JP2009131260A - Non-aggregating fluorescent protein and method for using the same - Google Patents

Non-aggregating fluorescent protein and method for using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nucleic acid composition encoding a non-aggregating chromo/fluorescent protein and its mutant and a protein encoded by the composition. <P>SOLUTION: Provided are polypeptides comprising non-aggregating colored and/or fluorescent proteins (the non-aggregating feature arises from the modulation of residues in the N-terminal of the protein and the chromo and/or fluorescent feature arises from the interaction of two or more residues of the protein), nucleic acids encoding the polypeptides, antibodies to the subject proteins, and transgenic cells and organisms are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2001年12月4日出願の特許出願第10/006,922号の一部継続出願であり、また2001年2月21日出願の特許出願第60/270,983号に基づく優先権を主張し、これらの出願の開示は完全に本明細書に組み込まれる。
This application is a continuation-in-part of Patent Application No. 10 / 006,922 filed on December 4, 2001, and is based on Patent Application No. 60 / 270,983 filed on February 21, 2001. Claiming priority, the disclosures of these applications are fully incorporated herein.

序論
発明の分野
本発明の分野は、色素タンパク質および蛍光性タンパク質である。
Introduction Field of the Invention The field of the invention is chromoproteins and fluorescent proteins.

発明の背景
標識は、関心対象のタンパク質、細胞、または生物に印をつけるための道具であり、多くの生化学、分子生物学、および医学的診断適用において顕著な役割を果たしている。放射性標識、色素標識、蛍光標識、化学発光標識等を含む多様な異なる標識が開発されている。しかしながら、新規の標識の開発への関心は依然としてある。特に関心があるのは、色素タンパク質および/または蛍光性タンパク質標識を含む、新規のタンパク質標識の開発である。
Background of the Invention Labels are tools for marking a protein, cell, or organism of interest and play a prominent role in many biochemical, molecular biology, and medical diagnostic applications. A variety of different labels have been developed including radioactive labels, dye labels, fluorescent labels, chemiluminescent labels and the like. However, there is still interest in developing new labels. Of particular interest is the development of new protein labels, including chromoproteins and / or fluorescent protein labels.

最近開発された重要な新規のクラスの蛍光性タンパク質は、Matz,M.V.ら(1999)Nature Biotechnol.,17:969-973(非特許文献1)に記載されている、造礁サンゴ蛍光性タンパク質(Reef Coral Fluorescent Proteins)である。これらの蛍光性タンパク質は多くの利点を示すが、ある種の型は、高分子量凝集を起こしやすく、それにより問題を起こし、その結果それらの適用可能性を制限し得る。   An important new class of fluorescent proteins recently developed is the reef-building coral fluorescent protein described in Matz, MV et al. (1999) Nature Biotechnol., 17: 969-973. Reef Coral Fluorescent Proteins). Although these fluorescent proteins show many advantages, certain types are prone to high molecular weight aggregation, which can cause problems and consequently limit their applicability.

そのため、この重要な新規のクラスの蛍光性タンパク質の非凝集性型の開発は、非常に関心がある。本発明は、この必要を満たす。   Therefore, the development of a non-aggregating form of this important new class of fluorescent proteins is of great interest. The present invention satisfies this need.

関連文献
関心対象の米国特許には、第6,066,476号(特許文献1);第6,020,192号(特許文献2);第5,985,577号(特許文献3);第5,976,796号(特許文献4);第5,968,750号(特許文献5);第5,968,738号(特許文献6);第5,958,713号(特許文献7);第5,919,445号(特許文献8);第5,874,304号(特許文献9);および第5,491,084号(特許文献10)が含まれる。関心対象の国際特許出願には、国際公開公報第00/46233号(特許文献11);国際公開公報第99/49019号(特許文献12);およびDE 197 18 640 A(特許文献13)が含まれる。Anderluhら、Biochemical and Biophysical Research Communications(1996)220:437-442(非特許文献2);Dove ら、Biological Bulletin(1995)189:288-297(非特許文献3);Fradkovら、FEBS Lett.(2000)479(3): 127-30(非特許文献4);Gurskayaら、FEBS Lett.,(2001)507(1):16-20(非特許文献5);Gurskayaら、BMC Biochem.(2001)2:6(非特許文献6);Lukyanov,K.ら、(2000)J Biol Chemistry 275(34):25879-25882(非特許文献7);Macekら、Eur.J.Biochem.(1995)234:329-335(非特許文献8);Martynovら、J Biol Chem.(2001)276: 21012-6(非特許文献9);Matz,M.V.ら(1999)Nature Biotechnol.,17:969-973(非特許文献1);Terskikhら、Science(2000)290:1585-8(非特許文献10);Tsien, Annual Rev. of Biochemistry(1998)67:509-544(非特許文献11);Tsien, Nat. Biotech. (1999)17:956-957(非特許文献12);Wardら、J.Biol.Chem.(1979)254:781-788(非特許文献13);Wiedermannら、Jarhrestagung der Deutschen Gesellschact fur Tropenokologie-gto.Ulm.17-19.02.1999.Poster P-4.20(非特許文献14);Yanushevichら、FEBS Lett(2002年1月30日)511(1-3):11-4(非特許文献15);およびYarbroughら、Proc Natl Acad Sci U S A(2001)98:462-7(非特許文献16)も関心対象である。
米国特許第6,066,476号 米国特許第6,020,192号 米国特許第5,985,577号 米国特許第5,976,796号 米国特許第5,968,750号 米国特許第5,968,738号 米国特許第5,958,713号 米国特許第5,919,445号 米国特許第5,874,304号 米国特許第5,491,084号 国際公開公報第00/46233号 国際公開公報第99/49019号 DE 197 18 640 A Matz,M.V.ら(1999)Nature Biotechnol.,17:969-973 Anderluhら、Biochemical and Biophysical Research Communications(1996)220:437-442 Dove ら、Biological Bulletin(1995)189:288-297 Fradkovら、FEBS Lett.(2000)479(3): 127-30 Gurskayaら、FEBS Lett.,(2001)507(1):16-20 Gurskayaら、BMC Biochem.(2001)2:6 Lukyanov,K.ら、(2000)J Biol Chemistry 275(34):25879-25882 Macekら、Eur.J.Biochem.(1995)234:329-335 Martynovら、J Biol Chem.(2001)276: 21012-6 Terskikhら、Science(2000)290:1585-8 Tsien, Annual Rev. of Biochemistry(1998)67:509-544 Tsien, Nat. Biotech. (1999)17:956-957 Wardら、J.Biol.Chem.(1979)254:781-788 Wiedermannら、Jarhrestagung der Deutschen Gesellschact fur Tropenokologie-gto.Ulm.17-19.02.1999.Poster P-4.20 Yanushevichら、FEBS Lett(2002年1月30日)511(1-3):11-4 Yarbroughら、Proc Natl Acad Sci U S A(2001)98:462-7
Related Literatures US Patents of Interest include: 6,066,476 (Patent Document 1); 6,020,192 (Patent Document 2); 5,985,577 (Patent Document 3); 5,976,796 (Patent Document 4); 5,968,750 ( Patent Document 5); 5,968,738 (Patent Document 6); 5,958,713 (Patent Document 7); 5,919,445 (Patent Document 8); 5,874,304 (Patent Document 9); and 5,491,084 (Patent Document 10) Is included. International patent applications of interest include WO 00/46233 (patent document 11); WO 99/49019 (patent document 12); and DE 197 18 640 A (patent document 13). It is. Anderluh et al., Biochemical and Biophysical Research Communications (1996) 220: 437-442 (Non-Patent Document 2); Dove et al., Biological Bulletin (1995) 189: 288-297 (Non-Patent Document 3); Fradkov et al., FEBS Lett. 2000) 479 (3): 127-30 (non-patent document 4); Gurskaya et al., FEBS Lett., (2001) 507 (1): 16-20 (non-patent document 5); Gurskaya et al., BMC Biochem. (2001) ) 2: 6 (Non-Patent Document 6); Lukyanov, K. et al. (2000) J Biol Chemistry 275 (34): 25879-25882 (Non-Patent Document 7); Macek et al., Eur. J. Biochem. (1995) 234: 329-335 (Non-Patent Document 8); Martynov et al., J Biol Chem. (2001) 276: 21012-6 (Non-Patent Document 9); Matz, MV et al. (1999) Nature Biotechnol., 17: 969-973 (Non-patent document 1); Terskikh et al., Science (2000) 290: 1585-8 (non-patent document 10); Tsien, Annual Rev. of Biochemistry (1998) 67: 509-544 (non-patent document 11); Tsien, Nat. Biotech. (1999) 17: 956-957 (Non-Patent Document 12); Ward et al., J. Biol. em. (1979) 254: 781-788 (Non-Patent Document 13); Wiedermann et al., Jarhrestagung der Deutschen Gesellschact fur Tropenokologie-gto.Ulm.17-19.02.1999.Poster P-4.20 (Non-Patent Document 14); Yanushevich et al. FEBS Lett (January 30, 2002) 511 (1-3): 11-4 (Non-Patent Document 15); and Yarbrough et al., Proc Natl Acad Sci USA (2001) 98: 462-7 (Non-Patent Document 16). ) Is also of interest.
U.S. Patent No. 6,066,476 US Patent 6,020,192 U.S. Pat.No. 5,985,577 U.S. Patent No. 5,976,796 U.S. Patent No. 5,968,750 U.S. Pat.No. 5,968,738 U.S. Patent No. 5,958,713 U.S. Pat.No. 5,919,445 U.S. Pat.No. 5,874,304 U.S. Pat.No. 5,491,084 International Publication No. 00/46233 International Publication No.99 / 49019 DE 197 18 640 A Matz, MV et al. (1999) Nature Biotechnol., 17: 969-973 Anderluh et al., Biochemical and Biophysical Research Communications (1996) 220: 437-442 Dove et al., Biological Bulletin (1995) 189: 288-297 Fradkov et al., FEBS Lett. (2000) 479 (3): 127-30 Gurskaya et al., FEBS Lett., (2001) 507 (1): 16-20 Gurskaya et al., BMC Biochem. (2001) 2: 6 Lukyanov, K. et al. (2000) J Biol Chemistry 275 (34): 25879-25882 Macek et al., Eur. J. Biochem. (1995) 234: 329-335 Martynov et al., J Biol Chem. (2001) 276: 21012-6 Terskikh et al., Science (2000) 290: 1585-8 Tsien, Annual Rev. of Biochemistry (1998) 67: 509-544 Tsien, Nat. Biotech. (1999) 17: 956-957 Ward et al., J. Biol. Chem. (1979) 254: 781-788 Wiedermann et al., Jarhrestagung der Deutschen Gesellschact fur Tropenokologie-gto.Ulm.17-19.02.1999.Poster P-4.20 Yanushevich et al., FEBS Lett (January 30, 2002) 511 (1-3): 11-4 Yarbrough et al., Proc Natl Acad Sci USA (2001) 98: 462-7

発明の概要
非凝集性色素/蛍光タンパク質およびそれらの変異体をコードする核酸組成物、ならびにそれらによってコードされるタンパク質が提供される。関心対象のタンパク質は、非凝集性有色および/または蛍光性タンパク質(非凝集性特質は、タンパク質のN末端の残基の調整により発生し、色素性および/または蛍光性特質は、タンパク質の2個またはそれ以上の残基の相互作用により発生する)であるポリペプチドである。本発明の核酸の断片、およびそれによってコードされるペプチドも提供され、さらに、本発明のタンパク質に対する抗体、ならびにトランスジェニック細胞およびトランスジェニック生物も提供される。本発明のタンパク質組成物および核酸組成物は、多様な異なる適用において有益である。最後に、そのような適用において使用するためのキット、例えば本発明の核酸組成物を含むキットが提供される。
SUMMARY OF THE INVENTION Nucleic acid compositions encoding non-aggregating dye / fluorescent proteins and variants thereof, and proteins encoded by them are provided. The protein of interest is a non-aggregating colored and / or fluorescent protein (non-aggregating attributes are generated by adjusting the N-terminal residues of the protein, and the pigmented and / or fluorescent attributes are two of the protein Or a polypeptide generated by the interaction of more residues). Also provided are fragments of the nucleic acids of the invention, and peptides encoded thereby, as well as antibodies to the proteins of the invention, as well as transgenic cells and organisms. The protein and nucleic acid compositions of the present invention are useful in a variety of different applications. Finally, kits are provided for use in such applications, for example kits comprising the nucleic acid compositions of the invention.

定義
本発明に従い、当技術分野の技術の範囲内にある従来の分子生物学、微生物学、および組み換えDNA技術が利用され得る。そのような技術は、文献中に充分に説明されている。例えば、Maniatis、Fritsch、およびSambrook、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual」(1982);「DNA Cloning:A Practical Approach」、第IおよびII巻(D.N.Glover編 1985);「Oligonucleotide Synthesis」(M.J.Gait編 1984);「Nucleic Acid Hybridization」(B.D.HamesおよびS.J.Higgins編(1985));「Transcription and Translation」(B.D.HamesおよびS.J.Higgins編(1984));「Animal Cell Culture」(R.I.Freshney編(1986));「Immobilized Cells and Enzymes」(IRL Press,(1986));B. Perbal、「A Practical Guide To Molecular Cloning」(1984)を参照のこと。
Definitions In accordance with the present invention, conventional molecular biology, microbiology, and recombinant DNA techniques within the skill of the art can be utilized. Such techniques are explained fully in the literature. For example, Maniatis, Fritsch, and Sambrook, “Molecular Cloning: A Laboratory Manual” (1982); “DNA Cloning: A Practical Approach”, Volumes I and II (DNGlover 1985); “Oligonucleotide Synthesis” (MJGait 1984) "Nucleic Acid Hybridization" (BDHames and SJHiggins (1985)); "Transcription and Translation" (BDHames and SJHiggins (1984)); "Animal Cell Culture" (RIFreshney (1986)); "Immobilized Cells and Enzymes" (IRL Press, (1986)); see B. Perbal, "A Practical Guide To Molecular Cloning" (1984).

「ベクター」とは、別のDNAセグメントが、そのセグメントの複製が行われるように付加され得る、プラスミド、ファージ、またはコスミドのようなレプリコンである。   A “vector” is a replicon, such as a plasmid, phage, or cosmid, to which another DNA segment can be added such that replication of that segment occurs.

「DNA分子」とは、一本鎖形態または二本鎖ヘリックスのいずれかのデオキシリボヌクレオチド(アデニン、グアニン、チミン、またはシトシン)の重合体形態をさす。この用語は、分子の一次構造および二次構造のみをさし、任意の特定の三次形態に分子構造を制限するものではない。従って、この用語には、特に直鎖状DNA分子(例えば、制限断片)、ウイルス、プラスミド、および染色体に見出される二本鎖DNAが含まれる。   “DNA molecule” refers to a polymeric form of deoxyribonucleotides (adenine, guanine, thymine, or cytosine) in either a single stranded form or a double stranded helix. The term refers only to the primary and secondary structure of the molecule and is not intended to limit the molecular structure to any particular tertiary form. Thus, this term includes double-stranded DNA found, inter alia, in linear DNA molecules (eg, restriction fragments), viruses, plasmids, and chromosomes.

DNA「コード配列」とは、適切な制御配列の調節下に置かれた場合に、インビボで転写されポリペプチドへと翻訳されるDNA配列である。コード配列の境界は、5'(アミノ)末端の開始コドンおよび3'(カルボキシル)末端の翻訳終止コドンによって決定される。コード配列には、これらに制限はされないが、原核生物配列、真核生物mRNAに由来するcDNA、真核生物(例えば、哺乳動物)DNAに由来するゲノムDNA配列、および合成DNA配列が含まれ得る。ポリアデニル化シグナルおよび転写終結配列が、コード配列の3'に位置していてもよい。   A DNA “coding sequence” is a DNA sequence that is transcribed and translated into a polypeptide in vivo when placed under the control of appropriate regulatory sequences. The boundaries of the coding sequence are determined by a start codon at the 5 '(amino) terminus and a translation stop codon at the 3' (carboxyl) terminus. A coding sequence can include, but is not limited to, prokaryotic sequences, cDNA derived from eukaryotic mRNA, genomic DNA sequences derived from eukaryotic (eg, mammalian) DNA, and synthetic DNA sequences. . A polyadenylation signal and transcription termination sequence may be located 3 'to the coding sequence.

本明細書において使用されるように、「ハイブリダイゼーション」という用語は、相対するの核酸鎖の残基間の水素結合によって安定化された逆平行二重鎖を形成するための、2個の核酸鎖の会合の過程をさす。   As used herein, the term “hybridization” refers to two nucleic acids that form an antiparallel duplex stabilized by hydrogen bonding between residues of opposite nucleic acid strands. This refers to the process of chain association.

「オリゴヌクレオチド」という用語は、短い(100塩基長未満の)核酸分子をさす。   The term “oligonucleotide” refers to a short (less than 100 bases long) nucleic acid molecule.

「DNA制御配列」とは、本明細書において使用されるように、宿主細胞におけるコード配列の発現を提供および/または制御する、プロモーター、エンハンサー、ポリアデニル化シグナル、ターミネーター等のような転写および翻訳の調節配列である。   “DNA regulatory sequences” as used herein are transcriptional and translational, such as promoters, enhancers, polyadenylation signals, terminators, etc., that provide and / or control the expression of a coding sequence in a host cell. Regulatory sequence.

「プロモーター配列」とは、細胞内でRNAポリメラーゼと結合し、下流(3'方向)のコード配列の転写を開始させることができるDNA制御領域である。本発明を定義する目的のため、プロモーター配列は、転写開始部位を3'末端の境界とし、バックグラウンドを超える検出可能なレベルで転写を開始させるために必要な最少数の塩基、または要素を含むように、上流(5'方向)に拡がっている。プロモーター配列内には、転写開始部位のみならずRNAポリメラーゼの結合を担うタンパク質結合ドメインが見い出されると考えられる。真核生物のプロモーターは、常にではないが、多くの場合、「TATA」ボックスおよび「CAT」ボックスを含有しているであろう。誘導可能プロモーターを含む様々なプロモーターが、本発明の様々なベクターを駆動するために使用され得る。   A “promoter sequence” is a DNA regulatory region capable of binding RNA polymerase in a cell and initiating transcription of a downstream (3 ′ direction) coding sequence. For purposes of defining the present invention, the promoter sequence contains the minimum number of bases or elements required to initiate transcription at a detectable level above the background, with the transcription start site as the 3 'end boundary. As shown, it spreads upstream (5 'direction). It is considered that not only a transcription initiation site but also a protein binding domain responsible for binding of RNA polymerase is found in the promoter sequence. Eukaryotic promoters will often, but not always, contain a “TATA” box and a “CAT” box. A variety of promoters, including inducible promoters, can be used to drive the various vectors of the present invention.

本明細書において使用されるように、「制限エンドヌクレアーゼ」および「制限酵素」という用語は、各々が特異的なヌクレオチド配列で、またはその近傍で二本鎖DNAを切断する細菌酵素をさす。   As used herein, the terms “restriction endonuclease” and “restriction enzyme” refer to bacterial enzymes that each cleave double-stranded DNA at or near a specific nucleotide sequence.

外因性または異種のDNAが細胞内に導入されている場合、その細胞は、そのようなDNAによって「形質転換」または「トランスフェクト」されている。形質転換DNAは、細胞のゲノムへ組み込まれて(共有結合して)いてもよく、またはそうでなくてもよい。例えば、原核生物、酵母、および哺乳動物細胞においては、形質転換DNAは、プラスミドのようなエピソーム要素上に維持され得る。真核細胞に関して、安定に形質転換された細胞とは、形質転換DNAが、染色体複製を通じて娘細胞によって受け継がれるように、染色体へ組み込まれているものである。この安定性は、形質転換DNAを含有している娘細胞の集団から構成される細胞株またはクローンを確立する真核細胞の能力によって証明される。「クローン」とは、有糸分裂によって単一の細胞または共通の祖先より派生した細胞の集団である。「細胞株」とは、多くの世代にわたりインビトロで安定に増殖することができる初代細胞のクローンである。   When exogenous or heterologous DNA has been introduced into the cell, the cell has been “transformed” or “transfected” by such DNA. The transforming DNA may or may not be integrated (covalently linked) into the genome of the cell. For example, in prokaryotes, yeast, and mammalian cells, transforming DNA can be maintained on episomal elements such as plasmids. With respect to eukaryotic cells, a stably transformed cell is one in which the transformed DNA is integrated into the chromosome so that it can be inherited by daughter cells through chromosome replication. This stability is evidenced by the ability of eukaryotic cells to establish cell lines or clones composed of a population of daughter cells containing transforming DNA. A “clone” is a population of cells derived from a single cell or common ancestor by mitosis. A “cell line” is a clone of a primary cell that can be stably grown in vitro for many generations.

DNA構築物の「異種」領域とは、自然界において、より大きなDNA分子に関連して見出されない、そのより大きな分子中の同定可能なDNAのセグメントである。従って、異種領域が哺乳動物遺伝子をコードする場合、その遺伝子は通常、起源生物のゲノムにおいて哺乳動物ゲノムDNAと隣接していないDNAと隣接していると考えられる。もう一つの例において、異種DNAには、融合タンパク質生成物を作製するために二つの異なる起源に由来する遺伝子の一部が集められた構築物の中のコード配列が含まれる。対立遺伝子変化または天然に存在する変異事象は、本明細書において定義されるようなDNAの異種領域を生成しない。   A “heterologous” region of a DNA construct is a segment of identifiable DNA in a larger molecule that is not found in nature in association with the larger DNA molecule. Thus, if the heterologous region encodes a mammalian gene, the gene is usually considered to be adjacent to DNA that is not adjacent to the mammalian genomic DNA in the genome of the source organism. In another example, the heterologous DNA includes a coding sequence in a construct in which portions of genes from two different sources are collected to create a fusion protein product. Allelic changes or naturally occurring mutational events do not generate a heterologous region of DNA as defined herein.

本明細書において使用されるように、「レポーター遺伝子」という用語は、構築物が組織または細胞へ導入された場合に、産物が容易かつ定量的にアッセイされ得る、異種のプロモーター要素またはエンハンサー要素に付加されたコード配列をさす。   As used herein, the term “reporter gene” refers to a heterologous promoter or enhancer element that allows the product to be easily and quantitatively assayed when the construct is introduced into a tissue or cell. Refers to the encoded sequence.

本明細書に記載されたアミノ酸は、「L」異性体であることが好ましい。アミノ酸配列は、一文字記号(A:アラニン;C:システイン;D:アスパラギン酸;E:グルタミン酸;F:フェニルアラニン;G:グリシン;H:ヒスチジン;I:イソロイシン;K:リジン;L:ロイシン;M:メチオニン;N:アスパラギン;P:プロリン;Q:グルタミン;R:アルギニン;S:セリン;T:トレオニン;V:バリン;W:トリプトファン;Y:チロシン;X:任意の残基)で与えられる。NH2は、ポリペプチドのアミノ末端に存在する遊離アミノ基をさす。COOHは、ポリペプチドのカルボキシ末端に存在する遊離カルボキシ基をさす。標準的なポリペプチド命名法に沿って、J Biol.Chem.,243(1969),3552-59が使用される。 The amino acids described herein are preferably “L” isomers. The amino acid sequence is represented by a single letter (A: alanine; C: cysteine; D: aspartic acid; E: glutamic acid; F: phenylalanine; G: glycine; H: histidine; I: isoleucine; K: lysine; L: leucine; M: Methionine; N: asparagine; P: proline; Q: glutamine; R: arginine; S: serine; T: threonine; V: valine; W: tryptophan; Y: tyrosine; X: any residue). NH 2 refers to the free amino group present at the amino terminus of a polypeptide. COOH refers to the free carboxy group present at the carboxy terminus of a polypeptide. In line with standard polypeptide nomenclature, J Biol. Chem., 243 (1969), 3552-59 is used.

「免疫学的に活性な」という用語は、天然の、組換えの、または合成の色素/蛍光性タンパク質またはそれらの任意のオリゴペプチドの、適切な動物または細胞において特異的な免疫応答を誘導する能力、および特異的抗体と結合する能力を定義する。本明細書において使用されるように、「抗原性アミノ酸配列」とは、単独でまたは担体分子と会合して、哺乳動物において抗体応答を誘発することができるアミノ酸配列を意味する。抗体の抗原への結合に関連して、「特異的結合」という用語は、当技術分野においてよく理解されている用語であり、抗体が、その抗体を産生させた抗原と結合し、その他の無関係な抗原とは結合しないことさす。   The term “immunologically active” induces a specific immune response in a suitable animal or cell of a natural, recombinant or synthetic dye / fluorescent protein or any oligopeptide thereof. Define the ability and ability to bind to a specific antibody. As used herein, “antigenic amino acid sequence” means an amino acid sequence that can elicit an antibody response in a mammal, either alone or in association with a carrier molecule. In connection with the binding of an antibody to an antigen, the term “specific binding” is a well-understood term in the art, where an antibody binds to the antigen that produced the antibody and is otherwise unrelated. It does not bind to any antigen.

本明細書において使用されるように、「単離された」という用語は、そのポリヌクレオチド、ポリペプチド、抗体、または宿主細胞が天然に存在する環境とは異なる環境に存在するポリヌクレオチド、ポリペプチド、抗体、または宿主細胞を記載することが意図される。   As used herein, the term “isolated” refers to a polynucleotide, polypeptide, polypeptide, polypeptide, antibody, or polynucleotide, polypeptide that is present in an environment different from that in which the host cell naturally occurs. , Antibodies, or host cells are intended to be described.

生物発光(BL)とは、暗所において充分可視であり、動物の視覚的な行動に影響を与える、生物による光の放射と定義される(例えば、Harvey, E.N.(1952). Bioluminescence. New York:Academic Press;Cell Physiology (N. Speralakis編)pp.651-681における、Hastings,J.W.(1995). Bioluminescence. New York:Academic Press.;Wilson,T.およびHastings,J.W.(1998). Bioluminescence.Annu Rev Cell Dev Biol 14,197-230を参照のこと)。生物発光には、高感度の照度測定装置を使用して事実上全ての生物構造において検出され得る、いわゆる極微弱光放射(Murphy,M.E.およびSies,H.(1990), Visible-range low-level chemiluminescence in biological systems. Meth.Enzymol.186,595-610;Radotic,K,Radenovic,C,Jeremic,M.(1998)Spontaneous ultra-weak bioluminescence in plants:origin, mechanisms and properties. Gen Physiol Biophys 17,289-308)、およびタケ成長円錐の発光(Totsune,H.,Nakano,M.,Inaba,H.(1993). Chemiluminescence from bamboo shoot cut. Biochem.Biophys.Res Comm.194,1025-1029)、または動物卵の受精中の光の放射(Klebanoff,S. J., Froeder, C. A., Eddy, E. M.,Shapiro,B.M.(1979). Metabolic similarities between fertilization and phagocytosis. Conservation of peroxidatic mechanism. J.Exp.Med.149,938-953;Schomer,B.およびEpel,D.(1998). Redox changes during fertilization and maturation of marine invertebrate eggs. Dev Biol 203,1-11)のような、おそらくいかなる生態学的役割も果たさない微弱光放射は含まれない。   Bioluminescence (BL) is defined as the emission of light by an organism that is sufficiently visible in the dark and affects the visual behavior of animals (eg, Harvey, EN (1952). Bioluminescence. New York) : Academic Press; Cell Physiology (N. Speralakis) pp. 651-681, Hastings, JW (1995). Bioluminescence. New York: Academic Press .; Wilson, T. and Hastings, JW (1998). Bioluminescence. Annu Rev Cell Dev Biol 14,197-230). For bioluminescence, so-called very low light radiation (Murphy, ME and Sies, H. (1990), Visible-range low-level), which can be detected in virtually all biological structures using a sensitive illuminometer. Chemiluminescence in biological systems. Meth. Enzymol. 186,595-610; Radiotic, K, Radenovic, C, Jeremic, M. (1998) Spontaneous ultra-weak bioluminescence in plants: origin, mechanisms and properties. Gen Physiol Biophys 17,289-308), And bamboo growth cone luminescence (Totsune, H., Nakano, M., Inaba, H. (1993). Chemiluminescence from bamboo shoot cut. Biochem. Biophys. Res Comm. 194, 1025-1029), or fertilization of animal eggs Radiation of light (Klebanoff, SJ, Froeder, CA, Eddy, EM, Shapiro, BM (1979). Metabolic similarities between fertilization and phagocytosis. Conservation of peroxidatic mechanism. J. Exp. Med. 149, 938-953; Schomer, B And Epel, D. (1998). Redox changes during fertilization and maturation of marine invertebrate eggs. Dev Biol 203,1-11 Such as, perhaps weak light emission which does not play any ecological role is not included.

