネクチン タイプIIIドメイン、Trp RNA-Binding Attenuation Protein (Trap)、E-Cadherin、Synaptotagmin I、CBM、などを挙げることができる。また、金表面がナノスケールの微細な形状を持つ場合、抗体の特異性に匹敵する結合能を有するフィブロネクチン タイプIIIドメインや、CBM4−2などを選択することが出来る。また、金結合部位を含むドメインに更に標的分子結合能を付与したり、Second Effector分子などでより安定化する場合は、糖加水分解酵素の非活性部モジュールであり糖と結合するCBMファミリーを用いることができる。これらを用いることで、タンパク質に金結合性と糖結合性を付与したり、あるいは糖結合による足場の安定化、または金結合ループとは異なるループによる標的物質結合能を付与できる。βサンドイッチ構造としては、金結合性タンパク質が基体と標的物質結合部位間に一定のスペースを確保できるものであればよく、遺伝子工学的に改変されたものであってもよい。   The β sandwich structure is a β sandwich structure classified by CATH (Protein Structure Classification Site) or PDB (Protein Data Base). In addition, it can be a protein or domain that does not have a cysteine residue that forms a disulfide bond between antiparallel β sheet layers, a family or structurally similar protein or domain thereof. Examples include fibronectin type III domain, Trp RNA-Binding Attenuation Protein (Trap), E-Cadherin, Synaptotagmin I, and CBM4-2. The β sandwich structure can be configured by using one appropriately selected from the various proteins described above according to the intended use. For example, to improve the productivity by reducing the size of a domain having a gold binding site to a smaller size, select a β sandwich structure protein that does not have a disulfide bond between β sheet layers consisting of four or more β strands. I can do it. Examples thereof include Trp RNA-Binding Attenuation Protein (Trap). Furthermore, when it is desired to give more orientation on the sensor device, a protein having a plurality of loop motifs in one of the first or second loop group of the β sandwich structure as a gold binding site can be selected. Proteins that can bind to gold in two or more loops are preferred. Examples include fibronectin type III domain, Trp RNA-Binding Attenuation Protein (Trap), E-Cadherin, Synaptotagmin I, CBM, and the like. In addition, when the gold surface has a nanoscale fine shape, a fibronectin type III domain or CBM4-2 having a binding ability comparable to the specificity of the antibody can be selected. In addition, when the target molecule-binding ability is further added to the domain containing the gold-binding site or more stabilized by the second effector molecule, etc., the CBM family that is a non-active part of the sugar hydrolase and binds to the sugar is used. be able to. By using these, it is possible to impart gold-binding property and sugar-binding property to the protein, to stabilize the scaffold by sugar bonding, or to bind the target substance by a loop different from the gold-binding loop. The β sandwich structure may be any structure as long as the gold-binding protein can secure a certain space between the substrate and the target substance binding site, and may be modified by genetic engineering.

・金結合性タンパク質
本発明の金結合性タンパク質は、βシート層間にジスルフィド結合を有しないβサンドイッチ構造を足場構造の少なくとも一部に有するタンパク質である。金結合部位がβサンドイッチ構造ユニット内である金結合性タンパク質が好ましい。また、βサンドイッチ構造内のループモチーフ(折れ曲がり部)の少なくとも一部が金結合部位である金結合性タンパク質が更に好ましい。本発明のタンパク質の金に対する解離定数(KD)は、1×10-5M以下であり、より好ましくは1×10-7M以下を満足する。この場合、0.1%Tween20存在下のバッファー条件下でとするのが好ましい。この解離定数の範囲とすることで、BSAなど比較的に金への非特異的な吸着が多いとされるタンパク質材料であっても金への吸着ができないことを本発明者の検討において確認している。KD値が1×10-5M以下であれば、上記のような非特異吸着性のタンパク質の吸着挙動と十分に区別することが可能であり、更に1×10-7M以下であることで固定化用のアンカ−分子として十分に機能することができる。金結合性を有するアミノ酸配列が金結合性タンパク質の複数のループに配置されている場合は、金結合性タンパク質の見かけ上のKD値として上記KD値を満たしていれば良い。
Gold-binding protein The gold-binding protein of the present invention is a protein having a β sandwich structure having no disulfide bond between β sheet layers as at least a part of the scaffold structure. Gold binding proteins in which the gold binding site is within the β sandwich structural unit are preferred. Further, a gold-binding protein in which at least a part of a loop motif (bent portion) in the β sandwich structure is a gold-binding site is further preferable. The dissociation constant (K D ) of the protein of the present invention with respect to gold is 1 × 10 −5 M or less, more preferably 1 × 10 −7 M or less. In this case, it is preferable to use the buffer conditions in the presence of 0.1% Tween20. The inventors have confirmed in the examination by the present inventor that even a protein material, such as BSA, which is relatively nonspecifically adsorbed to gold by being in this dissociation constant range, cannot be adsorbed to gold. ing. If the KD value is 1 × 10 −5 M or less, it can be sufficiently distinguished from the adsorption behavior of the non-specifically adsorbing protein as described above, and is further 1 × 10 −7 M or less. Can sufficiently function as an anchor molecule for immobilization. If the amino acid sequence with gold binding are arranged in a plurality of loops of gold-binding protein, as K D values of the apparent gold-binding protein may satisfy the above K D values.

なお、βサンドイッチ構造を有していることは、タンパク質結晶構造解析やNMRにより解析できる。また、簡易な手法として、CD(円二色性)スペクトルによりβ構造とα構造の有無、ラマンスペクトルによりαへリックスやβシートの含有量と平行βシートと逆平行βシートの区別が可能である。また、ジスルフィド結合の有無についてはエドマンアッセイなどによって解析可能である。更に、アミノ酸配列よりβサンドイッチ構造またはジスルフィド結合の形成の推定予測が可能である。   The β sandwich structure can be analyzed by protein crystal structure analysis or NMR. In addition, as a simple method, it is possible to distinguish the presence of β- and α-structures by the CD (circular dichroism) spectrum, the content of α-helix and β-sheet, and the parallel β-sheet and anti-parallel β-sheet by the Raman spectrum. is there. The presence or absence of disulfide bonds can be analyzed by Edman assay or the like. Furthermore, it is possible to predict the formation of β sandwich structure or disulfide bond from the amino acid sequence.

自然界に存在するβサンドイッチ構造を有するタンパク質は逆平行βシート間に位置する複数のループモチーフやβシート部位により標的物質と結合することが知られている。また、遺伝子工学的に構造に関与しないループ配列を改変することで、標的物質への結合力を向上させるなどの技術も開発されている。つまり、βサンドイッチ構造は主に逆平行βシートから成るβ構造によりたんぱく質の構造安定化を果たし、ループモチーフは主に標的物質との結合に関与していることが示唆される。本発明にかかる金結合性タンパク質では、βサンドイッチ構造タンパク質が有するループモチーフ(折れ曲がり部)に、金結合アミノ酸配列をグラフトし、それにより改変して金結合性を獲得することもできる。金基体のような無機材料はタンパク質などに比べると非常に単調な結晶構造を有するので、グラフトにより予め取得した金結合性を有するペプチドを足場構造に提示することで結合能を容易に獲得できる。グラフトとは、遺伝子工学的にアミノ酸配列を置換または挿入することを示す。   It is known that a protein having a β sandwich structure existing in nature binds to a target substance through a plurality of loop motifs or β sheet sites located between antiparallel β sheets. In addition, techniques such as improving the binding force to the target substance by modifying a loop sequence not involved in the structure by genetic engineering have been developed. That is, it is suggested that the β sandwich structure mainly stabilizes the protein structure by the β structure composed of antiparallel β sheets, and that the loop motif is mainly involved in the binding to the target substance. In the gold-binding protein according to the present invention, the gold-binding amino acid sequence can be grafted on the loop motif (folded portion) of the β sandwich structure protein and modified to obtain gold-binding properties. Since an inorganic material such as a gold substrate has a very monotonous crystal structure as compared with a protein or the like, binding ability can be easily obtained by presenting a peptide having gold-binding properties obtained in advance by grafting to a scaffold structure. Grafting refers to substitution or insertion of an amino acid sequence by genetic engineering.

本発明のタンパク質を得るのにコンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製したβシート層間にジスルフィド結合を有しないβサンドイッチ構造タンパク質のループモチーフ(折れ曲がり部)組換え体ライブラリーを利用し得る。また、ランダムな配列のペプチド提示ライブラリーなどを利用し得る。つまり、これらをβサンドイッチ構造を得るための供給元として利用することもできる。これらのライブラリーから、スクリーニングして金結合性を有するタンパク質や金結合性を有するペプチドを獲得し本発明に利用しても良い。グラフトや組換える領域のアミノ酸配列数やループ数、ループ位置は、適宜決められるが、基体と標的物質結合部位間に一定のスペースを確保できる足場構造であれば数や位置に制限はない。好ましくは、βサンドイッチ構造の第一のループ群一方に群生するループモチーフ(折れ曲がり部)内に金結合部位を設けることが望ましい。より好ましくは、複数のループに改変する方が、安定的配向性を確保できるため良い。複数のループで改変配列が同一配列でなくても良い。   In order to obtain the protein of the present invention, a loop motif (folded portion) recombinant library of β sandwich structure protein having no disulfide bond between β sheet layers produced using combinatorial chemistry technology can be used. In addition, a peptide display library having a random sequence can be used. That is, they can be used as a supplier for obtaining a β sandwich structure. From these libraries, proteins having gold-binding properties and peptides having gold-binding properties may be obtained by screening and used in the present invention. The number of amino acid sequences, the number of loops, and the loop position of the graft or recombination region are determined as appropriate, but the number and position are not limited as long as the scaffold structure can secure a certain space between the substrate and the target substance binding site. Preferably, it is desirable to provide a gold binding site in a loop motif (bent portion) that grows in one of the first loop groups of the β sandwich structure. More preferably, modification to a plurality of loops is preferable because stable orientation can be secured. The modified sequences may not be the same in a plurality of loops.

