JP2009112282A - Miniature protein and crystal thereof - Google Patents

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Masaya Honda
真也 本田
Toshihiko Akiba
俊彦 秋葉
Miyuki Ishimura
美雪 石村
Ikuko Oishi
郁子 大石
Takayuki Odawara
孝行 小田原
Kazuaki Harada
一明 原田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a miniature protein capable of forming a specific three-dimensional steric structure (hairpin structure) similar to chignolin which is a known miniature protein, having excellent thermal stability compared with chignolin and enabling crystallization and to provide a fusion protein containing the miniature protein. <P>SOLUTION: Provided is a protein containing an amino acid sequence expressed by following formula 1, wherein the region corresponding to the formula 1 has a steric structure defined by a specific atomic coordinate or a steric structure having a root mean square deviation (RMSD) of ≤5 Å from the coordinate of the main chain. Formula 1: XaaTyrAspProGluThrGlyThrTrpXbb. In the formula, Xaa and Xbb are each an arbitrary amino acid residue other than Gly and Ala; and the carboxyl group may be amidated when Xbb is a C-terminal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、固有の3次元立体構造を形成する新規な極微小タンパク質および該タンパク質の結晶に関するものである。   The present invention relates to a novel ultrafine protein that forms a unique three-dimensional structure and a crystal of the protein.

タンパク質は、生命を担う最も重要な物質のひとつであり、また、その機能の発現には固有の3次元立体構造の形成が必須であることが知られている。これまで、一般にタンパク質が安定な立体構造を形成するには、30〜50個のアミノ酸が最低必要であるとの見方が支配的であったが、最近になってわずか10 個のアミノ酸ながら安定な立体構造を形成するタンパク質・シニョリンが人工的に設計・合成された(非特許文献1)。
シニョリンと命名されたこの極微小タンパク質は、溶解性が高く緩衝液中で単量体として存在し、2次元H−NMR法による構造解析の結果から、溶液中で自発的にフォールディングし、主鎖が一定のヘアピン構造を示すことが確認された。さらに、1次元NMRスペクトルおよび円二色性(CD)スペクトルの解析から、シニョリンが天然タンパク質と同じように熱変性し、変性温度は39℃〜42℃であって、熱変性後も放冷のみでほぼ定量的に速やかに再生すること、及び分子全体が協同的に変化し、二状態性構造転移を示すことも確認された。このように、シニョリンは、分子量1000程度という天然のタンパク質からかけ離れたサイズであるにもかかわらず、タンパク質にとって本質的な「安定な固有の立体構造」を有しており、かつその構造が「可逆的な変性・再生能力」を有していることから、従来のタンパク質の概念を変えるものとして注目され、2004年8月号の米専門科学誌「Structure」の表紙を飾っている。
シニョリン自身には「機能」というべき性質はないが、シニョリンの類似配列からなる部分配列を有する天然タンパク質は多数存在し(たとえば、レチノイン酸レセプター、ヒアルロン酸リアーゼ、TFIB転写開始因子など)、いずれも当該部分配列がシニョリンと酷似したヘアピン構造を呈する部分構造を有している(非特許文献2)。つまり、シニョリン配列に類似のセグメントは、その前後にどのような配列が付加していても影響されることなく、常に自立的に一定のヘアピン構造を形成すると考えられる。
したがって、当該シニョリンの本質的な属性はこの「ヘアピン構造」それ自体であるということができる。すなわち、最小タンパク質としての標準物質としての役割と共に、この特徴的なヘアピン構造を認識する抗体などの認識物質を得ることができるから、アフィニティクロマトグラフィーによる精製、リガンド・レセプターの情報伝達を利用した医薬開発におけるリード化合物としての効果を内在している物質であるということができる。このようなことから、シニョリンに対しては今後、その技術を発展させることで、分解耐性のすぐれたペプチド医薬、分析測定器の校正等に用いるタンパク質標準物質、優れた分子認識能を有するナノバイオ素子などへの応用といった、医・農・工分野への波及が期待されている。
しかしながら、シニョリンを標準物質として用いるためには結晶化が可能であることが、標準物質としての純度を保障するうえで重要であるが、シニョリンの変性温度は40℃前後であって結晶化させるためには、熱安定性が高いとはいえず、構造安定性が十分ではないので、シニョリンの特徴的な「ヘアピン構造」という特性は変えずにさらに構造安定性を高めることが求められていた。
S. Honda, K. Yamasaki, Y. Sawada, and H.Morii "10-residue folded peptide designed by segment statistics" Structure 12(8) 1507-1518 (2004). 化学と工業 第58巻 第8号 第940-943頁 (2005)
Protein is one of the most important substances that bear life, and it is known that formation of a unique three-dimensional structure is essential for expression of its function. Until now, the general view was that 30-50 amino acids are the minimum required for a protein to form a stable conformation, but recently only 10 amino acids are stable. A protein that forms a three-dimensional structure, signoline, was artificially designed and synthesized (Non-patent Document 1).
This very small protein named signoline is highly soluble and exists as a monomer in a buffer solution. From the results of structural analysis by two-dimensional 1 H-NMR method, It was confirmed that the strands showed a certain hairpin structure. Furthermore, from the analysis of the one-dimensional NMR spectrum and circular dichroism (CD) spectrum, signoline was heat-denatured in the same manner as the natural protein, and the denaturation temperature was 39 ° C to 42 ° C. In addition, it was also confirmed that the sample was rapidly regenerated almost quantitatively, and the whole molecule changed cooperatively, indicating a two-state structural transition. In this way, signoline has a “stable intrinsic three-dimensional structure” that is essential for proteins, despite its molecular weight of about 1000, which is far from natural proteins. It has attracted attention as a change in the concept of conventional proteins because it possesses the “denaturation / regeneration ability”, and is the cover of the American scientific journal “Structure” in the August 2004 issue.
Although signoline itself does not have a “function” property, there are many natural proteins having a partial sequence consisting of a similar sequence of signoline (for example, retinoic acid receptor, hyaluronic acid lyase, TFIB transcription initiation factor, etc.) The partial sequence has a partial structure exhibiting a hairpin structure very similar to that of signoline (Non-patent Document 2). That is, it is considered that a segment similar to the signoline sequence always forms a constant hairpin structure independently without being affected by any sequence added before or after the segment.
Therefore, it can be said that the essential attribute of the signoline is this “hairpin structure” itself. In other words, since it can be used as a standard substance as a minimum protein and a recognition substance such as an antibody recognizing this characteristic hairpin structure can be obtained, a pharmaceutical utilizing purification by affinity chromatography and signal transmission of ligand / receptor It can be said that it is a substance that inherently has an effect as a lead compound in development. For this reason, we will develop the technology for signoline in the future, peptide drugs with excellent degradation resistance, protein standards used for calibration of analytical measuring instruments, etc., nanobio devices with excellent molecular recognition ability It is expected to spread to the medical, agricultural and industrial fields, such as application to
However, in order to use signoline as a standard substance, it is important to allow crystallization, but it is important to ensure the purity as a standard substance. However, the denaturation temperature of signoline is around 40 ° C., so that it can be crystallized. Therefore, it cannot be said that the thermal stability is high, and the structural stability is not sufficient. Therefore, it is required to further improve the structural stability without changing the characteristic “signature of hairpin” of signoline.
S. Honda, K. Yamasaki, Y. Sawada, and H. Morii "10-residue folded peptide designed by segment statistics" Structure 12 (8) 1507-1518 (2004). Chemistry and Industry, Vol. 58, No. 8, 940-943 (2005)

本発明の目的は、公知の極微小タンパク質であるシニョリンと同様の固有の3次元立体構造(ヘアピン構造)を形成し、かつシニョリンに比べて安定性が優れた極微小タンパク質を提供することであり、また、高純度で精製することを可能にするための、該タンパク質の結晶を提供することである。   An object of the present invention is to provide a very small protein that forms a unique three-dimensional structure (hairpin structure) similar to that of the known very small protein signoline and is superior in stability to signoline. It is also to provide a crystal of the protein to allow it to be purified with high purity.