特定の態様の説明
非凝集性色素/蛍光タンパク質およびそれらの変異体をコードする核酸組成物、ならびにそれらがコードするタンパク質が提供される。関心対象のタンパク質は、有色および/または蛍光性である非凝集性タンパク質(非凝集性特質は、タンパク質のN末端の残基の調整より発生し、色素性および/または蛍光性特質は、タンパク質の2個またはそれ以上の残基の相互作用により発生する)である。前記の特定のタンパク質と実質的に類似しているタンパク質、または前記の特定のタンパク質の変異体も、関心対象である。核酸の断片およびそれらによってコードされるペプチドも提供され、さらに、本発明のタンパク質に対する抗体、ならびに本発明の核酸/タンパク質組成物を含むトランスジェニック細胞およびトランスジェニック生物も提供される。本発明のタンパク質組成物および核酸組成物は、多様な異なる適用において有益である。最後に、そのような適用において使用するためのキット、例えば本発明の核酸組成物を含むキットが提供される。
DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS Nucleic acid compositions encoding non-aggregating dye / fluorescent proteins and variants thereof, and the proteins they encode are provided. The protein of interest is a non-aggregating protein that is colored and / or fluorescent (non-aggregating characteristics arise from the adjustment of the N-terminal residue of the protein, and the pigmented and / or fluorescent characteristics are Generated by the interaction of two or more residues). Also of interest are proteins that are substantially similar to the specific protein or variants of the specific protein. Nucleic acid fragments and peptides encoded by them are also provided, as well as transgenic cells and organisms comprising antibodies against the proteins of the invention, and nucleic acid / protein compositions of the invention. The protein and nucleic acid compositions of the present invention are useful in a variety of different applications. Finally, kits are provided for use in such applications, for example kits comprising the nucleic acid compositions of the invention.

本発明をさらに記載する前に、本発明は下記の本発明の特定の態様に制限されず、特定の態様の変形物が作成されてもよく、それらも添付の特許請求の範囲内に含まれることを理解されたい。利用された語法は、特定の態様を記載するためのものであり、本発明を制限するものではないことも理解されたい。その代わり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって確立される。   Before further describing the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments of the invention described below, and variations of the specific embodiments may be made and are also within the scope of the appended claims. Please understand that. It should also be understood that the terminology used is for describing particular embodiments and is not intended to limit the invention. Instead, the scope of the present invention is established by the appended claims.

この明細書および添付の特許請求の範囲において、単数形の「一つの(a)」、「一つの(an)」、および「その(the)」には、特記しない限り、複数形の言及が含まれる。他に定義しない限り、本明細書において使用された全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有している。   In this specification and the appended claims, the singular forms “a”, “an”, and “the” include plural references unless the context clearly dictates otherwise. included. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

ある範囲の値が提供される場合には、その範囲の上限と下限との間に入るそれぞれの値(特記しない限り、下限の単位の10分の1まで)、およびその記述された範囲における他の任意の記述された値または間に入る値が、本発明に包含されることが理解される。これらのより小さな範囲の上限および下限は、記述された範囲において任意の限度が特に除外される条件において、独立にそのより小さな範囲に含まれてもよく、同様に本発明に包含される。記述された範囲が、限度の一方または両方を含む場合、含まれている限度のいずれかまたは両方を除く範囲も、本発明に含まれる。   Where a range of values is provided, each value that falls between the upper and lower limits of the range (up to one tenth of the lower limit unless otherwise specified), and others in the stated range It is understood that any stated value or value in between is encompassed by the present invention. The upper and lower limits of these smaller ranges may be independently included in the smaller ranges, and are also encompassed by the present invention, provided that any limits are specifically excluded from the stated ranges. Where the stated range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of the included limits are also included in the invention.

他に定義しない限り、本明細書において使用される技術用語および科学用語は、全て、本発明が属する技術分野の当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有している。本明細書に記載されたものと類似しているかまたは等価である任意の方法、機器、および材料が、本発明の実施または試験において使用され得るが、好ましい方法、機器、および材料が以下に記載される。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although any methods, devices, and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, the preferred methods, devices, and materials are now described. Is done.

本明細書において言及された全ての刊行物は、本明細書に記載された発明に関して使用され得る、刊行物中に記載されている細胞株、ベクター、方法論、およびその他の発明の構成要素を記載かつ開示する目的のため、参照として本明細書に組み込まれる。   All publications mentioned in this specification describe cell lines, vectors, methodologies, and other inventive components described in the publications that can be used in connection with the invention described herein. And for the purposes of disclosure, incorporated herein by reference.

本発明のさらなる記載においては、まず本発明の核酸組成物を記載し、続いて本発明のタンパク質組成物、抗体組成物、およびトランスジェニック細胞/生物について考察する。次に、本発明のタンパク質が有益である代表的な方法の概要を提供する。   In a further description of the invention, the nucleic acid composition of the invention is first described, followed by discussion of the protein composition, antibody composition, and transgenic cell / organism of the invention. The following provides an overview of representative methods in which the proteins of the present invention are beneficial.

核酸組成物
上に要約されたように、本発明は、非凝集性色素タンパク質および蛍光タンパク質ならびにそれらの変異体、ならびにこれらのタンパク質の断片および相同体をコードする核酸組成物を提供する。
Nucleic Acid Compositions As summarized above, the present invention provides nucleic acid compositions that encode non-aggregating chromoproteins and fluorescent proteins and variants thereof, as well as fragments and homologues of these proteins.

上に要約されたように、本発明の核酸によってコードされるタンパク質は、非凝集性色素タンパク質および/または蛍光性タンパク質である。非凝集性とは、タンパク質が凝集しないこと、即ち相互の複合体が、高分子量凝集物を形成しないことを意味する。本明細書において使用されるように、「凝集物」とは、より高次の分子複合体、例えば、タンパク質の四量体を2個またはそれ以上含む複合体をさす。そのような凝集物の分子量は、典型的には約100 kDaを超え、より典型的には約150 kDaを超える。凝集物は多量体(「多量体」という用語は、二量体、三量体、および四量体のようなオリゴマーをさす)とは区別される。本発明の非凝集性ポリペプチドには、対応する凝集性アナログ、例えば対応する野生型タンパク質と比較して、インビトロおよび/またはインビボにおける凝集の減少を示すポリペプチドが含まれる。   As summarized above, the proteins encoded by the nucleic acids of the invention are non-aggregating chromoproteins and / or fluorescent proteins. Non-aggregating means that the proteins do not aggregate, that is, the mutual complex does not form a high molecular weight aggregate. As used herein, an “aggregate” refers to a higher order molecular complex, eg, a complex comprising two or more protein tetramers. The molecular weight of such aggregates is typically greater than about 100 kDa, and more typically greater than about 150 kDa. Aggregates are distinguished from multimers (the term “multimer” refers to oligomers such as dimers, trimers, and tetramers). Non-aggregating polypeptides of the present invention include polypeptides that exhibit reduced in vitro and / or in vivo aggregation compared to corresponding aggregated analogs, eg, corresponding wild type proteins.

ある種の態様において、本発明のポリペプチドは、対応する凝集性アナログ、例えば対応する野生型タンパク質と比べて、インビトロにおける凝集の減少を示す。「インビトロにおける凝集の減少」とは、無細胞系または溶液における凝集の減少をさす。いくつかの態様において、非凝集性ポリペプチドは、同じインビトロ条件下で、対応する凝集性アナログによって示される凝集の約90%未満、約80%未満、約70%未満、約60%未満、約50%未満、約40%未満、約30%未満、約25%未満、約20%未満、約15%未満、約10%未満、または約5%未満を示し、例えば、試料中に存在する本発明のポリペプチドの約60%未満、約50%未満、約40%未満、約30%未満、約20%未満、約10%未満、または約5%未満が凝集する。本発明のポリペプチドを対応する凝集性アナログと比較するのに適したインビトロ条件は、凝集性アナログの凝集を阻止しない条件、例えば標準的な生理学的条件である。生理学的現象を研究するために当技術分野において使用されている、極めて多様な緩衝液系のうちの任意のものが、インビトロの比較のために使用され得る。そのような条件の非制限的な例には、約0.01mM〜約0.1 mMの範囲の塩濃度;約19℃〜約25℃の範囲の温度;および約6.5〜約8.0の範囲のpHが含まれるが、これらに制限はされない。凝集の比較に適した緩衝液には、任意の生理学的緩衝液;トリス-Cl、リン酸緩衝生理食塩水;トリス緩衝生理食塩水;ホウ酸緩衝生理食塩水等が含まれるが、これらに制限はされない。一例は、1×トリス-Cl緩衝液、pH8.8、0.1%SDS、室温である。本発明のDsRed変異体が凝集物を形成するか否かを決定するための例示的なアッセイは、実施例に記載されたとおりである。簡潔には、標準的なドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動(SDS-PAGE)プロトコルが、細菌細胞、例えば大腸菌において組み換えにより作製された、DsRed変異タンパク質を分離するために使用される。試料はゲルにロードする前に煮沸されない。SDS-PAGEのための標準的な条件は、Short Protocols in Molecular Biology、第4版、1999年、FM Ausubelら編、John Wiley&Sons,Incに記載されている。典型的に、試料は、1×トリス-Cl緩衝液(pH約8.8)中の約0.1%SDSの存在下で電気泳動される。   In certain embodiments, the polypeptides of the invention exhibit reduced in vitro aggregation compared to corresponding aggregating analogs, such as the corresponding wild type protein. “Reduction of aggregation in vitro” refers to the reduction of aggregation in a cell-free system or solution. In some embodiments, the non-aggregating polypeptide is less than about 90%, less than about 80%, less than about 70%, less than about 60%, less than about 60% of the aggregation exhibited by the corresponding aggregated analog under the same in vitro conditions. Less than 50%, less than about 40%, less than about 30%, less than about 25%, less than about 20%, less than about 15%, less than about 10%, or less than about 5%, for example, a book present in a sample Less than about 60%, less than about 50%, less than about 40%, less than about 30%, less than about 20%, less than about 10%, or less than about 5% of the polypeptides of the invention aggregate. In vitro conditions suitable for comparing a polypeptide of the invention to the corresponding aggregating analog are conditions that do not prevent aggregation of the aggregating analog, eg, standard physiological conditions. Any of a wide variety of buffer systems used in the art to study physiological phenomena can be used for in vitro comparisons. Non-limiting examples of such conditions include a salt concentration in the range of about 0.01 mM to about 0.1 mM; a temperature in the range of about 19 ° C. to about 25 ° C .; and a pH in the range of about 6.5 to about 8.0. However, these are not limited. Buffers suitable for comparison of aggregation include, but are not limited to, any physiological buffer; Tris-Cl, phosphate buffered saline; Tris buffered saline; borate buffered saline, etc. Not done. An example is 1 × Tris-Cl buffer, pH 8.8, 0.1% SDS, room temperature. An exemplary assay for determining whether the DsRed variants of the present invention form aggregates is as described in the Examples. Briefly, a standard sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) protocol is used to isolate DsRed mutant proteins produced recombinantly in bacterial cells such as E. coli. The sample is not boiled before loading on the gel. Standard conditions for SDS-PAGE are described in Short Protocols in Molecular Biology, 4th edition, 1999, edited by FM Ausubel et al., John Wiley & Sons, Inc. Typically, the sample is electrophoresed in the presence of about 0.1% SDS in 1 × Tris-Cl buffer (pH about 8.8).

いくつかの態様において、本発明の非凝集性ポリペプチドは、インビボにおける凝集の減少を示す。「インビボにおける凝集の減少」とは、細胞内での凝集の減少をさす。いくつかの態様において、非凝集性ポリペプチドは、同じインビボ条件下、例えば同じ細胞株に由来するもう一つの真核細胞において、同一の原核細胞において、または同一細胞型の真核細胞もしくは細胞集団において、対応する凝集性アナログによって示される凝集の約90%未満、約80%未満、約70%未満、約60%未満、約50%未満、約40%未満、約30%未満、約25%未満、約20%未満、約15%未満、約10%未満、または約5%未満を示す。一般に、細胞または細胞集団の中に存在する本発明の非凝集性ポリペプチドの約60%未満、約50%未満、約40%未満、約30%未満、約20%未満、約10%未満、または約5%未満が凝集する。凝集の程度を測定する方法は、当技術分野において既知であり;所与の変異体が、対応する凝集性アナログと比較して、例えば対応する凝集性野生型ポリペプチドと比較して、凝集の減少を示すか否かを決定するために、任意の既知の方法が使用され得る。そのような方法には、実施例に記載されたような「偽非変性(pseudo-native)」タンパク質ゲル電気泳動;ゲルろ過;超遠心分離;円偏光二色性;および光散乱が含まれるが、これらに制限はされない。凝集は、実施例に記載されるように、光散乱によって測定され得る。凝集していないタンパク質に関しては、より長い波長における吸光に対する、より短い波長における吸光の比率がゼロに近い。いくつかの態様において、非凝集性ポリペプチドの566nmにおける吸光に対する400nmにおける吸光の比率は、約0.01〜約0.1、約0.015〜約0.09、約0.02〜約0.08、約0.025〜約0.07、または約0.03〜約0.06の範囲内である。   In some embodiments, non-aggregating polypeptides of the invention exhibit reduced aggregation in vivo. “Reduction of aggregation in vivo” refers to the reduction of aggregation within a cell. In some embodiments, the non-aggregating polypeptide is a eukaryotic cell or cell population of the same cell type, in another eukaryotic cell from the same cell line, in the same prokaryotic cell, or in the same cell type. Less than about 90%, less than about 80%, less than about 70%, less than about 60%, less than about 50%, less than about 40%, less than about 30%, about 25% of the aggregation exhibited by the corresponding aggregating analog Less than, less than about 20%, less than about 15%, less than about 10%, or less than about 5%. Generally, less than about 60%, less than about 50%, less than about 40%, less than about 30%, less than about 20%, less than about 10% of the non-aggregating polypeptides of the invention present in a cell or cell population, Or less than about 5% aggregate. Methods for measuring the degree of aggregation are known in the art; a given variant can be compared to the corresponding aggregated analog, eg, compared to the corresponding aggregated wild-type polypeptide. Any known method can be used to determine whether it exhibits a decrease. Such methods include “pseudo-native” protein gel electrophoresis as described in the Examples; gel filtration; ultracentrifugation; circular dichroism; These are not limited. Aggregation can be measured by light scattering, as described in the Examples. For unaggregated proteins, the ratio of absorbance at shorter wavelengths to absorbance at longer wavelengths is close to zero. In some embodiments, the ratio of absorbance at 400 nm to absorbance at 566 nm of the non-aggregating polypeptide is about 0.01 to about 0.1, about 0.015 to about 0.09, about 0.02 to about 0.08, about 0.025 to about 0.07, or about 0.03. Within the range of ~ 0.06.

多くの態様において、本発明の非凝集性ポリペプチドは、天然に存在するタンパク質またはその凝集性変異体の非凝集性変異体を作製するのに十分な様式で、例えば電荷を逆転させるかまたは中和するために、N末端残基の側鎖基上に出現する電荷を調整するN末端の変異によって、対応する野生型配列と異なるアミノ酸配列を有している。より具体的には、タンパク質のN末端近傍に位置している塩基性残基が置換され、例えばN末端近傍のLys残基およびArg残基が、負の電荷を有するかまたは中性の残基に置換される。N末端とは、N末端から約50残基以内、多くの場合にはN末端の約25残基以内、より多くの場合にはN末端の約15残基以内を意味し、多くの態様において、残基改変はN末端の約10残基以内に起こる。多くの態様において、関心対象の特定の残基には、2、3、4、5、6、7、8、9および10が含まれる。   In many embodiments, the non-aggregating polypeptides of the present invention are in a manner sufficient to create a non-aggregating variant of a naturally occurring protein or an aggregated variant thereof, such as reversing or moderate charge. For the sake of summation, it has an amino acid sequence that differs from the corresponding wild-type sequence due to an N-terminal mutation that adjusts the charge appearing on the side chain group of the N-terminal residue. More specifically, a basic residue located near the N-terminus of the protein is substituted, for example, the Lys residue and Arg residue near the N-terminus are negatively charged or neutral residues Is replaced by N-terminus means within about 50 residues from the N-terminus, often within about 25 residues at the N-terminus, more often within about 15 residues at the N-terminus, and in many embodiments Residue modifications occur within about 10 residues of the N-terminus. In many embodiments, the specific residues of interest include 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10.

前述のように、本発明の核酸によってコードされる本発明のポリペプチドの非凝集性特質に加え、本発明のポリペプチドは、有色および/または蛍光性であることも特徴とする。色素および/または蛍光性タンパク質とは、有色である、即ち着色しているタンパク質を意味し、タンパク質は蛍光性であってもよいしまたは蛍光性でなくてもよく、例えば、励起波長の光での照射に応じて、低い、中程度の、または高い蛍光を示し得る。いずれにせよ、関心対象の本発明のタンパク質は、その有色の特徴、即ち色素性および/または蛍光性特徴が、タンパク質の単一の残基、より具体的には単一の残基の単一の側鎖からではなく、タンパク質の2個またはそれ以上の残基の相互作用から発生するものであるタンパク質である。そのため、本発明の蛍光性タンパク質には、それ自体が内在性蛍光団(intrinsic fluors)としてはたらく残基、即ちトリプトファン、チロシン、およびフェニルアラニンからの蛍光のみを示すタンパク質は含まれない。そのため、本発明の蛍光性タンパク質は、その蛍光が、前記の単一残基以外のタンパク質内の何らかの構造から発生する、例えば2個またはそれ以上の残基の相互作用から発生するような蛍光性タンパク質である。   As mentioned above, in addition to the non-aggregating properties of the polypeptides of the invention encoded by the nucleic acids of the invention, the polypeptides of the invention are also characterized by being colored and / or fluorescent. Dye and / or fluorescent protein means a protein that is colored, i.e. colored, the protein may be fluorescent or non-fluorescent, e.g. Depending on the irradiation, low, medium or high fluorescence may be exhibited. In any case, the protein of the present invention of interest has a colored characteristic, i.e. a pigmented and / or fluorescent characteristic, that is a single residue of the protein, more specifically a single single residue. A protein that arises from the interaction of two or more residues of a protein rather than from its side chains. Therefore, the fluorescent proteins of the present invention do not include proteins that exhibit only fluorescence from residues that themselves act as intrinsic fluors, ie, tryptophan, tyrosine, and phenylalanine. Therefore, the fluorescent protein of the present invention is fluorescent such that the fluorescence is generated from some structure in the protein other than the single residue, for example, from the interaction of two or more residues. It is a protein.

多くの態様において、本発明の核酸によってコードされるポリペプチドは、天然に存在するタンパク質、多くの場合には刺胞動物種、例えば花虫綱種に存在するタンパク質の変異体である。ある種の態様において、核酸は、さらに、(1)非生物発光性種、多くの場合には非生物発光性刺胞動物種、例えば非生物発光性花虫綱種;または(2)ウミエラ目(Pennatulacean)種でない、即ちウミエラでない花虫綱種のいずれかに由来する野生型タンパク質(またはそれらの変異体)の非凝集性変異体をコードすることを特徴とする。そのため、これらの態様の核酸は、ウミエラ目種でない限り、例えばウミシイタケ(Renillan)種またはプチロサルカン(Ptilosarcan)種でない限り、生物発光性花虫綱種に由来するタンパク質の非凝集性変異体をコードし得る。ある種の態様において特に関心対象であるのは、以下の特定の野生型タンパク質(またはそれらの変異体)の非凝集性変異体である:(1)特許出願第10/006,922号に開示されるamFP485、cFP484、zFP506、zFP540、drFP585、dsFP484、asFP600、dgFP512、dmFP592(この開示は参照として本明細書に組み込まれる);(2)特許出願第09/976,673号に開示されるhcFP640(この開示は参照として本明細書に組み込まれる);(3)特許出願第60/255,533号に開示されるCgCP(この開示は参照として本明細書に組み込まれる);および(4)特許出願第60/332,980号に開示されたようなhcriGFP、zoanRFP、scubGFP1、scubGFP2、rfloRFP、rfloGFP、mcavRFP、mcavGFP、cgigGFP、afraGFP、rfloGFP2、mcavGFP2、mannFP(この開示は参照として本明細書に組み込まれる)。関心対象の特定の非凝集性蛍光性ポリペプチドには、FP1-NA;FP3-NA;FP4-NA;FP6-NA;E5-NA;6/9Q-NA;7A-NA;mutM35-5 dimer-NA等が含まれるが、これらに制限はされず、これらの特定の非凝集性変異体は以下にさらに記載される。   In many embodiments, the polypeptide encoded by the nucleic acid of the invention is a naturally occurring protein, often a variant of a protein that is present in a cnidarian species, for example, a class of nematode species. In certain embodiments, the nucleic acid further comprises (1) a non-bioluminescent species, often a non-bioluminescent cnidarian species, such as a non-bioluminescent flower moth species; or (2) It is characterized in that it encodes a non-aggregating variant of a wild-type protein (or variant thereof) that is not from a (Pennatulacean. Therefore, the nucleic acids of these embodiments encode non-aggregating variants of proteins derived from bioluminescent flower worm species unless they are of the order Umella, such as Renillan or Ptilosarcan. obtain. Of particular interest in certain embodiments are non-aggregating variants of the following specific wild type proteins (or variants thereof): (1) disclosed in patent application No. 10 / 006,922 amFP485, cFP484, zFP506, zFP540, drFP585, dsFP484, asFP600, dgFP512, dmFP592 (the disclosure of which is incorporated herein by reference); (2) hcFP640 disclosed in patent application No. 09 / 976,673 (the disclosure is (3) CgCP disclosed in patent application 60 / 255,533 (the disclosure of which is incorporated herein by reference); and (4) patent application 60 / 332,980. HcriGFP, zoanRFP, scubGFP1, scubGFP2, rfloRFP, rfloGFP, mcavRFP, mcavGFP, cgigGFP, afraGFP, rfloGFP2, mcavGFP2, mannFP (this disclosure is incorporated herein by reference). Specific non-aggregating fluorescent polypeptides of interest include FP1-NA; FP3-NA; FP4-NA; FP6-NA; E5-NA; 6 / 9Q-NA; 7A-NA; mutM35-5 dimer- NA and the like are included, but are not limited to, and these specific non-aggregating variants are further described below.

いくつかの態様において、本発明の核酸は、上記の特徴に加え、参照タンパク質、例えば対応する野生型タンパク質と比べて増加した等電点(pI)を示すポリペプチドをコードする。等電点は、当技術分野において既知の任意の方法を使用して決定され得る。いくつかの態様において、pIは、実施例に記載されたようにして計算された理論pIである。いくつかの態様において、本発明の変異タンパク質は、約5.50〜約7.00、約5.75〜約6.75、約6.00〜約6.50、または約6.10〜約6.40の範囲のpIを有している。   In some embodiments, the nucleic acids of the invention encode a polypeptide that exhibits an increased isoelectric point (pI) relative to a reference protein, eg, a corresponding wild-type protein, in addition to the features described above. The isoelectric point can be determined using any method known in the art. In some embodiments, pI is the theoretical pI calculated as described in the Examples. In some embodiments, the muteins of the invention have a pI in the range of about 5.50 to about 7.00, about 5.75 to about 6.75, about 6.00 to about 6.50, or about 6.10 to about 6.40.

特定の蛍光性タンパク質の蛍光輝度は、極大吸光係数を掛けた量子収率によって決定される。色素タンパク質の輝度は、極大吸光係数によって表され得る。いくつかの態様において、本発明の核酸によりコードされたポリペプチドは、参照タンパク質、例えば対応する野生型タンパク質と比較して、実質的に同じかまたはより大きな輝度を細胞において示し、例えば、変異体は、参照タンパク質より少なくとも約10%、少なくとも約20%、少なくとも約30%。少なくとも約40%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約100%(または2倍)、少なくとも約150%、少なくとも約3倍、または少なくとも約4倍、またはそれ以上、高い輝度を細胞において有する。「細胞」は、原核細胞または真核細胞であり得る。輝度を測定する方法は、当技術分野において既知である。輝度は、視覚的スクリーニング、分光測光法、分光蛍光分析、蛍光顕微鏡検、蛍光標示式細胞分取(FACS)機等を含むが、これらに制限はされない任意の既知の方法を使用して測定され得る。いくつかの例において、細胞における本発明の変異タンパク質の輝度は、同じ細胞型の細胞、または同じ細胞株の別の細胞において、参照タンパク質の輝度と視覚的に比較され得る。   The fluorescence intensity of a particular fluorescent protein is determined by the quantum yield multiplied by the maximum extinction coefficient. The brightness of a chromoprotein can be represented by a maximum extinction coefficient. In some embodiments, a polypeptide encoded by a nucleic acid of the invention exhibits substantially the same or greater brightness in the cell as compared to a reference protein, eg, the corresponding wild type protein, eg, a variant Is at least about 10%, at least about 20%, at least about 30% than the reference protein. At least about 40%, at least about 50%, at least about 60%, at least about 70%, at least about 80%, at least about 90%, at least about 100% (or 2 times), at least about 150%, at least about 3 times, Or at least about 4 times, or more, high brightness in the cells. A “cell” can be a prokaryotic cell or a eukaryotic cell. Methods for measuring luminance are known in the art. Luminance is measured using any known method including, but not limited to, visual screening, spectrophotometry, spectrofluorimetry, fluorescence microscopy, fluorescence activated cell sorting (FACS) machine, etc. obtain. In some examples, the brightness of a mutant protein of the invention in a cell can be visually compared to the brightness of a reference protein in a cell of the same cell type, or in another cell of the same cell line.

核酸組成物とは、本発明の非凝集性色素/蛍光ポリペプチドをコードするオープン・リーディング・フレーム、即ち色素/蛍光タンパク質コード配列を有し、適切な条件の下で、本発明に係る非凝集性色素/蛍光タンパク質として発現され得るDNAの配列を含む組成物を意味する。この用語には、本発明の核酸と相同であるか、実質的に類似しているか、または同一である核酸も包含される。従って、本発明は、本発明のタンパク質をコードするコード配列のみならず、それらの相同体も提供する。   A nucleic acid composition is an open reading frame encoding a non-aggregating dye / fluorescent polypeptide of the present invention, ie, a dye / fluorescent protein coding sequence, and under appropriate conditions, the non-aggregating according to the present invention It means a composition comprising a sequence of DNA that can be expressed as a sex dye / fluorescent protein. The term also encompasses nucleic acids that are homologous, substantially similar, or identical to the nucleic acids of the invention. Thus, the present invention provides not only coding sequences that encode the proteins of the present invention, but also homologs thereof.

前記の特定の核酸組成物に加え、前記の配列の相同体も関心対象である。ある態様において、相同体間の配列類似性は、少なくとも約20%、ときには少なくとも約25%であり、30%、35%、40%、50%、60%、70%、またはそれ以上であってもよく、75%、80%、85%、90%、および95%、もしくはそれ以上を含んでもよい。配列類似性は、保存モチーフ、コード領域、隣接領域等のような、より大きな配列のサブセットであってもよい参照配列に基づき計算される。参照配列は、通常は少なくとも約18nt長、より通常には少なくとも30nt長であり、比較される完全配列にまで及んでいてもよい。Altschulら(1990)、J.Mol.Bilo.215:403-10に記載されたBLAST(初期設定、即ちパラメータW=4およびT=17を使用)のような、配列分析のためのアルゴリズムが、当技術分野において既知である。ある種の態様において特に関心対象であるのは、配列番号:13;14;15;17;19;21;および23として同定された核酸と実質的に同じ長さの核酸であり(実質的に同じ長さとは、長さの差違が約20個数(number)%を超えないこと、通常は約10個数%を超えないこと、より通常には約5個数%を超えないことを意味する);かつ、核酸の全長にわたり、これらの配列のうちのいずれかに対して、少なくとも約90%、通常は少なくとも約95%、より一般的には少なくとも約99%の配列同一性を有しているものである。多くの態様において、核酸は、配列番号:14;15;17;19;21;および23の配列と実質的に類似している(即ち、同じである)か、または同一である配列を有している。実質的に類似している、とは、配列同一性が、一般に、少なくとも約60%、通常は少なくとも約75%、多くの場合には少なくとも約80%、85%、90%、または95%でさえあると考えられることを意味する。   In addition to the specific nucleic acid composition described above, homologues of the above sequences are also of interest. In certain embodiments, the sequence similarity between homologues is at least about 20%, sometimes at least about 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 60%, 70%, or more, And may include 75%, 80%, 85%, 90%, and 95%, or more. Sequence similarity is calculated based on a reference sequence that may be a subset of a larger sequence, such as a conserved motif, coding region, flanking region, etc. The reference sequence is usually at least about 18 nt long, more usually at least 30 nt long, and may extend to the complete sequence being compared. Algorithms for sequence analysis, such as BLAST described in Altschul et al. (1990), J. Mol. Bilo. 215: 403-10 (using default settings, ie parameters W = 4 and T = 17), Known in the art. Of particular interest in certain embodiments are nucleic acids of substantially the same length as the nucleic acids identified as SEQ ID NOs: 13; 14; 15; 17; 19; 21; and 23 (substantially The same length means that the difference in length does not exceed about 20%, usually does not exceed about 10%, more usually does not exceed about 5%); And has at least about 90%, usually at least about 95%, more usually at least about 99% sequence identity over any length of the nucleic acid to any of these sequences. It is. In many embodiments, the nucleic acid has a sequence that is substantially similar (ie, the same) or identical to the sequences of SEQ ID NOs: 14; 15; 17; 19; 21; and 23 ing. Substantially similar means that the sequence identity is generally at least about 60%, usually at least about 75%, often at least about 80%, 85%, 90%, or 95% It means that there is even thought to be.

前記の核酸によってコードされるタンパク質をコードするが、遺伝暗号の縮重により前記の核酸と配列が異なっている核酸も、提供される。   Nucleic acids that encode proteins encoded by the nucleic acids but differ in sequence from the nucleic acids due to the degeneracy of the genetic code are also provided.