金結合性を有するアミノ酸配列は、金に特異的に、かつ分子認識的に結合するものであれば良く、二次構造を有していても構わない。金結合性を有するアミノ酸配列として、システイン残基を含まないアミノ酸配列の方がシステイン残基間に形成しやすいジスルフィド結合による二量体などの多量体を作らないので好ましく。特に好ましい配列として、以下の配列を挙げることができる。
(1)後述の配列番号:1から62のアミノ酸配列
(2)配列番号:1から62のアミノ酸配列に対して、これらのアミノ酸配列の金結合性を損なわない範囲で1個もしくは数個のアミノ酸の欠損、置換もしくは付加を行って得られるアミノ酸配列。
配列番号:1;DYYMD
配列番号:2;SIKQD GSETR YGDSV RG
配列番号:3;ELDGG FFDF
配列番号:4;GHWMH
配列番号:5;RIDEH GSSAY YADSV NG
配列番号:6;LGFIT PEVVH WSSDI
配列番号:7;RFYWN
配列番号:8;RIFTN GTTNY NPSLG S
配列番号:9;GGDYG PALAW FDP
配列番号:10;ESMVR DGMDV
配列番号:11;GYYWT
配列番号:12;DSSHS GRTNY N PSLK S
配列番号:13;AEETV TIVP
配列番号:14;SHYIH
配列番号:15;GFIPI FGTSN YAEKF KG
配列番号:16;PRRSS SSKTF SALDY
配列番号:17;DYAMN
配列番号:18;FIRSR GFGGT PEYAA
配列番号:19;DYRPL QFWPG RQMDA FDI
配列番号:20;SYWIN
配列番号:21;MIYPA DSDTR YSPSF QG
配列番号:22;LGIGG RYMSR
配列番号:23;RYYIH
配列番号:24;MINPR GGSTT YAQKF QG
配列番号:25;ESMPG RDVRD GMDV
配列番号:26;DHYIH
配列番号:27;PNSGA TKYAQ KFHG
配列番号:28;GILLA RLDV
配列番号:29;NYAIS
配列番号:30;GTLLM LRIIN SAQKF QG
配列番号:31;ALPTS LGPIG YLHH
配列番号:32;DYYMH
配列番号:33;WINPN IGATN HAQRF QG
配列番号:34;DLGIS AFEN
配列番号:35;DYFMH
配列番号:36;WINPN SGVTH YAQKF QG
配列番号:37;ELITG RLPTD ND
配列番号:38;GYYIH
配列番号:39;WINPN TGGTN YAQKF QG
配列番号:40;RSGGS GRYWG IKNNW FDP
配列番号:41;WINPN SGVTH YAQKF QG
配列番号:42;ELIAG RLPTD ND
配列番号:43;DYYFH
配列番号:44;WINPD SGGTN YAQKF QG
配列番号:45;GSRYN SGWYY FDY
配列番号:46;ISSPT
配列番号:47;EIYHS GTSHH NPSLK N
配列番号:48;LDFDS PLGMD A
配列番号:49;RASQS ISTYL N
配列番号:50;AASSL QS
配列番号:51;QQSYS TPRT
配列番号:52;RASED VNSWL A
配列番号:53;GSTNL QG
配列番号:54;KYFDA LPPVT
配列番号:55;TSSQS LLYTS NNKNY LT
配列番号:56;WASTR EF
配列番号:57;QQYSD PPPT
配列番号:58;MHGKT QATSG TIQS
配列番号:59;LGQSG ASLQG SEKLT NG
配列番号:60;EKLVR GMEGA SLHPA
配列番号:61;ALVPT AHRLD GNMH
配列番号:62;LQATP GMKMR LSGAK EATPG MKMRL SGAKE ATPGM STTVA GL
これら(1)及び(2)から選択されたアミノ酸配列の少なくとも1つを、ループモチーフに配置することが好ましい。
The amino acid sequence having gold binding property may be any amino acid sequence that binds specifically to gold and molecularly recognizes, and may have a secondary structure. As an amino acid sequence having gold-binding properties, an amino acid sequence that does not contain a cysteine residue is preferable because a multimer such as a disulfide bond dimer that is easily formed between cysteine residues is not formed. Particularly preferable sequences include the following sequences.
(1) Amino acid sequence of SEQ ID NOs: 1 to 62 described later (2) One or several amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 1 to 62 as long as the gold binding property of these amino acid sequences is not impaired An amino acid sequence obtained by performing deletion, substitution or addition of.
SEQ ID NO: 1; DYYMD
SEQ ID NO: 2; SIKQD GSETR YGDSV RG
SEQ ID NO: 3; ELDGG FFDF
SEQ ID NO: 4; GHWMH
SEQ ID NO: 5; RIDEH GSSAY YADSV NG
SEQ ID NO: 6; LGFIT PEVVH WSSDI
SEQ ID NO: 7; RFYWN
SEQ ID NO: 8; RIFTN GTTNY NPSLG S
SEQ ID NO: 9; GGDYG PALAW FDP
SEQ ID NO: 10; ESMVR DGMDV
SEQ ID NO: 11; GYYWT
SEQ ID NO: 12; DSSHS GRTNY N PSLK S
SEQ ID NO: 13; AEETV TIVP
SEQ ID NO: 14; SHYIH
SEQ ID NO: 15; GFIPI FGTSN YAEKF KG
SEQ ID NO: 16; PRRSS SSKTF SALDY
SEQ ID NO: 17; DYAMN
SEQ ID NO: 18; FIRSR GFGGT PEYAA
SEQ ID NO: 19; DYRPL QFWPG RQMDA FDI
SEQ ID NO: 20; SYWIN
SEQ ID NO: 21; MIYPA DSDTR YSPSF QG
SEQ ID NO: 22; LGIGG RYMSR
SEQ ID NO: 23; RYYIH
SEQ ID NO: 24; MINPR GGSTT YAQKF QG
SEQ ID NO: 25; ESMPG RDVRD GMDV
SEQ ID NO: 26; DHYIH
SEQ ID NO: 27; PNSGA TKYAQ KFHG
SEQ ID NO: 28; GILLA RLDV
SEQ ID NO: 29; NYAIS
SEQ ID NO: 30: GTLLM LRIIN SAQKF QG
SEQ ID NO: 31; ALPTS LGPIG YLHH
SEQ ID NO: 32; DYYMH
SEQ ID NO: 33; WINPN IGATN HAQRF QG
SEQ ID NO: 34; DLGIS AFEN
SEQ ID NO: 35; DYFMH
SEQ ID NO: 36; WINPN SGVTH YAQKF QG
SEQ ID NO: 37; ELITG RLPTD ND
SEQ ID NO: 38; GYYIH
SEQ ID NO: 39; WINPN TGGTN YAQKF QG
SEQ ID NO: 40; RSGGS GRYWG IKNNW FDP
SEQ ID NO: 41; WINPN SGVTH YAQKF QG
SEQ ID NO: 42; ELIAG RLPTD ND
SEQ ID NO: 43; DYYFH
SEQ ID NO: 44; WINPD SGGTN YAQKF QG
SEQ ID NO: 45; GSRYN SGWYY FDY
SEQ ID NO: 46; ISSPT
SEQ ID NO: 47; EIYHS GTSHH NPSLK N
SEQ ID NO: 48; LDFDS PLGMD A
SEQ ID NO: 49; RASQS ISTYL N
SEQ ID NO: 50; AASSL QS
SEQ ID NO: 51; QQSYS TPRT
SEQ ID NO: 52; RASED VNSWL A
SEQ ID NO: 53; GSTNL QG
SEQ ID NO: 54; KYFDA LPPVT
SEQ ID NO: 55; TSSQS LLYTS NNKNY LT
SEQ ID NO: 56; WASTR EF
SEQ ID NO: 57; QQYSD PPPT
SEQ ID NO: 58; MHGKT QATSG TIQS
SEQ ID NO: 59; LGQSG ASLQG SEKLT NG
SEQ ID NO: 60; EKLVR GMEGA SLHPA
SEQ ID NO: 61; ALVPT AHRLD GNMH
Sequence number: 62; LQATP GMKMR LSGAK EATPG MKMRL SGAKE ATPGM STTVA GL
It is preferable to arrange at least one of the amino acid sequences selected from (1) and (2) in the loop motif.

また、上記各配列の繰り返し配列を用いることもできる。更に、異なる繰り返しユニットを用いた繰り返し配列を用いることもできる。配列を繰り返すことにより金結合能を向上させることができる。金結合アミノ酸配列をコードするDNA配列を金結合性タンパク質生産用として用いることができる。   Moreover, the repeating arrangement | sequence of said each arrangement | sequence can also be used. Furthermore, a repeating arrangement using different repeating units can also be used. Gold binding ability can be improved by repeating the arrangement. A DNA sequence encoding a gold-binding amino acid sequence can be used for producing a gold-binding protein.

なお、アミノ酸配列は、質量分析(PMF(Peptide Mass Fingerprint)、MS/MS Ion Search、denovoシークエンス)やプロテインシークエンサーなどで同定が可能である。   The amino acid sequence can be identified by mass spectrometry (PMF (Peptide Mass Fingerprint), MS / MS Ion Search, denovo sequence) or a protein sequencer.

金結合性タンパク質が多量体を形成していても異なる機能部位を有していても構わない。金結合性タンパク質の足場構造(βサンドイッチ構造)をより安定化するためSecond effectorなどを付与してもよい。   Even if the gold-binding protein forms a multimer, it may have different functional sites. In order to further stabilize the scaffold structure (β sandwich structure) of the gold-binding protein, a second effector may be added.

・基体
金結合性タンパク質と、表面の少なくとも一部が金から形成されている基体と、から各種の用途に使用し得る構造体を得ることができる。この基体は、その表面の少なくとも一部に金を配置されたものであり、本発明の構造体を形成しうるものであればいかなる材質、形状のものも利用可能である。基体の金以外の部分は、所望の用途に応じた構造体を形成しうるものであればいかなる材質からなるでもよい。例えば、金属、金属酸化物、無機半導体、有機半導体、ガラス類、セラミクス、天然高分子、合成高分子、プラスチックから選ばれる何れか1以上或いはその複合体から選択された材質からなるものを用いることができる。基体の形状は、所望の用途に応じて選択でき、例えば板状、粒子状、多孔体状、突起状、繊維状、筒状、網目状から選ばれる何れか1以上の形状を用いることができる。
-Substrate A structure that can be used for various applications can be obtained from a gold-binding protein and a substrate on which at least part of the surface is made of gold. This substrate is formed by placing gold on at least a part of its surface, and any material and shape can be used as long as it can form the structure of the present invention. The portion other than the gold of the substrate may be made of any material as long as it can form a structure according to a desired application. For example, use one made of a material selected from one or more selected from metals, metal oxides, inorganic semiconductors, organic semiconductors, glasses, ceramics, natural polymers, synthetic polymers and plastics, or composites thereof. Can do. The shape of the substrate can be selected according to a desired application, and for example, any one or more shapes selected from a plate shape, a particle shape, a porous shape, a protrusion shape, a fiber shape, a cylindrical shape, and a mesh shape can be used. .

基体の金以外の部分を形成するための有機高分子化合物としては、群より選択された重合性モノマーを重合させて得られたものを挙げることができる。モノマーの例としては、スチレンなどのスチレン系重合性モノマー;メチルアクリレートなどのアクリル系重合性モノマー;メチルメタクリレートなどのメタクリル系重合性モノマー;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、酢酸ビニル等のビニルエステル類、ビニルメチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン等のビニルケトン類などのビニル系重合性モノマーが挙げられる。   Examples of the organic polymer compound for forming the portion other than gold of the substrate include those obtained by polymerizing a polymerizable monomer selected from the group. Examples of monomers include styrene polymerizable monomers such as styrene; acrylic polymerizable monomers such as methyl acrylate; methacrylic polymerizable monomers such as methyl methacrylate; methylene aliphatic monocarboxylic esters, vinyl esters such as vinyl acetate And vinyl polymerizable monomers such as vinyl ethers such as vinyl methyl ether and vinyl ketones such as vinyl methyl ketone.

無機系固形物の例としては、カオリナイト、ベントナイト、タルク、雲母等の粘土鉱物;アルミナ、二酸化チタン、酸化亜鉛、マグネタイト、フェライト、NbTa複合酸化物、WO3、In23、MoO3、V25、SnO2、等の金属酸化物;シリカゲル、ヒドロキシアパタイト、リン酸カルシウムゲル等の不溶性無機塩;銀、プラチナ、銅等の金属;GaAs,GaP,ZnS、CdS、CdSe、等の半導体化合物、ガラス、シリコン、或いはこれらの複合体などを用いることができる。 Examples of inorganic solids include clay minerals such as kaolinite, bentonite, talc, mica; alumina, titanium dioxide, zinc oxide, magnetite, ferrite, NbTa composite oxide, WO 3 , In 2 O 3 , MoO 3 , Metal oxides such as V 2 O 5 and SnO 2 ; Insoluble inorganic salts such as silica gel, hydroxyapatite and calcium phosphate gel; Metals such as silver, platinum and copper; Semiconductor compounds such as GaAs, GaP, ZnS, CdS and CdSe , Glass, silicon, or a composite thereof can be used.

