JP2010115136A - Method for creating membrane protein with labelled n-terminal end, and cell having membrane protein with labelled n-terminal end in its outer layer - Google Patents

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Akiyasu Yamamoto
晃康 山本
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田中  勉
Masaya Tsukiji
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for specifically labelling only a target protein by modifying a specific probe to the target protein, a method for labelling a membrane protein in which its N-terminal end exists extracellularly, a cell having a membrane protein specifically modified by the method, and a method for screening using the cell. <P>SOLUTION: There is disclosed a method for creating a membrane protein with a labelled N-terminal end, wherein the method is featured by using a labelled molecular probe in which a membrane protein having LPX<SP>1</SP>X<SP>2</SP>(G)<SB>n</SB>sequence (X<SP>1</SP>is an optional amino acid, and X<SP>2</SP>represents threonine or alanine. n is any one of an integer from 2 to 8.) in a region of N-terminal side and having an N-terminal end extracellularly existing, a peptide transferring enzyme Sortase A, and LPX<SP>1</SP>X<SP>2</SP>(G)<SB>m</SB>sequence (X<SP>1</SP>is an optional amino acid, and X<SP>2</SP>represents threonine or alanine. m is 1 or 2.) are added. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、分子生物学分野におけるバイオイメージング技術、及び蛋白質工学分野における蛋白質改変技術に関する。詳しくは、細胞が生きたままの状態で特定の蛋白質の機能や動態を直接観察するためのバイオイメージング技術、そのための蛋白質標識技術に関する。   The present invention relates to a bioimaging technique in the field of molecular biology and a protein modification technique in the field of protein engineering. More specifically, the present invention relates to a bioimaging technique for directly observing the function and dynamics of a specific protein while a cell is alive, and a protein labeling technique therefor.

細胞機能の解明や疾病の発症メカニズムの解明といった分子細胞生物学分野の研究開発において、特定の蛋白質の機能、細胞内での局在や活性の変化を知ることが必要不可欠である。そのための解析手法として、観測対象の蛋白質を可視化して直接観察するバイオイメージングの手法が幅広く利用されている。現在のバイオイメージングの代表的な手法としては、以下の3つの手法がある。   In research and development in the field of molecular cell biology such as elucidation of cell function and disease onset mechanism, it is essential to know the function of a specific protein, localization in the cell and changes in activity. For this purpose, a bioimaging technique for visualizing and directly observing a target protein is widely used. There are the following three methods as representative methods of current bioimaging.

(1)緑色蛍光蛋白質 (GFP)等の蛍光蛋白質を融合して蛋白質を蛍光標識する手法。
この手法では、遺伝子工学的に蛍光蛋白質と対象蛋白質を融合させるため、対象蛋白質のみを特異的に蛍光標識した状態で発現させることが可能である。
しかしこの手法の問題点として、1)蛍光蛋白質のサイズが非常に大きいため、標識に伴い対象蛋白質の発現・機能が阻害される可能性があること、2)常に対象蛋白質が蛍光標識された状態で発現されるために、発現時間の違いを区別した細胞内局在の変化を解析すること (パルスチェイス標識) が難しいこと等を挙げることができる。
(1) A method of fluorescently labeling a protein by fusing a fluorescent protein such as green fluorescent protein (GFP).
In this technique, since the fluorescent protein and the target protein are fused by genetic engineering, it is possible to express only the target protein in a state of being specifically fluorescently labeled.
However, this method has the following problems: 1) The size of the fluorescent protein is so large that the expression / function of the target protein may be inhibited with the labeling. 2) The target protein is always fluorescently labeled. Therefore, it is difficult to analyze changes in intracellular localization (pulse chase labeling) with different expression times.

(2)有機化学反応により蛍光性合成分子プローブを修飾して蛋白質を蛍光標識する手法。
この手法では、観測したい任意のタイミングで有機化学反応によりサイズの小さな蛍光性合成分子プローブを修飾して、対象蛋白質を蛍光標識することができる。そのため、上述の蛍光蛋白質融合法の問題点を補うものであるといえる。また、蛍光性合成分子プローブのみならず、光反応性プローブ、pH感受性プローブ等の様々な機能性合成分子プローブを対象蛋白質に修飾することが可能である。
しかし、有機化学反応は官能基特異的反応、つまり「アミノ酸」特異的反応であるため、多種多様な蛋白質が存在する細胞内及び細胞表層で、対象蛋白質のみを特異的に蛍光標識することは非常に難しい。
(2) A method of fluorescently labeling a protein by modifying a fluorescent synthetic molecular probe by an organic chemical reaction.
In this method, a fluorescent synthetic molecular probe having a small size can be modified by an organic chemical reaction at an arbitrary timing to be observed, and the target protein can be fluorescently labeled. Therefore, it can be said that the problem of the above-mentioned fluorescent protein fusion method is compensated. In addition to fluorescent synthetic molecular probes, various functional synthetic molecular probes such as photoreactive probes and pH sensitive probes can be modified to target proteins.
However, since organic chemical reactions are functional group-specific reactions, that is, “amino acid” -specific reactions, it is very difficult to specifically fluorescently label only the target protein in cells and on the cell surface where various proteins exist. It is difficult.

(3)蛍光修飾した抗体を用いて蛋白質を蛍光標識する手法。
この手法では、抗原抗体反応の高い特異性を利用し、蛍光修飾した抗体により対象蛋白質のみを特異的に蛍光標識することができる。また、パルスチェイス解析を行うことも可能である。
しかし、この手法にも1)抗体自体のサイズが非常に大きいため、標識に伴い対象蛋白質の機能が阻害される可能性があること、2)標識したい蛋白質それぞれに対し、蛍光修飾した抗体 (非常に高価である) を個別に用意する必要があること、3)抗原−抗体間の相互作用は強固であるものの、非共有結合的な相互作用であるため、条件によって蛍光修飾した抗体が対象蛋白質からはずれる可能性があること等の問題点を挙げることができる。
(3) A technique of fluorescently labeling proteins using fluorescently modified antibodies.
In this technique, the high specificity of the antigen-antibody reaction is utilized, and only the target protein can be specifically fluorescently labeled with the fluorescently modified antibody. It is also possible to perform pulse chase analysis.
However, also in this method, 1) the size of the antibody itself is very large, and there is a possibility that the function of the target protein may be inhibited by the labeling. 2) The antibody that is fluorescently modified for each protein to be labeled (very 3) Although the interaction between the antigen and antibody is strong, it is a non-covalent interaction. It is possible to mention problems such as the possibility of losing.

また、蛋白質標識技術においては、目的の蛋白質を特異的に修飾する技術として生物の翻訳系を利用する手法が知られている。例えば、標識物質よりなるラベル部と、タンパク質のC末端に結合する能力を有する化合物よりなるアクセプター部とから構成されるラベル化試薬の存在下、プロモーター領域の制御下にある、終止コドンが削除されたコーディング領域からなるDNAから転写された産物を鋳型として無細胞翻訳系または生細胞中でタンパク質合成を行わせる方法が知られている(特許文献1、2)。
しかしこの手法はC末端に結合する能力を有する化合物を利用するC末端特異的な反応であり、N末端の修飾に適用することはできない。
In protein labeling techniques, a technique using a biological translation system is known as a technique for specifically modifying a target protein. For example, the termination codon under the control of the promoter region is deleted in the presence of a labeling reagent composed of a label part consisting of a labeling substance and an acceptor part consisting of a compound capable of binding to the C-terminus of the protein. A method of performing protein synthesis in a cell-free translation system or living cells using a product transcribed from DNA consisting of the coding region as a template is known (Patent Documents 1 and 2).
However, this technique is a C-terminal specific reaction using a compound having the ability to bind to the C-terminus, and cannot be applied to modification of the N-terminus.

酵素反応の高い基質特異性を利用して対象蛋白質に特異的に蛍光分子プローブを修飾する手法が知られている。発明者らは既に、ペプチド転移酵素Sortase A(SrtA)を用いて細胞表層に存在する対象膜蛋白質のC末端部位に特異的に蛍光分子プローブを修飾し、対象膜蛋白質を蛍光標識する手法を開発している(非特許文献1)。   A technique for modifying a fluorescent molecular probe specifically for a target protein using a high substrate specificity of an enzyme reaction is known. The inventors have already developed a technique for fluorescently labeling a target membrane protein by specifically modifying a fluorescent molecular probe at the C-terminal site of the target membrane protein present on the cell surface using the peptide transferase sortase A (SrtA). (Non-Patent Document 1).

SrtAは、認識配列LPXTGのTとGの間を切断し、そこにGG末端をもつ別のペプチドあるいは蛋白質を連結する反応を触媒する酵素である(図1参照)。発明者らの前記手法はこの基質特異性を利用し、C末端領域にLPETG配列を有する膜蛋白質と、GG配列を付加した蛍光分子プローブとをSrtAの酵素反応によって結合することで、特定の膜蛋白質のC末端を蛍光標識するものである。   SrtA is an enzyme that catalyzes a reaction of cleaving between T and G of the recognition sequence LPXTG and ligating another peptide or protein having a GG terminal thereto (see FIG. 1). The above-mentioned method of the inventors utilizes this substrate specificity and binds a membrane protein having an LPTG sequence to the C-terminal region and a fluorescent molecular probe to which a GG sequence has been added by an enzyme reaction of SrtA, thereby producing a specific membrane. The C-terminal of the protein is fluorescently labeled.