本発明者らは、シニョリンが構成する各アミノ酸の有する官能基同士の強固な水素結合によって、固有の構造が保たれていることを勘案し、まずこれら官能基の修飾を検討したが、安定化に寄与する修飾は見いだせなかった。たとえばC末端の荷電を中性化するために、末端カルボン酸をアミド化したが、むしろ構造安定性は低下した(表2におけるCLN001とCLN002の比較)。
そこで、本発明者らは、10アミノ酸からなるシニョリンの変異体を作成することとし、10アミノ酸配列のうちでヘアピン構造の両端にあたる1位と10位のGlyに注目した。両位置のアミノ酸残基を、小型アミノ酸、分岐アミノ酸、荷電アミノ酸、芳香族アミノ酸にそれぞれ置換し、またそれぞれの10位アミノ酸をさらにアミド化した場合について系統的に合成して、その熱安定性を解析した(表1及び2)。
その結果、驚くべきことに、プラス荷電、マイナス荷電、極性、分岐度、芳香族性などには関係なく、Gly,Ala以外のアミノ酸はすべてシニョリンに比べて熱安定性が向上することが確認された。具体的には、エンタルピー変化(ΔHm)が27.5 kJ mol-1であったものが、すべて29.1以上に最大で50.7まで高くなり、同時に変性温度(Tm)が314.9 Kが316.5以上、最大で343.2まで上昇した。そして、アミド化された場合は、若干効果が減ずるものの、遊離カルボン酸末端の場合とほぼ同等のシニョリンに対する熱安定性向上効果を示した。
そして、このような熱安定性が向上した変異体のうち、典型的なものとして配列番号2(式2)のGly1Tyr/Gly10Tyr変異体を結晶化させたところ、その結晶化にも成功した。このことは、本発明の各変異体は、構造的な安定性と同時に、標準物質としての高い純度が保証されることになる。
しかも、得られた結晶は良質のもので、これを用いてX線回折法により原子座標を決定し(表3)たところ、ほぼシニョリンと同様のヘアピン構造が保たれていることが確認できた。すなわち、本発明の変異体は、「ヘアピン構造」を数値化した、「表3に記載した原子座標によって定義された立体構造、又は表3に記載された主鎖の座標との二乗平均平方根残差(RMSD)が5オングストローム以内である立体構造」という特性により特定することができる。
また、本発明のシニョリン変異体はシニョリン以上に構造的に高い安定性を有するのであるから、当該変異体のアミノ酸配列(式1:配列番号1)からなる部分配列を有する融合タンパク質においても、そのヘアピン構造特性が安定に保たれることは、ほぼ確実である。
The present inventors first considered the modification of these functional groups, considering that the unique structure is maintained by the strong hydrogen bonding between the functional groups of each amino acid constituting signoline. The modification that contributed to the above was not found. For example, to neutralize the C-terminal charge, the terminal carboxylic acid was amidated, but rather the structural stability decreased (comparison of CLN001 and CLN002 in Table 2).
Therefore, the present inventors decided to create a 10-amino acid signoline mutant, and paid attention to Gly at positions 1 and 10 corresponding to both ends of the hairpin structure in the 10 amino acid sequence. Substitution of amino acid residues at both positions with small amino acids, branched amino acids, charged amino acids, aromatic amino acids, and further amidation of each 10th amino acid, systematically synthesized, to improve its thermal stability Analysis (Tables 1 and 2).
As a result, it was surprisingly confirmed that all amino acids other than Gly and Ala have improved thermal stability compared to signoline, regardless of positive charge, negative charge, polarity, degree of branching, aromaticity, etc. It was. Specifically, the enthalpy change (ΔH m ) was 27.5 kJ mol −1 , but all increased to 20.7 or higher up to 50.7 and denaturation temperature (Tm) was 314.9 K at 316.5 or higher and 343.2 at maximum. Rose to. When amidated, the effect was slightly reduced, but the thermal stability improvement effect for signoline was almost the same as that for the free carboxylic acid terminal.
Of the mutants having improved thermal stability, the Gly1Tyr / Gly10Tyr mutant of SEQ ID NO: 2 (Formula 2) was crystallized as a typical one, and the crystallization was also successful. This means that each of the mutants of the present invention guarantees high purity as a standard substance as well as structural stability.
In addition, the crystals obtained were of good quality, and when they were used to determine atomic coordinates by X-ray diffraction (Table 3), it was confirmed that the hairpin structure almost the same as that of signoline was maintained. . That is, the mutant of the present invention has a root mean square residual with the three-dimensional structure defined by the atomic coordinates described in Table 3 or the main chain coordinates described in Table 3, in which the “hairpin structure” is quantified. The difference (RMSD) can be specified by the property of “stereostructure having a thickness of 5 angstroms or less”.
Further, since the signoline mutant of the present invention has a structurally higher stability than signoline, the fusion protein having a partial sequence consisting of the amino acid sequence of the mutant (formula 1: SEQ ID NO: 1) is also included in the fusion protein. It is almost certain that the hairpin structural properties will remain stable.