金以外の基体の部分は、以下のものも利用できる。即ち、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ジアセテート、トリセテート、セロハン、セルロイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、ポリアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどのプラスチックからなるフィルム、ポリビニルクロライド、ポリビニルアルコール、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン等からなる多孔性高分子膜、木板、ガラス板、シリコン基板、木綿、レーヨン、アクリル、絹、ポリエステルなどの布、上質紙、中質紙、アート紙、ボンド紙、再生紙、バライタ紙、キャストコート紙、ダンボール紙、レジンコート紙などの紙を用いた膜状やシート状としたものも利用できる。なお、これら膜状やシート状の材料は、滑らかなものであっても、凹凸のついたものであっても良い。   As the base part other than gold, the following can be used. Film made of plastic such as polyethylene terephthalate (PET), diacetate, tricetate, cellophane, celluloid, polycarbonate, polyimide, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyacrylate, polyethylene, polypropylene, polyester, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, acetyl Porous polymer film made of cellulose, polycarbonate, nylon, polypropylene, polyethylene, Teflon, wood board, glass board, silicon substrate, cotton, rayon, acrylic, silk, polyester, cloth, fine paper, medium paper, art paper Also, a film or sheet using paper such as bond paper, recycled paper, baryta paper, cast coated paper, cardboard paper, or resin coated paper can be used. These film-like and sheet-like materials may be smooth or uneven.

更に、金以外の基体の部分としては、シリコンやシリカ、ガラス、石英ガラス等の基板及びそれらの基板にフォトリソグラフィーやエッチング、サンドブラスト等の手法で施された微小流路やホール(孔)、或いはそれらの表面に銀、白金の薄膜が施されたもの、PDMS(ポリジメチルシロキサン)やPMMA(ポリメチルメタクリレート)、PET(ポリエチレンテレフタレート)PC(ポリカーボネート)PS(ポリスチレン)等の基板及び成型技術により施された微小流路やホール(孔)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンダイアモンド或いはそれらの集合体、アルミナ、カーボン、フラーレン、ZnO等からなるナノウイスカー、SiO2、アルミノシリケート、その他のメタロシリケート、TiO2、SnO2、Ta25等からなるメソポーラス薄膜、微粒子、及びモノリス構造体、銀、銅、白金等の微粒子、マグネタイト、フェライト、ヘマタイト、ガンマ・ヘマタイト、マグヘマイト等の鉄酸化物微粒子、アルミニウムシリコン混合膜及びそれを陽極酸化したシリコン酸化物ナノ構造体、ポーラスアルミナ薄膜、アルミナナノホール構造体、シリコンナノワイヤー等が挙げられる。また、本発明の基体の大きさは使用用途に応じて種々選択することが可能である。 Furthermore, as the base part other than gold, a substrate made of silicon, silica, glass, quartz glass, or the like, and a minute flow path or a hole (hole) made on the substrate by a technique such as photolithography, etching, or sandblasting, or These are applied by a substrate and molding technology such as those with silver or platinum thin films, PDMS (polydimethylsiloxane), PMMA (polymethylmethacrylate), PET (polyethylene terephthalate) PC (polycarbonate) PS (polystyrene). Microchannels, holes (holes), carbon nanotubes, carbon nanohorns, fullerene diamonds or aggregates thereof, nanowhiskers made of alumina, carbon, fullerene, ZnO, etc., SiO 2 , aluminosilicates, other metallosilicates, TiO 2 2, S O 2, mesoporous thin film made of Ta 2 O 5 or the like, fine particles, and the monolith structures, silver, copper, fine particles such as platinum, magnetite, ferrite, hematite, gamma hematite, iron oxide particles such as maghemite, aluminum silicon mixed Examples thereof include a film and a silicon oxide nanostructure obtained by anodizing it, a porous alumina thin film, an alumina nanohole structure, and a silicon nanowire. Further, the size of the substrate of the present invention can be variously selected according to the intended use.

(2)標的物質結合部位を有する金結合性単ドメイン単量体タンパク質
・金結合性単ドメイン単量体タンパク質
本発明は、単ドメインからなる金結合性タンパク質で、少なくとも金結合性部位を有し、かつ標的物質に対する結合部位を同ドメイン内に有しているものを包含する。金結合部位は、単ドメインのどの部位でも良いが、ループモチーフ(折れ曲がり部)の少なくとも一部であることが望ましい。金結合性単ドメイン単量体タンパク質において、少なくとも金結合部位を有するループ群を第一のループ群と呼ぶ。第一のループ群とは異なる反対側のループ群を第二のループ群と呼ぶ。標的物質がAuの場合のみ第一、第二のループ群の順番は特に規定しない。この金結合性単ドメイン単量体タンパク質には以下の構成のものが例示できる。
(a)一以上のループモチーフ(折れ曲がり部)が金結合部位で、前記ループモチーフ(折れ曲がり部)を含む第一のループ群の他の一以上のループモチーフが標的物質結合部位であるタンパク質(図2(a)に記載の構成)。
(b)一以上のループモチーフ(折れ曲がり部)が金結合部位で、前記ループモチーフを有する金結合部位を含む第一のループ群と異なる第二のループ群の一以上のループモチーフが標的物質結合部位であるタンパク質(図2(b)に記載の構成)。
(c)一以上のループモチーフ(折れ曲がり部)が金結合部位で、標的物質結合部位が第一または第二のループ群以外の部位であるタンパク質(図2(c)に記載の構成)。
具体的にはCBMのような糖結合タンパク質(βサンドイッチ構造を有する)が挙げられ、糖とβシート部位で結合することが知られる。CBMを足場構造に用い、金結合性をループモチーフに付与することにより、糖を標的物質とした金結合単ドメイン単量体タンパク質などが例示される。
(2) Gold-binding single-domain monomer protein / gold-binding single-domain monomer protein having a target substance binding site The present invention is a gold-binding protein comprising a single domain and has at least a gold-binding site. And having a binding site for the target substance in the same domain. The gold binding site may be any site in a single domain, but is preferably at least a part of a loop motif (bent portion). In the gold-binding single domain monomer protein, a loop group having at least a gold binding site is referred to as a first loop group. An opposite loop group different from the first loop group is referred to as a second loop group. The order of the first and second loop groups is not specified only when the target substance is Au. Examples of the gold-binding single domain monomer protein include the following structures.
(A) a protein in which one or more loop motifs (bent portions) are gold binding sites, and one or more other loop motifs including the loop motif (bending portions) in the first loop group are target substance binding sites (FIG. 2 (a) configuration).
(B) One or more loop motifs (bent portions) are gold binding sites, and one or more loop motifs different from the first loop group including the gold binding sites having the loop motif are bound to the target substance. A protein as a site (configuration shown in FIG. 2B).
(C) A protein in which one or more loop motifs (bent portions) are gold binding sites and the target substance binding site is a site other than the first or second loop group (configuration shown in FIG. 2C).
Specific examples include sugar-binding proteins such as CBM (having a β sandwich structure), and are known to bind to sugars at β sheet sites. By using CBM as a scaffold structure and imparting gold-binding property to a loop motif, a gold-binding single domain monomer protein using sugar as a target substance is exemplified.

より緻密な配向性を得るためには、(b)に示す金結合性単ドメイン単量体タンパク質が好ましい。更に好ましくは、金結合性部位が二以上のループであることが良い。βシート層面で標的物質に結合する場合、例えばCBMを利用する場合は、図2(c)の構成が好ましい。これらの構成から所望に構成を、標的物質の種類、本金結合性単ドメイン単量体タンパク質の用途により適宜選択することが出来る。   In order to obtain a more precise orientation, the gold-binding single domain monomer protein shown in (b) is preferred. More preferably, the gold binding site is two or more loops. When binding to the target substance on the β sheet layer surface, for example, when using CBM, the configuration of FIG. 2C is preferable. A desired configuration can be appropriately selected from these configurations depending on the type of the target substance and the use of the gold-binding single domain monomer protein.

標的物質結合部位の標的物質結合性アミノ酸配列は、コンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製したβサンドイッチ構造タンパク質のループモチーフ(折れ曲がり部)組換え体ライブラリーから得ることができる。すなわち、このライブラリーより、特異的に標的物質に対して結合性を有するβサンドイッチ構造タンパク質を、従来技術によりパニングして獲得し、標的物質結合部位を有する金結合性単量体タンパク質として利用することができる。組換える領域のアミノ酸数やループ数、ループ位置は、適宜決められるが、基体と標的物質結合部位間に一定のスペースを確保し、標的物質結合能を有していれば数や位置に制限はない。   The target substance-binding amino acid sequence of the target substance-binding site can be obtained from a β motif sandwich protein loop motif (folded part) recombinant library prepared using combinatorial chemistry techniques. That is, from this library, a β sandwich structure protein that specifically binds to a target substance is obtained by panning by a conventional technique and used as a gold-binding monomer protein having a target substance binding site. be able to. The number of amino acids, the number of loops, and the loop position in the recombination region can be determined as appropriate. Absent.

ここで説明した金結合性単量体タンパク質についても金に対する解離定数(KD)は、上述した範囲のものが採用し得る。 As for the gold-binding monomer protein described here, the dissociation constant (K D ) for gold may be within the above-mentioned range.

・基体
本発明にかかる金結合性単ドメイン単量体タンパク質を、基体との組み合わせることで種々の用途に利用できる構造体を得ることができる。この用途に利用できる基体としては、先に金結合性タンパク質の場合に例示したものが利用できる。
-Substrate By combining the gold-binding single domain monomer protein according to the present invention with a substrate, a structure that can be used for various applications can be obtained. As the substrate that can be used for this purpose, those exemplified above for the gold-binding protein can be used.

・標的物質
本発明にかかる金結合性単ドメイン単量体タンパク質を、金との結合性を有する部位と、標的物質に対して結合性を有する部位とが含まれるように構成することで、標的物質検出用の金結合性単ドメイン単量体タンパク質として利用することが可能となる。この検出対象としての標的物質としては、特異的に結合する物質であれば如何なる分子も用いることが可能である。例えば、標的物質は、非生体物質と生体物質に大別される。
-Target substance By configuring the gold-binding single domain monomer protein according to the present invention so as to include a part having a binding property to gold and a part having a binding property to the target substance, It can be used as a gold-binding single domain monomer protein for substance detection. As the target substance as the detection target, any molecule can be used as long as it is a substance that specifically binds. For example, target substances are roughly classified into non-biological substances and biological substances.

非生体物質としては、以下が挙げられる。即ち、環境汚染物質としての塩素置換数/位置の異なるPCB類、同じく塩素置換数/位置の異なるダイオキシン類、いわゆる環境ホルモンと呼ばれる内分泌撹乱物質(例:ヘキサクロロベンゼン、ペンタクロロフェノール、2,4,5−トリクロロ酢酸、2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、アミトロール、アトラジン、アラクロール、ヘキサクロロシクロヘキサン、エチルパラチオン、クロルデン、オキシクロルデン、ノナクロル、1,2−ジブロモ−3−クロロプロパン、DDT、ケルセン、アルドリン、エンドリン、ディルドリン、エンドスルファン(ベンゾエピン)、ヘプタクロル、ヘプタクロルエポキサイド、マラチオン、メソミル、メトキシクロル、マイレックス、ニトロフェン、トキサフェン、トリフルラリン、アルキルフェノール(炭素数5〜9)、ノニルフェノール、オクチノニルフェノール、4−オクチルフェノール、ビスフェノールA、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジ−n−ブチル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ジエチル、ベンゾ(a)ピレン、2,4ージクロロフェノール、アジピン酸ジ−2−エチルヘキシル、ベンゾフェノン、4−ニトロトルエン、オクタクロロスチレン、アルディカーブ、ベノミル、キーポン(クロルデコン)、マンゼブ(マンコゼブ)、マンネブ、メチラム、メトリブジン、シペルメトリン、エスフェンバレレート、フェンバレレート、ペルメトリン、ビンクロゾリン、ジネブ、ジラム、フタル酸ジペンチル、フタル酸ジヘキシル、フタル酸ジプロピル)また、無機材料として例えばAu、Pt,Pd,Ag,SiO2,Zeolites,ZnO、CaCO3、Cr2O3,Fe2O3,GaAs,ZnS等が挙げられる。   Non-biological substances include the following. That is, PCBs having different chlorine substitution numbers / positions as environmental pollutants, dioxins having different chlorine substitution numbers / positions, so-called endocrine disrupting substances called environmental hormones (eg, hexachlorobenzene, pentachlorophenol, 2, 4, 5-trichloroacetic acid, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, amitrol, atrazine, alachlor, hexachlorocyclohexane, ethyl parathion, chlordane, oxychlordane, nonachlor, 1,2-dibromo-3-chloropropane, DDT, quercene, aldrin, endrin , Dieldrin, endosulfan (benzoepin), heptachlor, heptachlor epoxide, malathion, mesomil, methoxychlor, mirex, nitrophene, toxaphene, trifluralin, alkylphen (Carbon number 5-9), nonylphenol, octynonylphenol, 4-octylphenol, bisphenol A, di-2-ethylhexyl phthalate, butylbenzyl phthalate, di-n-butyl phthalate, dicyclohexyl phthalate, diethyl phthalate , Benzo (a) pyrene, 2,4-dichlorophenol, di-2-ethylhexyl adipate, benzophenone, 4-nitrotoluene, octachlorostyrene, aldicarb, benomyl, kipon (chlordecone), manzeb (mancozeb), manneb, methylam , Metribudine, cypermethrin, esfenvalerate, fenvalerate, permethrin, vinclozolin, dineb, diram, dipentyl phthalate, dihexyl phthalate, dipropyl phthalate), as examples of inorganic materials If Au, Pt, Pd, Ag, SiO2, Zeolites, ZnO, CaCO3, Cr2O3, Fe2O3, GaAs, ZnS, and the like.

