JP2011067190A - Single molecular format probe and utilization of the same - Google Patents

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Seibai Kin
誠培 金
Hiroaki Tao
博明 田尾
Moritoshi Sato
守俊 佐藤
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University of Tokyo NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single molecular format probe having a high emitted light brightness and easily designable. <P>SOLUTION: This fused protein used as a probe for detecting a target material includes a primary binding protein having a binding part with which the target material binds, a secondary binding protein recognizing that the target material binds with the primary binding protein and an active type enzyme positioning between the primary protein and secondary protein or its precursor, and in the case that the secondary protein recognizes that the target material binds with the primary protein, the protein increases the enzyme activity. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、被験試料中の標的物質を検出する融合タンパク質及びその利用に関し、より具体的には、被験試料中の標的物質を検出する一分子型プローブとして用いられる融合タンパク質及びその利用に関するものである。   The present invention relates to a fusion protein for detecting a target substance in a test sample and use thereof, and more specifically to a fusion protein used as a single-molecule probe for detecting a target substance in a test sample and use thereof. is there.

タンパク質の変形、タンパク質分子間の結合などに基づく生命現象として、例えば、ホルモン刺激により構造変化を経て活性化状態となり、二量体となる核受容体(NR:nuclear receptor)が挙げられる。そして、二量体化した核受容体は、核内に移行し、核内の核受容体応答配列(NRE:nuclear receptor response element)に結合して、転写活性を引き起こす(非特許文献1)。   Examples of biological phenomena based on protein deformation, binding between protein molecules, and the like include a nuclear receptor (NR) that becomes an activated state through a structural change due to hormone stimulation and becomes a dimer. Then, the dimerized nuclear receptor moves into the nucleus and binds to a nuclear receptor response element (NRE) in the nucleus to cause transcriptional activity (Non-patent Document 1).

また、細胞は、細胞外部からの成長ホルモン(growth factor)刺激に対して、特異的な受容体(growth factor receptor)を介して応答し、一連のタンパク質リン酸化の媒介によって細胞内部に信号を伝達する(非特許文献2)。さらに、細胞は、細胞内部のコレステロール濃度の変化をモニタリングするシステムを有している。その一例として、細胞は、コレステロール濃度を調節するタンパク質(SREBP−2:Sterol-response element binding protein-2)を保有している。細胞内のコレステロール濃度が一定以下に低下した場合、細胞はそれを感知し、SREBP−2が分割される。そして、2分割されたSREBP−2の断片の一部が二量体化して核内移行し、核内でステロール応答配列(SRE:Sterol-response element)に結合することによって、一連のコレステロール調節因子を発現させる(非特許文献3)。   In addition, cells respond to growth hormone (growth factor) stimulation from the outside of the cell via a specific receptor (growth factor receptor) and transmit signals inside the cell by mediating a series of protein phosphorylation. (Non-Patent Document 2). Furthermore, the cell has a system for monitoring changes in the cholesterol concentration inside the cell. As an example, the cell has a protein that regulates cholesterol concentration (SREBP-2: Sterol-response element binding protein-2). When the intracellular cholesterol concentration falls below a certain level, the cell senses it and SREBP-2 is divided. A part of the fragmented SREBP-2 fragment dimerizes and translocates into the nucleus, and binds to a sterol-response element (SRE) in the nucleus, thereby a series of cholesterol regulatory factors. Is expressed (Non-patent Document 3).

この様な細胞内分子現象は、生体が生命活動の恒常性を維持しつつ、外部の環境変化に素早く応答するための機構である。これらの信号伝達を担うタンパク質は、細胞が外部刺激に素早く反応し、対処する上で極めて重要な役割を果たしている。   Such intracellular molecular phenomenon is a mechanism for a living body to quickly respond to external environmental changes while maintaining homeostasis of life activity. The proteins responsible for these signal transmissions play an extremely important role in allowing cells to react quickly to and cope with external stimuli.

細胞内分子現象を測定するためのいくつかの方法が開示されている。例えば、タンパク質―タンパク質間相互作用、タンパク質の立体構造の変化、タンパク質のリン酸化等を測定する手法が知られている。タンパク質―タンパク質間の相互作用を検出する方法として、FRET(fluorescence resonance energy transfer)法及びBRET(bioluminescence resonance energy transfer)法が広く使用されている(非特許文献4及び5)。   Several methods for measuring intracellular molecular phenomena have been disclosed. For example, techniques for measuring protein-protein interactions, changes in protein tertiary structure, protein phosphorylation, and the like are known. FRET (fluorescence resonance energy transfer) and BRET (bioluminescence resonance energy transfer) methods are widely used as methods for detecting protein-protein interactions (Non-patent Documents 4 and 5).

また、本発明者らは以前に、一分子型及び二分子型生物発光プローブを提案している(非特許文献6及び7ならびに特許文献1〜3)。これらの生物発光プローブは、発光酵素を2分割し、それらの間に1つ又は2つのタンパク質を挿入した形態の生物発光可視化プローブである。一分子型生物発光プローブの一例として、ガウシア(Gaussia)由来の発光酵素を2分割し、カルシウム認識タンパク質であるカルモジュリン(CaM:calmodulin)をその間に挿入したものが挙げられる。この一分子型生物発光プローブを真核細胞に導入した場合、Ca2+の濃度に依存した生物発光の変化を観察できる(非特許文献8及び特許文献3)。 In addition, the present inventors have previously proposed monomolecular and bimolecular bioluminescent probes (Non-patent Documents 6 and 7 and Patent Documents 1 to 3). These bioluminescent probes are bioluminescent visualization probes in a form in which a luminescent enzyme is divided into two and one or two proteins are inserted between them. As an example of the single-molecule type bioluminescent probe, a luminescent enzyme derived from Gaussia is divided into two, and a calcium-recognizing protein calmodulin (CaM) is inserted between them. When this monomolecular bioluminescent probe is introduced into a eukaryotic cell, a change in bioluminescence depending on the Ca 2+ concentration can be observed (Non-patent Document 8 and Patent Document 3).

さらに、本発明者らは以前に、円順列置換した発光酵素用いた生物発光プローブを提案している(非特許文献9)。この生物発光プローブにおいて、発光酵素の本来のN末端とC末端とを連結する一方で、酵素の酵素活性部位を切断して人工的なN末端とC末端とを作ることによって円順列置換されている。そして、人工的に作製したこれらの末端のそれぞれにタンパク質を連結する。このように分子設計することによって、発光酵素の酵素活性部位は2分割され、分割された酵素活性部位がそれぞれ分子の中心から外側に配置される。従って、酵素活性部位間の衝突確率を顕著に抑えることができる。結果として、シグナル−ノイズ比(S/N比:signal-to-noise ratio)を格段に改善することができる。   Furthermore, the present inventors have previously proposed a bioluminescent probe using a circularly permuted luminescent enzyme (Non-patent Document 9). In this bioluminescent probe, circular permutation is performed by linking the original N-terminus and C-terminus of the luminescent enzyme, while cutting the enzyme active site of the enzyme to create an artificial N-terminus and C-terminus. Yes. Then, the protein is linked to each of these artificially prepared ends. By designing the molecule in this way, the enzyme active site of the luminescent enzyme is divided into two, and the divided enzyme active sites are respectively arranged outward from the center of the molecule. Therefore, the collision probability between enzyme active sites can be remarkably suppressed. As a result, the signal-noise ratio (S / N ratio) can be significantly improved.

また、本発明者らは以前に、男性ホルモン受容体(AR:androgen receptor)の核内移行を指標とした、生物発光イメージングプローブを提案している(非特許文献1)。このプローブでは、発光酵素を2分割する一方で、タンパク質組み継ぎ反応を起こすタンパク質(DnaE)も2分割する。そして、2分割したそれぞれの一方の断片をARに連結して通常は細胞質に局在させておき、その残りの断片を核内に局在させておく。ARは、ステロイドホルモン依存的に核内に移行し、ARに連結された断片は、核内に局在している残りの断片と相互作用する。これにより回復した生物発光強度を測定することによって、タンパク質間相互作用を検出する。   In addition, the present inventors have previously proposed a bioluminescence imaging probe that uses androgen receptor (AR) nuclear translocation as an index (Non-patent Document 1). In this probe, while the luminescent enzyme is divided into two, the protein (DnaE) that causes the protein joining reaction is also divided into two. Then, each of the two divided fragments is linked to the AR and normally localized in the cytoplasm, and the remaining fragments are localized in the nucleus. AR moves into the nucleus in a steroid hormone-dependent manner, and the fragment linked to AR interacts with the remaining fragment localized in the nucleus. The protein-protein interaction is detected by measuring the recovered bioluminescence intensity.

さらに他の細胞内分子現象を測定する方法として、特許文献4には、ホタルルシフェラーゼに1つのタンパク質を挿入したプローブを用いて、外部刺激により低下する発光量を測定する方法が記載されている。   As another method for measuring intracellular molecular phenomena, Patent Document 4 describes a method for measuring the amount of luminescence that is reduced by external stimulation using a probe in which one protein is inserted into firefly luciferase.

国際公開第2008/084869号パンフレットInternational Publication No. 2008/084869 Pamphlet 特開2009−34059号公報(2009年2月19日公開)JP 2009-34059 A (published February 19, 2009) 米国特許出願公開第2009/0176239号公報(2009年7月9日公開)US Patent Application Publication No. 2009/0176239 (published July 9, 2009) 国際公開第2005/038029号パンフレット(2005年4月28日)International Publication No. 2005/038029 Pamphlet (April 28, 2005)

Kim, S. B.; Ozawa, T.; Watanabe, S.; Umezawa, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004, 101, 11542-11547.Kim, S. B .; Ozawa, T .; Watanabe, S .; Umezawa, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004, 101, 11542-11547. Kaihara, A.; Umezawa, Y. Chemistry, An Asian Journal 2008, 3, 38-45.Kaihara, A .; Umezawa, Y. Chemistry, An Asian Journal 2008, 3, 38-45. Kim, S. B.; Takao, R.; Ozawa, T.; Umezawa, Y. Analytical Chemistry 2005, 77, 6928-6934.Kim, S. B .; Takao, R .; Ozawa, T .; Umezawa, Y. Analytical Chemistry 2005, 77, 6928-6934. Awais, M.; Sato, M.; Lee, X. F.; Umezawa, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2707-2712.Awais, M .; Sato, M .; Lee, X. F .; Umezawa, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2707-2712. Hoshino, H.; Nakajima, Y.; Ohmiya, Y. Nat. Methods 2007, 4, 637-639.Hoshino, H .; Nakajima, Y .; Ohmiya, Y. Nat.Methods 2007, 4, 637-639. Kim, S. B.; Otani, Y.; Umezawa, Y.; Tao, H. Anal. Chem. 2007, 79, 4820-4826.Kim, S. B .; Otani, Y .; Umezawa, Y .; Tao, H. Anal. Chem. 2007, 79, 4820-4826. Kim, S. B.; Awais, M.; Sato, M.; Umezawa, Y.; Tao, H. Anal. Chem. 2007, 79, 1874-1880.Kim, S. B .; Awais, M .; Sato, M .; Umezawa, Y .; Tao, H. Anal. Chem. 2007, 79, 1874-1880. Kim, S. B.; Sato, M.; Tao, H. Anal. Chem. 2009, 81, 67-74.Kim, S. B .; Sato, M .; Tao, H. Anal. Chem. 2009, 81, 67-74. Kim, S. B.; Sato, M.; Tao, H. Bioconjugate Chemistry 2008, 19, 2480-2486.Kim, S. B .; Sato, M .; Tao, H. Bioconjugate Chemistry 2008, 19, 2480-2486. Hodges, Y. K.; Tung, L.; Yan, X. D.; Graham, J. D.; Horwitz, K. B.; Horwitz, L. D. Circulation 2000, 101, 1792-1798.Hodges, Y. K .; Tung, L .; Yan, X. D .; Graham, J. D .; Horwitz, K. B .; Horwitz, L. D. Circulation 2000, 101, 1792-1798. Loening, A. M.; Wu, A. M.; Gambhir, S.S. Nat. Methods 2007, 4, 641-643.Loening, A. M .; Wu, A. M .; Gambhir, S.S. Nat.Methods 2007, 4, 641-643.

上述した、発光酵素を含有する発光プローブを用いた検出方法は、従来のタンパク質間相互作用検出用のFRETにおける、自己蛍光によるバックグラウンド蛍光が高いこと、外部光源が必要となること、蛍光測定のために大型の蛍光顕微鏡を必要とすること、分析できる細胞数が限られており、得られる結果が定量的というよりもむしろ定性的となること等の問題を解決し得るものである。   The above-described detection method using a luminescent probe containing a luminescent enzyme has a high background fluorescence due to autofluorescence, an external light source is required in FRET for detecting a protein-protein interaction, and a fluorescence measurement method. Therefore, problems such as the need for a large fluorescent microscope, the limited number of cells that can be analyzed, and qualitative rather than quantitative results can be solved.

そのため、このような発光プローブによる検出精度のさらなる向上が要求されており、特に、十分な検出精度を得るために、より安定性が高い発光プローブが求められている。また、発光プローブの開発費用等を抑え、広く使用するために、設計が容易であることが求められている。   Therefore, further improvement in detection accuracy by such a luminescent probe is required, and in particular, a luminescent probe with higher stability is required in order to obtain sufficient detection accuracy. In addition, it is required to be easy to design in order to reduce the development cost of the light emitting probe and to use it widely.

そこで、本発明の目的は、発光強度が高く、設計が容易な新規のプローブを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a novel probe that has high emission intensity and is easy to design.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行い、以下の点に深く考慮することにより本発明を完成させた。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems, and have completed the present invention by considering the following points.

まず、発光酵素が本来持つ酵素活性を侵害しないことに考慮し、発光酵素の全長をそのまま利用することを見出した。そして、発光酵素の構造上の変形による酵素活性度の変化を指標とすることによって、高い発光強度のままでの測定が可能であり、発光プローブの構造をより単純化して設計上の試行錯誤を容易に回避できることを見出した。   First, it was found that the full length of the luminescent enzyme was used as it was, considering that the enzyme activity inherent to the luminescent enzyme was not violated. By using the change in enzyme activity due to structural deformation of the luminescent enzyme as an index, it is possible to measure at high luminescence intensity, simplifying the structure of the luminescent probe and making trial and error in design. It was found that it can be easily avoided.

本発明に係る融合タンパク質は、上記課題を解決するために、標的物質を検出する融合タンパク質であって、前記標的物質が結合する結合部位を有する一次結合タンパク質と、前記一次結合タンパク質に前記標的物質が結合したことを認識する二次結合タンパク質と、前記一次結合タンパク質と前記二次結合タンパク質との間に位置する、活性型の酵素又はその前駆体とを有し、前記一次結合タンパク質に前記標的物質が結合したことを前記二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加するものであることを特徴としている。また、本発明に係る融合タンパク質において、前記酵素は略球形状であることが好ましい。   In order to solve the above problems, a fusion protein according to the present invention is a fusion protein for detecting a target substance, and has a primary binding protein having a binding site to which the target substance binds, and the target substance to the primary binding protein. A secondary binding protein that recognizes binding, and an active enzyme or a precursor thereof positioned between the primary binding protein and the secondary binding protein, and the target is bound to the primary binding protein. When the secondary binding protein recognizes that a substance is bound, the enzyme activity is increased. In the fusion protein according to the present invention, the enzyme preferably has a substantially spherical shape.

また、本発明に係る融合タンパク質において、前記酵素は発光酵素であり、前記一次結合タンパク質に前記標的物質が結合したことを前記二次結合タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させるものであることが好ましい。また、本発明に係る融合タンパク質において、前記一次結合タンパク質と前記二次結合タンパク質との間に位置する蛍光タンパク質をさらに有することが好ましい。また、本発明に係る融合タンパク質において、前記発光酵素は、ウミシイタケルシフェラーゼ、ガウシアルシフェラーゼ、クリックビートルルシフェラーゼ、及びホタルルシフェラーゼからなる群より選択されることが好ましい。   In the fusion protein according to the present invention, the enzyme is a luminescent enzyme, and increases the amount of luminescence when the secondary binding protein recognizes that the target substance is bound to the primary binding protein. It is preferable. Moreover, the fusion protein according to the present invention preferably further comprises a fluorescent protein located between the primary binding protein and the secondary binding protein. In the fusion protein according to the present invention, the luminescent enzyme is preferably selected from the group consisting of Renilla luciferase, Gaussia luciferase, click beetle luciferase, and firefly luciferase.

さらに、本発明に係る融合タンパク質において、前記一次結合タンパク質は、核内受容体、サイトカイン受容体、タンパク質キナーゼ、セカンドメッセンジャー認識タンパク質、及び転写因子からなる群より選択されることが好ましい。また、本発明に係る融合タンパク質において、前記一次結合タンパク質がエストロゲン受容体のリガンド結合ドメインであり、前記二次結合タンパク質がSrcタンパク質のSH2ドメインであり、前記発光酵素がウミシイタケルシフェラーゼであることが好ましい。   Furthermore, in the fusion protein according to the present invention, the primary binding protein is preferably selected from the group consisting of a nuclear receptor, a cytokine receptor, a protein kinase, a second messenger recognition protein, and a transcription factor. In the fusion protein according to the present invention, the primary binding protein is a ligand binding domain of an estrogen receptor, the secondary binding protein is an SH2 domain of an Src protein, and the luminescent enzyme is a Renilla luciferase. preferable.

また、本発明に係る融合タンパク質は、前記一次結合タンパク質と前記酵素とを連結する第1リンカーと、前記二次結合タンパク質と前記酵素とを連結する第2リンカーとをさらに備え、前記第1リンカー及び前記第2リンカーはそれぞれ、5アミノ酸以下のアミノ酸配列からなることが好ましい。さらに、本発明に係る融合タンパク質において、前記第1リンカーは、Gly−Serで表されるアミノ酸配列からなり、前記第2リンカーは、Gly−Thrで表されるアミノ酸配列からなることが好ましい。   In addition, the fusion protein according to the present invention further includes a first linker that links the primary binding protein and the enzyme, and a second linker that links the secondary binding protein and the enzyme. Each of the second linkers preferably has an amino acid sequence of 5 amino acids or less. Furthermore, in the fusion protein according to the present invention, it is preferable that the first linker is composed of an amino acid sequence represented by Gly-Ser, and the second linker is composed of an amino acid sequence represented by Gly-Thr.

さらに、本発明に係る融合タンパク質は、配列番号1〜3及び13〜14のいずれか1つに示されるアミノ酸配列からなる、融合タンパク質;あるいは配列番号1〜3及び13〜14のいずれか1つに示されるアミノ酸配列の1又は数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列からなり、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質であることを特徴としている。   Furthermore, the fusion protein according to the present invention comprises a fusion protein consisting of the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 3 and 13 to 14; or any one of SEQ ID NOs: 1 to 3 and 13 to 14 When the secondary binding protein recognizes that the target substance has bound to the primary binding protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids of the amino acid sequence shown in FIG. It is characterized by being a fusion protein that increases

本発明に係るポリヌクレオチドは、上記いずれかの融合タンパク質をコードする、ポリヌクレオチドであることを特徴としている。また、本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列からなる、ポリヌクレオチド;配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列の1個又は数個の塩基配列が欠失、置換又は付加された塩基配列からなり、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質をコードする塩基配列からなる、ポリヌクレオチド;配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質をコードする塩基配列からなる、ポリヌクレオチド;あるいは配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と少なくとも66%同一であり、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質をコードする塩基配列からなる、ポリヌクレオチドであることを特徴としている。   The polynucleotide according to the present invention is a polynucleotide encoding any one of the above fusion proteins. The polynucleotide according to the present invention is a polynucleotide comprising the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4 to 6 and 15 to 16; the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4 to 6 and 15 to 16 When the secondary binding protein recognizes that the target substance has bound to the primary binding protein, the enzyme activity is increased. A polynucleotide comprising a base sequence encoding a fusion protein; hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in any of SEQ ID NOs: 4-6 and 15-16 , A fusion protein that increases enzyme activity when the secondary binding protein recognizes that the target substance has bound to the primary binding protein A polynucleotide comprising the encoding base sequence; or at least 66% identical to the base sequence shown in any of SEQ ID NOs: 4-6 and 15-16, and secondary binding of the target substance bound to the primary binding protein It is characterized by being a polynucleotide comprising a base sequence encoding a fusion protein that increases the enzyme activity when the protein is recognized.

本発明に係るベクターは、上記いずれかのポリヌクレオチドを含んでいることを特徴としている。本発明に係る形質転換体は、上記いずれかのポリヌクレオチド、又は上記ベクターを含んでいることを特徴としている。   The vector according to the present invention is characterized by including any of the polynucleotides described above. The transformant according to the present invention is characterized by containing any one of the above polynucleotides or the above vector.