本発明は、以上の知見を得て完成することができたものであり、具体的には以下の通りのものである。
〔1〕 下記の式1で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質であって、式1に対応する領域が、表3に記載した原子座標によって定義された立体構造、又は表3に記載された主鎖の座標との二乗平均平方根残差(RMSD)が5オングストローム以内である立体構造をとっているタンパク質。
XaaTyrAspProGluThrGlyThrTrpXbb (式1)
(式中、Xaa及びXbbはGly,Ala以外の任意のアミノ酸残基を表し、XbbがC末端であるときのカルボキシル基はアミド化されていてもよい。)
〔2〕 式1で示されるアミノ酸配列からなる、前記〔1〕に記載のタンパク質。
〔3〕 式1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と任意のタンパク質との融合タンパク質である、前記〔1〕に記載のタンパク質。
〔4〕 式1において、Xaaが、Thr、Val、Ile、Glu、Phe、Tyr及びTrpの群から選択され、Xbbが、Thr、Val、Ile、Lys、Arg、Phe、Tyr及びTrpの群から選択されるアミノ酸残基であって、XbbがC末端であるときのカルボキシル基はアミド化されていてもよい、前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のタンパク質。
〔5〕 式1において、Xaa及びXbbがいずれもTyrであり、XbbがC末端であるときのカルボキシル基はアミド化されていてもよい、前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のタンパク質。
〔6〕 式2(配列番号2)で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
TyrTyrAspProGluThrGlyThrTrpTyr (式2:配列番号2)
〔7〕 式1で示されるアミノ酸配列をコードする核酸を含み、前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のタンパク質をコードする核酸。
〔8〕 式2(配列番号2)で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする核酸。
〔9〕 前記〔7〕又は〔8〕に記載の核酸を含有する組換えベクター。
〔10〕 前記〔9〕に記載の組換えベクターを含む形質転換体。
〔11〕 前記〔2〕又は〔6〕に記載のタンパク質の結晶であって、結晶学的対象性がP21212であり、単位格子定数がa=1.9±0.5nm、b=3.4±0.5nm、およびc=1.2±0.5nmである結晶。
The present invention has been completed with the above knowledge, and is specifically as follows.
[1] A protein comprising an amino acid sequence represented by the following formula 1, wherein the region corresponding to formula 1 is a three-dimensional structure defined by atomic coordinates described in Table 3, or a main chain described in Table 3. A protein having a three-dimensional structure with a root mean square residual (RMSD) within 5 angstroms.
XaaTyrAspProGluThrGlyThrTrpXbb (Formula 1)
(Wherein Xaa and Xbb represent any amino acid residue other than Gly and Ala, and the carboxyl group when Xbb is the C-terminus may be amidated.)
[2] The protein according to [1], comprising the amino acid sequence represented by Formula 1.
[3] The protein according to [1] above, which is a fusion protein of a protein consisting of the amino acid sequence represented by Formula 1 and an arbitrary protein.
[4] In Formula 1, Xaa is selected from the group of Thr, Val, Ile, Glu, Phe, Tyr and Trp, and Xbb is from the group of Thr, Val, Ile, Lys, Arg, Phe, Tyr and Trp. The protein according to any one of [1] to [3], wherein the protein is a selected amino acid residue, and the carboxyl group when Xbb is C-terminal may be amidated.
[5] In Formula 1, any one of the above [1] to [4], wherein Xaa and Xbb are both Tyr, and the carboxyl group when Xbb is C-terminal may be amidated. protein.
[6] A protein comprising an amino acid sequence represented by Formula 2 (SEQ ID NO: 2).
TyrTyrAspProGluThrGlyThrTrpTyr (Formula 2: SEQ ID NO: 2)
[7] A nucleic acid encoding the protein according to any one of [1] to [5], including a nucleic acid encoding the amino acid sequence represented by Formula 1.
[8] A nucleic acid encoding a protein consisting of the amino acid sequence represented by Formula 2 (SEQ ID NO: 2).
[9] A recombinant vector containing the nucleic acid according to [7] or [8].
[10] A transformant comprising the recombinant vector according to [9].
[11] A crystal of the protein according to [2] or [6], wherein the crystallographic objectivity is P2 1 2 1 2, the unit cell constant is a = 1.9 ± 0.5 nm, b = 3.4 ± Crystals with 0.5 nm and c = 1.2 ± 0.5 nm.

本発明により、公知の極微小タンパク質シニョリンと同様の特徴的な「ヘアピン構造」を保持し、かつシニョリンに比べて、熱安定性が大きく向上し容易に結晶化できる極微小タンパク質、及びその結晶を提供できた。このことにより、より精度の高い標準物質が提供できると共に、その特徴的かつ安定なヘアピン構造に基づき、免疫反応物質、情報伝達物質などの検索にも有用であり、また優れたリード化合物としての期待も大きい。   According to the present invention, a very small protein that retains the characteristic “hairpin structure” similar to that of the known very small protein signoline, has a greatly improved thermal stability and can be easily crystallized compared to signoline, and a crystal thereof. I was able to provide it. This makes it possible to provide a reference material with higher accuracy, and is useful for searching for immunoreactive substances and information-transmitting substances based on its characteristic and stable hairpin structure, and is expected to be an excellent lead compound. Is also big.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、式1(配列番号1)で示されるアミノ酸配列からなる特定の「ヘアピン構造」をとる極微小タンパク質、及び式1を部分配列として含み、当該部分配列が「ヘアピン構造」を呈する融合タンパク質に関する発明である。
ここで、特定の「ヘアピン構造」については、「表3に記載した原子座標によって定義された立体構造、又は表3に記載された主鎖の座標との二乗平均平方根残差(RMSD)が5オングストローム以内である立体構造」として数値化することができる。
そして、本発明の極微小タンパク質は、10アミノ酸からなる公知の極微小タンパク質であるシニョリンにおいて、その1位と10位のアミノ酸であるグリシン(Gly)を、小型アミノ酸であるAla以外の他のバルキーなアミノ酸に変換したシニョリン変異体、又はその末端アミド化物であるといえるので、シニョリンに対して適用できる製造法、精製法、融合タンパクの製造法などの関連技術はすべて適用できる。
したがって、本発明の実施態様を以下に示すがこれには限定されない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention includes a very small protein having a specific “hairpin structure” consisting of the amino acid sequence represented by Formula 1 (SEQ ID NO: 1), and a fusion comprising Formula 1 as a partial sequence, wherein the partial sequence exhibits a “hairpin structure” It is an invention related to proteins.
Here, for a specific “hairpin structure”, the root mean square residual (RMSD) with respect to the three-dimensional structure defined by the atomic coordinates described in Table 3 or the main chain coordinates described in Table 3 is 5 It can be quantified as “a three-dimensional structure within angstrom”.
The ultrafine protein of the present invention is a bulky protein other than Ala, which is a small amino acid, in the signoline, a known ultrafine protein consisting of 10 amino acids, in which glycine (Gly), which is the 1st and 10th amino acids, is used. It can be said that it is a signoline mutant converted to a new amino acid, or a terminal amidated product thereof, and thus all related techniques such as a production method applicable to signoline, a purification method, and a production method of a fusion protein can be applied.
Therefore, embodiments of the present invention are shown below, but are not limited thereto.

1. 本発明タンパク質の製造方法
シニョリン変異体は、有機化学的手法、例えば固相ペプチド合成法などによって製造することができる。また、遺伝子工学手法を用いて組換えタンパク質として製造することもできる。このような手法を利用したタンパク質の生産方法は当技術分野で周知であり、以下に簡潔に説明する。
(1) 有機化学的手法によるシニョリン変異体の製造方法
固相ペプチド合成法により化学的にタンパク質を製造する場合、好ましくは自動合成機を利用して、活性化されたアミノ酸誘導体の重縮合反応を繰り返すことにより、本発明のシニョリン変異体のアミノ酸配列を有する保護ポリペプチドを樹脂上で合成する。この際、使用する樹脂を適切に選択することによって、最終産物のC末端をカルボキシル基とすることも、アミド化することもできる。ついで、この保護ポリペプチドを樹脂上から切断すると共に側鎖の保護基も同時に切断する。この切断反応には、樹脂や保護基の種類、アミノ酸の組成に応じて適切なカクテルがあることが知られている(大野茂男、西村善文監修 (1997) タンパク質実験プロトコール2−構造解析編、秀潤社)。この後、有機溶媒層から粗精製タンパク質を水層に移し、目的の変異型タンパク質を精製する。精製法としては、逆相クロマトグラフィーなどを利用することができる(大野茂男、西村善文監修
(1997) タンパク質実験プロトコール2−構造解析編、秀潤社)。
1. Method for Producing the Protein of the Present Invention A signoline mutant can be produced by an organic chemical method such as a solid phase peptide synthesis method. It can also be produced as a recombinant protein using genetic engineering techniques. Protein production methods using such techniques are well known in the art and are briefly described below.
(1) Method for producing a signoline mutant by an organic chemical method When a protein is chemically produced by a solid-phase peptide synthesis method, a polycondensation reaction of an activated amino acid derivative is preferably performed using an automatic synthesizer. By repeating, a protected polypeptide having the amino acid sequence of the signoline mutant of the present invention is synthesized on a resin. At this time, by appropriately selecting the resin to be used, the C-terminus of the final product can be converted to a carboxyl group or amidated. Next, the protective polypeptide is cleaved from the resin and the side chain protecting group is cleaved simultaneously. This cleaving reaction is known to have an appropriate cocktail depending on the type of resin, protecting group, and amino acid composition (supervised by Shigeo Ohno, Yoshifumi Nishimura (1997) Protein Experiment Protocol 2-Structure Analysis, Hide Junsha). Thereafter, the crude protein is transferred from the organic solvent layer to the aqueous layer, and the target mutant protein is purified. As a purification method, reverse phase chromatography can be used (supervised by Shigeo Ohno and Yoshifumi Nishimura).
(1997) Protein Experiment Protocol 2-Structural Analysis, Shujunsha).