生体物質としては、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質及びそれらの複合体から選択される生体物質が含まれる。更に詳しくは、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質から選択される生体分子を含んでなるものである。具体的には、DNA、RNA、アプタマー、遺伝子、染色体、細胞膜、ウイルス、抗原、抗体、レクチン、ハプテン、ホルモン、レセプタ、酵素、ペプチド、スフィンゴ糖、スフィンゴ脂質の何れかから選択された物質を含むものである。更には、前記の「生体物質」を産生する細菌や細胞そのものも、本発明が対象とする「生体物質」として標的物質となり得る。   Biological materials include biological materials selected from nucleic acids, proteins, sugar chains, lipids, and complexes thereof. More specifically, it comprises a biomolecule selected from nucleic acids, proteins, sugar chains and lipids. Specifically, it contains a substance selected from DNA, RNA, aptamer, gene, chromosome, cell membrane, virus, antigen, antibody, lectin, hapten, hormone, receptor, enzyme, peptide, sphingosaccharide, and sphingolipid. It is a waste. Furthermore, bacteria and cells themselves that produce the above-mentioned “biological substances” can also be target substances as “biological substances” targeted by the present invention.

具体的なタンパク質としては、いわゆる疾病マーカーが挙げられる。例として以下のものが挙げられる。即ち、
・胎児期に肝細胞で産生され胎児血中に存在する酸性糖蛋白であり、肝細胞癌(原発性肝癌)、肝芽腫、転移性肝癌、ヨークサック腫瘍のマーカーとなるα−フェトプロテイン(AFP)。
・肝実質障害時に出現する異常プロトロンビンであり、肝細胞癌で特異的に出現することが確認されるPIVKA−II。
・免疫組織化学的に乳癌特異抗原である糖蛋白で、原発性進行乳癌、再発・転移乳癌のマーカーとなるBCA225。
・ヒト胎児の血清、腸および脳組織抽出液に発見された塩基性胎児蛋白であり、卵巣癌、睾丸腫瘍、前立腺癌、膵癌、胆道癌、肝細胞癌、腎臓癌、肺癌、胃癌、膀胱癌、大腸癌のマーカーである塩基性フェトプロテイン(BFP)。
・進行乳癌、再発乳癌、原発性乳癌、卵巣癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるCA15−3、膵癌、胆道癌、胃癌、肝癌、大腸癌、卵巣癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるCA19−9。
・卵巣癌、乳癌、結腸・直腸癌、胃癌、膵癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるCA72−4、卵巣癌(特に漿液性嚢胞腺癌)、子宮体部腺癌、卵管癌、子宮頸部腺癌、膵癌、肺癌、大腸癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるCA125。
・上皮性卵巣癌、卵管癌、肺癌、肝細胞癌、膵癌マーカーとなる糖蛋白であるCA130。
・卵巣癌(特に漿液性嚢胞腺癌)、子宮体部腺癌、子宮頸部腺癌のマーカーとなるコア蛋白抗原であるCA602。
・卵巣癌(特に粘液性嚢胞腺癌)、子宮頸部腺癌、子宮体部腺癌のマーカーとなる母核糖鎖関連抗原であるCA54/61(CA546)。
・大腸癌、胃癌、直腸癌、胆道癌、膵癌、肺癌、乳癌、子宮癌、尿路系癌等の腫瘍関連のマーカー抗原として現在、癌診断の補助に最も広く利用されている癌胎児性抗原(CEA)。
・膵癌、胆道癌、肝細胞癌、胃癌、卵巣癌、大腸癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるDUPAN−2。
・膵臓に存在し、結合組織の弾性線維エラスチン(動脈壁や腱などを構成する)を 特異的に加水分解する膵外分泌蛋白分解酵素であり、膵癌、膵嚢癌、胆道癌のマーカーとなるエラスターゼ1。
・ヒト癌患者の腹水や血清中に高濃度に存在する糖蛋白であり、肺癌、白血病、食道癌、膵癌、卵巣癌、腎癌、胆管癌、胃癌、膀胱癌、大腸癌、甲状腺癌、悪性リンパ腫のマーカーとなる免疫抑制酸性蛋白(IAP)。
・膵癌、胆道癌、乳癌、大腸癌、肝細胞癌、肺腺癌、胃癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるNCC−ST−439。
・前立腺癌のマーカーとなる糖蛋白質であるγ−セミノプロテイン(γ−Sm)、ヒト前立腺組織から抽出された糖蛋白であり、前立腺組織のみに存在し、それゆえ前立腺癌のマーカーとなる前立腺特異抗原(PSA)。
・前立腺から分泌される酸性pH下でリン酸エステルを水解する酵素であり、前立腺癌の腫瘍マーカーとして用いられる前立腺酸性フォスファターゼ(PAP)。
・神経組織及び神経内分泌細胞に特異的に存在する解糖系酵素であり、肺癌(特に肺小細胞癌)、神経芽細胞腫、神経系腫瘍、膵小島癌、食道小細胞癌、胃癌、腎臓癌、乳癌のマーカーとなる神経特異エノラーゼ(NSE)。
・子宮頸部扁平上皮癌の肝転移巣から抽出・精製された蛋白質であり、子宮癌(頸部扁平上皮癌)、肺癌、食道癌、頭頸部癌、皮膚癌のマーカーとなる扁平上皮癌関連抗原(SCC抗原)。
・肺腺癌、食道癌、胃癌、大腸癌、直腸癌、膵癌、卵巣癌、子宮癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるシアリルLeX−i抗原(SLX)。
・膵癌、胆道癌、肝癌、胃癌、大腸癌のマーカーとなる糖鎖抗原であるSPan−1。
・食道癌、胃癌、直腸・結腸癌、乳癌、肝細胞癌、胆道癌、膵癌、肺癌、子宮癌のマーカーであり、特に他の腫瘍マーカーと組み合わせて進行癌を推測し、再発予知・治療経過観察として有用である単鎖ポリペプチドである組織ポリペプタイド抗原(TPA)。
・卵巣癌、転移性卵巣癌、胃癌、大腸癌、胆道系癌、膵癌、肺癌のマーカーとなる母核糖鎖抗原であるシアリルTn抗原(STN)。
・肺の非小細胞癌、特に肺の扁平上皮癌の検出に有効な腫瘍マーカーであるシフラ(cytokeratin;CYFRA)。
・胃液中に分泌される蛋白消化酵素であるペプシンの2種(PG I・PG II )の不活性型前駆体であり、胃潰瘍(特に低位胃潰瘍)、十二指腸潰瘍(特に再発、難治例)、ブルンネル腺腫、ゾーリンガーエリソン症候群、急性胃炎のマーカーとなるペプシノゲン(PG)。
・組織障害や感染により、血漿中で変化する急性相反応蛋白であり、急性心筋梗塞等により心筋に壊死が起こると、高値を示すC−反応性蛋白(CRP)。
・組織障害や感染により、血漿中で変化する急性相反応蛋白である血清アミロイドA蛋白(SAA)。
・主に心筋や骨格筋に存在する分子量約17500のヘム蛋白であり、急性心筋梗塞、筋ジストロフィー、多発性筋炎、皮膚筋炎のマーカーとなるミオグロビン。
・骨格筋,心筋の可溶性分画を中心に存在し、細胞の損傷によって血液中に遊出する酵素であって、急性心筋梗塞、甲状腺機能低下症、進行性筋ジストロフィー症、多発性筋炎のマーカーとなるクレアチンキナーゼ(CK)。これには、骨格筋由来のCK−MM型,脳,平滑筋由来のCK−BB型,心筋由来のCK−MB型の3種のアイソザイム及びミトコンドリア・アイソザイムや免疫グロブリンとの結合型CK(マクロCK)がある。
・横紋筋の薄いフィラメント上でトロポニンI,Cとともにトロポニン複合体を形成し,筋収縮の調節に関与している分子量39,000の蛋白であり、横紋筋融解症、心筋炎、心筋梗塞、腎不全のマーカーとなるトロポニンT。
・骨格筋・心筋いずれの細胞にも含まれる蛋白であり,測定結果の上昇は骨格筋,心筋の障害や壊死を意味するため、急性心筋梗塞症、筋ジストロフィー、腎不全のマーカーとなる心室筋ミオシン軽鎖I。
・また、近年ストレスマーカーとして注目されてきているクロモグラニンA、チオレドキシン、8−OhdG、等が挙げられる。
Specific proteins include so-called disease markers. Examples include the following: That is,
-An alpha-fetoprotein (AFP) that is produced by hepatocytes in the fetal period and is present in fetal blood and serves as a marker for hepatocellular carcinoma (primary liver cancer), hepatoblastoma, metastatic liver cancer, and Yorksack tumor ).
PIVKA-II, which is an abnormal prothrombin that appears at the time of liver parenchymal disorder and is confirmed to appear specifically in hepatocellular carcinoma.
BCA225 is a glycoprotein that is a breast cancer-specific antigen immunohistochemically and serves as a marker for primary advanced breast cancer and recurrent / metastatic breast cancer.
-Basic fetal protein found in human fetal serum, intestinal and brain tissue extracts, ovarian cancer, testicular tumor, prostate cancer, pancreatic cancer, biliary tract cancer, hepatocellular carcinoma, kidney cancer, lung cancer, stomach cancer, bladder cancer Basic fetoprotein (BFP), which is a marker for colon cancer.
CA15-3 which is a sugar chain antigen serving as a marker for advanced breast cancer, recurrent breast cancer, primary breast cancer, ovarian cancer, CA19 which is a sugar chain antigen serving as a marker for pancreatic cancer, biliary tract cancer, stomach cancer, liver cancer, colon cancer, ovarian cancer -9.
・ CA72-4, a carbohydrate antigen that is a marker for ovarian cancer, breast cancer, colorectal cancer, gastric cancer, pancreatic cancer, ovarian cancer (especially serous cystadenocarcinoma), endometrial adenocarcinoma, fallopian tube cancer, cervix CA125, which is a sugar chain antigen that serves as a marker for adenocarcinoma, pancreatic cancer, lung cancer, and colon cancer.
CA130 which is a glycoprotein serving as an epithelial ovarian cancer, fallopian tube cancer, lung cancer, hepatocellular carcinoma, pancreatic cancer marker.
CA602 which is a core protein antigen that serves as a marker for ovarian cancer (especially serous cystadenocarcinoma), endometrial adenocarcinoma, and cervical adenocarcinoma.
CA54 / 61 (CA546), a mother nucleus sugar chain-related antigen that serves as a marker for ovarian cancer (particularly mucinous cystadenocarcinoma), cervical adenocarcinoma, and endometrial adenocarcinoma.
Carcinoembryonic antigen that is currently most widely used to assist cancer diagnosis as a tumor-related marker antigen for colorectal cancer, stomach cancer, rectal cancer, biliary tract cancer, pancreatic cancer, lung cancer, breast cancer, uterine cancer, urinary tract cancer, etc. (CEA).
DUPAN-2, a sugar chain antigen that serves as a marker for pancreatic cancer, biliary tract cancer, hepatocellular carcinoma, gastric cancer, ovarian cancer, and colon cancer.
Elastase 1 is an exocrine pancreatic proteolytic enzyme that exists in the pancreas and specifically hydrolyzes the elastic fiber elastin of the connective tissue (which constitutes arterial walls and tendons), and serves as a marker for pancreatic cancer, pancreatic sac cancer, and biliary tract cancer .
・ Glycoprotein present in high concentrations in ascites and serum of human cancer patients, lung cancer, leukemia, esophageal cancer, pancreatic cancer, ovarian cancer, renal cancer, bile duct cancer, stomach cancer, bladder cancer, colon cancer, thyroid cancer, malignant Immunosuppressive acidic protein (IAP) that serves as a marker for lymphoma.
NCC-ST-439, which is a sugar chain antigen serving as a marker for pancreatic cancer, biliary tract cancer, breast cancer, colon cancer, hepatocellular carcinoma, lung adenocarcinoma, and stomach cancer.
Gamma-seminoprotein (γ-Sm), a glycoprotein that is a marker for prostate cancer, is a glycoprotein extracted from human prostate tissue and is only present in the prostate tissue, and therefore is a prostate cancer marker Specific antigen (PSA).
Prostatic acid phosphatase (PAP), an enzyme that hydrolyzes phosphate esters under acidic pH secreted from the prostate and is used as a tumor marker for prostate cancer.
・ Glycolytic enzyme that exists specifically in nerve tissue and neuroendocrine cells, lung cancer (especially lung small cell carcinoma), neuroblastoma, nervous system tumor, pancreatic islet cancer, esophageal small cell carcinoma, stomach cancer, kidney Nerve specific enolase (NSE), which is a marker for cancer and breast cancer.
・ A protein extracted and purified from liver metastases of cervical squamous cell carcinoma, which is a marker of uterine cancer (cervical squamous cell carcinoma), lung cancer, esophageal cancer, head and neck cancer, and skin cancer. Antigen (SCC antigen).
-Sialyl LeX-i antigen (SLX) which is a sugar chain antigen serving as a marker for lung adenocarcinoma, esophageal cancer, stomach cancer, colon cancer, rectal cancer, pancreatic cancer, ovarian cancer, uterine cancer.
SPan-1, which is a sugar chain antigen that serves as a marker for pancreatic cancer, biliary tract cancer, liver cancer, gastric cancer, and colon cancer.
・ Esophageal cancer, gastric cancer, rectal / colon cancer, breast cancer, hepatocellular carcinoma, biliary tract cancer, pancreatic cancer, lung cancer, uterine cancer marker, especially in combination with other tumor markers to predict advanced cancer, progress of recurrence Tissue polypeptide antigen (TPA), a single-chain polypeptide that is useful as an observation.
-Sialyl Tn antigen (STN), which is a mother sugar sugar antigen that is a marker for ovarian cancer, metastatic ovarian cancer, stomach cancer, colon cancer, biliary tract cancer, pancreatic cancer, and lung cancer.
Cytokeratin (CYFRA) which is an effective tumor marker for detecting non-small cell lung cancer, particularly squamous cell carcinoma of the lung.
・ Inactive precursors of two types of pepsin (PG I and PG II), protein digestive enzymes secreted into the gastric juice, including gastric ulcers (especially lower gastric ulcers), duodenal ulcers (especially relapsed and refractory cases), Brunnell Pepsinogen (PG) is a marker for adenoma, Solinger-Ellison syndrome, and acute gastritis.
C-reactive protein (CRP), which is an acute phase reaction protein that changes in plasma due to tissue damage or infection, and shows a high value when necrosis occurs in the myocardium due to acute myocardial infarction or the like.
Serum amyloid A protein (SAA), an acute phase reaction protein that changes in plasma due to tissue damage or infection.
Myoglobin which is a heme protein having a molecular weight of about 17500 mainly present in the heart muscle and skeletal muscle and serves as a marker for acute myocardial infarction, muscular dystrophy, polymyositis and dermatomyositis.
-An enzyme that exists mainly in the soluble fraction of skeletal muscle and myocardium and is released into the blood by cell damage, and is a marker for acute myocardial infarction, hypothyroidism, progressive muscular dystrophy, and polymyositis Creatine kinase (CK). This includes CK-MM type derived from skeletal muscle, CK-BB type derived from brain and smooth muscle, CK-MB type derived from myocardium, and CK (macro conjugated with mitochondrial isozymes and immunoglobulins). CK).
A protein with a molecular weight of 39,000 that forms a troponin complex with troponins I and C on thin filaments of striated muscle and is involved in the regulation of muscle contraction. Rhabdomyolysis, myocarditis, myocardial infarction Troponin T, a marker of renal failure.
・ Protein contained in both skeletal muscle and myocardial cells, and an increase in measurement results means damage or necrosis of skeletal muscle or myocardium. Therefore, ventricular myosin is a marker for acute myocardial infarction, muscular dystrophy, and renal failure. Light chain I.
In addition, chromogranin A, thioredoxin, 8-OhdG, and the like that have recently been attracting attention as stress markers.

