JP2008193911A - Method for specifically modifying n-terminal of protein - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tRNA for modifying the N-terminal of a protein on the synthesis of the protein, and to provide a method for modifying the N-terminal of the protein on the synthesis of the protein. <P>SOLUTION: An initiator tRNA is added with a carboxylic acid not having an amino group, an amide bond and a hydroxy group at the α-position. A tRNA is added with an α-hydroxy acid having a hydroxy group at the α-position and modified with at least one labeling substance. A method for producing a protein to whose N-terminal the carboxylic acid or the α-hydroxy acid is introduced with these tRNAs is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、タンパク質のN末端を蛍光物質等の標識物質で修飾する方法に関し、詳細にはタンパク質のN末端を特定の修飾物質で修飾するためのtRNA及び該tRNAを用いてタンパク質のN末端を特定の修飾物質で修飾する方法に関する。   The present invention relates to a method for modifying the N-terminus of a protein with a labeling substance such as a fluorescent substance, and more specifically, tRNA for modifying the N-terminus of a protein with a specific modifying substance, and the N-terminus of a protein using the tRNA. The present invention relates to a method of modifying with a specific modifying substance.

一般に、化学修飾によってタンパク質のN末端のアミノ基を蛍光物質等の標識物質で標識することが行なわれている。しかしながら、化学修飾による方法においてはタンパク質中のリジン側鎖のアミノ基にも反応が起こるため、N末端特異的な修飾は困難であった。   In general, the amino group at the N-terminal of a protein is labeled with a labeling substance such as a fluorescent substance by chemical modification. However, in the method by chemical modification, since the reaction also occurs in the amino group of the lysine side chain in the protein, N-terminal specific modification is difficult.

タンパク質合成は、開始tRNAがリボソームに結合することによって始まり、開始tRNAに付加されていたα-アミノ酸又はアシル化α-アミノ酸がタンパク質のN末端アミノ酸になる。生体内のタンパク質合成において、N末端アミノ酸となるα-アミノ酸又はアシル化α-アミノ酸として、メチオニン若しくはバリン又はそれらのホルミル化されたものが利用される。   Protein synthesis begins with the initiation tRNA binding to the ribosome, and the α-amino acid or acylated α-amino acid added to the initiation tRNA becomes the N-terminal amino acid of the protein. In in vivo protein synthesis, methionine, valine, or their formylated form is used as the α-amino acid or acylated α-amino acid that becomes the N-terminal amino acid.

一方、天然の20種類のアミノ酸以外の非天然アミノ酸や、αアミノ基に蛍光標識分子を結合させたアシル化アミノ酸を人工的に導入できることが知られている。例えば、非天然アミノ酸をタンパク質へ導入する方法として、導入したい部位のコドンを4塩基コドンや終止コドンUAGに置換しておき、アンチコドンに前記4塩基コドンに対応する配列やCUAを持ち非天然アミノ酸でアミノアシル化されたtRNA存在下で翻訳する方法がある(非特許文献1から4を参照)。このような方法により、非天然型α-アミノ酸をタンパク質に導入することで、タンパク質の機能改変や構造機能解析が可能になる。   On the other hand, it is known that unnatural amino acids other than the 20 natural amino acids and acylated amino acids in which a fluorescently labeled molecule is bonded to an α-amino group can be artificially introduced. For example, as a method for introducing an unnatural amino acid into a protein, the codon at the site to be introduced is replaced with a 4-base codon or a stop codon UAG, and the sequence corresponding to the 4-base codon or CUA is included in the anti-codon as a non-natural amino acid. There is a method of translation in the presence of aminoacylated tRNA (see Non-Patent Documents 1 to 4). By introducing a non-natural α-amino acid into a protein by such a method, functional modification or structural function analysis of the protein becomes possible.

また、開始コドンに標識物質で標識したアミノ酸を割り当て、タンパク質のN末端に標識物質で標識したアミノ酸を導入する方法も報告されていた(非特許文献5を参照)。   In addition, a method has been reported in which an amino acid labeled with a labeling substance is assigned to the start codon and an amino acid labeled with a labeling substance is introduced into the N-terminus of the protein (see Non-Patent Document 5).

しかし、従来の人工的にタンパク質のN末端に特定のアミノ酸を導入する方法において導入される分子は、α-アミノ酸、アシル化α-アミノ酸及びα-ヒドロキシ酸(非特許文献6を参照)に限られていた。これは、開始tRNAによって導入する分子としては、α位にアミノ基、アミド結合又はヒドロキシル基を持つカルボン酸のみが可能であったためである。このため、タンパク質N末端へ導入されるカルボン酸の分子構造には制限があった。また、人工的にタンパク質のN末端にアミノ酸を導入する場合、人工的に作製したアミノアシルtRNAを用いていたが、アミノアシルtRNAのα位のアミノ基の存在によりtRNA分子は不安定になってしまう。このため、tRNAが分解され、アミノ基に結合させた蛍光標識分子が脱離してしまう等の問題があった。   However, the molecules introduced in the conventional method for artificially introducing a specific amino acid into the N-terminus of a protein are limited to α-amino acids, acylated α-amino acids and α-hydroxy acids (see Non-Patent Document 6). It was done. This is because only a carboxylic acid having an amino group, an amide bond or a hydroxyl group at the α-position could be introduced as a molecule to be introduced by the initiation tRNA. For this reason, there was a limitation on the molecular structure of the carboxylic acid introduced into the protein N-terminus. In addition, when an amino acid is artificially introduced into the N-terminus of a protein, an artificially prepared aminoacyl tRNA is used. However, the presence of the amino group at the α-position of the aminoacyl tRNA makes the tRNA molecule unstable. For this reason, there was a problem that the tRNA was decomposed and the fluorescently labeled molecule bonded to the amino group was detached.

一方、生体内のタンパク質合成において、開始コドンはAUGまたはGUGであるが、これを終止コドンUAGに置換して、開始tRNAのアンチコドンを対応するCUAに置換することで、UAGを開始コドンとして、アミノ酸や標識アミノ酸を導入する方法が報告されている(非特許文献7及び8を参照)。   On the other hand, in in vivo protein synthesis, the start codon is AUG or GUG, but this is replaced with the stop codon UAG, and the anticodon of the start tRNA is replaced with the corresponding CUA. And methods for introducing labeled amino acids have been reported (see Non-Patent Documents 7 and 8).

さらに、タンパク質合成の際に、終止コドンにヒドロキシ酸を割り当て、ヒドロキシ酸をアミノ酸の代わりにタンパク質に導入する方法についても報告があった(非特許文献9を参照)。しかしながら、標識物質で標識されたヒドロキシ酸を用いることにより標識ヒドロキシ酸を導入することについては、報告はなかった。   Furthermore, there has also been a report on a method of assigning a hydroxy acid to a stop codon and introducing a hydroxy acid into a protein instead of an amino acid during protein synthesis (see Non-Patent Document 9). However, there has been no report on introducing a labeled hydroxy acid by using a hydroxy acid labeled with a labeling substance.

Science,244,p.182.1989Science, 244, p.182.1989 Nucleic Acids Res., 18, 83-88, 1989Nucleic Acids Res., 18, 83-88, 1989 Chem. Biol., 3, 1033-1038, 1996Chem. Biol., 3, 1033-1038, 1996 J.Am.Chem.Soc.,111,p.8013,1989J. Am. Chem. Soc., 111, p. 8013, 1989 Gite S. et al., Anal. Biochem. 2000, 279, 218-225Gite S. et al., Anal. Biochem. 2000, 279, 218-225 Goto Y. et al., Nucleic Acids Symposium Series, 2006, 50, 293-294Goto Y. et al., Nucleic Acids Symposium Series, 2006, 50, 293-294 Mamaev S. et al, Anal. Biochem. 2004, 326, 25-32Mamaev S. et al, Anal. Biochem. 2004, 326, 25-32 Varshney U. et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990, 87, 1586-1590Varshney U. et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990, 87, 1586-1590 JA Ellman et al, Science, 1992, 255, 197-200JA Ellman et al, Science, 1992, 255, 197-200

本発明は、タンパク質のN末端をタンパク質合成時に修飾するためのtRNA及びタンパク質のN末端をタンパク質合成時に修飾する方法の提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide a tRNA for modifying the N-terminus of a protein during protein synthesis and a method for modifying the N-terminus of a protein during protein synthesis.

本発明者等は4塩基コドンによる非天然アミノ酸の導入について種々の検討を行なってきたが、大きな蛍光基を有する非天然アミノ酸はタンパク質内部へは極めて低効率でしか導入できないという知見を得ていた。一方、これらの非天然アミノ酸を開始tRNAに結合させて、開始コドンAUGによりタンパク質N末端への導入を試みたところ、タンパク質内部へはほとんど導入されなかった大きな非天然アミノ酸であっても、タンパク質N末端へは導入可能であることを見出した。この結果より、翻訳伸長過程に比べて翻訳開始過程では、多様な種類の非天然アミノ酸を導入できることが予測された。   The present inventors have conducted various studies on the introduction of an unnatural amino acid using a 4-base codon, but have found that an unnatural amino acid having a large fluorescent group can be introduced into a protein only with very low efficiency. . On the other hand, when these non-natural amino acids were bound to the start tRNA and introduced into the protein N-terminal by the start codon AUG, even if the protein was a large non-natural amino acid that was hardly introduced into the protein, protein N It was found that it can be introduced at the end. From these results, it was predicted that various types of unnatural amino acids could be introduced in the translation initiation process compared to the translation elongation process.

そこで、本来はα位にアミノ基又はアミド結合を持つαアミノ酸(すなわち、メチオニン又はホルミルメチオニン)が翻訳開始時の基質となっているが、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸であっても、基質になるのではないかと考えた。これを実際に検証したところ、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸は、確かに翻訳開始時の基質になることを見出した。   Therefore, α-amino acid with amino group or amide bond at α-position (ie, methionine or formylmethionine) is the substrate at the start of translation, but it has no amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position. I thought that carboxylic acid could be a substrate. When this was actually verified, it was found that a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position is certainly a substrate at the start of translation.

本発明者等は、さらに上記のα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を用いて、タンパク質を合成する際にタンパク質のN末端を修飾する方法について鋭意検討を行なった。本発明者等は、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をtRNAに付加させた。tRNAとして開始tRNAを用いた場合、AUG及びUAGを開始コドンとして用いて上記のカルボン酸をタンパク質合成過程でタンパク質N末端へ導入できることを新たに見出した。さらに、AUGの開始コドンの代わりに、4塩基コドンやその他ののコドンを開始コドンとして用いて、上記カルボン酸をN末端に導入されたタンパク質が得られることを見出した。   The inventors of the present invention have also conducted intensive studies on a method for modifying the N-terminus of a protein when synthesizing a protein by using a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position. The present inventors added a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position to tRNA. It has been newly found that when starting tRNA is used as tRNA, the above carboxylic acid can be introduced into the protein N-terminus during protein synthesis using AUG and UAG as start codons. Furthermore, it has been found that a protein in which the carboxylic acid is introduced at the N-terminus can be obtained by using a 4-base codon or other codon as a start codon instead of the start codon of AUG.

本発明者等は、様々な分子骨格を有するカルボン酸が導入可能であること、特にアミノカルボン酸をスペーサーとした蛍光標識分子が効率良くタンパク質のN末端へ導入されることを見出した。さらに、α-ヒドロキシ酸の側鎖に標識分子を結合させておき、タンパク質へ導入した後に、エステル結合を加水分解することで、N末端に特異的に標識化α-ヒドロキシ酸が導入されたタンパク質が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have found that carboxylic acids having various molecular skeletons can be introduced, and in particular, fluorescently labeled molecules using aminocarboxylic acids as spacers can be efficiently introduced into the N-terminus of proteins. Further, a protein in which a labeled α-hydroxy acid is specifically introduced at the N-terminus is obtained by binding a labeled molecule to the side chain of α-hydroxy acid, introducing the protein into a protein, and then hydrolyzing the ester bond. Has been found, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加された開始tRNA。
[2] α位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加された[1]の開始tRNA。
[3] α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が少なくとも1つの標識物質で修飾されている、[1]又は[2]の開始tRNA。
[4] α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が少なくとも2つの標識物質で修飾されている、[3]の開始tRNA。
[5] 修飾が、蛍光物質、クエンチャー物質、クロスリンク物質、ジゴキシゲニン、ジニトロフェニル、コレステロール、デスチオビオチン又はビオチンによる標識である[3]又は[4]の開始tRNA。
[6] カルボン酸としてが酢酸、ピログルタミン酸、パルミトイル酸又はミリストイル酸が付加された、[1]の開始tRNA。
[7] AUGを開始コドンとして認識する[1]〜[6]のいずれかの開始tRNA。
[8] UAG、UAA又はUGAを開始コドンとして認識する[1]〜[6]のいずれかの開始tRNA。
[9] AUG、UAG、UAA及びUGA以外の3塩基コドンを開始コドンとして認識する[1]〜[6]のいずれかの開始tRNA。
[10] 4塩基コドンを開始コドンとして認識する[1]〜[6]のいずれかの開始tRNA。
That is, the present invention is as follows.
[1] An initiating tRNA to which a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group is added at the α-position.
[2] The starting tRNA of [1], wherein a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group is added to the α-position and β-position.
[3] Carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position or carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position and β-position is modified with at least one labeling substance , [1] or [2] start tRNA.
[4] Carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position is modified with at least two labeling substances The starting tRNA of [3].
[5] The starting tRNA according to [3] or [4], wherein the modification is labeling with a fluorescent substance, a quencher substance, a cross-linking substance, digoxigenin, dinitrophenyl, cholesterol, desthiobiotin or biotin.
[6] The starting tRNA according to [1], wherein acetic acid, pyroglutamic acid, palmitoyl acid or myristoyl acid is added as a carboxylic acid.
[7] The start tRNA of any one of [1] to [6] that recognizes AUG as a start codon.
[8] The start tRNA of any one of [1] to [6] that recognizes UAG, UAA or UGA as a start codon.
[9] The start tRNA according to any one of [1] to [6], which recognizes a three-base codon other than AUG, UAG, UAA and UGA as a start codon.
[10] The start tRNA according to any one of [1] to [6], which recognizes a 4-base codon as a start codon.

[11] [1]〜[10]のいずれかの開始tRNAを用いて、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入し、N末端にカルボン酸が導入されたタンパク質を作製する方法。
[12] [3]〜[10]のいずれかの標識物質で修飾されている開始tRNAを用いて、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸であって標識物質で標識されたカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入することにより、N末端が標識物質で修飾されたタンパク質を作製する方法。
[13] タンパク質をコードするDNA又はmRNAであって、タンパク質のN末端アミノ酸に対応するコドンとして4塩基コドン、AUG、UAG、UAA、UGA、又はAUG、UAG、UAA及びUGA以外の3塩基コドンを開始コドンとして含むDNA又はmRNAを鋳型として用い、さらに[1]〜[10]のいずれかの開始tRNAであってアンチコドン部位に前記DNA又はmRNAの開始コドンに対応する配列を有する開始tRNAを用いて、タンパク質生合成を行ない、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入し、N末端にカルボン酸が導入されたタンパク質を作製する方法。
[14] タンパク質をコードするDNA又はmRNAであって、タンパク質のN末端アミノ酸に対応するコドンとして4塩基コドン、AUG、UAG、UAA、UGA、又はAUG、UAG、UAA及びUGA以外の3塩基コドンを開始コドンとして含むDNA又はmRNAを鋳型として用い、さらに[3]〜[10]のいずれかの標識物質で修飾されている開始tRNAであってアンチコドン部位に前記DNA又はmRNAの開始コドンに対応する配列を有する開始tRNAを用いて、タンパク質生合成を行ない、標識物質で標識されたα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入することにより、N末端が標識物質で修飾されたタンパク質を作製する方法。
[15] [11]〜[14]のいずれかの方法で作製された、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸α位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をN末端に有するタンパク質であって、前記カルボン酸が標識物質で標識されているか又は標識されていないタンパク質。
[11] A carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, or an amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position using the starting tRNA of any one of [1] to [10] A method for producing a protein in which a carboxylic acid having no group is specifically introduced into the N-terminus of a protein and a carboxylic acid is introduced into the N-terminus.
[12] Using an initiation tRNA modified with a labeling substance of any one of [3] to [10], a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, or α-position and β-position By specifically introducing a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group and labeled with a labeling substance into the protein N-terminal, a protein in which the N-terminal is modified with the labeling substance is produced. Method.
[13] DNA or mRNA encoding a protein, and a four-base codon corresponding to the N-terminal amino acid of the protein, a three-base codon other than AUG, UAG, UAA, UGA, or AUG, UAG, UAA and UGA Using DNA or mRNA containing as a start codon as a template, and further using the start tRNA of any one of [1] to [10] having a sequence corresponding to the start codon of the DNA or mRNA at the anticodon site , Protein biosynthesis, specific carboxylic acid without amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position or carboxylic acid without amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position and β-position to protein N-terminus A method for producing a protein having a carboxylic acid introduced at the N-terminus.
[14] DNA or mRNA encoding a protein, and a 4-base codon corresponding to the N-terminal amino acid of the protein, AUG, UAG, UAA, UGA, or 3-base codon other than AUG, UAG, UAA and UGA A sequence corresponding to the start codon of the DNA or mRNA at the anticodon site, wherein the start tRNA is modified with a labeling substance of any one of [3] to [10] using DNA or mRNA containing the start codon as a template Carry out protein biosynthesis using an initiator tRNA having an amino group, an amide bond and a hydroxyl group at the α and β positions. A method for producing a protein in which the N-terminus is modified with a labeling substance by specifically introducing a carboxylic acid having no group into the N-terminus of the protein.
[15] Carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position produced by the method of any one of [11] to [14] A protein having a carboxylic acid having no carboxylic acid at the N-terminus, wherein the carboxylic acid is labeled with a labeling substance or not labeled.

