JP2011212008A - FLUORESCENT PROTEIN AND METHOD FOR MEASURING pH - Google Patents

FLUORESCENT PROTEIN AND METHOD FOR MEASURING pH Download PDF

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隆 杵渕
Mariko Murai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescent protein with a wavelength of maximum fluorescent emission which changes depending on pH and in specific pH ranges, and a method by which cell functions are measured with high accuracy using the fluorescent protein.SOLUTION: The fluorescent protein is derived from an organism belonging to Phylum Cnidaria, Class Anthozoa, Order Pennatulacea, Family Veretillidae and has a wavelength of maximum fluorescent emission which changes depending on pH. The change occurs in range between pH 4 and pH 11. Moreover, a method for measuring pH in cells using the fluorescent protein is presented.

Description

本発明は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属する生物、特にウミサボテンからの遺伝子クローニングによって得られた蛍光タンパク質の変異体、およびそれを用いた細胞機能の測定方法に関する。   The present invention relates to a mutant of a fluorescent protein obtained by gene cloning from an organism belonging to the family Cnidaria phylumenidae, and from the sea cactus, and to a method for measuring cell function using the same.

オワンクラゲ(Aequorea victoria)由来の緑色蛍光タンパク質GFP(Green Fluorescent Protein)が見出され、その遺伝子を大腸菌といった原核生物や線虫といった真核生物において発現させることで緑色の蛍光タンパク質をイメージングできるようになった。また、GFPに他のタンパク質を融合させることで、細胞内局在や発現量の変化をイメージングすることも出来る。さらに、GFPを動物個体の組織内で発現させることで、in vivoのイメージングを非侵襲的にモニタリングすることが出来る。このような性質から、GFPは一般的な細胞研究のみならず、ガンの基礎研究や治療効果のモニターといった応用研究にも用いられている。   A green fluorescent protein GFP (Green Fluorescent Protein) derived from Aequorea victoria has been found, and the green fluorescent protein can be imaged by expressing the gene in eukaryotes such as prokaryotes such as E. coli and nematodes. It was. In addition, by fusing GFP with other proteins, it is possible to image changes in intracellular localization and expression level. Furthermore, in vivo imaging can be monitored non-invasively by expressing GFP in tissue of an animal individual. Because of these properties, GFP is used not only for general cell research, but also for applied research such as basic cancer research and therapeutic effect monitoring.

オワンクラゲ由来のGFPは、自ら発色団を形成して蛍光を発する238アミノ酸からなる27kDのタンパク質である。野生型GFP(wtGFP)は、紫外光395nmに励起極大波長(470nmにマイナーピーク)をもち、509nmの緑色蛍光を発するタンパク質である。発色団は、アミノ酸配列中の64〜69番目の配列(特に65〜67番目の配列)によって形成されている。   GFP derived from Aequorea jellyfish is a 27 kD protein consisting of 238 amino acids that forms a chromophore and emits fluorescence. Wild-type GFP (wtGFP) is a protein having an excitation maximum wavelength at 395 nm in ultraviolet light (minor peak at 470 nm) and emitting green fluorescence at 509 nm. The chromophore is formed by the 64th to 69th sequence (particularly the 65th to 67th sequence) in the amino acid sequence.

また、種々のGFPタンパク質変異体が作製されている。例えば、アミノ酸配列中の65番目のセリンをスレオニンに置換したS65T変異体は、励起極大波長が490nmと長波長側にシフトしており、wtGFPよりも数倍強い蛍光を発する。また、205番目のスレオニンを芳香族アミノ酸に置換した変異体は、蛍光波長が長波長側にシフトするため黄色蛍光タンパク質として利用できる。さらに、66番目のチロシンを芳香族アミノ酸に置換した変異体は、蛍光波長が短波長側にシフトするため青色蛍光タンパク質として利用できる。その後も様々なGFPタンパク質の改変が行われ、現在までに、より明るい蛍光やタンパク質の安定性、溶解度を高める工夫などが加えられた数多くの変異体が作製されている。   In addition, various GFP protein variants have been produced. For example, the S65T mutant in which the 65th serine in the amino acid sequence is substituted with threonine has an excitation maximum wavelength shifted to 490 nm and a longer wavelength side, and emits fluorescence several times stronger than wtGFP. Moreover, the mutant in which the 205th threonine is substituted with an aromatic amino acid can be used as a yellow fluorescent protein because the fluorescence wavelength shifts to the longer wavelength side. Furthermore, the mutant in which the 66th tyrosine is substituted with an aromatic amino acid can be used as a blue fluorescent protein because the fluorescence wavelength shifts to the short wavelength side. Since then, various GFP proteins have been modified, and so far, many mutants with brighter fluorescence, protein stability, and a device for improving solubility have been prepared.

クロンテック社のEGFP(Enhanced Green Fluorescent Protein)は、発色団のアミノ酸置換(P64L、S65T等)に加え、哺乳類細胞や植物での翻訳効率を高める目的でヒトのコドン使用頻度に合わせて塩基配列が最適化されており、塩基配列としては190箇所以上の変異が導入されている。さらに、蛍光色の変異体EBFP(Blue)(Y66Hのアミノ酸置換等)、ECFP(Cyan)(Y66Wのアミノ酸置換等)およびEYFP(Yellow)(T203Yのアミノ酸置換等)は、ヒトのコドン使用頻度に合わせた塩基配列の最適化も行われた上で、EGFPとは異なる蛍光色にて観察できる変異体として同社から入手可能である。   Clontech's EGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein) is optimized for human codon usage in order to increase translation efficiency in mammalian cells and plants in addition to chromophore amino acid substitution (P64L, S65T, etc.) More than 190 mutations have been introduced in the base sequence. In addition, fluorescent color variants EBFP (Blue) (Y66H amino acid substitution, etc.), ECFP (Cyan) (Y66W amino acid substitution, etc.) and EYFP (Yellow) (T203Y amino acid substitution, etc.) In addition to optimization of the combined base sequence, it is available from the company as a mutant that can be observed with a fluorescent color different from that of EGFP.

非特許文献1には、オワンクラゲGFPに変異(65番目のセリンをスレオニンに、48番目のシステインをセリンに、148番目のヒスチジンをシステインに、203番目のスレオニンをシステインにそれぞれ置換する変異)を導入して、pH依存的に蛍光波長が変化する変異体を得たことを開示している。当該変異体は、pH7付近の前後で吸収スペクトルの傾向が変化し、それより酸性側では400nm付近における吸収が増大し、アルカリ性側では500nm付近の吸収が増大する。この吸収スペクトルの変化に依存して、pH7より酸性側では460nm付近の蛍光強度が、アルカリ性側では510nm付近の蛍光強度が増加する。非特許文献1は、この性質による細胞内センサーとしての有用性を示している。   Non-Patent Document 1 introduces a mutation in Aequorea GFP (mutation that replaces the 65th serine with threonine, the 48th cysteine with serine, the 148th histidine with cysteine, and the 203rd threonine with cysteine). Thus, it is disclosed that a mutant whose fluorescence wavelength changes depending on pH is obtained. In the mutant, the tendency of the absorption spectrum changes around pH 7, and the absorption near 400 nm increases on the acidic side, and the absorption near 500 nm increases on the alkaline side. Depending on the change in the absorption spectrum, the fluorescence intensity near 460 nm increases on the acidic side from pH 7, and the fluorescence intensity near 510 nm increases on the alkaline side. Non-Patent Document 1 shows the usefulness of this property as an intracellular sensor.

Green Fluorescent Protein Variants as Rationmetric Dual Emission pH Sensors. 1. Structural Characterization and Preliminary Application. Hanson GT., McAnaney TB., Park ES., Rendell MEP., Yarbrough DK., Chu S., Xi L., Boxer SG., Montrose MH., and Remington SJ. Biochemistry 2002, 41, 15477-15488.Green Fluorescent Protein Variants as Rationmetric Dual Emission pH Sensors. 1. Structural Characterization and Preliminary Application. Hanson GT., McAnaney TB., Park ES., Rendell MEP., Yarbrough DK., Chu S., Xi L., Boxer SG. , Montrose MH., And Remington SJ. Biochemistry 2002, 41, 15477-15488.

本発明の目的は、pH依存的に蛍光極大波長が変化する蛍光タンパク質であって、その変化が特定のpHにおいて生じる蛍光タンパク質、および当該蛍光タンパク質を利用した精度の高い細胞機能の測定方法を提供することにある。   An object of the present invention is a fluorescent protein whose fluorescence maximum wavelength changes in a pH-dependent manner, the fluorescent protein in which the change occurs at a specific pH, and a highly accurate measurement method of cell function using the fluorescent protein There is to do.

本発明の実施態様によれば、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来し、pH依存的に蛍光極大波長が変化する蛍光タンパク質であって、当該変化がpH4とpH11との間において生じる蛍光タンパク質が提供される。   According to an embodiment of the present invention, it is a fluorescent protein derived from an organism belonging to the cnidarian genus Coleoptera Umellaidae, and whose fluorescence maximum wavelength changes in a pH-dependent manner, the change being pH 4 and pH 11 Fluorescent proteins occurring between are provided.

また、そのような蛍光タンパク質を対象に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法が提供される。   In addition, a method for introducing such a fluorescent protein into a subject and measuring the pH inside the subject based on the fluorescence emitted from the fluorescent protein is provided.

本発明により、pH依存的に蛍光極大波長が変化する蛍光タンパク質であって、当該変化がpH4とpH11との間において生じる、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物(例えば、ウミサボテン)由来の蛍光タンパク質が提供され、さらに、このような蛍光タンパク質を用いた、細胞内および細胞内小器官等の精度の高いpH測定方法が提供される。   According to the present invention, a fluorescent protein having a fluorescence maximum wavelength that changes in a pH-dependent manner, wherein the change occurs between pH 4 and pH 11, an organism belonging to the family Cnidaria phytoseiidae, Camiaceae (for example, cactus) ) -Derived fluorescent protein, and a method for measuring pH with high accuracy in cells and intracellular organelles using such a fluorescent protein.

この蛍光タンパク質を用いることによって、2波長励起2波長蛍光または1波長励起2波長蛍光の測定が可能となり、さらに、pHの変化を相対的な蛍光強度の比として計測することが可能となる。そのため、異なった実験条件下における蛍光強度の絶対的な差異をキャンセルでき、種々のデータを互いに比較することができる。   By using this fluorescent protein, it is possible to measure two-wavelength excitation two-wavelength fluorescence or one-wavelength excitation two-wavelength fluorescence, and it is possible to measure a change in pH as a relative fluorescence intensity ratio. Therefore, the absolute difference in fluorescence intensity under different experimental conditions can be canceled and various data can be compared with each other.

388nmで励起した場合の各pHにおけるS147A変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of S147A mutant at each pH when excited at 388 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 450nmで励起した場合の各pHにおけるS147A変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of S147A mutant at each pH when excited at 450 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 各pHにおけるS147A変異体の吸収スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:吸光度(任意単位))。Absorption spectrum of S147A mutant at each pH (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: absorbance (arbitrary unit)). 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質およびC154S変異体の会合状態をSDS−PAGEにより比較した図。The figure which compared the association state of wild type cactus fluorescent protein and C154S mutant by SDS-PAGE. 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質、C154S変異体および2種の温度安定化変異体を大腸菌で発現させたときの蛍光を示す図。The figure which shows the fluorescence when wild type cactus fluorescent protein, C154S mutant, and two temperature stabilization mutants were expressed in E. coli. 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質および温度安定化変異体の会合状態のゲルろ過法による分析結果。The analysis result by the gel filtration method of the association state of wild type cactus fluorescent protein and a temperature stabilization mutant. 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質とS147A変異体とのpH依存性に関する比較を示す図。The figure which shows the comparison regarding the pH dependence of wild type cactus fluorescent protein and a S147A mutant. 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質を発現させたU2OS細胞の明視野像(a)、pH=7における蛍光像(b)およびpH=4における蛍光像(c)、ならびに、bおよびcの蛍光スペクトル(d)。Bright field image of U2OS cells expressing wild type cactus fluorescent protein (a), fluorescent image at pH = 7 (b) and fluorescent image at pH = 4 (c), and fluorescence spectra of b and c (d) . 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質を発現させた大腸菌がRAW細胞に貪食される状態を示す蛍光像。The fluorescence image which shows the state by which the colon_bacillus | E._coli which expressed wild type cactus fluorescent protein is phagocytosed by a RAW cell. RAW細胞に貪食される前後の野生型ウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光スペクトルおよび蛍光強度比を示す表。The table | surface which shows the fluorescence spectrum and fluorescence intensity ratio of the wild type cactus fluorescent protein before and behind being phagocytosed by a RAW cell. 388nmで励起した場合の各pHにおけるS147T変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of S147T mutant at each pH when excited at 388 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 450nmで励起した場合の各pHにおけるS147T変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of S147T mutant at each pH when excited at 450 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 各pHにおけるS147T変異体の吸収スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:吸光度(任意単位))。Absorption spectrum of S147T mutant at each pH (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: absorbance (arbitrary unit)). 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質とS147T変異体とのpH依存性に関する比較を示す図。The figure which shows the comparison regarding the pH dependence of a wild type cactus fluorescent protein and S147T mutant. 388nmで励起した場合の各pHにおけるS147G変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of S147G mutant at each pH when excited at 388 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 450nmで励起した場合の各pHにおけるS147G変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。The fluorescence spectrum of the S147G mutant at each pH when excited at 450 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 各pHにおけるS147G変異体の吸収スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:吸光度(任意単位))。Absorption spectrum of S147G mutant at each pH (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: absorbance (arbitrary unit)). 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質とS147G変異体とのpH依存性に関する比較を示す図。The figure which shows the comparison regarding the pH dependence of wild type cactus fluorescent protein and a S147G mutant. 388nmで励起した場合の各pHにおけるS147C変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of S147C mutant at each pH when excited at 388 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 450nmで励起した場合の各pHにおけるS147C変異体の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of S147C mutant at each pH when excited at 450 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 各pHにおけるS147C変異体の吸収スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:吸光度(任意単位))。Absorption spectrum of S147C variant at each pH (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: absorbance (arbitrary unit)). 野生型ウミサボテン蛍光タンパク質とS147C変異体とのpH依存性に関する比較を示す図。The figure which shows the comparison regarding the pH dependence of wild type cactus fluorescent protein and S147C mutant.

<蛍光タンパク質>
本発明は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来し、pH依存的に蛍光極大波長が変化する蛍光タンパク質であって、当該変化がpH4とpH11との間において生じる蛍光タンパク質に関する。
<Fluorescent protein>
The present invention relates to a fluorescent protein having a fluorescence maximum wavelength that changes in a pH-dependent manner and is generated between an organism belonging to the family Cnidaria genus Coleoptera, and from which the change occurs between pH 4 and pH 11. It relates to protein.

本発明の蛍光タンパク質はpH依存的に蛍光極大波長が変化する。特に、この変化はpH4からpH11の間において生じる。すなわち、たとえばpH3付近の環境に置かれた場合に発する蛍光の極大波長と、たとえばpH12付近の環境に置かれた場合に発する蛍光の極大波長とが異なり、それらを区別することができる。本発明の蛍光タンパク質が有する蛍光特性を言い換えれば、蛍光極大波長が変化する点を「変化点」と称した場合、変化点より大きなpHの環境下で蛍光を発し、さらに、変化点より小さなpHの環境下においても前記蛍光の波長とは異なる波長の蛍光を発することができる。このため、本発明の蛍光タンパク質は、環境中のpHの指標として利用することができる。特に、本発明の蛍光タンパク質は変化点がアルカリ性側にある場合、主にアルカリ性側におけるpH変化の測定に利用できる。   The fluorescent maximum wavelength of the fluorescent protein of the present invention changes depending on pH. In particular, this change occurs between pH 4 and pH 11. That is, for example, the maximum wavelength of fluorescence emitted when placed in an environment near pH 3 is different from the maximum wavelength of fluorescence emitted when placed in an environment near pH 12, for example, and can be distinguished from each other. In other words, when the fluorescent property of the fluorescent protein of the present invention is referred to as the “change point”, the point at which the fluorescence maximum wavelength changes is referred to as “fluorescence” in an environment with a pH greater than the change point, and the pH lower than the change point. Even in such an environment, it is possible to emit fluorescence having a wavelength different from that of the fluorescence. For this reason, the fluorescent protein of the present invention can be used as an indicator of pH in the environment. In particular, when the change point is on the alkaline side, the fluorescent protein of the present invention can be used mainly for measurement of pH change on the alkaline side.