(2) 遺伝子工学手法によるシニョリン変異体の製造方法
組換えタンパク質として製造する場合、本発明のシニョリン変異体は、そのアミノ酸配列をコードする核酸が挿入された組換えベクターが導入された形質転換体を培養し、その培養物から採取することにより得ることができる。なお、形質転換のための宿主/ベクター系としては、原核細胞、酵母、昆虫細胞、動植物細胞、植物など通常の遺伝子工学的手法で用いられる系であれば全て用いることができる。
形質転換体を培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。培養後、本発明のシニョリン変異体が菌体内又は細胞内に生産される場合には、超音波処理、凍結融解の繰り返し、ホモジナイザー処理などを施して菌体又は細胞を破砕することにより該タンパク質を採取する。また、該タンパク質が菌体外又は細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離等により菌体又は細胞を除去する。その後、タンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜組み合わせて用いることにより、前記培養物中から本発明のシニョリン変異体を単離精製することができる。
組換えタンパク質として製造した場合のC末端のアミド化反応は、たとえば、上記で単離精製した産物をペプチジルグリシンモノオキシゲナーゼで処理することで遂行することができる(水野健作、松尾寿之(1988) 生理活性ペプチドのC末端アミド化酵素、生化学、60、551-557)。
また、タンパク質の生合成反応にかかわる因子(酵素、核酸、ATP、アミノ酸など)のみを混合させた、いわゆる無細胞合成系を利用すると、生細胞を用いることなく、ベクターから本発明のシニョリン変異体を試験管内で合成することができる(岡田雅人、宮崎香 (2004) タンパク質実験ノート(上)、羊土社)。その後、前記と同様の精製法を用いて、反応後の混合溶液から本発明のシニョリン変異体を単離精製することができる。
(2) Method for producing a signoline mutant by a genetic engineering technique When producing a recombinant protein, the signoline mutant of the present invention is a transformant into which a recombinant vector into which a nucleic acid encoding the amino acid sequence is inserted is introduced. Can be obtained by culturing and harvesting from the culture. Any host / vector system for transformation may be used as long as it is a system used in a normal genetic engineering technique, such as prokaryotic cells, yeast, insect cells, animal and plant cells, and plants.
The method of culturing the transformant is performed according to a usual method used for culturing a host. When the signoline mutant of the present invention is produced in cells or cells after culturing, the protein is obtained by crushing the cells or cells by sonication, repeated freeze-thawing, homogenizer treatment, etc. Collect. When the protein is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is, or the cells or cells are removed by centrifugation or the like. Thereafter, by using general biochemical methods used for protein isolation and purification, such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc. alone or in appropriate combination, Thus, the signoline mutant of the present invention can be isolated and purified.
The C-terminal amidation reaction when produced as a recombinant protein can be accomplished, for example, by treating the product isolated and purified with peptidylglycine monooxygenase (Kenzaku Mizuno, Toshiyuki Matsuo (1988) C-terminal amidating enzyme of active peptide, Biochemistry, 60, 551-557).
In addition, when a so-called cell-free synthesis system in which only factors (enzymes, nucleic acids, ATP, amino acids, etc.) involved in protein biosynthesis reactions are mixed is used, the signoline mutant of the present invention can be transformed from a vector without using living cells. Can be synthesized in vitro (Masato Okada, Kaori Miyazaki (2004) Protein Experiment Notes (top), Yodosha). Thereafter, using the same purification method as described above, the signoline mutant of the present invention can be isolated and purified from the mixed solution after the reaction.

(3) 融合型タンパク質
本発明における、式1(配列番号1)で示されるアミノ酸配列に対応する領域を含む融合型タンパク質の場合は、当該領域がシニョリン変異体と同様の「ヘアピン構造」を有しているので、その構造的特徴を利用して、精製、検出などが容易に行える。
シニョリン変異体と融合するタンパク質としては、生理活性タンパク質などそれ自体が有用なタンパク質であることが好ましい。膜タンパク質との融合タンパク質であれば、形質転換細胞の膜表面にシニョリン変異体による「ヘアピン構造」を複数表示するように発現させた形質転換体を得ることができる。
本発明の融合型タンパク質は、シニョリン変異体を合成した後に、任意の天然タンパク質又は合成もしくは組換えタンパク質と化学的に結合させることができる。またそれぞれのタンパク質をコードする核酸をつなぎ、遺伝子工学的手法を用いて、組換え融合タンパク質として得ることができる。
その際、組換え融合型タンパク質を精製後、シニョリン変異体と融合されたタンパク質の間のアミノ酸配列を、たとえばプロテアーゼを用いた限定加水分解によって分割することで、シニョリン変異体及び融合されたタンパク質のそれぞれを単離精製することもできる。
(3) Fusion protein In the case of a fusion protein containing a region corresponding to the amino acid sequence represented by Formula 1 (SEQ ID NO: 1) in the present invention, the region has a “hairpin structure” similar to that of the signoline mutant. Therefore, purification, detection, etc. can be easily performed using the structural features.
The protein fused with the signoline mutant is preferably a protein that itself is useful, such as a physiologically active protein. In the case of a fusion protein with a membrane protein, a transformant expressed so as to display a plurality of “hairpin structures” by a signoline mutant on the membrane surface of the transformed cell can be obtained.
The fusion protein of the present invention can be chemically conjugated with any natural protein or synthetic or recombinant protein after the synoline mutant has been synthesized. Moreover, the nucleic acid which codes each protein can be connected, and it can obtain as a recombinant fusion protein using a genetic engineering method.
At that time, after purifying the recombinant fusion protein, the amino acid sequence between the protein fused with the signoline mutant is divided by, for example, limited hydrolysis using a protease, so that the signoline mutant and the fused protein are separated. Each can also be isolated and purified.