[16] α位に水酸基を有するαヒドロキシ酸であって少なくとも1つの標識物質で修飾されているαヒドロキシ酸が付加されたtRNA。
[17] 少なくとも2つの標識物質で修飾されている、[16]のαヒドロキシ酸が付加されたtRNA。
[18] 修飾が、蛍光物質、クエンチャー物質、クロスリンク物質、ジゴキシゲニン、ジニトロフェニル、コレステロール、デスチオビオチン、又はビオチンによる標識である[16]又は[17]のαヒドロキシ酸が付加されたtRNA。
[19] 4塩基コドン、終止コドン、人工コドン又は自然界でアミノ酸が割り当てられているコドンを認識する[16]〜[18]のいずれかのtRNA。
[20] 第1のタンパク質並びに第2のタンパク質又はペプチドをコードする融合DNA又はmRNAを鋳型として用い、さらに[16]〜[19]のいずれかの標識物質で修飾されているαヒドロキシ酸が付加されたtRNAを用いて、第1のタンパク質のN末端と第2のタンパク質又はペプチドのC末端が結合している融合タンパク質であって、第1のタンパク質のN末端部位であり第2のタンパク質又はペプチドのC末端の隣に標識物質で修飾されているヒドロキシ酸を導入した融合タンパク質を作製し、第1のタンパク質のN末端のヒドロキシ酸と第2のタンパク質又はペプチドのC末端のアミノ酸との間のエステル結合を加水分解し、N末端に標識物質で修飾されているヒドロキシ酸が導入された第1のタンパク質を単離することを含む、N末端が標識物質で標識されたタンパク質を製造する方法。
[21] 第2のタンパク質又はペプチドがタグペプチドである[20]のN末端が標識物質で標識されたタンパク質を製造する方法。
[16] A tRNA added with an α-hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position and modified with at least one labeling substance.
[17] The tRNA added with the α-hydroxy acid of [16], which is modified with at least two labeling substances.
[18] tRNA to which α-hydroxy acid of [16] or [17] is added, wherein the modification is a fluorescent substance, a quencher substance, a cross-linking substance, digoxigenin, dinitrophenyl, cholesterol, desthiobiotin, or biotin .
[19] The tRNA according to any one of [16] to [18], which recognizes a 4-base codon, a stop codon, an artificial codon, or a codon assigned with an amino acid in nature.
[20] Using a fusion DNA or mRNA encoding the first protein and the second protein or peptide as a template, and further adding an α-hydroxy acid modified with any of the labeling substances of [16] to [19] A fusion protein in which the N-terminus of the first protein and the C-terminus of the second protein or peptide are bound to each other using the tRNA thus prepared, which is the N-terminal site of the first protein and the second protein or A fusion protein in which a hydroxy acid modified with a labeling substance is introduced next to the C-terminal of the peptide is prepared, and the N-terminal hydroxy acid of the first protein and the C-terminal amino acid of the second protein or peptide Comprising isolating a first protein having a hydroxy acid modified with a labeling substance introduced at the N-terminus, wherein the N-terminus is labeled In a method of manufacturing a labeled protein.
[21] A method for producing a protein wherein the second protein or peptide is a tag peptide and the N-terminus of [20] is labeled with a labeling substance.

α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加された開始tRNAを用いることで、蛍光標識カルボン酸やビオチン標識カルボン酸をタンパク質N末端特異的に導入することができる。タンパク質のN末端は活性に関わらない場合が多いため、これによりタンパク質の活性を保持したまま蛍光標識やビオチン標識が可能である。通常の化学修飾による標識方法ではN末端特異的に標識することは困難であるため、本発明によりタンパク質のN末端特異的標識を効果的に行なうことができる。また、翻訳後修飾によってタンパク質のN末端に付加されるカルボン酸である、酢酸やピログルタミン酸やミリストイル酸などを導入した修飾タンパク質を翻訳後修飾によらず合成することも可能になる。これにより、N末端修飾タンパク質の構造機能解析を容易に行なうことができる。   By using an initiation tRNA to which a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group is added at the α-position, a fluorescently labeled carboxylic acid or a biotin-labeled carboxylic acid can be specifically introduced into the protein N-terminus. In many cases, the N-terminal of the protein is not related to the activity, so that fluorescent labeling or biotin labeling is possible while maintaining the protein activity. Since it is difficult to label the N-terminus specifically by the usual labeling method by chemical modification, the protein can be effectively labeled with the N-terminus according to the present invention. It is also possible to synthesize a modified protein into which acetic acid, pyroglutamic acid, myristoyl acid, or the like, which is a carboxylic acid added to the N-terminal of the protein by post-translational modification, is introduced without post-translational modification. Thereby, the structure function analysis of the N-terminal modified protein can be easily performed.

例えば、開始コドンとしてAUGを認識するtRNAにTAMRA-アミノプロピオン酸(TAMRA-AC3)を結合させたものを、ストレプトアビジン遺伝子DNAとともに大腸菌無細胞翻訳系に加えることにより、TAMRA-AC3をN末端に導入したストレプトアビジンを合成することができる。 For example, by adding TAMRA-aminopropionic acid (TAMRA-AC 3 ) to tRNA recognizing AUG as a start codon and adding streptavidin gene DNA to the E. coli cell-free translation system, TAMRA-AC 3 is added to N Streptavidin introduced at the terminal can be synthesized.

別の効果として、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を開始tRNAに結合させることで、カルボン酸とtRNAの間のエステル結合が分解されにくくなり、長時間のタンパク質合成が可能になる。これは、α位にアミノ基又はアミド結合を持つ場合は、そのアミノ基又はアミド結合の影響を受けてエステル結合が分解されやすい状態にあるが、α位にアミノ基及びアミド結合を持たないカルボン酸ではその影響を受けないために、エステル結合が安定なためである。   Another effect is that long-term protein synthesis is achieved by linking the carboxylic acid that does not have an amino group, amide bond, or hydroxyl group to the initiating tRNA, making it difficult for the ester bond between the carboxylic acid and tRNA to be degraded. Is possible. This is because when an amino group or amide bond is present at the α-position, the ester bond is likely to be decomposed under the influence of the amino group or amide bond, but the carboxyl group having no amino group or amide bond at the α-position. This is because the ester bond is stable because it is not affected by acid.

一方、αヒドロキシ酸は翻訳系においてαアミノ酸と同様にタンパク質に導入されることが知られている。しかしその結果生じるエステル結合は、アミド結合(ペプチド結合)に比べて加水分解を受けやすいため、αヒドロキシ酸の直前で切断されたタンパク質が生成する。これにより、αヒドロキシ酸をタンパク質のN末端に持つタンパク質が得られることになる。そこで、αヒドロキシ酸の側鎖に蛍光標識やビオチンなどの標識分子を結合させておくことで、それをN末端に持つタンパク質を合成することができる。   On the other hand, α-hydroxy acids are known to be introduced into proteins in the translation system in the same manner as α-amino acids. However, since the resulting ester bond is more susceptible to hydrolysis than an amide bond (peptide bond), a protein cleaved immediately before the α-hydroxy acid is generated. As a result, a protein having an α-hydroxy acid at the N-terminus of the protein is obtained. Therefore, by attaching a labeling molecule such as a fluorescent label or biotin to the side chain of α-hydroxy acid, a protein having the N-terminal can be synthesized.

以下、本発明を詳細に説明する。
α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸は、例えば一般式(I)

COOH-X-Y-R1 (I)

で表わされる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Carboxylic acids having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position are, for example, those represented by the general formula (I)

COOH-X-Y-R 1 (I)

It is represented by

一般式(I)中、Xは二価基であり、好ましくは-CH2-である。Xに含まれるCがα炭素である。α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸とはα炭素にアミノ基及びヒドロキシル基が結合しておらず、α炭素がアミド結合により他の基と結合していないカルボン酸をいう。Xが、-C(NH2)-又は-C-NH-又は-C(OH)-であることはない。 In general formula (I), X is a divalent group, preferably —CH 2 —. C contained in X is α carbon. Carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position means a carboxylic acid in which no amino group and hydroxyl group are bonded to the α carbon, and the α carbon is not bonded to other groups by an amide bond. Say. X is not —C (NH 2 ) — or —C—NH— or —C (OH) —.

本発明は、さらにα位のみでなくα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を包含する。α位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を、上記一般式(I)をCOOH−X-X’-Y’で表わした場合(Xは1個の炭素を含む二価基であり、好ましくは-CH2-である)、X’に含まれるCがβ炭素である。α位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸とはα炭素及びβ炭素にアミノ基及びヒドロキシル基が結合しておらず、α炭素及びβ炭素がアミド結合により他の基と結合していないカルボン酸をいう。X’は、-C(NH2)-又は-C-NH-又は-C(OH)-であることはなく、X’は好ましくは-CH2-である。本発明において、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸という場合、α位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を含む場合がある。 The present invention further includes carboxylic acids having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position as well as the α-position. Carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position, when the above general formula (I) is represented by COOH—X—X′—Y ′ (X contains one carbon) A divalent group, preferably —CH 2 —), and C contained in X ′ is a β-carbon. Carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position does not have an amino group and a hydroxyl group bonded to the α-carbon and β-carbon, and the α-carbon and β-carbon are bound by other amide bonds. A carboxylic acid that is not bound to a group. X ′ is not —C (NH 2 ) — or —C—NH— or —C (OH) —, and X ′ is preferably —CH 2 —. In the present invention, when it is referred to as a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, it may contain a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position.

上記一般式(I)のYは、カルボン酸を標識物質で修飾する場合に、カルボン酸と標識物質の間のスペーサーとして機能する。「スペーサー」という用語は、標識物質を結合させた標識化カルボン酸分子におけるカルボン酸部と標識物質とを連結している部分を指す。即ち、標識化カルボン酸分子内の側鎖と標識物質が直接結合しているのではなく、側鎖と標識物質との間に1つ以上の原子が存在する場合、該標識化カルボン酸のカルボン酸部と標識物質はスペーサーを介して連結しているという。上記一般式(I)中のYで表わされるスペーサーは、その主鎖部分にC、O、N及びSのうちの少なくとも1種を少なくとも1つ以上含んでいればよい。ただしXに隣接する原子はN及びO以外のものである(N又はOが隣接している場合、これらはα-アミノ酸およびα-ヒドロキシ酸の誘導体にそれぞれ相当する)。またスペーサーの主鎖構造は、上記原子が2〜30個、好ましくは2〜20個、さらに好ましくは2〜10個、さらに好ましくは3〜8個が直鎖状に結合したものが好ましく、直鎖構造内には、二重結合が1つ以上含まれていてもよい。さらに、スペーサーは、ベンゼン環及び/又はシクロヘキシル環などの環状構造を1〜数個、好ましくは1〜5個、さらに好ましくは1〜3個、有していてもよい。また、ベンゼン環やシクロヘキシル環などの環状構造、若しくは環状構造と上記直鎖構造とが組み合わされた構造のものでもよい。例えば、Yは、芳香族炭化水素環(アリール)、アルカン、アルケン又はアルキン由来の二価基である。   Y in the general formula (I) functions as a spacer between the carboxylic acid and the labeling substance when the carboxylic acid is modified with the labeling substance. The term “spacer” refers to a portion connecting a carboxylic acid moiety and a labeling substance in a labeled carboxylic acid molecule to which a labeling substance is bound. That is, when the side chain in the labeled carboxylic acid molecule is not directly bonded to the labeling substance, but one or more atoms are present between the side chain and the labeling substance, the carboxylic acid of the labeled carboxylic acid It is said that the acid part and the labeling substance are linked via a spacer. The spacer represented by Y in the general formula (I) may contain at least one of C, O, N and S in the main chain portion. However, atoms adjacent to X are other than N and O (when N or O are adjacent, these correspond to α-amino acid and α-hydroxy acid derivatives, respectively). The main chain structure of the spacer is preferably one in which the above atoms are 2 to 30, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 10, more preferably 3 to 8, and linearly bonded. One or more double bonds may be contained in the chain structure. Furthermore, the spacer may have 1 to several, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, cyclic structures such as a benzene ring and / or a cyclohexyl ring. Moreover, the thing of the structure where cyclic structures, such as a benzene ring and a cyclohexyl ring, or the cyclic structure and the said linear structure were combined may be sufficient. For example, Y is a divalent group derived from an aromatic hydrocarbon ring (aryl), alkane, alkene or alkyne.

さらに、スペーサー部が側鎖を有しており、該側鎖に他の標識物質が結合していてもよい。   Furthermore, the spacer part may have a side chain, and another labeling substance may be bound to the side chain.

標識物質の種類によっては、導入されたタンパク質内においてその機能をより効果的に発揮するために、スペーサーを介してカルボン酸と結合することが有利なものもある。例えば、標識物質の種類によっては、スペーサーを介して結合している方が、導入されたタンパク質内での該標識化合物への立体障害が軽減されるということが考えられる。   Depending on the type of labeling substance, in order to more effectively exert its function in the introduced protein, it may be advantageous to bind to a carboxylic acid via a spacer. For example, depending on the type of the labeling substance, it can be considered that steric hindrance to the labeling compound in the introduced protein is reduced by binding via a spacer.

Yの具体例として、例えば、-CH2-、-(CH2)m-(mは、1〜7)、-(CH2)o-NH-CO-(CH2)p-(oは、1〜7、pは1〜5)、-O-(CH2)2-O-(CH2)2-、-(CH2)q-C6H4-(qは、1〜3)等が挙げられるが、これらには限定されない。 Specific examples of Y include, for example, —CH 2 —, — (CH 2 ) m — (m is 1 to 7), — (CH 2 ) o —NH—CO— (CH 2 ) p — (o is 1 to 7, p is 1~5), - O- (CH 2 ) 2 -O- (CH 2) 2 -, - (CH 2) qC 6 H 4 - (q is 1-3), and include However, it is not limited to these.

なお、一般式(I)をCOOH−X-X’-Y’で表わした場合、Y’はYからX’で表わされる二価基を除いた化学式で表わされる。   In addition, when general formula (I) is represented by COOH-X-X'-Y ', Y' is represented by a chemical formula obtained by removing a divalent group represented by X 'from Y.

R1は、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、水酸基、アルデヒド基、アリル基、ハロゲン化アルキル基などの官能基であり、好ましくはアミノ基である。 R 1 is a functional group such as an amino group, a thiol group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an aldehyde group, an allyl group, or a halogenated alkyl group, and is preferably an amino group.

R1がアミノ基の場合、アミノカルボン酸と呼ぶことがある。また、YがCH2であり、R1がアミノ基の場合、アミノプロピオン酸と呼ぶことがある。 When R 1 is an amino group, it may be called an aminocarboxylic acid. When Y is CH 2 and R 1 is an amino group, it may be referred to as aminopropionic acid.

2つの標識物質で修飾されたαアミノ酸は、例えば一般式(II)、

COOH-CH(N-R2)-Y-R1 (II)

で表わされる。
The α-amino acid modified with two labeling substances is, for example, the general formula (II),

COOH-CH (NR 2 ) -Y-R 1 (II)

It is represented by

一般式(II)において、N-R2は標識されたアミノ基を示す。例えば、N-R2はアミノ基にスクシンイミドエステル、イソチオシアネート、スルホニルクロライド、NBD-ハライド、ジクロロトリアジンなどの化合物を利用して標識物質を結合させた構造を有する。結合させる標識物質は限定されないが、例えばビオチンが挙げられる。ビオチンとカルボン酸の間にC、O、N及びSのうちの少なくとも1種を少なくとも1つ以上含んでいる主鎖構造からなるスペーサーを含んでいてもよい。例えば、リジンの構造に相当する基を含んでいてもよい。
一般式(II)におけるY及びR1は、それぞれ上記一般式(I)のY及びR1と同じである。
In the general formula (II), NR 2 represents a labeled amino group. For example, NR 2 has a structure in which a labeling substance is bonded to an amino group using a compound such as succinimide ester, isothiocyanate, sulfonyl chloride, NBD-halide, dichlorotriazine. The labeling substance to be bound is not limited, and examples thereof include biotin. A spacer having a main chain structure containing at least one of C, O, N, and S may be included between biotin and carboxylic acid. For example, a group corresponding to the structure of lysine may be included.
Formula (II) Y and R 1 in are respectively the same as Y and R 1 in formula (I).

また、α位に水酸基を有するαヒドロキシ酸は、例えば一般式(III)、

COOH-CH(OH)-Z-R1 (III)

で表わされる。
Further, the α-hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position is, for example, the general formula (III)

COOH-CH (OH) -Z-R 1 (III)

It is represented by

一般式(III)中、Zはαアミノ酸での側鎖に相当する部分である。リボソームに取り込まれやすいという点において、好ましくは-CH2-C6H4-である。
一般式(III)におけるR1は、上記一般式(I)のR1と同じである。
In general formula (III), Z is a part corresponding to a side chain of an α-amino acid. In view of being easily incorporated into ribosomes, —CH 2 —C 6 H 4 — is preferable.
R 1 in the general formula (III) is the same as R 1 in formula (I).

本発明において、上記一般式(III)で表わされるα位に水酸基を有するαヒドロキシ酸は、少なくとも1つの標識物質で標識されており、標識物質は例えばR1を介して結合している。本発明のα位に水酸基を有するαヒドロキシ酸は、α位にアミノ基及びアミド結合を有することはない。 In the present invention, the α-hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position represented by the general formula (III) is labeled with at least one labeling substance, and the labeling substance is bonded via, for example, R 1 . The α-hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position of the present invention does not have an amino group or an amide bond at the α-position.