上記変化点は、上記の通りpH4とpH11との間に存在し、好ましくは、pH5とpH11との間、pH5とpH10との間またはpH6とpH10との間に存在する。更に好ましくは、変化点は、pH9とpH10との間に存在し、更にはpH9.1とpH9.9との間、pH9.2とpH9.8との間、pH9.3とpH9.7との間またはpH9.4とpH9.6との間に存在し、あるいは変化点は好ましくはpH9.5である。また、変化点は、pH6付近に存在し、例えばpH5.5からpH6.5の間、pH5.6からpH6.4の間、pH5.7からpH6.3の間、pH5.8からpH6.2の間またはpH5.9からpH6.1の間に存在する。また、変化点は、pH7とpH8との間に存在し、更にはpH7.1とpH7.9との間、pH7.2とpH7.8との間、pH7.3とpH7.7との間またはpH7.4とpH7.6との間に存在し、あるいは変化点は好ましくはpH7.5である。また、変化点は、pH9付近に存在し、例えばpH8.5からpH9.5の間、pH8.6からpH9.4の間、pH8.7からpH9.3の間、pH8.8からpH9.2の間またはpH8.9からpH9.1の間に存在する。   The change point is present between pH 4 and pH 11, as described above, preferably between pH 5 and pH 11, between pH 5 and pH 10, or between pH 6 and pH 10. More preferably, the point of change exists between pH 9 and pH 10, and further between pH 9.1 and pH 9.9, between pH 9.2 and pH 9.8, pH 9.3 and pH 9.7. Or between pH 9.4 and pH 9.6, or the point of change is preferably pH 9.5. The change point exists in the vicinity of pH 6, for example, between pH 5.5 and pH 6.5, between pH 5.6 and pH 6.4, between pH 5.7 and pH 6.3, and between pH 5.8 and pH 6.2. Or between pH 5.9 and pH 6.1. The change point exists between pH 7 and pH 8, and further between pH 7.1 and pH 7.9, between pH 7.2 and pH 7.8, and between pH 7.3 and pH 7.7. Or it exists between pH 7.4 and pH 7.6, or the change point is preferably pH 7.5. The change point exists near pH 9, for example, between pH 8.5 and pH 9.5, between pH 8.6 and pH 9.4, between pH 8.7 and pH 9.3, and between pH 8.8 and pH 9.2. Or between pH 8.9 and pH 9.1.

本発明の蛍光タンパク質は、変化が生じるpHより低いpHにおいて青色の蛍光を発し、変化が生じるpHより高いpHにおいて緑色の蛍光を発する。   The fluorescent protein of the present invention emits blue fluorescence at a pH lower than the pH at which the change occurs, and emits green fluorescence at a pH higher than the pH at which the change occurs.

本発明の蛍光タンパク質は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来する。例えば、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属すカベルヌラリア・オベサ(Cavernularia obesa)(和名:ウミサボテン)に由来する。したがって、未だ分類されていない生物または未発見の生物であっても、それが後に刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属すとされ、且つ、それから得られる蛍光タンパク質が上述のような蛍光活性を持てば、本発明に含まれる。なお、ここにいう「由来する」とは、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物が有する野生型の蛍光タンパク質に加えて、その変異体をも含むことを意味する。   The fluorescent protein of the present invention is derived from an organism belonging to the family Clematozoa phytoseiidae, Uridaeidae. For example, it is derived from Cavernularia obesa (Japanese name: Cypridina) belonging to the family Clematozoa phytoseiidae. Therefore, even if it is an organism that has not yet been classified or has not yet been discovered, it is later considered to belong to the cnidarian genus Coleoptera Umiellaceae, and the fluorescent protein obtained therefrom is a fluorescent protein as described above. Any activity can be included in the present invention. As used herein, “derived from” means that in addition to a wild-type fluorescent protein possessed by an organism belonging to the family Cleoptera: Hymenoptera Umiellae, the mutant is also included.

<S147A変異>
本発明の蛍光タンパク質の好ましい例は、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質である。この蛍光タンパク質は、カベルヌラリア・オベサが発現する野生型のウミサボテン蛍光タンパク質に対し、複数のアミノ酸を置換する変異を加えたものである。具体的には、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有する野生型の蛍光タンパク質に対し、変化点がアルカリ性側にシフトする変異(即ち、147番目のセリンをアラニンに置換)のほかに、単量体化する変異(即ち、154番目のシステインをセリンに置換)および37℃において安定化する変異(即ち、129番目のセリンをグリシンに、156番目のアスパラギン酸をグリシンに、204番目のリジンをイソロイシンにおよび209番目のアスパラギンをチロシンにそれぞれ置換)を加えている。本願では、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質のことを、「S147A変異型蛍光タンパク質」、「S147A変異型ウミサボテン蛍光タンパク質」または「S147A変異体」等と称する。
<S147A mutation>
A preferred example of the fluorescent protein of the present invention is a fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. This fluorescent protein is obtained by adding a mutation for substituting a plurality of amino acids to a wild-type sea cactus fluorescent protein expressed by Caberularia obesa. Specifically, with respect to the wild-type fluorescent protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, in addition to the mutation in which the change point is shifted to the alkaline side (that is, the 147th serine is replaced with alanine), Mutation to form (ie, 154th cysteine is replaced with serine) and stabilization at 37 ° C. (ie, 129th serine is glycine, 156th aspartic acid is glycine, 204th lysine is isoleucine) And 209th asparagine is substituted with tyrosine). In the present application, the fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is referred to as “S147A mutant fluorescent protein”, “S147A mutant blue cactus fluorescent protein”, “S147A mutant” or the like.

図1および2には、S147A変異体の蛍光スペクトルが示される。図1は、pH4から11の各段階において、388nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。一方、図2は、pH8から11の各段階において、450nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。図1より、388nmの励起光を照射した場合、測定した何れのpHにおいても462nm付近を蛍光極大波長とする蛍光を発することがわかる。但し、pHが異なると蛍光強度も大きく異なり、pHが11から下がるにつれて462nmの光の強度が上昇し、pH5のときに最高となり、pH4にて下降している。また、図2により、450nmの励起光を照射した場合、測定した何れのpHにおいても509nm付近を蛍光極大波長とする蛍光を発することがわかる。但し、pHの違いによる蛍光強度の変化が大きく、pH8および9における蛍光強度と比較して、pH10および11における蛍光強度は大きく上昇している。なお、図2による450nm励起の蛍光スペクトルには、pH8〜11における測定結果のみを示しているが、pH4〜7における測定では蛍光がほとんど検出されなかったため表示を省略している。   1 and 2 show the fluorescence spectra of the S147A mutant. FIG. 1 shows a fluorescence spectrum when irradiated with excitation light of 388 nm at each stage of pH 4 to 11. On the other hand, FIG. 2 shows the fluorescence spectrum when irradiated with excitation light of 450 nm at each stage from pH 8 to 11. From FIG. 1, it can be seen that when excitation light of 388 nm is irradiated, fluorescence having a fluorescence maximum wavelength near 462 nm is emitted at any measured pH. However, when the pH is different, the fluorescence intensity is also greatly different. As the pH is lowered from 11, the intensity of light at 462 nm increases, reaches a maximum at pH 5, and decreases at pH 4. Further, FIG. 2 shows that when the excitation light of 450 nm is irradiated, the fluorescence having the maximum fluorescence wavelength near 509 nm is emitted at any measured pH. However, the change in fluorescence intensity due to the difference in pH is large, and the fluorescence intensity at pH 10 and 11 is greatly increased as compared with the fluorescence intensity at pH 8 and 9. In addition, although only the measurement result in pH 8-11 is shown in the fluorescence spectrum of 450 nm excitation by FIG. 2, since fluorescence was hardly detected in the measurement in pH 4-7, the display is abbreviate | omitted.

図3には、S147A変異体の、pH4から11の各段階における吸収スペクトルが示される。pH4から7の環境下では、当該蛍光タンパク質は392nm付近に高い吸収ピークを有するものの、502nm付近においてはほとんどピークを有さない。pH8および9では、392nm付近に高い吸収ピークを有し、さらに502nm付近においてもやや高い吸収ピークを有する。pH10および11の環境下では、392nm付近ではその他のpHの場合と比較して低い吸収ピークを有するが、502nm付近において高い吸収ピークを有する。図1から3の結果から、462nmピークの蛍光は、主に392nmピークの励起光によって発せられることがわかる。一方、509nmピークの蛍光は、502nmピークの励起光によって発せられるが、392nmピークの励起光によっても発せられることがわかる。   FIG. 3 shows the absorption spectra of the S147A mutant at each stage from pH 4 to 11. In an environment of pH 4 to 7, the fluorescent protein has a high absorption peak near 392 nm, but hardly has a peak near 502 nm. At pH 8 and 9, it has a high absorption peak in the vicinity of 392 nm, and further has a slightly high absorption peak in the vicinity of 502 nm. Under the environment of pH 10 and 11, it has a lower absorption peak at around 392 nm than at other pH, but has a high absorption peak at around 502 nm. From the results of FIGS. 1 to 3, it can be seen that the fluorescence at the 462 nm peak is emitted mainly by the excitation light at the 392 nm peak. On the other hand, the fluorescence having the 509 nm peak is emitted by the excitation light having the 502 nm peak, but is also emitted by the excitation light having the 392 nm peak.

さらに、図7には、pH依存的な蛍光波長の変化に関して、S147A変異体と野生型ウミサボテン蛍光タンパク質との比較を示す。蛍光タンパク質を含む溶液を、それぞれの蛍光タンパク質について8種作製した。この8種の溶液のpHは4〜11の間で異なるように調整されている。これらを並べて365nmの励起光を照射して、生じる蛍光を撮影した。図7は、この撮影した画像をモノクロで示したものである。図中、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質をWild CoGFPと示し(上段)、S147A変異体をS147A Mutantと示す(下段)。カラーで得られた画像によると、野生型では、pH4において溶液は青色の光を発し、pH6およびそれより高いpHにおいて緑色の光を発し、pH5において中間的な光を発している。すなわち、野生型ではpH5前後において蛍光極大波長が変化する。一方、S147A変異体では、pH9およびそれより低いpHにおいて青色の光を発し、pH10および11において緑色の光を発している。すなわち、S147A変異体ではpH9とpH10との間において蛍光極大波長が変化する。   Further, FIG. 7 shows a comparison between the S147A mutant and the wild-type cactus fluorescent protein with respect to the pH-dependent change in fluorescence wavelength. Eight types of solutions containing fluorescent proteins were prepared for each fluorescent protein. The pH of these eight solutions is adjusted to be different between 4-11. These were arranged and irradiated with excitation light of 365 nm, and the resulting fluorescence was photographed. FIG. 7 shows the captured image in monochrome. In the figure, the wild type cactus fluorescent protein is shown as Wild CoGFP (upper), and the S147A mutant is shown as S147A Mutant (lower). According to the image obtained in color, in the wild type, the solution emits blue light at pH 4, green light at pH 6 and higher, and intermediate light at pH 5. That is, in the wild type, the fluorescence maximum wavelength changes around pH 5. On the other hand, the S147A mutant emits blue light at pH 9 and lower pH, and emits green light at pH 10 and 11. That is, in the S147A mutant, the fluorescence maximum wavelength changes between pH 9 and pH 10.

<S147T変異>
本発明の蛍光タンパク質の好ましい例は、配列番号42で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質である。この蛍光タンパク質は、カベルヌラリア・オベサが発現する野生型のウミサボテン蛍光タンパク質に対し、複数のアミノ酸を置換する変異を加えたものである。具体的には、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有する野生型の蛍光タンパク質に対し、変化点がアルカリ性側にシフトする変異(即ち、147番目のセリンをスレオニンに置換)のほかに、単量体化する変異(即ち、154番目のシステインをセリンに置換)および37℃において安定化する変異(即ち、129番目のセリンをグリシンに、156番目のアスパラギン酸をグリシンに、204番目のリジンをイソロイシンにおよび209番目のアスパラギンをチロシンにそれぞれ置換)を加えている。本願では、配列番号42で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質のことを、「S147T変異型蛍光タンパク質」、「S147T変異型ウミサボテン蛍光タンパク質」または「S147T変異体」等と称する。
<S147T mutation>
A preferred example of the fluorescent protein of the present invention is a fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 42. This fluorescent protein is obtained by adding a mutation for substituting a plurality of amino acids to a wild-type sea cactus fluorescent protein expressed by Caberularia obesa. Specifically, the wild-type fluorescent protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 has a mutation in which the change point is shifted to the alkaline side (that is, the 147th serine is replaced with threonine). Mutation to form (ie, 154th cysteine is replaced with serine) and stabilization at 37 ° C. (ie, 129th serine is glycine, 156th aspartic acid is glycine, 204th lysine is isoleucine) And 209th asparagine is substituted with tyrosine). In the present application, the fluorescent protein containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 42 is referred to as “S147T mutant fluorescent protein”, “S147T mutant cactus fluorescent protein”, “S147T mutant”, or the like.

図11aおよび図11bには、S147T変異体の蛍光スペクトルが示される。図11aは、pH4から11の各段階において、388nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。一方、図11bは、pH4から11の各段階において、450nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。図11aより、388nmの励起光を照射した場合、各pHにおいて460nm付近のピークと507nm付近のピークとからなるスペクトルが得られた。但し、pH4からpH7では460nm付近のピークの方がより強い蛍光強度を示し、pH8からpH11では507nm付近のピークの方がより強い蛍光強度を示した。また、図11bによると、450nmの励起光を照射した場合、測定した何れのpHにおいても507nm付近に主要なピークが得られた。但し、pHの違いによる蛍光強度の変化が大きく、pHが下がるに従って、蛍光強度は減少した。   Figures 11a and 11b show the fluorescence spectra of the S147T mutant. FIG. 11a shows fluorescence spectra when irradiated with excitation light of 388 nm at each stage from pH 4 to 11. FIG. On the other hand, FIG. 11b shows the fluorescence spectrum when irradiated with excitation light of 450 nm at each stage from pH 4 to 11. From FIG. 11a, when the excitation light of 388 nm was irradiated, a spectrum composed of a peak near 460 nm and a peak near 507 nm was obtained at each pH. However, from pH 4 to pH 7, the peak around 460 nm showed stronger fluorescence intensity, and from pH 8 to pH 11 the peak around 507 nm showed stronger fluorescence intensity. Moreover, according to FIG. 11b, when the excitation light of 450 nm was irradiated, a main peak was obtained in the vicinity of 507 nm at any measured pH. However, the change in fluorescence intensity due to the difference in pH was large, and the fluorescence intensity decreased as the pH decreased.

図11cには、S147T変異体の、pH4から11の各段階における吸収スペクトルが示される。pH4から7では、389nm付近と499nm付近とに主要な2つのピークが得られた。特に、pH4および5では389nm付近のピークの方が499nm付近のピークと比較して吸収が大きく、pH6ではそれらのピークにおける吸収が同程度となり、pH7では499nm付近のピークにおける吸収の方が大きい。さらに、pH8からpH11では、389nm付近での吸収ピークはほとんど消失し、499nm付近にて大きな吸収を示した。図11a−cの結果から、460nmピークの蛍光は、主に389nm付近のピークの励起光によって発せられることがわかる。一方、507nmピークの蛍光は、主に499nm付近のピークの励起光によって発せられるが、389nm付近のピークの励起光によっても発せられることがわかる。   FIG. 11 c shows the absorption spectrum of the S147T mutant at each stage from pH 4 to 11. At pH 4 to 7, two main peaks were obtained around 389 nm and 499 nm. In particular, at pH 4 and 5, the peak near 389 nm has a larger absorption than the peak near 499 nm, the absorption at those peaks is about the same at pH 6, and the absorption at the peak near 499 nm is larger at pH 7. Furthermore, from pH 8 to pH 11, the absorption peak near 389 nm almost disappeared, and a large absorption was observed near 499 nm. From the results of FIGS. 11a to 11c, it can be seen that the fluorescence at the 460 nm peak is emitted mainly by the excitation light having the peak near 389 nm. On the other hand, it can be seen that the fluorescence having a peak at 507 nm is emitted mainly by excitation light having a peak near 499 nm, but is also emitted by excitation light having a peak near 389 nm.