(3)標的物質結合部位を有する金結合性複合タンパク質
・金結合性複合タンパク質
本発明は、2以上のドメインから構成され、1以上のドメインが上記構成の金結合性タンパク質を有するものを包含する。上記構成の金結合性タンパク質を含む第一のドメインと、標的物質に対する結合部位を有するタンパク質を含む第二のドメインと、を有する複合タンパク質である。この金結合性複合タンパク質には以下の構成のものが例示できる(図3)。
(a)第一のドメインと第二のドメインが一本のポリペプチド鎖を形成している構成(図3(1) に記載の構成)。
(b)少なくとも第一のドメインと第二のドメインを含む一本のポリペプチド鎖からなる構成。図3に記載の構成(図3(3)及び(4)に記載の構成)。
(c)第一のドメインと第二のドメインの一部が一本のポリペプチド鎖を形成し、更に他の第二のドメインの一部と多量体を形成する構成(図3(2)に記載の構成)。
(3) Gold-binding complex protein / gold-binding complex protein having a target substance-binding site The present invention includes two or more domains, and one or more domains having the above-structured gold-binding protein . It is a composite protein having a first domain containing a gold-binding protein having the above structure and a second domain containing a protein having a binding site for a target substance. Examples of the gold-binding complex protein include the following structures (FIG. 3).
(A) A configuration in which the first domain and the second domain form one polypeptide chain (configuration described in FIG. 3 (1)).
(B) A configuration comprising one polypeptide chain including at least a first domain and a second domain. The configuration described in FIG. 3 (the configuration described in FIGS. 3 (3) and (4)).
(C) A configuration in which a part of the first domain and a part of the second domain form a single polypeptide chain, and a part of the other part of the second domain forms a multimer (see FIG. 3 (2)). Description configuration).

金結合性複合タンパク質の構成要素としてのタンパク質は、少なくとも二以上のアミノ酸が結合して形成される(ポリ)ペプチド鎖を少なくとも一以上含む。そして、それらポリペプチド鎖が特定の立体構造を形成するように折り畳まれて、固有の機能(変換、分子認識等)発揮できる分子を形成している。本発明の金結合性複合タンパク質は、金に対する結合部位を一以上有し、標的物質としての金もしくは金以外の物質との結合部位を一以上有する、多価または多重特異性の結合性を示す複合タンパク質で、少なくとも以下を含んでなる複合化されたタンパク質である。   The protein as a component of the gold-binding complex protein includes at least one (poly) peptide chain formed by combining at least two or more amino acids. These polypeptide chains are folded so as to form a specific three-dimensional structure to form a molecule that can exhibit a unique function (conversion, molecular recognition, etc.). The gold-binding complex protein of the present invention has one or more binding sites for gold and one or more binding sites for gold or a substance other than gold as a target substance, and exhibits multivalent or multispecific binding properties. A complex protein, a complexed protein comprising at least:

第一のドメインと第二のドメインを連結するポリペプチド鎖長は適宜選択することが出来る。各ドメインの機能を低下させなければどんな配列でも良い。   The polypeptide chain length linking the first domain and the second domain can be appropriately selected. Any sequence may be used as long as the function of each domain is not lowered.

標的物質結合部位である第二のドメインは、どんな構造でも良い。例えば、β構造、α構造、α/β構造、α+β構造など標的物質に特異的に結合することができれば構造に規定はない。第二ドメインの足場構造として以下が挙げられる。即ち、抗体断片(VH,VL,Fv,scFv,Fab,VHHなど)、APPI(Alzheimer's amyloid β-protein precursor inhibitor), AR(Ankyrin repeat), BPTI(bovine pancreatic trypsin inhibitor), CBD(cellulose-binding domain), CBM4-2(carbohydrate-binding module 4 of family 2 of xylanase from Rhodothermus marinus), CI2(chymotorypsin inhibitor 2), CTLA-4(cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4), EETI II(Ecballium elaterium trypsin inhibitor II), 10FN3(tenth fibronectin typeIII domain), hPSTI(human pancreatic secretary trypsin inhibitor), Im9(immunityprotein 9), LACI-D1(human lipoprotein-associated coagulation inhibitor domain 1), LDTI(leech-derived trypsin inhibitor), MTI II(mustard trypsin inhibitor 2), PHD finger(plant homeodomain finger), pVIII(protein VIII of filamentous bacteriophage), SH2(src homology domain 2), SH3(src homology domain 3), TPR(tetratricopeptide repeat), Tedamistat, Neocarzinostatin, T-cell receptor, Lipocallins, protein A domain, Zinc finger, GCN4, WW domain, PDZ domains, TEM-1 β-lactamase, GFP, Thioredoxin, Staphylococcal nuclease, Ecotin, Scorpion toxins, Insect defensin A, γ-crystallins, Ubiquitin, transferring, C-type lectin-like domains, low-density lipoprotein receptor domain Aなどが挙げられる。   The second domain that is the target substance binding site may have any structure. For example, the structure is not limited as long as it can specifically bind to a target substance such as a β structure, an α structure, an α / β structure, or an α + β structure. Examples of the scaffold structure of the second domain include the following. That is, antibody fragments (VH, VL, Fv, scFv, Fab, VHH, etc.), APPI (Alzheimer's amyloid β-protein precursor inhibitor), AR (Ankyrin repeat), BPTI (bovine pancreatic trypsin inhibitor), CBD (cellulose-binding domain) ), CBM4-2 (carbohydrate-binding module 4 of family 2 of xylanase from Rhodothermus marinus), CI2 (chymotorypsin inhibitor 2), CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4), EETI II (Ecballium elaterium trypsin inhibitor II) ), 10FN3 (tenth fibronectin type III domain), hPSTI (human pancreatic secretary trypsin inhibitor), Im9 (immunityprotein 9), LACI-D1 (human lipoprotein-associated coagulation inhibitor domain 1), LDTI (leech-derived trypsin inhibitor), MTI II (mustard trypsin inhibitor 2), PHD finger (plant homeodomain finger), pVIII (protein VIII of filamentous bacteriophage), SH2 (src homology domain 2), SH3 (src homology domain 3), TPR (tetratricopeptide repeat), Tedamistat, Neocarzinostatin, T-cell receptor, Lipocallins, protein A domain, Zinc finger, GCN4, WW domain, PDZ domains, TEM-1 β-l Examples include actamase, GFP, Thioredoxin, Staphylococcal nuclease, Ecotin, Scorpion toxins, Insect defensin A, γ-crystallins, Ubiquitin, transfer, C-type lectin-like domains, and low-density lipoprotein receptor domain A.