α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位に水酸基を有するヒドロキシ酸をtRNAに付加するには、カルボン酸又はヒドロキシ酸のカルボキシル基にジヌクレオチド(pdCpA)を結合させ、3’末端のCAジヌクレオチドを欠落させたtRNA(tRNA(-CA))とT4リガーゼ等のリガーゼを用いて結合させることにより作製することができる。人工tRNAの作製は、国際公開第WO2004/009709号パンフレット等に記載されている人工アミノ酸を含むtRNAの作成方法の記載に従って行うことができる。   To add a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or a hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position to tRNA, dinucleotide (pdCpA) is bound to the carboxyl group of the carboxylic acid or hydroxy acid. The tRNA (tRNA (-CA)) lacking the CA dinucleotide at the 3 'end can be combined with a ligase such as T4 ligase. Artificial tRNA can be produced according to the description of the method for producing tRNA containing an artificial amino acid described in International Publication No. WO2004 / 009709 pamphlet and the like.

用いるtRNAは限定されず、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を導入するための開始tRNAとしては大腸菌、酵母、マイコプラズマ・カプリコラム(Mycoplasma capricolum)、バシルス・ハロドランス(Bacillus halodouranns)及びマイコプラズマ・プネウモニア(Mycoplasma pneumoniae)等の開始tRNAを用いることができる。また、αヒドロキシ酸を導入するためのtRNAとしては、酵母フェニルアラニン用tRNA(Science,244,p.182.1989;Nucleic Acids Res., 18, 83-88, 1989)、大腸菌アスパラギン用tRNA、デトラヒメナグルタミン用tRNA(Chem. Biol., 3, 1033-1038, 1996)及び大腸菌グリシン用tRNA(J.Am.Chem.Soc.,111,p.8013,1989)等を用いることができる。また、大腸菌、マイコプラズマ・カプリコラム(Mycoplasma capricolum)、バシルス・ハロドランス(Bacillus halodouranns)、バシルス・サブチリス(Bacillus subtillis)、ボレイア・バーグドルフェリ(Borreiia burgdorferi)、マイコプラズマ・ゲニタリウム(Mycoplasma genitalium)、マイコプラズマ・プネウモニア(Mycoplasma pneumoniae)及びスタフィロコッカス・アウレウスN315(Staphylococcus aureus N315)等の微生物由来のトリプトファンに対応したtRNAも用いることもできる。   The tRNA to be used is not limited. Examples of the starting tRNA for introducing a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position include Escherichia coli, yeast, Mycoplasma capricolum, and Bacillus halodolance. Initiating tRNAs such as halodouranns) and Mycoplasma pneumoniae can be used. Further, tRNA for introducing α-hydroxy acid includes tRNA for yeast phenylalanine (Science, 244, p.182.1989; Nucleic Acids Res., 18, 83-88, 1989), tRNA for E. coli asparagine, detrahimenaglutamine. TRNA (Chem. Biol., 3, 1033-1038, 1996), tRNA for E. coli glycine (J. Am. Chem. Soc., 111, p. 8013, 1989) and the like can be used. Also, E. coli, Mycoplasma capricolum, Bacillus halodourans, Bacillus subtillis, Borreiia burgdorferi, Mycoplasma genitalium, Mycoplasma genitalium, Mycoplasma genitalium TRNA corresponding to tryptophan derived from microorganisms such as (Mycoplasma pneumoniae) and Staphylococcus aureus N315 can also be used.

これらのtRNAのアンチコドンを、利用するコドンに対応したものに改変して用いればよい。   These tRNA anticodons may be modified to those corresponding to the codons used.

本発明のα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加されたtRNA及びα位に水酸基を有するαヒドロキシ酸が付加されたtRNAは、好ましくは少なくとも1つ又は2つの標識物質で修飾されている。   The tRNA having an amino group, an amide bond and a carboxylic acid having no hydroxyl group added at the α-position and the tRNA having an α-hydroxy acid having a hydroxyl group added at the α-position are preferably at least one or two labels. It is modified with a substance.

標識物質は、当業者には公知の色素化合物、蛍光物質、化学/生物発光物質、酵素基質、補酵素、抗原性物質及びタンパク質結合性物質である。さらに、クエンチャー物質、クロスリンク物質、ジゴキシゲニン、ジニトロフェノール、コレステロール、デスチオビオチン、ビオチン等が挙げられる。ここで、クエンチャー物質(消光物質)とは、蛍光物質に近接した位置に存在するときに蛍光物質が蛍光を発するのを抑制する物質をいい、具体例としてはジニトロベンゼン、ジメチルアミノアゾベンゼン、Cy5Q、Cy7Q、が挙げられる。また、クロスリンク物質とは、光照射などによって近接した物質と共有結合を形成することのできる物質をいい、具体例としてはベンゾフェノン、ソラレン、トリフルオロメチルフェニルジアジリンが挙げられる。   The labeling substances are dye compounds, fluorescent substances, chemi / bioluminescent substances, enzyme substrates, coenzymes, antigenic substances and protein binding substances known to those skilled in the art. Further examples include quencher substances, cross-linking substances, digoxigenin, dinitrophenol, cholesterol, desthiobiotin, biotin and the like. Here, the quencher substance (quenching substance) refers to a substance that suppresses the fluorescence of the fluorescent substance when it is present in the vicinity of the fluorescent substance. Specific examples include dinitrobenzene, dimethylaminoazobenzene, Cy5Q. , Cy7Q. In addition, the cross-linking substance refers to a substance that can form a covalent bond with an adjacent substance by light irradiation or the like, and specific examples include benzophenone, psoralen, and trifluoromethylphenyl diazirine.

また、通常、翻訳後修飾によって、酢酸、ピログルタミン酸、パルミトイル酸、ミリストイル酸等のカルボン酸がタンパク質のN末端に付加され、タンパク質がその正常な機能を発揮するようになる。本発明のカルボン酸を付加した開始tRNAは、酢酸、ピログルタミン酸、パルミトイル酸、ミリストイル酸等のカルボン酸を付加した開始tRNAをも包含する。これらの開始tRNAを用いることにより、タンパク質の翻訳合成時にN末端に酢酸、ピログルタミン酸、パルミトイル酸、ミリストイル酸等のカルボン酸を導入することができる。   In addition, usually, post-translational modification adds a carboxylic acid such as acetic acid, pyroglutamic acid, palmitoyl acid or myristoyl acid to the N-terminus of the protein, so that the protein exhibits its normal function. The starting tRNA added with a carboxylic acid of the present invention also includes an starting tRNA added with a carboxylic acid such as acetic acid, pyroglutamic acid, palmitoyl acid, myristoyl acid. By using these initiation tRNAs, carboxylic acids such as acetic acid, pyroglutamic acid, palmitoyl acid, myristoyl acid can be introduced into the N-terminal during protein translational synthesis.

本発明に利用可能な蛍光物質としては、基本骨格としてRhodamine、Cy、Coumarine、EvoBlueを有する蛍光物質が挙げられる。具体的に本発明のカルボン酸に結合させる蛍光物質として適したものとして、Cy3、Cy3B、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、EVOblue10、EVOblue30、SFX、RhoX、TexX、TAMX、5TAM、FAM等が挙げられる。さらに、これらの蛍光物質の誘導体も含まれる。また、naphthalene、biphenyl、anthracene、phenenthrene、pyrene、carbazoleを有する蛍光物質又はその誘導体も含まれる。   Examples of the fluorescent substance that can be used in the present invention include fluorescent substances having Rhodamine, Cy, Coumarine, and EvoBlue as a basic skeleton. Specifically suitable as a fluorescent substance to be bound to the carboxylic acid of the present invention, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, EVOblue10, EVOblue30, SFX, RhoX, TexX, TAMX, 5TAM, FAM, etc. Can be mentioned. Furthermore, derivatives of these fluorescent substances are also included. Further, fluorescent substances having naphthalene, biphenyl, anthracene, phenenthrene, pyrene, carbazole or derivatives thereof are also included.

また、これ以外の蛍光物質、具体的には、BFL、BFLC5、B493、BR6G、B558、B564、B576、B581、BFL(以下に、商標名及び/又は一般名を記す)も用いることができる。

BFL : BODIPY FL(商標名),
4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

BFLC5 : BODIPY FL C5(商標名),
4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a,4a-diaza-s- indancene-3-pentanoic acid

B493 : BODIPY 493/503(商標名),
4,4-difluoro-1,3,5,7-tetramethyl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indancene-8-propionic acid

BR6G : BODIPY R6G(商標名),
4,4-difluoro-5-(4-phenyl-1,3-butadienyl)-4-bora-3a,4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B558 : BODIPY 558/568(商標名),
4,4-difluoro-5-(2-thienyl)-4-bora-3a,4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B564 : BODIPY 564/570(商標名),
4,4-difluoro-5-styryl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B576 : BODIPY 576/589(商標名),
4,4-difluoro-5-(2-pyrrolyl)-4-bora-3a,4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B581 : BODIPY 581/591(商標名),
4,4-difluoro-5-(4-phenyl-1,3-butadienyl)-4-bora-3a,4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

Cy3(商標名)、Cy3B(商標名)、Cy3.5(商標名)、Cy5(商標名)、Cy5.5(商標名)、Cy5Q(商標名)、Cy7Q(商標名)、EvoBlue10(商標名)、EvoBlue30(商標名)

SFX : SFX(商標名)はスクシイミドエステルの結合しているときの商標名であり、FAM-Xがエステルなしの商標名である。
RhoX : Rhodamine Red-X(商標名)
TexX : Texas Red-X(商標名)
TAMX : 5(6)-TAMRA-X(商標名)
5TAM : 5 TAMRA(商標名)
In addition, other fluorescent materials, specifically, BFL, BFLC5, B493, BR6G, B558, B564, B576, B581, and BFL (trade names and / or general names are described below) can also be used.

BFL: BODIPY FL (trade name),
4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

BFLC5: BODIPY FL C5 (trade name),
4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s- indancene-3-pentanoic acid

B493: BODIPY 493/503 (trade name),
4,4-difluoro-1,3,5,7-tetramethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indancene-8-propionic acid

BR6G: BODIPY R6G (trade name),
4,4-difluoro-5- (4-phenyl-1,3-butadienyl) -4-bora-3a, 4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B558: BODIPY 558/568 (trade name),
4,4-difluoro-5- (2-thienyl) -4-bora-3a, 4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B564: BODIPY 564/570 (trade name),
4,4-difluoro-5-styryl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B576: BODIPY 576/589 (trade name),
4,4-difluoro-5- (2-pyrrolyl) -4-bora-3a, 4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

B581: BODIPY 581/591 (trade name),
4,4-difluoro-5- (4-phenyl-1,3-butadienyl) -4-bora-3a, 4a-diaza-s-indancene-3-propionic acid

Cy3 (trade name), Cy3B (trade name), Cy3.5 (trade name), Cy5 (trade name), Cy5.5 (trade name), Cy5Q (trade name), Cy7Q (trade name), EvoBlue 10 (trade name) ), EvoBlue30 (trade name)

SFX: SFX (trade name) is a trade name when succinimide ester is bonded, and FAM-X is a trade name without ester.
RhoX: Rhodamine Red-X (trade name)
TexX: Texas Red-X (trade name)
TAMX: 5 (6) -TAMRA-X (trade name)
5TAM: 5 TAMRA (trade name)

標識物質として用いる蛍光物質としては、可視光域内(400〜700nm付近)に励起波長を有し、さらに可視光域内に発光波長を有するものが好ましく、水溶液中での発光強度が強いものが特に好ましい。   As the fluorescent substance used as the labeling substance, those having an excitation wavelength in the visible light range (near 400 to 700 nm) and further having an emission wavelength in the visible light range are preferred, and those having a strong emission intensity in an aqueous solution are particularly preferred. .

ルシフェリン、ルミジェン等の化学若しくは生物発光物質又はその誘導体も標識物質として本発明に用いることができる。   A chemical or bioluminescent substance such as luciferin or Lumigen or a derivative thereof can also be used as a labeling substance in the present invention.

さらに、補酵素類、抗原性を有する物質及び特定のタンパク質に結合することが判っている物質などの中から、対象とするタンパク質に付与したい機能に応じて適宜選んで、それを標識物質として本発明に用いることができる。例えば、特定の酵素に対する基質(例えば、アルカリホスファターゼ又はβガラクトシダーゼに対する基質等)を導入すれば、その酵素による呈色反応を利用して検出することができる。また、抗原性を有する物質、特定のタンパク質に結合することが判っている物質で標識されたタンパク質は、抗体又は結合するタンパク質を用いた間接的検出法に用いることができ、さらに、精製が簡便であるという利点を有している。例えば、本発明の方法を用いてビオチンでN末端を修飾した機能性タンパク質は、ビオチンを介してアビジン又はストレプトアビジンと結合するという機能を有しており、この機能を利用すれば、本発明の方法により、あるいは化学的に蛍光物質等で標識したアビジン又はストレプトアビジンとの結合を利用して特定の物質の検出系を確立することが可能である。この他、種々の色素、並びに、さまざまな生化学的、化学的又は免疫化学的な検出方法で検出可能な物質を標識物質に用い得ることが、当業者には理解できる。   Furthermore, coenzymes, substances with antigenicity, and substances known to bind to specific proteins are selected as appropriate according to the function to be given to the target protein, and this is used as a labeling substance. Can be used for invention. For example, if a substrate for a specific enzyme (for example, a substrate for alkaline phosphatase or β-galactosidase) is introduced, it can be detected using a color reaction by the enzyme. Proteins labeled with an antigenic substance or a substance that is known to bind to a specific protein can be used for indirect detection methods using antibodies or binding proteins, and can be easily purified. It has the advantage of being. For example, a functional protein whose N-terminal is modified with biotin using the method of the present invention has a function of binding to avidin or streptavidin via biotin, and if this function is used, It is possible to establish a detection system for a specific substance by a method or using a bond with avidin or streptavidin chemically labeled with a fluorescent substance or the like. In addition, those skilled in the art can understand that various dyes and substances detectable by various biochemical, chemical, or immunochemical detection methods can be used as the labeling substance.

カルボン酸又はヒドロキシ酸と標識物質との結合は、本発明のカルボン酸又はヒドロキシ酸に結合させた上記一般式(I)のR1部分の官能基と標識物質の官能基の結合を利用すればよい。すなわち、一般式(I)で表わされるカルボン酸又は一般式(III)で表わされるヒドロキシ酸に結合させた上記スペーサーのR1部分として、タンパク質合成の際にペプチド伸長反応に関与しない、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、水酸基、アルデヒド基、アリル基、ハロゲン化アルキル基などの官能基を導入しておき、該官能基にスペーサーを介して標識物質を結合させることができる。R1部分がアミノ基の場合、アミノ基標識用プローブとしてスクシンイミドエステル、イソチオシアネート、スルホニルクロライド、NBD-ハライド、ジクロロトリアジンなどの化合物が、R1部分がチオール基の場合、チオール基標識用プローブとしてアルキルハライド、マレイミド、アジリジンなどの化合物が、R1部分がカルボキシル基の場合、カルボキシル基標識用プローブとしてジアゾメタン化合物、脂肪族臭化物、カルボジイミドなどが利用できる。例えば、標識物質にスペーサーを介してスクシンイミドエステルを導入し、カルボン酸に結合させたスペーサー中の芳香環にアミノ基を導入しアミド結合により両者を結合させることができる。官能基同士を結合させる方法は、例えば、「新生化学実験講座1 タンパク質VI 構造機能相関」の記載等を参照すればよい。 The bond between the carboxylic acid or the hydroxy acid and the labeling substance can be achieved by using the bond between the functional group of the R 1 moiety of the above general formula (I) and the labeling substance functional group bound to the carboxylic acid or hydroxy acid of the present invention. Good. That is, as the R 1 portion of the spacer bonded to the carboxylic acid represented by the general formula (I) or the hydroxy acid represented by the general formula (III), an amino group that does not participate in the peptide elongation reaction during protein synthesis, A functional group such as a thiol group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an aldehyde group, an allyl group, or an alkyl halide group is introduced, and a labeling substance can be bonded to the functional group via a spacer. If R 1 moiety is an amino group, succinimide ester as the amino group-labeled probe, isothiocyanate, sulfonyl chloride, NBD-halide compound, such as dichlorotriazine is when R 1 moiety is a thiol group, a thiol group for labeling probes When a compound such as an alkyl halide, maleimide, or aziridine has a carboxyl group as the R 1 moiety, a diazomethane compound, an aliphatic bromide, a carbodiimide, or the like can be used as a probe for labeling a carboxyl group. For example, a succinimide ester can be introduced into a labeling substance via a spacer, an amino group can be introduced into an aromatic ring in the spacer bonded to a carboxylic acid, and both can be bound by an amide bond. For a method of bonding functional groups to each other, for example, the description of “Shinsei Kagaku Kogaku Kenkyu 1 Protein VI Structure-Function Relationship” may be referred to.

α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位に水酸基を有するヒドロキシ酸が付加されたtRNAであって、さらに標識物質で修飾されているtRNAを作製する場合、あらかじめカルボン酸又はヒドロキシ酸を標識物質で修飾した後に、pdCpAを結合させてtRNAに付加してもよいし、カルボン酸又はヒドロキシ酸をtRNA又はpdCpAに付加した後にカルボン酸又はヒドロキシ酸部を標識物質で標識してもよい。   When preparing a tRNA to which a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or a hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position and further modified with a labeling substance is prepared, After modifying acid or hydroxy acid with a labeling substance, pdCpA may be bound and added to tRNA, or after adding carboxylic acid or hydroxy acid to tRNA or pdCpA, the carboxylic acid or hydroxy acid part is labeled with the labeling substance May be.