さらに、図12には、pH依存的な蛍光波長の変化に関して、S147T変異体と野生型ウミサボテン蛍光タンパク質との比較を示す。蛍光タンパク質を含む溶液を、それぞれの蛍光タンパク質について8種作製した。この8種の溶液のpHは4〜11の間で異なるように調整されている。これらを並べて365nmの励起光を照射して、生じる蛍光を撮影した。図12は、この撮影した画像をモノクロで示したものである。図中、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質をWild CoGFPと示し(上段)、S147T変異体をS147T Mutantと示す(下段)。カラーで得られた画像によると、野生型では、pH4において溶液は青色の光を発し、pH6およびそれより高いpHにおいて緑色の光を発し、pH5において中間的な光を発している。すなわち、野生型ではpH5前後において蛍光極大波長が変化する。一方、S147T変異体では、pH4および5において青色の光を発し、pH7以上において緑色の光を発し、pH6付近において中間的な光を発している。すなわち、S147T変異体ではpH6付近において蛍光極大波長が変化する。   Furthermore, FIG. 12 shows a comparison between the S147T mutant and the wild-type cactus fluorescent protein with respect to the pH-dependent change in fluorescence wavelength. Eight types of solutions containing fluorescent proteins were prepared for each fluorescent protein. The pH of these eight solutions is adjusted to be different between 4-11. These were arranged and irradiated with excitation light of 365 nm, and the resulting fluorescence was photographed. FIG. 12 shows the captured image in monochrome. In the figure, the wild type cactus fluorescent protein is indicated as Wild CoGFP (upper), and the S147T mutant is indicated as S147T Mutant (lower). According to the image obtained in color, in the wild type, the solution emits blue light at pH 4, green light at pH 6 and higher, and intermediate light at pH 5. That is, in the wild type, the fluorescence maximum wavelength changes around pH 5. On the other hand, the S147T mutant emits blue light at pH 4 and 5, emits green light at pH 7 or higher, and emits intermediate light near pH 6. That is, in the S147T mutant, the fluorescence maximum wavelength changes around pH 6.

<S147G変異>
本発明の蛍光タンパク質の好ましい例は、配列番号46で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質である。この蛍光タンパク質は、カベルヌラリア・オベサが発現する野生型のウミサボテン蛍光タンパク質に対し、複数のアミノ酸を置換する変異を加えたものである。具体的には、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有する野生型の蛍光タンパク質に対し、変化点がアルカリ性側にシフトする変異(即ち、147番目のセリンをグリシンに置換)のほかに、単量体化する変異(即ち、154番目のシステインをセリンに置換)および37℃において安定化する変異(即ち、129番目のセリンをグリシンに、156番目のアスパラギン酸をグリシンに、204番目のリジンをイソロイシンにおよび209番目のアスパラギンをチロシンにそれぞれ置換)を加えている。本願では、配列番号46で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質のことを、「S147G変異型蛍光タンパク質」、「S147G変異型ウミサボテン蛍光タンパク質」または「S147G変異体」等と称する。
<S147G mutation>
A preferred example of the fluorescent protein of the present invention is a fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 46. This fluorescent protein is obtained by adding a mutation for substituting a plurality of amino acids to a wild-type sea cactus fluorescent protein expressed by Caberularia obesa. Specifically, with respect to the wild-type fluorescent protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, in addition to the mutation in which the change point is shifted to the alkaline side (that is, the 147th serine is replaced with glycine), Mutation to form (ie, 154th cysteine is replaced with serine) and stabilization at 37 ° C. (ie, 129th serine is glycine, 156th aspartic acid is glycine, 204th lysine is isoleucine) And 209th asparagine is substituted with tyrosine). In the present application, the fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 46 is referred to as “S147G mutant fluorescent protein”, “S147G mutant cactus fluorescent protein”, “S147G mutant” or the like.

図13aおよび図13bには、S147G変異体の蛍光スペクトルが示される。図13aは、pH4から11の各段階において、388nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。一方、図13bは、pH4から11の各段階において、450nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。図13aより、388nmの励起光を照射した場合、pH4からpH9では、主に460nm付近に高いピークを有することがわかる。一方、pH10および11では、460nm付近にもピークはあるものの、それよりもやや高いピークが506nm付近に見られる。但し、pH10および11における蛍光強度は、それ以外のpHと比較して全体的に小さい。図13bによると、450nmの励起光を照射した場合、pH5から11において506nm付近に主要なピークを有することがわかる。但し、pHの違いによる蛍光強度の変化が大きく、pH10および11において高い強度を示し、pHが下がるに従って蛍光強度は小さくなっている。   Figures 13a and 13b show the fluorescence spectra of the S147G mutant. FIG. 13a shows the fluorescence spectrum when irradiated with excitation light of 388 nm at each stage from pH 4 to 11. FIG. On the other hand, FIG. 13 b shows the fluorescence spectrum when irradiated with excitation light of 450 nm at each stage from pH 4 to 11. From FIG. 13a, it can be seen that when 388 nm excitation light is irradiated, pH 4 to pH 9 has a high peak mainly in the vicinity of 460 nm. On the other hand, at pH 10 and 11, although there is a peak near 460 nm, a slightly higher peak is seen near 506 nm. However, the fluorescence intensity at pH 10 and 11 is generally small compared with other pH values. According to FIG. 13 b, it can be seen that when the excitation light of 450 nm is irradiated, it has a main peak around 506 nm at pH 5 to 11. However, the change in fluorescence intensity due to the difference in pH is large, high intensity is shown at pH 10 and 11, and the fluorescence intensity decreases as the pH decreases.

図13cには、S147G変異体の、pH4から11の各段階における吸収スペクトルが示される。pH4から6の環境下では、当該蛍光タンパク質は394nm付近に高い吸収ピークを有するものの、495nm付近においてはほとんどピークを有さない。pH7から9においては、394nm付近と495nm付近との両方において吸収ピークを有するが、pHが大きくなるほど、394nm付近のピークが小さくなり、495nm付近のピークが大きくなっている。pH10および11においては、394nm付近のピークはほとんど消失しており、495nm付近に大きなピークを有する。図13a−cの結果から、460nm付近のピークの蛍光は、主に394nm付近のピークの励起光によって発せられることがわかる。一方、506nm付近のピークの蛍光は、495nm付近のピークの励起光によって発せられるが、394nm付近のピークの励起光によっても発せられることがわかる。   FIG. 13 c shows the absorption spectrum of the S147G mutant at each stage from pH 4 to 11. In an environment of pH 4 to 6, the fluorescent protein has a high absorption peak around 394 nm, but has almost no peak around 495 nm. pH 7 to 9 have absorption peaks near both 394 nm and 495 nm, but as pH increases, the peak near 394 nm decreases and the peak near 495 nm increases. At pH 10 and 11, the peak around 394 nm has almost disappeared and has a large peak around 495 nm. From the results of FIGS. 13a to 13c, it can be seen that the fluorescence at the peak near 460 nm is emitted mainly by the excitation light at the peak near 394 nm. On the other hand, it can be seen that the peak fluorescence near 506 nm is emitted by the excitation light having a peak near 495 nm, but is also emitted by the excitation light having a peak near 394 nm.

さらに、図14には、pH依存的な蛍光波長の変化に関して、S147G変異体と野生型ウミサボテン蛍光タンパク質との比較を示す。蛍光タンパク質を含む溶液を、それぞれの蛍光タンパク質について8種作製した。この8種の溶液のpHは4〜11の間で異なるように調整されている。これらを並べて365nmの励起光を照射して、生じる蛍光を撮影した。図14は、この撮影した画像をモノクロで示したものである。図中、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質をWild CoGFPと示し(上段)、S147G変異体をS147G Mutantと示す(下段)。カラーで得られた画像によると、野生型では、pH4において溶液は青色の光を発し、pH6およびそれより高いpHにおいて緑色の光を発し、pH5において中間的な光を発している。すなわち、野生型ではpH5前後において蛍光極大波長が変化する。一方、S147G変異体では、pH7以下において青色の光を発し、pH8以上において緑色の光を発している。すなわち、S147G変異体ではpH7とpH8との間において蛍光極大波長が変化する。   Further, FIG. 14 shows a comparison between the S147G mutant and the wild-type cactus fluorescent protein with respect to the pH-dependent change in fluorescence wavelength. Eight types of solutions containing fluorescent proteins were prepared for each fluorescent protein. The pH of these eight solutions is adjusted to be different between 4-11. These were arranged and irradiated with excitation light of 365 nm, and the resulting fluorescence was photographed. FIG. 14 shows the captured image in monochrome. In the figure, the wild type cactus fluorescent protein is indicated as Wild CoGFP (upper), and the S147G mutant is indicated as S147G Mutant (lower). According to the image obtained in color, in the wild type, the solution emits blue light at pH 4, green light at pH 6 and higher, and intermediate light at pH 5. That is, in the wild type, the fluorescence maximum wavelength changes around pH 5. On the other hand, the S147G mutant emits blue light at pH 7 or lower and emits green light at pH 8 or higher. That is, in the S147G mutant, the fluorescence maximum wavelength changes between pH 7 and pH 8.

<S147C変異>
本発明の蛍光タンパク質の好ましい例は、配列番号50で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質である。この蛍光タンパク質は、カベルヌラリア・オベサが発現する野生型のウミサボテン蛍光タンパク質に対し、複数のアミノ酸を置換する変異を加えたものである。具体的には、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有する野生型の蛍光タンパク質に対し、変化点がアルカリ性側にシフトする変異(即ち、147番目のセリンをシステインに置換)のほかに、単量体化する変異(即ち、154番目のシステインをセリンに置換)および37℃において安定化する変異(即ち、129番目のセリンをグリシンに、156番目のアスパラギン酸をグリシンに、204番目のリジンをイソロイシンにおよび209番目のアスパラギンをチロシンにそれぞれ置換)を加えている。本願では、配列番号50で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質のことを、「S147C変異型蛍光タンパク質」、「S147C変異型ウミサボテン蛍光タンパク質」または「S147C変異体」等と称する。
<S147C mutation>
A preferred example of the fluorescent protein of the present invention is a fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 50. This fluorescent protein is obtained by adding a mutation for substituting a plurality of amino acids to a wild-type sea cactus fluorescent protein expressed by Caberularia obesa. Specifically, with respect to the wild-type fluorescent protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, in addition to the mutation in which the change point is shifted to the alkaline side (that is, the 147th serine is replaced with cysteine), Mutation to form (ie, 154th cysteine is replaced with serine) and stabilization at 37 ° C. (ie, 129th serine is glycine, 156th aspartic acid is glycine, 204th lysine is isoleucine) And 209th asparagine is substituted with tyrosine). In the present application, the fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 50 is referred to as “S147C mutant fluorescent protein”, “S147C mutant blue cactus fluorescent protein” or “S147C mutant”.

図15aおよびbには、S147C変異体の蛍光スペクトルが示される。図15aは、pH4から11の各段階において、388nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。一方、図15bは、pH4から11の各段階において、450nmの励起光を照射したときの蛍光スペクトルを示す。図15aより、388nmの励起光を照射した場合、測定した何れのpHにおいても460nm付近を蛍光極大波長とする蛍光を発することがわかる。特に、pH4からpH9において大きな蛍光強度を示すことがわかる。また、図15bによると、450nmの励起光を照射した場合、pH8から11において512nm付近を蛍光極大波長とする蛍光を発することがわかる。但し、pHの違いによる蛍光強度の変化が大きく、pH11において最も高い蛍光強度を示し、pHが下がるに従って、蛍光強度が小さくなることがわかる。   Figures 15a and b show the fluorescence spectra of the S147C mutant. FIG. 15a shows the fluorescence spectrum when irradiated with excitation light of 388 nm at each stage from pH 4 to 11. FIG. On the other hand, FIG. 15b shows a fluorescence spectrum when irradiated with excitation light of 450 nm at each stage of pH 4 to 11. From FIG. 15a, it can be seen that when excitation light of 388 nm is irradiated, fluorescence having a fluorescence maximum wavelength near 460 nm is emitted at any measured pH. In particular, it can be seen that a large fluorescence intensity is exhibited at pH 4 to pH 9. Further, according to FIG. 15b, it can be seen that when excitation light of 450 nm is irradiated, fluorescence having a maximum fluorescence wavelength in the vicinity of 512 nm at pH 8 to 11 is emitted. However, the change in the fluorescence intensity due to the difference in pH is large, showing the highest fluorescence intensity at pH 11, and it can be seen that the fluorescence intensity decreases as the pH decreases.

図15cには、S147C変異体の、pH4から11の各段階における吸収スペクトルが示される。pH4から7の環境下では、当該蛍光タンパク質は396nm付近に高い吸収ピークを有するものの、505nm付近においてはほとんどピークを有さない。pH8および9では、396nm付近および505nm付近の両方に吸収ピークを有する。pH10および11の環境下では、396nm付近のピークはほとんど消失し、505nm付近において高い吸収ピークを有する。図15a−cの結果から、460nm付近のピークの蛍光は、主に396nmピークの励起光によって発せられることがわかる。一方、512nm付近のピークの蛍光は、主に505nmピークの励起光によって発せられることがわかる。   FIG. 15c shows the absorption spectrum of the S147C mutant at each stage from pH 4 to 11. In an environment of pH 4 to 7, the fluorescent protein has a high absorption peak around 396 nm, but has almost no peak around 505 nm. At pH 8 and 9, there are absorption peaks both near 396 nm and near 505 nm. Under the conditions of pH 10 and 11, most of the peak near 396 nm disappears and has a high absorption peak near 505 nm. From the results of FIGS. 15a to 15c, it can be seen that the fluorescence at the peak near 460 nm is emitted mainly by the excitation light at the 396 nm peak. On the other hand, it can be seen that the fluorescence at the peak near 512 nm is emitted mainly by the excitation light at the 505 nm peak.

さらに、図16には、pH依存的な蛍光波長の変化に関して、S147C変異体と野生型ウミサボテン蛍光タンパク質との比較を示す。蛍光タンパク質を含む溶液を、それぞれの蛍光タンパク質について8種作製した。この8種の溶液のpHは4〜11の間で異なるように調整されている。これらを並べて365nmの励起光を照射して、生じる蛍光を撮影した。図16は、この撮影した画像をモノクロで示したものである。図中、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質をWild CoGFPと示し(上段)、S147C変異体をS147C Mutantと示す(下段)。カラーで得られた画像によると、野生型では、pH4において溶液は青色の光を発し、pH6およびそれより高いpHにおいて緑色の光を発し、pH5において中間的な光を発している。すなわち、野生型ではpH5前後において蛍光極大波長が変化する。一方、S147C変異体では、pH8以下において青色の光を発し、pH10および11において緑色の光を発し、pH9において、若干緑がかった青色を示している。すなわち、S147C変異体ではpH9付近において蛍光極大波長が変化する。   Further, FIG. 16 shows a comparison between the S147C mutant and the wild-type cactus fluorescent protein with respect to the pH-dependent change in fluorescence wavelength. Eight types of solutions containing fluorescent proteins were prepared for each fluorescent protein. The pH of these eight solutions is adjusted to be different between 4-11. These were arranged and irradiated with excitation light of 365 nm, and the resulting fluorescence was photographed. FIG. 16 shows the captured image in monochrome. In the figure, the wild type cactus fluorescent protein is indicated as Wild CoGFP (upper), and the S147C mutant is indicated as S147C Mutant (lower). According to the image obtained in color, in the wild type, the solution emits blue light at pH 4, green light at pH 6 and higher, and intermediate light at pH 5. That is, in the wild type, the fluorescence maximum wavelength changes around pH 5. On the other hand, the S147C mutant emits blue light at pH 8 or lower, emits green light at pH 10 and 11, and shows a slightly greenish blue color at pH 9. That is, in the S147C mutant, the fluorescence maximum wavelength changes near pH 9.