標的物質結合部位に抗体断片を用いても良いが、好ましくは、金結合部位を含む第一のドメインとドメイン間が相互作用して両結合活性を低下させたり、金結合性複合タンパク質自体の生産性を低下させるようなドメイン構造でないことが望ましい。更に好ましくは標的物質結合部位を有するドメインも、足場構造内にジスルフィド結合を有しない構造を含むドメインである。更に好ましくは、βシート層間にジスルフィド結合を有しないβサンドイッチ構造を含むドメインであることが好ましい。第二のドメインの標的物質結合部位に用いる標的物質結合性アミノ酸配列は、コンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製したβサンドイッチ構造タンパク質のループモチーフ(折れ曲がり部)組換え体ライブラリーから得ることもできる。すなわち、この組換え体ライブラリーより特異的に標的物質に対して結合性を有するβサンドイッチ構造タンパク質をパニングして獲得して用いることができる。組換える領域のアミノ酸数やループ数、ループ位置は、適宜決められるが、基体と標的物質結合部位間に一定のスペースを確保し、標的物質結合能を有していれば数や位置に制限はない。また、抗体のCDR配列を第二のドメインの足場構造にグラフトして作製することも出来る。より好ましくは、抗体と非常に近い立体配座を示すためフィブロネクチン タイプIIIドメインを足場としてグラフトすることが良い。尚、ここで説明した金結合性複合タンパク質についても金に対する解離定数(KD)は、上述した範囲のものが採用し得る。 Antibody fragments may be used for the target substance binding site, but preferably, the first domain containing the gold binding site interacts with the domain to reduce both binding activities, or the production of the gold-binding complex protein itself. It is desirable that the domain structure does not deteriorate the property. More preferably, the domain having a target substance binding site is also a domain containing a structure having no disulfide bond in the scaffold structure. More preferably, it is a domain including a β sandwich structure having no disulfide bond between β sheet layers. The target substance-binding amino acid sequence used for the target substance-binding site of the second domain can also be obtained from a β motif sandwich protein loop motif (folded part) recombinant library prepared using combinatorial chemistry techniques. That is, a β sandwich structure protein having a binding property to a target substance specifically from this recombinant library can be obtained by panning and used. The number of amino acids, the number of loops, and the loop position in the recombination region can be determined as appropriate. Absent. It can also be produced by grafting the CDR sequence of an antibody to the scaffold structure of the second domain. More preferably, a fibronectin type III domain is grafted as a scaffold in order to exhibit a conformation very close to that of an antibody. In addition, the gold binding complex protein described here can employ a dissociation constant (K D ) for gold within the above-mentioned range.

基体及び標的物質については、上述したものが採用し得る。   As the substrate and the target substance, those described above can be adopted.

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, the scope of the present invention is not limited to a following example.

本開示により金結合性タンパク質の取得と緻密な配向性の付与による金基体上での結合活性保持を実証する。以下の実施例では、金結合部位を有する足場構造としてFibronectin TypeIII 10thのβサンドイッチ構造を用いる。また、標的物質結合部位にHyHEL10scFv抗体断片を、標的物質に可溶性鶏卵白リゾチーム(HEL;生化学工業code No.100940)を用いる。また、以下に記す組換えDNA法はSambrookら著書のモレキュラークローニング:実験マニュアル第二版Cold Spring Harbor Laboratory, New York(1989)に基づいて行う。また、発現ベクターの構築には大腸菌分泌発現用のシグナル配列pelBと精製用にHisタグ配列を持つベクターpET-20b(+)Vector(Novagen社Cat.No.69739-3)を用いてコンストラクトを作製できる。上記ベクターは、コンストラクト作製のためのサブクローニングベクターとしても用いる。   The present disclosure demonstrates binding activity retention on a gold substrate by obtaining a gold-binding protein and imparting a fine orientation. In the following examples, a fibronectin type III 10th β sandwich structure is used as a scaffold structure having a gold binding site. Further, a HyHEL10scFv antibody fragment is used as a target substance binding site, and soluble chicken egg white lysozyme (HEL; Seikagaku Corporation code No. 100940) is used as a target substance. The recombinant DNA method described below is performed based on Molecular Cloning: Experimental Manual Second Edition Cold Spring Harbor Laboratory, New York (1989), written by Sambrook et al. For constructing the expression vector, construct a construct using the signal sequence pelB for E. coli secretion expression and the vector pET-20b (+) Vector (Novagen Cat. No. 69739-3) with His tag sequence for purification. it can. The above vector is also used as a subcloning vector for construct production.

また、実施例に用いる化学薬品は特記しない限り分析級またはそれ以上であり、シグマ社及びナカライテスク株式会社より購入できる。カスタムオリゴDNAはシグマジェノシス株式会社、制限酵素および修飾酵素はタカラバイオ株式会社より購入できる。   The chemicals used in the examples are analytical grade or higher unless otherwise specified, and can be purchased from Sigma and Nacalai Tesque. Custom oligo DNA can be purchased from Sigma Genosys, Ltd., and restriction enzymes and modification enzymes can be purchased from Takara Bio Inc.

(実施例1)
「金結性を有するタンパク質を得るための大腸菌による分泌発現用コンストラクトのデザインおよび構築」
金結合性を有するタンパク質の足場構造にFibronectin TypeIII 10thのβサンドイッチ構造を用い、そのBCループとFGループ(J.Mol.Biol.(1998)284、1141)に金結合性アミノ酸配列をグラフト修飾して構築する。プライマーとしては図8に示すものを用いる。最終的に大腸菌で分泌できかつ精製用タグ配列を持つベクターに目的とするタンパク質を発現させるためのDNA断片を再導入し、目的とするタンパク質をデザイン構築できる。
Example 1
"Design and construction of a construct for secretory expression by E. coli to obtain a protein with caking properties"
Fibronectin TypeIII 10th β-sandwich structure is used for the scaffold structure of gold-binding protein, and the gold-binding amino acid sequence is graft modified to the BC loop and FG loop (J. Mol. Biol. (1998) 284, 1141). And build. The primer shown in FIG. 8 is used. Finally, a DNA fragment for expressing the target protein can be reintroduced into a vector that can be secreted in E. coli and has a purification tag sequence, and the target protein can be designed and constructed.

Fibronectin TypeIII 10thのDNA配列は公知である(アクセッションナンバーBX640803(DNA配列番号4870-5160))。そこで、例えば合成オリゴヌクレオチドを設計しPCRとライゲーションによりFibronectin TypeIII 10thをコードするDNA配列を得ることができる(Sambrookら1989、前出)。DNAとアミノ酸配列は図4に示す。図4の下線領域はβシートを形成する領域であり、N末端より、A,B,C,D,E,F,Gと名づけられている。また、各βシート間にあるループで特にグラフトするループ部位を示す(BCループ、FGループ)。最終的に5’末端にEcoRVサイト、3'末端にBamHIサイトを導入するためのプライマー(プライマー配列1,2)を用いてPCRを行い、Fibronectin TypeIII 10thの末端EcoRV/BamHI断片を得る。 The DNA sequence of Fibronectin Type III 10th is known (accession number BX640803 (DNA sequence number 4870-5160)). Thus, for example, a synthetic oligonucleotide can be designed and a DNA sequence encoding Fibronectin Type III 10 th can be obtained by PCR and ligation (Sambrook et al., 1989, supra). The DNA and amino acid sequences are shown in FIG. The underlined region in FIG. 4 is a region that forms a β sheet, and is named A, B, C, D, E, F, and G from the N terminal. Moreover, the loop site | part grafted especially by the loop between each (beta) sheet | seat is shown (BC loop, FG loop). Finally, PCR is performed using primers (primer sequences 1 and 2) for introducing an EcoRV site at the 5 ′ end and a BamHI site at the 3 ′ end to obtain a terminal EcoRV / BamHI fragment of Fibronectin TypeIII 10 th .

まず、金結合性を有するタンパク質遺伝子のサブクローニングのため、pET-20b(+)ベクターをEcoRVとBamHIで切断し連結する。上記pET-20b(+)ベクター内のFibronection TypeIII 10thは金結合アミノ酸をグラフトしていない野生型発現コンストラクトとして後の実施例で対照実験に用いる。次に、ベクター内のFibronectin遺伝子のBCループに、以下に示す配列の金結合アミノ酸配列(金結合配列20)と、FGループに金結合アミノ酸配列(金結合配列22)とをグラフト導入する。
金結合配列20:
DNA配列:TCTTACTGGATCAAC
アミノ酸配列:SYWIN
金結合配列22:
DNA配列:CTCGGTATTGGCGGTCGCTACATGAGCAGA
アミノ酸配列:LGIGGRYMSR
導入の方法は次の通りである。まず、グラフトするBCループを堺に5’側を含む断片を増幅し且つFibronectin遺伝子の5’末端にEcoRVサイトを導入するためのプライマー(プライマー配列1,2)、BCループとFGループ間の断片を増幅するためのプライマー(プライマー配列3,4)とグラフトするFGループの5'側を含む断片を増幅し、且つFibronectin遺伝子の3'末端にBamHIサイトを導入するためのプライマー(プライマー配列5,6)を各セットとして用いて各々一回目のPCRを行う。次いで、金結合アミノ酸配列(配列20 前出)をコードするDNAを含みかつBCループの5'側と3'側の配列を含む合成オリゴヌクレオチド(プライマー配列7)と金結合アミノ酸配列(配列22 前出)をコードするDNAを含みかつFGループ5'側と3'側の配列を含む合成オリゴヌクレオチド(プライマー配列8)、プライマー(プライマー配列1)とプライマー(プライマー配列6)を用いて二回目のPCRを行う。その後、EcoRVとBamHI制限酵素により切断する(図7)。
First, the pET-20b (+) vector is cleaved with EcoRV and BamHI and ligated for subcloning a protein gene having gold-binding properties. Fibronection Type III 10 th in the above pET-20b (+) vector is used as a wild-type expression construct not grafted with a gold-binding amino acid in a later example in a control experiment. Next, a gold-binding amino acid sequence (gold-binding sequence 20) having the following sequence is grafted into the BC loop of the fibronectin gene in the vector, and a gold-binding amino acid sequence (gold-binding sequence 22) is grafted into the FG loop.
Gold bonding array 20:
DNA sequence: TCTTACTGGATCAAC
Amino acid sequence: SYWIN
Gold bonding arrangement 22:
DNA sequence: CTCGGTATTGGCGGTCGCTACATGAGCAGA
Amino acid sequence: LGIGGRYMSR
The method of introduction is as follows. First, a primer (primer sequence 1, 2) for amplifying a fragment containing the 5 'side of the BC loop to be grafted and introducing an EcoRV site into the 5' end of the fibronectin gene, a fragment between the BC loop and the FG loop A primer for amplifying a fragment (primer sequence 3, 4) and a fragment containing the 5 'side of the FG loop to be grafted and a primer for introducing a BamHI site at the 3' end of the fibronectin gene (primer sequence 5, Perform each first PCR using 6) as each set. Next, a synthetic oligonucleotide (primer sequence 7) containing DNA encoding the gold-binding amino acid sequence (sequence 20 supra) and containing the 5 'and 3' sequences of the BC loop and the gold-binding amino acid sequence (sequence 22 A second time using a synthetic oligonucleotide (primer sequence 8), a primer (primer sequence 1) and a primer (primer sequence 6) containing DNA encoding FG loop and containing sequences on the 5 'and 3' sides of the FG loop Perform PCR. Thereafter, it is cleaved with EcoRV and BamHI restriction enzymes (FIG. 7).