本発明において、COOH-(CH2)n-1-NH-F(Fは標識物質、nは自然数)で表わされる化合物をF-ACnと、COOH-(CH2)n-1-NH-CO-(CH2)5-NH-F(F及びnは上記と同様)で表わされる化合物をF-X-ACnと呼ぶ場合がある。また、COOH-(CH2)n-1-B-NH-F(Bは芳香環、F及びnは上記と同様)で表わされる化合物をF-ABCnと、COOH-CH2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-NH-F(Fは上記と同様)で表わされる化合物をF-TEGと呼ぶことがある。さらに、α位に水酸基を有するCOOH-CH(OH)-CH2-C6H4-NH-F(Fは上記と同様)をF-AFLと呼ぶことがある。また、COOH-CH(OH)-CH2-C6H4-NH-CO-(CH2)5-NH-F(Fは上記と同様)をF-X-AFLと呼ぶことがある。 In the present invention, a compound represented by COOH- (CH 2 ) n-1 -NH-F (F is a labeling substance, n is a natural number) is represented by F-AC n and COOH- (CH 2 ) n-1 -NH- A compound represented by CO— (CH 2 ) 5 —NH—F (F and n are as defined above) may be referred to as FX-AC n . In addition, a compound represented by COOH- (CH 2 ) n-1 -B-NH-F (B is an aromatic ring, F and n are the same as above) is represented by F-ABC n , COOH-CH 2 -O- ( A compound represented by CH 2 ) 2 —O— (CH 2 ) 2 —NH—F (F is the same as above) may be referred to as F-TEG. Further, COOH—CH (OH) —CH 2 —C 6 H 4 —NH—F (F is the same as above) having a hydroxyl group at the α-position may be referred to as F-AFL. COOH—CH (OH) —CH 2 —C 6 H 4 —NH—CO— (CH 2 ) 5 —NH—F (F is the same as above) may be referred to as FX-AFL.

図1A〜図1Dに標識物質としてTAMRAを結合した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を示す。図1E及びFは、比較対象となるα位にアミノ基を持つもの(図1E)及びアミド結合を持つもの(図1F)である。   1A to 1D show carboxylic acids having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, to which TAMRA is bound as a labeling substance. 1E and F are those having an amino group at the α-position to be compared (FIG. 1E) and those having an amide bond (FIG. 1F).

図2A〜図2Eに標識物質としてBODIPY FLを結合した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を示す。図2F及びGは、比較対象となるα位にアミノ基(図2F)を持つもの及びアミド結合を持つもの(図2G)である。   2A to 2E show carboxylic acids having BODIPY FL bound as a labeling substance and having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position. 2F and G are those having an amino group (FIG. 2F) at the α-position to be compared and those having an amide bond (FIG. 2G).

図3A〜図3Eに標識物質として種々の蛍光物質(BODIPY FL、FAM、TAMRA、Cy3及びCy5)を結合した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を示す。   3A to 3E show carboxylic acids having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, to which various fluorescent substances (BODIPY FL, FAM, TAMRA, Cy3 and Cy5) are bound as labeling substances.

図4AにTAMRA及びビオチンの2つの標識物質で標識されたαアミノ酸を示す。図4Bはα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸であって、TAMRA及びビオチンの2つの物質で標識されたカルボン酸を示す。   FIG. 4A shows α-amino acids labeled with two labeling substances TAMRA and biotin. FIG. 4B shows a carboxylic acid that does not have an amino group, an amide bond and a hydroxyl group at the α-position and is labeled with two substances, TAMRA and biotin.

図5B及び図5Dにα位に標識物質としてBODIPY FL又はTAMRAを結合した、ヒドロキシ酸を示す。図5A及びCは比較対象となるα位にアミノ基を有するαアミノ酸である。   5B and 5D show hydroxy acids in which BODIPY FL or TAMRA is bound as a labeling substance at the α-position. 5A and 5C are α-amino acids having an amino group at the α-position to be compared.

例えば、図1A〜図1Eで表わされる構造を有する化合物において、COOH-CH2-Y-NH-CO-F(Yは上記一般式(I)で表わされる化合物におけるYと同じであり、Fは標識物質である)で表わされる部分から標識物質を脱離させたものが一般式(I)のR1がNH2であるCOOH-CH2-Y-NH2で表わされるα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸に相当する。 For example, in the compound having the structure represented by FIGS. 1A to 1E, COOH—CH 2 —Y—NH—CO—F (Y is the same as Y in the compound represented by the above general formula (I), and F is In the formula (I), R 1 is NH 2 and COOH—CH 2 —Y—NH 2 represents an amino group at the α-position, It corresponds to a carboxylic acid having no amide bond and hydroxyl group.

図6にpdCpAを結合させたカルボン酸の構造の一例(BODIPY FL-ABC3-pdCpA)を示す。
本発明のカルボン酸のタンパク質のN末端への導入は、開始コドンに本発明のα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸を割り当てることにより行なうことができる。すなわち、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加されたtRNAのアンチコドンを開始コドンに対応させればよい。開始コドンとは、mRNAがタンパク質に翻訳されるとき、タンパク質合成の開始点となるコドンをいう。一般にはAUGが開始コドンになるが、本発明においては、AUGに限定されず、目的のタンパク質を合成するために用いるmRNAに4塩基コドン、終止コドン、人工コドンその他の3塩基コドンの任意のコドンを開始コドンとして利用することができる。この場合、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加されたtRNAのアンチコドン部を、開始コドンとして用いるコドンに対して相補的な配列にすることにより、前記tRNAが任意のコドンを開始コドンとして認識する。開始コドンを認識し、タンパク質の合成過程において、最初に働くtRNAを開始tRNAという。例えば、mRNA中のタンパク質をコードする領域の5'末端の任意のコドンが開始コドンとなり得る。開始コドンを本発明のカルボン酸に割り当てた場合、合成されるタンパク質のN末端に、本発明のα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が導入される。この際、標識物質で修飾されたカルボン酸を用いることによりタンパク質のN末端が該標識物質で修飾される。
FIG. 6 shows an example of a carboxylic acid structure (BODIPY FL-ABC 3 -pdCpA) bound to pdCpA.
The introduction of the carboxylic acid of the present invention into the N-terminus of the protein can be carried out by assigning a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position of the present invention to the initiation codon. That is, the anticodon of tRNA to which a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group is added at the α-position may be made to correspond to the start codon. The initiation codon refers to a codon that is the starting point for protein synthesis when mRNA is translated into protein. In general, AUG is the start codon, but in the present invention, it is not limited to AUG, and any codon of 4-base codon, stop codon, artificial codon and other 3-base codons is used for mRNA used to synthesize the target protein. Can be used as an initiation codon. In this case, the tRNA can be arbitrarily selected by making the anticodon part of the tRNA added with a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position complementary to the codon used as the start codon. Is recognized as the start codon. The tRNA that recognizes the start codon and acts first in the protein synthesis process is called the start tRNA. For example, any codon at the 5 ′ end of the region encoding the protein in mRNA can be the start codon. When the initiation codon is assigned to the carboxylic acid of the present invention, a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position of the present invention is introduced at the N-terminus of the synthesized protein. At this time, the N-terminal of the protein is modified with the labeling substance by using a carboxylic acid modified with the labeling substance.

上記のように、通常はアミノ酸が割り当てられていないコドン、具体的には4塩基コドン、終止コドン、人工コドンにカルボン酸を割り当てコドンを拡張することができる。4塩基コドンは、Hohsaka T., et al., J. Am. Chem. Soc., 118, 9778-9779, 1996及びHohsaka T., et al., J. Am. Chem. Soc., 121, 34-40, 1999の記載を参考にして用いることができる。また、終止コドンは、Science,244,p.182.1989及びJ.Am.Chem.Soc., 111,p.8013,1989、人工塩基コドンは、Hirao, I., et al., Nature Biotech., 20, 177-182, 2002の記載を参考にして用いることができる。   As described above, the codon can be extended by assigning a carboxylic acid to a codon that is not normally assigned an amino acid, specifically, a 4-base codon, a stop codon, or an artificial codon. Four base codons are described in Hohsaka T., et al., J. Am. Chem. Soc., 118, 9778-9779, 1996 and Hohsaka T., et al., J. Am. Chem. Soc., 121, 34. -40, 1999 can be used as a reference. Stop codons are Science, 244, p.182.1989 and J.Am.Chem.Soc., 111, p.8013,1989, and artificial base codons are Hirao, I., et al., Nature Biotech., 20 , 177-182, 2002, can be used as a reference.

4塩基コドンを用いる場合、4塩基コドンを構成する塩基は限定されないが、4塩基コドンとして例えば、CGGG、CTCT(CUCU)、CTCA(CUCA)、CCCT(CCCU)、CGGT(CGGU)、AGGT(AGGU)及びGGGT(GGGU)が好適に用いられる。終止コドンとしては、UAA、UAG、UGAが挙げられる。   When a 4-base codon is used, the bases constituting the 4-base codon are not limited, but examples of the 4-base codon include CGGG, CTCT (CUCU), CTCA (CUCA), CCCT (CCCU), CGGT (CGGU), AGGT (AGGU ) And GGGT (GGGU) are preferably used. Examples of stop codons include UAA, UAG, and UGA.

4塩基コドン法を利用する場合、N末端を修飾しようとする目的のタンパク質をコードするDNA又はmRNAの5'末端のコドン部位に4塩基コドンを組み込む。また、本発明のα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加されたtRNAのアンチコドン部位を対応する4塩基に置換しておく。これらを用いてタンパク質合成を行うと、4塩基コドンに置換した部分ではリボソームの中で4塩基のコドン・アンチコドンペアが形成され、tRNAに結合させたα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸がN末端に存在するタンパク質の合成が開始される。一方、その他の部分は通常通り3塩基ずつ翻訳されるので、最終的に得られるタンパク質には4塩基コドンで指定したN末端部分にのみカルボン酸が導入されていることになる。なお、4塩基コドン法においては、4つの連続した塩基からなるコドンだけではなく、5以上の連続した塩基からなるコドンも用いることができる。例えば、5、6又は7つの連続した塩基からなるコドンが挙げられる。5以上の連続した塩基からなるコドンを用いる場合、tRNAのアンチコドン部位を対応する5以上の塩基に置換すればよい。本発明において、4塩基コドンという場合、4つの連続した塩基からなるコドンを5以上の連続した塩基からなるコドンに変更したものも含む。   When the 4-base codon method is used, a 4-base codon is incorporated into the codon site at the 5 ′ end of the DNA or mRNA encoding the target protein to be modified at the N-terminus. In addition, the anticodon site of tRNA added with a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position of the present invention is substituted with the corresponding 4 bases. When these are used to synthesize proteins, a 4-base codon-anticodon pair is formed in the ribosome at the part substituted with a 4-base codon, and an amino group, an amide bond and a hydroxyl group are added to the α-position bound to tRNA. Synthesis of a protein in which a carboxylic acid that does not exist is present at the N-terminus is initiated. On the other hand, since the other part is translated by 3 bases as usual, a carboxylic acid is introduced only into the N-terminal part designated by the 4-base codon in the finally obtained protein. In the 4-base codon method, not only a codon consisting of 4 consecutive bases but also a codon consisting of 5 or more consecutive bases can be used. For example, a codon consisting of 5, 6 or 7 consecutive bases can be mentioned. When using a codon consisting of 5 or more consecutive bases, the anticodon site of tRNA may be replaced with the corresponding 5 or more bases. In the present invention, a 4-base codon includes a codon consisting of 4 consecutive bases changed to a codon consisting of 5 or more consecutive bases.

また、自然界でアミノ酸が割り当てられているコドンを用いることもできる。この場合、タンパク質の導入において、カルボン酸と天然のアミノ酸が競合し、N末端にカルボン酸が導入されたタンパク質の生成効率は低くなる可能性がある。この際、自然界での使用頻度が低いレアコドンにカルボン酸を割り当てれば、生成効率を上げることができる可能性がある。レアコドンは、利用する翻訳系により異なり、例えば大腸菌の翻訳系を用いる場合、大腸菌におけるレアコドンを用いればよい。大腸菌のレアコドンとして、AGG、AGA、AUA、CUA、CCC、GGA、CGG等が挙げられる。   In addition, codons that are assigned amino acids in nature can also be used. In this case, in the introduction of the protein, the carboxylic acid and the natural amino acid compete with each other, and the production efficiency of the protein in which the carboxylic acid is introduced at the N-terminus may be lowered. At this time, if a carboxylic acid is assigned to a rare codon that is not frequently used in nature, the production efficiency may be increased. The rare codon varies depending on the translation system to be used. For example, when using an E. coli translation system, a rare codon in E. coli may be used. Examples of rare codons of E. coli include AGG, AGA, AUA, CUA, CCC, GGA, CGG and the like.

4塩基コドン法、終止コドン法、人工コドン法のいずれかの方法を用いる場合、又は自然界でアミノ酸が割り当てられているコドンを用いる場合、これらのコドンを合成しようとするタンパク質をコードするDNA又はmRNAの5'末端に組み込めばよい。   When using any of the four-base codon method, the stop codon method, or the artificial codon method, or when using codons to which amino acids are naturally assigned, DNA or mRNA that encodes the protein to be synthesized. Can be incorporated at the 5 'end.

同様に、本発明のα-ヒドロキシ酸が付加されたtRNAを用いる場合、合成しようとするタンパク質をコードするDNA又はmRNAの5'末端側に他のタンパク質又はペプチドをコードするDNA又はmRNAを融合させ、合成しようとするタンパク質をコードするDNA又はmRNAの5'末端側に開始コドン以外の伸長用コドンである4塩基コドン、終止コドン、人工コドン又は自然界でアミノ酸が割り当てられているコドンを組み込めばよい。ここで、合成しようとする目的のタンパク質を第1のタンパク質と呼び、他のタンパク質又はペプチドを第2のタンパク質と呼ぶ。この場合、タンパク質合成が進行すると最初に第2のタンパク質が翻訳され、翻訳が終了した後に、上記の4塩基コドン、終止コドン、人工コドン又は自然界でアミノ酸が割り当てられているコドンに対応した本発明のα-ヒドロキシ酸が付加されたtRNAがコドン部分に結合する。すると、第2のタンパク質のC末端のアミノ酸のカルボキシル基とαヒドロキシ酸の水酸基がエステル化反応により結合するので、第1のタンパク質と第2のタンパク質の融合タンパク質が生成する。該融合タンパク質において、ヒドロキシ酸は第1のタンパク質のN末端であって、第2のタンパク質のC末端の隣に導入される。この場合、該融合タンパク質を加水分解処理することにより、第2のタンパク質又はペプチドのC末端のアミノ酸とヒドロキシ酸との間のエステル結合が切断され、N末端にヒドロキシル酸が導入された第1のタンパク質、すなわちN末端が標識物質で標識された第1のタンパク質を得ることができる。加水分解処理は、酸又は塩基を触媒として加水分解反応を行なわせればよい。第2のタンパク質の種類によっては、自動的に加水分解が進み遊離の目的のタンパク質であるN末端が修飾された第1のタンパク質を得ることができる。本発明において、「加水分解する」とは人為的に加水分解処理を行なう場合も、自動的に加水分解が起こる場合も含む。ここで、第2のタンパク質である他のタンパク質又はペプチドは限定されないが、アミノ酸の数の小さいものでよく、例えば、一般にタグペプチドとして用いられているペプチドを用いることができる。タグペプチドとして、2〜12個、好ましくは4個以上、さらに好ましくは4〜7個、さらに好ましくは5個若しくは6個のヒスチジンからなるポリヒスチジンタグ、T7タグ、RGSHis3タグ、VSV-Gタグ、Aviタグ(ビオチン受容ペプチドからなるタグ)、Glu-Glu(E.E.)タグ、FLAGタグ、HAタグ等が例示できる。また、タンパク質としてはグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)、マルトース結合タンパク質(MBP)等が例示できる。   Similarly, when the tRNA to which the α-hydroxy acid of the present invention is added is used, a DNA or mRNA encoding another protein or peptide is fused to the 5 ′ end of the DNA or mRNA encoding the protein to be synthesized. A 4 base codon that is an extension codon other than the start codon, a stop codon, an artificial codon, or a codon assigned with an amino acid in nature may be incorporated into the 5 ′ end of the DNA or mRNA encoding the protein to be synthesized. . Here, the target protein to be synthesized is called a first protein, and the other protein or peptide is called a second protein. In this case, when the protein synthesis proceeds, the second protein is first translated, and after the translation is finished, the present invention corresponding to the above-mentioned 4-base codon, stop codon, artificial codon, or a codon assigned with an amino acid in nature The tRNA to which the α-hydroxy acid is added binds to the codon part. Then, since the carboxyl group of the C-terminal amino acid of the second protein and the hydroxyl group of the α-hydroxy acid are bonded by an esterification reaction, a fusion protein of the first protein and the second protein is generated. In the fusion protein, the hydroxy acid is introduced at the N-terminus of the first protein and next to the C-terminus of the second protein. In this case, by hydrolyzing the fusion protein, the ester bond between the C-terminal amino acid and the hydroxy acid of the second protein or peptide is cleaved, and the hydroxyl acid is introduced into the N-terminal. A protein, that is, a first protein in which the N-terminus is labeled with a labeling substance can be obtained. The hydrolysis treatment may be performed using an acid or base as a catalyst. Depending on the type of the second protein, hydrolysis proceeds automatically, and the first protein with the N-terminal modified, which is a free target protein, can be obtained. In the present invention, “hydrolyze” includes not only the case where the hydrolysis treatment is performed artificially but also the case where the hydrolysis occurs automatically. Here, the other protein or peptide which is the second protein is not limited, but may be a protein having a small number of amino acids. For example, a peptide generally used as a tag peptide can be used. As the tag peptide, 2 to 12, preferably 4 or more, more preferably 4 to 7, more preferably 5 or 6 histidine polyhistidine tag, T7 tag, RGSHis3 tag, VSV-G tag, Examples include Avi tags (tags composed of biotin-accepting peptides), Glu-Glu (EE) tags, FLAG tags, HA tags, and the like. Examples of the protein include glutathione-S-transferase (GST), maltose binding protein (MBP) and the like.