<その他の変異>
本発明の蛍光タンパク質は、野生型のウミサボテン蛍光タンパク質の変異体であってよい。S147A変異体、S147T変異体、S147G変異体およびS147C変異体はそれぞれ、そのような変異体の1つである。本発明に係る変異体は、pH依存的に蛍光極大波長が変化する蛍光タンパク質であって、当該変化がアルカリ性側、特にpH4とpH11との間において生じるという特徴を維持する限りにおいて、どのような変異体であってもよい。また、各種の変異は、1つのタンパク質または遺伝子に対して同時に導入されてよい。ここにおいて、変異体とは、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列に変異(例えば、アミノ酸の置換、欠失および/または付加等)が生じた蛍光タンパク質を指す。この変異とは、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列の1以上のアミノ酸の変異であり、好ましくは、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列の1から20のアミノ酸の変異、1から15のアミノ酸の変異、1から10のアミノ酸の変異または1から5のアミノ酸の変異である。好ましくは、当該変異体のアミノ酸配列は、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列との間で75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上または99%以上の相同性を有する。
<Other mutations>
The fluorescent protein of the present invention may be a mutant of a wild type cactus fluorescent protein. The S147A mutant, S147T mutant, S147G mutant, and S147C mutant are each one of such mutants. The mutant according to the present invention is a fluorescent protein whose fluorescence maximum wavelength changes in a pH-dependent manner, as long as it maintains the characteristic that the change occurs on the alkaline side, particularly between pH 4 and pH 11, It may be a mutant. Various mutations may be introduced simultaneously into one protein or gene. Here, the mutant refers to a fluorescent protein in which a mutation (for example, amino acid substitution, deletion and / or addition, etc.) has occurred in the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein. This mutation is a mutation of one or more amino acids in the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein, preferably a mutation of 1 to 20 amino acids in the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein, a mutation of 1 to 15 amino acids, From 1 to 10 amino acid mutations or from 1 to 5 amino acid mutations. Preferably, the amino acid sequence of the mutant is 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more with respect to the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein, It has 98% or more or 99% or more homology.

また、本発明の蛍光タンパク質は、上述のような二峰性の蛍光活性以外の特徴を変化させた変異体を含む。特に、そのような変異は、蛍光タンパク質としての操作性を向上させる変異であることが好ましい。   Moreover, the fluorescent protein of the present invention includes a mutant in which characteristics other than the bimodal fluorescent activity are changed as described above. In particular, such a mutation is preferably a mutation that improves operability as a fluorescent protein.

例えば、本発明に係る蛍光タンパク質には、野生型よりも強度の高い蛍光を発することができる変異体が含まれる。この変異体は、感度の低い測定システムを使用する場合や、タンパク質の発現が弱い細胞にて測定する場合においても、十分な蛍光強度を提供することができる。このような変異体は、当該分野の従来の方法を使用して取得することができ、例えば、野生型の蛍光タンパク質をコードする核酸にランダムに変異を導入した後、それを大腸菌等に発現させ、励起光を照射し、野生型蛍光タンパク質を発現する株よりも強い蛍光を発する株を選択することで取得できる。   For example, the fluorescent protein according to the present invention includes mutants that can emit fluorescence having higher intensity than the wild type. This mutant can provide sufficient fluorescence intensity even when a measurement system with low sensitivity is used or when measurement is performed on cells with weak protein expression. Such a mutant can be obtained by using a conventional method in the art. For example, after a mutation is randomly introduced into a nucleic acid encoding a wild-type fluorescent protein, it is expressed in Escherichia coli or the like. It can be obtained by irradiating excitation light and selecting a strain that emits fluorescence stronger than a strain that expresses wild-type fluorescent protein.

また、本発明に係る蛍光タンパク質には、細胞内で単量体として存在できる変異体が含まれる。蛍光タンパク質が二量体を形成する場合、細胞内で凝集を生じたり、細胞内の移動が阻害されたりすることがある。単量体化することによって、そのような問題を回避することができる。特に、蛍光タンパク質に別のタンパク質を融合させる場合、この別のタンパク質の本来の機能に対する影響を最小化することができる。このような単量体化された変異体は、元となる蛍光タンパク質の遺伝子にランダムに変異を導入した後、そのような候補変異体を含むライブラリーから、単量体化され且つ蛍光活性を失っていないものをスクリーニングすることで取得することができる。あるいは、蛍光タンパク質の二量体形成に寄与する可能性が高いアミノ酸に変異を入れた後、単量体化され且つ蛍光活性を失っていないことを確認することで取得することができる。S147A変異体、S147T変異体、S147G変異体およびS147C変異体はそれぞれ、この変異を含む(154番目のシステインがセリンに置換されている)。   In addition, the fluorescent protein according to the present invention includes variants that can exist as monomers in cells. When the fluorescent protein forms a dimer, aggregation may occur in the cell or movement within the cell may be inhibited. Such a problem can be avoided by monomerization. In particular, when another protein is fused to the fluorescent protein, the influence on the original function of the other protein can be minimized. Such a monomerized mutant is introduced into the original fluorescent protein gene at random, and then monomerized and fluorescently active from a library containing such candidate mutants. It can be obtained by screening what has not been lost. Alternatively, it can be obtained by mutating an amino acid that is likely to contribute to dimer formation of a fluorescent protein, and then confirming that it has been monomerized and has not lost its fluorescent activity. The S147A mutant, the S147T mutant, the S147G mutant, and the S147C mutant each contain this mutation (the 154th cysteine is replaced with serine).

また、本発明に係る蛍光タンパク質には、特定の条件の下で安定性の高い変異体が含まれる。そのようなタンパク質には、例えば、測定対象となる細胞の培養に適した温度の下で蛍光発色団の形成効率が高い変異体が含まれる。野生型の蛍光タンパク質はウミサボテン科の生物に由来するため、蛍光タンパク質は当該生物の生活環境において最も安定的である可能性が高い。その生活環境における温度等の条件が実験条件と大きく異なる場合、蛍光タンパク質の安定性が損なわれる可能性がある。したがって、特に実験で使用する条件の下で安定性の高い蛍光タンパク質の変異体を取得することは精度の高い測定を行う上で利点がある。このような変異体は、元となる蛍光タンパク質の遺伝子にランダムに変異を入れた後、それらを大腸菌等に発現させ、特定の条件下で所望の安定性を示す変異体を選択することで取得できる。このような変異体のより具体的な例は、哺乳細胞の培養に適した温度(例えば37℃付近)において野生型の蛍光タンパク質と比較して蛍光強度の強い変異体である。S147A変異体、S147T変異体、S147G変異体およびS147C変異体はそれぞれ、37℃において安定化する変異を含む(即ち、129番目のセリンがグリシンに、156番目のアスパラギン酸がグリシンに、204番目のリジンがイソロイシンにおよび209番目のアスパラギンがチロシンにそれぞれ置換されている)。   In addition, the fluorescent protein according to the present invention includes mutants having high stability under specific conditions. Such proteins include, for example, mutants with high formation efficiency of fluorescent chromophores at a temperature suitable for culturing cells to be measured. Since wild-type fluorescent proteins are derived from the family Cactaceae, the fluorescent proteins are likely to be most stable in the living environment of the organism. When conditions such as temperature in the living environment are significantly different from experimental conditions, the stability of the fluorescent protein may be impaired. Therefore, obtaining a highly stable fluorescent protein mutant, particularly under the conditions used in the experiment, is advantageous in performing highly accurate measurement. Such mutants are obtained by randomly mutating the original fluorescent protein gene, expressing them in E. coli, etc., and selecting mutants that exhibit the desired stability under specific conditions. it can. A more specific example of such a mutant is a mutant having a higher fluorescence intensity than a wild-type fluorescent protein at a temperature suitable for culturing mammalian cells (for example, around 37 ° C.). The S147A mutant, S147T mutant, S147G mutant, and S147C mutant each contain a mutation that stabilizes at 37 ° C. (ie, the 129th serine is glycine, the 156th aspartic acid is glycine, the 204th mutant is Lysine is replaced by isoleucine and 209th asparagine is replaced by tyrosine).

<核酸>
本発明は、本発明に係る蛍光タンパク質をコードする塩基配列を含む核酸に関する。このような塩基配列は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来する塩基配列であってよい。ここにおける「由来する」とは、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物が本来有する野生型の塩基配列に変異が生じた塩基配列を含むことを意味する。また、ここにおける変異とは、塩基配列中の特定の塩基の置換、欠失および/または付加等を指す。塩基配列の変異には、コードされるアミノ酸配列に変化を生じさせない変異をも含む。また、核酸とは、特に、DNAまたはRNAを指す。
<Nucleic acid>
The present invention relates to a nucleic acid comprising a base sequence encoding the fluorescent protein according to the present invention. Such a base sequence may be a base sequence derived from an organism belonging to the family Cnidaria genus Coleoptera Umiellae. “Derived” as used herein means to include a base sequence in which a mutation has occurred in a wild-type base sequence originally possessed by an organism belonging to the genus Coleoptera Uridae. The mutation herein refers to substitution, deletion and / or addition of a specific base in the base sequence. The nucleotide sequence mutation includes a mutation that does not cause a change in the encoded amino acid sequence. The nucleic acid particularly refers to DNA or RNA.

本発明の核酸の好ましい例は、配列番号2に示される塩基配列を含む核酸(S147A変異体をコード)、配列番号43に示される塩基配列を含む核酸(S147T変異体をコード)、配列番号47に示される塩基配列を含む核酸(S147G変異体をコード)、または配列番号51に示される塩基配列を含む核酸(S147C変異体をコード)である。   Preferred examples of the nucleic acid of the present invention include a nucleic acid comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 (encoding S147A variant), a nucleic acid comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 43 (coding S147T variant), SEQ ID NO: 47 Or a nucleic acid containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 51 (encoding S147C variant).

また、本発明は、これらの核酸を含むベクターを含む。当該ベクターには、蛍光タンパク質をコードする核酸以外に、発現を調節するための配列またはマーカー遺伝子の配列を含む核酸等を含んでよい。   The present invention also includes vectors containing these nucleic acids. The vector may contain, in addition to a nucleic acid encoding a fluorescent protein, a nucleic acid containing a sequence for regulating expression or a marker gene sequence.

<pH測定方法>
本発明は、本発明に係る蛍光タンパク質を対象に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法に関する。
<PH measurement method>
The present invention relates to a method for introducing the fluorescent protein according to the present invention into a target and measuring the pH inside the target based on the fluorescence emitted by the fluorescent protein.

すなわち、本発明の方法では、対象の内部に蛍光タンパク質を導入した後、励起光を照射して蛍光タンパク質が発する蛍光を検出し、当該蛍光の波長に基づいてpHを特定する。   That is, in the method of the present invention, after the fluorescent protein is introduced into the target, the fluorescence emitted from the fluorescent protein is detected by irradiating the excitation light, and the pH is specified based on the wavelength of the fluorescence.

ここにおいて、対象は、バクテリアの細胞、酵母細胞、真菌細胞、昆虫細胞または哺乳細胞といった細胞であってよい。さらに、対象は、組織または個体であってよい。細胞は、固定したものであってよいし、生きた状態のものであってよい。固定は、ホルマリン、メタノール等による一般的な方法で行うことができる。また、対象としての個体は、ヒトを除く個体であってよい。さらに、対象は、生物学実験で一般的に用いられる溶液であってよい。対象とする細胞、組織および個体に特に限定はなく、従来の取得方法によって得られるものを使用することができる。   Here, the subject may be a cell such as a bacterial cell, yeast cell, fungal cell, insect cell or mammalian cell. Furthermore, the subject may be a tissue or an individual. The cells may be fixed or alive. Fixing can be performed by a general method using formalin, methanol or the like. Moreover, the individual as a target may be an individual other than a human. Furthermore, the subject may be a solution commonly used in biological experiments. There are no particular limitations on the target cells, tissues, and individuals, and those obtained by conventional acquisition methods can be used.

対象に蛍光タンパク質を導入するために、細胞等へタンパク質を導入するための当該分野で一般的ないずれの方法を使用してもよい。例えば、対象が細胞である場合、マイクロインジェクション法によって蛍光タンパク質を直接細胞内へ注入してもよい。あるいは、蛍光タンパク質の遺伝子を含む発現ベクターを細胞に導入し、適切に発現させることで導入してもよい。発現ベクター等による遺伝子の導入は、リン酸カルシウム法、リポフェクションまたはエレクトロポレーション等を使用することができる。また、対象が溶液である場合、当該溶液の蛍光タンパク質の導入は、当該溶液に当該蛍光タンパク質を添加することで行われてよい。   Any method common in the art for introducing proteins into cells or the like may be used to introduce fluorescent proteins into a subject. For example, when the object is a cell, the fluorescent protein may be directly injected into the cell by a microinjection method. Alternatively, it may be introduced by introducing an expression vector containing a fluorescent protein gene into a cell and appropriately expressing it. For introduction of a gene by an expression vector or the like, a calcium phosphate method, lipofection, electroporation or the like can be used. When the target is a solution, the fluorescent protein in the solution may be introduced by adding the fluorescent protein to the solution.

蛍光の検出は、目視で行うことも可能であるが、特定の波長の蛍光を測定することが可能な、従来の方法または装置を使用して行うことができる。図7に示されるように、励起光を照射して青色の蛍光を発するか緑色の蛍光を発するかを目視で確認して、pHの変化点より高いpHか低いpHかを判断することができるが、目視によらず検出装置を用いることで、より詳細にpHを特定することが可能となる。例えば、蛍光タンパク質を導入した細胞を蛍光顕微鏡下で観察することで行われる。そのような方法の例としては、蛍光の検出は、388nm励起−462nm蛍光および498nm励起−509nm蛍光に対応したフィルターセットの蛍光キューブを具備した倒立型蛍光顕微鏡において、462nmおよび509nmピークの試料の蛍光画像をCCDカメラによって撮像する。撮像した画像内のpH測定対象領域の蛍光強度を数値化しpHを求めることができる。このとき、細胞を種々の条件で刺激し、その後一定時間ごとに撮像することで、系時的に蛍光画像を取得することもできる。さらに、蛍光の測定は、462nm付近および509nm付近の波長のみでなく、蛍光スペクトルを測定することもできる。この場合、具体的には、顕微鏡のカメラポートに光ファイバーを接続し分光光度計にて測定対象領域の蛍光スペクトルを測定することで行うことができる。   Fluorescence detection can be done visually, but can be done using conventional methods or devices that can measure fluorescence at specific wavelengths. As shown in FIG. 7, it is possible to determine whether the pH is higher or lower than the pH change point by visually observing whether to emit blue fluorescence or green fluorescence by irradiating excitation light. However, it is possible to specify the pH in more detail by using the detection device regardless of visual observation. For example, it is performed by observing a cell into which a fluorescent protein has been introduced under a fluorescent microscope. As an example of such a method, the detection of fluorescence is carried out in an inverted fluorescence microscope equipped with a fluorescence cube with a filter set corresponding to 388 nm excitation-462 nm fluorescence and 498 nm excitation-509 nm fluorescence, and the fluorescence of samples at 462 nm and 509 nm peaks. Images are taken with a CCD camera. The pH can be obtained by quantifying the fluorescence intensity of the pH measurement target area in the captured image. At this time, it is also possible to acquire a fluorescent image temporally by stimulating the cells under various conditions and then capturing images at regular intervals. Furthermore, the measurement of fluorescence can measure not only wavelengths near 462 nm and 509 nm, but also fluorescence spectra. In this case, specifically, the measurement can be performed by connecting an optical fiber to the camera port of the microscope and measuring the fluorescence spectrum of the measurement target region with a spectrophotometer.

また、pHの算出は、各pHに対する462nmおよび509nmの蛍光強度並びにそれらの比の値から作成した検量線をもとに行うことができる。検量線は、予め、各pHについて462nmの蛍光強度および509nmの蛍光強度を測定し、pHごとにそれらの蛍光強度の比を求めて、横軸をpH、縦軸を比としてグラフにプロットすることで作成できる。その後、測定したい対象において462nmおよび509nmの蛍光強度を測定し、その比を検量線に当てはめて、対象中のpHを特定することができる。一般に、独立した実験系で蛍光タンパク質の蛍光活性を測定する場合、測定条件を極力同一にしたとしても、検出される蛍光強度の値は変動する可能性がある。例えば、使用する励起光源の状態等により、検出される蛍光強度の絶対値は変動する。また、測定する細胞の状態や培養液の状態などによって、バッググラウンドが上昇または下降することがある。このような場合、それらの実験系から得られる蛍光強度の値同士を直接比較することは適当ではない。これに対し、単一の実験系にて2つの蛍光強度を取得し、その比をもとめれば、蛍光強度の値の変動をキャンセルすることができ、同一条件の下で得られた比は、実験系間でほぼ一定となると考えられる。また、測定のたびに検量線を作成する必要がなくなり、さらに、独立した実験から得られた結果同士を比較することが可能となる。   In addition, the pH can be calculated based on a calibration curve created from the values of the fluorescence intensity at 462 nm and 509 nm for each pH and the ratio value thereof. For the calibration curve, measure the fluorescence intensity at 462 nm and the fluorescence intensity at 509 nm in advance for each pH, determine the ratio of the fluorescence intensity for each pH, and plot it on a graph with the horizontal axis representing pH and the vertical axis representing the ratio. Can be created. Thereafter, the fluorescence intensity at 462 nm and 509 nm can be measured in the subject to be measured, and the ratio can be applied to the calibration curve to identify the pH in the subject. In general, when the fluorescence activity of a fluorescent protein is measured in an independent experimental system, the value of the detected fluorescence intensity may vary even if the measurement conditions are the same as much as possible. For example, the absolute value of the detected fluorescence intensity varies depending on the state of the excitation light source used. Further, the background may rise or fall depending on the state of the cell to be measured and the state of the culture solution. In such a case, it is not appropriate to directly compare the fluorescence intensity values obtained from these experimental systems. On the other hand, if two fluorescence intensities are acquired in a single experimental system and the ratio is obtained, fluctuations in the value of the fluorescence intensity can be canceled, and the ratio obtained under the same conditions is It is considered to be almost constant between experimental systems. In addition, it is not necessary to create a calibration curve for each measurement, and it is possible to compare results obtained from independent experiments.