一方、pET-20b(+)ベクターを同様にEcoRVとBamHIにより切断しておき、前記金結合配列をグラフトしたFibronectin TypeIII 10th EcoRV/BamHI断片とを連結して金結合性タンパク質の発現コンストラクトプラスミドを取得する。 On the other hand, pET-20b (+) keep vector was cleaved similarly with EcoRV and BamHI, and the Fibronectin TypeIII 10 th EcoRV / BamHI fragment and the connection to the gold-binding protein expression constructs Plasmid grafted with the gold binding sequence get.

構築したコンストラクトのDNA配列確認とプラスミド増幅のため、作製したプラスミドを大腸菌JM109に形質転換後、アンピシリン(100μg/ml)選択LB培地中で37℃一日培養し大腸菌よりプラスミドを回収できる。その一部をDNAシークエンサーによりDNA配列を確認できる。   In order to confirm the DNA sequence of the constructed construct and to amplify the plasmid, the prepared plasmid is transformed into E. coli JM109, and then cultured in ampicillin (100 μg / ml) selective LB medium at 37 ° C. for one day, and the plasmid can be recovered from E. coli. A part of the DNA sequence can be confirmed by a DNA sequencer.

(実施例2)
「タンパク質の発現・精製」
実施例1で作製した金結合性を有するタンパク質をコードするコンストラクトを大腸菌BL21(DE)株(Cat No.69450-4 Novagen社)に形質転換し、アンピシリン(100μg/ml)選択LB培地中で30℃、16時間培養する。最終濃度1mMのIPTGを添加して更に16時間培養してタンパク質の発現を誘導する。遠心により回収した菌体を浸透圧処理(0.5M ショ糖溶液で菌体混和し、5倍量の純水を添加)する。そして、フレンチプレスにより破砕して、大腸菌のペリプラズムに存在する目的タンパク質を可溶化画分として得る。およそ数十mg/lの発現が確認できる。精製については、以下の二つの精製を行う。まず、Hisカラム(His・Bind Purification Kit Cat.No.70239-3(Novagen):精製手順は添付プロトコールに準拠)により目的のタンパク質を精製する。最後にゲルろ過クロマトグラフィー用カラム(Superose12 10/300GL (アマシャム))を用い、ゲルろ過装置(AKTA explorer 10S (アマシャム))により、95%の精製度の金結合性を有するタンパク質を取得することができる。
(Example 2)
"Protein expression and purification"
The construct encoding the protein having gold-binding property prepared in Example 1 was transformed into E. coli BL21 (DE) strain (Cat No. 69450-4 Novagen), and 30 in ampicillin (100 μg / ml) selective LB medium. Incubate at ℃ 16 hours. The final concentration of 1 mM IPTG is added and further cultured for 16 hours to induce protein expression. The cells recovered by centrifugation are treated with osmotic pressure (mixed with 0.5M sucrose solution and added with 5 times the amount of pure water). And it crushes with a French press and the target protein which exists in the periplasm of E. coli is obtained as a solubilized fraction. The expression of about several tens mg / l can be confirmed. For purification, the following two purifications are performed. First, the target protein is purified using a His column (His Bind Purification Kit Cat. No. 70239-3 (Novagen): the purification procedure conforms to the attached protocol). Finally, using a column for gel filtration chromatography (Superose12 10 / 300GL (Amersham)) and using a gel filtration device (AKTA explorer 10S (Amersham)) to obtain a protein with a gold-binding property of 95% purity. it can.

目的タンパク質であることをHisタグ検出用の抗体(Anti-His(C-term)-HRP Antibody抗His (C-term) -HRP 抗体 Cat.No. R931-25 Invitrogen社)を用いてウェスタン解析により確認することができる(ECL Plus Western Blotting Starter Kit Full II Cat.No. 72-AS00-47 アマシャム)。   Western analysis using His-tag detection antibody (Anti-His (C-term) -HRP Antibody anti-His (C-term) -HRP antibody Cat.No. R931-25 Invitrogen) (ECL Plus Western Blotting Starter Kit Full II Cat. No. 72-AS00-47 Amersham).

(実施例3)
「金基体への分子認識による結合アッセイ」
上記実施例2により得た金結合性を有するタンパク質の金基体への結合能評価は、BIAcoreX(SPR測定装置)を用いて行える。まず、BIAcore社製の金表面センサーチップ(SIA kit Au Cat.No.BR-1004-05)を下記手順で洗浄する。まず、濃塩酸に一昼夜浸漬後、超純水で塩酸をよく洗い流し、次いで、アセトンとIPA(イソプロパノール)、超純水に各15分間超音波をかけながら浸漬する。最後に新しい超純水にセンサーチップを移しSPR測定開始前にN2ガスで乾燥させる。実施例2で取得した金結合性を有するタンパク質を最終モル濃度が50nM、200nM、500nMになるようにPBS-T(0.1%Tween20)バッファーで調整する。界面活性剤Tween20を0.1%添加することにより金表面への非特異吸着を抑制する。つまり、金結合性アミノ酸以外での金基体への結合(吸着)を抑え、分子認識による結合を評価できる。金表面センサーチップをBIAcoreX(SPR測定装置)にセットし、PBS-Tバッファーをフローさせ、順次各濃度の金結合性を有するタンパク質を結合させる。この操作により、金表面に対する解離定数(Kd=解離速度(koff)/結合速度(kon))を算出する(表1)。結果、非常に速い結合速度と非常に小さい解離定数を得ることが出きる。また、金表面に対する被覆率は90%と非常に高い。対照実験として、金結合配列をグラフトしていないタンパク質(フィブロネクチンTypeIII 10th)も同様に評価すると解離定数は3桁低い。つまり、上記実施例により、金結合アミノ酸を介して特異的に分子認識的に金表面と結合し、かつ配向性が非常に良好であることが実証できる。また、konが非常に大きくkoffが小さいので、低濃度の金結合性を有するタンパク質で効率よく短時間に金基体上へタンパク質を配置することが可能である。
(Example 3)
"Binding assay by molecular recognition on gold substrate"
Evaluation of the binding ability of the gold-binding protein obtained in Example 2 to the gold substrate can be performed using BIAcoreX (SPR measuring device). First, a gold surface sensor chip (SIA kit Au Cat. No. BR-1004-05) manufactured by BIAcore is washed by the following procedure. First, after being immersed in concentrated hydrochloric acid all day and night, the hydrochloric acid is thoroughly washed away with ultrapure water, and then immersed in acetone, IPA (isopropanol), and ultrapure water for 15 minutes each while applying ultrasonic waves. Finally, transfer the sensor chip to new ultrapure water and dry it with N2 gas before starting SPR measurement. The protein having gold-binding properties obtained in Example 2 is adjusted with PBS-T (0.1% Tween20) buffer so that the final molar concentration is 50 nM, 200 nM, or 500 nM. Nonspecific adsorption to the gold surface is suppressed by adding 0.1% of the surfactant Tween20. That is, binding (adsorption) to a gold substrate other than gold-binding amino acids can be suppressed, and binding by molecular recognition can be evaluated. A gold surface sensor chip is set in BIAcoreX (SPR measuring device), PBS-T buffer is allowed to flow, and proteins having gold-binding properties at various concentrations are sequentially bound. By this operation, the dissociation constant for the gold surface (Kd = dissociation rate (koff) / binding rate (kon)) is calculated (Table 1). As a result, a very fast binding rate and a very small dissociation constant can be obtained. The coverage on the gold surface is as high as 90%. As a control experiment, a protein not grafted with a gold-binding sequence (fibronectin Type III 10 th ) is similarly evaluated, and the dissociation constant is three orders of magnitude lower. That is, according to the above examples, it can be demonstrated that the gold surface specifically binds to the gold surface through the gold-bonded amino acid and the orientation is very good. In addition, since kon is very large and koff is small, it is possible to efficiently place a protein on a gold substrate in a short time with a protein having a low concentration of gold binding.

Figure 2007197433
Figure 2007197433

(実施例4)
「金結合性複合タンパク質を得るための大腸菌による分泌発現用コンストラクトのデザインおよび構築」
まず、金結合性複合タンパク質を下記のようにデザインする。金結合性複合タンパク質の金結合部位を有する第一のドメインにフィブロネクチンTypeIII 10thタンパク質を用いる。そして、標的物質結合部位を有する第二のドメインに抗HEL抗体の断片であるHyHEL10scFv(Biophysical Journal Vol.83, 2946-2968(2002))を用いる。両ドメイン間を図6に示す(G4S)3リンカー(G;グリシン、S;セリン)により連結する。リンカー配列は合成することが出来る。HyHEL10 scFvのDNA配列は公知であるので、例えば合成オリゴヌクレオチドを設計しPCRとライゲーションによりHyHEL10scFvをコードするDNA配列を得ることができる(Sambrookら1989、前出)。DNAとアミノ酸配列は図5に示す。まず、(G4S)3リンカーをコードするDNA配列の5'末端にSacIサイトを3'末端にHindIIIサイトを導入した合成オリゴヌクレオチドを作製する(リンカー配列1 図6前出)。また、HyHEL10scFvをコードするDNA配列の5'末端にHindIIIサイトを3'末端にNotIサイトを導入した合成オリゴヌクレオチドを作製する(図7前出)。
Example 4
"Design and construction of a secretory expression construct by E. coli to obtain a gold-binding complex protein"
First, a gold-binding complex protein is designed as follows. Fibronectin Type III 10 th protein is used for the first domain having a gold binding site of the gold binding complex protein. Then, HyHEL10scFv (Biophysical Journal Vol. 83, 2946-2968 (2002)), which is a fragment of an anti-HEL antibody, is used for the second domain having a target substance binding site. Both domains are linked by a (G4S) 3 linker (G; glycine, S: serine) shown in FIG. The linker sequence can be synthesized. Since the DNA sequence of HyHEL10 scFv is known, for example, a synthetic oligonucleotide can be designed and a DNA sequence encoding HyHEL10 scFv can be obtained by PCR and ligation (Sambrook et al., 1989, supra). DNA and amino acid sequences are shown in FIG. First, a synthetic oligonucleotide is prepared in which a SacI site is introduced at the 5 ′ end of a DNA sequence encoding a (G4S) 3 linker and a HindIII site is introduced at the 3 ′ end (linker sequence 1 FIG. 6 above). Also, a synthetic oligonucleotide is prepared in which a HindIII site is introduced at the 5 ′ end of the DNA sequence encoding HyHEL10scFv and a NotI site is introduced at the 3 ′ end (see FIG. 7).

実施例1で構築した大腸菌発現用コンストラクトプラスミドをSacIとHindIIIで切断し、(G4S)3リンカー(リンカー配列1 図6前出)と連結する。次いで、HindIIIとNotIで切断後、HindIIIとNotI末端を有するHyHEL10scFv抗体断片と連結し金結合性複合タンパク質の大腸菌発現コンストラクトプラスミドを取得する。構築したコンストラクトのDNA配列確認とプラスミド増幅のため、作製したプラスミドを大腸菌JM109に形質転換後、アンピシリン(100μg/ml)選択LB培地中で37℃で一日培養し大腸菌よりプラスミドを抽出できる。その一部をDNAシークエンサーによりDNA配列を確認できる。タンパク質の発現と精製は実施例2のHis精製とゲルろ過の間に、HELカラムによるアフィニティー精製を追加できる。結果、数mg/lの発現量を得る。HELカラムはCNBr活性化セファロース4B Code No.17-0430-01(アマシャム)へHELを吸着固定したもの(固定と精製は添付プロトコールに準拠)。   The E. coli expression construct plasmid constructed in Example 1 is cleaved with SacI and HindIII, and ligated with a (G4S) 3 linker (linker sequence 1 shown in FIG. 6 above). Next, after digestion with HindIII and NotI, it is ligated with the HyHEL10scFv antibody fragment having HindIII and NotI ends to obtain an E. coli expression construct plasmid of the gold-binding complex protein. In order to confirm the DNA sequence of the constructed construct and to amplify the plasmid, the prepared plasmid is transformed into Escherichia coli JM109, and then cultured in ampicillin (100 μg / ml) selective LB medium at 37 ° C. for one day to extract the plasmid from Escherichia coli. A part of the DNA sequence can be confirmed by a DNA sequencer. For protein expression and purification, affinity purification by HEL column can be added between His purification and gel filtration in Example 2. As a result, an expression level of several mg / l is obtained. The HEL column is obtained by adsorbing and fixing HEL to CNBr-activated Sepharose 4B Code No. 17-0430-01 (Amersham) (fixation and purification comply with the attached protocol).