しかし、薬剤開発の主要なターゲットであるG蛋白質共役受容体(GPCR)をはじめとする多くの膜蛋白質は、N末端部位が細胞外、C末端部位が細胞内に位置するものであり、C末端部位が細胞表層に提示される膜蛋白質はごく少数に過ぎない。そのため、C末端部位が細胞表層に提示される膜蛋白質のみにしか適用できない前述の手法は汎用性の点で問題がある。   However, many membrane proteins including G protein-coupled receptors (GPCRs), which are major targets for drug development, have an N-terminal site located outside the cell and a C-terminal site located inside the cell. There are only a few membrane proteins whose sites are presented on the cell surface. Therefore, the above-mentioned method, which can be applied only to the membrane protein whose C-terminal site is presented on the cell surface, has a problem in versatility.

特開平11−322781号公報JP-A-11-322781 特開2000−139468号公報JP 2000-139468 A T.Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp.802-807 (February 22,2008)T. Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp.802-807 (February 22,2008)

本発明の課題は、従来の各バイオイメージング手法の欠点を補う新たな蛋白質標識法として、酵素反応の高い基質特異性を利用して対象蛋白質に特異的にプローブを修飾することで対象蛋白質のみを特異的に標識する方法、特に、細胞外に存在する膜蛋白質のN末端部位を特異的に標識する方法、当該方法によって特異的に修飾された膜蛋白質を有する細胞、及び、当該細胞を用いるスクリーニング方法を提供することにある。   The problem of the present invention is that, as a new protein labeling method that compensates for the shortcomings of conventional bioimaging techniques, only the target protein is modified by specifically modifying the probe with the target protein using the high substrate specificity of the enzyme reaction. Method for specifically labeling, in particular, a method for specifically labeling the N-terminal site of a membrane protein present outside the cell, a cell having a membrane protein specifically modified by the method, and a screening using the cell It is to provide a method.

発明者らは、シグナル伝達や物質輸送等生命現象において非常に重要な役割を果たしている細胞表層の膜蛋白質をターゲットとし、ペプチド転移酵素Sortase A(SrtA)を用いて対象膜蛋白質のN末端部位に特異的に蛍光分子プローブを修飾する手法の検討を進める中で、Sortase A認識配列とSortase A転移配列の両方を有する被標識蛋白質と、Sortase A認識配列を付加したプローブとを用いて、目的の膜蛋白質のN末端を特異的に標識することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。   The inventors target a cell surface membrane protein that plays a very important role in life phenomena such as signal transduction and substance transport, and use the peptide transferase sortase A (SrtA) at the N-terminal site of the target membrane protein. While proceeding with a study on a method for specifically modifying a fluorescent molecular probe, using a labeled protein having both a sortase A recognition sequence and a sortase A transfer sequence, and a probe to which a sortase A recognition sequence has been added, It was found that the N-terminus of the membrane protein can be specifically labeled, and the present invention has been completed.

すなわち本発明は、
[1]N末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を有する、N末端が細胞外に存在する膜蛋白質、
ペプチド転移酵素Sortase A、及び、
LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加された標識分子プローブ、
を用いることを特徴とする、N末端標識膜蛋白質の作製方法や、
[2]次の各工程を含むことを特徴とする、上記[1]に記載のN末端標識膜蛋白質の作製方法に関する。
(i)N末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を有する、N末端が細胞外に存在する膜蛋白質に、N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むぺプチドの存在下にペプチド転移酵素Sortase Aを作用させる工程;
(ii)工程(i)によりN末端がポリグリシン配列となった膜蛋白質に、LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加された標識分子プローブの存在下にペプチド転移酵素Sortase Aを作用させる工程。
That is, the present invention
[1] LPX 1 X 2 (G) n sequence in the N-terminal region (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, n represents any integer of 2 to 8) A membrane protein having an N-terminal extracellularly,
Peptide transferase Sortase A and
A labeled molecular probe to which an LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents an arbitrary amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m represents 1 or 2),
A method for producing an N-terminally labeled membrane protein, characterized in that
[2] The present invention relates to the method for producing an N-terminal labeled membrane protein according to [1] above, which comprises the following steps.
(I) LPX 1 X 2 (G) n sequence in the N-terminal region (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, and n represents any integer of 2 to 8) A process in which peptide transferase sortase A is allowed to act on a membrane protein having an N-terminus outside the cell, in the presence of a peptide containing polyglycine having 2 or more residues at the N-terminus;
(Ii) LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine) to the membrane protein whose N-terminus has become a polyglycine sequence in step (i). Represents 1 or 2. The step of allowing peptidease sortase A to act in the presence of a labeled molecular probe to which is added.

また本発明は、
[3]N末端が標識分子プローブで標識された膜蛋白質を表層に有する細胞であって、標識がLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を含むポリペプチドを介して膜蛋白質に付加されていることを特徴とする細胞、
[4]LPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を細胞外N末端側領域に有する膜蛋白質を表層に有する細胞、
[5]N末端が細胞外に存在する膜蛋白質のN末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を組み込むための、LPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)をコードするDNA断片を含むプラスミドベクター、
[6]LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加された標識分子プローブ、
[7]N末端が細胞外に存在する膜蛋白質のN末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を組み込むためのLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)をコードするDNA断片を含むプラスミドベクター、LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)を含むペプチドが付加された標識分子プローブ、ペプチド転移酵素Sortase A、及び、N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むペプチド、を含むことを特徴とする、細胞表層膜蛋白質の標識キットに関する。
The present invention also provides
[3] A cell having a membrane protein whose N-terminus is labeled with a labeled molecular probe on the surface, wherein the label is an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid and X 2 represents threonine or Alanine, n represents any integer of 2 to 8), and a cell that is added to a membrane protein via a polypeptide comprising
[4] LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, n represents any integer of 2 to 8) Cells having a membrane protein on the surface layer in the side region,
[5] LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents an arbitrary amino acid, X 2 represents threonine or alanine; n represents 2 in the N-terminal region of a membrane protein having an N-terminal extracellularly. LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine. N represents 2 to 8). A plasmid vector comprising a DNA fragment encoding
[6] A labeled molecular probe to which an LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents an arbitrary amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m represents 1 or 2),
[7] LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine; n represents 2 in the N-terminal region of the membrane protein whose N-terminal is present outside the cell. LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine. N represents any of 2 to 8) Or a plasmid vector comprising a DNA fragment encoding LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m is 1 or 2) A cell surface membrane protein, comprising: a labeled molecular probe to which a peptide containing a peptide containing a glycan is added; a peptide transferase Sortase A; and a peptide containing a polyglycine having 2 or more residues at the N-terminus. Signs On the door.

さらに本発明は、
[8]N末端標識膜蛋白質を表層に有する細胞であって、標識がLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を含むポリペプチドを介して膜蛋白質に付加されている細胞を用いることを特徴とする、創薬のためのスクリーニング方法に関する。
Furthermore, the present invention provides
[8] A cell having an N-terminal labeled membrane protein on the surface, wherein the label is an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, n represents 2 The present invention relates to a screening method for drug discovery, characterized in that cells added to a membrane protein via a polypeptide containing -8) are represented.

本発明によれば、細胞表層に存在する多種多様な膜蛋白質のうち、対象とする特定の膜蛋白質のみを特異的に標識できる。
また、標識に伴い付加される分子サイズが非常に小さいため、標識に伴う対象膜蛋白質の発現阻害・機能阻害を回避することができる。標識物質についても、蛍光性合成分子プローブのみならず、光反応性プローブ、pH感受性プローブ等の様々な機能性合成分子プローブを膜蛋白質に修飾することが可能であるため、膜蛋白質を単に標識するだけでなく、膜蛋白質に様々な機能性合成分子プローブを修飾して膜蛋白質の機能解析を行うことが可能である。本手法で利用する合成分子プローブは大変自由度が高く設計することができ、また、一般的なペプチド固相合成と簡単な化学反応の組み合わせで大変容易に合成することが可能である。
さらに、Sortase Aが触媒するペプチド転移反応は血清を含む培地中において短時間で進行し、ATPなどの補因子を必要としないため、生きた細胞上で機能を保ったまま膜蛋白質を改変する手法として非常に有用であると考えられる。
そして、細胞表層に発現している膜蛋白質に対し、酵素反応により「後付け」でプローブを修飾するため、観測したい任意のタイミングで膜蛋白質を標識し、パルスチェイス解析を行うことができる。
本発明の方法及び本発明の細胞は、創薬や生物基礎研究等の分野において強力なツールとなると考えられる。
According to the present invention, it is possible to specifically label only a specific membrane protein of interest among a wide variety of membrane proteins present on the cell surface.
Moreover, since the molecular size added with labeling is very small, expression inhibition and function inhibition of the target membrane protein accompanying labeling can be avoided. As for labeling substances, not only fluorescent synthetic molecular probes but also various functional synthetic molecular probes such as photoreactive probes and pH sensitive probes can be modified to membrane proteins, so membrane proteins are simply labeled. In addition, it is possible to perform functional analysis of membrane proteins by modifying membrane proteins with various functional synthetic molecular probes. The synthetic molecular probe used in this method can be designed with a very high degree of freedom, and can be synthesized very easily by a combination of general peptide solid-phase synthesis and a simple chemical reaction.
Furthermore, the peptide transfer reaction catalyzed by Sortase A proceeds in a short time in a serum-containing medium and does not require cofactors such as ATP. Therefore, a technique for modifying membrane proteins while maintaining their functions on living cells As very useful.
And since the probe is modified by “retrofitting” to the membrane protein expressed on the cell surface layer by an enzyme reaction, the membrane protein can be labeled at any timing desired to be observed, and pulse chase analysis can be performed.
The method of the present invention and the cell of the present invention are considered to be powerful tools in fields such as drug discovery and biological basic research.