ストリンジェントな条件の下で前記の核酸とハイブリダイズする核酸も提供される。ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件の一例は、50℃またはそれ以上および0.1×SSC(15mM塩化ナトリウム/1.5mMクエン酸ナトリウム)におけるハイブリダイゼーションである。ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件のもう一つの例は、溶液:50%ホルムアミド、5×SSC(150 mM NaCl、15mMクエン酸三ナトリウム)、50mMリン酸ナトリウム(pH7.6)、5×デンハルト溶液、10%デキストラン硫酸、および20μg/ml変性剪断サケ精子DNAにおける42℃での一晩のインキュベーション、それに続く約65℃での0.1×SSCにおけるフィルターの洗浄である。ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件とは、上記の代表的な条件と少なくとも同等にストリンジェントなハイブリダイゼーション条件であって、上記の特定のストリンジェントな条件と比べて少なくとも約80%ストリンジェントである場合、典型的には少なくとも約90%ストリンジェントである場合、その条件は少なくとも同等にストリンジェントであると見なされる。その他のストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、当技術分野において既知であり、それらも本発明のこの特定の態様の核酸を同定するために利用され得る。   Nucleic acids that hybridize to the nucleic acids under stringent conditions are also provided. An example of stringent hybridization conditions is hybridization at 50 ° C. or higher and 0.1 × SSC (15 mM sodium chloride / 1.5 mM sodium citrate). Another example of stringent hybridization conditions is: solution: 50% formamide, 5 × SSC (150 mM NaCl, 15 mM trisodium citrate), 50 mM sodium phosphate (pH 7.6), 5 × Denhardt's solution, 10 Overnight incubation at 42 ° C. in% dextran sulfate and 20 μg / ml denatured sheared salmon sperm DNA, followed by washing of the filter at 0.1 × SSC at about 65 ° C. Stringent hybridization conditions are hybridization conditions that are at least as stringent as the representative conditions described above, and are at least about 80% stringent compared to the specific stringent conditions described above, A condition is considered at least as equally stringent if it is typically at least about 90% stringent. Other stringent hybridization conditions are known in the art and can also be utilized to identify the nucleic acids of this particular embodiment of the invention.

本発明の非凝集性タンパク質の変異体をコードする核酸も提供される。変異核酸は、当技術分野において慣例的である周知の技術を使用して、無作為突然変異誘発または標的突然変異誘発により生成され得る。いくつかの態様において、相同体または変異体をコードする核酸によってコードされる色素タンパク質または蛍光性タンパク質は、野生型の蛍光性タンパク質と同じ蛍光特性を有している。その他の態様において、相同体または変異核酸は、本明細書により詳細に記載されるように、改変されたスペクトル特性を有する色素タンパク質または蛍光性タンパク質をコードする。   Nucleic acids encoding variants of the non-aggregating proteins of the invention are also provided. Mutant nucleic acids can be generated by random mutagenesis or targeted mutagenesis using well-known techniques that are routine in the art. In some embodiments, the chromoprotein or fluorescent protein encoded by the nucleic acid encoding the homologue or variant has the same fluorescent properties as the wild-type fluorescent protein. In other embodiments, the homologue or mutant nucleic acid encodes a chromoprotein or fluorescent protein with altered spectral properties, as described in more detail herein.

以下に一層詳細に記載されるように、本発明の核酸は、染色体外維持のため、または宿主ゲノムへの組み込みのため、適切なベクターの中に存在し得る。   As described in more detail below, the nucleic acids of the invention can be present in a suitable vector for extrachromosomal maintenance or for integration into the host genome.

本発明の核酸組成物は、本発明のタンパク質の全部または一部をコードし得る。二本鎖または一本鎖の断片は、従来の方法によるオリゴヌクレオチドの化学合成、制限酵素消化、PCR増幅等によってDNA配列より入手され得る。大抵、DNA断片は、少なくとも約15nt、通常は少なくとも約18ntまたは約25 ntであると考えられるが、少なくとも約50ntであってもよい。いくつかの態様において、本発明の核酸分子は、約100nt、約200nt、約300nt、約400nt、約500nt、約600nt、約700nt、または約720ntの長さであり得る。本発明の核酸は、本発明のタンパク質の断片または完全長タンパク質をコードすることができ、例えば、本発明の核酸は、約25aa、約50aa 、約75aa 、約100aa 、約125aa、約150aa、約200aa、約210aa、約220aa、約230aa、または約240aa、最大でタンパク質全体の長さまでのポリペプチドをコードし得る。   The nucleic acid composition of the present invention may encode all or part of the protein of the present invention. Double-stranded or single-stranded fragments can be obtained from the DNA sequence by chemical synthesis of oligonucleotides, restriction enzyme digestion, PCR amplification and the like by conventional methods. Usually, a DNA fragment will be at least about 15 nt, usually at least about 18 nt or about 25 nt, but may be at least about 50 nt. In some embodiments, the nucleic acid molecules of the invention can be about 100 nt, about 200 nt, about 300 nt, about 400 nt, about 500 nt, about 600 nt, about 700 nt, or about 720 nt in length. The nucleic acids of the invention can encode fragments or full-length proteins of the invention, for example, the nucleic acids of the invention can be about 25 aa, about 50 aa, about 75 aa, about 100 aa, about 125 aa, about 150 aa, about 150 aa Polypeptides of 200aa, about 210aa, about 220aa, about 230aa, or about 240aa, up to the length of the entire protein can be encoded.

本発明のポリヌクレオチドおよびその構築物が提供される。これらの分子は、当業者に既知の多数の異なるプロトコルにより、合成的に生成され得る。適切なポリヌクレオチド構築物は、例えばSambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、第2版、(1989)Cold Spring Harbor Press、Cold Spring Harbor、NYに記載されている標準的な組み換えDNA技術を使用して、かつ米国保健社会福祉省(United States Dept. of HHS)、国立衛生研究所(National Institute of Health)(NIH)の組換えDNA研究に関するガイドライン(Guidelines for Recombinant DNA Research)に記載された現行の規制の下で、精製される。   The polynucleotides and constructs thereof are provided. These molecules can be generated synthetically by a number of different protocols known to those skilled in the art. Suitable polynucleotide constructs are described using standard recombinant DNA techniques described, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, (1989) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY. And current regulations in the Guidelines for Recombinant DNA Research of the United States Dept. of HHS and the National Institute of Health (NIH) And purified.

第二のタンパク質、例えば分解配列、シグナル・ペプチド、関心対象のタンパク質(即ち、研究されるタンパク質)等と融合した、本発明のタンパク質またはその断片の融合タンパク質をコードする核酸も、提供される。融合タンパク質は、本発明のポリペプチドまたはその断片、ならびに本発明のポリペプチドのN末端および/またはC末端とインフレームで(in-frame)融合した非非凝集性ポリペプチド(「融合パートナー」)を含み得る。融合パートナーには、その融合パートナーに特異的な抗体と結合することができるポリペプチド(例えば、エピトープ・タグ);抗体またはそれらの結合性断片;触媒機能を提供するか、または細胞応答を誘導するポリペプチド;リガンドもしくは受容体またはそれらの模倣体等が含まれるが、これらに制限はされない。そのような融合タンパク質において、融合パートナーは、一般に、融合タンパク質の本発明の非凝集性タンパク質部分と天然には会合しておらず、ある種の態様においては、刺胞動物タンパク質またはその誘導体/断片ではなく、即ち刺胞動物種には見出されない。   Nucleic acids encoding a fusion protein of a protein of the invention or fragment thereof fused to a second protein, such as a degradation sequence, a signal peptide, a protein of interest (ie, the protein being studied), etc. are also provided. Fusion proteins include polypeptides of the invention or fragments thereof, and non-aggregating polypeptides ("fusion partners") fused in-frame to the N-terminus and / or C-terminus of the polypeptides of the invention. Can be included. A fusion partner can be a polypeptide (eg, an epitope tag) capable of binding to an antibody specific for that fusion partner; an antibody or binding fragment thereof; provide a catalytic function or induce a cellular response Polypeptides; including but not limited to ligands or receptors or mimetics thereof. In such fusion proteins, the fusion partner is generally not naturally associated with the non-aggregating protein portion of the invention of the fusion protein, and in certain embodiments, a cnidarian protein or derivative / fragment thereof. But not found in cnidarian species.

増幅、タンパク質生産等を含む、多数の異なる適用のために使用され得る、ベクターに挿入された本発明の核酸を含む構築物も提供される。プラスミドを含むウイルス・ベクターおよび非ウイルス・ベクターが、調製され使用され得る。ベクターの選択は、増幅が望まれる細胞の型および増幅の目的に依存するであろう。ある種のベクターは、所望のDNA配列を増幅し、大量に作製するために有用である。培養細胞における発現に適しているベクターも存在する。さらに、完全な動物またはヒトの体内の細胞における移入および発現に適しているベクターも存在する。適切なベクターの選択は、十分に当技術分野の技術の範囲内にある。多くのそのようなベクターが、市販されている。構築物を調製するためには、部分的または完全長のポリヌクレオチドが、典型的にベクター内の切断された制限酵素部位へのDNAリガーゼによる付加によって、ベクターへと挿入される。または、所望のヌクレオチド配列は、インビボにおける相同的組み換えによって挿入され得る。典型的には、これは、ベクターの所望のヌクレオチド配列の両側に相同領域を付加することにより達成される。相同領域は、例えば、オリゴヌクレオチドのライゲーションによって、または相同領域および所望のヌクレオチド配列の一部の両方を含むプライマーを使用した、ポリメラーゼ連鎖反応によって追加される。   Also provided are constructs comprising a nucleic acid of the invention inserted into a vector that can be used for a number of different applications, including amplification, protein production, and the like. Viral and non-viral vectors containing plasmids can be prepared and used. The choice of vector will depend on the type of cell in which amplification is desired and the purpose of the amplification. Certain vectors are useful for amplifying and making large quantities of desired DNA sequences. There are also vectors suitable for expression in cultured cells. In addition, there are vectors that are suitable for transfer and expression in cells in the complete animal or human body. The selection of an appropriate vector is well within the skill of the art. Many such vectors are commercially available. To prepare the construct, a partial or full length polynucleotide is inserted into the vector, typically by addition with a DNA ligase to a cleaved restriction enzyme site in the vector. Alternatively, the desired nucleotide sequence can be inserted by homologous recombination in vivo. Typically this is achieved by adding homologous regions on either side of the desired nucleotide sequence of the vector. The homologous region is added, for example, by ligation of oligonucleotides or by polymerase chain reaction using primers that contain both the homologous region and a portion of the desired nucleotide sequence.

適用の中でも、とりわけ本発明のタンパク質の合成において有益である発現カセットまたは発現系も提供される。発現のため、本発明のポリヌクレオチドによってコードされる遺伝子産物は、例えば細菌、酵母、昆虫、両生動物、および哺乳動物の系を含む任意の便利な発現系において発現される。適当なベクターおよび宿主細胞は、米国特許第5,654,173号に記載されている。発現ベクターにおいて、本発明のポリヌクレオチドは、所望の発現特性を得るため、適宜制御配列と連結される。これらの制御配列には、プロモーター(センス鎖の5'末端、またはアンチセンス鎖の3'末端に付加される)、エンハンサー、ターミネーター、オペレーター、リプレッサー、およびインデューサーが含まれ得る。プロモーターは、制御型または構成型であってもよい。いくつかの状況においては、組織特異的プロモーターまたは発達段階特異的プロモーターのような、条件活性プロモーターを使用することが望まれ得る。これらは、ベクターとの連結に関する前記の技術を使用して、所望のヌクレオチド配列に連結される。当技術分野において既知の任意の技術が使用され得る。換言すると、発現ベクターは、誘導可能であるか、または構成型であってもよい、転写および翻訳の開始領域(コード領域が、転写開始領域の転写調節下で機能可能に連結されている)、ならびに転写および翻訳の終結領域を提供するであろう。これらの調節領域は、本発明の核酸が得られる本発明の種に在来するものであってもよいし、または外因的な起源に由来してもよい。   Among applications, there are also provided expression cassettes or expression systems that are particularly beneficial in the synthesis of the proteins of the invention. For expression, the gene product encoded by the polynucleotide of the invention is expressed in any convenient expression system, including, for example, bacterial, yeast, insect, amphibian, and mammalian systems. Suitable vectors and host cells are described in US Pat. No. 5,654,173. In the expression vector, the polynucleotide of the present invention is appropriately linked to a control sequence in order to obtain desired expression characteristics. These control sequences can include promoters (added to the 5 ′ end of the sense strand or the 3 ′ end of the antisense strand), enhancers, terminators, operators, repressors, and inducers. The promoter may be regulated or constitutive. In some situations, it may be desirable to use a conditionally active promoter, such as a tissue specific promoter or a developmental stage specific promoter. These are ligated to the desired nucleotide sequence using the techniques described above for ligation with vectors. Any technique known in the art can be used. In other words, the expression vector is inducible or may be constitutive, a transcription and translation initiation region (the coding region is operably linked under transcriptional control of the transcription initiation region), As well as the termination region of transcription and translation. These regulatory regions may be native to the species of the invention from which the nucleic acids of the invention are obtained, or may be derived from exogenous sources.

発現ベクターは、一般に、異種タンパク質をコードする核酸配列の挿入を提供するため、プロモーター配列の近傍に位置する便利な制限部位を有している。発現宿主において機能する選択可能マーカーが存在してもよい。発現ベクターは、とりわけ前記の融合タンパク質の生産のために使用され得る。   Expression vectors generally have convenient restriction sites located near the promoter sequence to provide for the insertion of nucleic acid sequences encoding heterologous proteins. There may be selectable markers that function in the expression host. Expression vectors can be used inter alia for the production of said fusion protein.

転写開始領域、遺伝子またはその断片、および転写終結領域を含む発現カセットが調製され得る。特に関心対象であるのは、通常は少なくとも8アミノ酸長、より通常には少なくとも約15アミノ酸長〜約25アミノ酸長、最大で遺伝子の完全なオープン・リーディング・フレームの長さまでの、機能性のエピトープまたはドメインの発現を可能にする配列の使用である。DNAの導入の後、構築物を含有している細胞が選択可能なマーカーによって選択され、その細胞が増幅され、次いで発現のために使用され得る。   An expression cassette can be prepared that includes a transcription initiation region, gene or fragment thereof, and a transcription termination region. Of particular interest is a functional epitope, usually at least 8 amino acids long, more usually at least about 15 amino acids long to about 25 amino acids long, up to the length of the complete open reading frame of the gene. Or the use of sequences that allow the expression of the domain. After introduction of the DNA, the cells containing the construct can be selected with a selectable marker, the cells can be amplified and then used for expression.

前記の発現系は、発現の目的に依って、従来の方式に従い原核生物または真核生物を用いて利用され得る。タンパク質の大量生産のためには、大腸菌、枯草菌(B.subtilis)、出芽酵母(S.cerevisiae)のような単細胞生物、バキュロウイルス・ベクターと組み合わされた昆虫細胞、または脊椎動物のような高等生物の細胞、例えばCOS7細胞、HEK293、CHO、アフリカツメガエル(Xenopus)卵母細胞等が、発現宿主細胞として使用され得る。いくつかの状況においては、発現したタンパク質が、在来の折り畳みおよび翻訳後修飾の恩恵を得ると考えられる真核細胞において遺伝子を発現させることが望ましい。小さなペプチドは、実験室において合成することもできる。完全タンパク質配列のサブセットであるポリペプチドは、機能にとって重要なタンパク質の部分を同定し検討するために使用され得る。   The expression system can be utilized with prokaryotes or eukaryotes according to conventional methods, depending on the purpose of expression. For mass production of proteins, unicellular organisms such as E. coli, B. subtilis, S. cerevisiae, insect cells combined with baculovirus vectors, or higher such as vertebrates Biological cells such as COS7 cells, HEK293, CHO, Xenopus oocytes and the like can be used as expression host cells. In some situations, it is desirable for the expressed protein to express a gene in eukaryotic cells that would benefit from conventional folding and post-translational modifications. Small peptides can also be synthesized in the laboratory. Polypeptides that are a subset of the complete protein sequence can be used to identify and examine portions of the protein that are important for function.

関心対象の特定の発現系には、細菌、酵母、昆虫細胞、および哺乳動物細胞に由来する発現系が含まれる。これらの各カテゴリーからの代表的な系を、以下に挙げる。   Particular expression systems of interest include expression systems derived from bacteria, yeast, insect cells, and mammalian cells. Representative lines from each of these categories are listed below.

細菌
細菌における発現系には、Changら、Nature(1978)275:615;Goeddelら、Nature(1979)281:544;Goeddelら、Nucleic Acids Res.(1980)8:4057;欧州特許第0 036,776号;米国特許第4,551,433号;DeBoerら、Proc.Natl.Acad.Sci.(USA)(1983)80:21-25;およびSiebenlistら、Cell(1980)20:269に記載されたものが含まれる。
Bacteria Bacterial expression systems include Chang et al., Nature (1978) 275: 615; Goeddel et al., Nature (1979) 281: 544; Goeddel et al., Nucleic Acids Res. (1980) 8: 4057; European Patent No. 0 036,776. U.S. Pat. No. 4,551,433; DeBoer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) (1983) 80: 21-25; and Siebenlist et al., Cell (1980) 20: 269.

酵母
酵母における発現系には、Hinnenら、Proc.Natl.Acad.Sci.(USA)(1978)75:1929;Itoら、J.Bacteriol.(1983)153:163;Kurtzら、Mol.Cell.Biol.(1986)6:142;Kunzeら、J.Basic Microbiol.(1985)25:141;Gleesonら、J.Gen.Microbiol.(1986)132:3459;Roggenkampら、Mol.Gen.Genet.(1986)202:302;Dasら、J.Bacteriol.(1984)158:1165;De Louvencourtら、J.Bacteriol.(1983)154:737;Van den Bergら、Bio/Technology(1990)8:135;Kunzeら、J.Basic Microbiol.(1985)25:141;Creggら、Mol.Cell.Biol.(1985)5:3376;米国特許第4,837,148号および第4,929,555号;BeachおよびNurse、Nature(1981)300:706;Davidowら、Curr.Genet.(1985)10:380;Gaillardinら、Curr.Genet.(1985)10:49;Ballanceら、Biochem.Biophys.Res.Commun.(1983)112:284-289;Tilburnら、Gene(1983)26:205-221;Yeltonら、Proc.Natl.Acad.Sci.(USA)(1984)81:1470-1474;KellyおよびHynes、EMBO J.(1985)4:475479;欧州特許第0 244,234号;および国際公開公報第91/00357号に記載されたものが含まれる。
Yeast Expression systems in yeast include Hinnnen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) (1978) 75: 1929; Ito et al., J. Bacteriol. (1983) 153: 163; Kurtz et al., Mol. Cell. Biol. (1986) 6: 142; Kunze et al., J. Basic Microbiol. (1985) 25: 141; Gleeson et al., J. Gen. Microbiol. (1986) 132: 3459; Roggenkamp et al., Mol. Gen. Genet. 1986) 202: 302; Das et al., J. Bacteriol. (1984) 158: 1165; De Louvencourt et al., J. Bacteriol. (1983) 154: 737; Van den Berg et al., Bio / Technology (1990) 8: 135; Kunze et al., J. Basic Microbiol. (1985) 25: 141; Cregg et al., Mol. Cell. Biol. (1985) 5: 3376; US Pat. Nos. 4,837,148 and 4,929,555; Beach and Nurse, Nature (1981) 300 David et al., Curr. Genet. (1985) 10: 380; Gaillardin et al., Curr. Genet. (1985) 10:49; Ballance et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. (1983) 112: 284-289. Tilburn et al., Gene (1983) 26: 205-221; Yelton et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) (1984) 81: 1470-1474; Kelly and Hynes, EMBO J. (198 5) 4: 475479; European Patent No. 0 244,234; and WO 91/00357.

昆虫細胞
昆虫における異種遺伝子の発現は、米国特許第4,745,051号;The Molecular Biology Of Baculoviruses(1986)(W.Doerfler編)における、Friesenら、The Regulation of Baculovirus Gene Expression;欧州特許第0 127,839号;欧州特許第0 155,476号;およびVlakら、J.Gen.Virol.(1988)69:765-776;Millerら、Ann.Rev.Microbiol.(1988)42:177;Carbonellら、Gene(1988)73:409;Maedaら、Nature(1985)315:592-594;Lebacq-Verheydenら、Mol.Cell.Biol.(1988)8:3129;Smithら、Proc.Natl.Acad.Sci.(USA)(1985)82:8844;Miyajimaら、Gene(1987)58:273;およびMartinら、DNA(1988)7:99に記載されたようにして達成される。多数のバキュロウイルス株および異型、ならびに対応する許容性昆虫宿主細胞が、Luckowら、Bio/Technology(1988)6:47-55、Millerら、Generic Engineering(1986)8:277-279、およびMaedaら、Nature(1985)315:592-594に記載されている。
Insect cells Expression of heterologous genes in insects is described in US Patent No. 4,745,051; The Molecular Biology Of Baculoviruses (1986) (ed. By W. Doerfler), Friesen et al., The Regulation of Baculovirus Gene Expression; Patent 0 155,476; and Vlak et al., J. Gen. Virol. (1988) 69: 765-776; Miller et al., Ann. Rev. Microbiol. (1988) 42: 177; Carbonbone et al., Gene (1988) 73: Maeda et al., Nature (1985) 315: 592-594; Lebacq-Verheyden et al., Mol. Cell. Biol. (1988) 8: 3129; Smith et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) (1985) 82: 8844; Miyajima et al., Gene (1987) 58: 273; and Martin et al., DNA (1988) 7:99. Numerous baculovirus strains and variants, and the corresponding permissive insect host cells, are described by Luckow et al., Bio / Technology (1988) 6: 47-55, Miller et al., Generic Engineering (1986) 8: 277-279, and Maeda et al. Nature (1985) 315: 592-594.

哺乳動物細胞
哺乳動物発現は、Dijkemaら、EMBO J.(1985)4:761、Gormanら、Proc.Natl.Acad.Sci.(USA)(1982)79:6777、Boshartら、Cell(1985)41:521、および米国特許第4,399,216号に記載されたようにして達成される。哺乳動物発現のその他の特質は、HamおよびWallace,Meth.Enz.(1979)58:44、BarnesおよびSato、Anal.Biochem.(1980)102:255、米国特許第4,767,704号、第4,657,866号、第4,927,762号、第4,560,655号、国際公開公報第90/103430号、国際公開公報第87/00195号、米国再発行特許第30,985号に記載されたようにして促進される。
Mammalian cells Mammalian expression is described in Dijkema et al., EMBO J. (1985) 4: 761, Gorman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) (1982) 79: 6777, Boshart et al., Cell (1985) 41. : 521, and US Pat. No. 4,399,216. Other characteristics of mammalian expression include Ham and Wallace, Meth. Enz. (1979) 58:44, Barnes and Sato, Anal. Biochem. (1980) 102: 255, U.S. Pat. Nos. 4,767,704, 4,657,866, Promoted as described in 4,927,762, 4,560,655, WO 90/103430, WO 87/00195, US Reissue Patent 30,985.

上記の宿主細胞、またはその他の適切な宿主細胞もしくは宿主生物のいずれかが、本発明のポリヌクレオチドまたは核酸を複製、および/または発現させるために使用される場合、得られる複製した核酸、RNA、発現したタンパク質またはポリペプチドは、宿主細胞または宿主生物の産物として、本発明の範囲内に含まれる。産物は、当技術分野において既知の任意の適切な手段によって回収される。   When any of the above host cells, or any other suitable host cell or host organism, is used to replicate and / or express a polynucleotide or nucleic acid of the invention, the resulting replicated nucleic acid, RNA, An expressed protein or polypeptide is included within the scope of the present invention as a product of a host cell or host organism. The product is recovered by any suitable means known in the art.

本発明の核酸は、コードされるタンパク質の配列、コードされるタンパク質の蛍光特性を含むコードされるタンパク質の特性等において、標的とする変化を発生させるための、当技術分野において既知の様々な方式で変異させられ得る。そのように変異させたDNA配列またはタンパク質産物は、通常は、本明細書に提供される配列と実質的に類似していると考えられ、例えば、少なくとも1個のヌクレオチドまたはアミノ酸がそれぞれ異なると考えられ、少なくとも2個、しかし最高約10個のヌクレオチドまたはアミノ酸が異なっていてもよい。配列の変化は、置換、挿入、欠失、またはそれらの組み合わせであり得る。欠失には、ドメインまたはエクソンの欠失、例えば10aa残基、20aa残基、50aa残基、75aa残基、100aa残基、150aa残基、またはそれ以上の範囲の欠失のような、より大きな変化をさらに含み得る。クローニングされた遺伝子のインビトロ突然変異誘発のための技術は、既知である。部位特異的突然変異誘発のためのプロトコルの例は、Gustinら(1993)、Biotechniques 14:22;Barany(1985)、Gene 37:111-23;Colicelliら(1985)、Mol.Gen.Genet.199:537-9;およびPrentkiら(1984)、Gene 29:303-13に見出され得る。部位特異的突然変異誘発のための方法は、Sambrookら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、CSH Press 1989年、pp.15.3-15.108;Weinerら(1993)、Gene 126:35-41;Sayersら(1992)、Biotechniques 13:592-6;JonesおよびWinistorfer(1992)、Biotechniques 12:528-30;Bartonら(1990)、Nucleic Acids Res 18:7349-55;MarottiおよびTomich(1989)、Gene Anal.Tech.6:67-70;およびZhu(1989)、Anal Biochem 177:120-4に見出され得る。そのように変異させた核酸誘導体は、特定の色素/蛍光性タンパク質の構造−機能関係を研究するため、またはその機能もしくは制御に影響を与えるタンパク質の特性を改変するために使用され得る。   The nucleic acids of the present invention may be produced in various ways known in the art to generate targeted changes in the sequence of the encoded protein, the properties of the encoded protein including the fluorescent properties of the encoded protein, etc. Can be mutated. A DNA sequence or protein product so mutated is usually considered substantially similar to the sequences provided herein, e.g., at least one nucleotide or amino acid is considered to be different. At least 2, but up to about 10 nucleotides or amino acids may be different. The sequence changes can be substitutions, insertions, deletions, or combinations thereof. Deletions include more than domain or exon deletions, such as deletions ranging from 10aa, 20aa, 50aa, 75aa, 100aa, 150aa, or more It can further include large changes. Techniques for in vitro mutagenesis of cloned genes are known. Examples of protocols for site-directed mutagenesis are Gustin et al. (1993), Biotechniques 14:22; Barany (1985), Gene 37: 111-23; Colicelli et al. (1985), Mol. Gen. Genet. 199. : 537-9; and Prentki et al. (1984), Gene 29: 303-13. Methods for site-directed mutagenesis are described by Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, CSH Press 1989, pp. 15.3-15.108; Weiner et al. (1993), Gene 126: 35-41; Sayers et al. (1992). ), Biotechniques 13: 592-6; Jones and Winistorfer (1992), Biotechniques 12: 528-30; Barton et al. (1990), Nucleic Acids Res 18: 7349-55; Marotti and Tomich (1989), Gene Anal. Tech. 6: 67-70; and Zhu (1989), Anal Biochem 177: 120-4. Nucleic acid derivatives so mutated can be used to study the structure-function relationship of a particular dye / fluorescent protein, or to alter the properties of a protein that affect its function or control.

本発明の核酸のヒト化型も、関心対象である。本明細書において使用されるように、「ヒト化」という用語は、ヒト細胞におけるタンパク質の発現のためのコドンを最適化するために、核酸配列に対してなされる変化をさす(Yangら、Nucleic Acids Research 24 (1996),4592-4593)。タンパク質のヒト化を記載している米国特許第5,795,737号(その開示は参照として本明細書に組み込まれる)も、参照されたい。   Humanized forms of the nucleic acids of the invention are also of interest. As used herein, the term “humanization” refers to changes made to nucleic acid sequences to optimize codons for expression of proteins in human cells (Yang et al., Nucleic Acids Research 24 (1996), 4592-4593). See also US Pat. No. 5,795,737, which describes the humanization of proteins, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

タンパク質/ポリペプチド組成物
本発明の核酸によりコードされる非凝集性の色素タンパク質および/または蛍光性タンパク質ならびにそれらの変異体、そしてそれらに関連するポリペプチド組成物も、本発明によって提供される。本明細書に使用されるように、ポリペプチド組成物という用語は、完全長タンパク質、およびそれらの一部または断片の両方をさす。この用語には、後に一層詳細に記載される、天然に存在するタンパク質と相同であるかまたは実質的に類似している、天然に存在するタンパク質の変形物、および天然に存在するタンパク質の変異体も含まれる。
Protein / polypeptide compositions Non-aggregating chromoproteins and / or fluorescent proteins encoded by the nucleic acids of the invention and variants thereof, and related polypeptide compositions are also provided by the invention. As used herein, the term polypeptide composition refers to both full-length proteins and parts or fragments thereof. This term includes variants of naturally-occurring proteins, and variants of naturally-occurring proteins that are homologous or substantially similar to naturally-occurring proteins, described in more detail later. Is also included.