本発明に係る標的物質を検出する方法は、被験試料中の標的物質を検出する方法であって、前記被験試料と、上記いずれかの融合タンパク質とを接触させる工程を包含することを特徴としている。本発明に係る標的物質を検出するためのキットは、上記いずれかの融合タンパク質を備えていることを特徴としている。   A method for detecting a target substance according to the present invention is a method for detecting a target substance in a test sample, comprising the step of bringing the test sample into contact with any one of the above fusion proteins. . A kit for detecting a target substance according to the present invention is characterized by comprising any one of the above fusion proteins.

本発明に係るプローブの生産方法は、上記いずれかのポリヌクレオチド又は上記ベクターを用いて細胞を形質転換する工程を包含することを特徴としている。本発明に係るプローブの生産キットは、上記いずれかのポリヌクレオチド又はベクターを備えていることを特徴としている。   The method for producing a probe according to the present invention is characterized by including a step of transforming a cell using any one of the above polynucleotides or the above vector. A probe production kit according to the present invention is characterized by comprising any of the polynucleotides or vectors described above.

本発明に係る融合タンパク質によれば、活性型の酵素又はその前駆体を用いることによって、設計が容易であり、かつ発光強度が高く、種々のタンパク質間相互作用の可視化検出をより高精度に行うことができる。   According to the fusion protein of the present invention, by using an active enzyme or a precursor thereof, the design is easy, the luminescence intensity is high, and the visual detection of various protein-protein interactions is performed with higher accuracy. be able to.

本発明に係る発光プローブの一例を用いたリガンド認識メカニズムを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the ligand recognition mechanism using an example of the light emission probe which concerns on this invention. ウミシイタケルシフェラーゼ(RLuc8)の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of Renilla luciferase (RLuc8). ホタルルシフェラーゼ(FLuc)の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of a firefly luciferase (FLuc). RLuc8の酵素活性部位における各アミノ酸と基質との間の相互作用を示す図であり、酵素末端から近いアミノ酸を破線によって囲んで示す。It is a figure which shows the interaction between each amino acid in the enzyme active site of RLuc8, and a substrate, The amino acid near from the enzyme terminal is enclosed with a broken line, and is shown. 本発明に係る発光プローブを用いたリガンド認識メカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the ligand recognition mechanism using the luminescent probe which concerns on this invention. 本発明に係る発光プローブを作製するためのDNAコンストラクト構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the DNA construct structure for producing the luminescent probe which concerns on this invention. RLuc8を挿入した発光プローブ(ERS)を発現した形質転換体における発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum in the transformant which expressed the luminescent probe (ERS) which inserted RLuc8. ERS、EGS(GLucを挿入した発光プローブ)、ECS(CBLucを挿入した発光プローブ)、EFS(FLucを挿入した発光プローブ)をそれぞれ発現した形質転換体における発光強度の割合を示すグラフである。It is a graph which shows the ratio of the emitted light intensity in the transformant which each expressed ERS, EGS (luminescent probe which inserted GLuc), ECS (luminescent probe which inserted CBLuc), and EFS (luminescent probe which inserted FLuc). 発光酵素の種々の基質の化学構造を示す図であり、重要なサイドチェーンにあたる部位を破線によって囲んで示す。It is a figure which shows the chemical structure of the various substrate of a luminescent enzyme, and the site | part which hits an important side chain is enclosed with a broken line, and is shown. 種々の基質共存下における発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum in the presence of various substrates. 種々の基質共存下における発光スペクトルのピーク強度の割合を示すグラフである。It is a graph which shows the ratio of the peak intensity of the emission spectrum in the presence of various substrates. RLuc8を発現する形質転換体、及びERSを発現する形質転換体における発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum in the transformant which expresses RLuc8, and the transformant which expresses ERS. ERSを発現する形質転換体におけるリガンド応答曲線を示す図である。It is a figure which shows the ligand response curve in the transformant which expresses ERS. ERS、EmRS(ER LBDのリン酸化部位が変異した発光プローブ)、ER+RS(RLuc8とER LBDとが連結されたプローブ(ER)及びRLuc8とSH2ドメインとが連結されたプローブ(RS))を発現する形質転換体における相対発光強度を示すグラフである。Expresses ERS, EmRS (luminescent probe in which phosphorylation site of ER LBD is mutated), ER + RS (probe in which RLuc8 and ER LBD are linked (ER) and probe in which RLuc8 and SH2 domain are linked (RS)) It is a graph which shows the relative luminescence intensity in a transformant. ER又はRSを発現させるためのDNAコンストラクト構成を示す図である。It is a figure which shows the DNA construct structure for expressing ER or RS. ER及びRSの構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows the structure of ER and RS typically. 種々のリガンドの化学構造を示す図である。It is a figure which shows the chemical structure of various ligands. ERSを発現する形質転換体における、種々のリガンドに応答した発光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the emitted light intensity in response to the various ligand in the transformant which expresses ERS. 本発明に係る発光プローブ(EERS)を作製するための構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure for producing the light emission probe (EERS) based on this invention. EYFP及びRLuc8を挿入した発光プローブ(pEERS)を発現した形質転換体における発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum in the transformant which expressed the luminescence probe (pEERS) which inserted EYFP and RLuc8. 本発明に係る発光プローブであり、その内部での発光共鳴エネルギー移動を起こす発光プローブ(EERS)のリガンド認識メカニズムを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the ligand recognition mechanism of the luminescent probe (EERS) which is the luminescent probe which concerns on this invention, and raise | generates the luminescence resonance energy transfer in the inside.

〔1.融合タンパク質及びポリヌクレオチド〕
本発明に係る融合タンパク質は、一分子型生物発光プローブとして用いられ、標的物質を検出する融合タンパク質であって、前記標的物質が結合する結合部位を有する一次結合タンパク質と、前記一次結合タンパク質に前記標的物質が結合したことを認識する二次結合タンパク質と、前記一次結合タンパク質と前記二次結合タンパク質との間に位置する、活性型の酵素又はその前駆体とを有し、前記一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを前記二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質である。
[1. Fusion protein and polynucleotide)
The fusion protein according to the present invention is a fusion protein that is used as a single-molecule bioluminescent probe and detects a target substance, and includes a primary binding protein having a binding site to which the target substance binds, and the primary binding protein. A secondary binding protein that recognizes that a target substance has bound, and an active enzyme or a precursor thereof positioned between the primary binding protein and the secondary binding protein, the primary binding protein It is a fusion protein that increases the enzyme activity when the secondary binding protein recognizes that the target substance has bound.

後述するように、本発明に係る融合タンパク質に含まれる活性型の酵素又はその前駆体の代表的な例として、活性型の発光酵素又はその前駆体が挙げられる。したがって、以下では、例として、本発明に係る融合タンパク質における酵素を発光酵素として説明し、本発明に係る融合タンパク質を発光プローブと称することもあるが、本発明はこれに限定されず、他の酵素であっても同様に説明され得る。   As described later, a typical example of the active enzyme or precursor thereof contained in the fusion protein according to the present invention is an active luminescent enzyme or precursor thereof. Therefore, hereinafter, as an example, the enzyme in the fusion protein according to the present invention will be described as a luminescent enzyme, and the fusion protein according to the present invention may be referred to as a luminescent probe, but the present invention is not limited to this, Even an enzyme can be explained similarly.

本明細書において、「発光プローブ」は、「生物発光プローブ」又は「プローブ」と交換可能に使用され、標的に特異的な標的物質によって引き起こされる様々な分子現象を、生きた細胞又は生体において、生物発光として可視化イメージングすることが可能なプローブである。また、「一分子型発光プローブ」とは、上述した可視化イメージングするために用いられる全構成要素を単一融合分子内に含むプローブである。例えば、上述した(i)一次結合タンパク質、(ii)活性型酵素又はその前駆体、(iii)二次結合タンパク質を、基本構成要素として含む融合タンパク質が含まれ得る。   In the present specification, “luminescent probe” is used interchangeably with “bioluminescent probe” or “probe” to cause various molecular phenomena caused by a target substance specific to a target in a living cell or living body. It is a probe that can be visualized and imaged as bioluminescence. In addition, the “single molecule luminescent probe” is a probe including all the components used for the above-described visualization imaging in a single fusion molecule. For example, a fusion protein containing (i) a primary binding protein, (ii) an active enzyme or a precursor thereof, and (iii) a secondary binding protein as basic components may be included.

本発明の融合タンパク質は、一次結合タンパク質と二次結合タンパク質との間に活性型酵素又はその前駆体が挿入されていればどのような順番でもよいが、一次結合タンパク質、活性型酵素又はその前駆体、二次結合タンパク質の順に直鎖状に連結された形態であることが好ましく、アミノ末端から一次結合タンパク質、活性型酵素又はその前駆体、二次結合タンパク質の順に直鎖状に連結された形態であることがより好ましい。   The fusion protein of the present invention may be in any order as long as an active enzyme or a precursor thereof is inserted between the primary binding protein and the secondary binding protein, but the primary binding protein, the active enzyme or a precursor thereof. It is preferable that it is a form that is linearly linked in the order of the body and the secondary binding protein, and is linearly linked in the order of the primary binding protein, the active enzyme or its precursor, and the secondary binding protein from the amino terminus. More preferably, it is in the form.

また、本発明の融合タンパク質は、前記酵素が発光酵素であり、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させるものであることが好ましい。さらに、本発明の融合タンパク質は、一次結合タンパク質と二次結合タンパク質との間に位置する蛍光タンパク質をさらに有することが好ましい。この構成であれば、発光共鳴エネルギー移動を起こすことができる。   In addition, the fusion protein of the present invention is preferably one that increases the amount of luminescence when the enzyme is a luminescent enzyme and the secondary binding protein recognizes that the target substance is bound to the primary binding protein. Furthermore, the fusion protein of the present invention preferably further comprises a fluorescent protein located between the primary binding protein and the secondary binding protein. With this configuration, emission resonance energy transfer can be caused.

ここで、「一次結合タンパク質」は、その標的物質の結合部位に標的物質が結合するタンパク質が意図され、「標的物質結合タンパク質」と称することもある。後述するように、本発明によって検出する標的物質をリガンドと称する場合には、標的物質結合タンパク質を、「リガンド結合タンパク質」と称することもある。   Here, the “primary binding protein” is intended to be a protein that binds the target substance to the binding site of the target substance, and is sometimes referred to as “target substance binding protein”. As will be described later, when the target substance to be detected according to the present invention is referred to as a ligand, the target substance binding protein may be referred to as a “ligand binding protein”.

一次結合タンパク質は、例えば、標的物質が結合することによって立体構造が変化し、後述する二次結合タンパク質の分子認識部位と結合することができるタンパク質であり得る。このような一次結合タンパク質としては、例えば、ホルモン、化学物質又は信号伝達タンパク質をリガンドとする核内受容体(NR)、サイトカイン受容体、あるいは各種タンパク質キナーゼが用いられる。一次結合タンパク質は、対象とする標的物質によって適宜選択される。   The primary binding protein can be, for example, a protein that can change the steric structure by binding to a target substance and bind to a molecular recognition site of a secondary binding protein described later. As such a primary binding protein, for example, a nuclear receptor (NR) having a hormone, chemical substance or signal transduction protein as a ligand, a cytokine receptor, or various protein kinases are used. The primary binding protein is appropriately selected depending on the target substance of interest.

本明細書中における「標的物質」は、本発明に係る発光プローブの検出の対象となる物質であり、生細胞膜上又は生細胞内の特定タンパク質と特異的に結合してその機能を変化させうる物質を意味しており、「リガンド」と称することもある。例えば、核リセプターに対してはステロイド又は合成化学物質をさし、サイトカイン受容体に対しては各種サイトカインをさし、インシュリン受容体のような細胞膜上受容体に対してはインシュリンを含む刺激物質をさす。   The “target substance” in the present specification is a substance to be detected by the luminescent probe according to the present invention, and can specifically bind to a specific protein on a living cell membrane or in a living cell to change its function. It means a substance, sometimes called “ligand”. For example, steroids or synthetic chemicals are used for nuclear receptors, cytokines are used for cytokine receptors, and stimulants containing insulin are used for receptors on cell membranes such as insulin receptors. Sure.

本発明によって検出するリガンドとしては、リガンド結合タンパク質に結合するものであれば特に限定されず、細胞外から細胞内に取り込まれる細胞外リガンドであってもよく、細胞外からの刺激により細胞内で産生される細胞内リガンドであってもよい。例えば、受容体タンパク質(例えば核内受容体、Gタンパク質結合型受容体等)に対するアゴニスト又はアンタゴニストであり得る。また、細胞内の情報伝達に関与する分子に特異的に結合するサイトカイン、ケモカイン、インシュリン等の信号伝達タンパク質、細胞内セカンドメッセンジャー、脂質セカンドメッセンジャー、リン酸化アミノ酸残基、Gタンパク質結合型受容体リガンド等であり得る。   The ligand to be detected by the present invention is not particularly limited as long as it binds to a ligand-binding protein, and may be an extracellular ligand that is taken into the cell from outside the cell. It may be an intracellular ligand that is produced. For example, it can be an agonist or antagonist for a receptor protein (eg, nuclear receptor, G protein-coupled receptor, etc.). In addition, signaling proteins such as cytokines, chemokines, and insulin that specifically bind to molecules involved in intracellular signal transduction, intracellular second messengers, lipid second messengers, phosphorylated amino acid residues, G protein-coupled receptor ligands Etc.

例えば、リガンドとして細胞内セカンドメッセンジャー、脂質セカンドメッセンジャー等を対象とする場合には、リガンド結合タンパク質として、各セカンドメッセンジャーの結合タンパク質(セカンドメッセンジャー認識タンパク質)を使用することができる。セカンドメッセンジャーとは、ホルモン、神経伝達物質等の細胞外情報伝達物質が細胞膜に存在する受容体と結合することによって、細胞内で新たに生成される別種の細胞内情報伝達物質を意図している。このセカンドメッセンジャーとして、例えば、cGMP、cAMP、PIP、PIP2、PIP3、イノシトール3リン酸(IP3:inositol triphosphate)、IP4、Ca2+、ジアシルグリセロール(diacylglycerol)、アラキドン酸(arachidonic acid)等が挙げられる。例えば、セカンドメッセンジャーのCa2+に対しては、リガンド結合タンパク質としてカルモジュリン(CaM)を用いることができる。 For example, when an intracellular second messenger, a lipid second messenger, or the like is targeted as a ligand, the binding protein (second messenger recognition protein) of each second messenger can be used as the ligand binding protein. The second messenger is intended to be another type of intracellular signaling substance that is newly generated in the cell by binding extracellular signaling substances such as hormones and neurotransmitters to receptors present on the cell membrane. . Examples of the second messenger include cGMP, cAMP, PIP, PIP2, PIP3, inositol triphosphate (IP3), IP4, Ca 2+ , diacylglycerol, arachidonic acid and the like. For example, for the second messenger Ca 2+ , calmodulin (CaM) can be used as a ligand binding protein.

また、例えば、リガンドとして核内受容体に特異的なリガンドを対象とする場合には、リガンド結合タンパク質として、核内受容体の公知の結合ドメイン(LBD:ligand binding domain)を使用することができる。さらに、リン酸化アミノ酸残基又はGタンパク質結合型受容体リガンドを対象とする場合には、リガンド結合タンパク質として、それぞれリン酸化アミノ酸結合ドメイン又はGタンパク質結合型受容体を使用することができる。核内受容体リガンド結合ドメインとしては、エストロゲンをリガンドとするエストロゲン受容体(ER)、グルココルチコイド受容体(GR)、アンドロゲン受容体(AR)又はプロゲステロン受容体(PR)のリガンド結合ドメインが好適に用いられる。   For example, when a ligand specific to a nuclear receptor is used as a ligand, a known binding domain (LBD) of the nuclear receptor can be used as a ligand binding protein. . Furthermore, when targeting phosphorylated amino acid residues or G protein-coupled receptor ligands, phosphorylated amino acid binding domains or G protein-coupled receptors can be used as ligand-binding proteins, respectively. As the nuclear receptor ligand binding domain, the estrogen receptor (ER), glucocorticoid receptor (GR), androgen receptor (AR) or progesterone receptor (PR) ligand binding domain having estrogen as a ligand is preferable. Used.

例えば、エストロゲン受容体のLBDは、全長ヒトエストロゲン受容体の配列情報(GenBank/P03372)に基づき、そのLBD領域(アミノ酸番号305〜550)を、遺伝子工学的に又はPCR合成によって調製したものを使用することができる。また、例えばアンドロゲン受容体のLBDは、全長ヒトアンドロゲン受容体の配列情報(GenBank/AF162704)に基づき、そのLBD領域(アミノ酸番号672〜910)を、遺伝子工学的又はPCR合成によって調製したものを使用することができる。また、例えばグルココルチコイド受容体のLBDは、全長ヒトグルココルチコイド受容体の配列情報(GenBank/1201277A)に基づき、そのLBD領域(アミノ酸番号527〜777)を、遺伝子工学的又はPCR合成によって調製したものを使用することができる。また、同様にプロゲステロン受容体のLBDについても、全長ヒトプロゲステロン受容体の配列情報(GenBank/P06401)に基づき、そのLBD領域(アミノ酸番号677−933)を、遺伝子工学的又はPCR合成によって調製したものを使用することができる。   For example, the LBD of the estrogen receptor is based on the sequence information of the full-length human estrogen receptor (GenBank / P03372), and the LBD region (amino acid numbers 305 to 550) prepared by genetic engineering or by PCR synthesis is used. can do. In addition, for example, the androgen receptor LBD is based on the sequence information of the full-length human androgen receptor (GenBank / AF162704), and its LBD region (amino acid numbers 672 to 910) prepared by genetic engineering or PCR synthesis is used. can do. In addition, for example, the LBD of the glucocorticoid receptor is prepared by genetic engineering or PCR synthesis of the LBD region (amino acid numbers 527 to 777) based on the sequence information of the full-length human glucocorticoid receptor (GenBank / 1201277A). Can be used. Similarly, for the LBD of progesterone receptor, the LBD region (amino acid numbers 677-933) prepared by genetic engineering or PCR synthesis based on the sequence information of the full-length human progesterone receptor (GenBank / P06401) Can be used.

本明細書において「二次結合タンパク質」は、上述したリガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを認識する分子認識部位を有するタンパク質が意図され、「認識タンパク質」と称することもある。認識タンパク質には、例えば、リガンドの結合により立体構造が変化したリガンド結合タンパク質に結合するタンパク質等が包含される。   In the present specification, the “secondary binding protein” is intended to be a protein having a molecular recognition site that recognizes that a ligand is bound to the above-described ligand binding protein, and may be referred to as “recognition protein”. The recognition protein includes, for example, a protein that binds to a ligand-binding protein whose steric structure has been changed by binding of the ligand.

例えばリガンド結合タンパク質としてカルモジュリンを用いた場合、認識タンパク質として、ミオシン軽鎖キナーゼ(miosin light chain kinase)由来のペプチドであるM13ペプチドが好適に用いられる。また、M13以外にもカルモジュリンに対して結合できるタンパク質として、アデニリルシクラーゼ、カルモジュリンキナーゼIIのようなCaM依存性タンパク質キナーゼ類を挙げることができる。このようなタンパク質の一部分をM13の代わりに用いることができる。   For example, when calmodulin is used as the ligand binding protein, the M13 peptide that is a peptide derived from miosin light chain kinase is preferably used as the recognition protein. In addition to M13, examples of proteins that can bind to calmodulin include CaM-dependent protein kinases such as adenylyl cyclase and calmodulin kinase II. A portion of such a protein can be used in place of M13.

また、例えばリガンド結合タンパク質として、アンドロゲン受容体、エストロゲン受容体等の核内受容体を用いた場合、認識タンパク質として共転写因子(coactivator)由来のLXXLLモチーフ(配列番号12)、ARのN末側(AR NTD)由来のFQNLFモチーフ、FXXLFモチーフ、WXXLFモチーフ等が用いられ得る。好ましくは、共転写因子の一種であるRip140(GenBank/NP003480)、又はSrc−1a(steroid receptor coactivator 1 isoform 1;GenBank/NP003734)のLXXLLモチーフ(約15アミノ酸)が用いられる。   For example, when a nuclear receptor such as an androgen receptor or estrogen receptor is used as a ligand-binding protein, an LXXLL motif (SEQ ID NO: 12) derived from a co-transcription factor (coactivator) as a recognition protein, the N-terminal side of AR (AR NTD) -derived FQNLF motif, FXXXLF motif, WXXLF motif and the like can be used. Preferably, Rip140 (GenBank / NP003480), which is a type of co-transcription factor, or LXXLL motif (about 15 amino acids) of Src-1a (steroid receptor coactivator 1 isoform 1; GenBank / NP003734) is used.