なお、第1のタンパクをコードするDNA又はmRNAの5'末端側に本発明のヒドロキシ酸に割り当てられた4塩基コドンを連結して用いる場合、4塩基コドンの下流に目的のタンパク質である第2のタンパク質を連結する際に、4塩基コドンの上流に+1フレームでストップコドンに対応する配列を含ませ、4塩基コドンの下流に+2フレームでストップコドンに対応する配列を含ませてもよい。また、4塩基コドンの上流+1フレームのストップコドンに対応する配列と4塩基コドンの間、及び下流+2フレームのストップコドンに対応する配列と4塩基コドンの間に2+3×A個の塩基が挿入されていてもよい。このような塩基を挿入することにより、タンパク質の翻訳過程においてフレームシフトが生じたときにタンパク質の翻訳が停止するので、不要なタンパク質の合成を避けることができる。ストップコドンはTAA若しくはUAA、TAG若しくはUAG、又はTGA若しくはUGAの3塩基で表される。上記の「2+3×A」において、Aは0又は正の整数であり、Aの数に上限はなく、最終的にタンパク質合成が停止すればよい。ただし、フレームシフトが生じたタンパク質の合成を早く停止させる観点から、あまり大きくないほうがよい。好ましくはAは10、9、8、7、6、5、4、3又は2以下、あるいは1又は0である。   When a 4-base codon assigned to the hydroxy acid of the present invention is linked to the 5 ′ end of DNA or mRNA encoding the first protein, the second protein that is the target protein downstream of the 4-base codon is used. When linking these proteins, a sequence corresponding to the stop codon in the +1 frame may be included upstream of the 4-base codon, and a sequence corresponding to the stop codon in the +2 frame may be included downstream of the 4-base codon. In addition, 2 + 3 × A bases are inserted between the sequence corresponding to the stop codon in the upstream frame of the 4-base codon and the 4-base codon, and between the sequence corresponding to the stop codon in the downstream +2 frame and the 4-base codon. It may be. By inserting such a base, protein translation stops when a frame shift occurs in the translation process of the protein, so that unnecessary protein synthesis can be avoided. The stop codon is represented by 3 bases of TAA or UAA, TAG or UAG, or TGA or UGA. In the above “2 + 3 × A”, A is 0 or a positive integer, and there is no upper limit to the number of A, and it is sufficient that the protein synthesis is finally stopped. However, from the viewpoint of quickly stopping the synthesis of a protein in which a frame shift has occurred, it should not be too large. Preferably A is 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 or 2 or less, or 1 or 0.

本発明のα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位に水酸基を有するヒドロキシ酸のタンパク質のN末端への導入法においては、生細胞を用いた合成系及び無細胞タンパク質合成系を利用することができるが、無細胞タンパク質合成系を利用することが好ましい。   In the method of introducing a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or a hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position into the N-terminus of the protein of the present invention, a synthetic system using living cells and a cell-free system Although a protein synthesis system can be used, it is preferable to use a cell-free protein synthesis system.

生細胞によるタンパク質合成系によりα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位に水酸基を有するヒドロキシ酸をN末端に導入したタンパク質を得るには、tRNA及びmRNAを細胞内へマイクロインジェクションにより注入する方法(Science, 268, p.439, 1995)を利用して生細胞に本発明のタンパク質を発現させることができる。   In order to obtain a protein in which a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or a hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position is introduced at the N-terminus by a protein synthesis system using living cells, The protein of the present invention can be expressed in living cells using the method of injection by microinjection (Science, 268, p.439, 1995).

無細胞翻訳系による合成は、発現させようとする遺伝子を含む発現ベクターを宿主細胞に導入することなく、in vitroで必要な試薬と混合し遺伝子を発現させることにより行うことができる(Spirin, A.S. et al, (1988)“A continuous cell-free translation system capable of production polypeptides in high yield” Science 242, 1162; Kim, D.M., et al., (1996)“A highly efficient cell-free protein synthesis system from E.coli” Eur.J.Biochem. 239, 881-886)。無細胞タンパク質合成系は、mRNAの有する遺伝情報を読み取ってリボソーム上でタンパク質を合成する無細胞翻訳系のみをさす場合もあるし、DNAをテンプレートとしてRNAを合成する無細胞転写系と前記無細胞翻訳系の両方を包含するものをさす場合もある。無細胞翻訳系においては、生物抽出液が用いられる。生物抽出液とは、リボソーム、20種類のアミノアシルtRNA合成酵素、メチオニル-tRNAトランスフォルミラーゼ、3種類の翻訳開始因子(translation initiation factor;IF1、IF2、IF3)、3種類の翻訳伸長因子(translation elongation factor;EF-G、EF-Tu、EF-Ts)、3種類の翻訳終結因子(translation termination factor;RF1、RF2、RF3)、リボソームリサイクリング因子(RRF)、RNAポリメラーゼ等のタンパク質合成に必要な成分を含む生物の抽出液をいう。ここに挙げた以外のタンパク質を効率的な翻訳のために添加してもよく、当業者ならばより効率的な添加のために如何なるタンパク質を添加すればよいか決定できる。生物抽出液は、大腸菌由来のもの、コムギ胚芽由来のもの、ウサギ網状赤血球由来のもの、動物細胞や昆虫細胞由来のものいずれを用いてもよい。生物抽出液はフレンチプレスによる破砕又はグラスビーズを用いた破砕等によって得ることができる。大腸菌由来微生物抽出液としてはS30エクストラクトがあり、例えばPrattらの方法により得ることができる(Pratt, Transcription and Translation - a practical approach, Henes, B. D. and Higgins, S. J. ed., IRL Press, Oxford., 179-209 [1984])。S30エクストラクトは、リボソーム、20種類のアミノアシルtRNA合成酵素、メチオニル-tRNAトランスフォルミラーゼ、3種類の翻訳開始因子(translation initiation factor;IF1、IF2、IF3)、3種類の翻訳伸長因子(translation elongation factor;EF-G、EF-Tu、EF-Ts)、3種類の翻訳終結因子(translation termination factor;RF1、RF2、RF3)、リボソームリサイクリング因子(RRF)等を含む。無細胞タンパク質合成系は、上記生物抽出液の他、ATP再生系、プロモーター及び発現させようとするタンパク質をコードする核酸を含むプラスミド又は発現させようとするタンパク質をコードするmRNA、tRNA、RNAポリメラーゼ、RNAアーゼ阻害剤、ATP、GTP、CTP、UTP等のエネルギー源、緩衝剤、アミノ酸、塩類、抗菌剤等を含んでいてもよく、それぞれの濃度は適宜決定すればよい。   Synthesis by cell-free translation system can be performed by introducing the expression vector containing the gene to be expressed into the host cell by mixing with the necessary reagents in vitro and expressing the gene (Spirin, AS et al, (1988) “A continuous cell-free translation system capable of production performance in high yield” Science 242, 1162; Kim, DM, et al., (1996) “A highly efficient cell-free protein synthesis system from E .coli ”Eur. J. Biochem. 239, 881-886). The cell-free protein synthesis system may refer only to the cell-free translation system that reads the genetic information of mRNA and synthesizes the protein on the ribosome, or the cell-free transcription system that synthesizes RNA using DNA as a template Sometimes it includes both translation systems. In cell-free translation systems, biological extracts are used. Biological extracts are ribosomes, 20 types of aminoacyl-tRNA synthetases, methionyl-tRNA transformylase, 3 types of translation initiation factors (IF1, IF2, IF3), 3 types of translation elongation factors (translation elongation) factor: EF-G, EF-Tu, EF-Ts), three types of translation termination factors (RF1, RF2, RF3), ribosome recycling factor (RRF), required for protein synthesis such as RNA polymerase An organism extract containing ingredients. Proteins other than those listed here may be added for efficient translation, and those skilled in the art can determine what proteins should be added for more efficient addition. The biological extract may be any of E. coli-derived, wheat germ-derived, rabbit reticulocyte-derived, animal cell or insect cell-derived. The biological extract can be obtained by crushing using a French press or crushing using glass beads. The Escherichia coli-derived microbial extract includes S30 extract, which can be obtained by the method of Pratt et al. (Pratt, Transcription and Translation-a practical approach, Henes, BD and Higgins, SJ ed., IRL Press, Oxford., 179-209 [1984]). S30 extract consists of ribosome, 20 types of aminoacyl-tRNA synthetase, methionyl-tRNA transformylase, 3 types of translation initiation factor (IF1, IF2, IF3), 3 types of translation elongation factor EF-G, EF-Tu, EF-Ts), three types of translation termination factors (RF1, RF2, RF3), ribosome recycling factor (RRF) and the like. The cell-free protein synthesis system includes, in addition to the above biological extract, an ATP regeneration system, a promoter and a plasmid containing a nucleic acid encoding the protein to be expressed or mRNA, tRNA, RNA polymerase encoding the protein to be expressed, RNAase inhibitors, energy sources such as ATP, GTP, CTP, UTP, buffers, amino acids, salts, antibacterial agents and the like may be contained, and the respective concentrations may be appropriately determined.

ATP再生系は限定されず、公知のリン酸ドナー及びキナーゼの組合せを用いることができる。この組合せとして例えば、ホスホエノールピルビン酸(PEP)-ピルビン酸キナーゼ(PK)の組合せ、クレアチンリン酸(CP)-クレアチンキナーゼ(CK)の組合せ、アセチルリン酸(AP)-アセテートキナーゼ(AK)の組合せ等が挙げられ、これらの組合せでATP再生系を無細胞タンパク質合成系に加えればよい。   The ATP regeneration system is not limited, and a known combination of phosphate donor and kinase can be used. Examples of this combination include phosphoenolpyruvate (PEP) -pyruvate kinase (PK), creatine phosphate (CP) -creatine kinase (CK), acetyl phosphate (AP) -acetate kinase (AK) Combinations and the like may be mentioned, and these combinations may be added to the cell-free protein synthesis system.

無細胞タンパク質合成系には製造しようとするタンパク質をコードするmRNAも必要である。該mRNAは無細胞タンパク質合成系に核酸を転写する系、すなわち該タンパク質をコードするmRNAを産生する系を包含させてもよい。この場合は、DNAを添加する。また、別途mRNAを転写等により合成し、得られたmRNAを本発明の無細胞タンパク質合成系に含ませてもよい。mRNAの産生は、適当なプロモーター及び該プロモーターの下流に位置する製造しようとするタンパク質をコードするDNAを含むプラスミド並びに該プロモーターに作用するRNAポリメラーゼにより達成できる。ここで、用いるプラスミドは限定されず、公知のものが用いられ、公知の遺伝子工学的手法により、適当なプロモーターやリボソーム結合部位等を導入して用いることができる。当業者ならば、本発明で用いるプラスミドを適宜選択し、また自ら設計して構築することができる。プロモーターは無細胞タンパク質合成系で用いる微生物が有する内在性のプロモーターを用いてもよいし、外来性のプロモーターを用いてもよい。プロモーターとしては、上記Trcプロモーター、T7プロモーターやTacプロモーターが効率の面で優れており好適に用いられる。   The cell-free protein synthesis system also requires mRNA encoding the protein to be produced. The mRNA may include a system that transcribes a nucleic acid in a cell-free protein synthesis system, that is, a system that produces mRNA encoding the protein. In this case, DNA is added. Alternatively, mRNA may be separately synthesized by transcription or the like, and the obtained mRNA may be included in the cell-free protein synthesis system of the present invention. The production of mRNA can be achieved by a plasmid containing a suitable promoter and DNA encoding the protein to be produced located downstream of the promoter, and RNA polymerase acting on the promoter. Here, the plasmid to be used is not limited, and a known plasmid can be used. It can be used by introducing an appropriate promoter, ribosome binding site, etc. by a known genetic engineering technique. A person skilled in the art can appropriately select a plasmid used in the present invention and design and construct it by himself. As the promoter, an endogenous promoter possessed by a microorganism used in the cell-free protein synthesis system may be used, or an exogenous promoter may be used. As the promoter, the above Trc promoter, T7 promoter and Tac promoter are excellent in terms of efficiency and are preferably used.

市販の無細胞発現キットを用いてタンパク質を発現させることができる。このようなキットとして例えば、Rapid Translation System (RTS) (Roche)やExpressway In Vitro Protein Synthesis System (Invitrogen)等がある。この際、用いる発現ベクターは限定されないが、それぞれの無細胞翻訳系に適したベクターがあるのでそれを使用すればよい。前者のキット用発現ベクターとして、pIVEX2.2bNdeが挙げられ、後者のキット用発現ベクターとして、pEXP1やpEXP2が挙げられる。   Proteins can be expressed using commercially available cell-free expression kits. Examples of such kits include Rapid Translation System (RTS) (Roche) and Expressway In Vitro Protein Synthesis System (Invitrogen). In this case, the expression vector to be used is not limited, but a vector suitable for each cell-free translation system may be used. Examples of the former kit expression vector include pIVEX2.2bNde, and examples of the latter kit expression vector include pEXP1 and pEXP2.

本発明のtRNAを用いることにより、タンパク質のN末端に、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位に水酸基を有するヒドロキシ酸を導入することができ、該カルボン酸又はヒドロキシ酸が標識物質で修飾されている場合、タンパク質のN末端を該標識物質で修飾することができる。   By using the tRNA of the present invention, a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or a hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position can be introduced at the N-terminus of the protein. Alternatively, when the hydroxy acid is modified with a labeling substance, the N-terminus of the protein can be modified with the labeling substance.

合成されたN末端が修飾されたタンパク質は、そのタンパク質の特性に応じて適宜精製することができる。例えば、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動やゲルろ過により分子量により精製することができる。また、荷電状態により、イオン交換クロマトグラフィーにより精製することができる。さらに、目的のタンパク質に特異的に結合する物質、例えば特異的抗体を用いたアフィニティークロマトグラフィーにより精製することができる。   The synthesized N-terminal modified protein can be appropriately purified according to the properties of the protein. For example, it can be purified by molecular weight by SDS polyacrylamide gel electrophoresis or gel filtration. Further, depending on the charged state, it can be purified by ion exchange chromatography. Furthermore, it can be purified by affinity chromatography using a substance that specifically binds to the protein of interest, such as a specific antibody.

タンパク質のN末端を標識物質で修飾した場合、タンパク質の活性は標識物質の影響を受けにくいので、そのタンパク質本来の活性を保持した修飾タンパク質を得ることができる。   When the N-terminus of a protein is modified with a labeling substance, the activity of the protein is not easily affected by the labeling substance, so that a modified protein that retains the original activity of the protein can be obtained.

また、タンパク質合成を行なう場合、標識物質を結合させた標識アミノ酸等の人工アミノ酸を付加したtRNAを用いると、該tRNAは遊離のα-アミノ基を有しており、tRNAとアミノ酸の間のエステル結合が加水分解され易い。本発明のα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位に水酸基を有するαヒドロキシ酸が付加されたtRNAであって、標識物質を結合させたtRNAは、分解されにくいので、効率的にN末端を修飾したタンパク質を作製することができる。   When protein synthesis is performed, when tRNA added with an artificial amino acid such as a labeled amino acid to which a labeling substance is bound is used, the tRNA has a free α-amino group, and an ester between the tRNA and the amino acid. Bonds are susceptible to hydrolysis. The tRNA added with a carboxylic acid having no amino group, an amide bond and a hydroxyl group at the α-position or an α-hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position and having a labeling substance bound thereto is not easily degraded. Therefore, a protein having an N-terminal modified efficiently can be produced.

本発明のtRNAを用いることにより、あらゆるタンパク質のN末端を修飾することができる。   By using the tRNA of the present invention, the N-terminus of any protein can be modified.

本発明を以下の実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   The present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が少なくとも1つの標識物質で修飾されているtRNAの合成
(1)アミノカルボン酸-pdCpAの合成
アミノカルボン酸100mgに対してNaHCO3 2当量、水2mL、Dioxane 2ml加え、氷冷下で撹拌しながら(Boc)2O 1.5当量/Dioxane 200μLを滴下して、18時間反応させた。酢酸エチルを加え、5%硫酸水素カリウムで3回洗浄後、飽和食塩水で1回洗浄した。その後、無水硫酸マグネシウムを加えて脱水し、ろ過後、遠心エバポレーターにより乾燥させBoc-アミノカルボン酸を得た。
Example 1 Synthesis of tRNA in which carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position is modified with at least one labeling substance (1) Synthesis of aminocarboxylic acid-pdCpA For 100 mg of aminocarboxylic acid 2 equivalents of NaHCO 3, 2 mL of water and 2 ml of Dioxane were added, and while stirring under ice-cooling, (Boc) 2 O 1.5 equivalents / 200 μL of Dioxane was added dropwise and reacted for 18 hours. Ethyl acetate was added, and the mixture was washed 3 times with 5% potassium hydrogen sulfate and then once with saturated brine. Thereafter, anhydrous magnesium sulfate was added for dehydration, followed by filtration and drying with a centrifugal evaporator to obtain Boc-aminocarboxylic acid.