本発明の方法は、蛍光タンパク質を単独で対象に導入する場合に限定されず、蛍光タンパク質と、その蛍光タンパク質とは異なるタンパク質とから成る融合タンパク質を対象に導入する方法も含む。例えば、この「異なるタンパク質」を、対象とする細胞が本来発現しているタンパク質とする場合、そのタンパク質が本来局在している細胞内の部位に、本発明の融合タンパク質も局在することが予想される。その状態で、蛍光タンパク質の蛍光を検出することで、「異なるタンパク質」に応じた特定部位のpHを測定することが可能となる。「異なるタンパク質」は、測定したい部位や、実験の目的に応じて選択することが可能であり、例えば、ミトコンドリア移行シグナル(coxIV)、ゴルジ体移行シグナル(GT)を使用できる。   The method of the present invention is not limited to the case where a fluorescent protein is introduced into a subject alone, but also includes a method of introducing a fusion protein comprising a fluorescent protein and a protein different from the fluorescent protein into the subject. For example, when the “different protein” is a protein that is originally expressed in the target cell, the fusion protein of the present invention may also be localized at a site in the cell where the protein is originally localized. is expected. In this state, by detecting the fluorescence of the fluorescent protein, it is possible to measure the pH of the specific site corresponding to the “different protein”. “Different proteins” can be selected according to the site to be measured and the purpose of the experiment. For example, a mitochondrial translocation signal (coxIV) or a Golgi translocation signal (GT) can be used.

本発明のpH測定方法では、蛍光タンパク質の励起を、波長の異なる2つの励起光を照射することで行うことができる。本発明のpH測定方法は、波長の異なる2つの蛍光を測定することを含むが、その2つの蛍光にそれぞれ対応した、波長の異なる2つの励起光を使用することができる。例えば、S147A変異体を使用する場合、462nm付近および509nm付近の蛍光を発生させるために、388nm付近および450nm付近の励起光が使用することができる(図1および図2)。また、本発明のpH測定方法では、蛍光タンパク質の励起を、単一波長の励起光を照射して行うことができる。例えば、S147A変異体を使用する場合、462nm付近および509nm付近の蛍光を発生させるために388nm付近の励起光を使用することができる。単一の励起光を使用することにより、測定のための装置を単純化することが可能となる。   In the pH measurement method of the present invention, the fluorescent protein can be excited by irradiating two excitation lights having different wavelengths. Although the pH measurement method of the present invention includes measuring two fluorescences having different wavelengths, two excitation lights having different wavelengths corresponding to the two fluorescences can be used. For example, when using the S147A mutant, excitation light around 388 nm and around 450 nm can be used to generate fluorescence around 462 nm and around 509 nm (FIGS. 1 and 2). In the pH measurement method of the present invention, the fluorescent protein can be excited by irradiating with excitation light having a single wavelength. For example, when using the S147A mutant, excitation light around 388 nm can be used to generate fluorescence around 462 nm and 509 nm. By using a single excitation light, it is possible to simplify the apparatus for measurement.

本発明のpH測定方法では、本発明の異なる蛍光タンパク質を複数用いて行うことができる。複数の異なる蛍光タンパク質を使用することで、より正確にpHを測定することが可能となる。また、本発明のpH測定方法は、単一の対象(例えば1種の細胞)に対してだけでなく、多種の対象(例えば2種以上の細胞)に対して同時に行うこともできる。好ましくは、本発明のpH測定方法は、S147A変異体(配列番号1)、S147T変異体(配列番号42)、S147G変異体(配列番号46)およびS147C変異体(配列番号50)から成る群から選択される少なくとも2つの蛍光タンパク質の組み合わせを用いて、単一または多種の対象に対して行われる。   The pH measurement method of the present invention can be performed using a plurality of different fluorescent proteins of the present invention. By using a plurality of different fluorescent proteins, the pH can be measured more accurately. Moreover, the pH measurement method of the present invention can be performed not only on a single target (for example, one type of cell) but also on various types of targets (for example, two or more types of cells) at the same time. Preferably, the pH measurement method of the present invention comprises the group consisting of S147A mutant (SEQ ID NO: 1), S147T mutant (SEQ ID NO: 42), S147G mutant (SEQ ID NO: 46) and S147C mutant (SEQ ID NO: 50). Performed on single or multiple subjects using a combination of at least two fluorescent proteins selected.

[実施例1:野生型ウミサボテン蛍光タンパク遺伝子のクローニング]
ウミサボテン(Cavernularia obesa)から野生型蛍光タンパク質を抽出および精製し、その部分的なアミノ酸配列を読み取った後、当該配列をもとに遺伝子配列を決定することで蛍光タンパク質遺伝子のクローニングを行った。
[Example 1: Cloning of wild type cactus fluorescent protein gene]
After extracting and purifying wild-type fluorescent protein from sea cactus (Cavernularia obesa) and reading its partial amino acid sequence, the fluorescent protein gene was cloned by determining the gene sequence based on the sequence.

蛍光タンパク質の抽出精製およびアミノ酸配列分析
島根近海で採取したウミサボテン15個体(約200g)を500mlのSDS−グリシンバッファー中ですり潰し、蛍光活性を持つタンパクを含む可溶性タンパクを抽出した。遠心機を用いて残渣を取り除き、蛍光活性を持つタンパク質を含む溶液を抽出した。この抽出溶液に、最終濃度が80%になるように硫酸アンモニウムを加えて硫安沈殿を行った。具体的には、抽出溶液500mlに262gの硫酸アンモニウムを加えた。得られた沈殿を、50mlのトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)に再溶解させた。これに2倍量のエタノールを加え、タンパク質を再度沈殿させた。さらに、この沈殿にトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)を加えて再溶解させた。この溶液50mlを、十分量のトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)および透析膜27/32(三光純薬株式会社)を用いて透析した。透析後の溶液を、DEAE SepharoseCL−6Bカラム(GEヘルスケアバイオサイエンス)を装着したクロマトグラフィーシステムAKTAexplorer(GEヘルスケアバイオサイエンス)を用いてイオン交換分離精製した。このイオン交換は、低塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)で十分に平衡化した後、サンプルを添加し、高塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、1M NaCl)でNaCl濃度を0.4Mまで上昇させることで行い、その結果、蛍光活性のあるフラクションを分取した。蛍光活性を持つタンパクを含むフラクションの選択は、UV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)を用いて行った。得られたフラクションを、十分量のトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)および透析膜27/32(三光純薬株式会社)を用いて透析した。透析後の溶液を、限外ろ過アミコンウルトラ:分画分子量30kDa(日本ミリポア株式会社)を用いて濃縮した。次に、Sephacryl S−200 High Resolution(GEヘルスケアバイオサイエンス)およびトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)を用いてゲルろ過を行った。ゲルろ過後、得られた蛍光活性のあるフラクションをmonoQ 5/50(GEヘルスケアバイオサイエンス)によってイオン交換分離した。このイオン交換は、低塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)で十分に平衡化した後、サンプルを添加し、高塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、1M NaCl)でNaCl濃度を0.4Mまで上昇させることで行い、その結果、蛍光活性のあるフラクションを得た。この活性のあるフラクションを限外ろ過アミコンウルトラ:分画分子量30kDa(日本ミリポア株式会社)を用いて濃縮し、その後、Superdex 75 10/300 GL(GEヘルスケアバイオサイエンス)およびトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)を用いてゲルろ過分離を行い、蛍光活性のあるフラクションを得た。このサンプルをSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって分離してアミノ酸配列を分析した。分析の結果、22残基のアミノ酸配列(IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E:配列番号11)を決定することができた。
Extraction and Purification of Fluorescent Protein and Amino Acid Sequence Analysis Fifteen cactus (approximately 200 g) collected in the Shimane sea were ground in 500 ml of SDS-glycine buffer to extract a soluble protein containing a protein having fluorescence activity. The residue was removed using a centrifuge, and a solution containing a protein having fluorescence activity was extracted. Ammonium sulfate was added to this extracted solution so as to have a final concentration of 80%, and ammonium sulfate precipitation was performed. Specifically, 262 g of ammonium sulfate was added to 500 ml of the extraction solution. The obtained precipitate was redissolved in 50 ml of Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl). To this was added twice the amount of ethanol to precipitate the protein again. Further, Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) was added to the precipitate and redissolved. 50 ml of this solution was dialyzed using a sufficient amount of Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) and a dialysis membrane 27/32 (Sanko Junyaku Co., Ltd.). The solution after dialysis was purified by ion exchange separation using a chromatography system AKTAexplorer (GE Healthcare Bioscience) equipped with a DEAE Sepharose CL-6B column (GE Healthcare Bioscience). In this ion exchange, after sufficiently equilibrating with a low salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl), a sample is added and a high salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7. 0) and 1M NaCl) to increase the NaCl concentration to 0.4M. As a result, fractions having fluorescence activity were collected. Selection of the fraction containing the protein with fluorescence activity was performed using UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP). The obtained fraction was dialyzed using a sufficient amount of Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) and a dialysis membrane 27/32 (Sanko Junyaku Co., Ltd.). The solution after dialysis was concentrated using ultrafiltration Amicon Ultra: molecular weight cut off 30 kDa (Nippon Millipore Corporation). Next, gel filtration was performed using Sephacryl S-200 High Resolution (GE Healthcare Bioscience) and Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl). After gel filtration, the obtained fluorescently active fraction was subjected to ion exchange separation with monoQ 5/50 (GE Healthcare Bioscience). In this ion exchange, after sufficiently equilibrating with a low salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl), a sample is added and a high salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7. 0) and 1M NaCl) to increase the NaCl concentration to 0.4M. As a result, a fluorescently active fraction was obtained. This active fraction was concentrated using ultrafiltration Amicon Ultra: molecular weight cut off 30 kDa (Nippon Millipore Corporation), and then Superdex 75 10/300 GL (GE Healthcare Bioscience) and Tris buffer (20 mM Tris- Gel filtration separation was performed using HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) to obtain a fraction having fluorescence activity. The sample was separated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed for amino acid sequence. As a result of the analysis, an amino acid sequence of 22 residues (IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E: SEQ ID NO: 11) could be determined.

蛍光タンパク質遺伝子のクローニング
蛍光タンパク質遺伝子全長のクローニングのために、3’−RACE PCRを下記のとおり実施した。Rapid Amplification of cDNA End法(以下、RACEと略す)により、蛍光タンパク質遺伝子をクローニングするための混合プライマーを作成した。アミノ酸配列解析によって得られたアミノ酸配列IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E(配列番号11)のうち、コドンの塩基組み合わせが少ないIPDYFVおよびEGFTFERのアミノ酸領域に注目した。これらのアミノ酸領域をコードする塩基配列を予測し、3’末端RACE polymerase chain reaction(以下PCRと略す)に用いる蛍光タンパク質特異的混合プライマー(合計12種類)を以下のように作成した。IPDYFVアミノ酸領域に結合するプライマーとして、COGFP−TTT(5’−ATH CCN GAT TAT TTT GT−3’)(配列番号12)、COGFP−TTC(5’−ATH CCN GAT TAT TTC GT−3’)(配列番号13)、COGFP−TCT(5’−ATH CCN GAT TAC TTT GT−3’)(配列番号14)、COGFP−TCC(5’−ATH CCN GAT TAC TTC GT−3’)(配列番号15)、COGFP−CTT(5’−ATH CCN GAC TAT TTT GT−3’)(配列番号16)、COGFP−CTC(5’−ATH CCN GAC TAT TTC GT−3’)(配列番号17)、COGFP−CCT(5’−ATH CCN GAC TAC TTT GT−3’)(配列番号18)およびCOGFP−CCC(5’−ATH CCN GAC TAC TTC GT−3’)(配列番号19)を作成し、ならびに、EGFTFERアミノ酸領域に結合するプライマーとして、COGFP−ATTAA(5’−GAA GGN TTT ACN TTT GAA AG−3’)(配列番号20)、COGFP−ACCAA(5’−GAA GGN TTC ACN TTC GAA AG−3’)(配列番号21)、COGFP−ATTGA(5’−GAG GGN TTT ACN TTT GAG AG−3’)(配列番号22)およびCOGFP−ACCGA(5’−GAG GGN TTC ACN TTC GAG AG−3’)(配列番号23)を作成した。プライマー中のHおよびNは、混合塩基を示す。
Cloning of fluorescent protein gene For cloning of the full length fluorescent protein gene, 3'-RACE PCR was performed as follows. A mixed primer for cloning a fluorescent protein gene was prepared by the Rapid Amplification of cDNA End method (hereinafter abbreviated as RACE). Of the amino acid sequences IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E (SEQ ID NO: 11) obtained by amino acid sequence analysis, attention was paid to the amino acid regions of IPDYFV and EGFTFER with few codon base combinations. Base sequences encoding these amino acid regions were predicted, and fluorescent protein-specific mixed primers (12 types in total) used for 3′-end RACE polymer chain chain reaction (hereinafter abbreviated as PCR) were prepared as follows. As primers that bind to the IPDYFV amino acid region, COGFP-TTT (5′-ATH CCN GAT TAT TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 12), COGFP-TTC (5′-ATH CCN GAT TAT TTC GT-3 ′) ( SEQ ID NO: 13), COGFP-TCT (5′-ATH CCN GAT TAC TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 14), COGFP-TCC (5′-ATH CCN GAT TAC TTC GT-3 ′) (SEQ ID NO: 15) COGFP-CTT (5′-ATH CCN GAC TAT TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 16), COGFP-CTC (5′-ATH CCN GAC TAT TTC GT-3 ′) (SEQ ID NO: 17), COGFP-CCT (5′-ATH CCN GAC TAC TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 18) and CO GFP-CCC (5′-ATH CCN GAC TAC TTC GT-3 ′) (SEQ ID NO: 19) was prepared, and COGFP-ATTAA (5′-GAA GGN TTT ACN TTT GAA was used as a primer that binds to the EGFTFER amino acid region. AG-3 ′) (SEQ ID NO: 20), COGFP-ACCAA (5′-GAA GGN TTC ACN TTC GAA AG-3 ′) (SEQ ID NO: 21), COGFP-ATTGA (5′-GAG GGN TTT ACN TTT GAG AG- 3 ′) (SEQ ID NO: 22) and COGFP-ACCGA (5′-GAG GGN TTC ACN TTC GAG AG-3 ′) (SEQ ID NO: 23). H and N in the primer indicate mixed bases.

完全長cDNA合成試薬GeneRacer(インビトロジェン)を用いて作成したウミサボテン完全長cDNAライブラリーを鋳型とし、蛍光タンパク質のアミノ酸配列から予測して作成した12種類の特異的混合プライマーおよび3’末端特異的プライマーであるGeneRacer3’ Primer(5’−GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G−3’)(配列番号24)およびGeneRacer3’ Nested Primer(5’−CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG TG−3’)(配列番号25)を用いて3’−RACE PCRを行った。GeneRacer3’ PrimerおよびGeneRacer3’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれており、これを使用した。3’−RACE PCRによって効果的に蛍光タンパク質遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型とし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRは、ポリメラーゼEx−Taq(タカラバイオ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。   Twelve specific mixed primers and 3 ′ end-specific primers were prepared by predicting from the amino acid sequence of a fluorescent protein using a full-length cDNA library prepared using GeneRacer (Invitrogen) as a template and using the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer (Invitrogen) as a template. GeneRacer 3 ′ Primer (5′-GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G-3 ′) (SEQ ID NO: 24) and GeneRacer 3 ′ Nested Primer (5′-CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG-3 sequence) 25) was used to perform 3′-RACE PCR. GeneRacer 3 'Primer and GeneRacer 3' Nested Primer are included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen) and used. In order to effectively amplify the fluorescent protein gene by 3'-RACE PCR, a nested PCR was carried out in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed according to the manual using polymerase Ex-Taq (Takara Bio Inc.).