さらに、リン酸化アミノ酸残基を認識できるドメインである、各種キナーゼタンパク質のSH2ドメインを、認識タンパク質として用いてもよい。例えば、発癌制御タンパク質であるSrcタンパク質(proto-oncogene tyrosine-protein kinase Src;GenBank/NP938033)のリン酸化認識ドメイン(SH2ドメイン;アミノ酸番号150〜248)、細胞増殖、発癌等に関連する増殖因子レセプター結合タンパク質Grb2(growth factor receptor-binding protein2)のSH2ドメイン等を用いることができる。また、リガンド結合タンパク質としてGタンパク質結合型受容体を用いた場合、認識タンパク質としてGタンパク質等を好適に用いることができる。   Furthermore, SH2 domains of various kinase proteins, which are domains capable of recognizing phosphorylated amino acid residues, may be used as recognition proteins. For example, Src protein (proto-oncogene tyrosine-protein kinase Src; GenBank / NP938033), a phosphorylation recognition domain (SH2 domain; amino acid numbers 150 to 248), a growth factor receptor related to cell proliferation, carcinogenesis, etc. For example, the SH2 domain of the binding protein Grb2 (growth factor receptor-binding protein 2) can be used. When a G protein-coupled receptor is used as the ligand binding protein, G protein or the like can be suitably used as the recognition protein.

本発明におけるリガンド結合タンパク質及び認識タンパク質の組み合わせとしては、条件依存的に結合する2つのタンパク質であってもよい。例えばFRBとBRAD、ER LBDとLXXLLモチーフ、AR LBDとFQNLFモチーフ、CaMとM13、核内受容体とそのコアクチベーター、リン酸化タンパク質とそのリン酸化認識タンパク質、核受容体間のホモ又はヘテロ結合(二量化)を行う2つのタンパク質等のペアを用いることができる。   The combination of the ligand binding protein and the recognition protein in the present invention may be two proteins that bind in a condition-dependent manner. For example, FRB and BRAD, ER LBD and LXXLL motif, AR LBD and FQNLF motif, CaM and M13, nuclear receptor and its coactivator, phosphorylated protein and its phosphorylated recognition protein, homo or hetero bond between nuclear receptors A pair of two proteins or the like for performing (dimerization) can be used.

本明細書中において「活性型の酵素又はその前駆体」は、その酵素活性部位に基質を結合し得る、活性化状態の酵素又はその前駆体であることが意図され、酵素の全長配列を含むものであることが意図される。なお、「酵素の全長配列」とは、少なくとも酵素活性部位を含む領域を、欠失、分割等せずにそのまま全て含むものであり、本来の酵素活性を保持しているものであればよい。例えば、欠失させても酵素活性には影響を及ぼさないN末側又はC末側の一部分等が欠失しているものについても、「酵素の全長配列」に含まれる。   As used herein, “active enzyme or precursor thereof” is intended to be an activated enzyme or precursor thereof capable of binding a substrate to the enzyme active site, and includes the full-length sequence of the enzyme. It is intended to be unwanted. The “full-length sequence of the enzyme” includes at least the region including the enzyme active site as it is without being deleted or divided, and may be any one that retains the original enzyme activity. For example, the deletion of a part of the N-terminal side or C-terminal side that does not affect the enzyme activity even if it is deleted is also included in the “full-length sequence of the enzyme”.

ここで、酵素の前駆体とは、不活性なものであるが、何らかの修飾を受けることによって、活性化し、活性型の酵素となるものを意図しており、活性型の酵素と同一の配列からなるものである。例えば、リン酸化により不活性状態から活性化する酵素を使用する場合、前駆体の状態で発光プローブに挿入し、リガンドの検出時にリン酸化することによって活性化して、活性型の酵素として使用することができる。以下で、本発明において使用する「酵素の全長」又は単に「酵素」について記載する場合、活性型の酵素又はその前駆体を意図している。   Here, the precursor of the enzyme is inactive, but is intended to be activated by being subjected to some modification to become an active enzyme, and from the same sequence as the active enzyme. It will be. For example, when using an enzyme that is activated from an inactive state by phosphorylation, it is inserted into a luminescent probe in the precursor state, activated by phosphorylation when detecting a ligand, and used as an active enzyme Can do. In the following, when describing “full-length enzyme” or simply “enzyme” used in the present invention, an active enzyme or a precursor thereof is intended.

本発明において使用する酵素は、そのN末側とC末側とにそれぞれつながれているリガンド結合タンパク質と認識タンパク質とが互いに相互作用することによって、外部からの分子テンションが加わり、その構造的な変形が生じることによって、発光プローブからの酵素活性度が変化する酵素であり得る。このような酵素の代表的なものとして、発光酵素(LE:lighting enzyme)が挙げられる。   The enzyme used in the present invention has an external molecular tension due to the interaction between the ligand-binding protein and the recognition protein that are connected to the N-terminal side and the C-terminal side, respectively. Can be an enzyme in which the enzyme activity from the luminescent probe changes. A typical example of such an enzyme is a luminescent enzyme (LE).

また、本発明において使用する酵素は、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との間に、蛍光タンパク質と連結されて挿入されていてもよい。この場合の酵素とは、発光酵素であることが好ましい。また、蛍光タンパク質は、発光共鳴エネルギー移動(BRET)の受け皿となり得るものであることが好ましい。すなわち、蛍光タンパク質は、発光酵素の活性によって発生した発光エネルギーを吸収できるものであることが好ましい。これにより、発光共鳴を誘導する(発光共鳴エネルギー移動を起こす)ことが可能になる。   In addition, the enzyme used in the present invention may be inserted between a ligand binding protein and a recognition protein in a manner linked to a fluorescent protein. In this case, the enzyme is preferably a luminescent enzyme. In addition, the fluorescent protein is preferably one that can serve as a receptacle for luminescence resonance energy transfer (BRET). That is, the fluorescent protein is preferably one that can absorb the luminescence energy generated by the activity of the luminescent enzyme. This makes it possible to induce emission resonance (cause emission resonance energy transfer).

本発明において使用する発光酵素と蛍光タンパク質との組み合わせは、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との間に挿入されることによって、発光酵素と蛍光タンパク質との発光共鳴エネルギー移動の一部に影響を受けるものであることが望ましい。また、発光酵素と蛍光タンパク質との組み合わせは、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質とが互いに相互作用することによって、外部からの分子テンションが加わり、それらの内部構造的な変形が生じることにより発光酵素と蛍光タンパク質との発光共鳴エネルギー移動が影響を受けるものであって、これによって、発光プローブからの酵素活性度が変化する発光酵素と蛍光タンパク質との組み合わせであり得る。   The combination of the luminescent enzyme and the fluorescent protein used in the present invention is affected by part of the luminescence resonance energy transfer between the luminescent enzyme and the fluorescent protein by being inserted between the ligand binding protein and the recognition protein. It is desirable that In addition, the combination of a luminescent enzyme and a fluorescent protein allows the ligand-binding protein and the recognition protein to interact with each other, thereby adding molecular tension from the outside and causing their internal structural deformation to occur. It can be a combination of a luminescent enzyme and a fluorescent protein, in which the luminescence resonance energy transfer with the protein is affected, thereby changing the enzyme activity from the luminescent probe.

なお、蛍光タンパク質は、酵素のN末側に連結されていてもよいし、酵素のC末側に連結されていてもよい。   The fluorescent protein may be linked to the N-terminal side of the enzyme or may be linked to the C-terminal side of the enzyme.

本明細書中において「分子テンション」とは、上述した酵素(酵素分子)、又は酵素と蛍光タンパク質との組み合わせにN末端とC末端とから加わる力(緊張)であり、好ましくは酵素分子、又は酵素と蛍光タンパク質との組み合わせに構造的な変形を生じさせるような力である。   In the present specification, the “molecular tension” is a force (tension) applied from the N-terminus and the C-terminus to the above-described enzyme (enzyme molecule) or a combination of an enzyme and a fluorescent protein, preferably an enzyme molecule, or It is a force that causes structural deformation in the combination of an enzyme and a fluorescent protein.

本明細書中において「構造的な変形」とは、上述したような酵素分子、又は酵素と蛍光タンパク質との組み合わせに外部から加わる分子テンションによって、酵素分子、又は酵素と蛍光タンパク質との組み合わせの分子が捩れる等の構造上の変化であることを意図しており、構造が大きく変形するようなものでなくてもよく、その変形により発光プローブからの酵素活性度が増加するような変形であればよい。   In the present specification, “structural deformation” refers to an enzyme molecule or a molecule of a combination of an enzyme and a fluorescent protein due to a molecular tension applied from the outside to the combination of the enzyme molecule or the enzyme and the fluorescent protein. Is intended to be a structural change such as twisting, and the structure does not have to be greatly deformed, and the deformation may increase the enzyme activity from the luminescent probe. That's fine.

本発明に係る発光プローブの各構成要素であるリガンド結合タンパク質、酵素の全長あるいは酵素の全長及び蛍光タンパク質、ならびに認識タンパク質は、直鎖状の融合分子となるように、それぞれ直接に、又は最適なリンカーペプチドを介して連結される。リンカーペプチドを介して連結する場合、リンカーペプチド配列の種類及び長さを変えることで、各構成要素間の距離を適宜調整することが可能である。   The ligand binding protein, the full length of the enzyme or the full length of the enzyme and the fluorescent protein, and the recognition protein, which are each component of the luminescent probe according to the present invention, are each directly or optimally selected so as to form a linear fusion molecule. It is linked via a linker peptide. In the case of linking via a linker peptide, the distance between each component can be appropriately adjusted by changing the type and length of the linker peptide sequence.

このようなリンカーペプチドとしては、本発明に係る発光プローブを一本鎖の融合タンパク質として発現するための連結ペプチドであることが好ましい。リンカーペプチドとしては、サイドチェーンのない、柔軟なアミノ酸(例えば、グリシン(G:Glysine)など)を介してもよい。リンカーペプチドの長さは短いことが好ましく、例えば5アミノ酸以下の短いアミノ酸配列であることが好ましい。このように、各要素間のリンカーペプチドの長さを最短に抑えることによって、リガンド応答性の良いプローブを設計できる。また、リガンド結合タンパク質と、酵素又は当該酵素と組み合わされて挿入される蛍光タンパク質と、を連結する第1リンカーは、Gly−Serで表されるアミノ酸配列からなり、認識タンパク質と、酵素又は当該酵素と組み合わされて挿入される蛍光タンパク質と、を連結する第2リンカーは、Gly−Thrで表されるアミノ酸配列からなることが好ましく、これにより、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との相互作用による生じる分子テンションを効率よく酵素に伝達し、確実に酵素に構造的な変形を生じさせることができる。   Such a linker peptide is preferably a linking peptide for expressing the luminescent probe according to the present invention as a single-chain fusion protein. The linker peptide may be via a flexible amino acid (for example, glycine (G)) without a side chain. The length of the linker peptide is preferably short, for example, it is preferably a short amino acid sequence of 5 amino acids or less. Thus, a probe with good ligand responsiveness can be designed by minimizing the length of the linker peptide between each element. The first linker for linking the ligand binding protein and the enzyme or the fluorescent protein inserted in combination with the enzyme consists of an amino acid sequence represented by Gly-Ser, and the recognition protein and the enzyme or the enzyme The second linker that links the fluorescent protein that is inserted in combination with an amino acid sequence preferably consists of an amino acid sequence represented by Gly-Thr, whereby a molecule generated by the interaction between the ligand-binding protein and the recognition protein Tension can be efficiently transmitted to the enzyme, and structural deformation can be surely generated in the enzyme.

ここで、本発明に係る発光プローブの一例を用いたリガンド認識メカニズムを模式的に図1に示す。本発明に係る発光プローブの一例は、図1に示すように、例えばリガンド結合タンパク質(A)と認識タンパク質(B)との間に、発光酵素であるルシフェラーゼ(Luciferase)の全長が挿入されている。なお、全長とは、酵素活性に関与しない一部が欠損されているものであってもよい。そして、リガンドにより刺激されると、リガンドがリガンド結合タンパク質に結合し、この結合を認識タンパク質が認識することにより、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質とが相互作用する。リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との相互作用は、必然的にその間に存在する発光酵素に一定の構造的な変形(ストレイン)を引き起こし、この変形によって発光プローブからの酵素活性度が増加する。   Here, a ligand recognition mechanism using an example of the luminescent probe according to the present invention is schematically shown in FIG. As an example of the luminescent probe according to the present invention, as shown in FIG. 1, for example, the full length of a luciferase (Luciferase), which is a luminescent enzyme, is inserted between a ligand binding protein (A) and a recognition protein (B). . The full length may be a part lacking in enzyme activity. When stimulated by the ligand, the ligand binds to the ligand binding protein, and the recognition protein recognizes this binding, whereby the ligand binding protein and the recognition protein interact. The interaction between the ligand binding protein and the recognition protein inevitably causes a certain structural deformation (strain) in the luminescent enzyme present between them, and this deformation increases the enzyme activity from the luminescent probe.

また、本発明に係る発光プローブの他の例を用いたリガンド認識メカニズムを模式的に図21に示す。本発明に係る発光プローブの他の例は、図21に示すように、例えばリガンド結合タンパク質(A)と認識タンパク質(B)との間に、発光酵素であるルシフェラーゼ(RLuc8)の全長と、強化黄色蛍光タンパク質(EYFP:Enhanced Yellow Fluorescence Protein)とが挿入されている。EYFPは、RLuc8のN末側に連結されている。リガンドがない条件では、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質とが相互作用せず、EYFPとRLuc8との間の生物発光共鳴エネルギー移動(bioluminescence resonance energy transfer;BRET)は弱く、発光強度は弱い。一方、リガンドにより刺激されると、リガンドがリガンド結合タンパク質に結合し、この結合を認識タンパク質が認識することにより、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質とが相互作用する。リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との相互作用は、必然的にその間に存在する発光酵素及び蛍光タンパク質に一定の構造的な変形(ストレイン)を引き起こし、発光酵素と蛍光タンパク質との間の生物発光共鳴エネルギー移動が影響を受けることによって、発光プローブからの酵素活性度が増加する。   FIG. 21 schematically shows a ligand recognition mechanism using another example of the luminescent probe according to the present invention. Another example of the luminescent probe according to the present invention is, as shown in FIG. 21, for example, between the ligand binding protein (A) and the recognition protein (B), and the total length of luciferase (RLuc8), which is a luminescent enzyme, is enhanced. Yellow Fluorescent Protein (EYFP) is inserted. EYFP is linked to the N-terminal side of RLuc8. In the absence of the ligand, the ligand-binding protein and the recognition protein do not interact, the bioluminescence resonance energy transfer (BRET) between EYFP and RLuc8 is weak, and the luminescence intensity is weak. On the other hand, when stimulated by a ligand, the ligand binds to the ligand binding protein, and the recognition protein recognizes this binding, whereby the ligand binding protein and the recognition protein interact. The interaction between the ligand binding protein and the recognition protein inevitably causes a certain structural deformation (strain) in the luminescent enzyme and the fluorescent protein existing between them, and the bioluminescence resonance energy between the luminescent enzyme and the fluorescent protein. By affecting the migration, the enzyme activity from the luminescent probe is increased.

酵素活性度の増加は、リガンドの濃度、性質等に依存するため、この酵素活性度の増加、すなわち発光強度の増加を指標として、リガンドの性質、量等を測定することができる。以上のような原理でリガンドを検出するため、本発明に係る発光プローブを「ストレインプローブ(Strain probe)」と称することもある。   Since the increase in enzyme activity depends on the concentration, nature, etc. of the ligand, the nature, amount, etc. of the ligand can be measured using the increase in enzyme activity, ie, the increase in luminescence intensity as an index. In order to detect the ligand based on the principle as described above, the luminescent probe according to the present invention may be referred to as a “strain probe”.

このように、発光プローブに挿入される発光酵素は、全長の発光酵素の両側に連結されたタンパク質同士の相互作用によって分子テンションが加わり、分子の構造的な変形(分子変形)が生じ、発光プローブからの酵素活性度を増加させるものであればよく、その種類、発光特性、分子量等は、特に限定されない。例えば、ウミシイタケルシフェラーゼ(RLuc8:Renilla luciferase 8)、ガウシアルシフェラーゼ(GLuc:Gaussia luciferase)、ビートル(昆虫)ルシフェラーゼの一種であるクリックビートルルシフェラーゼ(CBLuc:click beetle luciferase)、ホタルルシフェラーゼ(FLuc:firefly luciferase)、RLuc、MpLuc1(Metridia pacifica luciferase 1)、MpLuc2(Metridia pacifica luciferase 2)、MLuc(Metridia longa luciferase)、OLuc(Oplophorus)、RWLuc(Rail-road worm luciferase)等を含む海洋生物、昆虫、バクテリア由来のルシフェラーゼを、特に制限なく使用できる。これらの発光酵素のなかでも、RLuc8、GLuc、CBLuc、FLuc等を好適に用いることができる。   In this way, the luminescent enzyme inserted into the luminescent probe is subjected to molecular tension due to the interaction between the proteins linked on both sides of the full-length luminescent enzyme, resulting in structural deformation of the molecule (molecular deformation). As long as it increases the enzyme activity, the type, luminescent properties, molecular weight, etc. are not particularly limited. For example, Renilla luciferase (RLuc8: Renilla luciferase 8), Gaussia luciferase (GLuc: Gaussia luciferase), click beetle luciferase (CBLuc: click beetle luciferase), a type of beetle (insect) luciferase, firefly luciferase (FLluc: firefly) ), RLuc, MpLuc1 (Metridia pacifica luciferase 1), MpLuc2 (Metridia pacifica luciferase 2), MLuc (Metridia longa luciferase), OLuc (Oplophorus), RWluc (Rail-road worm luciferase), etc. Can be used without particular limitation. Among these luminescent enzymes, RLuc8, GLuc, CBLuc, FLuc and the like can be suitably used.

これらの発光酵素は、アミノ酸配列や遺伝子(DNA)の塩基配列が公知であり(例えば、FLucはGenBank/AB062786等、CBLucはGenBank/AY258592.1等、GLucはGenBank/AY015993等)、これらの配列情報に基づいて公知の方法によりDNAを取得することができる。   These luminescent enzymes have known amino acid sequences and gene (DNA) base sequences (for example, FLuc for GenBank / AB062786 etc., CBLuc for GenBank / AY258592.1 etc., GLuc for GenBank / AY015993 etc.), and these sequences DNA can be obtained by a known method based on the information.

ここで、RLuc8とFLucとの構造を比較する。図2は、RLuc8の結晶構造を示す図であり、図3は、ホタルルシフェラーゼ(FLuc)の結晶構造を示す図である。なお、図2において、NはN末端を示し、CはC末端を示す。また、酵素活性部位を矢印部位(a)で示す。図2に示すように、RLuc8は、略球形状の1つのユニットからなり、堅い分子構造を有している。一方、図3に示すように、FLucは、2つのドメインによって構成されており、N末側ドメインとC末側ドメインとは柔軟性の高い親水性アミノ酸によって繋がっている。これらの構造の違いから、酵素を単独でリガンド結合タンパク質と認識タンパク質との間に挿入する場合には、FLucのような2ドメイン構造よりも、RLuc8のような構造を有する酵素の方が、分子末端からの分子テンションが酵素本体に効率よく伝わり、構造的な変形が起こりやすいため好ましい。   Here, the structures of RLuc8 and FLuc are compared. FIG. 2 is a diagram showing the crystal structure of RLuc8, and FIG. 3 is a diagram showing the crystal structure of firefly luciferase (FLuc). In FIG. 2, N represents the N-terminus, and C represents the C-terminus. The enzyme active site is indicated by an arrow site (a). As shown in FIG. 2, RLuc8 is composed of one unit having a substantially spherical shape and has a rigid molecular structure. On the other hand, as shown in FIG. 3, FLuc is composed of two domains, and the N-terminal domain and the C-terminal domain are connected by a highly flexible hydrophilic amino acid. Because of these structural differences, when an enzyme is inserted alone between a ligand binding protein and a recognition protein, an enzyme having a structure such as RLuc8 is more likely to be a molecule than a two-domain structure such as FLuc. The molecular tension from the end is efficiently transmitted to the enzyme body, and structural deformation is likely to occur, which is preferable.