本発明のN末端標識膜蛋白質の作製方法において標識される膜蛋白質は、N末端が細胞外に存在する膜蛋白質であり、例えば、I型サイトカイン受容体ファミリー、II型サイトカイン受容体ファミリー、免疫グロブリンスーパーファミリー(IgSF)、G蛋白質共役型受容体ファミリー(GPCR)等に属する蛋白質を具体的に挙げることができる。   The membrane protein labeled in the method for producing an N-terminal labeled membrane protein of the present invention is a membrane protein having an N-terminus present outside the cell. For example, a type I cytokine receptor family, a type II cytokine receptor family, an immunoglobulin Specific examples include proteins belonging to the superfamily (IgSF), the G protein-coupled receptor family (GPCR), and the like.

I型サイトカイン受容体ファミリーの蛋白質としては、例えば、インターロイキン−2受容体、インターロイキン−3受容体、インターロイキン−4受容体、インターロイキン−5受容体、インターロイキン−6受容体、インターロイキン−7受容体、インターロイキン−9受容体、インターロイキン−11受容体、インターロイキン−12受容体、インターロイキン−13受容体、インターロイキン−15受容体、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子受容体、毛様体神経栄養因子受容体、エリスロポエチン受容体、白血病抑制因子受容体、OSM受容体、又は顆粒球コロニー刺激因子受容体等を挙げることができる。   Examples of proteins of the type I cytokine receptor family include interleukin-2 receptor, interleukin-3 receptor, interleukin-4 receptor, interleukin-5 receptor, interleukin-6 receptor, and interleukin. -7 receptor, interleukin-9 receptor, interleukin-11 receptor, interleukin-12 receptor, interleukin-13 receptor, interleukin-15 receptor, granulocyte macrophage colony stimulating factor receptor, hair Examples include a neurotrophic factor receptor, an erythropoietin receptor, a leukemia inhibitory factor receptor, an OSM receptor, or a granulocyte colony stimulating factor receptor.

II型サイトカイン受容体ファミリーの蛋白質としては、例えば、インターフェロン−α受容体、インターフェロン−β受容体、インターフェロン−γ受容体、又はインターロイキン−10受容体等を挙げることができる。   Examples of the protein of the type II cytokine receptor family include an interferon-α receptor, an interferon-β receptor, an interferon-γ receptor, and an interleukin-10 receptor.

免疫グロブリンスーパーファミリーの蛋白質としては、例えば、インターロイキン−1受容体又はインターロイキン−18受容体等を挙げることができる。   Examples of the immunoglobulin superfamily protein include interleukin-1 receptor and interleukin-18 receptor.

G蛋白質共役型受容体ファミリーの蛋白質としては、例えば、ロドプシン受容体、カテコールアミン受容体[β、β、β、α、α]、ドーパミン受容体[D1、D5、D2]、ムスカリン受容体[m1、m3、m2、m4、m5]、アデノシン受容体[A1、A3、A2]、PGE受容体[EP2、EP4、EP3、EP1]、ロイコトリエン受容体[BLT、Cys−LT1]、スフィンゴシン1−リン酸受容体[S1P、S1P、S1P]、リゾホスファチジン酸受容体[LPA、LPA、LPA]、ノシセプチン受容体、hGPCR44、hGPCR4、hGPCR10、hGPCR17、hGPCR19、hGPCR39、又はhGPCR48等を挙げることができる。 Examples of proteins of the G protein coupled receptor family include rhodopsin receptor, catecholamine receptor [β 1 , β 2 , β 3 , α 1 , α 2 ], dopamine receptor [D1, D5, D2], muscarinic Receptor [m1, m3, m2, m4, m5], adenosine receptor [A1, A3, A2], PGE receptor [EP2, EP4, EP3, EP1], leukotriene receptor [BLT, Cys-LT1], sphingosine 1-phosphate receptor [S1P 1 , S1P 2 , S1P 3 ], lysophosphatidic acid receptor [LPA 1 , LPA 2 , LPA 3 ], nociceptin receptor, hGPCR44, hGPCR4, hGPCR10, hGPCR17, hGPCR19, hGPCR39, or hGPCR48 etc. can be mentioned.

本発明の作製方法において、そのN末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を有する膜蛋白質(以下、「LPX(G)n配列融合膜蛋白質」ということがある。)における「N末端側領域」とは、膜蛋白質のN末端近傍の細胞外領域を意味し、細胞質内で合成された当該蛋白質の翻訳後修飾や輸送等に影響しない部位であることが好ましい。例えば、N末端シグナル配列の下流に、上記アミノ酸配列を有することが好ましい。 In the production method of the present invention, the LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine in the N-terminal region thereof, and n is any one of 2 to 8 “N-terminal region” in a membrane protein having an integer) (hereinafter sometimes referred to as “LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein”) means a cell in the vicinity of the N-terminus of the membrane protein. It means an outer region and is preferably a site that does not affect post-translational modification or transport of the protein synthesized in the cytoplasm. For example, it is preferable to have the amino acid sequence downstream of the N-terminal signal sequence.

LPX(G)nにおけるXは任意のアミノ酸を表し、アラニン(A)、アルギニン(R)、アスパラギン(N)、アスパラギン酸(D)、システイン(C)、グルタミン(Q)、グルタミン酸(E)、グリシン(G)、ヒスチジン(H)、イソロイシン(I)、ロイシン(L)、リジン(K)、メチオニン(M)、フェニルアラニン(F)、プロリン(P)、セリン(S)、トレオニン(T)、トリプトファン(W)、チロシン(Y)、バリン(V)等が挙げられ、これらのうち、グルタミン酸、メチオニン、チロシン、ロイシン、グルタミン、アスパラギン、フェニルアラニンがより好ましい。
はトレオニン(T)又はアラニン(A)であり、トレオニンがより好ましい。
nは2〜8のいずれかの整数を表し、4〜6であることがより好ましい。
LPX 1 X 2 (G) X 1 in n represents any amino acid, alanine (A), arginine (R), asparagine (N), consisting of aspartic acid (D), cysteine (C), glutamine (Q), glutamic acid (E), glycine (G), histidine (H), isoleucine (I), leucine (L), lysine (K), methionine (M), phenylalanine (F), proline (P), serine (S), threonine (T), tryptophan (W), tyrosine (Y), valine (V), and the like. Among these, glutamic acid, methionine, tyrosine, leucine, glutamine, asparagine, and phenylalanine are more preferable.
X 2 is threonine (T) or alanine (A), and threonine is more preferable.
n represents an integer of 2 to 8, and is more preferably 4 to 6.

上述のLPX(G)n配列融合膜蛋白質は、任意の細胞の表層に発現した形で得ることができる。このLPX(G)n配列融合膜蛋白質を細胞の表層に発現した細胞の調製方法は公知の方法を含め特に制限されず、例えば、標的とする膜蛋白質をコードするDNAのN末端側に相当する領域に、LPETGGGGG配列(配列番号1)をコードするDNA断片を挿入した、LPETGGGGG配列融合膜蛋白質をコードするDNAを含むプラスミドベクターを構築し、このプラスミドベクターを、公知の遺伝子導入方法、例えば、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、電気穿孔法のいずれかの方法を用いて細胞に導入し、LPETGGGGG配列融合膜蛋白質を発現させることができる。また、LPETGGGGG配列等のLPX(G)n配列の上流及び/又は下流にはさらに別の配列、例えば、LPX(G)n配列の挿入を確認するためのタグ配列等を含めることもできる。 The above-mentioned LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein can be obtained in a form expressed on the surface layer of any cell. A method for preparing a cell in which the LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein is expressed on the surface layer of the cell is not particularly limited, including known methods. For example, the N-terminal side of the DNA encoding the target membrane protein is used. A plasmid vector containing a DNA encoding the LPETGGGGGG sequence fusion membrane protein, into which a DNA fragment encoding the LPETGGGGGG sequence (SEQ ID NO: 1) has been inserted, is constructed using a known gene introduction method, For example, the LPETGGGGGG sequence fusion membrane protein can be expressed by introduction into cells using any of the calcium phosphate method, lipofection method, and electroporation method. Further, LPX 1 X 2 (G) upstream and / or a further sequence downstream of the n sequences such LPETGGGGG sequence, for example, a tag sequence such as to verify the insertion of the LPX 1 X 2 (G) n sequence It can also be included.

LPX(G)n配列融合膜蛋白質を発現させる細胞としては、目的に応じて選択でき特に制限されず、例えば、公知の哺乳動物細胞又は昆虫細胞等を用いることができる。公知の哺乳動物細胞としては、例えばHEK293細胞、Vero細胞、Hela細胞、CV1細胞、COS1細胞、CHO細胞、ナマルバ細胞等を挙げることができる。公知の昆虫細胞としては、例えばSf9細胞、MG1細胞等を挙げることができる。 The cells that express the LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein can be selected according to the purpose and are not particularly limited. For example, known mammalian cells or insect cells can be used. Examples of known mammalian cells include HEK293 cells, Vero cells, Hela cells, CV1 cells, COS1 cells, CHO cells, Namalva cells and the like. Examples of known insect cells include Sf9 cells and MG1 cells.

本発明で用いられるペプチド転移酵素Sortase Aは、Staphylococcus属菌等に存在する酵素であって、認識配列LPXTGのTとGの間を切断し、そこにGG末端を持つ別のペプチド又は蛋白質を結合する反応を触媒する(図1参照)。Sortase Aは、公知の遺伝子工学的方法(例えば、T.Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp.802-807 (February 22,2008)に記載の方法)で微生物に発現させ、精製して得たものを用いることができる。   Peptide transfer enzyme Sortase A used in the present invention is an enzyme present in Staphylococcus sp., Etc., which cuts between T and G of recognition sequence LPXTG and binds another peptide or protein having a GG terminal thereto. To catalyze the reaction (see FIG. 1). Sortase A is expressed in microorganisms by a known genetic engineering method (for example, the method described in T. Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp.802-807 (February 22,2008)), purified and purified. What was obtained can be used.