2. 本発明タンパク質の熱安定性測定方法
本発明のシニョリン変異体の熱安定性は、円偏光二色性(CD)スペクトル、蛍光スペクトル、赤外分光法、示差走査熱量測定法などを利用して評価することができる。中でもCDスペクトルは、タンパク質の二次構造の変化を鋭敏に反映する分光学的分析方法であることから、シニョリン変異体が固有の立体構造を形成しているかの示唆を与えるとともに、シニョリン変異体の温度に対する立体構造の変化を観測し、構造安定性を熱力学的に定量的に評価することができる。
2. Method for Measuring Thermal Stability of Protein of the Present Invention The thermal stability of the signoline mutant of the present invention is evaluated using circular dichroism (CD) spectrum, fluorescence spectrum, infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, etc. can do. In particular, the CD spectrum is a spectroscopic analysis method that sharply reflects changes in the secondary structure of the protein, and thus provides an indication that the signoline mutant has a unique three-dimensional structure, and Changes in the three-dimensional structure with respect to temperature can be observed, and the structural stability can be evaluated thermodynamically and quantitatively.

3. 本発明タンパク質の結晶化方法
結晶化は、目的のタンパク質溶液に沈殿剤を添加する又は溶媒量を蒸発等により減少させる等の操作により、ある特定の条件下でタンパク質が結晶として析出する性質を利用している。結晶化には高純度に精製されたタンパク質が必要である。また、結晶化する条件として、タンパク質濃度・塩濃度・水素イオン濃度(pH)・沈殿剤の種類と濃度・その他の添加剤の種類と濃度・温度などの物理的および化学的な因子が関与している。更に、沈殿剤添加や溶媒量の調整方法として、バッチ法・透析法・蒸気拡散法などの結晶化の手法が数多く存在している(Blundell, T. L. & Johnson, L. N. (1976) Protein Crystallography, Academic Press, New York, 59-82)。このように、X線結晶解析に適したタンパク質結晶を得るには、高純度のタンパク質を得ることと、結晶化における様々な条件や手法を最適化することが必要になる。
本発明の結晶に用いたシニョリン変異体は、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質で、ここではCLN025と呼ぶ。結晶化法としてはバッチ法・透析法・蒸気拡散法などの手法を用いることができる。タンパク質濃度・塩濃度・pH・沈殿剤の種類と濃度・その他の添加剤の種類と濃度・温度などの物理的および化学的な因子に関しては、タンパク質濃度1〜20mg/ml、好ましくは5mg/mL、緩衝液として35〜100mM、好ましくは72mMのクエン酸緩衝液(pH3〜6、好ましくはpH5.0)、沈殿剤として15〜40%、好ましくは29%の飽和硫酸アンモニウム、温度0〜30℃、好ましくは10℃の条件下で2〜10週間静置するとCLN025の空間群P21212に属する結晶を得ることができる。ただし、当業者において、同一のタンパク質が異なる条件下でも結晶化し得ることは周知の事実であるので、本発明はここに記述された条件に限定されるものではなく、実質的に本発明と同一の結晶学的定数を与えるシニョリン変異体の結晶は本発明の範囲内である。
3. The protein crystallization method of the present invention Crystallization utilizes the property that protein precipitates as a crystal under a specific condition by adding a precipitant to the target protein solution or reducing the amount of solvent by evaporation or the like. is doing. Crystallization requires highly purified protein. In addition, physical and chemical factors such as protein concentration, salt concentration, hydrogen ion concentration (pH), type and concentration of precipitating agent, type and concentration of other additives, and temperature are involved in the crystallization conditions. ing. In addition, there are many crystallization methods such as batch method, dialysis method, vapor diffusion method, etc. for adding precipitant and adjusting the amount of solvent (Blundell, TL & Johnson, LN (1976) Protein Crystallography, Academic Press , New York, 59-82). Thus, in order to obtain a protein crystal suitable for X-ray crystal analysis, it is necessary to obtain a highly pure protein and to optimize various conditions and methods in crystallization.
The signoline mutant used in the crystal of the present invention is a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and is referred to herein as CLN025. As the crystallization method, a batch method, a dialysis method, a vapor diffusion method, or the like can be used. Regarding physical and chemical factors such as protein concentration, salt concentration, pH, type and concentration of precipitating agent, type and concentration of other additives, and temperature, protein concentration is 1 to 20 mg / ml, preferably 5 mg / mL , 35-100 mM, preferably 72 mM citrate buffer (pH 3-6, preferably pH 5.0) as buffer, 15-40%, preferably 29% saturated ammonium sulfate as precipitant, temperature 0-30 ° C., Preferably, a crystal belonging to the space group P2 1 2 1 2 of CLN025 can be obtained by allowing to stand at 10 ° C. for 2 to 10 weeks. However, since it is a well-known fact that those skilled in the art can crystallize the same protein under different conditions, the present invention is not limited to the conditions described here, and is substantially the same as the present invention. Crystals of the signoline mutants that give the crystallographic constant of are within the scope of the present invention.

4. X線回折による原子座標決定法
タンパク質の3次元構造を明らかにする手法として、最も一般的に行われているのは、X線結晶構造解析の手法である。即ち、目的タンパク質を結晶化し、その結晶に単色化したX線をあて、得られたX線の回折像を基にそのタンパク質の3次元構造を明らかにしていくものである。前項で得たシニョリン変異体の結晶を用い、このX線結晶構造解析の手法(平山令明訳(2004)ブロウ生命系のためのX線解析入門、化学同人)により3次元構造を明らかにすることができる。
シニョリン変異体CLN025の結晶は、斜方晶系の空間群P21212に属するもので、単位格子としてa軸の方向に1.9±0.5nm、b軸の方向に3.4±0.5nm、c軸の方向に1.2±0.5nmの大きさを有する。この結晶を用いたX線結晶構造解析の手法により、本発明であるシニョリン変異体CLN025の3次元構造座標(各原子間の空間的な位置関係を示す値)が初めて得られる。得られた構造座標を当業者において一般的に用いられているプロテインデータバンク(PDB)の表記方法に従って示す(表3)。
4). X-ray diffraction atomic coordinate determination method The most commonly used method for clarifying the three-dimensional structure of proteins is the X-ray crystal structure analysis method. That is, the target protein is crystallized, the monochromatic X-ray is applied to the crystal, and the three-dimensional structure of the protein is clarified based on the obtained X-ray diffraction image. Using the crystal of the signoline mutant obtained in the previous section, the three-dimensional structure is clarified by this X-ray crystal structure analysis method (translated by Noriaki Hirayama (2004) Introduction to X-ray Analysis for Brow Life Systems, Chemistry) be able to.
The crystal of the signoline mutant CLN025 belongs to the orthorhombic space group P2 1 2 1 2 and has a unit cell of 1.9 ± 0.5 nm in the a-axis direction, 3.4 ± 0.5 nm in the b-axis direction, c-axis In the direction of 1.2 ± 0.5 nm. By the X-ray crystal structure analysis technique using this crystal, the three-dimensional structure coordinates (values indicating the spatial positional relationship between each atom) of the signoline mutant CLN025 of the present invention can be obtained for the first time. The obtained structure coordinates are shown in accordance with the notation method of protein data bank (PDB) generally used by those skilled in the art (Table 3).