次に、RLuc8の酵素活性部位について考察する。図4は、RLuc8の酵素活性部位における各アミノ酸と基質との間の相互作用(結合)を示す図である(非特許文献11)。なお、図4において、破線によって囲まれたアミノ酸は、酵素末端から近いアミノ酸である。RLuc8の酵素活性部位を構成するアミノ酸のうち、H285、F286、及びF261等は、C末端(Q311)から近いため、特にC末端にかかる外部からの分子テンションにより直接影響を受けやすい。したがって、RLuc8は、外部からの分子テンションが酵素活性部位に効率よく伝わるため、変形により酵素活性が変化しやすい構造となっている。   Next, the enzyme active site of RLuc8 will be considered. FIG. 4 is a view showing an interaction (binding) between each amino acid and a substrate in the enzyme active site of RLuc8 (Non-patent Document 11). In FIG. 4, amino acids surrounded by a broken line are those close to the end of the enzyme. Among the amino acids constituting the enzyme active site of RLuc8, H285, F286, F261, and the like are close to the C-terminal (Q311), and thus are particularly easily affected by external molecular tension applied to the C-terminal. Therefore, RLuc8 has a structure in which the enzyme activity is easily changed by deformation because external molecular tension is efficiently transmitted to the enzyme active site.

このように、本発明に係る発光プローブに用いる酵素としては、酵素を単独でリガンド結合タンパク質と認識タンパク質との間に挿入する場合には、RLuc8のような、略球形状の1つのドメインからなり、酵素活性部位が末端に近いなど、変形しやすく、かつ変形により酵素活性が変化しやすいものが好ましい。   As described above, the enzyme used in the luminescent probe according to the present invention is composed of one substantially spherical domain such as RLuc8 when the enzyme is inserted between the ligand binding protein and the recognition protein alone. In addition, it is preferable that the enzyme active site is close to the end and is easily deformed and the enzyme activity is easily changed by the deformation.

なお、本明細書中において「酵素が略球形状である」とは、酵素分子の立体構造が全体として略球形状をしていることを意味する。したがって、例えば酵素分子が2つのドメインによって構成されていても、酵素分子が全体として略球形状であれば、その酵素は略球形状である。なお、「略球形状」とは、完全な球形状との差異が比較的小さい形状であって、酵素分子の中心から酵素分子の表面上の任意の点までの距離が略一定である形状であればよい。   In the present specification, “the enzyme has a substantially spherical shape” means that the three-dimensional structure of the enzyme molecule as a whole has a substantially spherical shape. Therefore, for example, even if an enzyme molecule is composed of two domains, if the enzyme molecule as a whole has a substantially spherical shape, the enzyme has a substantially spherical shape. The “substantially spherical shape” is a shape having a relatively small difference from a perfect spherical shape, and is a shape in which the distance from the center of the enzyme molecule to an arbitrary point on the surface of the enzyme molecule is substantially constant. I just need it.

また、発光プローブに発光酵素と蛍光タンパク質とを組み合わせて挿入する場合には、発光酵素としては、上述したものを特に制限なく使用できる。発光酵素と組み合わされる蛍光タンパク質としては、当該発光酵素の活性によって発生した発光エネルギーを効率よく吸収できるものが望ましい。例えば、蛍光タンパク質は、その吸収スペクトルの全部又は一部が、発光酵素の発光スペクトルの全部又は一部と重なるものであることが望ましい。蛍光タンパク質としては、上述したEYFPの他に、Venus、mOrange,Kaede,Dronpa等が挙げられる。   In addition, when a luminescent enzyme and a fluorescent protein are combined and inserted into a luminescent probe, the luminescent enzyme described above can be used without any particular limitation. The fluorescent protein combined with the luminescent enzyme is preferably one that can efficiently absorb the luminescent energy generated by the activity of the luminescent enzyme. For example, as for fluorescent protein, it is desirable that all or part of the absorption spectrum thereof overlaps with all or part of the emission spectrum of the luminescent enzyme. Examples of the fluorescent protein include Venus, mOrange, Kaede, Dronpa and the like in addition to the above-described EYFP.

本発明に係る発光プローブとしては、リガンド結合タンパク質として、エストロゲン(女性ホルモン)受容体(ER:estrogen receptor)のリガンド結合ドメイン(LBD:ligand-binding domain)を用い、認識タンパク質としてキナーゼSrcのリン酸化認識ドメイン(Src SH2)を用い、発光酵素の全長としてRLuc8を用いた発光プローブ(ERS)であることが好ましい。ER LBDは、17β−エストラジオール(estradiol)(E)等のエストロゲン(estrogen)、エストロゲンアンタゴニスト(OHT; 4-hydroxytamoxifen)等のリガンドに応答するものである。この発光プローブは、ER LBDをリン酸化するリガンドを検出するために用いることができる。 The luminescent probe according to the present invention uses a ligand-binding domain (LBD) of an estrogen (female hormone) receptor (ER) as a ligand-binding protein, and phosphorylation of kinase Src as a recognition protein. A luminescent probe (ERS) using a recognition domain (Src SH2) and RLuc8 as the full length of the luminescent enzyme is preferable. ER LBD responds to ligands such as estrogens such as 17β-estradiol (E 2 ) and estrogen antagonists (OHT; 4-hydroxytamoxifen). This luminescent probe can be used to detect a ligand that phosphorylates ER LBD.

このように、最適な発光酵素を選択することによって、発光プローブの構造的変化による分子テンションが効率よく発光酵素に伝達され、さらに発光プローブの構造を単純化することができる。そして、発光プローブをこのように構成することによって、従来の酵素分割型に比べて発光プローブから格段に高い発光強度を維持しつつ、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との相互作用による発光量を顕著に増加させることができる。例えば、後述する実施例において示すように、発光プローブの発光酵素としてRLuc8を用いた場合には、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との相互作用によって、これらが相互作用していないときに対して発光量を650%まで増加させることができる(図10のfcpを参照)。このように、本発明に係る発光プローブは、分子テンションによる酵素の変形、それに伴う酵素活性度の増加が生じるものであることが好ましい。   Thus, by selecting the optimal luminescent enzyme, the molecular tension due to the structural change of the luminescent probe is efficiently transmitted to the luminescent enzyme, and the structure of the luminescent probe can be further simplified. By configuring the luminescent probe in this way, the amount of luminescence due to the interaction between the ligand-binding protein and the recognition protein is remarkably maintained while maintaining a much higher luminescence intensity from the luminescent probe compared to the conventional enzyme-splitting type. Can be increased. For example, as shown in the examples described later, when RLuc8 is used as the luminescent enzyme of the luminescent probe, the amount of luminescence compared to the case where they do not interact due to the interaction between the ligand binding protein and the recognition protein. Can be increased to 650% (see fcp in FIG. 10). As described above, the luminescent probe according to the present invention is preferably one that causes enzyme deformation due to molecular tension and accompanying increase in enzyme activity.

このように構成された発光プローブを用いたリガンド認識メカニズムを示す模式図を図5に示す。図5に示すように、ER LBDは、OHT等のリガンドによる刺激に応じて構造変化(活性化)する。この構造変化の結果、ER LBDにおけるY537がリン酸化されると、SrcのSH2ドメインがこのリン酸化部位を認識し、分子内相互作用によりER LBDとSH2ドメインとが結合する。ER LBD−SH2ドメイン間の結合は、RLuc8の構造的な変形を引き起こし、発光プローブの酵素活性度を増加させる。この酵素活性度の増加は、リガンドの濃度等に依存する。そのため、発光プローブからの発光強度の変化を指標に、リガンドの量を測定することができる。   FIG. 5 shows a schematic diagram showing a ligand recognition mechanism using the thus configured luminescent probe. As shown in FIG. 5, ER LBD undergoes a structural change (activation) in response to stimulation with a ligand such as OHT. As a result of this structural change, when Y537 in ER LBD is phosphorylated, the SH2 domain of Src recognizes this phosphorylation site, and ER LBD and SH2 domain are bound by intramolecular interaction. Binding between the ER LBD-SH2 domains causes structural deformation of RLuc8 and increases the enzymatic activity of the luminescent probe. This increase in enzyme activity depends on the ligand concentration and the like. Therefore, the amount of ligand can be measured using the change in emission intensity from the luminescent probe as an index.

また、例えばアンドロゲン受容体に対するリガンドを検出するためには、リガンド結合タンパク質としてAR LBDを用い、認識タンパク質としてLXXLLモチーフを用いることができる。   For example, in order to detect a ligand for the androgen receptor, AR LBD can be used as a ligand-binding protein and an LXXLL motif can be used as a recognition protein.

本発明に係る発光プローブにおいては、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを、同じ分子内の認識タンパク質が認識した場合に、酵素に構造的な変形が生じることによって、発光プローブの酵素活性度、すなわち発光量が、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合する前の状態における発光プローブからの発光量よりも増える。すなわち、リガンドが結合する前と後とで、発光プローブからの発光量が異なるものであればよく、その発光量の変化の要因としては、変形による酵素の量子収率(Quantum yield)の向上、酵素の変形による発光プローブの代謝回転率(Turn-over rate)の向上(安定性の向上)等が挙げられる。しかしながら、本発明に係る発光プローブによるリガンドの検出においては、発光プローブからの発光量の変化の要因に関わらず、発光プローブからの発光量の増加を指標とすればよいことは言うまでもない。   In the luminescent probe according to the present invention, when the recognition protein in the same molecule recognizes that the ligand is bound to the ligand binding protein, the enzyme activity of the luminescent probe is caused by structural deformation of the enzyme, That is, the amount of luminescence increases more than the amount of luminescence from the luminescent probe in the state before the ligand binds to the ligand binding protein. That is, the amount of light emitted from the luminescent probe is different before and after the ligand is bound, and the change in the amount of light emitted may be caused by an increase in the quantum yield of the enzyme due to deformation, Examples include an improvement in turn-over rate (improved stability) of the luminescent probe due to enzyme deformation. However, it goes without saying that in the detection of a ligand by the luminescent probe according to the present invention, an increase in the luminescence amount from the luminescence probe may be used as an index regardless of the cause of the change in the luminescence amount from the luminescence probe.

本発明に係る発光プローブは、各構成要素のポリペプチドを化学合成法等で得た後に、それぞれを連結して得てもよいが、各構成要素のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを直鎖状に連結したポリヌクレオチド、すなわちキメラDNAが挿入されたベクターを用いて細胞を形質転換し、形質転換した細胞内に発現させることによっても得られる。   The luminescent probe according to the present invention may be obtained by linking each component polypeptide after obtaining the polypeptide of each component by a chemical synthesis method or the like. It can also be obtained by transforming a cell using a polynucleotide linked to the DNA, that is, a vector into which a chimeric DNA has been inserted, and expressing it in the transformed cell.

ここで、キメラDNAとは、由来の異なるいくつかのDNA断片が人工的に直鎖状に連結されたものであり、いくつかのポリペプチドを構成要素とする融合タンパク質を発現することのできるDNAである。   Here, the chimeric DNA is DNA in which several DNA fragments having different origins are artificially linked in a linear form, and can express a fusion protein comprising several polypeptides as constituent elements. It is.

本明細書中において、「生細胞」とは、生物における細胞(原核細胞、酵母細胞、昆虫細胞、ヒトを含めた哺乳動物細胞等)のみならず、その本来の機能を維持した状態の培養細胞(原核細胞及び真核細胞)、生物個体内に移植、感染した細胞などを含み、特に実験動物、例えばマウス等の細胞である。また、生物の個体そのものをも含む概念である。   In this specification, “live cells” include not only cells in living organisms (prokaryotic cells, yeast cells, insect cells, mammalian cells including humans, etc.), but also cultured cells that maintain their original functions. (Prokaryotic cells and eukaryotic cells), cells transplanted and infected in living organisms, and particularly cells of laboratory animals such as mice. It is also a concept that includes the individual organism itself.

本明細書中において、融合タンパク質とは、由来の異なるいくつかのタンパク質又はポリペプチドが人工的に連結されたものであり得る。   In the present specification, the fusion protein may be one in which several proteins or polypeptides having different origins are artificially linked.

本明細書中において、「ポリペプチド」は、「ペプチド」又は「タンパク質」と交換可能に使用される。本発明に係るポリペプチドはまた、化学合成されても、天然供給源より単離されてもよい。用語「単離された」ポリペプチドまたはタンパク質は、その天然の環境から取り出されたポリペプチド又はタンパク質が意図される。例えば、宿主細胞中で発現され産生された組換えポリペプチド及びタンパク質は、任意の適切な技術によって実質的に精製されている天然の、又は組換えのポリペプチド及びタンパク質と同様に、単離されていると考えられる。   In the present specification, “polypeptide” is used interchangeably with “peptide” or “protein”. The polypeptides according to the invention may also be chemically synthesized or isolated from natural sources. The term “isolated” polypeptide or protein is intended to be a polypeptide or protein that has been removed from its natural environment. For example, recombinant polypeptides and proteins expressed and produced in host cells can be isolated in the same manner as natural or recombinant polypeptides and proteins that have been substantially purified by any suitable technique. It is thought that.

本発明に係る発光プローブにおいて、各構成要素のポリペプチドは、天然の精製産物、化学合成手順の産物、及び原核生物宿主または真核生物宿主(例えば、細菌細胞、酵母細胞、高等植物細胞、昆虫細胞、及び哺乳動物細胞を含む)から組換え技術によって産生された産物を含む。   In the luminescent probe according to the present invention, each constituent polypeptide includes natural purified products, products of chemical synthesis procedures, and prokaryotic or eukaryotic hosts (eg, bacterial cells, yeast cells, higher plant cells, insects). Cells, and products produced by recombinant techniques from mammalian cells).

また、本発明に係る発光プローブ及び各構成要素のポリペプチドは、付加的なペプチドを含むものであってもよい。付加的なペプチドとしては、例えば、Hisタグ(配列番号7)、Mycタグ(配列番号9)、Flagタグ(配列番号8)等のエピトープ標識ペプチドが挙げられる。本発明に係る融合タンパク質は、好ましい形態に改変され、組換え発現され得る。例えば、本発明に係る融合タンパク質は、N末端又はC末端に特定のアミノ酸、特に荷電性アミノ酸の領域等を付加することによって、宿主細胞内、精製、精製に引き続く操作、及び保存等における安定性、持続性等を改善することができる。   Further, the luminescent probe and the polypeptide of each component according to the present invention may contain an additional peptide. Examples of the additional peptide include epitope-tagged peptides such as His tag (SEQ ID NO: 7), Myc tag (SEQ ID NO: 9), and Flag tag (SEQ ID NO: 8). The fusion protein according to the present invention can be modified into a preferred form and expressed recombinantly. For example, the fusion protein according to the present invention has stability in host cells, purification, operations following purification, storage, etc. by adding a specific amino acid, particularly a charged amino acid region, to the N-terminus or C-terminus. Sustainability etc. can be improved.

一実施形態において、本発明に係る発光プローブは、配列番号1〜3及び13〜14のいずれかに示されるアミノ酸配列からなる融合タンパク質又はその変異体であることが好ましい。ここで、当該変異体は、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを認識タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させる融合タンパク質であって、配列番号1〜3及び13〜14のいずれかに示されるアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列からなる融合タンパク質であることが好ましい。   In one embodiment, the luminescent probe according to the present invention is preferably a fusion protein consisting of the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 3 and 13 to 14 or a variant thereof. Here, the mutant is a fusion protein that increases the amount of luminescence when the recognition protein recognizes that the ligand is bound to the ligand binding protein, and is in any one of SEQ ID NOs: 1-3 and 13-14. In the amino acid sequence shown, it is preferably a fusion protein consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added.

本明細書中においてポリペプチドまたはタンパク質に関して用いられる場合、用語「変異体」は、本来のアミノ酸の少なくとも1つ以上がポイント変異、挿入、逆転、反復、欠損、タイプ置換されたポリペプチド又はタンパク質であって、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを認識タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させるポリペプチドまたはタンパク質が意図される。   As used herein with respect to a polypeptide or protein, the term “variant” refers to a polypeptide or protein in which at least one or more of the original amino acids are point mutations, insertions, inversions, repeats, deletions, type substitutions. Thus, a polypeptide or protein that increases the amount of luminescence when the recognition protein recognizes that the ligand has bound to the ligand binding protein is intended.

このような変異体としては、欠失、挿入、逆転、反復、タイプ置換(例えば、親水性残基の別の残基への置換、しかし通常は強い親水性の残基を強い疎水性の残基には置換しない)、及びポイント変異などを含む変異体が挙げられる。アミノ酸の置換には、例えば、ポリペプチドにおける中性アミノ酸を別の中性アミノ酸に置換する場合等が含まれる。   Such variants include deletions, insertions, inversions, repeats, type substitutions (eg, replacement of a hydrophilic residue with another residue, but usually a strong hydrophilic residue with a strong hydrophobic residue. And a mutant containing a point mutation or the like. The amino acid substitution includes, for example, a case where a neutral amino acid in a polypeptide is substituted with another neutral amino acid.

ポリペプチドのアミノ酸配列中のいくつかのアミノ酸が、このポリペプチドの構造又は機能に有意に影響することなく容易に改変され得ることは、当該分野において周知である。さらに、人為的に改変させるだけではなく、天然のタンパク質において、当該タンパク質の構造又は機能を有意に変化させない変異体が存在することもまた周知である。   It is well known in the art that some amino acids in the amino acid sequence of a polypeptide can be easily modified without significantly affecting the structure or function of the polypeptide. Furthermore, it is also well known that there are variants that not only artificially modify, but also do not significantly change the structure or function of the protein.

当業者は、周知技術を使用してポリペプチドのアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸を容易に変異させることができる。例えば、公知の点変異導入法に従えば、ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの任意の塩基を変異させることができる。また、ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの任意の部位に対応するプライマーを設計して欠失変異体又は付加変異体を作製することができる。さらに、本明細書中に記載される方法を用いれば、作製した変異体が所望の活性を有するか否かを容易に決定し得る。   One skilled in the art can readily mutate one or several amino acids in the amino acid sequence of a polypeptide using well-known techniques. For example, according to a known point mutation introduction method, an arbitrary base of a polynucleotide encoding a polypeptide can be mutated. In addition, a deletion mutant or an addition mutant can be prepared by designing a primer corresponding to an arbitrary site of a polynucleotide encoding a polypeptide. Furthermore, if the method described in this specification is used, it can be easily determined whether the produced mutant has a desired activity.

変異体としては、好ましくは保存性もしくは非保存性アミノ酸置換、欠失、又は添加等の変異を有する変異体である。変異体が有する変異としては、好ましくは、サイレント置換、添加、及び欠失であり、特に好ましくは、保存性置換である。これらは、本発明に係る発光プローブの発光活性を変化させない。   The mutant is preferably a mutant having a mutation such as a conservative or non-conservative amino acid substitution, deletion, or addition. The mutation possessed by the mutant is preferably silent substitution, addition and deletion, and particularly preferably conservative substitution. These do not change the luminescent activity of the luminescent probe according to the present invention.

代表的に保存性置換と見られるのは、脂肪族アミノ酸Ala、Val、Leu、及びIleの中での1アミノ酸の別のアミノ酸への置換;ヒドロキシル残基Ser及びThrの交換、酸性残基Asp及びGluの交換、アミド残基Asn及びGlnの間の置換、塩基性残基Lys及びArgの交換、ならびに芳香族残基Phe及びTyrの間の置換である。   Typical conservative substitutions are substitutions of one amino acid for another in the aliphatic amino acids Ala, Val, Leu, and Ile; exchange of hydroxyl residues Ser and Thr, acidic residue Asp And Glu exchange, substitution between amide residues Asn and Gln, exchange of basic residues Lys and Arg, and substitution between aromatic residues Phe and Tyr.

他の実施形態において、本発明に係る発光プローブの変異体は、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを認識タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させる融合タンパク質であって、配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列の1個又は数個の塩基配列が欠失、置換又は付加された塩基配列からなるポリヌクレオチドによってコードされることが好ましい。   In another embodiment, the variant of the luminescent probe according to the present invention is a fusion protein that increases the amount of luminescence when the recognition protein recognizes that the ligand is bound to the ligand-binding protein, comprising SEQ ID NO: 4 to It is preferable that one or several base sequences of base sequences shown in any of 6 and 15 to 16 are encoded by a polynucleotide comprising a base sequence deleted, substituted or added.

他の実施形態において、本発明に係る発光プローブの変異体は、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを認識タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させる融合タンパク質であって、配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドによってコードされることが好ましい。   In another embodiment, the variant of the luminescent probe according to the present invention is a fusion protein that increases the amount of luminescence when the recognition protein recognizes that the ligand is bound to the ligand-binding protein, comprising SEQ ID NO: 4 to It is preferably encoded by a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in any of 6 and 15-16.

ハイブリダイゼーションは、Sambrookら、Molecular Cloning,A Laboratory Manual,2d Ed.,Cold Spring Harbor Laboratory(1989)に記載されている方法のような周知の方法で行うことができる。通常、温度が高いほど、塩濃度が低いほどストリンジェンシーは高くなり(ハイブリダイズし難くなる)、より相同なポリヌクレオチドを取得することができる。適切なハイブリダイゼーション温度は、塩基配列やその塩基配列の長さによって異なり、例えば、アミノ酸6個をコードする18塩基からなるDNAフラグメントをプローブとして用いる場合、50℃以下の温度が好ましい。   Hybridization is described in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2d Ed. , Cold Spring Harbor Laboratory (1989). Usually, the higher the temperature and the lower the salt concentration, the higher the stringency (harder to hybridize), and a more homologous polynucleotide can be obtained. The appropriate hybridization temperature varies depending on the base sequence and the length of the base sequence. For example, when a DNA fragment consisting of 18 bases encoding 6 amino acids is used as a probe, a temperature of 50 ° C. or lower is preferable.