本発明の作製方法に用いられる標識分子プローブとしては、LPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を介して、膜蛋白質と結合できる限り特に制限されるものではなく、例えば蛍光性合成分子プローブ、発光性プローブ、発色性プローブ、ビオチン標識プローブ、放射性同位元素プローブ、受容体プローブ等の検出プローブを挙げることができる。これらのうち、バイオイメージングにおける検出の簡便性等の観点から、蛍光性合成分子プローブが好ましい。また、検出プローブだけでなく、光反応性プローブ、pH感受性プローブ等の機能性プローブを用いることもできる。 As a labeled molecular probe used in the production method of the present invention, LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine. N is any one of 2 to 8. Is not particularly limited as long as it can bind to a membrane protein via, for example, a fluorescent synthetic molecular probe, a luminescent probe, a chromogenic probe, a biotin-labeled probe, a radioisotope probe, a receptor Examples include detection probes such as probes. Of these, fluorescent synthetic molecular probes are preferable from the viewpoint of ease of detection in bioimaging. Moreover, not only a detection probe but functional probes, such as a photoreactive probe and a pH sensitive probe, can also be used.

上記標識分子プローブには、LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加されているが、LPX(G)m配列において、X及びXは前記に例示したものと同様であり、mは1又は2であり、2であることがより好ましい。
上記アミノ酸配列LPX(G)mはプローブに化学的方法によって付加されていてもよく、例えばT.Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp.802-807 (February 22,2008)に記載の方法によって付加することができる。
また、上記アミノ酸配列はプローブに直接付加されていてもよく、LPX(G)m配列とプローブの間に別のペプチド及び/又はポリマー等からなるスペーサーを介して付加されていてもよい。さらに、上記アミノ酸配列の下流に、別のペプチド及び/又はポリマー等を有していてもよい。
LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m represents 1 or 2) is added to the labeled molecular probe. In the LPX 1 X 2 (G) m sequence, X 1 and X 2 are the same as those exemplified above, and m is 1 or 2, and more preferably 2.
The amino acid sequence LPX 1 X 2 (G) m may be added to the probe by a chemical method, for example, in T. Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp.802-807 (February 22,2008). It can be added by the method described.
The amino acid sequence may be added directly to the probe, or may be added via a spacer composed of another peptide and / or polymer between the LPX 1 X 2 (G) m sequence and the probe. . Furthermore, you may have another peptide and / or a polymer downstream of the said amino acid sequence.

本発明の方法は、前記に詳説したLPX(G)n配列融合膜蛋白質、ペプチド転移酵素Sortase A、及び標識分子プローブを用いて標的膜蛋白質のN末端を標識するものであるが、そのストラテジーは、
(1)Sortase AによってLPX(G)n配列融合膜蛋白質のSortase認識配列部位が切断され、N末端にGG配列が提示される;
(2)Sortase Aによって、GG配列と標識分子プローブのSortase A認識配列とが結合される;
なる2段階の反応による。
The method of the present invention uses the LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein, peptide transferase Sortase A, and a labeled molecular probe detailed above to label the N-terminus of the target membrane protein, The strategy is
(1) Sortase recognition sequence site of LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein is cleaved by Sortase A, and GG sequence is presented at the N-terminus;
(2) The sortase A binds the GG sequence to the sortase A recognition sequence of the labeled molecular probe;
According to the two-step reaction.

Sortase A及び標識分子プローブの添加量は、反応が進行する限り特に制限されないが、例えば、Sortase Aを1〜1000μM、標識プローブを1〜1000μM含有する培養液、好ましくは、Sortase Aを5〜500μM、標識プローブを2〜500μM含有する培養液を用いることができる。
反応温度としては、細胞が生存できる条件であれば特に制限されないが、例えば20℃〜40℃で反応させることができ、好ましくは37℃のインキュベーター中で反応させることができる。
反応時間としては、5分〜10時間、好ましくは5分〜2時間である。
The addition amount of Sortase A and the labeled molecular probe is not particularly limited as long as the reaction proceeds, but for example, a culture solution containing 1 to 1000 μM Sortase A and 1 to 1000 μM labeled probe, preferably 5 to 500 μM Sortase A. A culture solution containing 2 to 500 μM of the labeled probe can be used.
The reaction temperature is not particularly limited as long as the cells can survive. For example, the reaction can be performed at 20 ° C. to 40 ° C., preferably in a 37 ° C. incubator.
The reaction time is 5 minutes to 10 hours, preferably 5 minutes to 2 hours.

反応の開始は、LPX(G)n配列融合膜蛋白質を発現している細胞の培養液に、Sortase A及び標識分子プローブを添加してもよいし、予めSortase A及び標識分子プローブを含む培養液を調製しておき、当該培養液に培地交換してもよい。
反応の終了は、所望の時間経過後、PBS等で細胞を洗浄し、Sortase Aや余分のプローブ、遊離したN末端断片等を除去することで反応を終了させることができる。
The reaction may be started by adding Sortase A and a labeled molecular probe to a culture solution of cells expressing LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein, or by previously sorting Sortase A and a labeled molecular probe. A culture solution containing the medium may be prepared in advance, and the medium may be replaced with the culture solution.
The reaction can be completed by washing the cells with PBS or the like after the lapse of a desired time, and removing Sortase A, extra probes, free N-terminal fragments, and the like.

上記反応によりN末端標識膜蛋白質が得られたことは、公知の方法で確認することができ、例えばプローブが蛍光性のものである場合、共焦点レーザー顕微鏡により確認できる。
以上のように、N末端標識膜蛋白質は、前記標識分子プローブがLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を介してN末端に付加されている膜蛋白質である。
The fact that an N-terminal labeled membrane protein has been obtained by the above reaction can be confirmed by a known method. For example, when the probe is fluorescent, it can be confirmed by a confocal laser microscope.
As described above, in the N-terminal labeled membrane protein, the labeled molecular probe has an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents an arbitrary amino acid, X 2 represents threonine or alanine. N is 2 to 8). It is a membrane protein added to the N-terminus via

また、反応時間・反応効率のさらなる向上のため、前述したLPX(G)n配列融合膜蛋白質、ペプチド転移酵素Sortase A及び標識分子プローブに加えて、N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むペプチドを用いる方法も、本発明の方法である。
N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むペプチドの残基数は、目的の反応を阻害しない限り特に制限されないが、2〜50が好ましく、2〜20がより好ましい。
N末端のポリグリシンの残基数は2以上であれば特に制限されないが、2〜12であることがより好ましく、3〜8であることがさらに好ましい。
上記ペプチドはポリグリシンのみで構成されていてもよく、ポリグリシン以外に任意のアミノ酸を含んでいてもよいが、ポリグリシンのみで構成されることがより好ましく、具体的には残基数3〜8のポリグリシンを例示できる。ポリグリシン以外の配列としては、ペプチドが反応系に溶解し、反応を阻害しない限りにおいて特に制限されない。
In addition to the above-mentioned LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein, peptide transferase Sortase A and labeled molecular probe, in addition to the above-mentioned LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein, the number of residues of 2 or more at the N-terminus A method using a peptide containing polyglycine is also a method of the present invention.
The number of residues of the peptide containing polyglycine having 2 or more residues at the N-terminus is not particularly limited as long as the target reaction is not inhibited, but 2 to 50 is preferable and 2 to 20 is more preferable.
The number of residues of the N-terminal polyglycine is not particularly limited as long as it is 2 or more, but is preferably 2 to 12, and more preferably 3 to 8.
The peptide may be composed only of polyglycine, and may contain any amino acid other than polyglycine, but is more preferably composed only of polyglycine, specifically, the number of residues is 3 to 3. Eight polyglycines can be exemplified. The sequence other than polyglycine is not particularly limited as long as the peptide is dissolved in the reaction system and does not inhibit the reaction.

N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むペプチドを用いる場合、次の工程を含む方法によってN末端標識膜蛋白質を製造する(図3参照)。
(i)N末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を有する、N末端が細胞外に存在する膜蛋白質に、N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むペプチドの存在下にペプチド転移酵素Sortase Aを作用させる工程;
(ii)工程(i)によりN末端がポリグリシン配列となった膜蛋白質に、LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加された標識分子プローブの存在下にペプチド転移酵素Sortase Aを作用させる工程。
When using a peptide containing polyglycine having 2 or more residues at the N-terminal, an N-terminal labeled membrane protein is produced by a method including the following steps (see FIG. 3).
(I) LPX 1 X 2 (G) n sequence in the N-terminal region (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, and n represents any integer of 2 to 8) A step of allowing a peptide transferase, sortase A, to act on a membrane protein having an N terminus outside the cell, in the presence of a peptide containing polyglycine having 2 or more residues at the N terminus;
(Ii) LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine) to the membrane protein whose N-terminus has become a polyglycine sequence in step (i). Represents 1 or 2. The step of allowing peptidease sortase A to act in the presence of a labeled molecular probe to which is added.

まず、工程(i)において、Sortase A認識配列を有するLPX(G)n配列融合膜蛋白質にSortase Aを作用させると、LPX(G)n配列融合膜蛋白質は認識配列部分で切断されてN末端部断片が遊離し、残る膜蛋白質のN末端にはポリグリシン配列が提示される。遊離したN末端部断片は、反応系中のフリーのN末端にポリグリシンを含むペプチドと結合する。 First, in step (i), when the action of sortase A to LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein having a sortase A recognition sequence, LPX 1 X 2 (G) n sequence fusion membrane protein recognition sequences portion And the N-terminal fragment is released, and the polyglycine sequence is presented at the N-terminus of the remaining membrane protein. The released N-terminal fragment binds to a peptide containing polyglycine at the free N-terminus in the reaction system.