一度目のPCRは、IPDYFVアミノ酸領域で作成した8種類プライマー(COGFP−TTT、COGFP−TTC、COGFP−TCT、COGFP−TCC、COGFP−CTT、COGFP−CTC、COGFP−CCT、COGFP−CCC)のいずれかとGeneRacer3’ Primerとの計8つのプライマー対で蛍光タンパク質遺伝子の増幅を行った。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mM、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μl、8種類のプライマーのうちの1つを最終濃度0.4μMおよびGeneRacer3’Primerを最終濃度0.4μMとして20μlのPCR反応溶液を作製し、ウミサボテン完全長cDNAライブラリー溶液を0.2μl加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%トリス酢酸緩衝液(以下、TAEと略す)アガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。8つの反応溶液でわずかに遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型としてnested PCR反応を実施した。 The first PCR was performed using any of the eight types of primers (COGFP-TTT, COGFP-TTC, COGFP-TCT, COGFP-TCT, COGFP-CTT, COGFP-CTC, COGFP-CCT, COGFP-CCC) prepared in the IPDYFV amino acid region. The fluorescent protein gene was amplified with a total of 8 primer pairs of KA and GeneRacer 3 ′ Primer. 10 × Ex Taq Buffer (added with 20 mM Mg 2+ ) at the same final concentration, dNTP Mixture (2.5 mM each) at a final concentration of 0.2 mM, TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) at a final concentration of 0.05 U / μl, A 20 μl PCR reaction solution was prepared with one of the 8 primers at a final concentration of 0.4 μM and a GeneRacer 3 ′ Primer at a final concentration of 0.4 μM, and 0.2 μl of the cactus full-length cDNA library solution was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, a cycle of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes is performed 30 times, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes. Went. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% Tris acetate buffer (hereinafter abbreviated as TAE) agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed in the eight reaction solutions, a nested PCR reaction was performed using this PCR reaction solution as a template.

nested PCRは、EGFTFERアミノ酸領域で作成した4種類プライマー(COGFP−ATTAA、COGFP−ACCAA、COGFP−ATTGA、COGFP−ACCGA)の何れかとGeneRacer3’Nested Primerとの計4つのプライマー対で蛍光タンパク質遺伝子の増幅を行った。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mM、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μl、4種類のプライマーのうちの1つを最終濃度0.4μMおよびGeneRacer3’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして10μlのnested PCR反応溶液を作製し、1度目のPCR反応溶液を鋳型として0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。 Nested PCR is the amplification of the fluorescent protein gene with four primer pairs of GeneRacer3'Nested Primer and any of the four types of primers (COGFP-ATTAA, COGFP-ACCAA, COGFP-ATTGA, COGFP-ACCGA) created in the EGFERFER amino acid region. Went. 10 × Ex Taq Buffer (added with 20 mM Mg 2+ ) at the same final concentration, dNTP Mixture (2.5 mM each) at a final concentration of 0.2 mM, TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) at a final concentration of 0.05 U / μl, Make 10 μl of nested PCR reaction solution with 0.4 μM final concentration of one of the four primers and 0.4 μM final concentration of GeneRacer 3 ′ Nested Primer, and 0.2 μl using the first PCR reaction solution as a template. added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, a cycle of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes is performed 30 times, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes. Went. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation.

その結果、1度目のPCR反応として、COGFP−TTCとGeneRacer3’ Primerとのプライマー対を用いて実施し、nested PCR反応として、得られたPCR反応溶液を鋳型としてCOGFP−ACCAAとGeneRacer3’ Nested Primerとのプライマー対を用いて実施した場合に、顕著な遺伝子増幅を確認できた。この増幅した遺伝子の塩基配列を決定し、ウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子のウミサボテン3’末端側の塩基配列(配列番号26)とした。   As a result, as a first PCR reaction, a primer pair of COGFP-TTC and GeneRacer 3 ′ Primer was used, and as a nested PCR reaction, the obtained PCR reaction solution was used as a template for COGFP-ACCAA and GeneRacer 3 ′ Nested Primer. When this primer pair was used, remarkable gene amplification could be confirmed. The base sequence of this amplified gene was determined and used as the base sequence (SEQ ID NO: 26) on the 3′-end side of the sea cactus fluorescent protein gene.

蛍光タンパク質の5’末端クローニングのための5’−RACEを下記の通り行った。一連の3’−RACE解析によって得られたウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子の3’末端側の塩基配列をもとに、5’末端クローニングのための5’−RACEに用いるプライマーを作成した。作成した5’末端クローニング用のプライマーは、COGFP−A−R1(5’−GCT ATA GCC GTC TCA TGT TGC TCG T−3’)(配列番号27)、COGFP−A−R2(5’−AGC CGT CTC ATG TTG CTC GTA GTA G−3’)(配列番号28)およびCOGFP−A−R3(5’−ATG TTG CTC GTA GTA GTT GCC TTC CTC GAC−3’)(配列番号29)の3種類である。COGFP−A−R1、COGFP−A−R2、COGFP−A−R3の順で5’末端に近い位置に結合し、順次nested PCR反応のプライマーとして用いる。   5'-RACE for 5 'end cloning of fluorescent proteins was performed as follows. Primers used for 5'-RACE for 5 'terminal cloning were prepared based on the 3' terminal nucleotide sequence of the cactus fluorescent protein gene obtained by a series of 3'-RACE analyses. The prepared primers for 5 ′ terminal cloning were COGFP-A-R1 (5′-GCT ATA GCC GTC TCA TGT TGC TCG T-3 ′) (SEQ ID NO: 27), COGFP-A-R2 (5′-AGC CGT). CTC ATG TTG CTC GTA GTA G-3 ′) (SEQ ID NO: 28) and COGFP-A-R3 (5′-ATG TTG CTC GTA GTA GTT GCC TTC CTC GAC-3 ′) (SEQ ID NO: 29) . COGFP-A-R1, COGFP-A-R2, and COGFP-A-R3 bind in the order close to the 5 'end, and are sequentially used as primers for the nested PCR reaction.

完全長cDNA合成試薬GeneRacerを用いて作成したウミサボテン完全長cDNAライブラリーを鋳型とし、3種類の5’末端クローニング用のプライマーならびに5’末端特異的プライマーであるGeneRacer5’ Primer(5’−CGA CTG GAG CAC GAG GAC ACT GA−3’)(配列番号30)およびGeneRacer5’ Nested Primer(5’−GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA−3’)(配列番号31)を用いて、5’−RACE PCRを行った。GeneRacer5’ PrimerおよびGeneRacer5’ Nested Primerは完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれており、これを使用した。5’−RACE PCRによって効果的に蛍光タンパク質遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型にし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRにはポリメラーゼEx−Taqを用いて、マニュアルに従って実施した。   GeneRacer 5 'Primer (5'-CGA CTG GAG), which is a 5'-end specific primer and 5'-end specific primer, using a full-length cDNA library prepared by using full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer as a template 5'-RACE PCR using CAC GAG GAC ACT GA-3 ') (SEQ ID NO: 30) and GeneRacer 5' Nested Primer (5'-GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA-3 ') (SEQ ID NO: 31) Went. GeneRacer 5 'Primer and GeneRacer 5' Nested Primer are included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen) and used. In order to effectively amplify the fluorescent protein gene by 5'-RACE PCR, a nested PCR was performed in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed according to the manual using polymerase Ex-Taq.

一度目の5’−RACE PCRとして、3’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列をもとに作成したCOGFP−A−R1とGeneRacer5’Primerとのプライマー対を用いて、蛍光タンパク質遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−R1を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのPCR反応溶液を作製し、ウミサボテン完全長cDNAライブラリー溶液を0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。この5’−RACEでわずかに遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型としてnested PCR反応を実施した。 As the first 5′-RACE PCR, a fluorescent protein gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-R1 and GeneRacer 5 ′ Primer prepared based on the base sequence of the gene amplified by 3′-RACE. . 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 10 μl of PCR reaction solution was prepared with COGFP-A-R1 at a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Primer at a final concentration of 0.4 μM, and 0.2 μl of a cactus full-length cDNA library solution was added. . As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes are performed, and finally extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed in this 5′-RACE, a nested PCR reaction was performed using this PCR reaction solution as a template.

nested PCRとして、COGFP−A−R2とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて蛍光タンパク質GFP遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−R2を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのPCR反応溶液を作製し、1度目のPCR反応溶液を鋳型として0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。 As a nested PCR, a fluorescent protein GFP gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-R2 and GeneRacer 5 ′ Nested Primer. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 1 μl, COGFP-A-R2 to a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Nested Primer to a final concentration of 0.4 μM, 10 μl of PCR reaction solution is prepared, and 0.2 μl of the first PCR reaction solution is used as a template. added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes are performed, and finally extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation.

その結果、1度目のPCR反応として、COGFP−A−R1とGeneRacer5’ Primerとのプライマー対を用いて実施し、nested PCR反応として、得られたPCR反応溶液を鋳型としてCOGFP−A−R2とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて実施した場合に、顕著な遺伝子増幅を確認できた。しかし、非特異的な複数の遺伝子の増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型として、異なるプライマー対を用いて再度nested PCR反応を実施した。   As a result, as a first PCR reaction, a primer pair of COGFP-A-R1 and GeneRacer 5 ′ Primer was used, and as a nested PCR reaction, the obtained PCR reaction solution was used as a template for COGFP-A-R2 and GeneRacer 5 'Significant gene amplification could be confirmed when performed using primer pairs with Nested Primer. However, since amplification of a plurality of non-specific genes was observed, a nested PCR reaction was performed again using this PCR reaction solution as a template and different primer pairs.

二度目のnested PCRとして、COGFP−A−R3とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて、GFP遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−R3を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして、20μlのnested PCR反応溶液を作製し、1度目のnested PCR反応溶液を鋳型として0.4μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。その結果、一連のnested PCR反応で顕著な遺伝子増幅を確認できた。この増幅した遺伝子の塩基配列を決定し、ウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子の5’末端側の塩基配列(配列番号32)とした。 As a second nested PCR, a GFP gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-R3 and GeneRacer 5 ′ Nested Primer. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 20 μl of a nested PCR reaction solution was prepared using COGFP-A-R3 at a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Nested Primer at a final concentration of 0.4 μM, and the first nested PCR reaction solution as a template. 4 μl was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes are performed, and finally extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. As a result, remarkable gene amplification could be confirmed by a series of nested PCR reactions. The base sequence of this amplified gene was determined and used as the base sequence (SEQ ID NO: 32) on the 5 ′ end side of the sea cactus fluorescent protein gene.

次に、蛍光タンパク質遺伝子の完全長の増幅を下記のとおりに行った。上述した3’−RACEおよび5’−RACE解析によって得られたウミサボテン由来の蛍光タンパク質遺伝子の5’末端側の塩基配列をもとに、完全長蛍光タンパク質遺伝子クローニングのための3’−RACEに用いるプライマーを作成した。作成した完全長GFP遺伝子クローニング用のプライマーは、COGFP−A−Full−F3(5’−ATT TAG GTG GCT GCG TAC AG−3’)(配列番号33)、COGFP−A−Full−F4(5’−ATT TAG GTG GCT GCG TAC AGT TAA CAC−3’)(配列番号34)の2種類である。COGFP−A−Full−F3、COGFP−A−Full−F4の順で3’末端に近い位置に結合する。COGFP−A−Full−F4をnested PCR反応のプライマーとして用いる。   Next, full-length amplification of the fluorescent protein gene was performed as follows. Based on the nucleotide sequence at the 5 ′ end of the fluorescent protein gene derived from sea cactus obtained by the above 3′-RACE and 5′-RACE analysis, it is used for 3′-RACE for cloning of the full-length fluorescent protein gene. Primers were created. Primers for cloning the full-length GFP gene prepared were COGFP-A-Full-F3 (5′-ATT TAG GTG GCT GCG TAC AG-3 ′) (SEQ ID NO: 33), COGFP-A-Full-F4 (5 ′ -ATT TAG GTG GCT GCG TAC AGT TAA CAC-3 ') (SEQ ID NO: 34). It binds to a position close to the 3 'end in the order of COGFP-A-Full-F3 and COGFP-A-Full-F4. COGFP-A-Full-F4 is used as a primer for the nested PCR reaction.

完全長cDNA合成試薬GeneRacerを用いて作成したウミサボテン完全長cDNAライブラリーを鋳型とし、2種類の完全長蛍光タンパク質遺伝子クローニング用のプライマーならびに3’末端特異的プライマーであるGeneRacer3’ Primer(5’−GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G−3’)(配列番号24)およびGeneRacer3’ Nested Primer(5’−CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG TG−3’)(配列番号25)を用いて、3’−RACE PCRを行った。GeneRacer3’ PrimerおよびGeneRacer3’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれているので、これを使用した。3’−RACE PCRによって効果的に完全長蛍光タンパク質遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型にし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRにはポリメラーゼEx−Taqを用いてマニュアルに従って実施した。   GeneRacer 3 ′ Primer (5′-GCT), which is a primer for cloning two kinds of full-length fluorescent protein genes and 3 ′ end-specific primer, using a full-length cDNA library prepared using GeneRacer as a full-length cDNA synthesis reagent as a template. GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G-3 ′) (SEQ ID NO: 24) and GeneRacer 3 ′ Nested Primer (5′-CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG TG-3 ′) (SEQ ID NO: 25) RACE PCR was performed. GeneRacer 3 'Primer and GeneRacer 3' Nested Primer were used as they are included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen). In order to effectively amplify the full-length fluorescent protein gene by 3'-RACE PCR, a nested PCR was performed in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed according to the manual using polymerase Ex-Taq.

一度目のPCRとして、COGFP−A−Full−F3とGeneRacer3’ Primerとのプライマー対を用いて蛍光タンパク質遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−Full−F3を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer3’ Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのnested PCR反応溶液を作製し、ウミサボテン完全長cDNAライブラリー溶液を0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、50℃30秒および72℃1分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。一度目の5’−RACEでわずかに遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型としてnested PCR反応を実施した。 As the first PCR, a fluorescent protein gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-Full-F3 and GeneRacer 3 ′ Primer. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 1 μl, COGFP-A-Full-F3 at a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 3 ′ Primer at a final concentration of 0.4 μM, 10 μl of a nested PCR reaction solution is prepared, and the cactus full-length cDNA library solution is 0.2 μl. Was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute are performed, and finally, extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed in the first 5′-RACE, a nested PCR reaction was performed using this PCR reaction solution as a template.

nested PCRとしてCOGFP−A−Full−F4とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて、蛍光タンパク質遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−Full−F4を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのnested PCR反応溶液を作製し、1度目のPCR反応溶液を鋳型として0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、50℃30秒および72℃1分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。その結果、顕著な遺伝子増幅を確認できた。この増幅した遺伝子の塩基配列を決定して、完全長ウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子の5’末端側の塩基配列(配列番号35)とした。 The fluorescent protein gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-Full-F4 and GeneRacer 5 ′ Nested Primer as nested PCR. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 1 μl, COGFP-A-Full-F4 to a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Nested Primer to a final concentration of 0.4 μM, 10 μl of a nested PCR reaction solution is prepared, and the first PCR reaction solution is used as a template. 2 μl was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute are performed, and finally, extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. As a result, significant gene amplification was confirmed. The base sequence of this amplified gene was determined and used as the base sequence (SEQ ID NO: 35) on the 5 ′ end side of the full-length sea cactus fluorescent protein gene.