本明細書中で使用される場合、用語「ストリンジェントな(ハイブリダイゼーション)条件」は、ハイブリダイゼーション溶液(50%ホルムアミド、5×SSC(150mMのNaCl、15mMのクエン酸三ナトリウム)、50mMのリン酸ナトリウム(pH7.6)、5×デンハート液、10%硫酸デキストラン、及び20μg/mlの変性剪断サケ精子DNAを含む)中にて42℃で一晩インキュベーションした後、約65℃にて0.1×SSC中でフィルターを洗浄することが意図される。ポリヌクレオチドの「一部」にハイブリダイズするポリヌクレオチドによって、参照のポリヌクレオチドの少なくとも約15ヌクレオチド(nt)、そしてより好ましくは少なくとも約20nt、さらにより好ましくは少なくとも約30nt、そしてさらにより好ましくは約30ntより長いポリヌクレオチドにハイブリダイズするポリヌクレオチド(DNA又はRNAのいずれか)が意図される。   As used herein, the term “stringent (hybridization) conditions” refers to hybridization solution (50% formamide, 5 × SSC (150 mM NaCl, 15 mM trisodium citrate), 50 mM phosphorous. After overnight incubation at 42 ° C. in sodium acid (pH 7.6), 5 × Denhardt's solution, 10% dextran sulfate, and 20 μg / ml denatured sheared salmon sperm DNA, It is intended to wash the filter in 1 × SSC. Depending on the polynucleotide that hybridizes to a “portion” of the polynucleotide, at least about 15 nucleotides (nt) of the reference polynucleotide, and more preferably at least about 20 nt, even more preferably at least about 30 nt, and even more preferably about Polynucleotides (either DNA or RNA) that hybridize to polynucleotides longer than 30 nt are contemplated.

また、他の実施形態において、本発明に係る発光プローブの変異体は、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを認識タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させる融合タンパク質であって、配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と少なくとも66%同一、より好ましくは少なくとも80%同一、さらに好ましくは少なくとも85%、90%、92%、95%、96%、97%、98%又は99%同一である塩基配列からなるポリヌクレオチドによってコードされることが好ましい。   In another embodiment, the variant of the luminescent probe according to the present invention is a fusion protein that increases the amount of luminescence when the recognition protein recognizes that the ligand is bound to the ligand-binding protein, and is SEQ ID NO: At least 66% identical to the nucleotide sequence shown in any of 4-6 and 15-16, more preferably at least 80% identical, even more preferably at least 85%, 90%, 92%, 95%, 96%, 97% , 98% or 99% are preferably encoded by a polynucleotide consisting of a base sequence.

DNA塩基配列の66%以上が同一であれば、全く同様の活性を持つ融合タンパク質を作製できる根拠としては、サイレント変異を考えられる。遺伝子暗記票によれば、例えば、アミノ酸のバリン(Valine)をコードする遺伝子は、GUU、GUC、GUA、GUGのいずれでもよい。従って、最大33%の遺伝子塩基が違っても全く同一の融合タンパク質プローブを作製できることから、数字の66%が同一塩基配列か否かを判定する上で妥当な意味を持つ。   If 66% or more of the DNA base sequence is the same, a silent mutation can be considered as a basis for producing a fusion protein having exactly the same activity. According to the gene memorization form, for example, the gene encoding the amino acid valine may be any of GUU, GUC, GUA, and GUG. Therefore, since the same fusion protein probe can be produced even if the maximum of 33% of the gene bases are different, it has a reasonable meaning in determining whether 66% of the numbers have the same base sequence.

また、機能が解明されている多くのタンパク質は、自然変異体またはアイソフォームを持つ。本実施例にあげたERでさえ、自然界にはERαとERβとが存在しており、女性ホルモンに対して同様のセンシング能をもつことが知られている(非特許文献10)。ところが、そのアミノ酸間の相同性はわずか30%(N-末側領域;NTD)、53%(リガンド結合領域;LBD)に過ぎない点を考慮すべきである。   Many proteins whose functions have been elucidated have natural mutants or isoforms. Even in the ER given in this example, ERα and ERβ exist in nature, and it is known to have the same sensing ability for female hormones (Non-patent Document 10). However, it should be considered that the homology between the amino acids is only 30% (N-terminal region; NTD) and 53% (ligand binding region; LBD).

さらに、本実施例において用いたERと同じ核受容体であるグルココルチコイド(GR)では、GRαA、GRβA、GRα2、GRβ2、GRAα、GRAβ、GR−P、GR−βBなどのイソフォームが存在し、それぞれ同じGR類として生体内で機能している(Swiss−Prot P04150)点を考慮しなければならない。   Furthermore, in glucocorticoid (GR), which is the same nuclear receptor as ER used in this example, there are isoforms such as GRαA, GRβA, GRα2, GRβ2, GRAα, GRAβ, GR-P, GR-βB, It must be taken into account that each functions in vivo as the same GRs (Swiss-Prot P04150).

例えば、「本発明に係る融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドの参照(QUERY)塩基配列に少なくとも66%同一の塩基配列からなるポリヌクレオチド」である対象塩基配列は、当該参照塩基配列の100ヌクレオチチド(塩基)あたり33個までの不一致(mismatch)を含み得るが、参照塩基配列と同じ表現型(アミノ酸配列)のタンパク質をコードする配列である。参照塩基配列に少なくとも66%同一の塩基配列からなるポリヌクレオチドとは、例えば参照配列における塩基の33%までが、欠失されていてもよく、又は別の塩基で置換されていてもよい。また、参照塩基配列における全塩基の33%までにあたる数の塩基が、参照塩基配列に挿入されていてもよい。対象塩基配列における、参照塩基配列とは不一致な塩基は、対象塩基配列の5’もしくは3’末端位置、又はそれ以外の塩基配列中において、個々に、又は1以上の隣接した群において分散されていてよく、また、対象塩基配列中のどこにあってもよい。   For example, the target base sequence that is “a polynucleotide comprising a base sequence at least 66% identical to the reference (QUERY) base sequence of the polynucleotide encoding the fusion protein according to the present invention” is 100 nucleotides (base) of the reference base sequence. ) Is a sequence encoding a protein having the same phenotype (amino acid sequence) as the reference base sequence, although it may contain up to 33 mismatches. A polynucleotide comprising a base sequence that is at least 66% identical to the reference base sequence may have, for example, up to 33% of the bases in the reference sequence deleted or substituted with another base. In addition, a number of bases corresponding to up to 33% of all bases in the reference base sequence may be inserted into the reference base sequence. Bases that do not match the reference base sequence in the target base sequence are dispersed individually or in one or more adjacent groups in the 5 ′ or 3 ′ end position of the target base sequence, or in other base sequences. It may be anywhere in the target base sequence.

本発明はまた、本発明に係る発光プローブをコードするポリヌクレオチドを提供する。本発明に係るポリヌクレオチドは、生細胞内外において、本発明に係る発光プローブを発現可能なポリヌクレオチドである。本発明に係るポリヌクレオチドは、例えば、リガンド結合タンパク質、発光酵素の全長、及び認識タンパク質が直鎖状に配列した融合タンパク質となるように、それぞれをコードするcDNAを直鎖状に連結して作製されたキメラDNAである。   The present invention also provides a polynucleotide encoding the luminescent probe according to the present invention. The polynucleotide according to the present invention is a polynucleotide capable of expressing the luminescent probe according to the present invention inside or outside a living cell. The polynucleotide according to the present invention is prepared by, for example, linearly linking cDNA encoding each of the ligand binding protein, the full length of the luminescent enzyme, and the fusion protein in which the recognition protein is linearly arranged. Chimera DNA.

本明細書中で使用される場合、用語「ポリヌクレオチド」は、「遺伝子」、「核酸」又は「核酸分子」と交換可能に使用され、ヌクレオチドの重合体が意図される。本明細書中で使用される場合、用語「塩基配列」は、「核酸配列」又は「ヌクレオチド配列」と交換可能に使用され、デオキシリボヌクレオチド(A、G、C及びTと省略される)もしくはリボヌクレオチド(C、A、G及びU)の配列として示される。また、「配列番号4に示される塩基配列を含むポリヌクレオチド又はそのフラグメント」とは、配列番号4の各デオキシヌクレオチドA、G、C及び/又はTによって示される配列を含むポリヌクレオチド又はその断片部分が意図される。   As used herein, the term “polynucleotide” is used interchangeably with “gene”, “nucleic acid” or “nucleic acid molecule” and is intended to be a polymer of nucleotides. As used herein, the term “base sequence” is used interchangeably with “nucleic acid sequence” or “nucleotide sequence” and refers to deoxyribonucleotides (abbreviated A, G, C, and T) or ribonucleic acid. Shown as a sequence of nucleotides (C, A, G and U). The “polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 or a fragment thereof” means a polynucleotide containing the sequence shown by each deoxynucleotide A, G, C and / or T of SEQ ID NO: 4 or a fragment thereof Is intended.

本発明に係るポリヌクレオチドは、RNA(例えば、mRNA)の形態、又はDNAの形態(例えば、cDNA又はゲノムDNA)で存在し得る。DNAは、二本鎖又は一本鎖であり得る。一本鎖DNA又はRNAは、コード鎖(センス鎖としても知られる)であり得るか、又は、非コード鎖(アンチセンス鎖としても知られる)であり得る。   The polynucleotide according to the present invention may exist in the form of RNA (for example, mRNA) or in the form of DNA (for example, cDNA or genomic DNA). DNA can be double-stranded or single-stranded. Single stranded DNA or RNA can be the coding strand (also known as the sense strand) or it can be the non-coding strand (also known as the antisense strand).

一実施形態において、本発明に係るポリヌクレオチドは、配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列からなるポリヌクレオチド又はその変異体であることが好ましい。   In one embodiment, the polynucleotide according to the present invention is preferably a polynucleotide comprising the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4 to 6 and 15 to 16, or a variant thereof.

一実施形態において、本発明に係るポリヌクレオチドの変異体は、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合したことを認識タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させる融合タンパク質をコードし、かつ以下のポリヌクレオチドのいずれかであることが好ましい:配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列の1個又は数個の塩基配列が欠失、置換又は付加された塩基配列からなるポリヌクレオチド;配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド;配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と少なくとも66%同一、より好ましくは少なくとも80%同一、さらに好ましくは少なくとも85%、90%、92%、95%、96%、97%、98%または99%同一である塩基配列からなるポリヌクレオチド。   In one embodiment, the variant of the polynucleotide according to the present invention encodes a fusion protein that increases the amount of luminescence when the recognition protein recognizes that the ligand has bound to the ligand binding protein, and the following polynucleotide: Preferably, the polynucleotide is a polynucleotide comprising a nucleotide sequence in which one or several nucleotide sequences of the nucleotide sequences represented by any of SEQ ID NOs: 4 to 6 and 15 to 16 are deleted, substituted or added A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4-6 and 15-16; SEQ ID NOs: 4-6 and 15-16 Is at least 66% identical, more preferably at least 80% identical, At least 85% preferred, 90%, 92%, 95%, 96%, 97%, 98%, or a polynucleotide consisting of a nucleotide sequence 99% identical.

本発明に係るポリヌクレオチドは、非翻訳領域(UTR)の配列又はベクター配列(発現用ベクター配列を含む)などの配列を含むものであってもよい。   The polynucleotide according to the present invention may include a sequence such as an untranslated region (UTR) sequence or a vector sequence (including an expression vector sequence).

本発明に係るポリヌクレオチドを取得するための供給源としては、特に限定されないが、生物材料(例えば、ヒトまたはマウスなどの諸器官)であることが好ましい。本明細書中で使用される場合、用語「生物材料」は、生物学的サンプル(生物体から得られた組織サンプル又は細胞サンプル)が意図される。   Although it does not specifically limit as a supply source for acquiring the polynucleotide based on this invention, For example, it is preferable that it is a biological material (for example, various organs, such as a human or a mouse | mouth). As used herein, the term “biological material” intends a biological sample (a tissue sample or a cell sample obtained from an organism).

本発明に係るポリヌクレオチドは、例えば、発現用ベクター等にサブクローンして、発光プローブを発現させるためのベクター(プラスミド)を作製し、これを細胞内に導入することによって、当該ポリヌクレオチドがコードする発光プローブを細胞内に発現させることができる。なお、本発明に係るポリヌクレオチドは、融合タンパク質をコードする領域の上流に、細胞内において発光プローブを発現させるためのプロモーター配列等が組み込まれたものであってもよい。   The polynucleotide according to the present invention is, for example, subcloned into an expression vector or the like to prepare a vector (plasmid) for expressing a luminescent probe and introduce it into a cell, whereby the polynucleotide is encoded. A luminescent probe can be expressed in the cell. The polynucleotide according to the present invention may be one in which a promoter sequence for expressing a luminescent probe in a cell is incorporated upstream of a region encoding a fusion protein.

本発明に係る融合タンパク質又はポリヌクレオチドは、本明細書中にさらに記載されるように、細胞内外における分子の可視化イメージングのための発光プローブとして使用され得る。より具体的には、本発明に係る融合タンパク質は一本鎖の融合ポリペプチドとして構成され、リガンド結合タンパク質にリガンドが結合すると、その立体構造が変化し、リガンド結合タンパク質が認識タンパク質によって認識される。その結果、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質とが相互作用すると、これによってリガンド結合タンパク質と認識タンパク質との間に位置する全長の発光酵素、又は連結された全長の発光酵素及び蛍光タンパク質、が変形し、発光量を増加させる。このように、本発明に係る融合タンパク質によれば、発光量の変化に基づいて、細胞内外における分子の動き、信号伝達等を可視化検出することができる。   The fusion protein or polynucleotide according to the present invention can be used as a luminescent probe for visualization imaging of molecules inside and outside cells, as further described herein. More specifically, the fusion protein according to the present invention is configured as a single-chain fusion polypeptide, and when a ligand binds to the ligand-binding protein, its three-dimensional structure changes, and the ligand-binding protein is recognized by the recognition protein. . As a result, when the ligand binding protein interacts with the recognition protein, the full-length luminescent enzyme located between the ligand binding protein and the recognition protein, or the linked full-length luminescent enzyme and fluorescent protein, is deformed. Increase light emission. Thus, according to the fusion protein of the present invention, it is possible to visualize and detect the movement of molecules, signal transmission and the like inside and outside the cell based on the change in the amount of luminescence.

したがって、本発明に係る融合タンパク質を用いれば、標的特異的なリガンドの生理活性、濃度等を高精度に検出することが可能であり、例えば発癌物質のような生体内危険因子のスクリーニング、薬学分野における新薬候補物質のスクリーニング、抗癌剤の薬理作用の定量評価(新薬の開発)、環境汚染・毒性物質の判定、診断用のキット、新型万能細胞(iPS)における分化・生理作用の測定などに有用である。   Therefore, by using the fusion protein according to the present invention, it is possible to detect the physiological activity, concentration, etc. of the target-specific ligand with high accuracy. For example, screening of in vivo risk factors such as carcinogens, pharmaceutical field Useful for screening new drug candidate substances, quantitative evaluation of pharmacological effects of anticancer drugs (development of new drugs), determination of environmental pollution / toxic substances, diagnostic kits, measurement of differentiation / physiological effects in new all-purpose cells (iPS), etc. is there.

つまり、本発明の目的は、発光プローブ及びこれをコードするポリヌクレオチドを提供することにあるのであって、本明細書中に具体的に記載した融合タンパク質作製方法及びポリヌクレオチド作製方法等に存するのではない。従って、上記各方法以外によって取得される発光プローブ及びこれをコードするポリヌクレオチドも本発明の技術的範囲に属することに留意しなければならない。   That is, an object of the present invention is to provide a luminescent probe and a polynucleotide encoding the same, and resides in a fusion protein preparation method, a polynucleotide preparation method and the like specifically described in the present specification. is not. Therefore, it should be noted that luminescent probes obtained by methods other than the above methods and polynucleotides encoding the same also belong to the technical scope of the present invention.

〔2.ベクター〕
本発明はまた、本発明に係る融合タンパク質を生物又は細胞内で発現させるベクターを提供する。本発明に係るベクターを用いれば、本発明に係る融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを生物又は細胞に導入し、当該生物又は細胞内において本発明に係る融合タンパク質を発現させることができる。
[2. vector〕
The present invention also provides a vector for expressing the fusion protein according to the present invention in an organism or a cell. When the vector according to the present invention is used, the polynucleotide encoding the fusion protein according to the present invention can be introduced into an organism or cell, and the fusion protein according to the present invention can be expressed in the organism or cell.

本発明に係るベクターは、上述した本発明に係るポリヌクレオチドを含んでいることを特徴としている。本発明に係るベクターは、本発明に係るポリヌクレオチドを含むものであれば、特に限定されない。例えば、本発明に係るポリヌクレオチドのcDNAが挿入された組換え発現ベクター等が挙げられる。組換え発現ベクターの作製方法としては、プラスミド、ファージ又はコスミド等を用いる方法が挙げられるが特に限定されない。   The vector according to the present invention is characterized by containing the above-described polynucleotide according to the present invention. The vector according to the present invention is not particularly limited as long as it contains the polynucleotide according to the present invention. Examples thereof include a recombinant expression vector into which the polynucleotide cDNA according to the present invention is inserted. A method for producing a recombinant expression vector includes, but is not limited to, a method using a plasmid, phage, cosmid or the like.

発現用ベクターの具体的な種類は特に限定されず、発現に用いる宿主中で発現可能なベクター等が適宜選択され得る。例えば、公知の真核又は原核細胞用のベクター等を使用することができる。また、ある臓器に特異的に宿る既知のベクターを使うことによって、特定臓器に選択的に本発明に係る融合タンパク質を発現させることもできる。   The specific type of the expression vector is not particularly limited, and a vector that can be expressed in the host used for expression can be appropriately selected. For example, a known eukaryotic or prokaryotic cell vector can be used. In addition, the fusion protein according to the present invention can be selectively expressed in a specific organ by using a known vector that specifically resides in a certain organ.

また、本発明に係るベクターは、本発明に係るポリヌクレオチドの発現を制御するために(例えば、生物個体における特定組織での発現)、公知の組織特異的プロモーター配列を組み込むようにしてもよい。また、特定のリガンド、刺激物等の有無によって、本発明に係るポリヌクレオチドの発現を制御するために、公知の特定刺激特異的プロモーター配列を組み込むようにしてもよい。   In addition, the vector according to the present invention may incorporate a known tissue-specific promoter sequence in order to control the expression of the polynucleotide according to the present invention (for example, expression in a specific tissue in an individual organism). In addition, a known specific stimulus-specific promoter sequence may be incorporated in order to control the expression of the polynucleotide according to the present invention depending on the presence or absence of a specific ligand, stimulus or the like.

また、本発明に係るベクターは、本発明に係るポリヌクレオチドを、例えばpMXなどのレトロウイルスベクターにつなげたものであってもよい。これを高力価のウイルス産生能を有するパッケイジング細胞PLATEに導入することによって、動物に感染するレトロウイルスの作成が可能である。このウイルスを動物の各臓器に感染させることによって、各臓器内におけるセカンドメッセンジャー特性のリアルタイムイメージングができる。   Moreover, the vector according to the present invention may be one in which the polynucleotide according to the present invention is connected to a retroviral vector such as pMX. By introducing this into a packaging cell PLATE having a high-titer virus-producing ability, it is possible to produce a retrovirus that infects animals. By infecting each organ of the animal with this virus, real-time imaging of the second messenger characteristics in each organ can be performed.

すなわち、本発明に係るベクターは、確実に本発明に係るポリヌクレオチドによりコードされる融合タンパク質を発現させるために、適宜プロモーター配列を選択し、これと本発明に係るポリヌクレオチドとを各種プラスミド等に組み込んだものであってもよい。   That is, the vector according to the present invention appropriately selects a promoter sequence in order to reliably express the fusion protein encoded by the polynucleotide according to the present invention, and combines this and the polynucleotide according to the present invention into various plasmids and the like. It may be incorporated.

本発明に係るベクターは、例えばマイクロインジェクション法、エレクトロポーレーション法、脂質試薬によるトランスフェクション法(例えばTransIT、Mirus社製)等の公知の方法により宿主内に導入することができる。上記の宿主は、特に限定されるものではなく、従来公知の各種細胞、生物個体等を好適に用いることができる。   The vector according to the present invention can be introduced into a host by a known method such as a microinjection method, an electroporation method, or a transfection method using a lipid reagent (for example, TransIT, manufactured by Miras). The host is not particularly limited, and various conventionally known cells, living organisms, etc. can be suitably used.