多くの態様において、本発明のタンパク質は、約300nm〜700nm、通常は約350nm〜650nm、より通常には約400nm〜600nmの範囲の吸光極大を有している。本発明のタンパク質が蛍光性タンパク質である場合、即ち、ある波長の光により励起された後、別の波長で光を放射することができる場合、本発明のタンパク質の放射スペクトルは、典型的には約400nm〜800nm、通常は約425nm〜775nm、より通常には約450nm〜750nmの範囲である一方、本発明のタンパク質の励起スペクトルは、典型的には約300nm〜700nm、通常は約350nm〜650nm、より通常には約400nm〜600nmの範囲である。本発明のタンパク質は、一般に約10,000〜50,000、通常は約15,000〜45,000の範囲の極大吸光係数を有している。本発明のタンパク質は、典型的には、約150〜300アミノ酸残基長、一般的には約200〜300アミノ酸残基長であり、一般には、約15kDa〜35kDa、通常は約17.5kDa〜32.5 kDaの範囲の分子量を有している。   In many embodiments, the proteins of the invention have an absorption maximum in the range of about 300 nm to 700 nm, usually about 350 nm to 650 nm, more usually about 400 nm to 600 nm. When the protein of the present invention is a fluorescent protein, i.e., when excited by light of one wavelength and then can emit light at another wavelength, the emission spectrum of the protein of the present invention is typically While the range of about 400 nm to 800 nm, usually about 425 nm to 775 nm, and more usually about 450 nm to 750 nm, the excitation spectrum of the proteins of the invention is typically about 300 nm to 700 nm, usually about 350 nm to 650 nm. More usually in the range of about 400 nm to 600 nm. The proteins of the invention generally have a maximum extinction coefficient in the range of about 10,000 to 50,000, usually about 15,000 to 45,000. The proteins of the present invention are typically about 150-300 amino acid residues long, generally about 200-300 amino acid residues long, generally about 15 kDa-35 kDa, usually about 17.5 kDa-32.5 It has a molecular weight in the range of kDa.

ある種の態様において、本発明のタンパク質は明るい(明るいとは、通常の方法(例えば、視覚的スクリーニング、分光測光法、分光蛍光分析、蛍光顕微鏡検、FACS機等)により、色素タンパク質およびそれらの蛍光性変異体が検出され得ることを意味する)。特定の蛍光性タンパク質の蛍光輝度は、極大吸光係数を掛けた量子収量により決定される。色素タンパク質の輝度は、その極大吸光係数によって表され得る。   In certain embodiments, the proteins of the present invention are bright (bright means that chromoproteins and their proteins are obtained by conventional methods (eg visual screening, spectrophotometry, spectrofluorimetry, fluorescence microscopy, FACS machine, etc.). Meaning that fluorescent variants can be detected). The fluorescence intensity of a particular fluorescent protein is determined by the quantum yield multiplied by the maximum extinction coefficient. The brightness of a chromoprotein can be represented by its maximum extinction coefficient.

ある種の態様において、本発明のタンパク質は、宿主細胞における発現の後、迅速に折り畳まれる。迅速な折り畳みとは、タンパク質が、色素性または蛍光性を生じる三次構造に短時間で達することを意味する。これらの態様において、タンパク質は、一般に約3日を超えない期間、通常は約2日を超えない期間、より通常には約1日を超えない期間に折り畳まれる。   In certain embodiments, the proteins of the invention are rapidly folded after expression in a host cell. Rapid folding means that the protein quickly reaches a tertiary structure that produces pigmentary or fluorescent properties. In these embodiments, the protein is generally folded for a period not exceeding about 3 days, usually not exceeding about 2 days, more usually not exceeding about 1 day.

関心対象の特定のタンパク質は、以下の特定の花虫綱種:アネモニア・マジャノ(Anemonia majano)、クラブラリア(Clavularia)種、ゾアンツス(Zoanthus)種、ゾアンツス(Zoanthus)種、ディスコソマ・ストリアタ(Discosoma striata)、ディスコソマ(Discosoma)種「赤色」、アネモニア・スルカタ(Anemonia sulcata)、ディスコソマ(Discosoma)種「緑色」、ディスコソマ(Discosoma)種「マゼンタ」に由来する色素/蛍光タンパク質(およびそれらの変異体)の非凝集性の変異ポリペプチドまたは異型である。関心対象の特定の非凝集性蛍光性ポリペプチドには、FP1-NA;FP3-NA;FP4-NA;FP6-NA;E5-NA;6/9Q-NA;7A-NA等が含まれるが、これらに制限はされない。   The specific proteins of interest are the following specific protozoan species: Anemonia majano, Clavularia species, Zoanthus species, Zoanthus species, Discosoma striata ), Discosoma sp. "Red", Anemonia sulcata, Discosoma sp. "Green", Discosoma sp. "Magenta" pigments / fluorescent proteins (and their variants) Non-aggregating mutant polypeptide or variant. Specific non-aggregating fluorescent polypeptides of interest include FP1-NA; FP3-NA; FP4-NA; FP6-NA; E5-NA; 6 / 9Q-NA; 7A-NA, etc. These are not limited.

前記で提供される特定の非凝集性ポリペプチドのアミノ酸配列と配列が異なる、相同体またはタンパク質(またはそれらの断片)も提供される。相同体とは、D.G.HigginsおよびP.M.Sharp、「Fast and Sensitive multiple Sequence Alignments on a Microcomputer」(1989)CABIOS、5:151-153に記載されているDNAstar(1998)クラスタル・アルゴリズムであるMegAlign(使用されるパラメータは、ktuple 1、ギャップ・ペナルティ(gap penalty)3、ウィンドウ(window)5、および保存対角(diagonals saved)5である)を使用して決定されるように、本発明のタンパク質と少なくとも約10%、通常は少なくとも約20%、より通常には少なくとも約30%、そして多くの態様においては少なくとも約35%、通常には少なくとも約40%、より通常には少なくとも約60%の、アミノ酸配列同一性を有するタンパク質を意味する。多くの態様において、関心対象の相同体は、はるかに高い配列同一性、例えば65%、70%、75%、80%、85%、90%、またはそれ以上を有する。   Also provided are homologues or proteins (or fragments thereof) that differ in sequence from the amino acid sequence of a particular non-aggregating polypeptide provided above. Homologues are DGHiggins and PMSharp, “Fast and Sensitive multiple Sequence Alignments on a Microcomputer” (1989) CABIOS, 5: 151-153 DNAstar (1998) clustered algorithm MegAlign (used Are determined using ktuple 1, gap penalty 3, window 5, and diagonals saved 5) and at least About 10%, usually at least about 20%, more usually at least about 30%, and in many embodiments at least about 35%, usually at least about 40%, more usually at least about 60% amino acids It means a protein having sequence identity. In many embodiments, the homologue of interest has a much higher sequence identity, eg, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, or more.

前記で提供される特定のタンパク質の配列と実質的に同一のタンパク質も提供される(実質的に同一とは、タンパク質が、上記で提供される特定のタンパク質のうちの一つと少なくとも約60%、通常は少なくとも約65%、より通常には少なくとも約70%のアミノ酸配列同一性を有することを意味し、いくつかの例において、同一性ははるかに高く、例えば75%、80%、85%、90%、95%、またはそれ以上であり得る)。   Also provided is a protein that is substantially identical to the sequence of the specific protein provided above (substantially identical means that the protein is at least about 60% of one of the specific proteins provided above, Usually means having an amino acid sequence identity of at least about 65%, more usually at least about 70%, and in some instances the identity is much higher, eg, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, or more).

多くの態様において、本発明の相同体は、β-can折り畳みを含む、前記で提供される特定の配列に見出される構造的特質を有している。   In many embodiments, homologues of the present invention have structural features found in the specific sequences provided above, including β-can folding.

上記で具体的に記載されたタンパク質の変異体であるタンパク質も提供される。変異体は、野生型の(例えば、天然に存在する)タンパク質の生物学的特性を保持するか、または野生型のタンパク質と異なる生物学的特性を有してもよい。本発明のタンパク質の「生物学的特性」という用語には、吸光極大、放射極大、極大吸光係数、輝度(例えば、野生型タンパク質またはA.ビクトリア(victoria)由来の緑色蛍光タンパク質のような別の参照タンパク質と比較したもの)等のようなスペクトル特性;インビボおよび/またはインビトロの安定性(例えば、半減期)等が含まれるが、これらに制限はされない。変異体は、単一のアミノ酸変化、1個または複数のアミノ酸の欠失、N末端短縮、C末端短縮、挿入等を含む。   Also provided are proteins that are variants of the proteins specifically described above. A variant may retain the biological properties of a wild-type (eg, naturally occurring) protein or may have biological properties that are different from those of a wild-type protein. The term “biological property” of a protein of the invention includes extinction maxima, emission maxima, max extinction coefficient, brightness (eg wild type protein or another fluorescent protein such as green fluorescent protein from A. victoria). Spectral characteristics such as compared to a reference protein); in vivo and / or in vitro stability (eg, half-life), etc., but are not limited thereto. Variants include single amino acid changes, deletion of one or more amino acids, N-terminal truncations, C-terminal truncations, insertions, and the like.

変異体は、分子生物学の標準的な技術、例えば無作為突然変異誘発および標的突然変異誘発を使用して生成され得る。いくつかの変異体は、本明細書に記載されている。実施例に案内が提供されることを考慮すると、標準的な技術を使用して、当業者は極めて多様な追加の変異体を容易に製造し、生物学的特性が改変されているか否かを試験することができる。例えば、蛍光強度は、様々な励起波長で分光測光器を使用して測定され得る。   Variants can be generated using standard techniques of molecular biology, such as random mutagenesis and targeted mutagenesis. Several variants are described herein. Given that guidance is provided in the examples, using standard techniques, one of skill in the art can readily produce a wide variety of additional variants to determine whether the biological properties have been altered. Can be tested. For example, fluorescence intensity can be measured using a spectrophotometer at various excitation wavelengths.

上記で具体的に提供されたタンパク質の変異体も提供される。一般に、そのようなポリペプチドは、完全長タンパク質、ならびにその断片、特に生物学的に活性な断片および/または機能ドメインに対応する断片等を含み;本発明のポリペプチドの、その他のタンパク質またはその一部との融合体を含む、本発明の野生型タンパク質をコードする遺伝子のオープン・リーディング・フレーム(ORF)によってコードされるアミノ酸配列を含む。関心対象の断片は、典型的には少なくとも約10aa長、通常は少なくとも約50aa長であると考えられ、300aa長またはそれ以上であってもよいが、通常は約1000aa長は超えないと考えられる。ここで、断片は、少なくとも約10aa長、通常は少なくとも15aa長、多くの態様においては少なくとも50aa長の本発明のタンパク質と同一のアミノ酸範囲を有するであろう。いくつかの態様において、本発明のポリペプチドは、約25aa長、約50aa長、約75aa長、約100aa長、約125aa長、約150aa長、約200aa長、約210aa長、約220aa長、約230aa長、または約240aa長であり、最大でタンパク質全体である。いくつかの態様において、タンパク質断片は、野生型タンパク質の生物学的特性の全部、または実質的に全部を保持している。   Also provided are variants of the proteins specifically provided above. In general, such polypeptides include full-length proteins, as well as fragments thereof, in particular fragments corresponding to biologically active fragments and / or functional domains; other proteins of the polypeptides of the invention or their It includes the amino acid sequence encoded by the open reading frame (ORF) of the gene encoding the wild type protein of the present invention, including a fusion with a portion. Fragments of interest are typically considered to be at least about 10 aa long, usually at least about 50 aa long, may be 300 aa or longer, but are generally considered not to exceed about 1000 aa . Here, the fragment will have the same amino acid range as a protein of the invention that is at least about 10 aa long, usually at least 15 aa long, and in many embodiments at least 50 aa long. In some embodiments, a polypeptide of the invention has a length of about 25aa, about 50aa, about 75aa, about 100aa, about 125aa, about 150aa, about 200aa, about 210aa, about 220aa, about It is 230aa long, or about 240aa long and up to the entire protein. In some embodiments, the protein fragment retains all or substantially all of the biological properties of the wild-type protein.

本発明のタンパク質およびポリペプチドは、任意の便利なプロトコルを使用して、例えば前記のように、適当な宿主において関心対象のタンパク質をコードする組換え遺伝子または核酸のコード配列を発現させることにより、合成的に作製され得る。任意の便利なタンパク質精製手法を利用してもよく、適当なタンパク質精製方法論は、Guide to Protein Purification、(Deuthser編)(Academic Press、1990)に記載されている。例えば、最初の起源から溶解物を調製し、HPLC、排除クロマトグラフィー、ゲル電気泳動、アフィニティ・クロマトグラフィー等を使用して精製することができる。   The proteins and polypeptides of the present invention can be expressed using any convenient protocol, for example, as described above, by expressing the recombinant gene or nucleic acid coding sequence encoding the protein of interest in a suitable host, as described above. It can be made synthetically. Any convenient protein purification technique may be utilized, and suitable protein purification methodologies are described in Guide to Protein Purification, (Deuthser ed.) (Academic Press, 1990). For example, lysates can be prepared from the original source and purified using HPLC, exclusion chromatography, gel electrophoresis, affinity chromatography, and the like.

抗体組成物
本発明の非凝集性蛍光性タンパク質に特異的に結合する抗体も提供される。適当な抗体は、本発明のタンパク質の全部または一部を含むペプチドで宿主動物を免疫化することにより得られる。適当な宿主動物には、マウス、ラット、ヒツジ、ヤギ、ハムスター、ウサギ等が含まれる。免疫原には、完全なタンパク質、またはその断片および誘導体が含まれ得る。
Antibody Compositions Antibodies that specifically bind to the non-aggregating fluorescent protein of the present invention are also provided. Suitable antibodies can be obtained by immunizing a host animal with a peptide comprising all or part of the protein of the present invention. Suitable host animals include mice, rats, sheep, goats, hamsters, rabbits and the like. The immunogen can include the complete protein, or fragments and derivatives thereof.

ポリクローナル抗体の調製のための第一段階は、約1%未満の汚染物質を含む、好ましくは実質的に純粋な形態で存在すると考えられる標的タンパク質による、宿主動物の免疫化である。免疫原には、完全な標的タンパク質、その断片または誘導体が含まれ得る。宿主動物の免疫応答を増加させるため、標的タンパク質は、アジュバントと組み合わせられてもよく、適当なアジュバントには、ミョウバン、デキストラン、硫酸塩、高分子重合体陰イオン、油水乳剤、例えばフロイントのアジュバント、フロイントの完全アジュバント等が含まれる。標的タンパク質は、合成担体タンパク質または合成抗原に抱合させられてもよい。多様な宿主が、ポリクローナル抗体を作製するために免疫化され得る。そのような宿主には、ウサギ、モルモット、げっ歯動物、例えばマウス、ラット、ヒツジ、ヤギ等が含まれる。標的タンパク質は、通常は皮内に初回用量を投与された後、1回または複数回、通常は少なくとも2回の付加的な追加用量を投与される。免疫化の後、宿主から血液が収集され、続いて血球から血清の分離が行われる。得られた抗血清の中に存在するIgは、アンモニウム塩分画、DEAEクロマトグラフィー等のような既知の方法を使用してさらに分画され得る。 The first step for the preparation of polyclonal antibodies is the immunization of the host animal with the target protein, preferably considered to be present in substantially pure form, containing less than about 1% of contaminants. The immunogen can include the complete target protein, fragments or derivatives thereof. In order to increase the host animal's immune response, the target protein may be combined with an adjuvant, which includes an alum, dextran, sulfate, a polymeric anion, an oil-water emulsion such as Freund's adjuvant, Freund's complete adjuvant and the like are included. The target protein may be conjugated to a synthetic carrier protein or a synthetic antigen. A variety of hosts can be immunized to produce polyclonal antibodies. Such hosts include rabbits, guinea pigs, rodents such as mice, rats, sheep, goats and the like. The target protein is usually administered an initial dose intradermally, followed by one or more additional doses, usually at least two. After immunization, blood is collected from the host, followed by separation of serum from the blood cells. Ig present in the resulting antiserum can be further fractionated using known methods such as ammonium salt fractionation, DEAE chromatography and the like.

モノクローナル抗体は、従来の技術によって作製される。一般に、免疫化された宿主動物の脾臓および/またはリンパ節が、プラズマ細胞の起源を提供する。プラズマ細胞は、ハイブリドーマ細胞を作製するため、骨髄腫細胞との融合によって不死化される。産生される抗体が所望の特異性を有することを確認するため、個々のハイブリドーマに由来する培養上清が、標準的な技術を使用してスクリーニングされる。ヒト・タンパク質に対するモノクローナル抗体の作製に適した動物には、マウス、ラット、ハムスター等が含まれる。マウス・タンパク質に対する抗体を生成させるための動物には、一般に、ハムスター、モルモット、ウサギ等が考えられる。抗体は、従来の技術、例えば不溶性支持体、プロテインAセファロース等と結合したタンパク質を使用したアフィニティ・クロマトグラフィーによって、ハイブリドーマ細胞上清または腹水より精製され得る。   Monoclonal antibodies are produced by conventional techniques. In general, the spleen and / or lymph nodes of the immunized host animal provide the origin of the plasma cells. Plasma cells are immortalized by fusion with myeloma cells to produce hybridoma cells. To confirm that the antibodies produced have the desired specificity, culture supernatants from individual hybridomas are screened using standard techniques. Animals suitable for the production of monoclonal antibodies against human proteins include mice, rats, hamsters and the like. In general, hamsters, guinea pigs, rabbits and the like can be considered as animals for producing antibodies against mouse proteins. Antibodies can be purified from hybridoma cell supernatants or ascites by conventional techniques, such as affinity chromatography using proteins coupled to insoluble supports, protein A sepharose, and the like.

抗体は、通常の多量体構造ではなく、単鎖として作製されてもよい。単鎖抗体は、Jostら(1994)J.B.C.269:26267-73、およびその他に記載されている。重鎖の可変領域および軽鎖の可変領域をコードするDNA配列が、グリシンおよび/またはセリンを含む、小さな中性アミノ酸を少なくとも約4アミノ酸コードするスペーサーへ連結される。この融合体によってコードされるタンパク質は、元の抗体の特異性および親和性を保持する機能性可変領域の組み立てを可能にする。   An antibody may be produced as a single chain rather than a normal multimeric structure. Single chain antibodies are described in Jost et al. (1994) J.B.C.269: 26267-73, and others. DNA sequences encoding the variable region of the heavy chain and the variable region of the light chain are linked to a spacer encoding at least about 4 amino acids of small neutral amino acids, including glycine and / or serine. The protein encoded by this fusion allows assembly of a functional variable region that retains the specificity and affinity of the original antibody.

ある種の態様において、ヒト化抗体も関心対象である。抗体をヒト化する方法は、当技術分野において既知である。ヒト化抗体は、遺伝子導入したヒト免疫グロブリン定常領域遺伝子を有する動物の産物であり得る(例えば、国際特許出願、国際公開公報第90/10077号および第90/04036号を参照のこと)。または、関心対象の抗体を組替えDNA技術によって設計して、CH1、CH2、CH3、ヒンジ・ドメイン、および/またはフレームワーク・ドメインを、対応するヒトの配列に置換してもよい(国際公開公報第92/02190号を参照のこと)。   In certain embodiments, humanized antibodies are also of interest. Methods for humanizing antibodies are known in the art. A humanized antibody can be the product of an animal having a transgenic human immunoglobulin constant region gene (see, eg, International Patent Applications, WO 90/10077 and 90/04036). Alternatively, the antibody of interest may be designed by recombinant DNA technology to replace the CH1, CH2, CH3, hinge domain, and / or framework domain with the corresponding human sequence (WO (See 92/02190).

キメラ免疫グロブリン遺伝子の構築のためのIg cDNAの使用は、当技術分野において既知である(Liuら(1987)P.N.A.S.84:3439および(1987)J.Immunol.139:3521)。mRNAが、抗体を産生するハイブリドーマまたはその他の細胞から単離され、cDNAを作製するために使用される。関心対象のcDNAは、特異的プライマーを使用したポリメラーゼ連鎖反応によって増幅され得る(米国特許第4,683,195号および第4,683,202号)。または、ライブラリーが作成され、関心対象の配列を単離するためにスクリーニングされる。抗体の可変領域をコードするDNA配列は、次いで、ヒト定常領域配列と融合させられる。ヒト定常領域遺伝子の配列は、Kabatら(1991)Sequences of Proteins of Immunological Interest、N.I.H.刊行物第91-3242号に見出すことができる。ヒトC領域遺伝子は、既知のクローンより容易に入手可能である。アイソタイプの選択は、補体結合、または抗体依存性細胞毒性における活性のような所望のエフェクター機能によって導かれると考えられる。好ましいアイソタイプは、IgG1、IgG3、およびIgG4である。ヒト軽鎖定常領域であるκまたはλのいずれかが使用され得る。次いで、キメラ・ヒト化抗体が、従来の方法によって発現させられる。   The use of Ig cDNA for the construction of chimeric immunoglobulin genes is known in the art (Liu et al. (1987) P.N.A.S.84: 3439 and (1987) J. Immunol. 139: 3521). mRNA is isolated from antibody-producing hybridomas or other cells and used to generate cDNA. The cDNA of interest can be amplified by polymerase chain reaction using specific primers (US Pat. Nos. 4,683,195 and 4,683,202). Alternatively, a library is created and screened to isolate the sequence of interest. The DNA sequence encoding the variable region of the antibody is then fused to a human constant region sequence. The sequence of the human constant region gene can be found in Kabat et al. (1991) Sequences of Proteins of Immunological Interest, N.I.H. Publication 91-3242. The human C region gene is readily available from known clones. The choice of isotype is thought to be driven by the desired effector function such as complement binding or activity in antibody-dependent cytotoxicity. Preferred isotypes are IgG1, IgG3, and IgG4. Either the human light chain constant region, kappa or lambda, can be used. The chimeric humanized antibody is then expressed by conventional methods.

Fv、F(ab')2、およびFabのような抗体断片は、完全なタンパク質の切断によって、例えばプロテアーゼまたは化学的切断によって調製され得る。または、切断型遺伝子が設計される。例えば、F(ab')2断片の一部をコードするキメラ遺伝子は、H鎖のCH1ドメインおよびヒンジ・ドメインをコードするDNA配列の後に、切断型分子を生じるための翻訳終止コドンを含むと考えられる。 Antibody fragments such as Fv, F (ab ′) 2 and Fab can be prepared by complete protein cleavage, for example by protease or chemical cleavage. Alternatively, a truncated gene is designed. For example, a chimeric gene encoding a portion of the F (ab ') 2 fragment may contain a translation stop codon to generate a truncated molecule after the DNA sequence encoding the CH1 and hinge domains of the heavy chain. It is done.

後に続くV領域セグメントのヒトC領域セグメントへの連結のために、有用な制限部位をJ領域へ導入するためのプライマーとして使用するためのオリゴヌクレオチドを設計するために、HおよびLのJ領域のコンセンサス配列が使用され得る。C領域cDNAは、ヒト配列内の類似の位置に制限部位を置くための、部位特異的突然変異誘発により改変され得る。   In order to design oligonucleotides for use as primers to introduce useful restriction sites into the J region for subsequent linking of the V region segment to the human C region segment, A consensus sequence can be used. C region cDNA can be modified by site-directed mutagenesis to place a restriction site at a similar position in the human sequence.

発現ベクターには、プラスミド、レトロウイルス、YAC、EBV由来エピソーム等が含まれる。便利なベクターは、任意のVHまたはVL配列が容易に挿入され、かつ発現させられるよう設計された適切な制限部位を有する、機能的に完全なヒトCHまたはCL免疫グロブリン配列をコードするものである。そのようなベクターにおいては、スプライシングが、通常は、挿入されたJ領域内のスプライス供与部位と、ヒトC領域の前に位置するスプライス受容部位との間に起こり、そしてヒトCHエクソン内に存在するスプライス領域においても起こる。ポリアデニル化および転写終結は、コード領域の下流の在来の染色体部位において起こる。得られたキメラ抗体は、レトロウイルスLTR、例えばSV-40初期プロモーター(Okayamaら(1983) Mol.Cell.Bio.3:280)、ラウス肉腫ウィルスLTR(Gormanら(1982)P.N.A.S.79:6777)、およびモロニーマウス白血病ウィルスLTR(Grosschedlら(1985) Cell 41:885);在来のIgプロモーター等を含む、任意の強力なプロモーターに接続され得る。   Expression vectors include plasmids, retroviruses, YACs, EBV-derived episomes, and the like. Convenient vectors are those that encode a functionally complete human CH or CL immunoglobulin sequence with appropriate restriction sites designed to allow any VH or VL sequence to be easily inserted and expressed. . In such vectors, splicing usually occurs between the splice donor site in the inserted J region and the splice acceptor site located in front of the human C region and is present in the human CH exon. It also occurs in the splice region. Polyadenylation and transcription termination occur at native chromosomal sites downstream of the coding region. The resulting chimeric antibodies are retroviral LTRs such as the SV-40 early promoter (Okayama et al. (1983) Mol. Cell. Bio. 3: 280), Rous sarcoma virus LTR (Gorman et al. (1982) PNAS 79: 6777), And Moloney murine leukemia virus LTR (Grosschedl et al. (1985) Cell 41: 885); can be connected to any strong promoter, including the native Ig promoter and the like.

トランスジェニック
本発明の核酸は、トランスジェニック非ヒト植物もしくは動物、または細胞株における部位特異的遺伝子改変を生じるために使用され得る。本発明のトランスジェニック細胞は、導入遺伝子として存在する本発明による核酸を1個または複数含んでいる(この定義には、導入遺伝子を含むよう形質転換された親細胞およびそれらの子孫が含まれる)。多くの態様において、トランスジェニック細胞は、本発明に係る核酸を通常は保有または含有していない細胞である。トランスジェニック細胞が本発明の核酸を天然に含有している態様においては、その核酸は、細胞内の天然の位置ではない位置に存在すると考えられ、即ち細胞のゲノム物質内に非天然の位置で組み込まれているであろう。内因性遺伝子座を改変したトランスジェニック動物は、相同的組み換えを介して作製され得る。または、核酸構築物は、ゲノム内へ無作為に組み込まれる。安定的な組み込みのためのベクターには、プラスミド、レトロウイルスおよびその他の動物ウイルス、YAC等が含まれる。
Transgenic The nucleic acids of the invention can be used to generate site-specific genetic modifications in transgenic non-human plants or animals, or cell lines. The transgenic cells of the invention contain one or more nucleic acids according to the invention present as transgenes (this definition includes parental cells transformed to contain the transgene and their progeny) . In many embodiments, a transgenic cell is a cell that does not normally carry or contain a nucleic acid according to the present invention. In embodiments where the transgenic cell naturally contains a nucleic acid of the invention, the nucleic acid will be present in a non-natural location within the cell, i.e., at a non-natural location within the cell's genomic material. Will be incorporated. Transgenic animals with altered endogenous loci can be generated via homologous recombination. Alternatively, the nucleic acid construct is randomly integrated into the genome. Vectors for stable integration include plasmids, retroviruses and other animal viruses, YACs and the like.

本発明のトランスジェニック生物には、内因性遺伝子の発現が、排除されない場合には少なくとも減少している、内因性ノックアウトである細胞および多細胞生物、例えば植物および動物が含まれる。関心対象のトランスジェニック生物には、タンパク質またはその異型が、それが通常発現しない細胞または組織において発現しており、かつ/またはそのような細胞または組織において通常は存在しないレベルで発現している、細胞および多細胞生物、例えば植物および動物も含まれる。   Transgenic organisms of the invention include cells and multicellular organisms that are endogenous knockouts, such as plants and animals, in which expression of the endogenous gene is at least reduced if not eliminated. In the transgenic organism of interest, the protein or variant thereof is expressed in a cell or tissue where it is not normally expressed and / or expressed at a level not normally present in such a cell or tissue, Also included are cells and multicellular organisms such as plants and animals.

相同的組替えのためのDNA構築物は、所望の(1個以上の)遺伝学的改変を有しており、標的遺伝子座と相同な領域を含む、本発明の遺伝子の少なくとも一部を含むと考えられる。無作為組み込みのためのDNA構築物には、組み換えを媒介するための相同領域が含まれている必要はない。都合のよいことには、ポジティブ選択およびネガティブ選択のためのマーカーが含まれる。相同的組替えを介して標的遺伝子を改変した細胞を産生するための方法は、当技術分野において既知である。哺乳動物細胞をトランスフェクトするための様々な技術については、Keownら(1990)、Meth.Enzymol.185:527-537を参照のこと。   A DNA construct for homologous recombination has the desired (one or more) genetic modifications and is believed to contain at least a portion of the gene of the invention, including a region homologous to the target locus. It is done. A DNA construct for random integration need not contain a homologous region to mediate recombination. Conveniently includes markers for positive selection and negative selection. Methods for producing cells with altered target genes via homologous recombination are known in the art. See Keown et al. (1990), Meth. Enzymol. 185: 527-537 for various techniques for transfecting mammalian cells.

胚性幹(ES)細胞については、ES細胞株が使用されてもよいし、または胚細胞が、例えばマウス、ラット、モルモット等の宿主から新鮮に得られてもよい。そのような細胞は、適切な繊維芽細胞フィーダー層の上で増殖させられるか、または白血病阻止因子(LIF)の存在下で増殖させられる。ESまたは胚細胞が形質転換された場合、それらはトランスジェニック動物を作製するために使用され得る。形質転換の後、細胞は、適切な培地中でフィーダー層上に播かれる。構築物を含有している細胞は、選択培地を利用することにより検出され得る。コロニーが増殖するのに十分な時間の後、それらは選び取られ、構築物の相同的組み換えまたは組み込みの発生に関して分析される。次いで、陽性であるコロニーが、胚操作および胚盤胞注入のために使用され得る。胚盤胞は、4〜6週齢の過排卵雌より得られる。ES細胞がトリプシン処理され、改変した細胞が胚盤胞の胞胚腔へと注入される。注入の後、胚盤胞が偽妊娠雌の各子宮角に戻される。次いで、雌を満期に到達させ、得られた子孫を構築物に関してスクリーニングする。発現型の異なる胚盤胞および遺伝学的に改変した細胞を提供することにより、キメラ子孫は容易に検出され得る。 For embryonic stem (ES) cells, ES cell lines may be used, or embryonic cells may be obtained fresh from a host, such as a mouse, rat, guinea pig or the like. Such cells are grown on a suitable fibroblast feeder layer or grown in the presence of leukemia inhibitory factor (LIF). If ES or embryonic cells are transformed, they can be used to create transgenic animals. After transformation, the cells are seeded on the feeder layer in an appropriate medium. Cells containing the construct can be detected by utilizing a selective medium. After sufficient time for the colonies to grow, they are picked and analyzed for the occurrence of homologous recombination or integration of the construct. Those colonies that are positive can then be used for embryo manipulation and blastocyst injection. Blastocysts are obtained from 4-6 week old superovulated females. ES cells are trypsinized and the modified cells are injected into the blastocoel of the blastocyst. After injection, the blastocyst is returned to each uterine horn of the pseudopregnant female. The females are then allowed to reach maturity and the resulting offspring are screened for the construct. By providing blastocysts of different expression types and genetically modified cells, chimeric progeny can be easily detected.