本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
本実施例においては、公知の極微小タンパク質・シニョリンのアミノ酸配列をもとにして、シニョリンのGly1とGly10を異なるアミノ酸に置換した変異体を系統的に解析することとした。
具体的には、表1で示される新規のアミノ酸を設計し、それぞれのペプチドを合成した。ペプチドの合成は、公知のFmoc固相合成法により有機化学的に行った。具体的には、固相法自動ペプチド合成装置PSSM-8システム((株)島津製作所)を使用し、この合成マニュアルに従い合成を行った。固相担体は、2-クロルトリチルレジンを用いた。合成スケールは、リアクションベッセル1個に対しレジン74mg(50.0μmol)、Fmoc-アミノ酸は、レジンの2.5倍量加えた。合成終了後、リアクションベッセル内のペプチドレジンにジメチルホルムアミド及びジクロロメタンを加えて順次洗浄した後、ペプチドレジンを1時間減圧乾燥した。乾燥後遠心管に移し、これにクリーベッジカクテル(レジン74mgのスケールに対してトリフルオロ酢酸/エタンジチオール/トリイソピルシラン/水=4.2ml/0.4ml/0.2ml/0.2)を加えて、1.5時間振盪攪拌した。その後、冷却したジエチルエーテルを加え、遠心操作を行い、析出した沈殿物を回収し、風乾の後、減圧乾燥した。これに5%酢酸水溶液を加え溶解し、不溶物をフィルターで除去し、粗ペプチド溶液を得た。
The present invention will be specifically described with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
(Example 1)
In this example, based on the amino acid sequence of a known very small protein, signoline, a mutant in which Gly1 and Gly10 of signoline were substituted with different amino acids was systematically analyzed.
Specifically, novel amino acids shown in Table 1 were designed, and each peptide was synthesized. The peptide was synthesized organically by a known Fmoc solid phase synthesis method. Specifically, synthesis was performed using a solid phase method automatic peptide synthesizer PSSM-8 system (Shimadzu Corporation) according to this synthesis manual. As the solid support, 2-chlorotrityl resin was used. The synthetic scale was 74 mg (50.0 μmol) of resin per reaction vessel, and Fmoc-amino acid was added 2.5 times the amount of resin. After completion of the synthesis, dimethylformamide and dichloromethane were added to the peptide resin in the reaction vessel and washed sequentially, and then the peptide resin was dried under reduced pressure for 1 hour. After drying, transfer to a centrifuge tube, and add a cleavage cocktail (trifluoroacetic acid / ethanedithiol / triisopropylsilane / water = 4.2 ml / 0.4 ml / 0.2 ml / 0.2 to 74 mg scale resin) Stir for hours. Then, the cooled diethyl ether was added, centrifugation was performed, the depositing deposit was collect | recovered, and it dried under reduced pressure after air-drying. A 5% aqueous acetic acid solution was added to this and dissolved, and insoluble matters were removed with a filter to obtain a crude peptide solution.

表1 合成したシニョリン変異体
Table 1. Synoline mutants synthesized

(実施例2)
本実施例においては、実施例1で合成したシニョリン変異体の粗ペプチド溶液を液体クロマトグラフィーで精製した値、質量分析によりその同定および純度確認を行った。
粗ペプチド溶液は、C18カラム(YMC-R&D-ODS)を装着した逆相系液体クロマトグラフィー(HPLC;溶出液 0.1%トリフルオロ酢酸水溶液(A液)と100%アセトニトリル水溶液(B液)の混合系、グラジエントA液100〜0%/B液0〜100%、流速7.0ml/min、分析波長220nm)で単離した。グラジエントはHPLC分析に応じて30minで5%変化するように設定した。HPLCによって、分画、精製したペプチド溶液は遠心下で減圧濃縮し、水に溶解させた後、凍結乾燥することによって精製したシニョリン変異体を得た。
質量分析は、精製した試料をA液で希釈し50ug/100uLの濃度に調整し、エレクトロスプレーイオン化型質量分析計QP8000α((株)島津製作所)にて行った。検出されたピークの分子量と合成した試料のアミノ酸配列より算出された理論分子量(表1)を比較した結果、いずれの試料も両者は測定誤差内で一致し、目的のシニョリン変異体が合成されていることが確認された。また、質量スペクトルに目的のタンパク質以外の有意なピークは見出されなかった。
(Example 2)
In this example, the crude peptide solution of the signoline mutant synthesized in Example 1 was purified by liquid chromatography, and its identification and purity were confirmed by mass spectrometry.
The crude peptide solution was reverse phase liquid chromatography (HPLC; eluent 0.1% trifluoroacetic acid aqueous solution (A solution) and 100% acetonitrile aqueous solution (B solution) equipped with C18 column (YMC-R & D-ODS). , Gradient A solution 100-0% / B solution 0-100%, flow rate 7.0 ml / min, analysis wavelength 220 nm). The gradient was set to change 5% in 30 min depending on the HPLC analysis. The peptide solution fractionated and purified by HPLC was concentrated under reduced pressure under centrifugation, dissolved in water, and then lyophilized to obtain a purified signoline mutant.
Mass spectrometry was performed with an electrospray ionization mass spectrometer QP8000α (Shimadzu Corporation) after diluting the purified sample with solution A and adjusting the concentration to 50 ug / 100 uL. As a result of comparing the molecular weight of the detected peak with the theoretical molecular weight (Table 1) calculated from the amino acid sequence of the synthesized sample, both samples matched within the measurement error, and the desired signoline mutant was synthesized. It was confirmed that Further, no significant peak other than the target protein was found in the mass spectrum.