得られたBoc-アミノカルボン酸100mgに対してAcetonitrile 2mL、Triethylamine 500μLを加え、氷冷下で撹拌しながらChloroacetonitrile 200μLを滴下して、18h反応させた。酢酸エチルを加え、5%硫酸水素カリウムで3回、4%炭酸水素ナトリウムで3回、飽和食塩水で1回洗浄した。その後、無水硫酸マグネシウムを加えて脱水し、ろ過後、遠心エバポレーターにより乾燥させてBoc-アミノカルボン酸のシアノメチルエステル体を得た。   Acetonitrile (2 mL) and Triethylamine (500 μL) were added to 100 mg of the obtained Boc-aminocarboxylic acid, and Chloroacetonitrile (200 μL) was added dropwise with stirring under ice-cooling for 18 hours. Ethyl acetate was added, and the mixture was washed 3 times with 5% potassium hydrogen sulfate, 3 times with 4% sodium hydrogen carbonate, and once with saturated brine. Thereafter, anhydrous magnesium sulfate was added for dehydration, followed by filtration and drying by a centrifugal evaporator to obtain a cyanomethyl ester of Boc-aminocarboxylic acid.

pdCpAのDMF溶液15μL(0.66μmol)に対して、5当量のBoc-アミノカルボン酸シアノメチルエステルを加え、室温で3時間反応させた(ただし、AC2は氷上で30分間、AC12は室温で72時間、ABC2〜ABC4は37℃で3時間反応させた)。ジエチルエーテル600μLを加えて撹拌し、遠心後エーテルを取り除いた。沈殿をエーテル600μLで2回洗浄した後、減圧乾燥させた。続いてトリフルオロ酢酸200μLを加え氷上で15分間放置し、Bocをはずした。遠心エバポレーターで減圧濃縮後、エーテル600μLを加えて撹拌し、遠心後エーテルを取り除いた。この操作をさらに2回繰り返して洗浄した後、減圧乾燥した。得られたアミノカルボン酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。 To 15 μL (0.66 μmol) of pdCpA in DMF, 5 equivalents of Boc-aminocarboxylic acid cyanomethyl ester was added and reacted at room temperature for 3 hours (however, AC 2 was on ice for 30 minutes, AC 12 was at room temperature) 72 hours, ABC 2 to ABC 4 were reacted at 37 ° C. for 3 hours). 600 μL of diethyl ether was added and stirred, and the ether was removed after centrifugation. The precipitate was washed twice with 600 μL of ether and then dried under reduced pressure. Subsequently, 200 μL of trifluoroacetic acid was added and left on ice for 15 minutes to remove Boc. After concentration under reduced pressure with a centrifugal evaporator, 600 μL of ether was added and stirred. After centrifugation, ether was removed. This operation was further repeated twice to wash and then dried under reduced pressure. A part of the obtained aminocarboxylic acid-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL.

(2)TAMRA-アミノカルボン酸-pdCpAの合成(ABC2〜ABC4以外)
アミノカルボン酸-pdCpAのDMSO溶液30μL(66nmol)と5-TAMRA-SEの50mM DMSO溶液3μL(150 nmol)をDMSO 27μLと混合した。続いて、等量の0.1M NaHCO3を加え、氷上で1h反応させた後、1M AcOH 9μLを加えて中和した。クロロホルムを200μL加えて撹拌し、遠心後クロロホルム相を除去し、この操作をさらに5回繰り返した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたTAMRA-アミノカルボン酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。
(2) Synthesis of TAMRA-aminocarboxylic acid-pdCpA (other than ABC 2 to ABC 4 )
30 μL (66 nmol) of a DMSO solution of aminocarboxylic acid-pdCpA and 3 μL (150 nmol) of a 50 mM DMSO solution of 5-TAMRA-SE were mixed with 27 μL of DMSO. Subsequently, an equal amount of 0.1M NaHCO 3 was added and reacted on ice for 1 h, and then neutralized by adding 9 μL of 1M AcOH. 200 μL of chloroform was added and stirred. After centrifugation, the chloroform phase was removed, and this operation was further repeated 5 times. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained TAMRA-aminocarboxylic acid-pdCpA was hydrolyzed with 0.1 M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL.

(3)TAMRA-アミノカルボン酸-pdCpAの合成(ABC2〜ABC4
アミノカルボン酸-pdCpA 40μL(88nmol)と5,6-TAMRA-X-SEの50mM DMSO溶液4μL(200nmol)を混合した。続いて、等量の1M Pyridine-HCl水溶液(pH5.0)を加え、37℃で3時間反応させた。クロロホルムを200μL加えて撹拌し、遠心後クロロホルム相を除去し、この操作をさらに5回繰り返した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたTAMRA-アミノフェニルカルボン酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。
(3) Synthesis of TAMRA-aminocarboxylic acid-pdCpA (ABC 2 to ABC 4 )
40 μL (88 nmol) of aminocarboxylic acid-pdCpA and 4 μL (200 nmol) of 50 mM DMSO solution of 5,6-TAMRA-X-SE were mixed. Subsequently, an equal amount of 1M Pyridine-HCl aqueous solution (pH 5.0) was added and reacted at 37 ° C. for 3 hours. 200 μL of chloroform was added and stirred. After centrifugation, the chloroform phase was removed, and this operation was further repeated 5 times. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained TAMRA-aminophenylcarboxylic acid-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. .

図1A〜DにTAMRA-アミノカルボン酸の構造を示す。TAMRA-アミノカルボン酸-pdCpAは、該カルボン酸のカルボキシル基を介してpdCpAが結合している。   1A-D show the structure of TAMRA-aminocarboxylic acid. TAMRA-aminocarboxylic acid-pdCpA is bound to pdCpA via the carboxyl group of the carboxylic acid.

(4)BODIPY FL-アミノカルボン酸-pdCpAの合成(ABC2〜ABC4以外)
アミノカルボン酸-pdCpAのDMSO溶液15μL(33nmol)とBODIPY FL-SEの100mM DMSO溶液1.5μL(150nmol)(X-AC12の場合はBODIPY FL-X-SEを使用)をDMSO 13.5μLと混合した。続いて、0.1M NaHCO3 30μLを加え、氷上で1h反応させた後、1M AcOH 4.5μLを加えて中和した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたBODIPY FL-アミノカルボン酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。
(4) Synthesis of BODIPY FL-aminocarboxylic acid-pdCpA (other than ABC 2 to ABC 4 )
15 μL (33 nmol) of aminocarboxylic acid-pdCpA in DMSO and 1.5 μL (150 nmol) of 100 mM DMSO in BODIPY FL-SE (use BODIPY FL-X-SE for X-AC 12 ) were mixed with 13.5 μL of DMSO . Subsequently, 30 μL of 0.1M NaHCO 3 was added and reacted on ice for 1 h, and then neutralized by adding 4.5 μL of 1M AcOH. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained BODIPY FL-aminocarboxylic acid-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. .

(5)BODIPY FL-アミノカルボン酸-pdCpAの合成(ABC2〜ABC4
アミノカルボン酸-pdCpA 30μL(66 nmol)とBODIPY FL-SEの100mM DMSO溶液3μL(300 nmol)を混合した。続いて、1M Pyridine-HCl水溶液(pH 5.0) 33μLを加え、37℃で3時間反応させた。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたBODIPY FL-アミノカルボン酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。
(5) Synthesis of BODIPY FL-aminocarboxylic acid-pdCpA (ABC 2 to ABC 4 )
30 μL (66 nmol) of aminocarboxylic acid-pdCpA and 3 μL (300 nmol) of a 100 mM DMSO solution of BODIPY FL-SE were mixed. Subsequently, 33 μL of 1M Pyridine-HCl aqueous solution (pH 5.0) was added and reacted at 37 ° C. for 3 hours. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained BODIPY FL-aminocarboxylic acid-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. .

Figure 2008193911
Figure 2008193911

図2A〜EにBODIPY-アミノカルボン酸の構造を示す。BODIPY-アミノカルボン酸-pdCpAは、該カルボン酸のカルボキシル基を介してpdCpAが結合している。   2A to E show the structures of BODIPY-aminocarboxylic acids. BODIPY-aminocarboxylic acid-pdCpA is bound to pdCpA via the carboxyl group of the carboxylic acid.

(6)BODIPY FL-pdCpAの合成
BODIPY FLの0.5M アセトニトリル溶液10uLと1,1’-Carbonyl diimidazoleの1M アセトニトリル溶液0.5μLとを混合して、室温で5分間静置した。続いてpdCpAの水溶液10μL(0.44μmol)を加えて混合し、30分間静置して反応させた。1mLのジエチルエーテルを加えて、15000rpmで遠心後、上精を除去し、この操作を2回繰り返した。遠心エバポレーターによりジエチルエーテルを除去した後、0.38%ギ酸を50μL、アセトニトリル50μLを加えた。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたBODIPY FL-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。収量は16nmol(3.6%)であった。
(6) Synthesis of BODIPY FL-pdCpA
10 μL of 0.5 M acetonitrile solution of BODIPY FL and 0.5 μL of 1 M acetonitrile solution of 1,1′-Carbonyl diimidazole were mixed and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Subsequently, 10 μL (0.44 μmol) of an aqueous solution of pdCpA was added and mixed, and allowed to stand for 30 minutes for reaction. After adding 1 mL of diethyl ether and centrifuging at 15000 rpm, the supernatant was removed, and this operation was repeated twice. After removing diethyl ether by a centrifugal evaporator, 50 μL of 0.38% formic acid and 50 μL of acetonitrile were added. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained BODIPY FL-pdCpA was hydrolyzed with 0.1 M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to 2.2 nmol / μL. The yield was 16 nmol (3.6%).

(7)FAM-AC3-pdCpAの合成
AC3-pdCpA 100μL(0.22μmol)を5-FAM-SEの100mM DMSO溶液 10μL(1μmol)と混合した。続いて、0.1M NaHCO3 110μLを加え、氷上で1時間反応させた後、1M AcOH 16.5μLを加えて中和した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたFAM-AC3-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。収量は54nmolであった(収率25%)。
(7) Synthesis of FAM-AC 3 -pdCpA
100 μL (0.22 μmol) of AC 3 -pdCpA was mixed with 10 μL (1 μmol) of a 100 mM DMSO solution of 5-FAM-SE. Subsequently, 110 μL of 0.1M NaHCO 3 was added and reacted on ice for 1 hour, followed by neutralization by adding 16.5 μL of 1M AcOH. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained FAM-AC 3 -pdCpA was hydrolyzed with 0.1 M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. The yield was 54 nmol (yield 25%).

図3Bに、FAM-AC3の構造を示す。FAM-AC3-pdCpAは、該カルボン酸のカルボキシル基を介してpdCpAが結合している。 FIG. 3B shows the structure of FAM-AC 3 . FAM-AC 3 -pdCpA is bound to pdCpA via the carboxyl group of the carboxylic acid.

(8)Cy3-AC3-pdCpAの合成
AC3-pdCpA 120μL(0.26μmol)をCy3-SEの100mM DMSO溶液12μLと混合した。続いて、0.01M NaHCO3 132μLを加え、氷上で5時間反応させた後、1M AcOHを加えて中和した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたCy3-AC3-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。収量は3.1nmolであった(収率1.2%)。
(8) Synthesis of Cy3-AC 3 -pdCpA
120 μL (0.26 μmol) of AC 3 -pdCpA was mixed with 12 μL of a 100 mM DMSO solution of Cy3-SE. Subsequently, 132 μL of 0.01M NaHCO 3 was added and reacted on ice for 5 hours, and then neutralized with 1M AcOH. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained Cy3-AC 3 -pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, and the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO so as to be 2.2 nmol / μL. The yield was 3.1 nmol (yield 1.2%).

図3Dに、Cy3-AC3の構造を示す。Cy3-AC3-pdCpAは、該カルボン酸のカルボキシル基を介してpdCpAが結合している。 In FIG. 3D, it shows the structure of Cy3-AC 3. Cy3-AC 3 -pdCpA is bound to pdCpA via the carboxyl group of the carboxylic acid.

(9)Cy5-AC3-pdCpAの合成
AC3-pdCpA 80μL(0.18μmol)をCy5-SEの100mM DMSO溶液8μLと混合した。続いて、0.05M NaHCO3 88μLを加え、氷上で3h反応させた後、1M AcOHを加えて中和した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたCy5-AC3-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。収量は82nmolであった(収率46%)。
(9) Synthesis of Cy5-AC 3 -pdCpA
80 μL (0.18 μmol) of AC 3 -pdCpA was mixed with 8 μL of a 100 mM DMSO solution of Cy5-SE. Subsequently, 88 μL of 0.05M NaHCO 3 was added and reacted on ice for 3 h, and then neutralized with 1M AcOH. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained Cy5-AC 3 -pdCpA was hydrolyzed with 0.1 M NaOH, and the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO so as to be 2.2 nmol / μL. The yield was 82 nmol (yield 46%).

図3Eに、Cy5-AC3の構造を示す。Cy5-AC3-pdCpAは、該カルボン酸のカルボキシル基を介してpdCpAが結合している。 In FIG. 3E, it shows the structure of Cy5-AC 3. Cy5-AC 3 -pdCpA is bound to pdCpA via the carboxyl group of the carboxylic acid.

(10)Alexa488-AC3-pdCpAの合成
AC3-pdCpA 20μL(0.044μmol)をAlexaFluor488-SEの100mM DMSO溶液2μLと混合した。続いて、0.05M NaHCO3 22μLを加え、氷上で3時間反応させた後、1M AcOHを加えて中和した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたAlexa488-AC3-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。収量は10nmolであった(収率23%)。
(10) Synthesis of Alexa488-AC 3 -pdCpA
20 μL (0.044 μmol) of AC 3 -pdCpA was mixed with 2 μL of a 100 mM DMSO solution of AlexaFluor488-SE. Subsequently, 22 μL of 0.05M NaHCO 3 was added and reacted on ice for 3 hours, followed by neutralization with 1M AcOH. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained Alexa488-AC 3 -pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. The yield was 10 nmol (yield 23%).

(11)Biotin-TAMRA-X-AF-pdCpAの合成
アミノフェニルアラニン-pdCpA(AF-pdCpA)の5mM DMSO溶液1.56mL(7.8μmol)をTAMRA-X-SEの50mM DMSO溶液323μLとDMSO 167μLと混合した。続いて、1M Pyridine-HCl水溶液(pH 5)2mL加え、37℃で5時間反応させた。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたTAMRA-X-AF-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。収量は1.8μmolであった(収率23%)。
(11) Synthesis of Biotin-TAMRA-X-AF-pdCpA 1.56 mL (7.8 μmol) of 5 mM DMSO solution of aminophenylalanine-pdCpA (AF-pdCpA) was mixed with 323 μL of 50 mM DMSO solution of TAMRA-X-SE and 167 μL of DMSO. . Subsequently, 2 mL of a 1M Pyridine-HCl aqueous solution (pH 5) was added and reacted at 37 ° C. for 5 hours. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained TAMRA-X-AF-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. The yield was 1.8 μmol (23% yield).

TAMRA-X-AF-pdCpA 50μL(0.11μmol)をBiotin-SEの50mM DMSO溶液30μLとDMSO 30μLと混合した。続いて、0.1M NaHCO3 10μLを加え、氷上で21時間反応させた後、1M AcOHを加えて中和した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたBiotin-TAMRA-X-AF-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させた。収量は75nmolであった(収率68%)。 50 μL (0.11 μmol) of TAMRA-X-AF-pdCpA was mixed with 30 μL of 50 mM DMSO solution of Biotin-SE and 30 μL of DMSO. Subsequently, 10 μL of 0.1M NaHCO 3 was added and reacted on ice for 21 hours, and then neutralized with 1M AcOH. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained Biotin-TAMRA-X-AF-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. It was. The yield was 75 nmol (68% yield).

(12)カルボン酸-tRNAの合成
5×Ligation Buffer(275mM Hepes-Na pH7.5, 75mM MgCl2, 16.5mM DTT, 5mM ATP) 4μL、200μM tRNA(-CA)(アンチコドンをCUAに置換した大腸菌fMet tRNAであって3’末端のCとAを欠損させたもの、配列番号1)2.5μL、カルボン酸-pdCpAのDMSO溶液2μL、0.1% BSA 0.4μL、T4 RNA Ligase (25units/μL)1.2μL、水9.9μLを混合し、4℃で12時間反応させた。3M AcOK pH4.5を2μL加えた後、エタノール66μLを加え、軽く混合し、-30℃で1時間置いた。15000rpm 30分間 4℃で遠心した後、上清を除き、-30℃で保存してある70%エタノール200μLを加え、15000rpm 4℃で5秒遠心した。上清を除き、減圧乾燥した。1mM 酢酸カリウムpH4.5 2μLに溶解させた。
(12) Synthesis of carboxylic acid-tRNA
5 × Ligation Buffer (275 mM Hepes-Na pH 7.5, 75 mM MgCl 2 , 16.5 mM DTT, 5 mM ATP) 4 μL, 200 μM tRNA (-CA) (E. coli fMet tRNA with anticodon replaced with CUA And A-deficient, SEQ ID NO: 1) 2.5μL, 2μL of carboxylic acid-pdCpA in DMSO, 0.4μL of 0.1% BSA, 1.2μL of T4 RNA Ligase (25units / μL), 9.9μL of water, mixed at 4 ℃ For 12 hours. After adding 2 μL of 3M AcOK pH 4.5, 66 μL of ethanol was added, mixed gently, and placed at −30 ° C. for 1 hour. After centrifugation at 4 ° C for 15000 rpm for 30 minutes, the supernatant was removed, and 200 µL of 70% ethanol stored at -30 ° C was added, followed by centrifugation at 15000 rpm at 4 ° C for 5 seconds. The supernatant was removed and dried under reduced pressure. Dissolved in 2 μL of 1 mM potassium acetate pH 4.5.