得られた完全長ウミサボテン蛍光タンパク質の塩基配列から、配列情報解析ソフトウェアDNASIS Proを用いてウミサボテンGFP遺伝子のオープンリーディングフレームの塩基配列を予想した(配列番号4)。さらに、このオープンリーディングフレームを翻訳してウミサボテン蛍光タンパク質のアミノ酸配列を得た(配列番号3)。このアミノ酸配列は、ウミサボテンから精製し、アミノ酸分析によって得られた22残基の配列(配列番号11)を完全一致の状態で含むことから、ウミサボテンに由来する野生型蛍光タンパク質遺伝子であると決定した。この遺伝子をpRSETベクター(インビトロジェン)に組み込み、大腸菌にトランスフォーメーションし、UV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)を用いて観察したところ顕著な蛍光活性が示された。   From the base sequence of the obtained full-length cactus fluorescent protein, the base sequence of the open reading frame of the cactus GFP gene was predicted using the sequence information analysis software DNASIS Pro (SEQ ID NO: 4). Furthermore, this open reading frame was translated to obtain the amino acid sequence of the cactus fluorescent protein (SEQ ID NO: 3). This amino acid sequence was purified from sea cactus and contained the 22-residue sequence (SEQ ID NO: 11) obtained by amino acid analysis in a completely identical state. Therefore, it was determined to be a wild-type fluorescent protein gene derived from sea cactus. . This gene was incorporated into a pRSET vector (Invitrogen), transformed into Escherichia coli, and observed with UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP), which showed remarkable fluorescence activity.

[実施例2:ウミサボテン蛍光タンパク質の単量体化]
以下の方法によって、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列の154番目のシステインをセリンに置換した。変異の導入には、QuickChange II Site−Directed Mutagenesis Kit (Stratagene社)を用いた。pRSET−A(インビトロジェン社)にウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子をクローニングしたプラスミドを鋳型とし、Pirmer1(CAATGTATGTATCGGACGACACTTTGG)(配列番号36)およびPrimer2(CCAAAGTGTCGTCCGATACATACATTG)(配列番号37)を使用して、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。反応後、37度にてDpnIで処理し、大腸菌JM109(DE3)株にトランスフォームした。
[Example 2: Monomerization of sea cactus fluorescent protein]
The cysteine at position 154 in the amino acid sequence of the wild type fluorescent protein was substituted with serine by the following method. For the introduction of the mutation, QuickChange II Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene) was used. Using a plasmid obtained by cloning a cactus fluorescent protein gene in pRSET-A (Invitrogen) as a template, and using Pilmer1 (CAATGTATGTCGCGACGACACTTTGG) and Primer2 (CCAAAGGTGTGTCCGATACATACATTG) (SEQ ID NO: 37) PCR reaction was performed according to the manual. After the reaction, it was treated with DpnI at 37 degrees and transformed into Escherichia coli JM109 (DE3) strain.

トランスフォームされた菌を培養してベクターを取り出し、蛍光タンパク質遺伝子の塩基配列をシーケンサーによって読み取った。その結果、配列番号8の配列が得られ、狙い通りに変異が導入できたことが確認できた。この遺伝子から、154番目がセリンに置換された蛍光タンパク質(配列番号5)が発現する。   The transformed bacteria were cultured, the vector was taken out, and the nucleotide sequence of the fluorescent protein gene was read with a sequencer. As a result, the sequence of SEQ ID NO: 8 was obtained, and it was confirmed that the mutation could be introduced as intended. From this gene, a fluorescent protein (SEQ ID NO: 5) in which the 154th is substituted with serine is expressed.

また、トランスフォーム後の大腸菌を、28度にて培養した後、溶菌してライセートを作製した。これにSDS−PAGEサンプルバッファーを加え、熱を加えずにサンプルを調製して、SDS−PAGEを行った。その結果を図4に示す。図4から、野生型蛍光タンパク質(左レーン)では出現する2量体のバンドが、変異体蛍光タンパク質(右レーン)において消失していることがわかる。このことから、蛍光タンパク質が単量体化されたことが確認された。   Further, the transformed Escherichia coli was cultured at 28 degrees and then lysed to prepare lysate. SDS-PAGE sample buffer was added thereto, a sample was prepared without applying heat, and SDS-PAGE was performed. The result is shown in FIG. FIG. 4 shows that the dimer band that appears in the wild-type fluorescent protein (left lane) disappears in the mutant fluorescent protein (right lane). This confirmed that the fluorescent protein was monomerized.

[実施例3:ウミサボテン蛍光タンパク質の発色団形成温度の改変]
実施例2で得られた単量体化した変異体蛍光タンパク質に対してランダムに変異を導入し、37℃において発色団形成が安定化する変異体をスクリーニングした。
[Example 3: Modification of chromophore formation temperature of sea cactus fluorescent protein]
Mutations were randomly introduced into the monomeric mutant fluorescent protein obtained in Example 2 and screened for mutants that stabilize chromophore formation at 37 ° C.

変異の導入は、GeneMorph II EZClone Domain Mutagenesis Kit(Stratagene社)を用いた。pRSET−A(インビトロジェン社)に単量体化変異体(154番目のシステインがセリンに置換)の遺伝子がクローニングされたプラスミドを鋳型とし、Pirmer1(ATGAGTATTCCAGAGAATTCGGGCTTAACAG)(配列番号38)およびPrimer2(TCATGGTTTAGCTATGGCCGTCTCATG)(配列番号39)を加えて、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。PCR反応後、1%アガロースゲルを用いて電気泳動を行い、目的とするPCR産物をWizard SV Gel and PCR Clean−Up(Promega社)を用いて精製した。精製後、マニュアルに準じてPCR反応を行い、37℃にてDpnIで処理した後に、エタノール沈殿を行った。沈殿後、少量の蒸留水にDNAを溶かして、MicroPulser(BioRad社)を用いてエレクトロポレーション法にてJM109(DE3)にトランスフォームした。トランスフォーム後の大腸菌を、25cm四方のLB(50ng/mlのアンピシリンを添加済み)プレートに播種して、37℃で培養してコロニーを形成させた。コロニー形成後、UV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)を使用して、野生型蛍光タンパク質を発現するコロニーと比べて、強い蛍光を発するコロニー(それぞれ変異体1および変異体2と名付ける)を2つ選択し、再度培養した。その後、それらが保持するプラスミドの塩基配列を決定した。それぞれの配列は配列番号9および配列番号10に示される。   For the introduction of mutation, GeneMorph II EZClone Domain Mutagenesis Kit (Stratagene) was used. Using a plasmid in which a monomerized mutant gene (the 154th cysteine is replaced with serine) as a template in pRSET-A (Invitrogen) was used as a template, Pilmer1 (ATGAGTATTCCAGGAATTCGGGCTTAACAG) (SEQ ID NO: 38) and Primer2 (TCATGGTTTAGCTATGGCCGTCTGCTGTCTCTC SEQ ID NO: 39) was added, and PCR was performed according to the manual attached to the kit. After the PCR reaction, electrophoresis was performed using 1% agarose gel, and the target PCR product was purified using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up (Promega). After purification, PCR reaction was performed according to the manual, and after treatment with DpnI at 37 ° C., ethanol precipitation was performed. After precipitation, DNA was dissolved in a small amount of distilled water and transformed into JM109 (DE3) by electroporation using MicroPulser (BioRad). The transformed E. coli was inoculated on a 25 cm square LB (50 ng / ml ampicillin added) plate and cultured at 37 ° C. to form colonies. After colony formation, use UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP) to select two colonies that emit strong fluorescence (named mutant 1 and mutant 2, respectively) compared to colonies expressing wild-type fluorescent protein And cultured again. Then, the base sequence of the plasmid which they hold was determined. The respective sequences are shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10.

さらに、これらの塩基配列をアミノ酸配列に変換し(変異体1は配列番号6、変異体2は配列番号7)、野生型のアミノ酸配列と比較した。変異体1は、126番目のアスパラギンがチロシンに置換され、154番目のシステインがセリンに置換され、166番目のチロシンがフェニルアラニンに置換されていることがわかった。変異体2は、129番目のセリンがグリシンに置換され、154番目のシステインがセリンに置換され、156番目のアスパラギン酸がグリシンに置換され、204番目のリジンがイソロイシンに置換され、209番目のアスパラギンがチロシンに置換されていることがわかった。   Furthermore, these base sequences were converted into amino acid sequences (SEQ ID NO: 6 for variant 1 and SEQ ID NO: 7 for variant 2), and compared with the wild-type amino acid sequence. Mutant 1 was found to have 126th asparagine replaced with tyrosine, 154th cysteine replaced with serine, and 166th tyrosine replaced with phenylalanine. In variant 2, 129th serine is replaced with glycine, 154th cysteine is replaced with serine, 156th aspartic acid is replaced with glycine, 204th lysine is replaced with isoleucine, 209th asparagine Was replaced by tyrosine.

また、変異体1および2の37℃における発色団形成の安定性を、野生型蛍光タンパク質および単量体化蛍光タンパク質と比較した。pRSET−A(インビトロジェン社)に、野生型遺伝子、実施例2で作製した単量体化変異体の遺伝子、変異体1の遺伝子および変異体2の遺伝子をそれぞれクローニングし、それぞれJM109(DE3)株にトランスフォームした。これらの株をプレートに塗布し、37℃で培養して蛍光タンパク質を発現させた。その状態をUV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)で観察して、画像を撮影した。図5は、それをモノクロで表した画像である。蛍光は、実際の画像では緑色の光として観察されたが、図5では白色で示され、白色が濃いほど、蛍光強度が高い。野生型および単量体化変異体と比較して、変異体1および2は非常に強い蛍光を発していることがわかる。特に、変異体1に比べて、変異体2のほうが強い蛍光を発していることがわかる。   In addition, the stability of chromophore formation at 37 ° C. of mutants 1 and 2 was compared with wild-type fluorescent protein and monomeric fluorescent protein. The wild type gene, the monomerized mutant gene prepared in Example 2, the gene of mutant 1 and the gene of mutant 2 were cloned into pRSET-A (Invitrogen), respectively, and the JM109 (DE3) strain, respectively. Transformed into. These strains were applied to plates and cultured at 37 ° C. to express fluorescent proteins. The state was observed with UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP), and an image was taken. FIG. 5 is an image representing it in monochrome. Although fluorescence was observed as green light in an actual image, it is shown in white in FIG. 5, and the darker the white, the higher the fluorescence intensity. It can be seen that mutants 1 and 2 fluoresce very strongly compared to the wild type and monomeric mutants. In particular, it can be seen that mutant 2 emits stronger fluorescence than mutant 1.

次に、ゲルろ過クロマトグラフィーにて、蛍光タンパク質の会合状態を調べた。野生型蛍光タンパク質を発現する大腸菌および変異体2を発現する大腸菌から、それぞれ蛍光タンパク質を精製し解析した。その結果を図6に示す。野生型では66kDal付近にピークが得られ、一方、変異体2では37kDal付近でピークが得られた。これらの結果は、野生型蛍光タンパク質が2量体を形成しているのに対し、変異体2の蛍光タンパク質が単量体を形成していることを示唆する。   Next, the association state of the fluorescent protein was examined by gel filtration chromatography. Fluorescent proteins were purified and analyzed from E. coli expressing wild type fluorescent protein and E. coli expressing mutant 2. The result is shown in FIG. In the wild type, a peak was obtained in the vicinity of 66 kDa, whereas in mutant 2, a peak was obtained in the vicinity of 37 kDa. These results suggest that the fluorescent protein of variant 2 forms a monomer while the wild-type fluorescent protein forms a dimer.

[実施例4:S147A変異体の作製]
実施例3で得られた遺伝子に対し、蛍光極大波長の変更点をアルカリ性側にシフトする変異を、Quick Change II Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene社)を用いて導入した。詳細は下記に述べる。
[Example 4: Production of S147A mutant]
A mutation that shifts the change point of the fluorescence maximum wavelength to the alkaline side was introduced into the gene obtained in Example 3 using Quick Change II Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene). Details are described below.

pRSET−B(インビトロジェン社)に、変異体2(129番目のセリンがグリシンに置換、154番目のシステインがセリンに置換、156番目のアスパラギン酸がグリシンに置換、204番目のリジンがイソロイシンに置換、209番目のアスパラギンがチロシンに置換)の遺伝子を挿入したプラスミドを鋳型として、S147Aプライマー1(CCAAACTAGAACCGGCGAGTGAGTCAATG、配列番号40)およびS147Aプライマー2(CATTGACTCACTCGCCGGTTCTAGTTTGG、配列番号41)を使用して、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。反応後、反応産物にDpnIを加えて37度で処理した後に、大腸菌JM109(DE3)株に形質転換した。形質転換された大腸菌を増殖させてプラスミドDNAを精製し、目的の変異が導入された遺伝子が作製されたことを確認した。このプラスミドを保持する大腸菌を37度にて培養してS147A変異体を発現させ、溶菌して、Ni−NTA(Quiagen社)カラムクロマトグラフィーを行って当該変異体を精製した。   pRSET-B (Invitrogen), mutant 2 (129th serine substituted with glycine, 154th cysteine replaced with serine, 156th aspartic acid replaced with glycine, 204th lysine replaced with isoleucine, Using as a template a plasmid in which the 209th asparagine was replaced with tyrosine) template, and using S147A primer 1 (CCAAACTAGAACCGGCGGATGGATCCAATG, SEQ ID NO: 40) and S147A primer 2 (CATTGACTACTACTCGCCGGTTCTAGTTTG, SEQ ID NO: 41), attached to the kit PCR reaction was performed according to the manual. After the reaction, DpnI was added to the reaction product, treated at 37 ° C., and then transformed into E. coli JM109 (DE3) strain. The transformed E. coli was grown and the plasmid DNA was purified, and it was confirmed that the gene into which the target mutation was introduced was produced. Escherichia coli carrying this plasmid was cultured at 37 degrees to express the S147A mutant, lysed, and subjected to Ni-NTA (Qiagen) column chromatography to purify the mutant.

精製されたS147A変異体を異なるpHの溶液に添加し、蛍光色をUVハンディライト(365nm)で確認したところ、pH9からpH10の間において蛍光色が青色から緑色に変化した(図7)。   When the purified S147A mutant was added to a solution having a different pH and the fluorescence color was confirmed with UV handy light (365 nm), the fluorescence color changed from blue to green between pH 9 and pH 10 (FIG. 7).

さらに、分光光度計(HITACHI U−3010)、蛍光光度計(HITACHI F−2500)を用いて、吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを測定した(図1から3)。その結果、主にpH9以下において462nm付近に蛍光極大波長を有し(388nm励起、図1)、pH10以上において509nm付近に蛍光極大波長を有することがわかった(450nm励起、図2)。また、主にpH9以下において395nm、主にpH10以上において509nmに吸収極大を持つことが分かった(図3)。   Furthermore, an absorption spectrum and a fluorescence spectrum were measured using a spectrophotometer (HITACHI U-3010) and a fluorimeter (HITACHI F-2500) (FIGS. 1 to 3). As a result, it was found that the fluorescence maximum wavelength was mainly near 462 nm at pH 9 or less (388 nm excitation, FIG. 1), and the fluorescence maximum wavelength was around 509 nm at pH 10 or more (450 nm excitation, FIG. 2). It was also found that the absorption maximum was mainly at 395 nm at pH 9 or lower, and mainly at 509 nm at pH 10 or higher (FIG. 3).

[実施例5:S147T変異体の作製]
実施例3で得られた遺伝子に対し、蛍光極大波長の変更点をアルカリ性側にシフトする変異を、Quick Change II Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene社)を用いて導入した。詳細は下記に述べる。
[Example 5: Production of S147T mutant]
A mutation that shifts the change point of the fluorescence maximum wavelength to the alkaline side was introduced into the gene obtained in Example 3 using Quick Change II Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene). Details are described below.

pRSET−B(インビトロジェン社)に、変異体2(129番目のセリンがグリシンに置換、154番目のシステインがセリンに置換、156番目のアスパラギン酸がグリシンに置換、204番目のリジンがイソロイシンに置換、209番目のアスパラギンがチロシンに置換)の遺伝子を挿入したプラスミドを鋳型として、S147Tプライマー1(CCAAACTAGAACCGACCAGTGAGTCAATG、配列番号44)およびS147Tプライマー2(CATTGACTCACTGGTCGGTTCTAGTTTGG、配列番号45)を使用して、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。反応後、反応産物にDpnIを加えて37度で処理した後に、大腸菌JM109(DE3)株に形質転換した。形質転換された大腸菌を増殖させてプラスミドDNAを精製し、目的の変異が導入された遺伝子が作製されたことを確認した。このプラスミドを保持する大腸菌を37度にて培養してS147T変異体を発現させ、溶菌して、Ni−NTA(Quiagen社)カラムクロマトグラフィーを行って当該変異体を精製した。   pRSET-B (Invitrogen), mutant 2 (129th serine substituted with glycine, 154th cysteine replaced with serine, 156th aspartic acid replaced with glycine, 204th lysine replaced with isoleucine, Using the plasmid inserted with the 209th asparagine substituted with tyrosine) as a template, S147T primer 1 (CCAAACTAGAACCGACCAGTGAGTCAATG, SEQ ID NO: 44) and S147T primer 2 (CATTGACTCACTGGTCTGTTCTAGTTTG, SEQ ID NO: 45) are attached to the kit. PCR reaction was performed according to the manual. After the reaction, DpnI was added to the reaction product, treated at 37 ° C., and then transformed into E. coli JM109 (DE3) strain. The transformed E. coli was grown and the plasmid DNA was purified, and it was confirmed that the gene into which the target mutation was introduced was produced. Escherichia coli carrying this plasmid was cultured at 37 degrees to express the S147T mutant, lysed, and subjected to Ni-NTA (Quiagen) column chromatography to purify the mutant.