(実施例5)
「金基体上での金結合性複合タンパク質による標的物質結合アッセイ」
実施例4により得た金結合性複合タンパク質の金基体上での標的物質結合能評価は、BIAcoreX(SPR測定装置)を用いて行える。まず、BIAcore社製の金表面センサーチップ(SIA kit Au Cat.No.BR-1004-05)を下記手順で洗浄する。まず、濃塩酸に一昼夜浸漬後、超純水で塩酸をよく洗い流し、次いで、アセトンとIPA(イソプロパノール)、超純水に各15分間超音波をかけながら浸漬する。最後に新しい超純水にセンサーチップを移しSPR測定開始前にN2ガスで乾燥させる。実施例4で取得した金結合性複合タンパク質を最終モル濃度が500nMになるようにPBS-T(0.1%Tween20)バッファーで調整する。界面活性剤Tween20を0.1%添加することにより金表面への非特異吸着を抑制する。つまり、金結合性アミノ酸以外での金基体への結合(吸着)を抑え、分子認識による結合を評価できる。金表面センサーチップをBIAcoreX(SPR測定装置)にセットし、PBS-Tバッファーをフローさせ、金結合性複合タンパク質を結合させる。次にカゼイン溶液によりブロッキング後、最終モル濃度が50nM、200nM、500nMになるようにPBS-T(0.1%Tween20)バッファーで調整した標的物質HEL溶液を作用させる。そして、金結合性複合タンパク質に対する標的物質の解離定数を算出する(表2)。結果、解離定数が非常に小さく、また、複合タンパク質の金基体上での結合残存率が80%と非常に高い。結合残存率とは、固定タンパク質分子数に対する結合した標的物質の分子数比を示す。緻密に金基体上に配向され、複合タンパク質が有する足場構造により標的物質結合部位が金表面から受ける影響が非常に小さく結合活性を有していることを実証できる。更に、基体に対して高い配向を有しているため、再現性が良好である(表2)。更に、実施例3と同様、複合タンパク質の金基体への結合速度konが非常に大きくkoffが小さいので、低濃度の金結合性複合タンパク質で効率よく短時間に金基体上へタンパク質を配置することができる。そのため、固定化に従来のようなタンパク質の修飾や金基体への固定処理がいらず製造プロセスの簡略化ができ、低濃度・短時間での固定より製造コストダウンが可能になり、安価で且つ再現性の良好なバイオセンサーなどへの利用が期待できる。
(Example 5)
"Target substance binding assay with gold-binding complex protein on gold substrate"
The target substance binding ability of the gold-binding complex protein obtained in Example 4 on the gold substrate can be evaluated using BIAcoreX (SPR measuring device). First, a gold surface sensor chip (SIA kit Au Cat. No. BR-1004-05) manufactured by BIAcore is washed by the following procedure. First, after being immersed in concentrated hydrochloric acid all day and night, the hydrochloric acid is thoroughly washed away with ultrapure water, and then immersed in acetone, IPA (isopropanol), and ultrapure water for 15 minutes each while applying ultrasonic waves. Finally, transfer the sensor chip to new ultrapure water and dry it with N2 gas before starting SPR measurement. The gold-binding complex protein obtained in Example 4 is adjusted with PBS-T (0.1% Tween 20) buffer so that the final molar concentration is 500 nM. Nonspecific adsorption to the gold surface is suppressed by adding 0.1% of the surfactant Tween20. That is, binding (adsorption) to a gold substrate other than gold-binding amino acids can be suppressed, and binding by molecular recognition can be evaluated. The gold surface sensor chip is set in BIAcoreX (SPR measuring device), PBS-T buffer is flowed, and gold-binding complex protein is bound. Next, after blocking with a casein solution, a target substance HEL solution adjusted with a PBS-T (0.1% Tween 20) buffer so as to have final molar concentrations of 50 nM, 200 nM, and 500 nM is allowed to act. Then, the dissociation constant of the target substance for the gold-binding complex protein is calculated (Table 2). As a result, the dissociation constant is very small, and the residual binding rate of the complex protein on the gold substrate is as high as 80%. The binding residual ratio indicates the ratio of the number of bound target substances to the number of immobilized protein molecules. It can be proved that the target substance binding site has a very small influence on the gold surface due to the scaffold structure of the complex protein that is densely oriented on the gold substrate and has binding activity. Furthermore, since it has a high orientation with respect to the substrate, the reproducibility is good (Table 2). Furthermore, since the binding speed kon of the complex protein to the gold substrate is very large and the koff is small as in Example 3, the protein is efficiently placed on the gold substrate in a short time with a low concentration of the gold-binding complex protein. Can do. Therefore, it is possible to simplify the manufacturing process without requiring conventional protein modification or immobilization treatment on a gold substrate for immobilization, and it is possible to reduce the production cost compared to immobilization in a low concentration and in a short time. Expected to be used for biosensors with good reproducibility.

Figure 2007197433
Figure 2007197433

(実施例6)
「金基体上での金結合性複合タンパク質による標的物質結合アッセイ2」
金に対する結合性がKd≦1×10-5Mである金結合性複合タンパク質がセンサーとして有用であることを実証する。タンパク質として、金に対する結合性がKd≦1×10-5Mである実施例4で作製した金結合複合タンパク質とKd>1×10e-5Mの野生型フィブロネクチン複合タンパク質を用いる。野生型フィブロネクチン複合タンパク質は、野生型フィブロネクチンタンパク質に標的物質結合部位としてHyHEL10scFvタンパク質を連結したものであり、実施例4に記載する方法により得られる。実施例5に記載するように金表面に作用させる。その後、数種類の濃度に調整した標的物質HELと反応させ、各標的物質濃度とSPRシグナル強度の相関を評価する。結果として、金結合性複合タンパク質は、標的物質の濃度と良好な正の相関が認められセンサーとして十分機能し本発明の効果が期待できる。一方、野生型フィブロネクチン複合タンパク質は、良好な相関が得られない。その良好な相関が得られない理由として、Kd値が大きく金表面から解離するタンパク質が多いため、標的物質との結合を正しく検出できていないことが予想される。
(Example 6)
"Target substance binding assay 2 with gold-binding complex protein on a gold substrate"
It demonstrates that a gold-binding complex protein having a Kd ≦ 1 × 10 −5 M binding property to gold is useful as a sensor. As the protein, the gold-binding complex protein produced in Example 4 in which the binding property to gold is Kd ≦ 1 × 10 −5 M and the wild-type fibronectin complex protein having Kd> 1 × 10e-5M are used. The wild-type fibronectin complex protein is obtained by linking HyHEL10scFv protein to the wild-type fibronectin protein as a target substance binding site, and can be obtained by the method described in Example 4. Act on gold surface as described in Example 5. Then, it reacts with the target substance HEL adjusted to several kinds of concentrations, and the correlation between each target substance concentration and SPR signal intensity is evaluated. As a result, the gold-binding complex protein has a good positive correlation with the concentration of the target substance, functions sufficiently as a sensor, and the effect of the present invention can be expected. On the other hand, the wild type fibronectin complex protein cannot obtain a good correlation. As a reason why such a good correlation cannot be obtained, it is expected that the binding to the target substance cannot be detected correctly because there are many proteins that dissociate from the gold surface with a large Kd value.

βサンドイッチ構造の概念図である。It is a conceptual diagram of a β sandwich structure. 金結合性単ドメイン単量体タンパク質の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a gold bond single domain monomer protein. 金結合性複合タンパク質の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a gold-binding complex protein. フィブロネクチン タイプIIIドメインのアミノ酸配列とDNA配列を示す図である。It is a figure which shows the amino acid sequence and DNA sequence of a fibronectin type III domain. HyHEL10scFvのDNA配列を示す図である。It is a figure which shows the DNA sequence of HyHEL10scFv. リンカー配列を示す図である。It is a figure which shows a linker sequence. フィブロネクチン タイプIIIドメイン遺伝子への金結合アミノ酸のグラフト導入方法を示す図である。It is a figure which shows the graft introduction method of the gold bond amino acid to a fibronectin type III domain gene. プライマー配列を示す図である。It is a figure which shows a primer arrangement | sequence.

Claims (7)

金に結合性を有するタンパク質であって、前記タンパク質が少なくとも逆平行βシートから成るβシート層が二以上の層を形成するβサンドイッチ構造を有すると共に、前記層間がジスルフィド結合で架橋されておらず、且つ、タンパク質の金に対する解離定数Kdが、Kd≦1×10-5Mを満足することを特徴とするタンパク質。 A protein having a binding property to gold, wherein the protein has a β sandwich structure in which at least a β sheet layer formed of antiparallel β sheets forms two or more layers, and the layers are not cross-linked by a disulfide bond. And a dissociation constant Kd of the protein for gold satisfies Kd ≦ 1 × 10 −5 M. 前記βサンドイッチ構造が金結合部位を有する請求項1に記載のタンパク質。   The protein according to claim 1, wherein the β sandwich structure has a gold binding site. 前記金結合部位が前記βサンドイッチ構造の逆平行βシートを構成するループモチーフの少なくとも一つを有する請求項2に記載のタンパク質。   The protein according to claim 2, wherein the gold binding site has at least one loop motif constituting the anti-parallel β sheet of the β sandwich structure. 前記ループモチーフが、
(1)配列番号:1から62のアミノ酸配列、及び
(2)配列番号:1から62のアミノ酸配列に対して、これらのアミノ酸配列の金結合性を損なわない範囲で1個もしくは数個のアミノ酸の欠損、置換もしくは付加を行って得られるアミノ酸配列、
から選択されたアミノ酸配列の少なくとも1つを含んでなる請求項3に記載のタンパク質。
The loop motif is
(1) the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 1 to 62, and (2) one or several amino acids to the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 1 to 62 as long as the gold binding properties of these amino acid sequences are not impaired An amino acid sequence obtained by performing deletion, substitution or addition of
4. The protein of claim 3, comprising at least one amino acid sequence selected from.
前記タンパク質は、単一のドメインからなり、該ドメインに、金との結合部位と、標的物質との結合部位と、を有する請求項1に記載のタンパク質。   The protein according to claim 1, wherein the protein is composed of a single domain, and the domain has a binding site with gold and a binding site with a target substance. 前記タンパク質は、金との結合部位を有するβサンドイッチ構造を備えたドメインと、標的物質との結合部位を有するドメインと、を有する複合タンパク質である請求項1に記載のタンパク質。   The protein according to claim 1, wherein the protein is a complex protein having a domain having a β sandwich structure having a binding site with gold and a domain having a binding site with a target substance. 基体上に標的物質との結合性を有するタンパク質を固定した標的物質捕捉用の構造体であって、前記基体が表面の少なくとも一部に金を含み、前記タンパク質が請求項5又は6のいずれかに記載のタンパク質であることを特徴とする標的物質捕捉用の構造体。   A structure for capturing a target substance, wherein a protein having a binding property to a target substance is immobilized on a substrate, wherein the substrate includes gold on at least a part of a surface, and the protein is any one of claims 5 and 6. A structure for capturing a target substance, which is the protein described in 1.
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