実施例2 標識物質を結合した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸のタンパク質N末端への導入
(1)TAMRAを付加した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸のタンパク質N末端への導入
反応液(10μL)に、55mM Hepes-KOH (pH 7.5), 210mM グルタミン酸カリウム, 6.9mM 酢酸アンモニウム, 1.7mM ジチオスレイトール, 1.2mM ATP, 0.28mM GTP, 26mMホスホエノールピルビン酸, 1mMスペルミジン, 1.9%ポリエチレングリコール-8000, 35μg/mL Folinic acid, 12mM 酢酸マグネシウム, 0.1mMの20種類のアミノ酸、ストレプトアビジンmRNA(開始コドンをUAGに置換したもの、配列番号2)8μg/μLを1μL、大腸菌抽出液(Promega社製)を2μL、カルボン酸-tRNA溶液を1μL混合した。37℃で1時間翻訳反応を行なった。翻訳反応液1μLにRNaseA(10mg/ml)を1μL加え、37℃で15分間反応させた後、水9μLと2×サンプルバッファー10μLを加え、95℃5分間加熱した。このうちの5μLを15%SDS-PAGEに流し、終了後、蛍光スキャナー(日立ソフトウェアエンジニアリング社製FMBIO-III、励起光532nm、蛍光フィルター580nm)で観察した。TAMRAを付加したα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸-tRNAを加えた場合は、TAMRAが導入されたストレプトアビジンのバンドが確認された。図7にSDS-PAGEの結果を示す。図8にストレプトアビジンのバンドの蛍光強度を示す。用いたtRNAの配列を配列番号1に示す。
Example 2 Introduction of a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position to which a labeling substance has been attached (1) Amino group, amide bond and hydroxyl at the α-position to which TAMRA was added Introduction of carboxylic acid having no group into protein N-terminus In reaction solution (10 μL), 55 mM Hepes-KOH (pH 7.5), 210 mM potassium glutamate, 6.9 mM ammonium acetate, 1.7 mM dithiothreitol, 1.2 mM ATP, 0.28 mM GTP, 26 mM phosphoenolpyruvate, 1 mM spermidine, 1.9% polyethylene glycol-8000, 35 μg / mL Folinic acid, 12 mM magnesium acetate, 0.1 mM 20 amino acids, streptavidin mRNA (with the start codon replaced by UAG, sequence Number 2) 1 μL of 8 μg / μL, 2 μL of E. coli extract (Promega) and 1 μL of carboxylic acid-tRNA solution were mixed. The translation reaction was performed at 37 ° C for 1 hour. 1 μL of RNaseA (10 mg / ml) was added to 1 μL of the translation reaction solution and reacted at 37 ° C. for 15 minutes. Then, 9 μL of water and 10 μL of 2 × sample buffer were added and heated at 95 ° C. for 5 minutes. 5 μL of this was applied to 15% SDS-PAGE, and after completion, the sample was observed with a fluorescence scanner (HMBIO-III manufactured by Hitachi Software Engineering, excitation light 532 nm, fluorescence filter 580 nm). When carboxylic acid-tRNA having no amino group, amide bond and hydroxyl group was added to the α-position to which TAMRA was added, a band of streptavidin into which TAMRA was introduced was confirmed. FIG. 7 shows the results of SDS-PAGE. FIG. 8 shows the fluorescence intensity of the band of streptavidin. The sequence of the tRNA used is shown in SEQ ID NO: 1.

(2)BODIPY FLを付加した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸のタンパク質N末端への導入
TAMRAを付加した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸の場合と同様にして行なった。ただし蛍光スキャナーの設定は励起光488nm、蛍光フィルター530nmとした。BODIPY FLを付加したα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸-tRNAを加えた場合、BODIPY FLが導入されたストレプトアビジンのバンドが確認された。図9にSDS-PAGEの結果を示す。図10にストレプトアビジンのバンドの蛍光強度を示す。
(2) Introduction of a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position to the protein N-terminus with BODIPY FL added
This was carried out in the same manner as in the case of a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, to which TAMRA was added. However, the fluorescence scanner was set to excitation light 488 nm and fluorescence filter 530 nm. When carboxylic acid-tRNA having no amino group, amide bond and hydroxyl group was added to the α-position to which BODIPY FL was added, a band of streptavidin into which BODIPY FL was introduced was confirmed. FIG. 9 shows the results of SDS-PAGE. FIG. 10 shows the fluorescence intensity of the band of streptavidin.

(3)種々の蛍光基を付加した3-アミノプロピオン酸のタンパク質N末端への導入
TAMRAを付加した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸の場合と同様にして行なった。ただし蛍光スキャナーの設定は、励起光488nm/蛍光フィルター530nm、励起光532nm/検出フィルター605nm、励起光635nm/検出フィルター670nmとした。種々の蛍光基を付加した3-アミノプロピオン酸-tRNAを加えた場合、それぞれの蛍光基が導入されたストレプトアビジンのバンドが確認された。図11にSDS-PAGEの結果を示す。
(3) Introduction of 3-aminopropionic acid with various fluorescent groups added to the protein N-terminus
This was carried out in the same manner as in the case of a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, to which TAMRA was added. However, the settings of the fluorescence scanner were excitation light 488 nm / fluorescence filter 530 nm, excitation light 532 nm / detection filter 605 nm, excitation light 635 nm / detection filter 670 nm. When 3-aminopropionic acid-tRNA added with various fluorescent groups was added, a band of streptavidin into which each fluorescent group was introduced was confirmed. FIG. 11 shows the results of SDS-PAGE.

(4)TAMRA及びビオチンを付加したカルボン酸のタンパク質N末端への導入
Flagタグペプチドを付加した脂肪酸結合タンパク質(FABP)の開始コドンをUAGに置換したmRNA(配列番号3)を使用して、TAMRAを付加した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸の場合と同様にして行なった。ただし蛍光スキャナーの設定は、励起光532nm/検出フィルター605nmとし、精製前、精製後の泳動サンプルに1mM ストレプトアビジンを1μL加えた場合についてもSDS-PAGEを行なった。精製はMagneHis Ni-particles(Promega社製)を使用し、推奨プロトコールに従って行なった。図12にSDS-PAGEの結果を示す。図12に示すように、ビオチンとTAMRAの両方で標識されたアミノ酸がタンパク質のN末端に導入された。ビオチンの導入はストレプトアビジン添加によるバンド位置のシフトから確認された。
(4) Introduction of carboxylic acid with TAMRA and biotin added to the protein N-terminus
TAMRA was added using mRNA (SEQ ID NO: 3) in which the start codon of fatty acid binding protein (FABP) to which Flag tag peptide was added was substituted with UAG, and it did not have an amino group, amide bond or hydroxyl group at the α-position. It carried out like the case of carboxylic acid. However, the fluorescence scanner was set to excitation light of 532 nm / detection filter of 605 nm, and SDS-PAGE was also performed when 1 μL of 1 mM streptavidin was added to the electrophoresis sample after purification and after purification. Purification was performed using MagneHis Ni-particles (Promega) and following the recommended protocol. FIG. 12 shows the results of SDS-PAGE. As shown in FIG. 12, amino acids labeled with both biotin and TAMRA were introduced at the N-terminus of the protein. The introduction of biotin was confirmed from the shift of the band position by addition of streptavidin.

(5)4塩基コドンを開始コドンとした場合のBODIPY FL-3-アミノプロピオン酸のタンパク質N末端への導入
配列番号1のtRNA(-CA)のアンチコドンをCCCGに置換したtRNA(-CA)(配列番号4)を用いて、カルボン酸-tRNAの合成法にしたがって、BODIPY FL-3-アミノプロピオン酸-tRNAを作成した。続いて、配列番号2のストレプトアビジンmRNAの開始コドンをCGGGに置換したmRNA(配列番号5)を用いて、TAMRAを付加した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸の場合と同様にして、4塩基コドンを開始コドンとした場合のBODIPY FL-3-アミノプロピオン酸のタンパク質N末端への導入を行なった。ただし蛍光スキャナーの設定は励起光488nm、蛍光フィルター530nmとした。図13に開始コドンをCGGGに置換し、開始tRNAのアンチコドンをCCCGに置換した場合の結果を示す。図13に示すように、開始コドンをCGGGに置換し、開始tRNAのアンチコドンをCCCGに置換した場合でも、タンパク質のN末端に蛍光標識アミノ酸を導入することができた。
(5) Introduction of BODIPY FL-3-aminopropionic acid into the protein N-terminus when a 4-base codon is used as the start codon tRNA (-CA) in which the anticodon of tRNA (-CA) of SEQ ID NO: 1 is replaced with CCCG ( Using SEQ ID NO: 4), BODIPY FL-3-aminopropionic acid-tRNA was prepared according to the synthesis method of carboxylic acid-tRNA. Subsequently, using a mRNA (SEQ ID NO: 5) in which the start codon of the streptavidin mRNA of SEQ ID NO: 2 is substituted with CGGG (SEQ ID NO: 5), a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position is added. In the same manner as described above, BODIPY FL-3-aminopropionic acid was introduced into the protein N-terminus using a 4-base codon as the start codon. However, the fluorescence scanner was set to excitation light 488 nm and fluorescence filter 530 nm. FIG. 13 shows the results when the start codon is replaced with CGGG and the anticodon of the start tRNA is replaced with CCCG. As shown in FIG. 13, even when the start codon was replaced with CGGG and the anticodon of the start tRNA was replaced with CCCG, a fluorescently labeled amino acid could be introduced at the N-terminus of the protein.

実験例3 蛍光標識ヒドロキシ酸のタンパク質N末端への導入
(1)p-N-Boc-アミノフェニル乳酸シアノメチルエステルの合成
p-ニトロ-L-フェニルアラニン 1.5g (7.1mmol)に対して水10mL、1M硫酸水溶液12mL、アセトン22.5mLを加え、氷冷下で撹拌しながら2.2M亜硝酸ナトリウム水溶液10mLを30分かけて滴下して、1.5時間氷冷下で反応させ、その後16時間室温で反応させた。反応後、アセトンのみをエバポレーターで除去し、酢酸エチルを加え、水で2回洗浄後、飽和食塩水で1回洗浄した。その後、無水硫酸ナトリウムを加えて脱水し、ろ過後、エバポレーターにより酢酸エチルが少量残るまで溶媒を除去した。酢酸イソプロピルを加え、エバポレーターにより乾燥させた。ヘキサンを加え沈殿を懸濁させ、吸引ろ過により沈殿を回収した。沈殿を少量の酢酸イソプロピルと多量のヘキサンで洗浄し、その後減圧乾燥させ、p-ニトロフェニル乳酸を810mg (3.84mmol; 54%)得た。
Experimental Example 3 Introduction of fluorescently labeled hydroxy acid into protein N-terminus (1) Synthesis of pN-Boc-aminophenyllactic acid cyanomethyl ester
To 1.5 g (7.1 mmol) of p-nitro-L-phenylalanine, add 10 mL of water, 12 mL of 1 M sulfuric acid aqueous solution, and 22.5 mL of acetone, and add dropwise 10 mL of 2.2 M sodium nitrite aqueous solution over 30 minutes with stirring under ice cooling. The mixture was reacted for 1.5 hours under ice-cooling, and then allowed to react for 16 hours at room temperature. After the reaction, only acetone was removed with an evaporator, ethyl acetate was added, washed twice with water and once with saturated saline. Thereafter, anhydrous sodium sulfate was added for dehydration, and after filtration, the solvent was removed by an evaporator until a small amount of ethyl acetate remained. Isopropyl acetate was added and dried with an evaporator. Hexane was added to suspend the precipitate, and the precipitate was collected by suction filtration. The precipitate was washed with a small amount of isopropyl acetate and a large amount of hexane, and then dried under reduced pressure to obtain 810 mg (3.84 mmol; 54%) of p-nitrophenyllactic acid.

p-ニトロフェニル乳酸 507mg (2.40mmol)に対して10%パラジウム炭素を275mg加え、水素置換を行い、脱水エタノール10mL加えて、室温で1.5時間反応させた。反応液をろ過し、メタノールで沈殿を洗浄・回収し、エバポレーターで乾燥させ、p-アミノフェニル乳酸を174mg (0.96mmol; 40%)得た。   275 mg of 10% palladium carbon was added to 507 mg (2.40 mmol) of p-nitrophenyl lactic acid, hydrogen substitution was performed, 10 mL of dehydrated ethanol was added, and the mixture was reacted at room temperature for 1.5 hours. The reaction solution was filtered, and the precipitate was washed and collected with methanol and dried with an evaporator to obtain 174 mg (0.96 mmol; 40%) of p-aminophenyllactic acid.

p-アミノフェニル乳酸を36.1mg (0.20mmol)に対して、0.1M炭酸水素ナトリウム水溶液4.5mL、1,4-ジオキサン4.5mL、3.7M (Boc)2O 111μLを加え、室温で3時間反応させた。エバポレーターにより溶媒を除去し、酢酸エチルを加え、5%硫酸水素カリウム水溶液で1回洗浄後、無水硫酸マグネシウムを加えて脱水し、ろ過後、エバポレーターにより乾燥させ、p-N-Boc-アミノフェニル乳酸を44.6mg (0.16mmol; 80%)得た。 To 36.1 mg (0.20 mmol) of p-aminophenyl lactic acid, add 0.1 M aqueous sodium hydrogen carbonate solution (4.5 mL), 1,4-dioxane (4.5 mL), 3.7 M (Boc) 2 O (111 μL), and react at room temperature for 3 hours. It was. Remove the solvent with an evaporator, add ethyl acetate, wash once with 5% aqueous potassium hydrogensulfate solution, add anhydrous magnesium sulfate to dehydrate, filter, and dry with an evaporator to obtain 44.6 pN-Boc-aminophenyllactic acid. mg (0.16 mmol; 80%) was obtained.

p-N-Boc-アミノフェニル乳酸3.7mg (13.3μmol)に対して、脱水アセトニトリル230μL、トリエチルアミン111μL、クロロアセトニトリル84μLを加え、室温で3時間反応させた。酢酸エチルを加え、5%硫酸水素カリウムで2回洗浄し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去し、p-N-Boc-アミノフェニル乳酸シアノメチルエステルを1.9mg (5.9μmol; 44%)得た。   To 3.7 mg (13.3 μmol) of p-N-Boc-aminophenyl lactic acid, 230 μL of dehydrated acetonitrile, 111 μL of triethylamine, and 84 μL of chloroacetonitrile were added and reacted at room temperature for 3 hours. Ethyl acetate was added, washed twice with 5% potassium hydrogen sulfate, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. The target peak was collected by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator to obtain 1.9 mg (5.9 μmol; 44%) of p-N-Boc-aminophenyllactic acid cyanomethyl ester.

(2)p-アミノフェニル乳酸-pdCpA(AFL-pdCpA)の合成
pdCpAのDMF溶液70.5μL(6.20μmol)に対して、p-N-Boc-アミノフェニル乳酸シアノメチルエステル5.9mg (18.4μmol)を3回に分けて加え、室温で6.5時間反応させた。ジエチルエーテル1mLを加え沈殿を回収し、さらにジエチルエーテルで2回洗浄した後、減圧乾燥させた。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。続いてトリフルオロ酢酸200μLを加え氷上で10分間放置し、Boc基をはずした。遠心エバポレーターで減圧濃縮後、ジエチルエーテル1mLを加えて撹拌し、遠心後ジエチルエーテルを除き、遠心エバポレーターで減圧乾燥した。得られたp-アミノフェニル乳酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させ、p-アミノフェニル乳酸-pdCpAのDMSO溶液697μL (70%)で得た。
(2) Synthesis of p-aminophenyllactic acid-pdCpA (AFL-pdCpA)
To 70.5 μL (6.20 μmol) of pdCpA in DMF, 5.9 mg (18.4 μmol) of pN-Boc-aminophenyllactic acid cyanomethyl ester was added in three portions and reacted at room temperature for 6.5 hours. 1 mL of diethyl ether was added to collect the precipitate, which was further washed twice with diethyl ether and then dried under reduced pressure. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. Subsequently, 200 μL of trifluoroacetic acid was added and left on ice for 10 minutes to remove the Boc group. After concentration under reduced pressure with a centrifugal evaporator, 1 mL of diethyl ether was added and stirred, and after centrifugation, diethyl ether was removed and dried under reduced pressure with a centrifugal evaporator. A part of the obtained p-aminophenyl lactic acid-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL, and p -Aminophenyllactic acid-pdCpA in DMSO solution 697 μL (70%).

(3)p-N-BODIPYFL-アミノフェニル乳酸-pdCpA(BODIPYFL-AFL-pdCpA)の合成
p-アミノフェニル乳酸-pdCpAのDMSO溶液180μL (0.396μmol)に対して、50mM BODIPYFL-SEのDMSO溶液36μL (1.8μmol)、1Mピリジン-HCl水溶液(pH 5.0)を216μLを加え、37℃で反応させた。1.5時間経過後、50mM BODIPYFL-SEのDMSO溶液18μL (0.9μmol)を追加した。反応開始から3時間後、反応溶液を4本のチューブに分注し、ジエチルエーテル1mLずつ加えて撹拌し、遠心後ジエチルエーテル層を除去する操作を、さらに2回繰り返した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたp-N-BODIPYFL-アミノフェニル乳酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させ、p-N-BODIPYFL-アミノフェニル乳酸-pdCpAのDMSO溶液68.0μL(37%)得た。
(3) Synthesis of pN-BODIPYFL-aminophenyl lactate-pdCpA (BODIPYFL-AFL-pdCpA)
To 180 μL (0.396 μmol) of DMSO solution of p-aminophenyllactic acid-pdCpA, 36 μL (1.8 μmol) of DMSO solution of 50 mM BODIPYFL-SE and 216 μL of 1M pyridine-HCl aqueous solution (pH 5.0) were added and reacted at 37 ° C. I let you. After 1.5 hours, 18 μL (0.9 μmol) of 50 mM BODIPYFL-SE in DMSO was added. Three hours after the start of the reaction, the reaction solution was dispensed into four tubes, 1 mL each of diethyl ether was added and stirred, and the operation of removing the diethyl ether layer after centrifugation was further repeated twice. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. Part of the obtained pN-BODIPYFL-aminophenyllactic acid-pdCpA was hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration was calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. As a result, 68.0 μL (37%) of a DMSO solution of pN-BODIPYFL-aminophenyllactic acid-pdCpA was obtained.