キメラ動物は、改変遺伝子の存在に関してスクリーニングされ、改変を有している雄および雌がホモ接合性子孫を作製するために交配される。遺伝子改変が、発達中のある時点で致死を引き起こす場合には、組織または器官が、同種異系もしくは類遺伝子性の移植片もしくは移植物として、またはインビトロ培養物中に維持され得る。トランスジェニック動物は、実験動物、家畜等の任意の非ヒト哺乳類であり得る。トランスジェニック動物は、機能研究、薬物スクリーニング等において使用され得る。トランスジェニック動物の使用の代表的な例には、下記のものが含まれる。   Chimeric animals are screened for the presence of the modified gene and males and females having the modification are mated to produce homozygous offspring. If the genetic modification causes lethality at some point during development, the tissue or organ can be maintained as an allogeneic or allogenic graft or transplant, or in in vitro culture. The transgenic animal can be any non-human mammal such as a laboratory animal, domestic animal. Transgenic animals can be used in functional studies, drug screening, and the like. Representative examples of the use of transgenic animals include:

トランスジェニック植物は、類似の様式で作製され得る。トランスジェニック植物細胞およびトランスジェニック植物体を調製する方法は、米国特許第5,767,367号;第5,750,870号;第5,739,409号;第5,689,049号;第5,689,045号;第5,674,731号;第5,656,466号;第5,633,155号;第5,629,470号;第5,595,896号;第5,576,198号;第5,538,879号;第5,484,956号(これらの開示は本明細書に参照として組み込まれる)に記載されている。トランスジェニック植物体を作製する方法は、Plant Biochemistry and Molecular Biology(LeaおよびLeegood編、John Wiley&Sons)(1993)pp.275-295にも概説されている。簡潔には、植物種の性質に依って適当な植物細胞または組織が収穫される。そのため、ある種の例においては、プロトプラストが単離されると考えられ、そのようなプロトプラストは多様な異なる植物組織、例えば葉、胚軸、根等より単離され得る。プロトプラスト単離のためには、収穫された細胞が、細胞壁を除去するためセルラーゼの存在下でインキュベートされる(ここで、正確なインキュベーション条件は、細胞の由来した植物および/または組織の型に依って変動する)。次いで、ふるい分けおよび遠心分離により、得られた細胞砕片から、得られたプロトプラストが分離される。プロトプラストを使用する代わりに、体細胞を含む胚形成外植片が、トランスジェニック宿主の調製のために使用されてもよい。細胞または組織の収穫の後、関心対象の外因性DNAが、植物細胞へ導入され、そのような導入には、多様な異なる技術が利用可能である。単離されたプロトプラストを得ることにより、多価陽イオン、例えばPEGまたはPLO存在下における、関心対象の外因性コード配列を含む、裸のDNA、例えばプラスミドとのプロトプラストのインキュベーション;および関心対象の外因性配列を含む裸のDNAの存在下での、プロトプラストの電気穿孔を含む、DNA媒介性の遺伝子移入プロトコルを介した導入の機会が生じる。次いで、外因性DNAの取り込みに成功したプロトプラストを選択し、カルスへ成長させ、適切な量および比率の刺激因子、例えばオーキシンおよびサイトカイニンとの接触を通じて、最終的にはトランスジェニック植物体へと成長させる。胚形成外植片を用いる場合、標的体細胞に外因性DNAを導入する便利な方法は、粒子加速プロトコルまたは「遺伝子銃」プロトコルの使用を介したものである。次いで、得られた外植片を、キメラ植物体へと成長させ、交雑させ、トランスジェニック子孫を得る。前記の裸のDNAアプローチの代わりに、トランスジェニック植物を作製するもう一つの便利な方法は、アグロバクテリウム(Agrobacterium)により媒介される形質転換である。アグロバクテリウムにより媒介される形質転換では、外因性DNAを含む共組み込み(co-integrative)またはバイナリー・ベクターを調製し、次いで、適切なアグロバクテリウム株、例えばA.ツメファシエンス(A.tumefaciens)へと導入する。次いで、得られた細菌を、調製したプロトプラストまたは組織外植片、例えばリーフディスクと共にインキュベートし、カルスを作製する。次いで、カルスを選択条件下で成長させ、選択し、根および苗条の成長を誘導するための成長培地に供し、最終的にはトランスジェニック植物体を作製する。   Transgenic plants can be created in a similar manner. Methods for preparing transgenic plant cells and transgenic plants are described in US Pat. Nos. 5,767,367; 5,750,870; 5,739,409; 5,689,049; 5,689,045; 5,674,731; No. 5,629,470; No. 5,595,896; No. 5,576,198; No. 5,538,879; No. 5,484,956, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Methods for producing transgenic plants are also reviewed in Plant Biochemistry and Molecular Biology (Edited by Lea and Leegood, John Wiley & Sons) (1993) pp.275-295. Briefly, appropriate plant cells or tissues are harvested depending on the nature of the plant species. Thus, in certain instances, protoplasts will be isolated, and such protoplasts can be isolated from a variety of different plant tissues, such as leaves, hypocotyls, roots, and the like. For protoplast isolation, harvested cells are incubated in the presence of cellulase to remove cell walls (where the exact incubation conditions depend on the type of plant and / or tissue from which the cells were derived). Fluctuate). The resulting protoplasts are then separated from the resulting cell debris by sieving and centrifugation. As an alternative to using protoplasts, embryogenic explants containing somatic cells may be used for the preparation of transgenic hosts. Following cell or tissue harvest, the exogenous DNA of interest is introduced into the plant cell, and a variety of different techniques are available for such introduction. Incubating the protoplast with naked DNA, eg, a plasmid, containing the exogenous coding sequence of interest in the presence of a multivalent cation, eg, PEG or PLO, by obtaining an isolated protoplast; and the exogenous of interest Opportunities arise through DNA-mediated gene transfer protocols, including electroporation of protoplasts in the presence of naked DNA containing sex sequences. Protoplasts that have successfully incorporated exogenous DNA are then selected, grown into callus, and finally grown into transgenic plants through contact with appropriate amounts and ratios of stimulatory factors such as auxin and cytokinin . When using embryogenic explants, a convenient way to introduce exogenous DNA into target somatic cells is through the use of particle acceleration protocols or “gene gun” protocols. The resulting explants are then grown into chimeric plants and crossed to obtain transgenic offspring. As an alternative to the naked DNA approach described above, another convenient method for generating transgenic plants is Agrobacterium-mediated transformation. For Agrobacterium-mediated transformation, a co-integrative or binary vector containing exogenous DNA is prepared and then transferred to an appropriate Agrobacterium strain, such as A. tumefaciens. And introduce. The resulting bacteria are then incubated with prepared protoplasts or tissue explants, such as leaf discs, to produce callus. The callus is then grown under selective conditions, selected and subjected to a growth medium to induce root and shoot growth, ultimately producing a transgenic plant.

有用性
本発明の非凝集性色素タンパク質およびその蛍光性変異体は、多様な異なる適用において有益であるが、適用は、タンパク質が色素タンパク質であるかまたは蛍光性タンパク質であるかに依って必然的に異なる。これらの各タンパク質型の代表的な用途を以下に記載するが、以下に記載された用途は、単なる代表的なものであり、本発明のタンパク質の使用を下記のものに制限するものでは決してない。
Utility The non-aggregating chromoproteins and fluorescent variants thereof of the present invention are beneficial in a variety of different applications, but application is necessarily dependent on whether the protein is a chromoprotein or a fluorescent protein Different. The typical uses of each of these protein types are described below, but the uses described below are merely representative and do not limit the use of the protein of the present invention to the following. .

色素タンパク質
本発明の色素タンパク質は、多様な異なる適用において有益である。一つの関心対象の適用は、問題としている特定の組成物に色または色素を付与することができる着色料としての本発明のタンパク質の使用である。ある種の態様において特に関心対象であるのは、無毒の色素タンパク質である。本発明の色素タンパク質は、問題とする多様な異なる組成物に取り込まれ得る(問題とする組成物の代表には、食物組成物、医薬品、化粧品、生物、例えば動物および植物等が含まれる)。着色料または色素として使用される場合、所望の色または色素を付与するために十分な量の色素タンパク質が、問題とする組成物に取り込まれる。色素タンパク質は、任意の便利なプロトコルを使用して、問題とする組成物に取り込まれてもよく、利用される特定のプロトコルは、少なくとも部分的には、着色すべき問題とする組成物の性質に必然的に依存すると考えられる。利用され得るプロトコルには、混和、拡散、摩擦、噴霧、注入、および入れ墨等が含まれるが、これらに制限はされない。
Chromoprotein The chromoprotein of the present invention is beneficial in a variety of different applications. One application of interest is the use of the protein of the invention as a colorant that can impart color or pigment to the particular composition in question. Of particular interest in certain embodiments are non-toxic chromoproteins. The chromoproteins of the invention can be incorporated into a variety of different compositions of interest (typical compositions of interest include food compositions, pharmaceuticals, cosmetics, organisms such as animals and plants, etc.). When used as a colorant or pigment, an amount of chromoprotein sufficient to impart the desired color or pigment is incorporated into the composition in question. The chromoprotein may be incorporated into the composition in question using any convenient protocol, and the particular protocol utilized is at least in part, the nature of the composition in question to be colored. Inevitably depends on. Protocols that can be utilized include, but are not limited to, mixing, diffusion, friction, spraying, pouring, and tattooing.

色素タンパク質は、分析物検出アッセイ法、例えば関心対象の生物学的分析物に関するアッセイ法における標識としても有益であり得る。例えば、色素タンパク質は、分析物に特異的な抗体またはその結合性断片を含む付加体に取り込まれ、その後、米国特許第4,302,536号(この開示は参照として本明細書に組み込まれる)に記載されるように、複合試料中の関心対象の分析物に関する免疫アッセイ法において利用され得る。抗体またはその結合性断片の代わりに、本発明の色素タンパク質またはその色素生産性断片は、当業者には容易に明らかであるように、関心対象の分析物と特異的に結合するリガンド、またはその他の成分(moiety)、増殖因子、ホルモン等と抱合されてもよい。   A chromoprotein may also be useful as a label in an analyte detection assay, such as an assay for a biological analyte of interest. For example, the chromoprotein is incorporated into an adduct comprising an analyte-specific antibody or binding fragment thereof and then described in US Pat. No. 4,302,536, the disclosure of which is incorporated herein by reference. As such, it can be utilized in immunoassays for analytes of interest in complex samples. Instead of antibodies or binding fragments thereof, the chromoproteins of the invention or chromogenic fragments thereof may be ligands that specifically bind to the analyte of interest, or others, as will be readily apparent to those skilled in the art. It may be conjugated with a moiety, growth factor, hormone or the like.

さらなる他の態様において、本発明の色素タンパク質は、組替えDNA適用、例えば前記のようなトランスジェニック細胞およびトランスジェニック生物の作製において、選択可能マーカーとして使用され得る。そのため、成功プロトコルまたは非成功プロトコルのいずれかのために、選択可能マーカーとして本発明の色素タンパク質の発現を利用するため、特定のトランスジェニック作製プロトコルを設計することが可能である。従って、特定のプロセスによって作製されたトランスジェニック生物の発現型における、本発明の色素タンパク質の色の出現は、特定の生物が、多くの場合、生物における導入遺伝子の発現を提供する様式で組み込まれる、関心対象の導入遺伝子の保有に成功したことを示すために使用され得る。選択可能マーカーとして使用される場合、本発明の色素タンパク質をコードする核酸は、より詳細に上記で記載されたトランスジェニック産生プロセスにおいて利用され得る。本発明のタンパク質が選択可能マーカーとして利用され得る特定の関心対象のトランスジェニック生物には、トランスジェニック植物、トランスジェニック動物、トランスジェニック細菌、トランスジェニック真菌等が含まれる。   In still other embodiments, the chromoproteins of the invention can be used as selectable markers in recombinant DNA applications such as the generation of transgenic cells and organisms as described above. Thus, it is possible to design specific transgenic production protocols to utilize the expression of the chromoproteins of the invention as a selectable marker for either successful or unsuccessful protocols. Thus, the appearance of the color of the chromoprotein of the present invention in the expression form of a transgenic organism produced by a particular process is often incorporated in a manner in which the particular organism provides transgene expression in the organism. Can be used to indicate successful possession of the transgene of interest. When used as a selectable marker, nucleic acids encoding chromoproteins of the invention can be utilized in the transgenic production process described in more detail above. Particular transgenic organisms of interest in which the proteins of the invention may be utilized as selectable markers include transgenic plants, transgenic animals, transgenic bacteria, transgenic fungi and the like.

さらなる他の態様において、本発明の色素タンパク質(および蛍光性タンパク質)は、国際公開公報第00/46233号に記載されたタンパク質の用途と類似の様式で、日焼け止め、選択的フィルター等として有益である。 In still other embodiments, the chromoproteins (and fluorescent proteins) of the present invention are useful as sunscreens, selective filters, etc., in a manner similar to the protein uses described in WO 00/46233. is there.

蛍光性タンパク質
本発明の蛍光性タンパク質(および前記の本発明のその他の構成要素)は、以下のものを含むがこれらに制限はされない、多様な異なる適用において有益である。第一の関心対象の適用は、蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)の適用における本発明のタンパク質の使用である。これらの適用において、本発明のタンパク質は、第二の蛍光性タンパク質または染料、例えばMatzら、Nature Biotechnology(1999年10月)17:969-973に記載されたような蛍光性タンパク質、例えば米国特許第6,066,476号;第6,020,192号;第5,985,577号;第5,976,796号;第5,968,750号;第5,968,738号;第5,958,713号;第5,919,445号;第5,874,304号(これらの開示は参照として本明細書に組み込まれる)に記載されたようなエクオリア・ビクトリア(Aequoria victoria)由来の緑色蛍光タンパク質またはその蛍光性変異体、その他の蛍光染料、例えばクマリンおよびその誘導体、例えば7-アミノ-4-メチルクマリン、アミノクマリン、ボディピー(Bodipy)FLのようなボディピー(bodipy)染料、カスケードブルー(cascade blue)、フルオレセインおよびその誘導体、例えばフルオレセイン・イソチオシアネート、およびオレゴングリーン(Oregon green)、ローダミン染料、例えばテキサスレッド、テトラメチルローダミン、エオシン、およびエリスロシン、シアニン染料、例えばCy3およびCy5、ランタニド・イオンの大環状キレート、例えば量子染料(quantum dye)等、化学発光染料、例えば米国特許第5,843,746号;第5,700,673号;第5,674,713号;第5,618,722号;第5,418,155号;第5,330,906号;第5,229,285号;第5,221,623号;第5,182,202号(これらの開示は本明細書に参照として組み込まれる)に記載されたものを含むルシフェラーゼと組み合わされて、供与体および/または受容体として機能する。本発明の蛍光性タンパク質を利用したFRETアッセイ法が使用され得る特定の例には、多数の異なる事象のバイオセンサーとしての、タンパク質−タンパク質相互作用、例えば哺乳動物ツー・ハイブリッド系、転写因子の二量体化、膜タンパク質の多量体化、多重タンパク質の複合体形成等の検出(この場合、ペプチドまたはタンパク質が、本発明の蛍光性タンパク質を含むFRET蛍光組合せと共有結合的に連結され、連結されるペプチドまたはタンパク質は、例えばカスパーゼ媒介切断などのためのプロテアーゼ特異的基質であるか、FRETを増加または減少させるシグナル、例えばPKA制御ドメイン(cAMPセンサー)、リン酸化(例えば、リンカー内にリン酸化部位が存在するか、またはリンカーが別のタンパク質のリン酸化/脱リン酸化ドメインとの結合特異性を有するか、またはリンカーがCa2+結合ドメインを有する場合)の受容によりコンフォメーション変化を起こすリンカーである)が含まれるが、これらに制限はされない。本発明のタンパク質が有益である代表的な蛍光共鳴エネルギー転移またはFRETの適用には、米国特許第6,008,373号;第5,998,146号;第5,981,200号;第5,945,526号;第5,945,283号;第5,911,952号;第5,869,255号;第5,866,336号;第5,863,727号;第5,728,528号;第5,707,804号;第5,688,648号;第5,439,797号(これらの開示は本明細書に参照として組み込まれる)に記載されたものが含まれるが、これらに制限はされない。
Fluorescent Proteins The fluorescent proteins of the present invention (and other components of the present invention described above) are useful in a variety of different applications, including but not limited to the following. The first application of interest is the use of the proteins of the invention in fluorescence resonance energy transfer (FRET) applications. In these applications, the protein of the present invention is a second fluorescent protein or dye, such as a fluorescent protein such as that described in Matz et al., Nature Biotechnology (October 1999) 17: 969-973, such as US Patents. No. 6,066,476; No. 6,020,192; No. 5,985,577; No. 5,976,796; No. 5,968,750; No. 5,968,738; No. 5,958,713; No. 5,919,445; No. 5,874,304 (the disclosures of which are incorporated herein by reference) Aequoria victoria-derived green fluorescent protein or fluorescent variants thereof, as described, other fluorescent dyes such as coumarin and its derivatives such as 7-amino-4-methylcoumarin, aminocoumarin, body pea ( Bodipy dyes such as Bodipy FL, cascade blue, fluorescein and its derivatives, such as fluorescein Sothiocyanate, and Oregon green, rhodamine dyes such as Texas Red, tetramethylrhodamine, eosin, and erythrosine, cyanine dyes such as Cy3 and Cy5, macrocyclic chelates of lanthanide ions such as quantum dyes Chemiluminescent dyes, such as US Pat. Nos. 5,843,746; 5,700,673; 5,674,713; 5,618,722; 5,418,722; 5,418,155; 5,330,906; 5,229,285; 5,221,623; 5,182,202 (the disclosures of which are hereby incorporated by reference) In combination with luciferases including those described in (incorporated herein by reference) to function as donors and / or acceptors. Specific examples in which FRET assays utilizing the fluorescent proteins of the present invention may be used include protein-protein interactions, such as mammalian-to-hybrid systems, transcription factors, as biosensors for many different events. Detection of merization, multimerization of membrane proteins, complex formation of multiple proteins, etc. (in this case, the peptide or protein is covalently linked and linked to the FRET fluorescent combination comprising the fluorescent protein of the invention) Peptides or proteins that are protease-specific substrates, such as for caspase-mediated cleavage, or signals that increase or decrease FRET, such as PKA regulatory domains (cAMP sensors), phosphorylation (eg, phosphorylation sites within the linker) Or the linker is linked to the phosphorylation / dephosphorylation domain of another protein Including, but not limited to, binding specificity or linkers that undergo conformational changes upon receipt (if the linker has a Ca 2+ binding domain). Representative fluorescent resonance energy transfer or FRET applications in which the proteins of the invention are useful include US Pat. Nos. 6,008,373; 5,998,146; 5,981,200; 5,945,526; 5,945,283; 5,911,952; No. 5,866,336; No. 5,863,727; No. 5,728,528; No. 5,707,804; No. 5,688,648; No. 5,439,797 (the disclosures of which are incorporated herein by reference) There are no restrictions.

本発明の蛍光性タンパク質が有益であるもう一つの適用は、BRET(生物発光共鳴エネルギー転移)である。BRETは、生物発光供与体から蛍光受容体タンパク質へのエネルギー転移に基づくタンパク質−タンパク質相互作用のアッセイ法である。BRETシグナルは、供与体によって放射された光の量に対する、受容体によって放射された光の量によって測定される。これらの二つの値の比率は、2個のタンパク質が接近するにつれ増加する。BRETアッセイ法は、文献中に充分に記載されている。例えば、米国特許第6,020,192号;第5,968,750号;および第5,874,304号;ならびにXuら(1999)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96:151-156を参照のこと。BRETアッセイ法は、生物発光供与体タンパク質および蛍光受容体タンパク質を、独立に2個の異なる生物学的パートナーと遺伝学的に融合させ、パートナーA-生物発光供与体融合体およびパートナーB-蛍光性受容体融合体を作成することにより実行され得る。例えばリガンドまたは被験化合物によって調整される、融合タンパク質のパートナー部分間の相互作用の変化が、融合タンパク質の生物発光部分、および蛍光部分により放射された光の比率の変化によってモニタリングされ得る。この適用において、本発明のタンパク質は、供与体タンパク質および/または受容体タンパク質として機能する。BRETアッセイ法は、FRETと同様に前述の多くのアッセイ法において使用され得る。   Another application where the fluorescent proteins of the present invention are beneficial is BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer). BRET is a protein-protein interaction assay based on energy transfer from a bioluminescent donor to a fluorescent acceptor protein. The BRET signal is measured by the amount of light emitted by the acceptor relative to the amount of light emitted by the donor. The ratio of these two values increases as the two proteins approach. BRET assay methods are well documented in the literature. See, for example, US Pat. Nos. 6,020,192; 5,968,750; and 5,874,304; and Xu et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96: 151-156. The BRET assay method genetically fuses a bioluminescent donor protein and a fluorescent acceptor protein independently with two different biological partners, partner A-bioluminescent donor fusion and partner B-fluorescent This can be done by creating a receptor fusion. Changes in the interaction between the partner portions of the fusion protein, eg, modulated by a ligand or test compound, can be monitored by changes in the ratio of light emitted by the bioluminescent and fluorescent portions of the fusion protein. In this application, the protein of the invention functions as a donor protein and / or an acceptor protein. The BRET assay can be used in many of the aforementioned assays as well as FRET.

本発明の蛍光性タンパク質は、原核細胞および真核細胞におけるバイオセンサーとして、例えばCa2+イオン指示薬として;pH指示薬として、リン酸化指示薬として、その他のイオン、例えばマグネシウム・イオン、ナトリウム・イオン、カリウム・イオン、塩素イオン、およびハロゲン・イオンの指示薬としても有益である。例えば、Caイオンの検出に関して、EF-ハンド・モチーフを含有しているタンパク質は、Ca2+との結合により、細胞質ゾルから膜へと移動することが既知である。これらのタンパク質は、タンパク質の他の領域との疎水性相互作用によって分子内に埋め込まれているミリストイル基を含有している。Ca2+の結合は、ミリストイル基を露出させるコンフォメーション変化を誘導し、次いでミリストイル基が脂質二重層への挿入に利用可能となる(「Ca2+-ミリストイル・スイッチ」と呼ばれる)。そのようなEF-ハンド含有タンパク質のフルオレセント・プロテイン(FP)との融合体は、共焦点顕微鏡検によって細胞質ゾルから原形質膜への移動をモニタリングすることにより、細胞内 Ca2+の指示薬となり得る。この系において使用するのに適したEF-ハンド・タンパク質には、リカバリン(recoverin)(1-3)、カルシニューリンB、トロポニンC、ビシニン(visinin)、ニューロカルシン(neurocalcin)、カルモジュリン、パルブアルブミン等が含まれるが、これらに制限はされない。pHについては、ヒサクトフィリン(hisactophilins)に基づく系が使用され得る。ヒサクトフィリンは、ジクチオステリウム(Dictyostelium)に存在することが既知である、ミリストイル化されたヒスチジンリッチなタンパク質である。それらのアクチンおよび酸性脂質との結合は、細胞質pH変動の範囲内で鮮明にpH依存的である。生細胞において、膜結合は、ヒサクトフィリンとアクチン・フィラメントとの相互作用より優先されるようである。pH6.5においては、それらは、原形質膜および核へと移行する。対照的に、pH7.5においては、それらは、細胞質空間全体に均一に分布する。この分布の変化は可逆的であり、分子表面上のループ内に露出したヒスチジン・クラスターに起因する。細胞質pH変動の範囲内での細胞内分布の復帰は、ヒスチジン残基の6.5というpKと合致する。細胞分布は、タンパク質のミリストイル化には依存しない。FP(フルオレセント・プロテイン)をヒサクトフィリンと融合させることによって、融合タンパク質の細胞内分布は、レーザー走査型共焦点顕微鏡検、または標準的な蛍光顕微鏡検によって追跡され得る。定量的蛍光分析は、細胞のライン・スキャン(line scans)(レーザー走査型共焦点顕微鏡検)またはその他の電子データ分析(例えば、メタモルフ(metamorph)ソフトウェア(Universal Imaging社)を使用)を実行し、細胞集団において収集されたデータの平均をとることにより実施され得る。細胞質ゾルから原形質膜へのヒサクトフィリン-FPの実質的なpH依存性の再分布は、1分〜2分以内に起こり、5分〜10分後には定常状態レベルに達する。逆反応は同様のタイムスケールで起こる。そのため、類似の様式で働くヒサクトフィリン-蛍光性タンパク質融合タンパク質は、哺乳動物生細胞におけるリアルタイムの細胞質ゾルpH変化をモニタリングするために使用され得る。そのような方法は、高処理量の(high throughput)適用、例えば増殖因子受容体活性化(例えば、上皮増殖因子または血小板由来増殖因子)、走化刺激/細胞運動の結果としてのpH変化の測定において、セカンドメッセンジャーとしての細胞内pH変化の検出において、pH操作実験における細胞内pHのモニタリング等において有益である。PKC活性の検出のため、レポーター系は、MARCKS(ミリストイル化アラニンリッチCキナーゼ基質)と呼ばれる分子がPKC基質であるという事実を活用する。それは、ミリストイル化、および負の電荷を有する原形質膜と静電相互作用によって結合する、正の電荷を有するアミノ酸の領域(ED-ドメイン)によって原形質膜につながれている。PKC活性化により、PKCによってED-ドメインはリン酸化され、それにより負に荷電し、静電的反発の結果として、MARCKSが原形質膜から細胞質へと移動する(「ミリストイル-静電スイッチ」と呼ばれる)。MARCKSのミリストイル化モチーフからED-ドメインまでの範囲にわたるMARCKSのN末端の、本発明の蛍光性タンパク質との融合体は、PKC活性の検出系となる。PKCによってリン酸化されると、融合タンパク質は、原形質膜から細胞質ゾルへと移動する。この移動は、標準的な蛍光顕微鏡検または共焦点顕微鏡検によって、例えばセロミクス(Cellomics)技術、またはその他のハイ・コンテンツ・スクリーニング系(High Content Screening systems)(例えば、Universal Imaging社/Becton Dickinson)を使用して追跡される。上記のレポーター系は、ハイ・コンテンツ・スクリーニングにおける適用、例えばPKC阻害剤のスクリーニングにおける適用、およびこのシグナル伝達経路を妨害する可能性のある試薬に関する多くのスクリーニング・シナリオにおける、PKC活性の指示薬としての適用を有している。蛍光性タンパク質をバイオセンサーとして使用する方法には、米国特許第972,638号;第5,824,485号、および第5,650,135号(ならびに、これらの中に引用された参照)に記載されたものも含まれ、これらの開示は参照として本明細書に組み込まれる。 The fluorescent protein of the present invention is used as a biosensor in prokaryotic cells and eukaryotic cells, for example, as a Ca 2+ ion indicator; as a pH indicator, as a phosphorylation indicator, other ions such as magnesium ion, sodium ion, potassium • It is also useful as an indicator for ions, chlorine ions, and halogen ions. For example, for the detection of Ca ions, it is known that proteins containing the EF-hand motif move from the cytosol to the membrane upon binding to Ca 2+ . These proteins contain myristoyl groups that are embedded in the molecule by hydrophobic interactions with other regions of the protein. Binding of Ca 2+ induces a conformational change that exposes the myristoyl group, which is then available for insertion into the lipid bilayer (referred to as the “Ca 2+ -myristoyl switch”). Such an EF-hand containing protein fusion with fluorescent protein (FP) is an indicator of intracellular Ca 2+ by monitoring translocation from the cytosol to the plasma membrane by confocal microscopy. Can be. EF-hand proteins suitable for use in this system include recoverin (1-3), calcineurin B, troponin C, vicinin, neurocalcin, calmodulin, parvalbumin, etc. Are included, but are not limited to these. For pH, a system based on hisactophilins can be used. Hisactophilin is a myristoylated histidine-rich protein known to exist in Dictyostelium. Their binding to actin and acidic lipids is clearly pH-dependent within the range of cytoplasmic pH fluctuations. In living cells, membrane binding appears to prevail over the interaction of hisctophilin and actin filaments. At pH 6.5 they migrate to the plasma membrane and nucleus. In contrast, at pH 7.5 they are evenly distributed throughout the cytoplasmic space. This change in distribution is reversible and is attributed to histidine clusters exposed in loops on the molecular surface. The reversion of subcellular distribution within the cytoplasmic pH variation is consistent with a pK of 6.5 for histidine residues. Cell distribution is independent of protein myristoylation. By fusing FP (fluorescent protein) with histophyllin, the intracellular distribution of the fusion protein can be followed by laser scanning confocal microscopy, or standard fluorescence microscopy. Quantitative fluorescence analysis performs cell line scans (laser scanning confocal microscopy) or other electronic data analysis (eg, using metamorph software (Universal Imaging)), This can be done by averaging the data collected in the cell population. Substantial pH-dependent redistribution of hisactophyrin-FP from the cytosol to the plasma membrane occurs within 1 to 2 minutes and reaches a steady state level after 5 to 10 minutes. The reverse reaction occurs on a similar time scale. As such, a histophyllin-fluorescent protein fusion protein that works in a similar manner can be used to monitor real-time cytosolic pH changes in living mammalian cells. Such methods can be used to measure pH changes as a result of high throughput applications such as growth factor receptor activation (eg, epidermal growth factor or platelet derived growth factor), chemotaxis stimuli / cell motility. In the detection of intracellular pH change as a second messenger, it is useful for monitoring intracellular pH in pH manipulation experiments and the like. For the detection of PKC activity, the reporter system takes advantage of the fact that a molecule called MARCKS (myristoylated alanine-rich C kinase substrate) is a PKC substrate. It is linked to the plasma membrane by a region of positively charged amino acids (ED-domain) that binds by myristoylation and electrostatic interactions with negatively charged plasma membranes. Upon activation of PKC, the ED-domain is phosphorylated by PKC, thereby being negatively charged, and MARCKS moves from the plasma membrane to the cytoplasm as a result of electrostatic repulsion (the “myristoyl-electrostatic switch”). be called). The fusion of the N-terminus of MARCKS, which extends from the myristoylated motif of MARCKS to the ED-domain, with the fluorescent protein of the present invention provides a detection system for PKC activity. When phosphorylated by PKC, the fusion protein moves from the plasma membrane to the cytosol. This transfer can be accomplished by standard fluorescence microscopy or confocal microscopy, eg Cellomics technology, or other High Content Screening systems (eg Universal Imaging / Becton Dickinson). Tracked using. The above reporter systems are used as indicators of PKC activity in high content screening applications, such as screening for PKC inhibitors, and in many screening scenarios involving reagents that may interfere with this signaling pathway. Has application. Methods of using fluorescent proteins as biosensors include those described in US Pat. Nos. 972,638; 5,824,485, and 5,650,135 (and references cited therein), The disclosure is incorporated herein by reference.