(実施例3)
本実施例においては、シニョリン変異体の立体構造および熱安定性を評価した。円偏光二色性(CD)スペクトルは、タンパク質の二次構造の変化を鋭敏に反映する分光学的分析方法であることが知られている。タンパク質が固有の立体構造を形成しているかの示唆を与えるとともに、CDスペクトルの強度に相当するモル楕円率を試料の温度を変化させながら観測することで、どの程度の温度で各々のシニョリン変異体が変性するのかを明らかにすることができる。
単離精製したシニョリン変異体をそれぞれ約1.0mMの濃度で含む水溶液(20mMリン酸カリウム緩衝液、pH7.0)に調製した。シニョリン変異体の濃度は表1-2のモル吸光係数を用いて決定した。この試料溶液を円筒型セル(セル長0.1cm)に注入し、J805型円偏光二色性分光光度計(日本分光)を用いて、20℃の温度で測定波長を260nmから195nmに移動させCDスペクトルを得た。合成したすべての変異体において、シニョリンに特徴的な229nmの正のピークが検出された(図1)。これより、すべての変異体が、シニョリンと同等の立体構造を形成することが強く推察される。次いで、同じ試料を100℃に加熱、さらに100℃から20℃に冷却し260nmから195nmの円二色性スペクトルを得た。加熱後再冷却したスペクトルのモル楕円率は98%以上回復し、シニョリン変異体の立体構造の可逆性が確認された。また、測定波長を229nmに固定し0℃から100℃に1℃/minの速度で昇温させてモル楕円率の経時変化を測定した。得られた熱融解曲線について二状態相転移モデルの理論式(有坂文雄(2004)バイオサイエンスのための蛋白質科学入門、裳華房)を用いて解析し、変性温度Tm、およびTmにおける変性のエンタルピー変化ΔHmを決定した。
その結果、測定したシニョリン変異体においては、Gly、Alaという小型アミノ酸以外のアミノ酸に置換した場合は、末端カルボン酸がアミド化されたか否かを問わず、熱安定性がオリジナルのシニョリンに比べて、向上していることが明らかになった(表2)。たとえば、CLN025はシニョリンに比べて28℃以上の変性温度を示している。
(Example 3)
In this example, the three-dimensional structure and thermal stability of the signoline mutant were evaluated. Circular dichroism (CD) spectra are known to be spectroscopic analytical methods that sensitively reflect changes in protein secondary structure. Each signoline mutant is given at what temperature by giving a suggestion that the protein has a unique three-dimensional structure and observing the molar ellipticity corresponding to the intensity of the CD spectrum while changing the temperature of the sample. Can be clarified.
Each of the isolated and purified signoline mutants was prepared in an aqueous solution (20 mM potassium phosphate buffer, pH 7.0) containing a concentration of about 1.0 mM. The concentration of the signoline mutant was determined using the molar extinction coefficient in Table 1-2. This sample solution was poured into a cylindrical cell (cell length: 0.1 cm), and the CD805 was moved from 260 nm to 195 nm at a temperature of 20 ° C. using a J805 circular dichroism spectrophotometer (JASCO). A spectrum was obtained. In all the mutants synthesized, a positive peak at 229 nm characteristic of signoline was detected (FIG. 1). From this, it is strongly inferred that all mutants form a three-dimensional structure equivalent to signoline. The same sample was then heated to 100 ° C. and further cooled to 100 ° C. to 20 ° C. to obtain a circular dichroism spectrum from 260 nm to 195 nm. The molar ellipticity of the spectrum re-cooled after heating recovered 98% or more, confirming the reversibility of the three-dimensional structure of the signoline mutant. In addition, the measurement wavelength was fixed at 229 nm, the temperature was increased from 0 ° C. to 100 ° C. at a rate of 1 ° C./min, and the change in molar ellipticity with time was measured. The resulting theoretical equation of the two-state phase transition model for thermal melting curve (Fumio Arisaka (2004) Protein Science Primer for Bioscience, Mohanabo) and analyzed using denaturing at denaturation temperature T m, and T m The enthalpy change ΔH m of was determined.
As a result, in the measured signoline mutant, when substituted with amino acids other than small amino acids such as Gly and Ala, the thermal stability is higher than that of the original signoline, regardless of whether the terminal carboxylic acid is amidated or not. It has become clear that it has improved (Table 2). For example, CLN025 exhibits a denaturation temperature of 28 ° C. or higher compared to signoline.

表2 シニョリン変異体の熱安定性
Table 2 Thermostability of signoline mutants

(実施例4)
本実施例においては、合成したシニョリン変異体のうちのCLN025の単結晶を作成した。なお、CLN025は、エンタルピー変化、変性温度のいずれにおいても特に最高値を示すものではなく、典型例として選択した。
得られたタンパク質試料を、以下に示すハンギングドロップ法を用いて結晶化した。空間群P21212に属する結晶を得るには、このタンパク質試料を50mMクエン酸ナトリウム緩衝液pH5.0に10mg/mlの濃度になるように溶解しこのタンパク試料溶液1μlと、等量の結晶化剤溶液(0.1Mのクエン酸ナトリウム緩衝液pH5.0と飽和硫酸アンモニウム溶液を5:2の割合で混合)をピペットマンを用いてカバーガラス(Hampton社製)上で滴下・混合して結晶化溶液とした。上述の結晶化剤溶液をHampton社製24穴プレートに注入し、結晶化溶液を滴下したカバーガラスで蓋をして高真空グリースを用いて密封した。このプレートを10℃に保たれたインキュベーター中で保管した。およそ3週間後に40μm×40μm×50μm程度の大きさの結晶が結晶化溶液中に得られた。
(Example 4)
In this example, a single crystal of CLN025 among the synthesized signoline mutants was prepared. CLN025 did not show the highest value in either enthalpy change or denaturation temperature, and was selected as a typical example.
The obtained protein sample was crystallized using the hanging drop method shown below. In order to obtain crystals belonging to the space group P21212, this protein sample was dissolved in 50 mM sodium citrate buffer pH 5.0 to a concentration of 10 mg / ml, and 1 μl of this protein sample solution was equivalent to the crystallization agent solution. (Mixed 0.1M sodium citrate buffer pH 5.0 and saturated ammonium sulfate solution in a ratio of 5: 2) was dropped and mixed on a cover glass (Hampton) using a pipetman to obtain a crystallization solution. The above-mentioned crystallization agent solution was poured into a 24-well plate manufactured by Hampton, covered with a cover glass to which the crystallization solution was dropped, and sealed with high vacuum grease. The plate was stored in an incubator kept at 10 ° C. After about 3 weeks, crystals having a size of about 40 μm × 40 μm × 50 μm were obtained in the crystallization solution.

(実施例5)
本実施例においては、CLN025の立体構造をX線回折解析により決定した。
実施例4で得られた単結晶を、微量の母液とともに結晶解析用ガラスキャピラリー(内径0.5 mm, 肉厚10μm)に封入しX線回折実験に供した。X線としては回転対陰極型X線発生装置M06-XHF(マックサイエンス社)から得られる銅のKα線を用い,回折データ測定装置としてSMART6000(ブルカーエイエックスエス社)を使って,分解能1.11Åまでの回折データの収集を行った。得られた回折像についてプログラムSMART(ブルカーエイエックスエス社)を用いて回折点の指数付けおよび積分強度の測定・数値化をおこない20393個の強度データを得た。この段階で、使用した単結晶の結晶パラメータが決定された。すなわち、結晶の空間群は斜方晶系P21212、格子定数はa=19.246(4) Å、b=33.597(7) Åおよびc=11.551(2) Åであった。さらにプログラムSAINT+(ブルカーエイエックスエス社)を用いてそれらのマージとスケーリングを行い、3094個のユニークな強度データを得た。これらのRmerge値は5.7%であった。
(Example 5)
In this example, the three-dimensional structure of CLN025 was determined by X-ray diffraction analysis.
The single crystal obtained in Example 4 was sealed in a glass capillary for crystal analysis (inner diameter 0.5 mm, wall thickness 10 μm) together with a small amount of mother liquor and subjected to an X-ray diffraction experiment. As the X-ray, the copper Kα ray obtained from the rotating anti-cathode X-ray generator M06-XHF (Mac Science) was used, and the diffraction data measuring device was SMART6000 (Bruker AXS), with a resolution of 1.11 mm. The diffraction data up to were collected. Using the program SMART (Bruker AXS Co., Ltd.), the diffraction pattern was indexed and the integrated intensity was measured and digitized to obtain 20393 intensity data. At this stage, the crystal parameters of the single crystal used were determined. That is, the crystal space group was orthorhombic P2 1 2 1 2, and the lattice constants were a = 19.246 (4) Å, b = 33.597 (7) Å, and c = 1.11.551 (2) Å. Furthermore, they were merged and scaled using the program SAINT + (Bruker AXS), and 3094 unique intensity data were obtained. Their R merge value was 5.7%.