なお、目的とする本発明に係る融合タンパク質が常に合成される場合に限定されず、IPTGを添加することにより、合成が誘導されるものであってもよい。また、ベクターには、合成されるタンパク質のN末端又はC末端にヒスチジンタグ、HAタグ(配列番号10)、Mycタグ、Flag等のタグ配列を付加する配列を含むものであってもよい。   In addition, it is not limited to the case where the target fusion protein according to the present invention is always synthesized, and synthesis may be induced by adding IPTG. In addition, the vector may include a sequence to which a tag sequence such as a histidine tag, HA tag (SEQ ID NO: 10), Myc tag, Flag or the like is added to the N-terminus or C-terminus of the protein to be synthesized.

また、本発明に係るベクターは、例えば、融合タンパク質を発現させる目的ではなく、融合タンパク質をコードする配列の上流に発現制御をし得る制御配列を繋げることによって、融合タンパク質の発現の有無を指標としてさらなる生物分析のために利用することができる。   In addition, the vector according to the present invention is not intended to express the fusion protein, for example, by connecting a control sequence capable of controlling the expression upstream of the sequence encoding the fusion protein, thereby using the presence or absence of expression of the fusion protein as an index. It can be used for further bioanalysis.

本発明に係るベクターは、少なくとも1つの選択マーカーを含むことが好ましい。このようなマーカーとしては、真核生物細胞培養については、ジヒドロ葉酸レダクターゼ、又はネオマイシン、ゼオシン、ジェネティシン、ブラストシジンS、ハイグロマイシンB等の薬剤耐性遺伝子が挙げられる。また、大腸菌及び他の細菌における培養については、カナマイシン、ゼオシン、アクチノマイシンD、セフォタキシム、ストレプトマイシン、カルベニシリン、ピューロマイシン、テトラサイクリン又はアンピシリン等の薬剤耐性遺伝子が挙げられる。上記選択マーカーを用いれば、本発明に係るポリヌクレオチドが宿主に導入されたか否か、さらには宿主中で確実に発現しているか否かを確認することができる。   The vector according to the present invention preferably contains at least one selectable marker. Such markers include, for eukaryotic cell cultures, dihydrofolate reductase or drug resistance genes such as neomycin, zeocin, geneticin, blasticidin S, hygromycin B and the like. Examples of culture in E. coli and other bacteria include drug resistance genes such as kanamycin, zeocin, actinomycin D, cefotaxime, streptomycin, carbenicillin, puromycin, tetracycline, and ampicillin. By using the above selectable marker, it can be confirmed whether or not the polynucleotide according to the present invention has been introduced into the host, and whether or not it is reliably expressed in the host.

本発明に係るベクターを用いれば、生物又は細胞に導入することにより、当該生物又は細胞中に本発明に係る融合タンパク質を発現させることができる。また、本発明に係るベクターを導入した細胞から融合タンパク質を抽出して、精製し又は未精製のままで(非細胞系)、診断キットのセンサー成分として使用できる。例えば、生体試料内の各種生理物質の一例としてステロイドホルモン又は化学物質を測定することによって、各リガンドの生理活性を迅速に測定することができる。   When the vector according to the present invention is used, the fusion protein according to the present invention can be expressed in the organism or cell by introduction into the organism or cell. In addition, the fusion protein can be extracted from cells into which the vector according to the present invention has been introduced and purified or unpurified (non-cell system) and used as a sensor component of a diagnostic kit. For example, by measuring steroid hormones or chemical substances as an example of various physiological substances in a biological sample, the physiological activity of each ligand can be rapidly measured.

さらに、本発明に係るベクターを無細胞タンパク質合成系に用いれば、本発明に係る融合タンパク質を合成することができる。   Furthermore, if the vector according to the present invention is used in a cell-free protein synthesis system, the fusion protein according to the present invention can be synthesized.

なお、本発明に係るベクターは、少なくとも、本発明に係る融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含んでいればよい。すなわち、発現用ベクター以外のベクターも本発明の技術的範囲に含まれる点に留意すべきである。   The vector according to the present invention only needs to contain at least a polynucleotide encoding the fusion protein according to the present invention. That is, it should be noted that vectors other than the expression vector are also included in the technical scope of the present invention.

〔3.形質転換体〕
本発明はまた、本発明に係る融合タンパク質を発現させ得る形質転換体を提供する。本発明に係る形質転換体は、本発明に係るポリヌクレオチド、及び当該ポリヌクレオチドを含むベクターを含んでいることを特徴としている。本明細書中において、「形質転換体」は、細胞、組織又は器官だけでなく、生物個体をも含むことが意図される。本発明に係る形質転換体は、本発明に係るポリヌクレオチド、及び当該ポリヌクレオチドを含むベクターを含んでいる限り、特に限定されるものではない。
[3. Transformant)
The present invention also provides a transformant capable of expressing the fusion protein according to the present invention. The transformant according to the present invention includes the polynucleotide according to the present invention and a vector containing the polynucleotide. In the present specification, the “transformant” is intended to include not only a cell, tissue or organ but also an individual organism. The transformant according to the present invention is not particularly limited as long as it contains the polynucleotide according to the present invention and a vector containing the polynucleotide.

本発明に係る形質転換体は、本発明に係るポリヌクレオチド、又は当該ポリヌクレオチドを含む組換えベクターを、本発明に係る融合タンパク質が発現され得るように生物又は細胞中に導入することによって得られる。なお、組換えベクターを導入する宿主生物及び細胞としては、特に限定されないが、例えばCOS−7、MCF−7、HeLa、CHOのような真核培養細胞、体細胞由来の新型万能細胞(iPS)、原核細胞、植物細胞、高等動物等を用いることができる。   The transformant according to the present invention can be obtained by introducing the polynucleotide according to the present invention or a recombinant vector containing the polynucleotide into an organism or cell so that the fusion protein according to the present invention can be expressed. . The host organism and cells into which the recombinant vector is introduced are not particularly limited. For example, eukaryotic cultured cells such as COS-7, MCF-7, HeLa, and CHO, and somatic cell-derived new all-purpose cells (iPS). Prokaryotic cells, plant cells, higher animals and the like can be used.

本発明に係るポリヌクレオチド、又は当該ポリヌクレオチドを含むベクターを宿主に導入する方法、すなわち形質転換方法は特に限定されるものではなく、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソーム法、DEAEデキストラン法等の従来公知の方法を好適に用いることができる。また、本発明に係る形質転換体は、本発明に係るポリヌクレオチドが宿主のゲノムに組み込まれていない状態で一過性に発現する、一過性形質転換体であってもよく、本発明に係るポリヌクレオチドが宿主のゲノムに組み込まれ安定的に発現し続ける、安定形質転換体であってもよい。   A method for introducing a polynucleotide according to the present invention or a vector containing the polynucleotide into a host, that is, a transformation method is not particularly limited, and conventional methods such as electroporation, calcium phosphate method, liposome method, DEAE dextran method, etc. A known method can be suitably used. Further, the transformant according to the present invention may be a transient transformant that is transiently expressed in a state where the polynucleotide according to the present invention is not integrated into the host genome. It may be a stable transformant in which such a polynucleotide is integrated into the host genome and continues to be stably expressed.

本発明に係る形質転換体を用いれば、本発明に係る融合タンパク質を発現させることができるため、本発明に係る形質転換体をリガンドで刺激し、当該形質転換体からの発光量の変化を測定することによって、リガンドの性質、濃度、活性の程度等を評価することができる。   Since the fusion protein according to the present invention can be expressed by using the transformant according to the present invention, the transformant according to the present invention is stimulated with a ligand, and the change in the amount of luminescence from the transformant is measured. By doing so, the nature, concentration, activity level, etc. of the ligand can be evaluated.

〔4.標的物質検出方法及びキット〕
本発明は、さらに、被験試料中の標的物質を検出する標的物質検出方法及びキットを提供する。標的物質をリガンドと称する場合、標的物質検出方法及びキットを、リガンド検出方法及びキットと称する。本発明に係る標的物質検出方法は、被験試料と、本発明に係る融合タンパク質とを共存させる工程を包含することを特徴としている。本方法においては、被験試料と接触させる融合タンパク質に含まれる酵素の基質を、適宜接触させてもよい。これにより、本発明に係る融合タンパク質からの発光量を指標に、被験試料中の標的物質を検出する。本明細書中において、「被験試料」は、リガンドそのものであってもよく、リガンドを含む生体試料等であってもよい。また、被験試料は、本発明に係る融合タンパク質が発現した細胞において二次的に生産された細胞内物質であることもできる。
[4. Target substance detection method and kit]
The present invention further provides a target substance detection method and kit for detecting a target substance in a test sample. When the target substance is referred to as a ligand, the target substance detection method and kit are referred to as a ligand detection method and kit. The target substance detection method according to the present invention includes a step of allowing a test sample and the fusion protein according to the present invention to coexist. In this method, the enzyme substrate contained in the fusion protein to be contacted with the test sample may be appropriately contacted. Thereby, the target substance in the test sample is detected using the light emission amount from the fusion protein according to the present invention as an index. In the present specification, the “test sample” may be the ligand itself or a biological sample containing the ligand. The test sample can also be an intracellular substance that is secondarily produced in cells in which the fusion protein according to the present invention is expressed.

上記工程において、被験試料の存在下及び非存在下において、本発明に係る融合タンパク質からの発光量が増加した場合、当該被験試料中において、本発明に係る融合タンパク質のリガンド結合タンパク質に結合するリガンドを検出することができる。本発明に係るリガンド検出方法によれば、後述する実施例に示すように、リガンドの性質、リガンドの活性の程度、リガンドの濃度等を分析することが可能である。   In the above step, when the amount of luminescence from the fusion protein according to the present invention increases in the presence and absence of the test sample, the ligand that binds to the ligand binding protein of the fusion protein according to the present invention in the test sample Can be detected. According to the ligand detection method of the present invention, it is possible to analyze the nature of the ligand, the degree of ligand activity, the concentration of the ligand, etc., as shown in the examples described later.

本発明に係る標的物質検出方法によれば、既知のアゴニストに対する未知のアンタゴニストを検出することもできる。例えば、本発明に係る融合タンパク質に候補物質を含む被験試料を接触させ、ついで既知のアゴニストを接触させて、本発明に係る融合タンパク質からの発光量を測定する。被験試料中の候補物質がアンタゴニスト作用を有するものであれば、一次結合タンパク質のアゴニスト結合部位は候補物質によって占有されているので、その後に導入されたアゴニストは一次結合タンパク質に結合することはできない。   According to the target substance detection method of the present invention, an unknown antagonist with respect to a known agonist can also be detected. For example, a test sample containing a candidate substance is brought into contact with the fusion protein according to the present invention, and then a known agonist is brought into contact therewith, and the amount of luminescence from the fusion protein according to the present invention is measured. If the candidate substance in the test sample has an antagonistic action, since the agonist binding site of the primary binding protein is occupied by the candidate substance, the subsequently introduced agonist cannot bind to the primary binding protein.

このとき、アンタゴニストの結合によっては立体構造が増加しない一次結合タンパク質を用いていれば、アンタゴニストの結合により融合タンパク質からの発光量は増加しないため、アゴニスト単独で導入した場合に比して発光量は低い。一方、アゴニストの結合によっては立体構造が変化しない一次結合タンパク質を用いていれば、同様に既知のアンタゴニストを用いて、未知のアゴニストを検出することもできる。   At this time, if a primary binding protein whose steric structure does not increase depending on the binding of the antagonist is used, the amount of luminescence from the fusion protein does not increase due to the binding of the antagonist. Low. On the other hand, if a primary binding protein whose steric structure does not change depending on the binding of an agonist is used, an unknown agonist can also be detected using a known antagonist.

本発明に係る標的物質検出方法においては、典型的には、本発明に係る融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを用いて形質転換した生細胞と、被験試料とを接触させて刺激し、刺激前後における本発明に係る融合タンパク質からの発光量の増加を測定する。本発明に係る融合タンパク質と被験試料とを接触させる方法は、特に限定されないが、例えば本発明に係る融合タンパク質が発現した生細胞の培養培地に被験試料を添加し、エンドサイトーシス作用によって被験試料を細胞内に取り込ませて接触させてもよい。また、被験試料が細胞内物質の場合には、本発明に係る融合タンパク質を当該細胞内において発現させることによって、接触させてもよい。また、生細胞がない状態であっても、例えば培地中に分泌した本発明に係る融合タンパク質を含む培養液、又は精製した本発明に係る融合タンパク質を用いれば、各発光酵素の基質を同時に存在させて、in vitroでの測定も可能である。   In the target substance detection method according to the present invention, typically, a living cell transformed with an expression vector containing a polynucleotide encoding the fusion protein according to the present invention is contacted with a test sample to stimulate. The increase in the amount of luminescence from the fusion protein according to the present invention before and after stimulation is measured. The method for bringing the fusion protein according to the present invention into contact with the test sample is not particularly limited. For example, the test sample is added to the culture medium of the living cells in which the fusion protein according to the present invention is expressed, and the test sample is subjected to endocytosis. May be brought into contact with cells. When the test sample is an intracellular substance, the fusion protein according to the present invention may be contacted by expressing it in the cell. In addition, even in the absence of living cells, for example, if the culture solution containing the fusion protein according to the present invention secreted into the medium or the purified fusion protein according to the present invention is used, the substrates of the respective luminescent enzymes exist simultaneously. In-vitro measurement is also possible.

本発明に係る標的物質検出方法において、生細胞中に発現させた発光プローブを用いる場合、以下の方法を適用できるが、この方法に限定されない。
(i)本発明に係る発光プローブをコードするポリヌクレオチドを有するプラスミドを、24穴プレート上の生細胞に導入し、さらに16時間培養する。
(ii)上記細胞を被験試料で20分間刺激する。
(iii)基質共存下で、上記細胞における発光量の変化を発光度計で測定する。
In the target substance detection method according to the present invention, when a luminescent probe expressed in a living cell is used, the following method can be applied, but is not limited to this method.
(I) A plasmid having a polynucleotide encoding the luminescent probe according to the present invention is introduced into a living cell on a 24-well plate and further cultured for 16 hours.
(Ii) Stimulate the cells with the test sample for 20 minutes.
(Iii) In the presence of the substrate, the change in the amount of luminescence in the cells is measured with a luminometer.

本発明に係る標的物質検出方法において、本発明に係る発光プローブを用いた非細胞系実験(in vitro)を行った場合、以下の方法を適用できるが、この方法に限定されない。
(i)公知の方法により精製した発光プローブを、直径1.2センチの十字架型紙片の末端に垂らして乾燥させる。
(ii)上記十字架型紙片のもう一方の末端に刺激物質(リガンド)を含む基質溶液を点滴し、即時に発光Scanner(例えば、RAS−3000;FujiFilm)で発光量の変化を測定する。
In the target substance detection method according to the present invention, when a non-cell system experiment (in vitro) using the luminescent probe according to the present invention is performed, the following method can be applied, but is not limited to this method.
(I) A luminescent probe purified by a known method is hung on the end of a cruciform paper piece having a diameter of 1.2 cm and dried.
(Ii) A substrate solution containing a stimulating substance (ligand) is instilled on the other end of the cross-shaped paper piece, and a change in the amount of luminescence is immediately measured with a luminescence scanner (for example, RAS-3000; FujiFilm).

本発明に係る標的物質を検出するための標的物質検出キットは、本発明に係る融合タンパク質を備えていることを特徴としている。また、本キットは、本発明に係る融合タンパク質に含まれる発光酵素の基質を、さらに備えていてもよい。   A target substance detection kit for detecting a target substance according to the present invention includes the fusion protein according to the present invention. The kit may further include a substrate for a luminescent enzyme contained in the fusion protein according to the present invention.

ここで、本キットが備える本発明に係る融合タンパク質は、真核細胞内及び原核細胞内において大量発現させた後に精製することが可能である。例えば哺乳動物細胞を用いた場合、従来公知の適切なシグナル配列(例えば、MGVKVLFALICIAVAEA等)を繋いで培地中に大量に分泌させることによって、精製工程なしでも分析に用いることが可能な、大量の融合タンパク質含有培養上清が得られる。また、さらに精製用のタグ(例えば、His Tag)をつけることで、容易に融合タンパク質を大量精製することができる。   Here, the fusion protein according to the present invention provided in the kit can be purified after being expressed in large quantities in eukaryotic cells and prokaryotic cells. For example, when mammalian cells are used, a large amount of fusion that can be used for analysis without a purification step by connecting a suitable signal sequence known in the art (for example, MGVKVLFALICIAVAEA) and secreting it in the medium in large quantities. A protein-containing culture supernatant is obtained. Further, by attaching a purification tag (for example, His Tag), the fusion protein can be easily purified in large quantities.

このようにして得られた融合タンパク質を備えたキットと同様に、本発明に係る融合タンパク質を発現している形質転換体を備えたキットも、被験試料中の標的物質の検出に用いられ得る。また、例えば精製した発光プローブを備える紙ストリップと、発光酵素の基質とを組み合わせたキットは、発光プローブを発現している形質転換体を備えたキットと同様に、外部刺激及びそれによる二次現象であるセカンドメッセンジャーの定性定量分析が可能なキット構成とすることができる。また、本発明に係るポリヌクレオチドと当該ポリヌクレオチドにより形質転換される細胞とを備えたキット、及び本発明に係るベクターと当該ベクターにより形質転換される細胞とを備えたキットも、同様に被験試料中の標的物質の検出に用いられ得る。   Similarly to the kit provided with the fusion protein thus obtained, a kit provided with a transformant expressing the fusion protein according to the present invention can be used for detection of a target substance in a test sample. In addition, for example, a kit combining a paper strip having a purified luminescent probe and a substrate of a luminescent enzyme is similar to a kit having a transformant expressing a luminescent probe, and external stimuli and secondary phenomena caused thereby. It is possible to make a kit configuration capable of qualitative quantitative analysis of the second messenger. Similarly, a kit comprising a polynucleotide according to the present invention and a cell transformed with the polynucleotide, and a kit comprising a vector according to the present invention and a cell transformed with the vector, are similarly tested samples. It can be used for the detection of target substances in it.

〔5.プローブ生産方法及びキット〕
本発明は、さらに、本発明に係るプローブの生産方法及びキットを提供する。本発明に係るプローブの生産方法は、本発明に係るポリヌクレオチド又は本発明に係るベクターを用いて細胞を形質転換する工程を包含することを特徴としている。本方法においては、本発明に係るポリヌクレオチド又は本発明に係るベクターを用いて細胞を形質転換し、本発明に係るプローブを細胞中に発現させることによって、本発明に係るプローブを生産する。細胞中に発現させたプローブは、公知の方法により細胞中から回収し、精製することができる。
[5. Probe production method and kit]
The present invention further provides a probe production method and kit according to the present invention. The method for producing a probe according to the present invention is characterized by including a step of transforming cells using the polynucleotide according to the present invention or the vector according to the present invention. In this method, the probe according to the present invention is produced by transforming a cell using the polynucleotide according to the present invention or the vector according to the present invention and expressing the probe according to the present invention in the cell. The probe expressed in the cell can be recovered from the cell and purified by a known method.

具体的には、本発明に係るポリヌクレオチド又はベクターを用いて細胞を形質転換し、培養した後、培養物等から慣用的な手法(例えば、濾過、遠心分離、細胞の破砕、ゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー等)に従って、本発明に係るプローブを回収、精製することができる。また、細胞中で発現させたポリヌクレオチドに精製用のタグが付加されている場合には、より容易に回収することができる。   Specifically, after transforming and culturing cells using the polynucleotide or vector according to the present invention, conventional methods (for example, filtration, centrifugation, cell disruption, gel filtration chromatography, etc.) from the culture etc. , Ion exchange chromatography, etc.), the probe according to the present invention can be recovered and purified. Further, when a purification tag is added to a polynucleotide expressed in a cell, it can be recovered more easily.

本発明に係るプローブの生産キットは、本発明に係るポリヌクレオチド又は本発明に係るベクターを備えていることを特徴としている。また、本キットは、本発明に係るポリヌクレオチド又は本発明に係るベクターにより形質転換される細胞を、さらに供えていてもよい。さらに、本発明に係る融合タンパク質に含まれる酵素の基質を備えていてもよい。また、本発明に係るプローブの生産キットは、本発明に係る融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを備えていてもよい。   The probe production kit according to the present invention comprises the polynucleotide according to the present invention or the vector according to the present invention. The kit may further include cells transformed with the polynucleotide according to the present invention or the vector according to the present invention. Furthermore, you may provide the substrate of the enzyme contained in the fusion protein which concerns on this invention. The probe production kit according to the present invention may include a polynucleotide encoding the fusion protein according to the present invention.