本発明の蛍光性タンパク質は、顕微鏡による画像化、および電子分析を使用することによる、蛍光性レポート基を発現している細胞のアレイの、自動化スクリーニングを含む適用においても有益である。スクリーニングは、薬物発見のため、そして機能ゲノム科学の分野において使用され得る:例えば、本発明のタンパク質は、多細胞の再編成および遊走における変化、例えば内皮細胞による多細胞細管の形成(血管形成)、フルオロブロック・インサート・システム(Fluoroblok Insert System)(Becton Dickinson社)を介した細胞の遊走、創傷治癒、神経突起伸長等を検出するため、全細胞のマーカーとして使用され得る(この場合、タンパク質は、細胞活性、刺激によるキナーゼおよび転写因子の移動(プロテインキナーゼC、プロテインキナーゼA、転写因子NFkB、およびNFATなど);サイクリンA、サイクリンB1、およびサイクリンEなどの細胞周期タンパク質、切断された基質のその後の運動を伴うプロテアーゼ切断、リン脂質などのシグナル伝達の指標としての細胞内位置の変化の、小胞体、ゴルジ装置、ミトコンドリア、ペルオキシソーム、核、核小体、原形質膜、ヒストン、エンドソーム、リソソーム、微小管、アクチンなどの細胞内構造のマーカーをハイ・コンテンツ・スクリーニングのための道具として用いる(他の蛍光性融合タンパク質と、これらの局在マーカーとの共局在を、細胞内蛍光性融合タンパク質の運動の指標として用いる、またはマーカー単独として用いる)検出等を可能にするペプチド(例えば、ターゲティング配列)およびタンパク質と融合されたマーカーとして使用される)。本発明の蛍光性タンパク質が有益である細胞アレイの自動化スクリーニングを含む適用の例には、米国特許第5,989,835号;ならびに国際公開公報第0017624号;第00/26408号;第00/17643号;および第00/03246号(これらの開示は本明細書に参照として組み込まれる)が含まれる。   The fluorescent proteins of the present invention are also useful in applications including automated screening of arrays of cells expressing fluorescent reporting groups by using microscopic imaging and electronic analysis. Screening can be used for drug discovery and in the field of functional genomics: For example, the proteins of the present invention may change in multicellular reorganization and migration, such as the formation of multicellular tubules by endothelial cells (angiogenesis). Can be used as a marker for whole cells to detect cell migration, wound healing, neurite outgrowth, etc. via the Fluoroblok Insert System (Becton Dickinson) Cellular activity, stimulated kinase and transcription factor movement (such as protein kinase C, protein kinase A, transcription factor NFkB, and NFAT); cell cycle proteins such as cyclin A, cyclin B1, and cyclin E, of cleaved substrates Fingers for signal transduction such as protease cleavage and phospholipid with subsequent movement High content markers of intracellular structure such as endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, mitochondria, peroxisome, nucleus, nucleolus, plasma membrane, histone, endosome, lysosome, microtubule, actin・ Detection used as a tool for screening (co-localization of other fluorescent fusion proteins and their localization markers is used as an indicator of the movement of intracellular fluorescent fusion proteins or as a marker alone), etc. Used as markers fused to proteins (eg targeting sequences) and proteins). Examples of applications involving automated screening of cell arrays in which the fluorescent proteins of the invention are beneficial include US Pat. No. 5,989,835; and International Publication Nos. 0017624; 00/26408; 00/17643; No. 00/03246, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

本発明の蛍光性タンパク質は、ハイ・スループット・スクリーニング・アッセイ法においても有益である。本発明の蛍光性タンパク質は、24時間を超える半減期を有する安定なタンパク質である。薬物発見のための転写レポーターとして使用され得る、より短い半減期を有する本発明の蛍光性タンパク質の不安定化型も提供される。例えば、本発明によるタンパク質は、より短い半減期を有するタンパク質に由来する推定タンパク質分解シグナル配列、例えばマウス・オルニチン・デカルボキシラーゼ遺伝子由来のPEST配列、マウス・サイクリンB1破壊ボックス、およびユビキチン等と融合させられ得る。不安定化タンパク質およびそれを作製するために利用され得るベクターの記載については、米国特許第6,130,313号(この開示は参照として本明細書に組み込まれる)を参照されたい。シグナル伝達経路、例えばAP1、NFAT、NFkB、Smad、STAT、p53、E2F、Rb、myc、CRE、ER、GR、およびTRE等のプロモーターは、薬物スクリーニングのための本発明の蛍光性タンパク質の不安定化型を使用して検出され得る。   The fluorescent proteins of the present invention are also useful in high throughput screening assays. The fluorescent protein of the present invention is a stable protein having a half-life of more than 24 hours. Also provided are destabilized forms of the fluorescent proteins of the invention having a shorter half-life that can be used as transcription reporters for drug discovery. For example, the protein according to the present invention is fused with a putative proteolytic signal sequence derived from a protein having a shorter half-life, such as a PEST sequence derived from a mouse ornithine decarboxylase gene, a mouse cyclin B1 disruption box, and ubiquitin. Can be. See US Pat. No. 6,130,313 (the disclosure of which is incorporated herein by reference) for a description of destabilizing proteins and vectors that can be utilized to make them. Signal transduction pathways such as AP1, NFAT, NFkB, Smad, STAT, p53, E2F, Rb, myc, CRE, ER, GR, and TRE promoters are unstable of the fluorescent proteins of the present invention for drug screening Can be detected using a chemical form.

本発明のタンパク質は、例えば本発明のタンパク質を特定のドメイン、例えばPKCγCa結合ドメイン、PKCγDAG結合ドメイン、SH2ドメイン、およびSH3ドメイン等と融合させることによって、セカンドメッセンジャー検出剤として使用され得る。   The protein of the present invention can be used as a second messenger detection agent, for example, by fusing the protein of the present invention with a specific domain such as a PKCγCa binding domain, PKCγDAG binding domain, SH2 domain, and SH3 domain.

本発明のタンパク質の分泌型を、例えば分泌型先導配列を本発明のタンパク質と融合させ、本発明のタンパク質の分泌型を構築することによって、調製することができ、そして、多様な異なる適用において使用され得る。   The secreted form of the protein of the invention can be prepared, for example, by fusing a secretory leader sequence with the protein of the invention and constructing the secreted form of the protein of the invention, and used in a variety of different applications. Can be done.

本発明のタンパク質は、蛍光標示式細胞分取適用においても有益である。そのような適用においては、本発明の蛍光性タンパク質が、細胞集団に印をつけるための標識として使用され、次いで、得られた標識細胞集団が、当技術分野において既知である、蛍光標示式細胞分取機により分取される。FACS法は、米国特許第5,968,738号および第5,804,387号(これらの開示は本明細書に参照として組み込まれる)に記載されている。   The proteins of the present invention are also useful in fluorescence activated cell sorting applications. In such applications, the fluorescent protein of the present invention is used as a label to mark a cell population, and the resulting labeled cell population is then a fluorescently labeled cell known in the art. Sorted by a sorter. The FACS method is described in US Pat. Nos. 5,968,738 and 5,804,387, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

本発明のタンパク質は、動物(例えば、トランスジェニック動物)におけるインビボのマーカーとしても有益である。例えば、本発明のタンパク質の発現を、組織特異的プロモーターによって駆動することができ、そのような方法は、遺伝子治療の研究において、例えば適用の中でも特に導入遺伝子発現の効率の試験において有益である。本発明のタンパク質のこのクラスの適用を例示する、トランスジェニック動物における蛍光性タンパク質の代表的な適用は、国際公開公報第00/02997号(この開示は参照として本明細書に組み込まれる)に見出される。   The proteins of the invention are also useful as in vivo markers in animals (eg, transgenic animals). For example, the expression of the protein of the invention can be driven by a tissue-specific promoter, and such methods are useful in gene therapy studies, for example, in testing the efficiency of transgene expression, among other applications. A representative application of fluorescent proteins in transgenic animals, exemplifying this class of application of the proteins of the invention, is found in WO 00/02997, the disclosure of which is incorporated herein by reference. It is.

本発明のタンパク質のさらなる適用には、細胞または動物への注入の後の、定量的測定(蛍光およびタンパク質)のための較正におけるマーカーとしての適用;細胞生存率をモニタリングするための酸素バイオセンサー機器における、マーカーまたはレポーターとしての適用;動物、ペット、玩具、食物等のためのマーカーまたは標識としての適用等が含まれる。   Further applications of the proteins of the invention include application as markers in calibration for quantitative measurements (fluorescence and protein) after injection into cells or animals; oxygen biosensor instrument for monitoring cell viability Application as a marker or reporter; application as a marker or label for animals, pets, toys, food, etc.

本発明の蛍光性タンパク質は、プロテアーゼ切断アッセイ法においても有益である。例えば、切断不活化蛍光アッセイ法が、本発明のタンパク質を使用して開発され得る。この場合、本発明のタンパク質は、タンパク質の蛍光性を破壊することなく、プロテアーゼ特異的切断配列を含むよう改造される。活性化されたプロテアーゼにより蛍光性タンパク質が切断されると、機能性発色団の破壊により、蛍光は鮮明に減少するであろう。または、切断によって活性化された蛍光が、本発明のタンパク質を使用して現像され得る。この場合、本発明のタンパク質は、発色団の近傍/または内部に付加的なスペーサー配列を含有するよう設計される。機能性発色団の部分がスペーサーによって分割されるため、この異型の蛍光活性は有意に減少するであろう。スペーサーは、2個の同一のプロテアーゼ特異的切断部位によって構成されるであろう。活性化されたプロテアーゼによる分解によって、スペーサーが切り出され、蛍光性タンパク質の2個の残存「サブユニット」が、機能性の蛍光性タンパク質が生成するよう再び組み立てられ得る。多様な異なる型のプロテアーゼ、例えばカスパーゼ等に関するアッセイ法において、上記の型の適用の両方が開発され得る。   The fluorescent proteins of the present invention are also useful in protease cleavage assays. For example, cleavage inactivated fluorescence assays can be developed using the proteins of the present invention. In this case, the protein of the invention is remodeled to include a protease-specific cleavage sequence without destroying the fluorescence of the protein. When the fluorescent protein is cleaved by the activated protease, the fluorescence will decrease sharply due to the destruction of the functional chromophore. Alternatively, fluorescence activated by cleavage can be developed using the proteins of the invention. In this case, the protein of the invention is designed to contain an additional spacer sequence in the vicinity / inside of the chromophore. Since the functional chromophore portion is cleaved by the spacer, this variant fluorescence activity will be significantly reduced. The spacer will be constituted by two identical protease-specific cleavage sites. Degradation by activated proteases excises the spacer and the two remaining “subunits” of the fluorescent protein can be reassembled to produce a functional fluorescent protein. Both of the above types of applications can be developed in assays for a variety of different types of proteases, such as caspases.

本発明のタンパク質は、生体膜中のリン脂質組成を決定するためのアッセイ法においても、使用され得る。例えば、特定のリン脂質ラフト(raft)における膜タンパク質の共局在をも可能にする、生体膜内のリン脂質分布のパターンを特定/可視化するための、特定のリン脂質との結合を可能にする本発明のタンパク質の融合タンパク質(または本発明のタンパク質のその他の任意の種類の共有結合的修飾または非共有結合的修飾)が、本発明のタンパク質を用いて達成され得る。例えば、GRP1のPHドメインは、ホスファチジルイノシトール三リン酸(PIP3)に対する高い親和性を有しているが、PIP2に対する親和性は有していない。そのため、GRP1のPHドメインと本発明のタンパク質との間の融合タンパク質が、生体膜内のPIP3リッチな区域を特異的に標識するために構築され得る。   The proteins of the invention can also be used in assays to determine phospholipid composition in biological membranes. Enables binding to specific phospholipids to identify / visualize patterns of phospholipid distribution within biological membranes, for example, allowing co-localization of membrane proteins in specific phospholipid rafts A fusion protein of the protein of the present invention (or any other type of covalent or non-covalent modification of the protein of the present invention) can be achieved using the protein of the present invention. For example, the PH domain of GRP1 has a high affinity for phosphatidylinositol triphosphate (PIP3), but no affinity for PIP2. Therefore, a fusion protein between the GRP1 PH domain and the protein of the present invention can be constructed to specifically label PIP3-rich areas in biological membranes.

さらにもう一つの本発明のタンパク質の適用は、蛍光性タンパク質の加齢に付随する、ある蛍光色のもう一つの色への(例えば、緑色から赤色への)スイッチが、遺伝子発現、例えば発達遺伝子発現、細胞周期依存性遺伝子発現、概日リズム特異的遺伝子発現等の活性化/不活化を決定するために使用される、蛍光タイマーとしての適用である。   Yet another application of the protein of the present invention is that a switch from one fluorescent color to another (eg, from green to red) associated with the aging of a fluorescent protein may affect gene expression, eg, developmental genes. Application as a fluorescence timer used to determine activation / inactivation of expression, cell cycle dependent gene expression, circadian rhythm specific gene expression, etc.

本発明の非凝集性蛍光性タンパク質は、米国特許出願第60/261,448号(この開示は参照として本明細書に組み込まれる)に記載される、細胞標識適用においても使用され得る。例えば、本発明の非凝集性タンパク質、および細胞表面分子と結合する特異的結合パートナーのメンバー(例えば、細胞表面受容体と結合するリガンド;細胞表面タンパク質と結合する抗体;細胞表面タンパク質と結合する逆受容体(counterreceptor)等)を含む融合タンパク質は、細胞の混合物から1個または複数の細胞集団を同定および/または分画および/または単離するために使用され得る。いくつかの態様において、融合タンパク質は多量体化し、これらの態様のうちのいくつかにおいては、細胞標識適用は多量体化特質を活用する。従って、いくつかの態様において、本発明は、本発明のポリペプチドを含む固有蛍光性多量体非凝集性融合タンパク質複合体、および細胞標識法における融合タンパク質複合体の使用のための方法を提供する。   The non-aggregating fluorescent proteins of the present invention can also be used in cell labeling applications as described in US Patent Application No. 60 / 261,448, the disclosure of which is incorporated herein by reference. For example, non-aggregating proteins of the invention and members of specific binding partners that bind to cell surface molecules (eg, ligands that bind to cell surface receptors; antibodies that bind to cell surface proteins; reverses that bind to cell surface proteins) Fusion proteins comprising a receptor (such as a counterreceptor) can be used to identify and / or fractionate and / or isolate one or more cell populations from a mixture of cells. In some embodiments, the fusion protein multimerizes, and in some of these embodiments, cell labeling applications exploit the multimerization attributes. Accordingly, in some embodiments, the present invention provides intrinsic fluorescent multimeric non-aggregating fusion protein complexes comprising the polypeptides of the invention, and methods for use of the fusion protein complexes in cell labeling methods. .

一つの非制限的な例において、MHC分子の抗原結合部分と本発明のポリペプチドとを含む融合タンパク質が、標準的な分子生物学技術を使用して製造され得る。そのような融合タンパク質は、多量体化するが、凝集はしないと予想される。融合タンパク質の非凝集性構成要素の多量体化特性は、多量体融合タンパク質複合体が形成されるよう、融合タンパク質のMHC部分を寄せ集めるよう機能するであろう。また、多量体融合タンパク質複合体は、ペプチド抗原を負荷され得る。ペプチド抗原が負荷されたそのような融合タンパク質は、同じペプチド抗原に特異的なT細胞受容体を表面上に保持する、Tリンパ球を同定するために使用され得る。融合タンパク質複合体のペプチド抗原およびMHCペプチド提示ドメインは、いずれも変動し得るため、固有蛍光性多量体複合体は、一般に、抗原受容体の抗原(およびMHC)の特異性に基づき、ほぼ無限に多様なTリンパ球を蛍光標識するために使用され得る。   In one non-limiting example, a fusion protein comprising an antigen binding portion of an MHC molecule and a polypeptide of the present invention can be produced using standard molecular biology techniques. Such fusion proteins are expected to multimerize but not aggregate. The multimerization properties of the non-aggregating components of the fusion protein will function to bring together the MHC portions of the fusion protein so that a multimeric fusion protein complex is formed. Multimeric fusion protein complexes can also be loaded with peptide antigens. Such fusion proteins loaded with peptide antigens can be used to identify T lymphocytes that retain T cell receptors specific for the same peptide antigen on their surface. Because the peptide antigen and MHC peptide presentation domain of the fusion protein complex can both vary, the intrinsic fluorescent multimeric complex is generally almost infinite based on the antigen (and MHC) specificity of the antigen receptor. A variety of T lymphocytes can be used to fluorescently label.

従って、抗原受容体の特異性に基づきTリンパ球を検出可能に標識(染色)するために、本発明のタンパク質を使用するための方法を提供することが、本発明のもう一つの局面である。   Accordingly, it is another aspect of the present invention to provide a method for using the proteins of the present invention to detectably label (stain) T lymphocytes based on the specificity of the antigen receptor. .

第一の態様において、方法は、複合体のTリンパ球との検出可能な結合を許容するのに十分な時間、および条件の下で、標識すべきTリンパ球を、本発明のポリペプチドを含む固有蛍光性多量体非凝集性融合タンパク質複合体(複合体は、Tリンパ球の抗原受容体に特異的なペプチド抗原およびMHCペプチド提示ドメインを有している)と接触させることを含む。   In a first embodiment, the method comprises subjecting the T lymphocytes to be labeled with a polypeptide of the invention for a time and under conditions sufficient to allow detectable binding of the complex to T lymphocytes. Comprising contacting with an intrinsic fluorescent multimeric non-aggregating fusion protein complex comprising a peptide antigen specific for the antigen receptor of T lymphocytes and an MHC peptide presentation domain.

これに関して、リンパ球表面上で複合体が抗原受容体(TCR)と検出可能な結合を達成するのに十分なTリンパ球に対する結合活性を、全体として複合体に付与できるように、複合体のMHCコンテキストにおける、抗原受容体(TCR)のペプチド抗原に対する親和性が十分高い場合に、そのTリンパ球はペプチド抗原に特異的であると言われる。   In this regard, the complex's ability to give the complex as a whole binding activity to T lymphocytes sufficient to achieve detectable binding to the antigen receptor (TCR) on the lymphocyte surface. A T lymphocyte is said to be specific for a peptide antigen if the affinity of the antigen receptor (TCR) for the peptide antigen in the MHC context is sufficiently high.

この定義によると、表面上に単一または複数のTCR種を有している単一Tリンパ球を、複数の(典型的には密接に関連している)ペプチド抗原に特異的であると言うことは不可能ではない。そのような場合、TCRは、典型的には、ペプチドのうちの1個に対して、他のものに対するよりも大きな親和性を有するであろう。多くの場合、Tリンパ球がこの定義によって特異的であると言われる(1個以上の)ペプチド抗原は、Tリンパ球によるサイトカイン発現を刺激することもできるであろう;しかしながら、MHC四量体に関する本発明の多量体複合体の利用可能性は、機能的に応答性のTリンパ球の標識および同定に制限されないため、そのような機能的応答は、必要とはされない。   According to this definition, a single T lymphocyte having a single or multiple TCR species on its surface is said to be specific for multiple (typically closely related) peptide antigens. It is not impossible. In such cases, the TCR will typically have a greater affinity for one of the peptides than for the other. In many cases, the peptide antigen (s) for which T lymphocytes are said to be specific by this definition will also be able to stimulate cytokine expression by T lymphocytes; however, the MHC tetramer Such a functional response is not required since the availability of the multimeric complex of the present invention for is not limited to the labeling and identification of functionally responsive T lymphocytes.

そのような標識にとって妥当な条件および時間は、便利なことに、MHC四量体またはMHC/Ig融合体によりTリンパ球を染色するために当技術分野において使用されているものから適合化され得る。   The reasonable conditions and times for such labeling can be conveniently adapted from those used in the art to stain T lymphocytes with MHC tetramers or MHC / Ig fusions. .

例えば、Altmanら、Science 274:94-96(1996)は、およそ0.5mg/mlの四量体の濃度における、1時間、4℃でのインキュベーションによって、MHC四量体を用いて200,000個の細胞障害性リンパ球を染色しており;NIAIDテトラマー・ファシリティ(Tetramer facility)(http://www.niaid.nih.gov/reposit/tetramer/genguide.htm)は、現在、高温のために使用されるインキュベーション時間を減少させ、シグナル対ノイズ比を最適化するために、4℃、室温、そして37℃のそれぞれで、15分〜60分間染色することを推奨している。Gretenら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95:7568-7573(1998) は、1×106個の末梢血単核細胞を、4°で、3μgのMHCクラスI MHC/Igキメラを用いて染色している。 For example, Altman et al., Science 274: 94-96 (1996), published 200,000 cells using MHC tetramer by incubation at 4 ° C. for 1 hour at a concentration of approximately 0.5 mg / ml tetramer. NIAID Tetramer facility (http://www.niaid.nih.gov/reposit/tetramer/genguide.htm) is currently used for high temperatures To reduce the incubation time and optimize the signal-to-noise ratio, it is recommended to stain at 4 ° C, room temperature, and 37 ° C for 15-60 minutes, respectively. Greten et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 7568-7573 (1998) use 1 × 10 6 peripheral blood mononuclear cells at 4 ° with 3 μg of MHC class I MHC / Ig chimera. It is dyed.

従って、Tリンパ球は、便利なことに、4℃〜37℃の間の温度において、15分〜60分のインキュベーションを使用して、約104個、105個、106個、またはさらには107個の末梢血単核細胞を標識するため、少なくとも約0.1μg、典型的には少なくとも約0.25μg、より典型的には少なくとも約1μg、2μg、3μg、4μg、またはさらには少なくとも5μgの多量体を使用して、本発明の方法において、固有蛍光性多量体複合体を用いて標識され得る。 Thus, T lymphocytes are conveniently about 10 4 , 10 5 , 10 6 , or even using 15 to 60 minutes incubation at temperatures between 4 ° C. and 37 ° C. At least about 0.1 μg, typically at least about 0.25 μg, more typically at least about 1 μg, 2 μg, 3 μg, 4 μg, or even at least 5 μg to label 10 7 peripheral blood mononuclear cells Multimers can be used and labeled with intrinsic fluorescent multimeric complexes in the methods of the invention.

これらの広範な例示的なガイドラインから開始し、MHC四量体、MHC/Ig融合体、および蛍光団抱合抗体を使用したTリンパ球の標識に熟練している者であれば、容易に、最適な標識条件を決定することができよう。使用すべき多量体試薬の量、ならびに染色の温度および時間長に影響する変数には、Tリンパ球に関するもの(複合体のペプチド抗原(およびMHC)に特異的な、試料中のTリンパ球の数、試料中の細胞の総数、細胞試料の型(例えば、全血、赤血球溶解後の全血、フィコール精製末梢血単核細胞(PBMC)画分))、ならびに標識複合体の化学量論および分子量、ペプチド抗原の正体(identity)、ならびに複合体に含まれているMHC対立遺伝子の選択を含む、多量体複合体に関するものが含まれる。   Starting with these extensive exemplary guidelines, those who are skilled in labeling T lymphocytes using MHC tetramers, MHC / Ig fusions, and fluorophore-conjugated antibodies can easily and optimally Specific labeling conditions could be determined. Variables that affect the amount of multimeric reagent to be used and the temperature and duration of staining include those associated with T lymphocytes (specific for complex peptide antigens (and MHC) of T lymphocytes in the sample). Number, total number of cells in the sample, type of cell sample (eg whole blood, whole blood after erythrocyte lysis, Ficoll purified peripheral blood mononuclear cell (PBMC) fraction)), and stoichiometry of the labeled complex and Included are those related to multimeric complexes, including molecular weight, identity of the peptide antigen, and selection of MHC alleles contained in the complex.

標識条件を最適化するために、単一種の多量体複合体を使用し、標識条件(例えば、温度、時間長、複合体濃度、細胞数、細胞濃度、細胞純度)を変動させ、標識すべき細胞試料の平行アリコート(parallel aliquots)を使用した標識反応が容易に実行され得る。陰性対照には、多量体を使用しない標識反応、ペプチドを欠く多量体を使用した標識反応、ならびに/またはMHCペプチド提示ドメイン、および/もしくは細胞試料中のTリンパ球により認識されないと考えられるペプチド抗原を含有している多量体を使用した、標識反応が含まれ得る。各アリコートについての標識効率は、蛍光性複合体と結合する試料中のTリンパ球の、フローサイトメトリーによる計数によって、容易に決定され得る。フローサイトメトリー分野において周知のように、標識された細胞は、未結合の複合体を細胞および培地から除去するため、フローサイトメトリーの前に洗浄され得る。これらの技術および手段は全て、フローサイトメトリー分野において慣例であり、技術者によって慣例的に実行されている。   To optimize the labeling conditions, a single species of multimeric complex should be used and labeling conditions (eg, temperature, time length, complex concentration, cell number, cell concentration, cell purity) should be varied and labeled Labeling reactions using parallel aliquots of cell samples can be easily performed. Negative controls include labeling reactions that do not use multimers, labeling reactions that use multimers lacking peptides, and / or peptide antigens that may not be recognized by MHC peptide-presenting domains and / or T lymphocytes in cell samples A labeling reaction using a multimer containing can be included. The labeling efficiency for each aliquot can be readily determined by counting by flow cytometry of T lymphocytes in the sample that bind to the fluorescent complex. As is well known in the flow cytometry art, labeled cells can be washed prior to flow cytometry to remove unbound complexes from the cells and media. All of these techniques and means are conventional in the flow cytometry field and are routinely performed by technicians.

典型的には、標識すべきTリンパ球は、不均一な細胞試料の中に存在し、標識の目標は、この集団内の抗原特異的Tリンパ球を検出し、そして多くの場合には、計数することである。   Typically, the T lymphocytes to be labeled are present in a heterogeneous cell sample, the goal of labeling is to detect antigen-specific T lymphocytes within this population, and in many cases, It is to count.

従って、もう一つの局面において、本発明は、細胞試料中の選択された抗原に特異的なTリンパ球を検出するための方法を提供する。その方法は、複合体の、選択された抗原およびMHCに特異的な、試料中のTリンパ球との検出可能な結合を、許容するのに十分な時間および条件の下で、試料を、本発明に係る固有蛍光性多量体複合体(複合体のペプチド抗原は、選択された抗原であり、複合体のMHC提示ドメインは、検出することが望まれるTリンパ球が拘束されると考えられるものである)と接触させること;ならびに次いでそれらに結合した複合体の蛍光により試料中の特異的Tリンパ球を検出することを含む。   Accordingly, in another aspect, the present invention provides a method for detecting T lymphocytes specific for a selected antigen in a cell sample. The method involves subjecting a sample to a complex under sufficient time and conditions to allow for detectable binding of the complex to T lymphocytes in the sample specific for the selected antigen and MHC. Intrinsic fluorescent multimeric complex according to the invention (the peptide antigen of the complex is the selected antigen and the MHC presentation domain of the complex is considered to be constrained by the T lymphocytes that it is desired to detect And then detecting specific T lymphocytes in the sample by fluorescence of the complexes bound to them.