工程(i)の後には洗浄工程を設けて、遊離したN末端部断片とポリグリシンとが結合したポリペプチド、余分なSortase AやN末端にポリグリシンを含むぺプチド等を除去することが望ましい。洗浄はPBS洗浄等の一般的な方法でおこなうことができる。   It is desirable to provide a washing step after step (i) to remove the polypeptide in which the released N-terminal fragment and polyglycine are bound, excess Sortase A, a peptide containing polyglycine at the N-terminus, and the like. . Washing can be performed by a general method such as PBS washing.

次に、工程(ii)において、Sortase A及びSortase A認識配列を有する標識分子プローブを反応系中に添加し、Sortase Aの作用によって、N末端にポリグリシン配列を提示している膜蛋白質と標識分子プローブとをポリグリシン配列を介して結合することができる。   Next, in step (ii), a labeled molecular probe having Sortase A and Sortase A recognition sequence is added to the reaction system, and labeled with a membrane protein presenting a polyglycine sequence at the N-terminus by the action of Sortase A. Molecular probes can be coupled via polyglycine sequences.

上記の反応において、反応の濃度及び温度は、前述のN末端にポリグリシンを含むペプチドを使用しない方法と同様の条件を用いることができる。
反応時間は、工程(i)は5分〜10時間、好ましくは10分〜2時間とすることができる。工程(ii)は5分〜4時間、好ましくは5分〜1時間であり、5分程度の短時間でも標識プローブは膜蛋白質に結合し、短時間での標識が可能である。
In the above reaction, the reaction concentration and temperature can be the same as those in the above-described method not using a peptide containing polyglycine at the N-terminus.
The reaction time can be 5 minutes to 10 hours, preferably 10 minutes to 2 hours in step (i). Step (ii) is 5 minutes to 4 hours, preferably 5 minutes to 1 hour, and the labeled probe binds to the membrane protein and can be labeled in a short time even in a short time of about 5 minutes.

本発明の細胞としては、N末端が標識分子プローブで標識された膜蛋白質を表層に有する細胞であって、標識分子プローブがLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を含むポリペプチドを介して膜蛋白質に付加されている細胞や、LPX(G)n配列融合膜蛋白質を表層に有する細胞であれば特に制限されず、これら細胞のうち前者は、創薬のためのスクリーニング方法において有用であり、後者は前者の作製に有利に用いることができる。 The cell of the present invention is a cell having a membrane protein whose N-terminus is labeled with a labeled molecular probe on the surface, and the labeled molecular probe is an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid). , X 2 represents threonine or alanine, n represents any integer of 2 to 8) and a cell added to a membrane protein via a polypeptide containing LPX 1 X 2 (G) n sequence The cells are not particularly limited as long as they have a fusion membrane protein on the surface layer. Among these cells, the former is useful in a screening method for drug discovery, and the latter can be advantageously used for the preparation of the former.

本発明はまた細胞表層膜蛋白質の標識キットに関し、本発明のキットは、少なくとも、N末端が細胞外に存在する膜蛋白質のN末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を組み込むためのLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)をコードするDNA断片を含むプラスミドベクター、LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)を含むペプチドが付加された標識分子プローブ、ペプチド転移酵素Sortase A、及び、N末端の残基数2以上のポリグリシンを含むペプチド、を含む。
プラスミドベクター、標識分子プローブ、ペプチド転移酵素Sortase A、及びN末端にポリグリシンを含むペプチドは前記に詳述したものと同様であり、本発明のキットにはこれらの他に必要と目的に応じて、緩衝液、遺伝子導入用試薬、エネルギー供給液、pH調整剤、反応容器等が含まれていてもよい。
The present invention also relates to a cell surface membrane protein labeling kit, which comprises at least an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 in the N-terminal region of a membrane protein whose N-terminal is present outside the cell). Represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, n represents any integer of 2 to 8) LPX 1 X 2 (G) n sequence for incorporating (X 1 represents any amino acid) X 2 represents threonine or alanine, n represents any integer of 2 to 8, and a plasmid vector comprising a DNA fragment encoding LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 is any An amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m represents 1 or 2), a labeled molecular probe to which a peptide containing peptide is added, peptide transferase Sortase A, and N-terminal residues of 2 or more Poly Including peptides, including lysine.
The plasmid vector, the labeled molecular probe, the peptide transferase Sortase A, and the peptide containing polyglycine at the N-terminus are the same as described in detail above. , A buffer solution, a gene introduction reagent, an energy supply solution, a pH adjuster, a reaction vessel, and the like may be contained.

本発明はまた、N末端標識膜蛋白質を表層に有する細胞であって、標識がLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を含むポリペプチドを介して膜蛋白質に付加されている細胞を用いることを特徴とする、創薬のためのスクリーニング方法に関し、スクリーニング対象としては膜蛋白質と作用してその機能を活性化する物質(例えばアゴニスト等)又は不活性化する物質(例えばアンタゴニスト等)等を挙げることができ、物質としては例えば、低分子有機化合物、蛋白質、天然ペプチド、人工ペプチド、ポリマー、ホルモン、糖質、脂質、核酸、ウイルス、細胞等を挙げることができる(以下「スクリーニング対象物質」ということがある。)。 The present invention is also a cell having an N-terminal labeled membrane protein on the surface, wherein the label is an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid and X 2 represents threonine or alanine. Is a cell added to a membrane protein through a polypeptide containing 2), and a screening method for drug discovery, characterized in that a membrane is used as a screening target. Examples include substances that act on proteins to activate their functions (for example, agonists) or inactivate substances (for example, antagonists). Examples of substances include low molecular weight organic compounds, proteins, natural peptides, Artificial peptides, polymers, hormones, carbohydrates, lipids, nucleic acids, viruses, cells, etc. can be mentioned (hereinafter referred to as “substances to be screened”) .).

スクリーニング方法としては例えば、蛍光観察を利用する方法、FRET(蛍光共鳴エネルギー移動)を利用する方法等を挙げることができる。   Examples of the screening method include a method using fluorescence observation, a method using FRET (fluorescence resonance energy transfer), and the like.

蛍光観察を利用する方法としては、本発明の方法でターゲットとする膜蛋白質(例えばGPCR等の受容体)を蛍光標識し、リガンド候補物質を添加した際の脱感作現象の有無などを蛍光から判定し、リガンド物質を特定するリガンドのスクリーニング方法を挙げることができる。   As a method of using fluorescence observation, a membrane protein (for example, a receptor such as GPCR) targeted by the method of the present invention is fluorescently labeled, and the presence or absence of a desensitization phenomenon when a ligand candidate substance is added is detected from the fluorescence. The screening method of the ligand which determines and specifies a ligand substance can be mentioned.

FRETを利用する方法としては例えば、本発明の標識方法によってターゲットの膜蛋白質を標識した上で、蛍光標識したリガンド候補の物質を添加し、細胞表面でのFRETの有無を観察することで当該物質の膜蛋白質への結合の有無を判定し、リガンド物質を特定するリガンドのスクリーニング方法を挙げることができる。
或いはまた、ターゲットの膜蛋白質に結合することが知られている蛍光標識リガンドを添加して予めFRETを起こしておき、さらに、蛍光標識していない別種の物質を添加したときのFRETの変化の有無を確認する方法、例えば、膜蛋白質である受容体とそのアゴニストが知られている場合、本発明の方法で標識した膜蛋白質と標識したアゴニストとでFRETを起こし、様々なアンタゴニスト候補物質を添加したときのFRETの変化によってアンタゴニストを特定する、アンタゴニストのスクリーニング方法を挙げることができる。
As a method using FRET, for example, after labeling a target membrane protein by the labeling method of the present invention, a fluorescently-labeled ligand candidate substance is added, and the presence or absence of FRET on the cell surface is observed. And a method for screening a ligand for determining the presence or absence of binding to a membrane protein and identifying a ligand substance.
Alternatively, the presence or absence of changes in FRET when a fluorescently labeled ligand known to bind to the target membrane protein is added to cause FRET in advance, and when another substance that is not fluorescently labeled is added. For example, when a receptor that is a membrane protein and its agonist are known, FRET was caused by the membrane protein labeled by the method of the present invention and the labeled agonist, and various antagonist candidate substances were added. An antagonist screening method in which an antagonist is identified by a change in FRET can be mentioned.

FRETを利用した薬剤スクリーニングの別の例として、ターゲットの膜蛋白質の一部を本発明の方法で蛍光アクセプター標識、残りを蛍光ドナー標識し、ここにオリゴマー化を誘発するリガンド候補物質を添加し、或いは、何らかの刺激を与えた場合のFRETの有無でオリゴマー形成の有無を確認し、リガンド物質や刺激感受性を特定するスクリーニング方法を挙げることができる。
或いはまた、ターゲットとする膜蛋白質のN末端を本発明の方法で蛍光アクセプター或いはドナー標識し、さらに当該膜蛋白質の別の部位を別法によって蛍光ドナー或いはアクセプター標識して、様々な物質の存在下或いは非存在下でのFRETの変化を観察することにより、ターゲット膜蛋白質の構造変化を観察し、リガンド物質を特定するリガンドのスクリーニング方法を挙げることができる。
As another example of drug screening using FRET, a part of the target membrane protein is fluorescent acceptor-labeled by the method of the present invention, the rest is fluorescent donor-labeled, and a ligand candidate substance that induces oligomerization is added thereto, Alternatively, there can be mentioned a screening method in which the presence or absence of oligomer formation is confirmed by the presence or absence of FRET when a stimulus is applied, and the ligand substance or stimulus sensitivity is specified.
Alternatively, the N-terminal of the target membrane protein is labeled with a fluorescent acceptor or donor by the method of the present invention, and another site of the membrane protein is labeled with a fluorescent donor or acceptor by another method, in the presence of various substances. Alternatively, a method for screening a ligand that identifies a ligand substance by observing a change in the structure of the target membrane protein by observing a change in FRET in the absence thereof can be mentioned.