本発明では、従来の方法における問題点を克服すべく、酵素の全長を用いる、新規の一分子型プローブとして用いられる融合タンパク質を提供する。例えば、酵素として発光酵素を用いる、新規な生物発光による可視化手段を提供する。また、本発明の手法は、生物発光酵素を用いる基礎原理をも提供している。   The present invention provides a fusion protein used as a novel single-molecule probe that uses the full length of an enzyme in order to overcome the problems in the conventional methods. For example, a novel bioluminescence visualization means using a luminescent enzyme as an enzyme is provided. The technique of the present invention also provides a basic principle using a bioluminescent enzyme.

本発明は、酵素にかかる分子の捩れ現象を指標としたユニークな生物分析法を用いるものである。本発明は、酵素の全長を用いるので、酵素として発光酵素を用いた場合には、高輝度の生物発光イメージングが可能である。また、本発明に係る融合タンパク質は、分解、ミスフォールディングなどが起こりにくいので安定性が高い。また、1つの分子内タンパク質間相互作用を指標とするため、非細胞系における生物分析にも適用できる。従って、本発明に係る融合タンパク質は、高精度で安定性の高い分析手段を提供するものであり、かつ、細胞・非細胞系ともに適用できる、簡便な手法を提供するものである。本発明における分析原理は、新薬候補物質のスクリーニング、毒性物質及び環境汚染物質の評価などに広く適用できる。   The present invention uses a unique bioanalytical method that uses the twisting phenomenon of molecules related to enzymes as an index. Since the present invention uses the full length of the enzyme, high-luminance bioluminescence imaging is possible when a luminescent enzyme is used as the enzyme. In addition, the fusion protein according to the present invention is highly stable because degradation, misfolding and the like hardly occur. In addition, since one intramolecular protein interaction is used as an index, it can be applied to biological analysis in a non-cellular system. Therefore, the fusion protein according to the present invention provides a highly accurate and highly stable analysis means and provides a simple technique that can be applied to both cell and non-cell systems. The analysis principle in the present invention can be widely applied to screening of new drug candidate substances, evaluation of toxic substances and environmental pollutants.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

なお、本明細書における用語は、基本的にはIUPAC−IUB Commission on Biochemical Nomenclatureによるものであり、あるいは当該分野において慣用的に使用される用語の意味に基づくものである。また発明を実施するために使用する様々な技術は、特にその出典を明示した技術を除いては、公知の文献等に基づいて当業者であれば容易かつ確実に実施可能である。例えば、遺伝子工学および分子生物学的技術はJ. Sambrook, E. F. Fritsch & T. Maniatis, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd edition)", Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989); D. M. Glover et al. ed., "DNA Cloning", 2nd ed., Vol. 1 to 4, (The Practical Approach Series), IRL Press, Oxford University Press (1995); Ausubel, F. M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, N.Y, 1995;日本生化学会編、「続生化学実験講座1、遺伝子研究法II」、東京化学同人 (1986); 日本生化学会編、「新生化学実験講座2、核酸III(組換えDNA技術)」、東京化学同人 (1992);R. Wu ed., "Methods in Enzymology", Vol. 68 (Recombinant DNA), Academic Press, New York (1980); R. Wu et al. ed., "Methods in Enzymology", Vol. 100 (Recombinant DNA, Part B) & 101 (Recombinant DNA, Part C), Academic Press, New York (1983); R. Wu et al. ed., "Methods in Enzymology", Vol. 153 (Recombinant DNA, Part D), 154 (Recombinant DNA, Part E) & 155 (Recombinant DNA, Part F), Academic Press, New York (1987) などの参考文献に記載の方法、上記文献に引用された文献に記載の方法、またはこれらと実質的に同一の方法、もしくはその改変法により行うことができる。また、本発明で使用する各種タンパク質、ペプチド、あるいはそれらをコードするDNAについては、既存のデータベース(URL:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/等)から入手することができる。   Note that the terms in this specification are basically based on IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature, or based on the meaning of terms commonly used in this field. Various techniques used for carrying out the invention can be easily and surely implemented by those skilled in the art based on known literatures and the like, except for the techniques that clearly indicate the source. For example, genetic engineering and molecular biology techniques are described in J. Sambrook, EF Fritsch & T. Maniatis, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd edition)", Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989) DM Glover et al. Ed., "DNA Cloning", 2nd ed., Vol. 1 to 4, (The Practical Approach Series), IRL Press, Oxford University Press (1995); Ausubel, FM et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, NY, 1995; Japan Biochemical Society, “Sequel Biochemistry Experiment Course 1, Genetic Research Method II”, Tokyo Chemical Doujin (1986); Japan Biochemical Society, “Shinsei Chemistry” Laboratory Lecture 2, Nucleic Acid III (Recombinant DNA Technology), Tokyo Kagaku Dojin (1992); R. Wu ed., "Methods in Enzymology", Vol. 68 (Recombinant DNA), Academic Press, New York (1980); R. Wu et al. Ed., "Methods in Enzymology", Vol. 100 (Recombinant DNA, Part B) & 101 (Recombinant DNA, Part C), Academic Press, New York (1983); R. Wu et al. ed., "Methods in Enzymolog y ", Vol. 153 (Recombinant DNA, Part D), 154 (Recombinant DNA, Part E) & 155 (Recombinant DNA, Part F), Academic Press, New York (1987) It can be carried out by the methods described in the literatures cited in the literature, methods substantially the same as these, or modified methods thereof. Various proteins, peptides, or DNAs encoding them used in the present invention can be obtained from existing databases (URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ etc.).

〔実施例1:発光酵素を挿入したストレインプローブの設計〕
まず、RLuc8(1−234アミノ酸)、GLuc(17−185アミノ酸)、CBLuc(1−515アミノ酸)、及びFLuc(1−550アミノ酸)をそれぞれコードするcDNAに対して、そのN末側にER LBDのcDNAを連結し、そのC末側にSrcのSH2ドメインのcDNAを連結して、これらのcDNAを直鎖状に連結したキメラDNAコンストラクトを作製した(配列番号4〜6、15)。作製したコンストラクトを、pcDNA 3.1(+)(Invitrogen社)にサブクローンした。
[Example 1: Design of strain probe inserted with luminescent enzyme]
First, with respect to cDNAs encoding RLuc8 (1-234 amino acids), GLuc (17-185 amino acids), CBLuc (1-515 amino acids), and FLuc (1-550 amino acids), ER LBD is located at the N-terminal side. The Src SH2 domain cDNA was ligated to the C-terminal side thereof to produce a chimeric DNA construct in which these cDNAs were linearly linked (SEQ ID NOs: 4 to 6, 15). The constructed construct was subcloned into pcDNA 3.1 (+) (Invitrogen).

図6は、ストレインプローブを作製するためのプラスミド構成の一例を示す図である。なお、図6には、RLuc8を挿入したストレインプローブ(ERSプローブ)を発現させるためのプラスミド(pERS)のみのDNAコンストラクト構成を示すが、GLucを挿入したストレインプローブ(EGSプローブ)を発現させるプラスミド(pEGS)、CBLucを挿入したストレインプローブ(ECSプローブ)を発現させるプラスミド(pECS)又はFLucを挿入したストレインプローブ(EFSプローブ)を発現させるプラスミド(pEFS)についてもこれと同様に構成した。   FIG. 6 is a diagram showing an example of a plasmid structure for producing a strain probe. FIG. 6 shows a DNA construct configuration of only a plasmid (pERS) for expressing a strain probe (ERS probe) inserted with RLuc8, but a plasmid (EGS probe) for expressing a strain probe (EGS probe) inserted with GLuc. pEGS), a plasmid (pECS) that expresses a strain probe (ECS probe) inserted with CBLuc, or a plasmid (pEFS) that expresses a strain probe (EFS probe) inserted with FLuc was constructed in the same manner.

次に、これらのプラスミドをCOS−7細胞(ATCC)に形質転換した。具体的には、COS−7細胞を、10%ステロイドフリーウシ胎児血清(FBS)及び1%ペニシリン−ストレプトマイシン(P/S)を添加したDulbecco改変イーグル培地(DMEM;Sigma製)を含む24ウエルプレートにおいて、cellインキュベータ(Sanyo製)中で、37℃、5%CO存在下で培養した。導入試薬としてTransIT−LT1(Mirus製)を用いて、COS−7細胞に、pERS、pEGS、pECS及びpEFS(各ウエル当り0.2μg)を一過性形質転換した。形質転換した細胞を、5%CO存在下で16時間インキュベートした。 These plasmids were then transformed into COS-7 cells (ATCC). Specifically, COS-7 cells were added to a 24-well plate containing Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM; manufactured by Sigma) supplemented with 10% steroid-free fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin-streptomycin (P / S). The cells were cultured in a cell incubator (manufactured by Sanyo) at 37 ° C. in the presence of 5% CO 2 . TransOS-LT1 (manufactured by Miras) was used as an introduction reagent, and CERS-7 cells were transiently transformed with pERS, pEGS, pECS and pEFS (0.2 μg per well). The transformed cells were incubated in the presence of 5% CO 2 at 16 hours.

得られた形質転換体を用いて、リガンドとして用いた4−ヒドロキシタモキシフェン(OHT)の存在下・非存在下それぞれにおける発光強度を観察した。   Using the obtained transformant, the luminescence intensity in the presence and absence of 4-hydroxy tamoxifen (OHT) used as a ligand was observed.

まず、作製したpERS、pEGS、pECS又はpEFSが導入されたCOS−7細胞を、OHT 10−6M(終濃度)存在下又は非存在下で20分間刺激した後、基質としてセレンテラジン又はD−ルシフェリン(D−luciferin)を用いて発光強度を測定した。 First, COS-7 cells into which the prepared pERS, pEGS, pECS or pEFS had been introduced were stimulated for 20 minutes in the presence or absence of OHT 10-6 M (final concentration), and then coelenterazine or D-luciferin as a substrate. The emission intensity was measured using (D-luciferin).

発光強度の測定を以下のとおり行った。pERSが導入されたCOS−7細胞について、刺激後の細胞を、基質を含む200μLの細胞溶解バッファに溶解し、全溶解物を石英セル(45×12.5×7.5mm)に移した。分光光度計(FP−750;Jasco社)を用いて、400nmから700nmの範囲の発光を測定した(n=2)。また、pERS、pEGS、pECS又はpEFSが導入されたCOS−7細胞について、発光度計(Minilumat LB9506)を用いて発光強度を測定した。結果を図7及び8に示す。   Measurement of luminescence intensity was performed as follows. For COS-7 cells into which pERS had been introduced, the stimulated cells were lysed in 200 μL of cell lysis buffer containing the substrate, and the entire lysate was transferred to a quartz cell (45 × 12.5 × 7.5 mm). Using a spectrophotometer (FP-750; Jasco), light emission in the range of 400 nm to 700 nm was measured (n = 2). Moreover, the luminescence intensity was measured using a luminometer (Minilamat LB9506) for COS-7 cells into which pERS, pEGS, pECS or pEFS had been introduced. The results are shown in FIGS.

図7は、pERSが導入された形質転換体における発光スペクトルを示すグラフである。図7に示すように、RLuc8を挿入したERSプローブにおいて、OHT刺激依存的に発光強度が大幅に増加することが示された。また、発光スペクトルは、475nm近傍において最高値を示した。   FIG. 7 is a graph showing an emission spectrum of a transformant introduced with pERS. As shown in FIG. 7, in the ERS probe inserted with RLuc8, it was shown that the luminescence intensity greatly increased depending on the OHT stimulation. Further, the emission spectrum showed the maximum value in the vicinity of 475 nm.

また、図8は、各ストレインプローブをそれぞれ発現する形質転換体の、バックグラウンド(−OHT)を1としたときの発光強度の割合を示すグラフである。図8に示すように、それぞれのストレインプローブにおいて、OHT刺激依存的に発光強度が増加することが示された。このように、OHT刺激によってストレインプローブからの発光強度が大きくなったという結果から、外部刺激を受けることによって、ストレインプローブ自身の代謝回転率が改善される、又はストレインプローブの量子収率が改善されることが示唆された。   FIG. 8 is a graph showing the ratio of the luminescence intensity when the background (-OHT) is 1 for the transformants expressing each strain probe. As shown in FIG. 8, it was shown that the emission intensity increased depending on the OHT stimulus in each strain probe. Thus, from the result that the emission intensity from the strain probe is increased by OHT stimulation, the turnover rate of the strain probe itself is improved or the quantum yield of the strain probe is improved by receiving an external stimulus. It was suggested that

また、図8に示すように、RLuc8を挿入したERSプローブにおいて、他の発光酵素を挿入したストレインプローブと比較して特に発光強度が大きく増加した。この結果から、外部刺激によるストレインプローブの発光量の変化が、挿入した発光酵素の分子構造に強く依存することが示唆された。すなわち、挿入した発光酵素が、外部からの分子テンションが加わることにより酵素活性部位の構造が変形しやすい分子構造であるか否かが、ストレインプローブの発光量の変化に影響を及ぼすことが示唆された。上述したように、RLuc8は、略球形状であるため、外部からの分子テンションが酵素活性部位に効率よく伝わり、その構造が変形しやすい(ストレインがかかりやすい)構造となっている。したがって、他の発光酵素と比較して、外部刺激による発光強度の増加量が多い結果が得られたと言える。また、GLucは、他の発光酵素に比べて分子量(18―185アミノ酸;18kD)が非常に小さいため、外部からの分子テンションが酵素本体に伝わりにくく、その活性部位の構造が変形しにくいため、RLuc8と比較して外部刺激による発光強度の増加量が少ない結果となったと言える。   In addition, as shown in FIG. 8, in the ERS probe inserted with RLuc8, the luminescence intensity increased particularly compared with the strain probe inserted with other luminescent enzymes. From this result, it was suggested that the change in the amount of luminescence of the strain probe due to external stimulation strongly depends on the molecular structure of the inserted luminescent enzyme. That is, it is suggested that whether or not the inserted luminescent enzyme has a molecular structure in which the structure of the enzyme active site is easily deformed by external molecular tension exerts an influence on the change in the amount of luminescence of the strain probe. It was. As described above, since RLuc8 has a substantially spherical shape, molecular tension from the outside is efficiently transmitted to the enzyme active site, and the structure is easily deformed (strain is easily applied). Therefore, it can be said that the result of the increase in the luminescence intensity by the external stimulus was larger than that of other luminescent enzymes. In addition, GLuc has a very small molecular weight (18-185 amino acids; 18 kD) compared to other luminescent enzymes, so it is difficult for external molecular tension to be transmitted to the enzyme body, and the structure of its active site is not easily deformed. Compared to RLuc8, it can be said that the amount of increase in emission intensity due to external stimulation was small.

また、ERSプローブを発現する形質転換体からの発光強度は、非常に高かった。これは、ERSプローブが、RLuc8の全長をそのまま含んでいるためであると言える。   Moreover, the luminescence intensity from the transformant expressing the ERS probe was very high. It can be said that this is because the ERS probe includes the entire length of RLuc8.

このように、本発明に係るストレインプローブを用いれば、様々なタンパク質―タンパク質間の相互作用を高感度、かつ高い発光強度で測定できることが示された。   Thus, it was shown that the interaction between various proteins can be measured with high sensitivity and high luminescence intensity by using the strain probe according to the present invention.

〔実施例2:ストレインプローブの基質選択性〕
次に、ERSプローブにおける発光酵素RLuc8の基質選択性について調べた。COS−7細胞を12穴プレートにおいて十分に培養した後、脂質試薬を用いてpERSをCOS−7細胞に導入し、さらに16時間培養した。その後、この細胞を溶媒又はOHT10−6M(終濃度)により20分間刺激し、種々の基質の共存下又は非存在下(バックグラウンド)における発光強度を実施例1と同様に、分光光度計(FP−750;Jasco社)を用いて測定した。基質として、図9に示すセレンテラジン(coelenterazine)(coele)、セレンテラジンcp(cp)、セレンテラジンhcp(hcp)、セレンテラジンfcp(fcp)、セレンテラジンip(ip)、及びセレンテラジン400A(400A)を用いた。なお、図9において、重要なサイドチェーンにあたる部位を破線によって囲んで示した。結果を図10及び11に示す。
[Example 2: Substrate selectivity of strain probe]
Next, the substrate selectivity of the luminescent enzyme RLuc8 in the ERS probe was examined. After COS-7 cells were sufficiently cultured in a 12-well plate, pERS was introduced into COS-7 cells using a lipid reagent and further cultured for 16 hours. Thereafter, the cells were stimulated with a solvent or OHT10 −6 M (final concentration) for 20 minutes, and the luminescence intensity in the presence or absence (background) of various substrates was determined in the same manner as in Example 1 using a spectrophotometer ( FP-750; Jasco). As substrates, coelenterazine (coel), coelenterazine cp (cp), coelenterazine hcp (hcp), coelenterazine fcp (fcp), coelenterazine ip (ip), and coelenterazine 400A (400A) shown in FIG. 9 were used. In FIG. 9, a portion corresponding to an important side chain is shown surrounded by a broken line. The results are shown in FIGS.

図10は、種々の基質共存下における、pERSを導入したCOS7細胞の発光スペクトルを示すグラフである。また、図11は、種々の基質共存下におけるpERSを導入したCOS7細胞の、バックグラウンドを1としたときの発光スペクトルのピーク強度の割合を示すグラフである。図10及び図11に示すように、いずれの基質を用いた場合であっても発光強度はOHT依存的に増加したが、基質の種類によって、その増加率が異なっていた。発光強度は、セレンテラジンを用いた場合が最も高かった(図示せず)。一方、バックグラウンドに対するシグナル比率は、セレンテラジンfcpを用いた場合が最も大きかった。   FIG. 10 is a graph showing emission spectra of COS7 cells into which pERS has been introduced in the presence of various substrates. FIG. 11 is a graph showing the ratio of the peak intensity of the emission spectrum of COS7 cells introduced with pERS in the presence of various substrates, with a background of 1. As shown in FIGS. 10 and 11, the luminescence intensity increased in an OHT-dependent manner regardless of which substrate was used, but the rate of increase varied depending on the type of substrate. The emission intensity was highest when coelenterazine was used (not shown). On the other hand, the signal ratio to the background was the highest when coelenterazine fcp was used.

この結果から、実験の目的に応じて基質を使い分けることができることが示唆された。また、各セレンテラジンのサイドチェーンを比較することによって、本発明のストレインプローブの基質における^重要なサイドチェーンを同定し得ることが示唆された。   From these results, it was suggested that the substrate can be properly used according to the purpose of the experiment. In addition, it was suggested that by comparing the side chains of each coelenterazine, important side chains in the substrate of the strain probe of the present invention can be identified.

また、RLuc8を単独で用いた場合、又はERSを用いた場合の発光強度を、同様の方法を用いて測定した。RLuc8の全長をコードするcDNAのみをpcDNA 3.1(+)(Invitrogen社)にサブクローンしてプラスミドを構築し、当該プラスミドをCOS−7細胞に形質転換することによって、RLuc8を単独で発現した形質転換体を得た。結果を図12に示す。   Further, the emission intensity when RLuc8 was used alone or when ERS was used was measured using the same method. Only cDNA encoding the full length of RLuc8 was subcloned into pcDNA 3.1 (+) (Invitrogen) to construct a plasmid, and RLuc8 was expressed alone by transforming the plasmid into COS-7 cells. A transformant was obtained. The results are shown in FIG.

図12は、RLuc8を単独で発現した形質転換体、又はERSを発現した形質転換体における発光スペクトルを示すグラフである。図12に示すように、セレンテラジンfcp共存下において、RLuc8を単独で発現した形質転換体においては、OHT依存的な発光スペクトルの変化が見られなかったが、ERSを発現した形質転換体では、OHT依存的な発光スペクトルの変化が見られた。   FIG. 12 is a graph showing an emission spectrum of a transformant expressing RLuc8 alone or a transformant expressing ERS. As shown in FIG. 12, in the transformant expressing RLuc8 alone in the coexistence of coelenterazine fcp, no change in OHT-dependent emission spectrum was observed, but in the transformant expressing ERS, A dependent emission spectrum change was observed.

〔実施例3:ERSのリガンド依存性、検出限界及びリガンド選択性〕
まず、ERSのリガンド依存性及び検出限界について調べた。12穴プレートにおいて培養したCOS−7細胞に、pERSを導入(トランスフェクト)した後、さらに16時間培養した。その後、この細胞を種々の濃度のOHT又はテストステロン(T:testosterone)により20分間刺激し、次いでライセート試薬を15分間導入することによってライセートを作製した。作製したライセートについて、基質としてセレンテラジンの共存下において、発光強度の変化を発光度計(Minilumat LB9506)を用いて測定した。結果を図13に示す。
[Example 3: Ligand dependence, detection limit and ligand selectivity of ERS]
First, the ligand dependence and detection limit of ERS were examined. After introducing (transfecting) pERS into COS-7 cells cultured in a 12-well plate, the cells were further cultured for 16 hours. The cells were then stimulated with various concentrations of OHT or testosterone (T) for 20 minutes and then lysate was made by introducing lysate reagent for 15 minutes. About the produced lysate, the change of luminescence intensity was measured using a luminometer (Minilamat LB9506) in the presence of coelenterazine as a substrate. The results are shown in FIG.