(4)p-N-TAMRAX-アミノフェニル乳酸-pdCpA(TAMRA-X-AFL-pdCpA)の合成
p-アミノフェニル乳酸-pdCpAのDMSO溶液45μL (99nmol)に対して、100mM TAMRAX-SEのDMSO溶液4.5μL (450nmol)、6Mピリジン-HClのDMSO溶液とピリジンを1:1で混合した溶液54μLを加え、37℃で12時間反応させた。反応溶液にクロロホルム1mLを加えて撹拌し、遠心後クロロホルム層を除去する操作を、さらに3回繰り返した。HPLCにより目的のピークを分取し、溶媒を遠心エバポレーターにより除去した。得られたp-N-TAMRAX-アミノフェニル乳酸-pdCpAの一部を0.1M NaOHにより加水分解して、生じたpdCpAのピーク面積から濃度を算出して、2.2nmol/μLとなるようにDMSOに溶解させ、p-N-TAMRAX-アミノフェニル乳酸-pdCpAのDMSO溶液9.1μL(20%)得た。
(4) Synthesis of pN-TAMRAX-aminophenyllactic acid-pdCpA (TAMRA-X-AFL-pdCpA)
To 45 μL (99 nmol) of DMSO solution of p-aminophenyllactic acid-pdCpA, 4.5 μL (450 nmol) of DMSO solution of 100 mM TAMRAX-SE, 54 μL of a 1: 1 mixture of DMSO solution of 6M pyridine-HCl and pyridine was added. In addition, the mixture was reacted at 37 ° C. for 12 hours. The operation of adding 1 mL of chloroform to the reaction solution and stirring, and removing the chloroform layer after centrifugation was repeated three more times. The target peak was separated by HPLC, and the solvent was removed by a centrifugal evaporator. A part of the obtained pN-TAMRAX-aminophenyllactic acid-pdCpA is hydrolyzed with 0.1M NaOH, the concentration is calculated from the peak area of the resulting pdCpA, and dissolved in DMSO to be 2.2 nmol / μL. 9.1 μL (20%) of DMSO solution of pN-TAMRAX-aminophenyllactic acid-pdCpA was obtained.

(5)蛍光標識ヒドロキシ酸のタンパク質への導入
カルボン酸-tRNAの合成法にしたがって、蛍光標識ヒドロキシ酸-tRNAを合成した。続いて、配列番号6〜11をストレプトアビジンのN末端(Asp1)の上流に付加したmRNAを用いて、TAMRAを付加した、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸の場合と同様にして、蛍光標識ヒドロキシ酸のタンパク質への導入を行なった。ただし蛍光スキャナーの設定は、BODIPY FLについては励起光488nm/蛍光フィルター530nm、TAMRAについては励起光532nm/検出フィルター605nm、励起光635nm/検出フィルター670nmとした。図14にT7tag-ACT-ストレプトアビジンへの蛍光標識ヒドロキシ酸のタンパク質への導入の結果を示す。図14に示すように、蛍光標識ヒドロキシ酸を導入した場合はT7タグが欠落したN末端蛍光標識ストレプトアビジンが得られることがわかった。
(5) Introduction of fluorescently labeled hydroxy acid into protein Fluorescently labeled hydroxy acid-tRNA was synthesized according to the synthesis method of carboxylic acid-tRNA. Subsequently, in the case of a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, wherein TAMRA is added using mRNA obtained by adding SEQ ID NO: 6 to 11 upstream of the N-terminus (Asp1) of streptavidin In the same manner as described above, a fluorescently labeled hydroxy acid was introduced into a protein. However, the settings of the fluorescence scanner were excitation light 488 nm / fluorescence filter 530 nm for BODIPY FL, excitation light 532 nm / detection filter 605 nm, excitation light 635 nm / detection filter 670 nm for TAMRA. FIG. 14 shows the results of introduction of a fluorescently labeled hydroxy acid into T7tag-ACT-streptavidin into a protein. As shown in FIG. 14, it was found that when a fluorescently labeled hydroxy acid was introduced, N-terminal fluorescently labeled streptavidin lacking the T7 tag was obtained.

図15には、図14で得られた未精製のタンパク質にNaHCO3を加えて、アルカリ加水分解を行なった結果を示す。図15に示すように、アルカリ加水分解によって、T7タグが欠落したN末端蛍光標識ストレプトアビジンのみが得られることがわかった。 FIG. 15 shows the results of alkaline hydrolysis by adding NaHCO 3 to the crude protein obtained in FIG. As shown in FIG. 15, it was found that only N-terminal fluorescently labeled streptavidin lacking the T7 tag was obtained by alkaline hydrolysis.

図16には、T7tag、RGSHis3、VGV-G、Avi、Glu-Glu(E.E.)のタグペプチドをストレプトアビジンの上流に付加した場合の、蛍光標識ヒドロキシ酸のタンパク質への導入の結果を示す。図16に示すように、いずれのタグペプチドにおいても、蛍光標識ヒドロキシ酸を導入した場合はタグペプチドが除去されてN末端にBODIPY FL-AFLを持つストレプトアビジンが得られることがわかった。   FIG. 16 shows the results of introduction of a fluorescently labeled hydroxy acid into a protein when tag peptides of T7tag, RGSHis3, VGV-G, Avi, and Glu-Glu (E.E.) are added upstream of streptavidin. As shown in FIG. 16, in any tag peptide, it was found that when a fluorescently labeled hydroxy acid was introduced, the tag peptide was removed and streptavidin having BODIPY FL-AFL at the N-terminus was obtained.

本発明のtRNAを用いてN末端を特異的に蛍光物質等の標識物質で修飾したタンパク質を作製することができ、該N末端修飾タンパク質は標識タンパク質として種々の生物化学的解析に用いることができる。   The tRNA of the present invention can be used to produce a protein whose N-terminus is specifically modified with a labeling substance such as a fluorescent substance, and the N-terminal modified protein can be used as a labeled protein for various biochemical analyses. .

TAMRA標識カルボン酸の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of TAMRA labeling carboxylic acid. BODIPY FL標識カルボン酸の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of BODIPY FL labeling carboxylic acid. 種々の蛍光物質で標識したカルボン酸の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the carboxylic acid labeled with various fluorescent substances. TAMRA及びビオチンで標識したカルボン酸の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the carboxylic acid labeled with TAMRA and biotin. TAMRA及びBODIPY FLで標識したヒドロキシ酸の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the hydroxy acid labeled with TAMRA and BODIPY FL. pdCpAを結合させたカルボン酸(BODIPY FL-ABC2-pdCpA)の構造を示す図である。pdCpA is a diagram showing a structure of a coupled to form carboxylic acid (BODIPY FL-ABC 2 -pdCpA) . TAMRA標識カルボン酸をN末端に導入したストレプトアビジンのSDS-PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of streptavidin which introduce | transduced TAMRA labeling carboxylic acid into the N terminal. TAMRA標識カルボン酸をN末端に導入したストレプトアビジンのSDS-PAGEにおける蛍光バンド強度を示す図である。It is a figure which shows the fluorescence band intensity in SDS-PAGE of streptavidin which introduce | transduced TAMRA labeling carboxylic acid into the N terminal. BODIPY FL標識カルボン酸をN末端に導入したストレプトアビジンのSDS-PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of streptavidin which introduce | transduced BODIPY FL labeling carboxylic acid into the N terminal. BODIPY FL標識カルボン酸をN末端に導入したストレプトアビジンのSDS-PAGEにおける蛍光バンド強度を示す図である。It is a figure which shows the fluorescence band intensity in SDS-PAGE of the streptavidin which introduce | transduced BODIPY FL labeling carboxylic acid to the N terminal. 種々の蛍光標識(Alexa488、BODIPY FL、Cy3、Cy5、FAM及びTAMRA)カルボン酸をN末端に導入したストレプトアビジンのSDS-PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of the streptavidin which introduce | transduced various fluorescent label | markers (Alexa488, BODIPY FL, Cy3, Cy5, FAM, and TAMRA) carboxylic acid into the N terminal. TAMRA及びビオチンで標識したカルボン酸をN末端に導入したFABPのSDS-PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of FABP which introduce | transduced the carboxylic acid labeled with TAMRA and biotin into the N terminal. 開始コドンとして4塩基コドンを用いて、N末端にBODIPY標識カルボン酸を導入した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having introduce | transduced BODIPY labeled carboxylic acid into the N terminal using 4 base codons as a start codon. 蛍光物質で標識したヒドロキシ酸を導入した融合タンパク質のSDS-PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of the fusion protein which introduce | transduced the hydroxy acid labeled with the fluorescent substance. 蛍光物質で標識したヒドロキシ酸を導入した融合タンパク質を加水分解処理したもののSDS-PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of what hydrolyzed the fusion protein which introduce | transduced the hydroxy acid labeled with the fluorescent substance. 種々のタグとストレプトアビジンの融合タンパク質にヒドロキシ酸を導入した場合のSDS-PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE when hydroxy acid is introduce | transduced into the fusion protein of various tags and streptavidin.

配列番号2、4〜11 合成 SEQ ID NOs: 2, 4 to 11

Claims (21)

α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加された開始tRNA。   Initiation tRNA to which a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group is added at the α-position. α位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が付加された請求項1記載の開始tRNA。   The initiating tRNA according to claim 1, wherein a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group is added to the α-position and β-position. α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が少なくとも1つの標識物質で修飾されている、請求項1又は2に記載の開始tRNA。   A carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and the β-position is modified with at least one labeling substance. The starting tRNA according to 1 or 2. α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸が少なくとも2つの標識物質で修飾されている、請求項3記載の開始tRNA。   A carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or a carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and the β-position is modified with at least two labeling substances. 3. The starting tRNA according to 3. 修飾が、蛍光物質、クエンチャー物質、クロスリンク物質、ジゴキシゲニン、ジニトロフェニル、コレステロール、デスチオビオチン又はビオチンによる標識である請求項3又は4に記載の開始tRNA。   The initiation tRNA according to claim 3 or 4, wherein the modification is a label with a fluorescent substance, a quencher substance, a cross-linking substance, digoxigenin, dinitrophenyl, cholesterol, desthiobiotin or biotin. カルボン酸として酢酸、ピログルタミン酸、パルミトイル酸又はミリストイル酸が付加された、請求項1に記載の開始tRNA。   The starting tRNA according to claim 1, wherein acetic acid, pyroglutamic acid, palmitoyl acid or myristoyl acid is added as a carboxylic acid. AUGを開始コドンとして認識する請求項1〜6のいずれか1項に記載の開始tRNA。   The start tRNA according to any one of claims 1 to 6, wherein AUG is recognized as a start codon. UAG、UAA又はUGAを開始コドンとして認識する請求項1〜6のいずれか1項に記載の開始tRNA。   The initiation tRNA according to any one of claims 1 to 6, which recognizes UAG, UAA or UGA as an initiation codon. AUG、UAG、UAA及びUGA以外の3塩基コドンを開始コドンとして認識する請求項1〜6のいずれか1項に記載の開始tRNA。   The start tRNA according to any one of claims 1 to 6, which recognizes a three-base codon other than AUG, UAG, UAA and UGA as a start codon. 4塩基コドンを開始コドンとして認識する請求項1〜6のいずれか1項に記載の開始tRNA。   The start tRNA according to any one of claims 1 to 6, wherein a 4-base codon is recognized as a start codon. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の開始tRNAを用いて、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入し、N末端にカルボン酸が導入されたタンパク質を作製する方法。   A carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, or an amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position using the initiation tRNA according to any one of claims 1 to 10 A method for producing a protein having a carboxylic acid introduced at the N-terminus by specifically introducing a carboxylic acid having no carboxylic acid into the N-terminus of the protein. 請求項3〜10のいずれか1項に記載の標識物質で修飾されている開始tRNAを用いて、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸であって標識物質で標識されたカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入することにより、N末端が標識物質で修飾されたタンパク質を作製する方法。   A carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position or an amino group at the α-position and the β-position, using the starting tRNA modified with the labeling substance according to any one of claims 3 to 10. A method for producing a protein having a N-terminal modified with a labeling substance by specifically introducing a carboxylic acid having no group, amide bond and hydroxyl group and labeled with a labeling substance into the N-terminal of the protein . タンパク質をコードするDNA又はmRNAであって、タンパク質のN末端アミノ酸に対応するコドンとして4塩基コドン、AUG、UAG、UAA、UGA、又はAUG、UAG、UAA及びUGA以外の3塩基コドンを開始コドンとして含むDNA又はmRNAを鋳型として用い、さらに請求項1〜10のいずれか1項に記載の開始tRNAであってアンチコドン部位に前記DNA又はmRNAの開始コドンに対応する配列を有する開始tRNAを用いて、タンパク質生合成を行ない、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入し、N末端にカルボン酸が導入されたタンパク質を作製する方法。   A DNA or mRNA encoding a protein, which has a 4-base codon as a codon corresponding to the N-terminal amino acid of the protein, and a 3-base codon other than AUG, UAG, UAA, UGA or AUG, UAG, UAA and UGA as a start codon Using the DNA or mRNA containing as a template, further using the start tRNA according to any one of claims 1 to 10 having a sequence corresponding to the start codon of the DNA or mRNA at the anticodon site, Performs protein biosynthesis, specifically carboxylic acid without amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position or carboxylic acid without amino group, amide bond and hydroxyl group at α-position and β-position to the N-terminus of protein A method for producing a protein having a carboxylic acid introduced at the N-terminus. タンパク質をコードするDNA又はmRNAであって、タンパク質のN末端アミノ酸に対応するコドンとして4塩基コドン、AUG、UAG、UAA、UGA、又はAUG、UAG、UAA及びUGA以外の3塩基コドンを開始コドンとして含むDNA又はmRNAを鋳型として用い、さらに請求項3〜10のいずれか1項に記載の標識物質で修飾されている開始tRNAであってアンチコドン部位に前記DNA又はmRNAの開始コドンに対応する配列を有する開始tRNAを用いて、タンパク質生合成を行ない、標識物質で標識されたα位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をタンパク質N末端へ特異的に導入することにより、N末端が標識物質で修飾されたタンパク質を作製する方法。   A DNA or mRNA encoding a protein, which has a 4-base codon as a codon corresponding to the N-terminal amino acid of the protein, and a 3-base codon other than AUG, UAG, UAA, UGA or AUG, UAG, UAA and UGA as a start codon A start tRNA that is modified with the labeling substance according to any one of claims 3 to 10 using a DNA or mRNA as a template, and a sequence corresponding to the start codon of the DNA or mRNA at an anticodon site. Carry out protein biosynthesis using the starting tRNA with carboxylic acid that does not have an amino group, amide bond and hydroxyl group labeled with a labeling substance, or an amino group, amide bond and hydroxyl group at the α and β positions. A method for producing a protein in which the N-terminus is modified with a labeling substance by specifically introducing a carboxylic acid having no saccharide to the N-terminus of the protein. 請求項11〜14のいずれか1項に記載の方法で作製された、α位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸又はα位及びβ位にアミノ基、アミド結合及びヒドロキシル基を持たないカルボン酸をN末端に有するタンパク質であって、前記カルボン酸が標識物質で標識されているか又は標識されていないタンパク質。   A carboxylic acid having no amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position, or an amino group, amide bond and hydroxyl group at the α-position and β-position, produced by the method according to claim 11. A protein having a carboxylic acid having no carboxylic acid at the N-terminus, wherein the carboxylic acid is labeled with a labeling substance or not labeled. α位に水酸基を有するαヒドロキシ酸であって少なくとも1つの標識物質で修飾されているαヒドロキシ酸が付加されたtRNA。   A tRNA added with an α-hydroxy acid having a hydroxyl group at the α-position and modified with at least one labeling substance. 少なくとも2つの標識物質で修飾されている、請求項16記載のtRNA。   The tRNA according to claim 16, which is modified with at least two labeling substances. 修飾が、蛍光物質、クエンチャー物質、クロスリンク物質、ジゴキシゲニン、ジニトロフェニル、コレステロール、デスチオビオチン、又はビオチンによる標識である請求項16又は17に記載のαヒドロキシ酸が付加されたtRNA。   The tRNA to which an α-hydroxy acid is added according to claim 16 or 17, wherein the modification is labeling with a fluorescent substance, a quencher substance, a cross-linking substance, digoxigenin, dinitrophenyl, cholesterol, desthiobiotin, or biotin. 4塩基コドン、終止コドン、人工コドン又は自然界でアミノ酸が割り当てられているコドンを認識する請求項16〜18のいずれか1項に記載のαヒドロキシ酸が付加されたtRNA。   The tRNA to which an α-hydroxy acid according to any one of claims 16 to 18 recognizes a 4-base codon, a stop codon, an artificial codon, or a codon assigned with an amino acid in nature. 第1のタンパク質並びに第2のタンパク質又はペプチドをコードする融合DNA又はmRNAを鋳型として用い、さらに請求項16〜19のいずれか1項に記載の標識物質で修飾されているαヒドロキシ酸が付加されたtRNAを用いて、第1のタンパク質のN末端と第2のタンパク質又はペプチドのC末端が結合している融合タンパク質であって、第1のタンパク質のN末端部位であり第2のタンパク質又はペプチドのC末端の隣に標識物質で修飾されているヒドロキシ酸を導入した融合タンパク質を作製し、第1のタンパク質のN末端のヒドロキシ酸と第2のタンパク質又はペプチドのC末端のアミノ酸との間のエステル結合を加水分解し、N末端に標識物質で修飾されているヒドロキシ酸が導入された第1のタンパク質を単離することを含む、N末端が標識物質で標識されたタンパク質を製造する方法。   A fusion DNA or mRNA encoding the first protein and the second protein or peptide is used as a template, and an α-hydroxy acid modified with the labeling substance according to any one of claims 16 to 19 is further added. A fusion protein in which the N-terminus of the first protein and the C-terminus of the second protein or peptide are bound using the tRNA, and is the N-terminal site of the first protein and the second protein or peptide A fusion protein in which a hydroxy acid modified with a labeling substance is introduced next to the C-terminus of the first protein, between the N-terminal hydroxy acid of the first protein and the C-terminal amino acid of the second protein or peptide Hydrolyzing the ester bond and isolating a first protein introduced with a hydroxy acid modified with a labeling substance at the N-terminus, A method for producing a protein labeled with a labeling substance. 第2のタンパク質又はペプチドがタグペプチドである請求項20記載のN末端が標識物質で標識されたタンパク質を製造する方法。   21. The method for producing a protein having an N-terminal labeled with a labeling substance according to claim 20, wherein the second protein or peptide is a tag peptide.
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