また、本発明の標識方法は、創薬目的に限らない薬剤のスクリーニング、膜蛋白質の機能・動態の観察に使用され得る。   In addition, the labeling method of the present invention can be used for drug screening and observation of membrane protein function / dynamics, not limited to drug discovery purposes.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, the technical scope of this invention is not limited to these illustrations.

[実施例1]
(1)AF647-LPETGGの合成及びLPETGGGGG配列を付加したECFP−TMの構築
標識分子としてAlexa Fluor 647-LPETGG (AF647-LPETGG) を用いた。Fmoc固相合成法によりペプチドH−LPETGG−NH(配列番号2)を合成した後、Alexa Fluor 647サクシニミジルエステル (Invitrogen社製) を用いてN末端のアミノ基にAlexa Fluor 647を修飾することで、標識分子AF647-LPETGGを合成した。具体的には、DMSO(脱水) に溶解させたペプチドH−LPETGG−NH及びDMSO(脱水)に溶解させたAlexa Fluor 647 サクシニミジルエステル (Invitrogen社製) を2:1のモル比で添加し、3時間反応を行った。塩基として、DIEAを4等量添加した。反応後は高速液体クロマトグラフィー (HPLC)により精製し、同定はMALDI−TOF−MSにより行った。
また、N末端近傍にLPETGGGGG配列(配列番号1) (以下LPETG5配列と表記する) を付加した、シアン蛍光蛋白質(ECFP) と血小板由来増殖因子受容体の膜貫通ドメイン(TM)との融合体 (以下LPETG5-ECFP-TMと表記する) の発現プラスミドベクター (図4) を構築した。まず、プライマー5’-EcoRI-BglII-LPETGGGGG-ECFP (塩基配列GCC GAA TTC GAC AGA TCT CTG CCG GAA ACT GGT GGC GGT GGC GGT TCT GGA GTG AGC AAG GGC GAG GAG CTG TTC ACC) (配列番号3)及び3’-ECFP-PstI-BamHI (塩基配列CGT GGA TCC GAA CTG CAG GCC CTT GTA CAG CTC GTC CAT GCC GAG AGT GAT CCC GGC) (配列番号4)を用いてECFP−C1(Clontech社製) から該当する遺伝子領域をクローニングし、EcoRI / BamHIサイトでpBlueScriptII SK(-) (Stratagene社製) に組み込んでシークエンスを確認した。その後、BglII/PstIサイトでpDisplay (Invitrogen社製) に組み替え、LPETG5-ECFP-TM発現プラスミドベクター (図4) を得た。
[Example 1]
(1) Synthesis of AF647-LPETGG and construction of ECFP-TM added with the LPETGGGGGG sequence Alexa Fluor 647-LPETGG (AF647-LPETGG) was used as a labeled molecule. After synthesizing peptide H-LPETGG-NH 2 (SEQ ID NO: 2) by Fmoc solid phase synthesis method, Alexa Fluor 647 is modified at the N-terminal amino group using Alexa Fluor 647 succinimidyl ester (Invitrogen). Thus, a labeled molecule AF647-LPETGG was synthesized. Specifically, peptide H-LPETGG-NH 2 dissolved in DMSO (dehydrated) and Alexa Fluor 647 succinimidyl ester (manufactured by Invitrogen) dissolved in DMSO (dehydrated) were added at a molar ratio of 2: 1. And reacted for 3 hours. As a base, 4 equivalents of DIEA was added. After the reaction, the product was purified by high performance liquid chromatography (HPLC) and identified by MALDI-TOF-MS.
In addition, a fusion of cyan fluorescent protein (ECFP) and the transmembrane domain (TM) of platelet-derived growth factor receptor, to which an LPETGGGGGG sequence (SEQ ID NO: 1) (hereinafter referred to as LPTGG5 sequence) is added near the N-terminus ( Hereinafter, an expression plasmid vector (FIG. 4) of LPETG5-ECFP-TM) was constructed. First, primer 5'-EcoRI-BglII-LPETGGGGG-ECFP (base sequence GCC GAA TTC GAC AGA TCT CTG CCG GAA ACT GGT GGC GGT GGC GGT TCT GGA GTG AGC AAG GGC GAG GAG CTG TTC ACC) (SEQ ID NO: 3) and 3 Corresponding gene from ECFP-C1 (Clontech) using '-ECFP-PstI-BamHI (base sequence CGT GGA TCC GAA CTG CAG GCC CTT GTA CAG CTC GTC CAT GCC GAG AGT GAT CCC GGC) (SEQ ID NO: 4) The region was cloned and incorporated into pBlueScriptII SK (-) (Stratagene) at the EcoRI / BamHI site to confirm the sequence. Then, it was recombined with pDisplay (manufactured by Invitrogen) at the BglII / PstI site to obtain an LPETG5-ECFP-TM expression plasmid vector (FIG. 4).

(2)His6−SrtAの作成
His6-SrtA発現ベクター (T.Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp.802-807 (February 22,2008)に記載) をBL21 STAR (DE3) (Novagen社製) へ形質転換した。TB培地で培養し、O.D.=0.6の時点で0.1mM IPTGを添加して蛋白質発現を誘導した後、さらに27℃で18時間振とう培養を行った。そして、集菌して超音波破砕を行い、遠心して上清を回収した。次に、上清についてNi Sepharose High Performance (GE Healthcare社製) を用いてアフィニティー精製を行った。精製後、20mM Tris,150mM NaCl, pH8.0のバッファーに透析した。Sortase Aの蛋白質濃度はBCA Protein Assay Kit (PIERCE社製) を用いて求めた。
(2) Preparation of His6-SrtA A His6-SrtA expression vector (described in T. Tanaka et al. ChemBioChem, 9 (2008) pp. 802-807 (February 22, 2008)) is BL21 STAR (DE3) (Novagen) ). Culturing in TB medium; D. At the time of = 0.6, 0.1 mM IPTG was added to induce protein expression, and then further cultured with shaking at 27 ° C. for 18 hours. Then, the cells were collected, subjected to ultrasonic disruption, and centrifuged to collect the supernatant. Next, the supernatant was subjected to affinity purification using Ni Sepharose High Performance (GE Healthcare). After purification, it was dialyzed against a buffer of 20 mM Tris, 150 mM NaCl, pH 8.0. The protein concentration of Sortase A was determined using BCA Protein Assay Kit (PIERCE).

(3)トリグリシン及びSrtAの添加によるLPETG5配列の切断
LPETG5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞(培養時間:24時間)にトリグリシン (Sigma社製)1mM及びHis6−SrtA30μMを添加し、37℃のCOインキュベータ内で、15分、30分、1時間、2時間の各時間、切断反応を行った後、Alexa Fluor 647修飾抗HA抗体を用いた免疫蛍光染色を行った。
LPETG5配列の上流に位置するHAタグ (図4参照) の細胞表層における残存を、共焦点レーザー顕微鏡観察により測定することで、LPETG5配列の切断を評価した。図5に測定結果を示す。
(3) Cleavage of LPTG5 sequence by addition of triglycine and SrtA
Triglycine (Sigma) 1 mM and His6-SrtA 30 μM were added to HEK 293T cells (culture time: 24 hours) in which LPETG5-ECFP-TM was expressed, and 15 minutes and 30 minutes in a CO 2 incubator at 37 ° C. After performing the cleavage reaction for 1 hour and 2 hours, immunofluorescence staining using Alexa Fluor 647-modified anti-HA antibody was performed.
The breakage of the LPTGG5 sequence was evaluated by measuring the residual HA tag (see FIG. 4) in the cell surface layer upstream of the LPTGG5 sequence by observation with a confocal laser microscope. FIG. 5 shows the measurement results.

図5より、切断反応時間を長くとるにつれて観察されるAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光強度は減少した。切断反応時間30分で細胞表層のHAタグのほとんどがなくなり、細胞表層に存在するLPETG5配列の多くが切断されたことが確認された。   From FIG. 5, the purple fluorescence intensity derived from Alexa Fluor 647 decreased as the cleavage reaction time was increased. It was confirmed that most of the HA tag on the cell surface disappeared in the cleavage reaction time of 30 minutes, and that many of the LPTG5 sequences present on the cell surface were cleaved.

(4)細胞表層におけるECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識
LPETG5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞(培養時間:24時間)に、トリグリシン 1mM及びHis6−SrtA 30μMを血清含有DMEM培地とともに添加し、37℃のCOインキュベータ内で30分間切断反応を行った。His6−SrtA、余分なトリグリシン等を除去した後、標識分子であるAF647-LPETGG 10μM及びHis6−SrtA 30μMを血清含有DMEM培地とともに添加し、37℃のCOインキュベータ内で15分間標識反応を行った。
比較例として、標識反応の際にHis6−SrtAを添加せずに同様に反応させた。またLPETG5配列をLPETA5配列に置換したLPETA5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞についても同様に反応させた。
SrtA及び余分なAF647-LPETGGを除去した後、共焦点レーザー顕微鏡を用いて蛍光観察を行った。結果を図6に示す。
(4) Labeling of Alexa Fluor 647 to ECFP-TM on the cell surface
To HEK 293T cells expressing LPETG5-ECFP-TM (culture time: 24 hours), triglycine 1 mM and His6-SrtA 30 μM were added together with serum-containing DMEM medium, and cleaved in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 30 minutes. Went. After removing His6-SrtA, excess triglycine and the like, the labeled molecules AF647-LPETGG 10 μM and His6-SrtA 30 μM were added together with serum-containing DMEM medium, and the labeling reaction was performed in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 15 minutes. It was.
As a comparative example, the reaction was performed in the same manner without adding His6-SrtA during the labeling reaction. Further, HEK 293T cells expressing LPETA5-ECFP-TM in which the LPTG5 sequence was replaced with the LPETA5 sequence were reacted in the same manner.
After removing SrtA and excess AF647-LPETGG, fluorescence observation was performed using a confocal laser microscope. The results are shown in FIG.