細胞と結合した蛍光の検出は、典型的には、FACSVantage(商標)、FACSVantage(商標)SE、またはFACSCaliburフローサイトメーター(Becton Dickinson Immunocytometry Systems,San Jose,CA,USA)のようなフローサイトメーターを使用して実行される。励起のために選択されるレーザーは、多量体複合体、および試料中の同時に検出されることが望まれる、任意の付加的な蛍光団の吸光スペクトルによって決定される。例えば、多量体複合体が内在性DsRedのスペクトル特徴を有している場合には(例えば、融合タンパク質サブユニットが全て内在性DsRed GFP様発色団を有しているようなホモ四量体)、488nm系列を有する標準的なアルゴン・イオン・レーザーが励起のために使用され得る。検出に関して、フィルター・セットおよび検出器の型は、試料中の検出することが望まれる多量体複合体、および任意の付加的な蛍光団の放射スペクトルによって選択されるであろう。例えば、多量体複合体が、約583nmにおいて放射極大を有する内在性DsRedのスペクトル特徴を有している場合、複合体からの蛍光放射は、PEセットアップを使用して、FL2チャンネルにおいて検出され得る。   Detection of fluorescence associated with the cells is typically accomplished with a flow cytometer such as a FACSVantage ™, FACSVantage ™ SE, or FACSCalibur flow cytometer (Becton Dickinson Immunocytometry Systems, San Jose, CA, USA). Executed using. The laser selected for excitation is determined by the absorption spectrum of the multimeric complex and any additional fluorophores that are desired to be detected simultaneously in the sample. For example, if the multimeric complex has endogenous DsRed spectral characteristics (eg, a homotetramer in which all fusion protein subunits have an endogenous DsRed GFP-like chromophore), A standard argon ion laser having a 488 nm series can be used for excitation. For detection, the type of filter set and detector will be selected according to the multimeric complex desired to be detected in the sample and the emission spectrum of any additional fluorophore. For example, if the multimeric complex has an intrinsic DsRed spectral feature with an emission maximum at about 583 nm, fluorescent emission from the complex can be detected in the FL2 channel using a PE setup.

または、細胞と結合した複合体の蛍光は、IMAGN2000(Becton Dickinson Immunocytometry Systems,San Jose,CA,USA)のような微量蛍光光度計を使用して検出され得る。血球の特徴決定への微量蛍光光度計の適用、およびそのための条件は、特にSeghatchianら、Transfus.Sci. 22(1-2):77-9(2000);Glencrossら、Clin.Lab.Haematol.21(6):391-5(1999);およびReadら、J.Hematother.6(4):291-301(1997)に記載されている。   Alternatively, the fluorescence of the complex bound to the cells can be detected using a microfluorometer such as IMAGN2000 (Becton Dickinson Immunocytometry Systems, San Jose, Calif., USA). The application of microfluorometers for characterization of blood cells, and the conditions therefor, are particularly described in Seghatchian et al., Transfus. Sci. 22 (1-2): 77-9 (2000); Glencross et al., Clin. Lab. Haematol. 21 (6): 391-5 (1999); and Read et al., J. Hematother. 6 (4): 291-301 (1997).

または、細胞と結合した複合体の蛍光は、レーザー走査型サイトメーター(Compucyte Corp.,Cambridge,MA,USA)を使用して検出され得る。   Alternatively, fluorescence of the complex bound to the cells can be detected using a laser scanning cytometer (Compucyte Corp., Cambridge, MA, USA).

細胞と結合した多量体複合体の蛍光は、Skinnerら、「Cutting edge:In situ tetramer staining of antigen-specific T cells in tissues」、J.Immunol.165(2):613-7(2000)に記載されたのと本質的に同様の条件を使用して、タッチ調製物(touch prep)から、サイトスピン調製物(cytospin prep)から、または組織試料からであっても、顕微鏡スライド上で直接検出され得る。   The fluorescence of multimeric complexes bound to cells is described in Skinner et al., “Cutting edge: In situ tetramer staining of antigen-specific T cells in tissues”, J. Immunol. 165 (2): 613-7 (2000). Detected directly on the microscope slide, whether from a touch prep, a cytospin prep, or from a tissue sample, using essentially similar conditions to obtain.

Tリンパ球含有試料は、抗凝固収集チューブ(例えば、EDTA含有またはヘパリン含有Vacutainer(商標)チューブ、Becton Dickinson Vacutainer Systems,Franklin Lakes,NJ,USA)へと直接採取された全血試料、典型的には末梢静脈血標本であり得る。   T lymphocyte-containing samples are typically whole blood samples collected directly into anticoagulation collection tubes (eg, EDTA-containing or heparin-containing Vacutainer ™ tubes, Becton Dickinson Vacutainer Systems, Franklin Lakes, NJ, USA) Can be a peripheral venous blood specimen.

有利なことには、Tリンパ球含有試料は、特にChangらの米国特許第4,902,613号および第4,654,312号に記載されたような赤血球(RBC)溶解剤により検出前に処理された全血試料であってもよい(溶解剤は、当技術分野において周知であり、多数の供給元(FACS(商標)Lysing Solution、Becton Dickinson Immunocytometry Systems,San Jose,CA,USA;Cal-Lyse(商標)Lysing Solution、Caltag Labs,Burlingame,CA,USA;No-Wash Lysing Solution、Beckman Coulter,Inc.,Fullerton,CA)より市販されている)。試料は、選択的にRBC溶解の後かつ検出の前に洗浄されてもよい。   Advantageously, the T lymphocyte-containing sample is a whole blood sample that has been processed prior to detection with a red blood cell (RBC) lysing agent, particularly as described in Chang et al. US Pat. Nos. 4,902,613 and 4,654,312. (Solubilizers are well known in the art and are available from a number of suppliers (FACS ™ Lysing Solution, Becton Dickinson Immunocytometry Systems, San Jose, CA, USA; Cal-Lyse ™ Lysing Solution, Caltag Labs, Burlingame, CA, USA; No-Wash Lysing Solution, Beckman Coulter, Inc., Fullerton, CA). The sample may optionally be washed after RBC lysis and before detection.

本発明の方法によってTリンパ球が検出されることが望まれる試料は、末梢血画分、有利なことには単核細胞(PBMC)画分であってもよい。PBMCは、フィコール・パック(Ficoll-Paque)(Amersham Pharmacia Biotech,Piscataway,NJ,USA)による遠心分離、および細胞調製血液収集チューブ(Vacutainer(商標)CPT(商標)Cell Preparation Tube、Becton Dickinson,Franklin Lakes,NJ,USA)における直接遠心分離を含む、周知の当技術分野において認められている技術に従い調製され得る。   The sample from which T lymphocytes are desired to be detected by the method of the present invention may be a peripheral blood fraction, advantageously a mononuclear cell (PBMC) fraction. PBMCs were centrifuged by Ficoll-Paque (Amersham Pharmacia Biotech, Piscataway, NJ, USA) and cell preparation blood collection tubes (Vacutainer ™ CPT ™ Cell Preparation Tube, Becton Dickinson, Franklin Lakes , NJ, USA) and can be prepared according to well-known art-recognized techniques, including direct centrifugation.

試料は、有利なことには、Tリンパ球が濃縮された試料、例えば(クローン細胞株もしくは多重クローン培養物のような)培養リンパ球、リンパ球浸潤物を含む組織から抽出もしくは溶出されたリンパ球(例えば、腫瘍生検材料から抽出され、選択的に培養物中で増幅された腫瘍浸潤リンパ球)、リンパ液もしくは胸腺から採取されたリンパ球、または一回目の蛍光標示式細胞分取の後に得られたリンパ球であってもよい。   The sample is advantageously a sample enriched in T lymphocytes, such as cultured lymphocytes (such as clonal cell lines or multiple clonal cultures), lymphs extracted or eluted from tissues containing lymphocyte infiltrates. Spheres (eg, tumor infiltrating lymphocytes extracted from tumor biopsy material and selectively amplified in culture), lymphocytes collected from lymph or thymus, or after the first fluorescently labeled cell sorting The obtained lymphocyte may be sufficient.

もう一つの態様において、その方法は、さらに、そのようにして検出された抗原特異的Tリンパ球を計数することを含む。計数は、便利なことには、全細胞数、アッセイされた細胞(全細胞、単核細胞、もしくはTリンパ球)の中の抗原特異的Tリンパ球の割合、またはT細胞サブセットの中の抗原特異的リンパ球の割合の形態で表され得る。   In another embodiment, the method further comprises counting antigen-specific T lymphocytes so detected. Counts conveniently include total cell count, percentage of antigen-specific T lymphocytes in assayed cells (total cells, mononuclear cells, or T lymphocytes), or antigens in T cell subsets. It can be expressed in the form of a percentage of specific lymphocytes.

これらの測定規準のうちのいくつかについては、試料中全体のTリンパ球の総数、または試料中全体の特定のサブセットのTリンパ球の総数を定量することがさらに必要である。   For some of these metrics, it is further necessary to quantify the total number of T lymphocytes in the whole sample, or the total number of T lymphocytes in a particular subset in the sample.

従って、他の態様において、本発明の方法は、試料を、少なくとも1個の蛍光団抱合抗体(抗体は、汎T抗体およびT細胞サブセッティング(subsetting)抗体からなる群より選択される)と接触させること、および次いで多量体蛍光複合体および蛍光団抱合抗体からの蛍光を同時に検出することをさらに含む。   Accordingly, in other embodiments, the methods of the invention contact a sample with at least one fluorophore-conjugated antibody (the antibody is selected from the group consisting of a pan-T antibody and a T-cell subsetting antibody). And then simultaneously detecting fluorescence from the multimeric fluorescent complex and the fluorophore-conjugated antibody.

この態様において有用に使用される抗体には、CD3、CD4、CD8、CD45RO、CD45RA、およびCD27に特異的な抗体が含まれる。理解されるように、抗体は、典型的には、Tリンパ球が検出されている分類学的な種(ヒト、マウス、ラット等)によって発現されるようなマーカーに特異的であるか、またはそれらと交差反応性であろう。   Antibodies usefully used in this embodiment include antibodies specific for CD3, CD4, CD8, CD45RO, CD45RA, and CD27. As will be appreciated, the antibody is typically specific for a marker as expressed by the taxonomic species from which T lymphocytes are detected (human, mouse, rat, etc.), or It will be cross-reactive with them.

フローサイトメトリー分野において周知のように、汎Tおよび/またはTリンパ球サブセッティング抗体は、トリガリング(triggering)データ取得、ライブ・ゲーティング(live gating)、またはゲーティング予備取得データのうちのいずれかまたは全部に使用され得る。   As is well known in the flow cytometry field, pan-T and / or T lymphocyte sub-setting antibodies can either trigger data acquisition, live gating, or pre-gating data. Or may be used for all.

多くの試料において、抗原特異的Tリンパ球の存在数は少ないため、本発明の方法においては、多数の事象を取得することが、多くの場合に有利である。さらに、Tリンパ球活性化抗原に特異的な抗体からの蛍光に対するトリガリングまたはゲーティングにより、抗原特異的Tリンパ球を検出するためのシグナル対ノイズ比を改善することが可能である場合もある。   In many samples, it is often advantageous to obtain a large number of events in the method of the present invention because of the small number of antigen-specific T lymphocytes present in many samples. In addition, it may be possible to improve the signal-to-noise ratio for detecting antigen-specific T lymphocytes by triggering or gating on fluorescence from antibodies specific for T lymphocyte-activated antigens. .

従って、もう一つの態様において、方法は、試料を、T細胞活性化抗原に特異的な少なくとも1個の蛍光団抱合抗体と接触させること、および次いで多量体蛍光性複合体および蛍光団抱合抗体からの蛍光を同時に検出することをさらに含む。抗体は、有用なことには、CD69、CD25、CD71、およびMHCクラスII(ヒトTリンパ球の標識には、HLA-DR)からなる群より選択される活性化抗原に特異的なものであり得る。   Thus, in another embodiment, the method comprises contacting a sample with at least one fluorophore conjugated antibody specific for a T cell activating antigen, and then from the multimeric fluorescent complex and the fluorophore conjugated antibody. And simultaneously detecting the fluorescence of. The antibody is usefully specific for an activating antigen selected from the group consisting of CD69, CD25, CD71, and MHC class II (HLA-DR for human T lymphocyte labeling). obtain.

有利なことには、本発明の方法において使用される抗体は、蛍光団、典型的には、その放射が、固有蛍光性多量体T細胞標識複合体、および本方法において同時に使用されるその他の蛍光団の放射から、フローサイトメトリーによって区別可能であるような蛍光団と、直接、予め抱合されるであろう。蛍光団は、有用なことには、フルオレセイン・イソチオシアネート(FITC)、フィコエリトリン(PE)、ペリディニン(peridinin)葉緑素タンパク質(PerCP)、アロフィコシアニン(APC)、テキサスレッド、Alexa Fluor 488(Molecular Probes,Inc.,Eugene Or.)、ならびにタンデム蛍光団PerCP-CY5.5、PE-Cy5、PE-Cy7、およびAPC-Cy7であり得る。抗体は、有用なことには、蛍光団で標識されたストレプトアビジンを使用した第二段階検出を許容する、ビオチンと抱合されてもよい。   Advantageously, the antibodies used in the methods of the invention comprise a fluorophore, typically the emission of which is an intrinsic fluorescent multimeric T cell labeling complex, and other simultaneously used in the methods. From the fluorophore emission, it will be directly conjugated with a fluorophore that is distinguishable by flow cytometry. Fluorophores usefully include fluorescein isothiocyanate (FITC), phycoerythrin (PE), peridinin chlorophyll protein (PerCP), allophycocyanin (APC), Texas Red, Alexa Fluor 488 (Molecular Probes, Inc. ., Eugene Or.), And tandem fluorophores PerCP-CY5.5, PE-Cy5, PE-Cy7, and APC-Cy7. The antibody may usefully be conjugated with biotin, allowing second stage detection using streptavidin labeled with a fluorophore.

抗原特異的Tリンパ球を検出し計数するための本発明の方法は、MHC四量体およびMHC/Igキメラの使用のみならず、限界希釈アッセイ法、ELISPOT、および細胞内サイトカイン発現のフローサイトメトリー検出のようなその他の機能アッセイ法も含む、従来技術の方法と同じ目的のために使用され得る(Waldropら、J.Clin.Invest.99(7):1739-50(1997))。従って、方法は、例えば感染に対する、ワクチンに対する、および自己免疫における、CD4+およびCD8+T細胞の応答を評価するために使用され得る。 The method of the invention for detecting and counting antigen-specific T lymphocytes includes flow cytometry of limiting dilution assay, ELISPOT, and intracellular cytokine expression as well as the use of MHC tetramers and MHC / Ig chimeras. It can be used for the same purposes as prior art methods, including other functional assays such as detection (Waldrop et al., J. Clin. Invest. 99 (7): 1739-50 (1997)). Thus, the method can be used to assess the response of CD4 + and CD8 + T cells, for example, against infection, against vaccines, and in autoimmunity.

抗原特異的Tリンパ球の検出は、使用される装置に依って、直接的または間接的に分取と連結され、従って、本発明の他の局面において、選択された抗原に特異的な Tリンパ球に関して試料を濃縮するかまたは減少させるための方法を提供する。   Detection of antigen-specific T lymphocytes is linked directly or indirectly to sorting depending on the equipment used, and thus, in another aspect of the invention, T lymphocytes specific for the selected antigen. A method is provided for concentrating or reducing a sample with respect to a sphere.

一般に、本方法は、複合体の、選択された抗原およびMHCに特異的な、試料中のTリンパ球との検出可能な結合を許容するのに十分な時間、および条件の下で、試料を、本発明の固有蛍光性多量体複合体(複合体のペプチド抗原は選択された抗原であり、複合体のMHC提示ドメインは、濃縮または減少が望まれるTリンパ球が拘束されると考えられるものである)と接触させることを含む。結合の後、標識されたTリンパ球は、それらと結合した複合体の蛍光に基づき、濃縮されるかまたは減少させられる。   In general, the method involves subjecting a sample under a time and under conditions sufficient to allow detectable binding of the complex to T lymphocytes in the sample specific for the selected antigen and MHC. The intrinsic fluorescent multimeric complex of the present invention (the peptide antigen of the complex is the selected antigen, and the MHC presentation domain of the complex is considered to be constrained by T lymphocytes that are desired to be enriched or reduced In contact with a). After binding, the labeled T lymphocytes are enriched or reduced based on the fluorescence of the complex bound to them.

そのような方法は、便利なことには、蛍光標示式細胞分取器を使用して実行される(本発明の多量体複合体からの蛍光に、少なくとも部分的に基づく分取は、細胞が除去される試料を減少させ、細胞が置かれるアリコートを濃縮する)。   Such a method is conveniently performed using a fluorescence activated cell sorter (sorting based at least in part on fluorescence from the multimeric complex of the present invention is Reduce the sample removed and concentrate the aliquot on which the cells are placed).

しかしながら、蛍光標示式細胞分取以外の手段を使用して、細胞を濃縮するかまたは減少させるために本発明の多量体を使用することも可能である。   However, it is also possible to use the multimers of the present invention to enrich or reduce cells using means other than fluorescence activated cell sorting.

例えば、TCR結合複合体の超常磁性粒子とのさらなる抱合により、蛍光測定的にではなく磁気的に、多量体で特異的に染色されたTリンパ球を分離することができる。これは、例えば融合タンパク質のエピトープに特異的な抗体を使用して行われ得る(例えば、DsRedがGFP様発色団および/または多量体化ドメインに寄与する場合、抗体はClontech Labs、Palo Alto、CA、USAより市販されているDsRed特異的抗体であり得る)。   For example, by further conjugation of the TCR binding complex to superparamagnetic particles, T lymphocytes that are specifically stained with multimers can be separated magnetically rather than fluorometrically. This can be done, for example, using an antibody specific for the epitope of the fusion protein (eg, if DsRed contributes to the GFP-like chromophore and / or multimerization domain, the antibody can be Clontech Labs, Palo Alto, CA A DsRed specific antibody commercially available from USA).

もう一つの例として、TCR結合複合体をビオチンとさらに抱合させ、続いてアビジン親和性基質を使用することにより、蛍光ではなくビオチン/アビジン親和性相互作用を使用して、多量体で特異的に染色されたTリンパ球を分離することができる。この多量体複合体のさらなる標識は、融合タンパク質のエピトープに特異的なビオチン抱合抗体を使用して間接的に行われ得る。または、化学的に、またはBirA基質ペプチドを複合体(典型的には融合タンパク質)へと設計する場合には酵素的に、多量体自体を予めビオチンと抱合させてもよい。   As another example, by further conjugating the TCR binding complex with biotin, followed by the use of an avidin affinity substrate, biotin / avidin affinity interaction rather than fluorescence can be used specifically in multimers. Stained T lymphocytes can be isolated. Further labeling of this multimeric complex can be done indirectly using a biotin-conjugated antibody specific for the epitope of the fusion protein. Alternatively, the multimer itself may be pre-conjugated with biotin either chemically or enzymatically when designing a BirA substrate peptide into a complex (typically a fusion protein).

本発明の方法に従い抗原特異的T細胞が濃縮された試料は、抗原特異的T細胞の、抗原提示細胞、細胞障害性標的、B細胞、またはその他の免疫系の細胞要素との特異的相互作用の研究のため、インビトロで使用され得る。本発明の方法に従い抗原特異的T細胞が濃縮された試料は、そのような相互作用を改変するために、インビトロで使用されてもよい。例えば、Dal Portoら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:6671-6675(1993)を参照されたい。   Samples enriched for antigen-specific T cells according to the method of the present invention are specific interactions of antigen-specific T cells with antigen-presenting cells, cytotoxic targets, B cells, or other cellular components of the immune system. Can be used in vitro for this study. Samples enriched for antigen-specific T cells according to the methods of the invention may be used in vitro to modify such interactions. See, for example, Dal Porto et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 6671-6675 (1993).

本発明の方法に従い抗原特異的T細胞が濃縮された試料は、腫瘍免疫療法のようなインビボの治療的介入にも使用され得る。例えば、Oelkeら、Clin.Cancer Res.6(5):1997-2005(2000)を参照されたい。   Samples enriched for antigen-specific T cells according to the methods of the invention can also be used for in vivo therapeutic interventions such as tumor immunotherapy. See, for example, Oelke et al., Clin. Cancer Res. 6 (5): 1997-2005 (2000).

前記の本発明の抗体は、その他の蛍光性タンパク質からの本発明のタンパク質の区別を含む、多数の適用においても有益である。   The antibodies of the invention described above are also useful in a number of applications, including differentiation of the proteins of the invention from other fluorescent proteins.

キット
典型的には、本発明のタンパク質を作成するための要素、例えば本発明のタンパク質のコーディング領域を含むベクターを含む構築物を含む、前記の適用のうちの一つ以上の実施において使用するためのキットも、本発明によって提供される。本発明のキット成分は、典型的には、適当な容器内に、適当な保存媒体、例えば緩衝溶液の中に存在する。本発明のキットには、提供されたタンパク質に対する抗体も存在し得る。ある種の態様において、キットは、各々が本発明のタンパク質をコードする複数の異なるベクター(この場合、ベクターは、異なる環境における、かつ/または異なる条件下での発現、例えば構成性発現のために設計されており、かつ哺乳動物細胞における発現のための強力なプロモーターを含む)、プロモーターのカスタム(custom)挿入およびテーラード(tailored)発現のためのマルチプル・クローニング・サイトを有するプロモーターレス・ベクター等を含む。
Kits for use in the practice of one or more of the above applications, typically comprising a construct comprising an element for making a protein of the invention, eg, a vector comprising a coding region of the protein of the invention Kits are also provided by the present invention. The kit components of the present invention are typically present in a suitable container and in a suitable storage medium, such as a buffer solution. Antibodies to the provided proteins can also be present in the kits of the invention. In certain embodiments, the kit comprises a plurality of different vectors, each encoding a protein of the invention (in which case the vectors are for expression in different environments and / or under different conditions, eg, constitutive expression). Such as promoterless vectors that are designed and contain strong promoters for expression in mammalian cells), custom insertion of promoters and multiple cloning sites for tailored expression, etc. Including.

上記の成分に加え、本発明のキットは、本発明の方法を実施するための説明をさらに含むであろう。これらの説明は、多様な形態で本発明のキット内に存在することができ、1個以上の形態がキット内に存在してもよい。これらの説明が存在し得る一つの形態は、キットの包装材の中、パッケージ・インサートの中等の適当な媒体または基体の上に印刷された情報(例えば情報が印刷された1枚以上の紙)としてである。さらにもう一つの手段は、情報が記録されたコンピューター読取可能媒体、例えばディスク、CD等であろう。さらにもう一つの存在し得る手段は、遠隔地において情報にアクセスするためにインターネットを介して使用され得る、ウェブサイト・アドレスである。任意の便利な手段が、キット内に存在し得る。   In addition to the above components, the kit of the present invention will further include instructions for performing the method of the present invention. These instructions can be present in the kit of the present invention in a variety of forms, and one or more forms may be present in the kit. One form in which these descriptions may exist is information printed on a suitable medium or substrate, such as in a kit packaging, in a package insert, etc. (eg, one or more sheets of information printed). As. Yet another means would be a computer readable medium having information recorded thereon, such as a disc, CD, or the like. Yet another possible means is a website address that can be used over the Internet to access information at a remote location. Any convenient means can be present in the kit.

以下の実施例は、制限のためではなく、例示のために提示されるものである。   The following examples are presented for purposes of illustration and not limitation.

実験
I.親凝集性野生型花虫綱タンパク質およびその変異体の配列
以下の表は、本発明の9個の特定の野生型花虫綱タンパク質の特性を要約したものである。
Experiment
I. Sequence of Parent Aggregating Wild-type Flowerworm Class Proteins and Variants thereof The following table summarizes the properties of nine specific wild-type flowerworm class proteins of the present invention.

(表1)

Figure 2009131260
(Table 1)
Figure 2009131260

II.突然変異誘発
適切な標的置換を含有しているプライマーを用いたPCRにより、部位特異的突然変異誘発を実行した。全ての変異体を、pQE30ベクター(Qiagen)のBamHI制限部位とHindIII制限部位と間にクローニングした。組換えタンパク質は、最初のMetの代わりに配列「MRHHHHHHGS」を含有するよう6×ヒスチジンタグ化した。大腸菌における一晩の発現の後、蛍光性タンパク質を、タロン・メタル・アフィニティ・レジン(TALON Metal Affinity Resin)(CLONTECH)を使用して精製した。SDS-PAGE分析により、タンパク質が少なくとも95%純粋であることが明らかとなった。
II. Mutagenesis Site-directed mutagenesis was performed by PCR with primers containing the appropriate target substitution. All mutants were cloned between the BamHI and HindIII restriction sites of the pQE30 vector (Qiagen). The recombinant protein was 6 × histidine tagged to contain the sequence “MRHHHHHHGS” instead of the first Met. After overnight expression in E. coli, the fluorescent protein was purified using TALON Metal Affinity Resin (CLONTECH). SDS-PAGE analysis revealed that the protein was at least 95% pure.

より詳細には、突然変異誘発は、オーバーラップ伸長法(Ho,S.N.,Hunt,H.D.,Horton,R.M.,Pullen,J.K.,Pease,L.R. Site-directed mutagenesis by overlap extension using the polymerase chain reaction.(Gene 1989,77,51-59)によって実行した。簡潔には、FPコーディング領域の2個のオーバーラップ断片を増幅した。「順方向クローニング」プライマーおよび「逆方向突然変異誘発」プライマーを、5'末断片増幅のために使用し、「順方向突然変異誘発」プライマーおよび「逆方向クローニング」プライマーを、3'末断片増幅のために使用した。PCRは、アドバンテージ(Advantage)(登録商標)2 ポリメラーゼミックス(Polymerase Mix)(CLONTECH)を使用し、100μMの各dNTP、0.2μMの各プライマー、および1ngのプラスミドDNAが添加された1×製造業者の緩衝液25μl(最終容量)中で実施した。サイクル・パラメーターは、95℃10秒、65℃30秒、72℃30秒に設定した。20サイクルを、PTC-200 MJ Researchサーモサイクラーを使用して完了した。初期(野生型)タンパク質をコードするプラスミドを除去するため、5'断片および3'断片を1×TAE緩衝液中で2%低融点アガロース・ゲルより切り出した。DNA溶液を排液させるために、ゲル片を3回の凍結−解凍サイクルに供した。以下のように、全長cDNAを得るため、5'断片および3'断片を組み合わせた。等量の5'断片溶液、3'断片溶液、ならびにアドバンテージ(登録商標)2 ポリメラーゼミックス、緩衝液、およびdNTPを含有している3×PCR混合物を共に混合し、2〜3サイクルの95℃20秒、65℃30分、72℃30秒に供した。次いで、反応物を10倍に希釈し、希釈された試料1μlを、順方向クローニング・プライマーおよび逆方向クローニング・プライマー(前記の5'断片および3'断片の増幅のためのもの)を用いたPCRのための鋳型として使用した。結果として、(1個以上の)標的置換を有する全長コーディング領域を含有しているクローニング用(ready-for-cloning)断片が製造された。   More specifically, mutagenesis is performed by the overlap extension method (Ho, SN, Hunt, HD, Horton, RM, Pullen, JK, Pease, LR Site-directed mutagenesis by overlap extension using the polymerase chain reaction. (Gene 1989 Briefly, two overlapping fragments of the FP coding region were amplified: a “forward cloning” primer and a “reverse mutagenesis” primer were Used for amplification, “forward mutagenesis” and “reverse cloning” primers were used for 3 ′ end fragment amplification PCR was performed using Advantage® 2 polymerase mix ( Polymerase Mix) (CLONTECH) was performed in 25 μl (final volume) of 1 × manufacturer's buffer supplemented with 100 μM of each dNTP, 0.2 μM of each primer, and 1 ng of plasmid DNA. The parameters were set at 95 ° C for 10 seconds, 65 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 30 seconds, and 20 cycles were completed using a PTC-200 MJ Research thermocycler. To remove, the 5 'and 3' fragments were excised from a 2% low melting point agarose gel in 1x TAE buffer, and the gel pieces were subjected to 3 freeze-thaw cycles to drain the DNA solution. The 5 ′ and 3 ′ fragments were combined to obtain full-length cDNA as follows: equal amounts of 5 ′ fragment solution, 3 ′ fragment solution, and Advantage® 2 polymerase mix, buffer , And 3 × PCR mix containing dNTPs were mixed together and subjected to 2-3 cycles of 95 ° C. 20 seconds, 65 ° C. 30 minutes, 72 ° C. 30 seconds. 1 μl of diluted sample, using forward cloning primer and reverse claw As a template for PCR with the amplification primers (for amplification of the 5 'and 3' fragments described above), resulting in a full-length coding region with one or more target substitutions A ready-for-cloning fragment was produced.

変異cDNAをBamHIおよびHindIIIで消化し(クローニング・プライマーはこれらのエンドヌクレアーゼのための部位を含有している)、次いでBamHIおよびHindIIIで消化されたpQE30(Qiagen)へとクローニングした。組換えタンパク質は、N末端に6×Hisタグを含有していた。   Mutant cDNA was digested with BamHI and HindIII (cloning primers contain sites for these endonucleases) and then cloned into pQE30 (Qiagen) digested with BamHI and HindIII. The recombinant protein contained a 6 × His tag at the N-terminus.

選択された大腸菌クローンを、光学密度(OD)が0.6になるまで、50ml中37℃で増殖させた。その時点で、組換えFPの発現を0.2 mM IPTGで誘導した。次いで、培養物を一晩インキュベートした。翌日、細胞を遠心分離により採集し、緩衝液(20 mMトリス-HCl、pH8.0;100 mM NaCl)に再懸濁させ、超音波処理により破壊した。タロン・メタル・アフィニティ・レジン(CLONTECH)を使用して可溶性画分から蛍光性タンパク質を精製した。タンパク質は、SDS-PAGEによると少なくとも95%純粋であった。   Selected E. coli clones were grown at 37 ° C. in 50 ml until the optical density (OD) was 0.6. At that time, recombinant FP expression was induced with 0.2 mM IPTG. The culture was then incubated overnight. The next day, cells were collected by centrifugation, resuspended in buffer (20 mM Tris-HCl, pH 8.0; 100 mM NaCl) and disrupted by sonication. The fluorescent protein was purified from the soluble fraction using Talon Metal Affinity Resin (CLONTECH). The protein was at least 95% pure by SDS-PAGE.