表3 シニョリン変異体CLN025の結晶から得られた3次元構造座標
表3において、1行目は結晶学的定数の記述で、左から単位格子の大きさ(a軸・b軸・c軸の順でÅ単位)、各軸のなす角度(α・β・γ)、空間群、Z値(単位胞あたりの分子数)を表している。2行目以降TERおよびENDで始まる行以外の行により各原子の3次元座標が記述されている。1列目のATOMはポリペプチド部分の原子座標、HETATMはポリペプチド以外の部分の原子座標を表す。ATOMまたはHETATM行の2列目はその原子の識別番号を、3列目はその原子の名称を、4列目はその原子が属する残基名を、5列目はその原子が属する残基番号を、6・7・8列目はその原子の座標(x・y・zの順でÅ単位)を、9列目はその原子の占有率を、10列目はその原子の温度因子を、11列目は原子記号を示している。TER行はポリペプチド鎖の区切りを示し、END行はこの3次元構造座標の最終行であることを示している。
Table 3 Three-dimensional structural coordinates obtained from crystals of the signoline mutant CLN025
In Table 3, the first line is a description of crystallographic constants. From the left, the unit cell size (a-axis, b-axis, and c-axis in Å units), and the angles formed by each axis (α, β, γ ), Space group, and Z value (number of molecules per unit cell). From the second line onward, the three-dimensional coordinates of each atom are described by lines other than the lines starting with TER and END. ATOM in the first column represents atomic coordinates of the polypeptide portion, and HETATM represents atomic coordinates of a portion other than the polypeptide. The second column of the ATOM or HETATM row is the identification number of the atom, the third column is the name of the atom, the fourth column is the residue name to which the atom belongs, and the fifth column is the residue number to which the atom belongs. The 6th, 7th, and 8th columns are the coordinates of the atom (in units of x, y, and z), the 9th column is the occupancy of the atom, the 10th column is the temperature factor of the atom, The eleventh column shows atomic symbols. The TER line indicates the break of the polypeptide chain, and the END line indicates the final line of the three-dimensional structure coordinates.

原子座標によって定義された固有の3次元立体構造を形成する極微小タンパク質は、その特筆すべき構造的特性及び熱安定性から多くの産業利用の可能性を有する。たとえば、上述のようなタンパク質の標準物質として、あるいは分子標的医薬のリード化合物としての利用が期待できることの他、分子のサイズを測定する分析機器の校正物質として、ナノサイズの孔を有する膜、繊維、構造物等の孔の検定物質として、他の分子を高精度に配置しうる分子スペーサーとしての利用が期待できる。特に、この極微小タンパク質の結晶は、該タンパク質を高い純度で提供すること、および安定な状態で長期に保存することを可能にし、加えて、それにより見出された原子座標は、分子シミュレーションなどを行う大規模高精度コンピュータの性能評価や構造を基盤とする医薬設計の対象としての利用が期待できる。   Very small proteins that form a unique three-dimensional structure defined by atomic coordinates have many industrial applications due to their remarkable structural properties and thermal stability. For example, it can be expected to be used as a standard substance for proteins as described above or as a lead compound for molecular target drugs, and as a calibration substance for analytical instruments for measuring the size of molecules, membranes and fibers having nano-sized pores As a test substance for pores of structures, etc., it can be expected to be used as a molecular spacer capable of arranging other molecules with high accuracy. In particular, this ultra-fine protein crystal makes it possible to provide the protein with high purity and to store it in a stable state for a long time. In addition, the atomic coordinates found thereby can be used for molecular simulation, etc. It can be expected to be used as a target for pharmaceutical design based on performance evaluation and structure of large-scale high-precision computers.

シニョリン変異体のCDスペクトルCD spectrum of signoline mutant

Claims (11)

下記の式1で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質であって、式1に対応する領域が、表3に記載した原子座標によって定義された立体構造、又は表3に記載された主鎖の座標との二乗平均平方根残差(RMSD)が5オングストローム以内である立体構造をとっているタンパク質。
XaaTyrAspProGluThrGlyThrTrpXbb (式1)
(式中、Xaa及びXbbはGly,Ala以外の任意のアミノ酸残基を表し、XbbがC末端であるときのカルボキシル基はアミド化されていてもよい。)
A protein comprising an amino acid sequence represented by the following formula 1, wherein the region corresponding to the formula 1 is a three-dimensional structure defined by atomic coordinates described in Table 3, or a main chain coordinate described in Table 3. A protein having a three-dimensional structure with a root mean square residual (RMSD) of 5 angstroms or less.
XaaTyrAspProGluThrGlyThrTrpXbb (Formula 1)
(Wherein Xaa and Xbb represent any amino acid residue other than Gly and Ala, and the carboxyl group when Xbb is the C-terminus may be amidated.)
式1で示されるアミノ酸配列からなる、請求項1に記載のタンパク質。   The protein according to claim 1, comprising the amino acid sequence represented by Formula 1. 式1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と任意のタンパク質との融合タンパク質である、請求項1に記載のタンパク質。   The protein according to claim 1, which is a fusion protein of a protein consisting of the amino acid sequence represented by Formula 1 and an arbitrary protein. 式1において、Xaaが、Thr、Val、Ile、Glu、Phe、Tyr及びTrpの群から選択され、Xbbが、Thr、Val、Ile、Lys、Arg、Phe、Tyr及びTrpの群から選択されるアミノ酸残基であって、XbbがC末端であるときのカルボキシル基はアミド化されていてもよい、請求項1〜3のいずれかに記載のタンパク質。   In Formula 1, Xaa is selected from the group of Thr, Val, Ile, Glu, Phe, Tyr, and Trp, and Xbb is selected from the group of Thr, Val, Ile, Lys, Arg, Phe, Tyr, and Trp. The protein according to any one of claims 1 to 3, which is an amino acid residue, and the carboxyl group when Xbb is C-terminal may be amidated. 式1において、Xaa及びXbbがいずれもTyrであり、XbbがC末端であるときのカルボキシル基はアミド化されていてもよい、請求項1〜4のいずれかに記載のタンパク質。   The protein according to any one of claims 1 to 4, wherein in formula 1, Xaa and Xbb are both Tyr, and the carboxyl group when Xbb is C-terminal may be amidated. 式2(配列番号2)で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
TyrTyrAspProGluThrGlyThrTrpTyr (式2:配列番号2)
A protein comprising the amino acid sequence represented by Formula 2 (SEQ ID NO: 2).
TyrTyrAspProGluThrGlyThrTrpTyr (Formula 2: SEQ ID NO: 2)
式1で示されるアミノ酸配列をコードする核酸を含み、請求項1〜5のいずれかに記載のタンパク質をコードする核酸。   A nucleic acid encoding a protein according to any one of claims 1 to 5, comprising a nucleic acid encoding the amino acid sequence represented by Formula 1. 式2(配列番号2)で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする核酸。   A nucleic acid encoding a protein consisting of the amino acid sequence represented by Formula 2 (SEQ ID NO: 2). 請求項7又は請求項8に記載の核酸を含有する組換えベクター。   A recombinant vector containing the nucleic acid according to claim 7 or 8. 請求項9に記載の組換えベクターを含む形質転換体。   A transformant comprising the recombinant vector according to claim 9. 請求項2又は6に記載のタンパク質の結晶であって、結晶学的対象性がP21212であり、単位格子定数がa=1.9±0.5nm、b=3.4±0.5nm、およびc=1.2±0.5nmである結晶。 7. A protein crystal according to claim 2 or 6, wherein the crystallographic objectivity is P2 1 2 1 2, unit cell constants are a = 1.9 ± 0.5 nm, b = 3.4 ± 0.5 nm, and c = A crystal that is 1.2 ± 0.5 nm.
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