図13は、ERSを発現した形質転換体におけるリガンド応答曲線を示す図である。図13に示すように、ERSを発現した形質転換体における発光強度は、濃度約10−10のOHT刺激によって増加しはじめ、濃度10−7近傍において最高値に達した。一方、テストステロンの刺激に対しては、発光強度の増加による応答は見られなかった。これにより、ERSは、OHTに特異的に応答することが示された。 FIG. 13 is a diagram showing a ligand response curve in a transformant expressing ERS. As shown in FIG. 13, the luminescence intensity in the transformant expressing ERS began to increase by OHT stimulation at a concentration of about 10 −10 , and reached the maximum value in the vicinity of the concentration of 10 −7 . On the other hand, no response was observed in response to testosterone stimulation due to an increase in luminescence intensity. This showed that ERS specifically responded to OHT.

次に、ERSに及ぼすER LBDのリン酸化の影響、及び発光強度の変化に及ぼすERSの一分子型構造変化の影響を調べた。ER LBDのリン酸化部位であるY537に変異を導入した、EmRSプローブを発現するプラスミドを構築し、これをCOS−7細胞に導入した形質転換体を得た。また、図15に示すように、RLuc8のN末側にER LBDのみをつなげたプローブ(ERプローブ)を発現させるためのDNAコンストラクト構成を有するプラスミド(pER)、RLuc8のC末側にSH2ドメインのみをつなげたプローブ(RSプローブ)を発現させるためのDNAコンストラクト構成を有するプラスミド(pRS)をそれぞれ構築した。そして、構築したpER及びpRSを同時にCOS−7細胞に導入した形質転換体(ER+RS)を得た。   Next, the effect of phosphorylation of ER LBD on ERS and the effect of ERS single-molecule structure change on the change in luminescence intensity were examined. A plasmid expressing the EmRS probe, in which a mutation was introduced into Y537, which is the phosphorylation site of ER LBD, was constructed, and a transformant in which this was introduced into COS-7 cells was obtained. Further, as shown in FIG. 15, a plasmid (pER) having a DNA construct structure for expressing a probe (ER probe) in which only ER LBD is connected to the N-terminal side of RLuc8, and only the SH2 domain on the C-terminal side of RLuc8 Plasmids (pRS) having a DNA construct structure for expressing a probe (RS probe) connected to each other were constructed. And the transformant (ER + RS) which introduce | transduced the constructed pER and pRS simultaneously into the COS-7 cell was obtained.

得られた形質転換体をOHT又は0.l%DMSO(コントロール)によって刺激し、その発光強度を上記と同様の方法により測定し、比較した。結果を図14に示す。図14は、ERS、EmRS、並びにER及びRSをそれぞれ発現した形質転換体の、コントロールを1としたときの相対発光強度を示すグラフである。   The resulting transformant was transformed into OHT or 0. Stimulation was performed with 1% DMSO (control), and the luminescence intensity was measured and compared in the same manner as described above. The results are shown in FIG. FIG. 14 is a graph showing relative luminescence intensity when transforms expressing ERS, EmRS, and ER and RS, respectively, were set to 1.

図14に示すように、ERSを発現した形質転換体は、OHT刺激に対して、コントロールと比較して約3倍の発光強度を示した。一方、EmRSを発現した形質転換体は、OHT刺激に対する発光強度の増加は、コントロールと比較して約1.7倍であった。これにより、リン酸化部位を変異したEmRSにおいては、外部刺激によるER LBDとSH2ドメインとの相互作用が生じにくく、外部刺激に依存した発光量の変化が見られにくいことが示唆された。   As shown in FIG. 14, the transformant expressing ERS exhibited a luminescence intensity about 3 times that of the control with respect to the OHT stimulation. On the other hand, in the transformant expressing EmRS, the increase in luminescence intensity against OHT stimulation was about 1.7 times that in the control. This suggests that in EmRS in which the phosphorylation site is mutated, the interaction between the ER LBD and the SH2 domain due to the external stimulus is unlikely to occur, and the change in the amount of luminescence depending on the external stimulus is difficult to be seen.

また、ER及びRSを共発現する形質転換体(ER+RS)においては、OHT刺激に対して発光強度の増加が認められなかった。ここで、図16に、ER及びRSの構造を模式的に示す。図5に示すERSとを比較して、図16に示すER及びRSが共発現する形質転換体(ER+RS)においては、OHTの刺激によりSH2ドメインとER LBDとが相互作用したとしても、RLuc8に外部からの分子テンションが加わらない。したがって、RLuc8に変形、すなわち捩れが生じないので、その酵素活性部位が変形せず、発光強度が増加しなかった。   Further, in the transformant (ER + RS) co-expressing ER and RS, no increase in luminescence intensity was observed with respect to OHT stimulation. Here, the structure of ER and RS is typically shown in FIG. Compared with the ERS shown in FIG. 5, in the transformant (ER + RS) co-expressing ER and RS shown in FIG. 16, even though the SH2 domain interacts with ER LBD by OHT stimulation, RLuc8 No external molecular tension is applied. Therefore, since RLuc8 was not deformed, that is, twisted, the enzyme active site was not deformed, and the luminescence intensity did not increase.

次に、ERSにおけるリガンド選択性を調べた。図17に示す、OHT、E(17β−エストラディオール)、及びパーシャルアゴニスト(partial agonist)であるゲニステイン(Genistein)、ならびにデヒドロテストステロン(DHT:5α-dihydrotestosterone)、テストステロン(T)、及びコルチゾール(cortisol)を、リガンドとして用いた。濃度10−6Mの各リガンドを用いて、ERSを発現した形質転換体を刺激した後、上記と同様の方法により発光強度を測定し、リガンドの代わりに溶媒を用いた場合(vehicle)の発光強度と比較した。結果を図18に示す。 Next, ligand selectivity in ERS was examined. As shown in FIG. 17, OHT, E 2 (17β-estradiol), and Genistein, a partial agonist, as well as dehydrotestosterone (DHT), testosterone (T), and cortisol (cortisol). ) Was used as the ligand. After stimulating a transformant expressing ERS with each ligand at a concentration of 10 −6 M, the luminescence intensity was measured by the same method as above, and the luminescence when a solvent was used instead of the ligand (vehicle) Compared with strength. The results are shown in FIG.

図18は、ERSを発現した形質転換体の、種々のリガンド応答による発光強度を示すグラフである。ERSを発現した形質転換体は、OHT及びEに対してほぼ同等の発光強度の増加を示した。また、ゲニステインに対して、OHT及びEよりは低いが、発光強度の増加を示した。一方、DHT、テストステロン、及びコルチゾールに対しては、発光強度の増加を示さなかった。 FIG. 18 is a graph showing the luminescence intensity of the transformant expressing ERS by various ligand responses. Transformants that expressed ERS showed increased approximately equal luminous intensity relative OHT and E 2. Further, with respect to genistein, although lower than OHT and E 2, showed an increase in emission intensity. On the other hand, DHT, testosterone, and cortisol did not show an increase in luminescence intensity.

この結果から、ERSが女性ホルモン受容体に特異的なリガンド感受性を有することが示された。また、ERSがリガンドに対して感度よく応答できることが示された。   From this result, it was shown that ERS has a specific ligand sensitivity to the female hormone receptor. It was also shown that ERS can respond with high sensitivity to ligands.

〔実施例4:発光酵素と蛍光タンパク質とを組み合わせて挿入したストレインプローブの設計〕
まず、蛍光タンパク質EYFPをコードするcDNAを、RLuc8(1−234アミノ酸)をコードするcDNAのN末側に連結した。連結したcDNAに対して、そのN末側にさらにER LBDのcDNAを連結し、そのC末側にSrc SH2ドメインのcDNAを連結して、このcDNAを直鎖状に連結したキメラDNAコンストラクトを作製した(配列番号16)。作製したコンストラクトを、pcDNA 3.1(+)(Invitrogen社)にサブクローンした。
[Example 4: Design of strain probe inserted with a combination of a luminescent enzyme and a fluorescent protein]
First, cDNA encoding the fluorescent protein EYFP was ligated to the N-terminal side of cDNA encoding RLuc8 (1-234 amino acids). The ER LBD cDNA is further ligated to the N-terminal side of the ligated cDNA and the Src SH2 domain cDNA is ligated to the C-terminal side to produce a chimeric DNA construct in which this cDNA is linearly linked. (SEQ ID NO: 16). The constructed construct was subcloned into pcDNA 3.1 (+) (Invitrogen).

図19は、ストレインプローブを作製するためのプラスミド構成の一例を示す図である。図19には、EYFPのC末側にRLuc8を連結したものを挿入したストレインプローブ(EERSプローブ)を発現させるためのプラスミド(pEERS)のDNAコンストラクト構成を示す。   FIG. 19 is a diagram showing an example of a plasmid structure for preparing a strain probe. FIG. 19 shows a DNA construct structure of a plasmid (pEERS) for expressing a strain probe (EERS probe) in which RLuc8 is linked to the C-terminal side of EYFP.

次に、実施例1に示した方法と同様の方法を用いて、このプラスミドをCOS−7細胞(ATCC)に形質転換し、得られた形質転換体を用いて、OHTの存在下・非存在下それぞれにおける発光強度を測定した。結果を図20に示す。   Next, this plasmid was transformed into COS-7 cells (ATCC) using the same method as shown in Example 1, and the resulting transformant was used in the presence or absence of OHT. The emission intensity in each of the following was measured. The results are shown in FIG.

図20は、pEERSが導入された形質転換体における発光スペクトルを示すグラフである。図20に示すように、EYFP及びRLuc8を挿入したEERSプローブにおいて、OHT刺激依存的に発光強度が増加することが示された。   FIG. 20 is a graph showing an emission spectrum of a transformant introduced with pEERS. As shown in FIG. 20, it was shown that the luminescence intensity increased depending on the OHT stimulation in the EERS probe into which EYFP and RLuc8 were inserted.

この結果から、以下のことが示された。図21に示すように、リガンド(OHT)がない条件では、リガンド結合タンパク質(ER LBD)と認識タンパク質(Src SH2)とが相互作用せず、EYFPとRLuc8との間の生物発光共鳴エネルギー移動が弱いため、発光強度は弱かった。一方、リガンドにより刺激されると、リガンドがリガンド結合タンパク質に結合し、この結合を認識タンパク質が認識することにより、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質とが相互作用する。リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との相互作用は、必然的にその間に存在する発光酵素(RLuc8)及び蛍光タンパク質(EYFP)に一定の構造的な変形(ストレイン)を引き起こし、発光酵素と蛍光タンパク質との間の生物発光共鳴エネルギー移動が影響を受けることによって、発光プローブからの酵素活性度、すなわち発光総量が増加した。すなわち、EERSプローブは、その内部において発光共鳴エネルギー移動を起こすものであることが示された。   From this result, the following was shown. As shown in FIG. 21, in the absence of ligand (OHT), the ligand binding protein (ER LBD) and the recognition protein (Src SH2) do not interact, and the bioluminescence resonance energy transfer between EYFP and RLuc8 The emission intensity was weak because it was weak. On the other hand, when stimulated by a ligand, the ligand binds to the ligand binding protein, and the recognition protein recognizes this binding, whereby the ligand binding protein and the recognition protein interact. The interaction between the ligand binding protein and the recognition protein inevitably causes a certain structural deformation (strain) in the luminescent enzyme (RLuc8) and the fluorescent protein (EYFP) existing between them, and the interaction between the luminescent enzyme and the fluorescent protein. As the bioluminescence resonance energy transfer between them was affected, the enzyme activity from the luminescent probe, that is, the total amount of luminescence increased. That is, it was shown that the EERS probe causes luminescence resonance energy transfer inside.

したがって、本発明に係る発光プローブは、リガンド結合タンパク質と認識タンパク質との間に、酵素を含む2つのタンパク質分子を挿入した場合においても、リガンド依存的な酵素活性度の変化が起こり得ることが示された。   Therefore, it is shown that the luminescent probe according to the present invention can change the ligand-dependent enzyme activity even when two protein molecules including the enzyme are inserted between the ligand-binding protein and the recognition protein. It was done.

本発明に係る融合タンパク質は、発光強度が高く、設計が容易であるので、バイオ産業、医薬品産業、食品産業等の広範な分野に応用することができる。特に、診断医療分野、ナノバイオ分野、薬理作用評価分野、環境分析分野等において、好適に利用可能である。   Since the fusion protein according to the present invention has high luminescence intensity and is easy to design, it can be applied to a wide range of fields such as bio industry, pharmaceutical industry, food industry and the like. In particular, it can be suitably used in the diagnostic medical field, nanobio field, pharmacological action evaluation field, environmental analysis field, and the like.

Claims (21)

標的物質を検出する融合タンパク質であって、
前記標的物質が結合する結合部位を有する一次結合タンパク質と、
前記一次結合タンパク質に前記標的物質が結合したことを認識する二次結合タンパク質と、
前記一次結合タンパク質と前記二次結合タンパク質との間に位置する、活性型の酵素又はその前駆体とを有し、
前記一次結合タンパク質に前記標的物質が結合したことを前記二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加するものであることを特徴とする融合タンパク質。
A fusion protein for detecting a target substance,
A primary binding protein having a binding site to which the target substance binds;
A secondary binding protein that recognizes that the target substance is bound to the primary binding protein;
An active enzyme or a precursor thereof located between the primary binding protein and the secondary binding protein;
A fusion protein, which increases enzyme activity when the secondary binding protein recognizes that the target substance is bound to the primary binding protein.
前記酵素は略球形状であることを特徴とする請求項1に記載の融合タンパク質。   The fusion protein according to claim 1, wherein the enzyme has a substantially spherical shape. 前記酵素は発光酵素であり、
前記一次結合タンパク質に前記標的物質が結合したことを前記二次結合タンパク質が認識した場合に、発光量を増加させるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の融合タンパク質。
The enzyme is a luminescent enzyme;
The fusion protein according to claim 1 or 2, wherein when the secondary binding protein recognizes that the target substance has bound to the primary binding protein, the amount of luminescence is increased.
前記一次結合タンパク質と前記二次結合タンパク質との間に位置する蛍光タンパク質をさらに有することを特徴とする請求項3に記載の融合タンパク質。   The fusion protein according to claim 3, further comprising a fluorescent protein located between the primary binding protein and the secondary binding protein. 前記発光酵素は、ウミシイタケルシフェラーゼ、ガウシアルシフェラーゼ、クリックビートルルシフェラーゼ、及びホタルルシフェラーゼからなる群より選択されることを特徴とする請求項3または4に記載の融合タンパク質。   The fusion protein according to claim 3 or 4, wherein the luminescent enzyme is selected from the group consisting of Renilla luciferase, Gaussia luciferase, Crick beetle luciferase, and Firefly luciferase. 前記一次結合タンパク質は、核内受容体、サイトカイン受容体、タンパク質キナーゼ、セカンドメッセンジャー認識タンパク質、及び転写因子からなる群より選択されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の融合タンパク質。   The primary binding protein is selected from the group consisting of a nuclear receptor, a cytokine receptor, a protein kinase, a second messenger recognition protein, and a transcription factor. Fusion protein. 前記一次結合タンパク質がエストロゲン受容体のリガンド結合ドメインであり、前記二次結合タンパク質がSrcタンパク質のSH2ドメインであり、前記発光酵素がウミシイタケルシフェラーゼであることを特徴とする請求項3または4に記載の融合タンパク質。   5. The primary binding protein is a ligand binding domain of an estrogen receptor, the secondary binding protein is an SH2 domain of an Src protein, and the luminescent enzyme is a Renilla luciferase. Fusion protein. 前記一次結合タンパク質と前記酵素とを連結する第1リンカーと、前記二次結合タンパク質と前記酵素とを連結する第2リンカーとをさらに備え、
前記第1リンカー及び前記第2リンカーはそれぞれ、5アミノ酸以下のアミノ酸配列からなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の融合タンパク質。
A first linker that links the primary binding protein and the enzyme; and a second linker that links the secondary binding protein and the enzyme;
The fusion protein according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the first linker and the second linker has an amino acid sequence of 5 amino acids or less.
前記第1リンカーは、Gly−Serで表されるアミノ酸配列からなり、前記第2リンカーは、Gly−Thrで表されるアミノ酸配列からなることを特徴とする請求項8に記載の融合タンパク質。   The fusion protein according to claim 8, wherein the first linker is composed of an amino acid sequence represented by Gly-Ser, and the second linker is composed of an amino acid sequence represented by Gly-Thr. 配列番号1〜3及び13〜14のいずれか1つに示されるアミノ酸配列からなる、融合タンパク質;あるいは
配列番号1〜3及び13〜14のいずれか1つに示されるアミノ酸配列の1又は数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列からなり、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する、融合タンパク質。
A fusion protein comprising the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1-3 and 13-14; or one or several amino acid sequences shown in any one of SEQ ID NOs: 1-3, 13-14 A fusion protein comprising an amino acid sequence in which the amino acid is deleted, substituted or added, and the enzyme activity increases when the secondary binding protein recognizes that the target substance has bound to the primary binding protein.
請求項1〜10のいずれか1項に記載の融合タンパク質をコードする、ポリヌクレオチド。   A polynucleotide encoding the fusion protein according to any one of claims 1 to 10. 配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列からなる、ポリヌクレオチド;
配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列の1個又は数個の塩基配列が欠失、置換又は付加された塩基配列からなり、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質をコードする塩基配列からなる、ポリヌクレオチド;
配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質をコードする塩基配列からなる、ポリヌクレオチド;あるいは
配列番号4〜6及び15〜16のいずれかに示される塩基配列と少なくとも66%同一であり、一次結合タンパク質に標的物質が結合したことを二次結合タンパク質が認識した場合に、酵素活性度を増加する融合タンパク質をコードする塩基配列からなる、ポリヌクレオチド。
A polynucleotide comprising the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4-6 and 15-16;
It consists of a base sequence in which one or several base sequences shown in any of SEQ ID NOs: 4 to 6 and 15 to 16 are deleted, substituted or added, and the target substance is bound to the primary binding protein. A polynucleotide consisting of a base sequence encoding a fusion protein that increases enzyme activity when a secondary binding protein recognizes
Hybridization under stringent conditions with a polynucleotide consisting of a base sequence complementary to the base sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 4-6 and 15-16 indicates that the target substance has bound to the primary binding protein. A polynucleotide comprising a base sequence encoding a fusion protein that increases enzyme activity when the next binding protein is recognized; or at least 66% of the base sequence shown in any of SEQ ID NOs: 4-6 and 15-16 A polynucleotide comprising a base sequence that encodes a fusion protein that is the same and encodes a fusion protein that increases enzyme activity when a secondary binding protein recognizes that a target substance has bound to the primary binding protein.
請求項11又は12に記載のポリヌクレオチドを含んでいることを特徴とするベクター。   A vector comprising the polynucleotide according to claim 11 or 12. 請求項11又は12に記載のポリヌクレオチドを含んでいることを特徴とする形質転換体。   A transformant comprising the polynucleotide according to claim 11 or 12. 請求項13に記載のベクターを含んでいることを特徴とする形質転換体。   A transformant comprising the vector according to claim 13. 被験試料中の標的物質を検出する方法であって、
前記被験試料と、請求項1〜10のいずれか1項に記載の融合タンパク質とを接触させる工程を包含することを特徴とする方法。
A method for detecting a target substance in a test sample, comprising:
A method comprising contacting the test sample with the fusion protein according to any one of claims 1 to 10.
請求項1〜10のいずれか1項に記載の融合タンパク質を備えていることを特徴とする被験試料中の標的物質を検出するためのキット。   A kit for detecting a target substance in a test sample, comprising the fusion protein according to any one of claims 1 to 10. 請求項11又は12に記載のポリヌクレオチドを用いて細胞を形質転換する工程を包含することを特徴とするプローブの生産方法。   A method for producing a probe, comprising a step of transforming a cell using the polynucleotide according to claim 11 or 12. 請求項11又は12に記載のポリヌクレオチドを備えていることを特徴とするプローブの生産キット。   A probe production kit comprising the polynucleotide according to claim 11. 請求項13に記載のベクターを用いて細胞を形質転換する工程を包含することを特徴とするプローブの生産方法。   A method for producing a probe comprising the step of transforming a cell using the vector according to claim 13. 請求項13に記載のベクターを備えていることを特徴とするプローブの生産キット。   A probe production kit comprising the vector according to claim 13.
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