III.製造された変異体
表2は、上記のプロトコルを使用して製造された代表的な非凝集性変異体に関する詳細を提供する。
III. Manufactured Variants Table 2 provides details on representative non-aggregating variants produced using the above protocol.

(表2)

Figure 2009131260
(Table 2)
Figure 2009131260

図14は、前記のようなある種の非凝集性変異体のアライメントを提供している。   FIG. 14 provides an alignment of certain non-aggregating mutants as described above.

IV. 代表的な非凝集性変異体の特徴づけ
A.材料および方法
理論pI
理論pIは、「expasy.pku.edu.cn/tools/protoparam」の前に「http://」、後に「.html」を付けることによって作製され、Appel R.D.、Bairoch A.、Hochstrasser D.F. A new generation of information retrieval tools for biologists:the example of the ExPASy WWW server. Trends Biochem.Sci.1994、19:258-260に記載されているウェブサイト上で利用可能な、ProtParamプログラムを使用して計算した。
IV. Characterization of representative non-aggregating mutants
A. Material and Method Theory pI
Theoretical pI is created by appending "http: //" followed by ".html" to "expasy.pku.edu.cn/tools/protoparam", Appel RD, Bairoch A., Hochstrasser DF A new Generation of information retrieval tools for biologists: calculated using the ProtParam program available on the website described in the example of the ExPASy WWW server. Trends Biochem. Sci. 1994, 19: 258-260.

タンパク質凝集を評価する方法
1.「偽非変性」タンパク質電気泳動。変異タンパク質の凝集特性の迅速な評価のため、本発明者らは、「偽非変性」タンパク質電気泳動と名付けた単純な方法を使用した。この方法は、通常のドデシル硫酸ナトリウム・ポリアクリルアミド・ゲル(SDS-PAG)への非煮沸タンパク質試料の適用に基づく。これらの条件において、FPは蛍光性のままである。さらに、これらの条件は、適用されたタンパク質の超分子構造を維持する。高分子量の凝集したタンパク質は、ゲルの一番上に残り、四量体タンパク質は>100 kDのバンドとして移動する。
Methods for assessing protein aggregation
1. “Pseudo-native” protein electrophoresis. For a rapid assessment of the aggregation properties of the mutated protein, we used a simple method termed “pseudo-native” protein electrophoresis. This method is based on the application of non-boiled protein samples to conventional sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gels (SDS-PAG). Under these conditions, FP remains fluorescent. Furthermore, these conditions maintain the supramolecular structure of the applied protein. High molecular weight aggregated protein remains on top of the gel, and tetrameric protein migrates as a> 100 kD band.

2.光散乱。この方法は、凝集したタンパク質の粒子による溶液中での光散乱に基づく。そのような粒子のサイズおよび量が大きいほど、光散乱は大きくなる。光散乱は、光の波長に依存するため(短波の方が散乱がはるかに顕著である)、凝集は吸光スペクトルの一般的な傾斜をもたらす。一般に、より短い波長(凝集していないタンパク質の吸光が最小となる)における吸光の、より長い波長(凝集していないタンパク質の吸光が極大となる)における吸光に対する比率により、凝集を評価することが好ましい。例えば、E57の場合には、吸光(400nm)/吸光(566nm)のような吸光の比率を測定することにより、凝集を評価することができる。凝集していないタンパク質の試料においては、この比率はゼロに近いはずである。 2. Light scattering. This method is based on light scattering in solution by aggregated protein particles. The larger the size and amount of such particles, the greater the light scattering. Since light scattering depends on the wavelength of light (scattering is much more pronounced for short waves), aggregation results in a general slope of the absorption spectrum. In general, assessing aggregation by the ratio of absorbance at a shorter wavelength (minimum absorbance of unaggregated protein) to absorbance at a longer wavelength (maximum absorbance of unaggregated protein) preferable. For example, in the case of E57, aggregation can be evaluated by measuring the ratio of absorbance such as absorbance (400 nm) / absorption (566 nm). In non-aggregated protein samples, this ratio should be close to zero.

変異体を、凝集を阻止しない同じ緩衝条件の下で、1mg/mlの濃度で試験した。   Mutants were tested at a concentration of 1 mg / ml under the same buffer conditions that did not prevent aggregation.

3.哺乳動物細胞株における輝度。特定の変異体を、C1ベクター(CLONTECH)を使用して、哺乳動物細胞株フェニックス(Phoenix)へと一過性トランスフェクトした。凝集は、蛍光顕微鏡を使用して、FPを発現している細胞の数の視覚的な検査によって評価した。 3. Luminance in mammalian cell lines. Certain mutants were transiently transfected into the mammalian cell line Phoenix using the C1 vector (CLONTECH). Aggregation was assessed by visual inspection of the number of cells expressing FP using a fluorescence microscope.

4.インビボの凝集の正確な動力学を生存細胞において測定することは困難であるため、この過程は不明瞭である。おそらく、より明るい細胞が一般的にはより顕著なFP凝集物を示すため、凝集はFP濃度に依存する。にも関わらず、シグナルが可視となるやいなや、低蛍光性細胞ですら、凝集像が観察され得る。これは、凝集にとって十分なFP濃度の閾値が極めて低いことを示している。 Four. This process is ambiguous because it is difficult to measure the exact kinetics of in vivo aggregation in living cells. Presumably aggregation is dependent on FP concentration, as brighter cells generally show more pronounced FP aggregates. Nevertheless, as soon as the signal becomes visible, aggregates can be observed even with low-fluorescence cells. This indicates that the threshold of FP concentration sufficient for aggregation is very low.

精製されたFPの凝集は、さらにインビトロで観察される。例えば、色または蛍光の損失なしに、ほぼ全ての花虫綱FPが溶液(PBS)から部分的に沈殿する。精製されたFPの凝集を可視化するため、本発明者らは、非加熱タンパク質試料の不連続SDS-PAGEに基づく「偽非変性」タンパク質電気泳動を使用した(Baird,G.S.,Zacharias,D.A.およびTsien,R.Y.(2000) Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.97,11984-11989)。これらの条件の下で、FPは、蛍光特性のみならず超分子構造をも保持し:高分子量の凝集したタンパク質はゲルの一番上に残り、オリゴマーは高分子量のバンドとして移動する。   Aggregation of purified FP is further observed in vitro. For example, almost all flower pods FP partially precipitate from solution (PBS) without loss of color or fluorescence. To visualize the aggregation of purified FP, we used “pseudo-native” protein electrophoresis based on discontinuous SDS-PAGE of unheated protein samples (Baird, GS, Zacharias, DA and Tsien , RY (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 11984-11989). Under these conditions, FP retains not only fluorescence properties but also supramolecular structure: high molecular weight aggregated proteins remain on top of the gel and oligomers migrate as high molecular weight bands.

B.結果
赤色蛍光drFP583が、突然変異誘発に供された最初のタンパク質であった。E57と名付けられた、DsRed(哺乳動物細胞における発現のために最適化された、改変されたコドン使用を有するdrFP583の市販されている型)の改良された変異体を、親遺伝子として使用した(表2)。置換R2A、K5E、K9T(異なる組み合わせ)を含有するE57の変異体を製造した。大腸菌における発現および精製の後、これらのタンパク質を、偽非変性PAGE(上記参照)により分析した。全ての変異体が、親E57と比較して低いレベルの凝集を示し、R2A置換は、この結果に最も強い影響を及ぼすようであった(示していない)。凝集を示さず(図15)、励起−放射極大、蛍光輝度、および成熟速度に関してはE57と極めて類似していた、これらの3個の置換(R2A、K5E、およびK9T)全てを含有しているE57-NAと呼ばれる変異体を、最適なタンパク質として選択した。
B. Results Red fluorescent drFP583 was the first protein subjected to mutagenesis. An improved variant of DsRed (a commercially available form of drFP583 with modified codon usage optimized for expression in mammalian cells), named E57, was used as the parent gene ( Table 2). A variant of E57 was produced containing the substitutions R2A, K5E, K9T (different combinations). After expression and purification in E. coli, these proteins were analyzed by pseudo-native PAGE (see above). All mutants showed a low level of aggregation compared to the parent E57, and the R2A substitution appeared to have the strongest effect on this result (not shown). Contains all three of these substitutions (R2A, K5E, and K9T), showing no aggregation (Figure 15) and very similar to E57 with respect to excitation-radiation maximum, fluorescence intensity, and maturation rate A variant called E57-NA was selected as the optimal protein.

E57-NAは、哺乳動物細胞において優れた蛍光イメージを示した(図16)。大部分の細胞において、核および核小体が明白に可視であり、細胞の境界および過程が明確であった。対照的に、E57発現細胞の蛍光は不明瞭であり、可視の細胞内構造は存在しなかった。蛍光シグナルの境界は、しばしば、細胞の境界および過程と一致しなかったため、細胞は丸形に見えた。従って、インビボおよびインビトロ両方の試験によって、E57-NAタンパク質が低凝集性であることが確認された。重要なこととして、他の研究室におけるE57-NAの予備試験により、細胞株(B.Angres,Clontech,Palo-Alto,CA,USA、個人的通信)、アフリカツメガエル(Xenopus)胚(A.Zaraisky,IBCh,Moscow,Russia、個人的通信)、および植物(A.Touraev,IMG,Vienna Biocenter,Vienna,Austria、個人的通信)における発現の際の、DsRedおよびE57の両方と比較して、このタンパク質の大きく減少した毒性が示された。現在、E57-NAはDsRed2としてClontechより市販されている。   E57-NA showed an excellent fluorescence image in mammalian cells (FIG. 16). In most cells, nuclei and nucleoli were clearly visible, and cell boundaries and processes were clear. In contrast, the fluorescence of E57 expressing cells was ambiguous and there was no visible intracellular structure. The boundaries of the fluorescent signal often did not coincide with the cell boundaries and processes, so the cells appeared round. Thus, both in vivo and in vitro studies confirmed that the E57-NA protein is hypoaggregating. Importantly, preliminary studies of E57-NA in other laboratories have shown that cell lines (B. Angres, Clontech, Palo-Alto, CA, USA, personal communication), Xenopus embryos (A. Zaraisky) IBCH, Moscow, Russia, personal communications) and plants (A.Touraev, IMG, Vienna Biocenter, Vienna, Austria, personal communications) and this protein compared to both DsRed and E57 during expression Greatly reduced toxicity. Currently, E57-NA is commercially available from Clontech as DsRed2.

最近、経時的に色を変化させるため「Timer」と命名された、関心対象のDsRedの変異体が、記載された。このタンパク質の非凝集性型を製造するため、本発明者らは、前述の3個の置換を利用した。親Timerと事実上同じ成熟特性を所有しているが、偽非変性PAGEでは凝集物を形成しない(図15)、新規の変異体Timer-NAを製造した(表2)。哺乳動物細胞において、TimerとTimer-NAとの間の差異は、E57とE57-NAとの間の差異と類似していた(図16)。   Recently, a variant of DsRed of interest, named “Timer” to change color over time, has been described. In order to produce a non-aggregating form of this protein, we utilized the three substitutions described above. A novel mutant Timer-NA was produced (Table 2) that possessed virtually the same maturation characteristics as the parent Timer but did not form aggregates on pseudo-native PAGE (Figure 15). In mammalian cells, the difference between Timer and Timer-NA was similar to the difference between E57 and E57-NA (Figure 16).

次に標的としたFPは、616nmにピークを有する赤色にシフトした蛍光を示すds/drFP616(6/9Q)であった。このタンパク質は、2個の赤色FP(dsFP593およびdrFP583)の組替え(shuffling)の後、無作為突然変異誘発を行うことにより製造された。しかしながら、ds/drFP616は極めて高い凝集を示した。E57およびTimer(図14、表2)と同様の、ds/drFP616のN末端領域の5位および9位の2個のLys残基の変異は、偽非変性PAGEにおける凝集したタンパク質量の有意な減少をもたらしたが、Lys変異体ds/drFP616-K5E/K9Tには依然として残存する凝集が検出された(示していない)。タンパク質産生大腸菌クローンのスクリーニングの後、偽非変性PAGEにおける凝集の完全な欠如を示すものを選択した(図15)。配列分析により、このクローンが、タンパク質のN末端領域に2個の付加的な変異(クローニング手法の間に偶然欠失したSer-2およびCys-3)を含有していることが明らかとなった。真核細胞において発現させると、ds/drFP616-NA(6/9QNA)と名付けられたその変異体は、E57-NAおよびTimer-NAと類似する、蛍光イメージの有意な改善を示した。親ds/drFP616の、明るいが、完全に構造化されていないブロット様のイメージとは対照的に、ds/drFP616-NAは、より均一に核および細胞質に分布していた(図16)。   The target FP was ds / drFP616 (6 / 9Q), which shows fluorescence shifted to red with a peak at 616 nm. This protein was produced by random mutagenesis after shuffling of two red FPs (dsFP593 and drFP583). However, ds / drFP616 showed very high aggregation. Similar to E57 and Timer (Figure 14, Table 2), mutations in the two Lys residues at positions 5 and 9 in the N-terminal region of ds / drFP616 are significant in the amount of aggregated protein on pseudo-native PAGE. Although resulting in a decrease, remaining aggregation was detected in the Lys mutant ds / drFP616-K5E / K9T (not shown). After screening of protein-producing E. coli clones, those that showed a complete lack of aggregation on pseudo-native PAGE were selected (FIG. 15). Sequence analysis revealed that this clone contained two additional mutations (Ser-2 and Cys-3 accidentally deleted during the cloning procedure) in the N-terminal region of the protein. . When expressed in eukaryotic cells, the variant named ds / drFP616-NA (6 / 9QNA) showed a significant improvement in fluorescence image, similar to E57-NA and Timer-NA. In contrast to the bright but not fully structured blot-like image of the parent ds / drFP616, ds / drFP616-NA was more uniformly distributed in the nucleus and cytoplasm (FIG. 16).

その後、無作為突然変異誘発により先に製造された改良変異体(表2)に基づき、前記の突然変異誘発戦略を、異なる色の4個のFP:緑色のzFP506タンパク質、黄色のzFP538タンパク質、赤色のasFP595タンパク質、および緑がかった青色(cyan)のamFP486タンパク質に適用した。大腸菌において発現させると、変異タンパク質は、対応する野生型タンパク質(未公開のデータ)と比較して、より大きな輝度、およびより速く、より完全なタンパク質折り畳みを示した。しかしながら、導入された置換は、これらのFPの凝集特性には影響を及ぼさなかった。凝集傾向を減少させる試みにおいて、タンパク質のN末端近傍の全てのリジンを変異させた(図14、表2)。得られた二次タンパク質変異体のインビトロ分析では、凝集が確認されなかった(図15)。さらに、4個の非凝集性変異体(zFP506-N66M-NA、zFP538-M129V-NA、amFP486-K68M-NA、およびasFP595-M35-5-NA)は、E57-NA、Timer-NA、およびds/drFP616-NAと類似した、哺乳動物細胞における蛍光イメージの明白な改善を示した(図16、amFP486およびasFP595に関するイメージは示していない)。   Subsequently, based on the improved mutants previously produced by random mutagenesis (Table 2), the mutagenesis strategy described above was performed using four different FPs: green zFP506 protein, yellow zFP538 protein, red Of asFP595 protein, and greenish blue (cyan) amFP486 protein. When expressed in E. coli, the mutant protein showed greater brightness and faster and more complete protein folding compared to the corresponding wild-type protein (unpublished data). However, the introduced substitutions did not affect the aggregation properties of these FPs. In an attempt to reduce the tendency to aggregate, all lysines near the N-terminus of the protein were mutated (Figure 14, Table 2). In vitro analysis of the resulting secondary protein variants did not confirm aggregation (FIG. 15). In addition, four non-aggregating mutants (zFP506-N66M-NA, zFP538-M129V-NA, amFP486-K68M-NA, and asFP595-M35-5-NA) are E57-NA, Timer-NA, and ds. It showed a clear improvement in fluorescence image in mammalian cells similar to / drFP616-NA (Figure 16, images for amFP486 and asFP595 not shown).

C.結論
要約すると、花虫綱FPのN末端近傍の塩基性残基は、タンパク質凝集物の形成において顕著な役割を果たすと結論付けられる。タンパク質凝集に対する単一アミノ酸置換の有意な効果の例は、多数、立証されている。同様に、FP内の1〜3個の残基の置換は、タンパク質可溶性の相当の増加をもたらした。
C. CONCLUSION In summary, it can be concluded that the basic residues near the N-terminus of the class FP are playing a prominent role in the formation of protein aggregates. Many examples of significant effects of single amino acid substitutions on protein aggregation have been demonstrated. Similarly, substitution of 1-3 residues within FP resulted in a significant increase in protein solubility.

V.付加的な特徴決定 V. Additional characterization

(表3)改変されたpIを有するE57に基づく変異体の特性

Figure 2009131260
aこの方法は、非煮沸タンパク質試料のSDS-PAGEへの適用に基づく。これらの条件では、FPは蛍光性であり、電気泳動の条件は超分子構造を保存する。
b比率:(吸光(400nm)−吸光(650nm)/(吸光(566nm)−吸光(650nm)) Table 3 Characteristics of E57-based mutants with altered pI
Figure 2009131260
a This method is based on the application of non-boiled protein samples to SDS-PAGE. Under these conditions, FP is fluorescent and electrophoresis conditions preserve the supramolecular structure.
b Ratio: (Absorption (400nm)-Absorption (650nm) / (Absorption (566nm)-Absorption (650nm)))

上記の考察および結果より、本発明が、重要な新規変異蛍光性タンパク質、およびそれらをコードする核酸を提供することが明らかである(本発明の変異体は、参照発色/蛍光タンパク質と比較した場合、改善された特質、即ち非凝集性を有し、かつ本発明のタンパク質および核酸は、多様な異なる適用において有益である)。そのため、本発明は、当技術分野にとっての有意な貢献である。   From the above considerations and results, it is clear that the present invention provides important novel mutant fluorescent proteins and nucleic acids encoding them (when the mutants of the present invention are compared to a reference chromogenic / fluorescent protein) The improved properties, i.e. non-aggregating, and the proteins and nucleic acids of the invention are beneficial in a variety of different applications). As such, the present invention is a significant contribution to the art.

この明細書中に引用された全ての刊行物および特許出願は、あたかも個々の刊行物または特許出願が、各々参照として組み込まれることが特別にかつ個々に示されたかのごとく、参照として本明細書に組み込まれる。任意の刊行物の引用は、出願日より前の開示に関するものであり、本発明が、先行発明のためそのような出版物に先行する権利を有することの承認として解釈されるべきではない。   All publications and patent applications cited in this specification are herein incorporated by reference as if each particular publication or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. Incorporated. The citation of any publication is for disclosure prior to the filing date and should not be construed as an admission that the invention is entitled to antedate such publication due to prior invention.

本発明を、理解の明確のため、例示および具体例によってある程度詳細に記載したが、本発明の教示を考慮することにより、添付の請求請求の範囲の趣旨または範囲から逸脱することなく、ある種の変化および改変が、本発明に対してなされ得ることは、当業者には容易に明らかであろう。   The present invention has been described in some detail by way of illustration and example for purposes of clarity of understanding, but certain types of techniques may be considered without departing from the spirit or scope of the appended claims in view of the teachings of the invention. It will be readily apparent to those skilled in the art that changes and modifications can be made to the present invention.

野生型amFP486(NFP-1)のヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:01および02)を提供する。The nucleotide and amino acid sequences of wild type amFP486 (NFP-1) are provided (SEQ ID NOs: 01 and 02). 野生型zFP506(NFP-3)のヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:03および04)を提供する。The nucleotide and amino acid sequences (SEQ ID NOs: 03 and 04) of wild type zFP506 (NFP-3) are provided. 野生型zFP538(NFP-4)のヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:05および06)を提供する。The nucleotide and amino acid sequences (SEQ ID NOs: 05 and 06) of wild type zFP538 (NFP-4) are provided. 野生型drFP583(NFP-6)のヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:07および08)、ならびにそれらの代替型のヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を提供する。The nucleotide and amino acid sequences of wild type drFP583 (NFP-6) (SEQ ID NOs: 07 and 08), and alternative nucleotide and amino acid sequences thereof are provided. 野生型asFP600(NFP-7)のヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:09および10)を提供する。The nucleotide and amino acid sequences (SEQ ID NOs: 09 and 10) of wild type asFP600 (NFP-7) are provided. 6/9Qハイブリッド・タンパク質のヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:11および12)を提供する。The nucleotide sequence and amino acid sequence (SEQ ID NO: 11 and 12) of the 6 / 9Q hybrid protein are provided. 変異型E57-NA(DsRED2)のヌクレオチド配列(配列番号:13)を提供する。The nucleotide sequence (SEQ ID NO: 13) of mutant E57-NA (DsRED2) is provided. 変異型E5-NA(Timer NA)のヌクレオチド配列(配列番号:14)を提供する。The nucleotide sequence (SEQ ID NO: 14) of mutant E5-NA (Timer NA) is provided. FP3-NAのヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:15および16)を提供する。The nucleotide and amino acid sequences of FP3-NA (SEQ ID NOs: 15 and 16) are provided. NFP4-NAのヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:17および18)を提供する。The nucleotide and amino acid sequences of NFP4-NA (SEQ ID NOs: 17 and 18) are provided. mut32-NAのヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:19および20)を提供する。The nucleotide sequence and amino acid sequence of mut32-NA (SEQ ID NOs: 19 and 20) are provided. 変異FP7-NAのヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:21および22)を提供する。The nucleotide sequence and amino acid sequence (SEQ ID NO: 21 and 22) of mutant FP7-NA are provided. 変異FP7-NAダイマーのヌクレオチド配列およびアミノ酸配列(配列番号:23および24)を提供する。The nucleotide sequence and amino acid sequence (SEQ ID NO: 23 and 24) of the mutant FP7-NA dimer are provided. 蛍光性タンパク質のN末端領域の多重アラインメント。配列の上の矢印は、GFPおよびdrFP583の構造に基づくタンパク質内の第1βシートを表す。非凝集性変異体において置換されたアミノ酸残基は影付きである。Multiple alignment of the N-terminal region of fluorescent proteins. The arrow above the sequence represents the first β-sheet in the protein based on the structure of GFP and drFP583. Amino acid residues substituted in non-aggregating mutants are shaded. 親蛍光性タンパク質(奇数レーン)およびそれらの非凝集性変異体(偶数レーン)の偽非変性ゲル電気泳動。写真はUV照明の下で得られた。凝集したタンパク質は、濃縮用ゲルに観察される。オリゴマー・タンパク質は、高分子量のバンドとして分離ゲル中を移動する(FPの単量体および四量体の予想MWは、約27および108 kDaである)。分子量標準が、ゲルの左側に示されている。レーン:1−DsRed変異体E57;2−E57-NA;3−DsRed変異体Timer;4−Timer-NA;5−ds/drFP616;6−ds/drFP616-NA;7−zFP506変異体N66M;8−zFP506-N66M-NA;9−zFP538変異体M129V;10−ZFP538-M129V-NA;11−amFP486変異体K68M;12−amFP486-K68M-NA;13−asFP595変異体M35-5;14−M35-5-NA;15−EGFP。Pseudo-non-denaturing gel electrophoresis of parent fluorescent proteins (odd lanes) and their non-aggregating mutants (even lanes). The photo was obtained under UV illumination. Aggregated protein is observed in the gel for concentration. Oligomeric proteins migrate in the separation gel as high molecular weight bands (expected MW for FP monomers and tetramers is about 27 and 108 kDa). Molecular weight standards are shown on the left side of the gel. Lanes: 1-DsRed mutant E57; 2-E57-NA; 3-DsRed mutant Timer; 4-Timer-NA; 5-ds / drFP616; 6-ds / drFP616-NA; 7-zFP506 mutant N66M; 8 -ZFP506-N66M-NA; 9-zFP538 mutant M129V; 10-ZFP538-M129V-NA; 11-amFP486 mutant K68M; 12-amFP486-K68M-NA; 13-asFP595 mutant M35-5; 14-M35- 5-NA; 15-EGFP. 親蛍光性タンパク質(左カラム)および対応する非凝集性蛍光性タンパク質(右カラム)を発現している細胞の蛍光イメージ(詳細に関しては表2を参照のこと)。タンパク質名が左側に示されている。EGFP発現細胞が、周知の非凝集性蛍光性タンパク質として、比較のため示されている(下)。Fluorescent image of cells expressing the parent fluorescent protein (left column) and the corresponding non-aggregating fluorescent protein (right column) (see Table 2 for details). The protein name is shown on the left. EGFP expressing cells are shown for comparison as well-known non-aggregating fluorescent proteins (bottom).

Claims (20)

刺胞動物の凝集性色素タンパク質もしくは蛍光性タンパク質またはその変異体の、非凝集性色素変異体または蛍光性変異体をコードする核酸。   A nucleic acid encoding a non-aggregating pigment variant or a fluorescent variant of an agglutinating chromoprotein or fluorescent protein of a cnidarian or a variant thereof. 刺胞動物の色素タンパク質または蛍光性タンパク質が非生物発光性刺胞動物種に由来する、請求項1記載の核酸。   2. The nucleic acid of claim 1, wherein the cnidarian chromoprotein or fluorescent protein is derived from a non-bioluminescent cnidarian species. 非生物発光性刺胞動物種が花虫綱種である、請求項2記載の核酸。   3. The nucleic acid according to claim 2, wherein the non-bioluminescent cnidarian species is a class of flower worms. 配列番号:14;15;17;19;21;および23の少なくとも10残基長のヌクレオチド配列と実質的に同じであるか、または同一である残基の配列を有する、請求項1記載の核酸。   2. The nucleic acid of claim 1, having a sequence of residues that is substantially the same or identical to the nucleotide sequence of at least 10 residues in length of SEQ ID NOs: 14; 15; 17; 19; 21; and 23. . 請求項1記載の選択された核酸の断片。   2. A fragment of the selected nucleic acid according to claim 1. ベクターおよび請求項1記載の核酸を含む構築物。   A construct comprising a vector and the nucleic acid of claim 1. (a)発現宿主において機能性の転写開始領域;
(b)請求項1記載の核酸;および
(c)該発現宿主において機能性の転写終結領域
を含む発現カセット。
(A) a transcription initiation region functional in the expression host;
(B) a nucleic acid according to claim 1; and (c) an expression cassette comprising a transcription termination region functional in the expression host.
宿主細胞への発現カセットの導入の結果として、染色体外要素の一部として存在するか、または宿主細胞のゲノムへ組み込まれている、請求項7記載の発現カセットを含む細胞またはその子孫。   8. A cell comprising an expression cassette according to claim 7, or a progeny thereof, which is present as part of an extrachromosomal element or integrated into the genome of the host cell as a result of the introduction of the expression cassette into the host cell. 色素タンパク質および/または蛍光性タンパク質を作製する方法であって:
該タンパク質を発現する請求項8記載の細胞を増殖させる段階;および
その他のタンパク質を実質的に含まない該タンパク質を分離する段階
を含む方法。
A method for producing a chromoprotein and / or a fluorescent protein comprising:
9. A method comprising the steps of growing the cells of claim 8 expressing said protein; and isolating said protein substantially free of other proteins.
請求項1記載の核酸によってコードされるタンパク質またはその断片。   A protein encoded by the nucleic acid according to claim 1 or a fragment thereof. 請求項10記載のタンパク質に特異的に結合する抗体。   11. An antibody that specifically binds to the protein of claim 10. 請求項1記載の核酸である導入遺伝子を含む、トランスジェニック細胞またはその子孫。   A transgenic cell or a progeny thereof comprising a transgene that is the nucleic acid of claim 1. 請求項1記載の核酸である導入遺伝子を含む、トランスジェニック生物。   A transgenic organism comprising a transgene that is the nucleic acid of claim 1. 色素タンパク質または蛍光性タンパク質を利用する適用において、請求項10記載のタンパク質を利用する段階を含む改良方法。   11. An improved method comprising the step of utilizing the protein of claim 10 in applications utilizing chromoproteins or fluorescent proteins. 色素タンパク質または蛍光性タンパク質をコードする核酸を利用する適用において、請求項1記載の核酸を利用する段階を含む改良方法。   An improved method comprising the step of using a nucleic acid according to claim 1 in an application using a nucleic acid encoding a chromoprotein or a fluorescent protein. 請求項1記載の核酸を含むキット。   A kit comprising the nucleic acid according to claim 1. 請求項1記載の核酸を作製する方法であって、刺胞動物の凝集性色素タンパク質および/または蛍光性タンパク質をコードする配列の、少なくとも1個のN末端残基コドンを調整して該核酸を作製する段階を含む方法。   A method for producing a nucleic acid according to claim 1, wherein at least one N-terminal residue codon of a sequence encoding a clinging animal aggregating chromoprotein and / or fluorescent protein is adjusted to produce the nucleic acid. A method comprising the steps of making. 少なくとも1個の残基が塩基性残基である、請求項17記載の方法。   18. The method of claim 17, wherein at least one residue is a basic residue. 調整が、塩基性残基の中性残基への置換である、請求項18記載の方法。   19. The method of claim 18, wherein the adjustment is a substitution of a basic residue with a neutral residue. 塩基性残基がlysまたはargである、請求項18記載の方法。   19. The method of claim 18, wherein the basic residue is lys or arg.
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