図6より、LPETG5-ECFP-TM発現細胞の輪郭にのみAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光が観察された(左図)。一方、SrtAを加えない場合 (中図) 及びLPETA5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞を用いた場合 (右図) には細胞の輪郭に紫色蛍光が観察されなかった。
以上より、SrtAが触媒するペプチド転移反応により、部位特異的にECFP-TMにAlexa Fluor 647を標識することに成功した。
As shown in FIG. 6, purple fluorescence derived from Alexa Fluor 647 was observed only in the contour of LPETG5-ECFP-TM expressing cells (left figure). On the other hand, when SrtA was not added (middle figure), and when HEK 293T cells expressing LPETA5-ECFP-TM were used (right figure), purple fluorescence was not observed in the cell outline.
As described above, Alexa Fluor 647 was successfully labeled on ECFP-TM in a site-specific manner by a peptide transfer reaction catalyzed by SrtA.

[実施例2]
標識分子としてLPETGG配列を付加したビオチン分子を用い、切断反応時間を1時間、標識反応時間を5分とした他は実施例1と同様にして、細胞表層に存在するECFP-TMへのビオチン分子の標識を行った。標識の確認は、ストレプトアビジン−HRP(Invitrogen社製) を用いたウエスタンブロッティングにより行った。結果を図7に示す。
[Example 2]
The biotin molecule to ECFP-TM present on the cell surface layer was the same as in Example 1 except that a biotin molecule to which the LPETGG sequence was added was used as the labeling molecule, the cleavage reaction time was 1 hour, and the labeling reaction time was 5 minutes. The label was made. The label was confirmed by Western blotting using streptavidin-HRP (Invitrogen). The results are shown in FIG.

図7より、LPETG5-ECFP-TMに挿入されたc-mycタグ (図4参照) に対する抗c-myc抗体 (Bethyl Laboratories社製) と同じ分子量付近 (36kDa) にストレプトアビジン−HRPのバンドが確認され、LPETG5-ECFP-TMにビオチン分子が標識されたことを確認した(最左レーン)。また、他の位置にはバンドが確認されず、細胞表層には多種多様な膜蛋白質が存在する中で、LPETG5-ECFP-TMのみに特異的にビオチン分子が標識されたことを確認した。一方で、SrtAを用いなかった場合 (左から2番目のレーン) 及びLPETA5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞を用いた場合 (右側2レーン) には同じ位置にバンドが確認されず、ビオチン分子が標識されなかったことを確認した。   Fig. 7 confirms a band of streptavidin-HRP around the same molecular weight (36 kDa) as the anti-c-myc antibody (Bethyl Laboratories) against the c-myc tag (see Fig. 4) inserted into LPETG5-ECFP-TM It was confirmed that the biotin molecule was labeled on LPETG5-ECFP-TM (leftmost lane). In addition, no band was confirmed at other positions, and it was confirmed that the biotin molecule was specifically labeled only with LPETG5-ECFP-TM in the presence of various membrane proteins on the cell surface layer. On the other hand, when SrtA was not used (second lane from the left) and when HEK 293T cells expressing LPETA5-ECFP-TM were used (right two lanes), no band was confirmed at the same position. It was confirmed that the biotin molecule was not labeled.

[実施例3]
実施例1と同様にしてLPETG5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞に、トリグリシン1mM及びHis6−SrtA30μMを血清含有DMEM培地とともに添加し、37℃のCOインキュベータ内で1時間切断反応を行った。SrtA、余分なトリグリシン等を除去した後、標識分子であるAF647-LPETGG及びSrtAを血清含有DMEM培地とともに添加し、COインキュベータ内で5分、15分、30分間の各時間、標識反応を行った。SrtA及び余分なAF647-LPETGGを除去した後、共焦点レーザー顕微鏡を用いて蛍光観察を行った。結果を図8に示す。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, 1 mM triglycine and 30 μM His6-SrtA were added to HEK 293T cells expressing LPETG5-ECFP-TM together with serum-containing DMEM medium, and a cleavage reaction was performed in a CO 2 incubator at 37 ° C. for 1 hour. went. After removing SrtA, excess triglycine, etc., the labeled molecules AF647-LPETGG and SrtA were added together with serum-containing DMEM medium, and the labeling reaction was performed for 5 minutes, 15 minutes, and 30 minutes in a CO 2 incubator. went. After removing SrtA and excess AF647-LPETGG, fluorescence observation was performed using a confocal laser microscope. The results are shown in FIG.

図8より、標識反応時間を5分としても、ECFP-TM発現細胞の輪郭にのみAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光が観察され、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識が確認された。反応時間を長くとるに従って観察されるAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光強度は増大し、徐々に飽和していくことが確認された。   From FIG. 8, even when the labeling reaction time was set to 5 minutes, Alexa Fluor 647-derived purple fluorescence was observed only on the contour of the ECFP-TM-expressing cells, confirming the labeling of Alexa Fluor 647 on ECFP-TM. It was confirmed that the intensity of purple fluorescence derived from Alexa Fluor 647 increased as the reaction time was increased and gradually saturated.

[実施例4]
切断反応の反応時間を30分とした以外は実施例3と同様にして標識化を行った。結果を図9に示す。
[Example 4]
Labeling was performed in the same manner as in Example 3 except that the reaction time of the cleavage reaction was 30 minutes. The results are shown in FIG.

図9より、標識反応を5分としても、ECFP-TM発現細胞の輪郭にのみAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光が観察され、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識が確認された。反応時間に従って観察されるAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光強度は増大し、徐々に飽和していくことが確認された。   From FIG. 9, even when the labeling reaction was performed for 5 minutes, Alexa Fluor 647-derived purple fluorescence was observed only on the contour of the ECFP-TM-expressing cells, confirming the labeling of Alexa Fluor 647 on ECFP-TM. It was confirmed that Alexa Fluor 647-derived purple fluorescence intensity observed according to the reaction time increased and gradually became saturated.

[実施例5]
切断反応の反応時間を15分とした以外は実施例3と同様にして標識化を行った。結果を図10に示す。
[Example 5]
Labeling was performed in the same manner as in Example 3 except that the reaction time for the cleavage reaction was 15 minutes. The results are shown in FIG.

図10より、標識反応を5分としても、ECFP-TM発現細胞の輪郭にのみAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光が観察され、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識が確認された。反応時間に従って観察されるAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光強度は増大し、徐々に飽和していくことが確認された。   From FIG. 10, even when the labeling reaction was performed for 5 minutes, purple fluorescence derived from Alexa Fluor 647 was observed only in the contour of the ECFP-TM expressing cells, and the label of Alexa Fluor 647 on ECFP-TM was confirmed. It was confirmed that Alexa Fluor 647-derived purple fluorescence intensity observed according to the reaction time increased and gradually became saturated.

[実施例6]
標識反応時間を5分と固定し、切断反応の反応時間を0分、15分、30分、1時間とした上で、実施例1と同様の手順でAlexa Fluor 647の標識を行った。結果を図11に示す。
[Example 6]
The labeling reaction time was fixed at 5 minutes and the reaction time for the cleavage reaction was set to 0 minutes, 15 minutes, 30 minutes, and 1 hour, and then Alexa Fluor 647 was labeled in the same procedure as in Example 1. The results are shown in FIG.

図11の通り、切断反応時間を長くとるにつれてECFP-TM発現細胞の輪郭に観察されるAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光強度は増大した。トリグリシン及びSrtAを添加して予め切断反応を行うことで、その後の標識反応効率が上昇することが示唆された。   As shown in FIG. 11, the purple fluorescence intensity derived from Alexa Fluor 647 observed in the contour of ECFP-TM-expressing cells increased with increasing cleavage reaction time. It has been suggested that the subsequent labeling reaction efficiency is increased by adding triglycine and SrtA and performing the cleavage reaction in advance.

[実施例7]
実施例1と同様にしてLPETG5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞を得た。トリグリシンは用いず、標識分子であるAF647-LPETGG10μM、及びHis6−SrtA30μMを加え、37℃において、30分間標識反応を行った。結果を図12に示す。
[Example 7]
In the same manner as in Example 1, HEK 293T cells expressing LPETG5-ECFP-TM were obtained. Without using triglycine, 10 μM of labeled molecules AF647-LPETGG and 30 μM of His6-SrtA were added, and a labeling reaction was performed at 37 ° C. for 30 minutes. The results are shown in FIG.

図12より、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識が確認された(右図)。トリグリシン存在下で切断反応を15分行った例(左図)には及ばないものの、トリグリシン非存在下でも標識が可能であることが確認された。   From FIG. 12, it was confirmed that Alexa Fluor 647 was labeled on ECFP-TM (right figure). Although it was not as much as in the case where the cleavage reaction was carried out for 15 minutes in the presence of triglycine (left figure), it was confirmed that labeling was possible even in the absence of triglycine.

[実施例8]
AF647-LPETGGの濃度を30μMとした以外は実施例3と同様にして標識化を行った。結果を図13に示す。
[Example 8]
Labeling was performed in the same manner as in Example 3 except that the concentration of AF647-LPETGG was changed to 30 μM. The results are shown in FIG.

図13より、AF647-LPETGGの濃度を30μMとしても、ECFP-TM発現細胞の輪郭にのみAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光が観察され、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識が確認された。反応時間に従って観察されるAlexa Fluor 647由来の紫色蛍光強度は増大し、徐々に飽和していくことが確認された。   From FIG. 13, even when the concentration of AF647-LPETGG was set to 30 μM, purple fluorescence derived from Alexa Fluor 647 was observed only in the contour of the ECFP-TM expressing cells, and the label of Alexa Fluor 647 on ECFP-TM was confirmed. It was confirmed that Alexa Fluor 647-derived purple fluorescence intensity observed according to the reaction time increased and gradually became saturated.

[参考例1]
実施例1と同様にしてLPETG5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞を得た。
LPETG5-ECFP-TMを発現させたHEK 293T細胞(培養24時間)に、トリグリシン100μMを添加して37℃のCOインキュベータ内で、0分、15分、30分、1時間、2時間の各時間、切断反応を行った後、Alexa Fluor 647標識抗HA抗体を用いた免疫蛍光染色を行った。
LPETG5配列の上流に位置するHAタグの細胞表層における残存を、共焦点レーザー顕微鏡観察により測定することで、LPETG5配列の切断効率を評価した。図14に測定結果を示す。
[Reference Example 1]
In the same manner as in Example 1, HEK 293T cells expressing LPETG5-ECFP-TM were obtained.
To HEK 293T cells expressing LPETG5-ECFP-TM (cultured for 24 hours), triglycine (100 μM) was added and in a CO 2 incubator at 37 ° C., 0 minutes, 15 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours. After performing the cleavage reaction for each time, immunofluorescence staining using Alexa Fluor 647-labeled anti-HA antibody was performed.
The cutting efficiency of the LPTGG5 sequence was evaluated by measuring the residual HA tag located in the cell surface layer upstream of the LPTGG5 sequence by confocal laser microscope observation. FIG. 14 shows the measurement results.

図14の通り、トリグリシン濃度が1mMの場合 (図5) と比較して切断反応効率は低下するものの、トリグリシン濃度が100μMの場合にも、Alexa Fluor 647由来の紫色蛍光強度は経時的に消失し、LPETG5配列が確かに切断されていることが確認された。   As shown in FIG. 14, although the cleavage reaction efficiency is reduced as compared with the case where the triglycine concentration is 1 mM (FIG. 5), the purple fluorescence intensity derived from Alexa Fluor 647 also increases with time when the triglycine concentration is 100 μM. It disappeared and it was confirmed that the LPTG5 sequence was indeed cleaved.

本発明に用いるペプチド転移酵素Sortase Aが触媒する反応を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a reaction catalyzed by peptide transferase Sortase A used in the present invention. 本発明に用いるプラスミドベクターを概念的に示した図である。It is the figure which showed notionally the plasmid vector used for this invention. 本発明のN末端標識方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the N terminal labeling method of this invention. 実施例で用いたLPETG5-ECFP-TM発現プラスミドベクターのコンストラクトを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the construct of the LPETG5-ECFP-TM expression plasmid vector used in the Example. トリグリシン及びSrtAの添加によるLPETG5配列の切断効率を免疫蛍光染色で評価した図である。It is the figure which evaluated the cutting | disconnection efficiency of the LPTGG5 arrangement | sequence by addition of triglycine and SrtA by the immunofluorescence dyeing | staining. 細胞表層におけるECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識を、蛍光観察により確認した図である。It is the figure which confirmed the label of Alexa Fluor 647 to ECFP-TM in a cell surface layer by fluorescence observation. ECFP-TMへのビオチン分子の標識を、ウエスタンブロッティングにより確認した図である。It is the figure which confirmed the label | marker of the biotin molecule to ECFP-TM by Western blotting. 切断反応を1時間とし、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識の経時変化を、蛍光観察により確認した図である。It is the figure which confirmed the time-dependent change of the label | marker of Alexa Fluor 647 to ECFP-TM by the fluorescence observation by setting cleavage reaction as 1 hour. 切断反応を30分とし、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識の経時変化を、蛍光観察により確認した図である。It is the figure which confirmed the time-dependent change of the label | marker of Alexa Fluor 647 to ECFP-TM by fluorescence observation by setting the cleavage reaction as 30 minutes. 切断反応を15分とし、ECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識の経時変化を、蛍光観察により確認した図である。It is the figure which confirmed the time-dependent change of the label | marker of Alexa Fluor 647 to ECFP-TM by the fluorescence observation by setting cleavage reaction as 15 minutes. 標識反応時間を5分と固定し、切断反応時間を0分、15分、30分、60分とした際のECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識反応効率を蛍光観察により評価した図である。It is the figure which evaluated the labeling reaction efficiency of Alexa Fluor 647 to ECFP-TM when the labeling reaction time was fixed at 5 minutes and the cleavage reaction time was 0 minutes, 15 minutes, 30 minutes and 60 minutes by fluorescence observation. . トリグリシンを用いず、切断反応と標識反応を一段階で行った場合の、細胞表層におけるECFP-TMへのAlexa Fluor 647の標識を、蛍光観察により確認した図である。It is the figure which confirmed the label | marker of Alexa Fluor 647 to ECFP-TM in a cell surface layer when a cleavage reaction and a labeling reaction were performed in one step without using triglycine by fluorescence observation. Alexa Fluor 647の濃度を30μMとした場合の、標識反応効率を蛍光観察により評価した図である。It is the figure which evaluated the labeling reaction efficiency by fluorescence observation when the density | concentration of Alexa Fluor 647 was 30 micromol. 切断反応においてトリグリシンを100μMとした場合の、LPETG5配列の切断を免疫蛍光染色で確認した図である。It is the figure which confirmed the cutting | disconnection of the LPTEG5 arrangement | sequence when triglycine was set to 100 micromol in cleavage reaction by immunofluorescence staining.

Claims (8)

N末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を有する、N末端が細胞外に存在する膜蛋白質、
ペプチド転移酵素Sortase A、及び、
LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加された標識分子プローブ、
を用いることを特徴とする、N末端標識膜蛋白質の作製方法。
It has an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, and n represents any integer of 2 to 8) in the N-terminal region. A membrane protein having an N-terminal extracellularly;
Peptide transfer enzyme Sortase A and
A labeled molecular probe to which an LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents an arbitrary amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m represents 1 or 2),
A method for producing an N-terminally labeled membrane protein, comprising using
次の各工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載のN末端標識膜蛋白質の作製方法。
(i)N末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を有する、N末端が細胞外に存在する膜蛋白質に、N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むペプチドの存在下にペプチド転移酵素Sortase Aを作用させる工程;
(ii)工程(i)によりN末端がポリグリシン配列となった膜蛋白質に、LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加された標識分子プローブの存在下にペプチド転移酵素Sortase Aを作用させる工程。
The method for producing an N-terminal labeled membrane protein according to claim 1, comprising the following steps.
(I) LPX 1 X 2 (G) n sequence in the N-terminal region (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, and n represents any integer of 2 to 8) A step of allowing a peptide transferase, sortase A, to act on a membrane protein having an N terminus outside the cell, in the presence of a peptide containing polyglycine having 2 or more residues at the N terminus;
(Ii) LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine) to the membrane protein whose N-terminus has become a polyglycine sequence in step (i). Represents 1 or 2. The step of allowing peptidease sortase A to act in the presence of a labeled molecular probe to which is added.
N末端が標識分子プローブで標識された膜蛋白質を表層に有する細胞であって、標識がLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を含むポリペプチドを介して膜蛋白質に付加されていることを特徴とする細胞。 A cell that N-terminal has a membrane protein which is labeled with a labeling molecule probe to the surface, label LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents a threonine or alanine N represents an integer of any of 2 to 8.) A cell characterized by being added to a membrane protein via a polypeptide containing. LPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を細胞外N末端側領域に有する膜蛋白質を表層に有する細胞。 LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, n represents any integer of 2 to 8) in the extracellular N-terminal region A cell having a membrane protein as a surface layer. N末端が細胞外に存在する膜蛋白質のN末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を組み込むための、LPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)をコードするDNA断片を含むプラスミドベクター。 N-terminal LPX 1 X 2 (G) n sequence at the N terminal region of the membrane proteins present in extracellular (X 1 represents any amino acid, X 2 represents a threonine or alanine .n is 2 to 8 LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, n is any of 2-8) A plasmid vector containing a DNA fragment encoding an integer. LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)が付加された標識分子プローブ。 A labeled molecular probe to which an LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents an arbitrary amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m represents 1 or 2) is added. N末端が細胞外に存在する膜蛋白質のN末端側領域にLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を組み込むためのLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)をコードするDNA断片を含むプラスミドベクター、
LPX(G)m配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。mは1又は2を表す。)を含むペプチドが付加された標識分子プローブ、
ペプチド転移酵素Sortase A、及び
N末端に残基数2以上のポリグリシンを含むペプチド、
を含むことを特徴とする、細胞表層膜蛋白質の標識キット。
LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine. N represents 2 to 8 in the N-terminal region of the membrane protein whose N-terminus is present outside the cell. LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine. N represents an integer of 2 to 8) A plasmid vector comprising a DNA fragment encoding
A labeled molecular probe to which a peptide comprising an LPX 1 X 2 (G) m sequence (X 1 represents any amino acid, X 2 represents threonine or alanine, m represents 1 or 2),
Peptide containing peptide transferase Sortase A and polyglycine having 2 or more residues at the N-terminus,
A cell surface membrane protein labeling kit, comprising:
N末端標識膜蛋白質を表層に有する細胞であって、標識がLPX(G)n配列(Xは任意のアミノ酸を表し、Xはトレオニン又はアラニンを表す。nは2〜8のいずれかの整数を表す。)を含むポリペプチドを介して膜蛋白質に付加されている細胞を用いることを特徴とする、創薬のためのスクリーニング方法。 A cell having an N-terminally labeled membrane protein on the surface, wherein the label is an LPX 1 X 2 (G) n sequence (X 1 represents an arbitrary amino acid, X 2 represents threonine or alanine. N is 2 to 8. A method for screening for drug discovery, comprising using a cell added to a membrane protein via a polypeptide containing any integer.
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