精製されたS147T変異体を異なるpHの溶液に添加し、蛍光色をUVハンディライト(365nm)で確認したところ、pH6付近において蛍光色が青色から緑色に変化した(図12)。   When the purified S147T mutant was added to a solution having a different pH and the fluorescent color was confirmed with UV handy light (365 nm), the fluorescent color changed from blue to green at around pH 6 (FIG. 12).

さらに、分光光度計(HITACHI U−3010)、蛍光光度計(HITACHI F−2500)を用いて、吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを測定した(図11a−c)。その結果、388nmの励起光により励起した場合、pH6以下において主に460nm付近のピークを示し、pH7では460nm付近のピークと507nm付近のピークとを示し、pH8以上では主に507nm付近のピークを示した(図11a)。また、450nmの励起光により励起した場合、各pHにおいて、主に507nm付近にのみピークを示した(図11b)。さらに、吸収ピークを見た場合、pH7以下では389nm付近と499nm付近とに主要な2つのピークを示し、pH8以上では主に499nm付近にピークを示した(図11c)。   Furthermore, an absorption spectrum and a fluorescence spectrum were measured using a spectrophotometer (HITACHI U-3010) and a fluorimeter (HITACHI F-2500) (FIGS. 11a to 11c). As a result, when excited by excitation light of 388 nm, a peak mainly near 460 nm is shown at pH 6 or lower, a peak near 460 nm and a peak near 507 nm are shown at pH 7, and a peak around 507 nm is shown at pH 8 or higher. (FIG. 11a). In addition, when excited by 450 nm excitation light, a peak was mainly shown only at around 507 nm at each pH (FIG. 11b). Furthermore, when the absorption peak was observed, two major peaks were observed near 389 nm and 499 nm at pH 7 or lower, and peaks were mainly present at 499 nm above pH 8 (FIG. 11c).

[実施例6:S147G変異体の作製]
実施例3で得られた遺伝子に対し、蛍光極大波長の変更点をアルカリ性側にシフトする変異を、Quick Change II Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene社)を用いて導入した。詳細は下記に述べる。
[Example 6: Production of S147G mutant]
A mutation that shifts the change point of the fluorescence maximum wavelength to the alkaline side was introduced into the gene obtained in Example 3 using Quick Change II Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene). Details are described below.

pRSET−B(インビトロジェン社)に、変異体2(129番目のセリンがグリシンに置換、154番目のシステインがセリンに置換、156番目のアスパラギン酸がグリシンに置換、204番目のリジンがイソロイシンに置換、209番目のアスパラギンがチロシンに置換)の遺伝子を挿入したプラスミドを鋳型として、S147Gプライマー1(CCAAACTAGAACCGGGCAGTGAGTCAATG、配列番号48)およびS147Gプライマー2(CATTGACTCACTGCCCGGTTCTAGTTTGG、配列番号49)を使用して、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。反応後、反応産物にDpnIを加えて37度で処理した後に、大腸菌JM109(DE3)株に形質転換した。形質転換された大腸菌を増殖させてプラスミドDNAを精製し、目的の変異が導入された遺伝子が作製されたことを確認した。このプラスミドを保持する大腸菌を37度にて培養してS147G変異体を発現させ、溶菌して、Ni−NTA(Quiagen社)カラムクロマトグラフィーを行って当該変異体を精製した。   pRSET-B (Invitrogen), mutant 2 (129th serine substituted with glycine, 154th cysteine replaced with serine, 156th aspartic acid replaced with glycine, 204th lysine replaced with isoleucine, Using a plasmid in which the gene of 209th asparagine was replaced with tyrosine) as a template, using S147G primer 1 (CCAAACTAGAACCGGGCAGTGAGTCAATG, SEQ ID NO: 48) and S147G primer 2 (CATTGACTACTACTCCCCGTTCTAGTTTG, SEQ ID NO: 49), attached to the kit PCR reaction was performed according to the manual. After the reaction, DpnI was added to the reaction product, treated at 37 ° C., and then transformed into E. coli JM109 (DE3) strain. The transformed E. coli was grown and the plasmid DNA was purified, and it was confirmed that the gene into which the target mutation was introduced was produced. Escherichia coli carrying this plasmid was cultured at 37 degrees to express the S147G mutant, lysed, and subjected to Ni-NTA (Qiagen) column chromatography to purify the mutant.

精製されたS147G変異体を異なるpHの溶液に添加し、蛍光色をUVハンディライト(365nm)で確認したところ、pH7付近において蛍光色が青色から緑色に変化した(図14)。   When the purified S147G mutant was added to a solution having a different pH and the fluorescent color was confirmed by UV handy light (365 nm), the fluorescent color changed from blue to green in the vicinity of pH 7 (FIG. 14).

さらに、分光光度計(HITACHI U−3010)、蛍光光度計(HITACHI F−2500)を用いて、吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを測定した(図13a−c)。その結果、388nmの励起光により励起した場合、pH9以下において主に460nm付近のピークを示し、pH10および11では、460nm付近および506nm付近にピークを示した(図13a)。また、450nmの励起光により励起した場合、pH5から11において、主に506nm付近にピークを示した(図13b)。さらに、吸収ピークを見た場合、pH6以下では主に394nm付近にピークを示し、pH7から9では394nm付近および495nm付近においてピークを示し、pH10および11では主に495nm付近に吸収ピークを示した(図13c)。   Furthermore, an absorption spectrum and a fluorescence spectrum were measured using a spectrophotometer (HITACHI U-3010) and a fluorometer (HITACHI F-2500) (FIGS. 13a to 13c). As a result, when excited by excitation light of 388 nm, peaks mainly at around 460 nm were shown at pH 9 or lower, and peaks were shown at around 460 nm and around 506 nm at pH 10 and 11 (FIG. 13a). In addition, when excited by 450 nm excitation light, peaks were mainly observed at around 506 nm at pH 5 to 11 (FIG. 13b). Further, when the absorption peak was observed, the peak was mainly around 394 nm at pH 6 or lower, the peak was around 394 nm and 495 nm at pH 7 to 9, and the absorption peak was mainly around 495 nm at pH 10 and 11. FIG. 13c).

[実施例7:S147C変異体の作製]
実施例3で得られた遺伝子に対し、蛍光極大波長の変更点をアルカリ性側にシフトする変異を、Quick Change II Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene社)を用いて導入した。詳細は下記に述べる。
[Example 7: Production of S147C mutant]
A mutation that shifts the change point of the fluorescence maximum wavelength to the alkaline side was introduced into the gene obtained in Example 3 using Quick Change II Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene). Details are described below.

pRSET−B(インビトロジェン社)に、変異体2(129番目のセリンがグリシンに置換、154番目のシステインがセリンに置換、156番目のアスパラギン酸がグリシンに置換、204番目のリジンがイソロイシンに置換、209番目のアスパラギンがチロシンに置換)の遺伝子を挿入したプラスミドを鋳型として、S147Cプライマー1(CCAAACTAGAACCGTGCAGTGAGTCAATG、配列番号52)およびS147Cプライマー2(CATTGACTCACTGCACGGTTCTAGTTTGG、配列番号53)を使用して、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。反応後、反応産物にDpnIを加えて37度で処理した後に、大腸菌JM109(DE3)株に形質転換した。形質転換された大腸菌を増殖させてプラスミドDNAを精製し、目的の変異が導入された遺伝子が作製されたことを確認した。このプラスミドを保持する大腸菌を37度にて培養してS147C変異体を発現させ、溶菌して、Ni−NTA(Quiagen社)カラムクロマトグラフィーを行って当該変異体を精製した。   pRSET-B (Invitrogen), mutant 2 (129th serine substituted with glycine, 154th cysteine replaced with serine, 156th aspartic acid replaced with glycine, 204th lysine replaced with isoleucine, Using as a template a plasmid in which the 209th asparagine was replaced by tyrosine) template, and using S147C primer 1 (CCAAACTAGAACCGTGCAGTGAGTCAATG, SEQ ID NO: 52) and S147C primer 2 (CATTGACTACTACTCACGGTTCTAGTTTG, SEQ ID NO: 53), attached to the kit PCR reaction was performed according to the manual. After the reaction, DpnI was added to the reaction product, treated at 37 ° C., and then transformed into E. coli JM109 (DE3) strain. The transformed E. coli was grown and the plasmid DNA was purified, and it was confirmed that the gene into which the target mutation was introduced was produced. Escherichia coli carrying this plasmid was cultured at 37 degrees to express the S147C mutant, lysed, and subjected to Ni-NTA (Qiagen) column chromatography to purify the mutant.

精製されたS147C変異体を異なるpHの溶液に添加し、蛍光色をUVハンディライト(365nm)で確認したところ、pH9付近において蛍光色が青色から緑色に変化した(図16)。   When the purified S147C mutant was added to a solution having a different pH and the fluorescent color was confirmed by UV handy light (365 nm), the fluorescent color changed from blue to green in the vicinity of pH 9 (FIG. 16).

さらに、分光光度計(HITACHI U−3010)、蛍光光度計(HITACHI F−2500)を用いて、吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを測定した(図15a−c)。その結果、388nmの励起光により励起した場合、各pHにおいて主に460nm付近のピークを示した(図13a)。また、450nmの励起光により励起した場合、pH8から11において、主に512nm付近にピークを示した(図13b)。さらに、吸収ピークを見た場合、pH7以下では主に396nm付近にピークを示し、pH8および9では396nm付近および505nm付近においてピークを示し、pH10および11では主に505nm付近に吸収ピークを示した(図13c)。   Furthermore, an absorption spectrum and a fluorescence spectrum were measured using a spectrophotometer (HITACHI U-3010) and a fluorimeter (HITACHI F-2500) (FIGS. 15a to 15c). As a result, when excited by excitation light of 388 nm, a peak mainly around 460 nm was shown at each pH (FIG. 13a). In addition, when excited by 450 nm excitation light, peaks were mainly observed at around 512 nm at pH 8 to 11 (FIG. 13b). Further, when the absorption peak was observed, the peak was mainly around 396 nm at pH 7 or lower, the peak was around 396 nm and 505 nm at pH 8 and 9, and the absorption peak was mainly around 505 nm at pH 10 and 11. FIG. 13c).

[実施例8:固定細胞での細胞内pHの測定]
固定細胞内において、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光を測定した。
[Example 8: Measurement of intracellular pH in fixed cells]
In the fixed cells, the fluorescence of the wild type cactus fluorescent protein was measured.

哺乳細胞発現ベクターpCDA3.1(インビトロジェン社)に、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質のcDNAを組み込んだ。作製されたプラスミドをLipofectamine2000(インビトロジェン社)を用いてU2OS細胞に導入した。Lipofectamine2000は取扱説明書に従って使用した。   The cDNA of wild type cactus fluorescent protein was incorporated into a mammalian cell expression vector pCDA3.1 (Invitrogen). The prepared plasmid was introduced into U2OS cells using Lipofectamine 2000 (Invitrogen). Lipofectamine 2000 was used according to the instruction manual.

そのU2OS細胞を一昼夜培養した後、3%中性ホルマリン固定法によって固定し、蛍光顕微鏡(オリンパス社製IX70)にて明視野像を撮影した(図8a)。その後、細胞をリン酸緩衝液(pH=7)で洗浄し、IB励起用の蛍光キューブNIBA(オリンパス社製:励起フィルター470−490nm、ダイクロイックミラー505nm、蛍光フィルター510−550nm)を使用して蛍光像を撮影した。図8bは、それをモノクロで表した画像である。実際の画像において緑色で観察された蛍光は、図8bでは白色で示される。次に、細胞を酢酸緩衝液(pH=4)で洗浄し、U励起用蛍光キューブWU(オリンパス社製:励起フィルター330−385nm、ダイクロイックミラー400nm、蛍光フィルター420nmロングパス)を使用して蛍光像を撮影した。図8cは、それをモノクロで表した画像である。実際の画像において青色で観察された蛍光は、図8cでは白色で示される。これらの画像から、本発明のウミサボテン蛍光タンパク質が、ホルマリン固定された細胞内においても蛍光を発生することができ、さらに、pHに応じてその波長を変化させることが示された。   The U2OS cells were cultured all day and night, then fixed by 3% neutral formalin fixation, and a bright field image was taken with a fluorescence microscope (IX70 manufactured by Olympus) (FIG. 8a). Thereafter, the cells were washed with a phosphate buffer (pH = 7), and fluorescence was obtained using a fluorescent cube NIBA for IB excitation (Olympus: excitation filter 470-490 nm, dichroic mirror 505 nm, fluorescence filter 510-550 nm). I took a picture. FIG. 8b is an image representing it in monochrome. The fluorescence observed in green in the actual image is shown in white in FIG. 8b. Next, the cells are washed with an acetate buffer (pH = 4), and a fluorescence image is obtained using a fluorescent cube WU for excitation U (Olympus: excitation filter 330-385 nm, dichroic mirror 400 nm, fluorescence filter 420 nm long pass). I took a picture. FIG. 8c is an image representing it in monochrome. The fluorescence observed in blue in the actual image is shown in white in FIG. 8c. From these images, it was shown that the cactus fluorescent protein of the present invention can generate fluorescence even in formalin-fixed cells, and further change its wavelength according to pH.

さらに、各pHにおける蛍光スペクトルを計測した(図8d)。計測には浜松ホトニクス社製のマルチチャンネル検出器PMA−11を用いた。その結果、pH4では472nmに、pH7では509nmに最大波長を示すスペクトルが得られた。   Furthermore, the fluorescence spectrum at each pH was measured (FIG. 8d). A multi-channel detector PMA-11 manufactured by Hamamatsu Photonics was used for the measurement. As a result, a spectrum having a maximum wavelength at 472 nm at pH 4 and at 509 nm at pH 7 was obtained.

[実施例9:貪食細胞におけるpHの測定]
生細胞内における野生型ウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光を測定して細胞内のpHを推定した。
[Example 9: Measurement of pH in phagocytic cells]
The intracellular pH was estimated by measuring the fluorescence of the wild type cactus fluorescent protein in living cells.

大腸菌発現ベクターpRSET(インビトロジェン社)に野生型ウミサボテン蛍光タンパク質のcDNAを組み込んだ。作製されたプラスミドを大腸菌にトランスフォーメーションし、25℃で培養して、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質を大腸菌内で発現させた。この大腸菌を、マウス由来マクロファージRAW264.7細胞株の培養容器内に加えて、一昼夜培養した。なお、大腸菌はRAW細胞によって貪食された後、RAW細胞内の酸性環境下にある細胞小器官リソソームで消化されることが一般に知られている。   Wild-type cactus fluorescent protein cDNA was incorporated into E. coli expression vector pRSET (Invitrogen). The prepared plasmid was transformed into E. coli and cultured at 25 ° C. to express the wild type cactus fluorescent protein in E. coli. This Escherichia coli was added to a culture vessel of a mouse-derived macrophage RAW264.7 cell line and cultured overnight. In addition, it is generally known that Escherichia coli is digested by organelle lysosomes in an acidic environment in RAW cells after phagocytosis by RAW cells.

蛍光顕微鏡観察を行う前に、培養液をリン酸緩衝液(pH=7)で置換した。その後、大腸菌を貪食中のRAW細胞をIB励起用の蛍光キューブNIBA(オリンパス社製:励起フィルター470−490nm、ダイクロイックミラー505nm、蛍光フィルター510−550nm)を用いて撮影した。図9の(a)は、それをモノクロで表した画像である。蛍光キューブNIBAを使用すると、主に緑色の蛍光のみを検出することができるが、図9a中では、緑色の蛍光は白色で表される。さらに、U励起用の蛍光キューブWU(オリンパス社製:励起フィルター330−385nm、ダイクロイックミラー400nm、蛍光フィルター420nmロングパス)を用いて撮影した。図9の(b)は、それをモノクロで表した画像である。蛍光キューブWUを使用すると、緑色および青色を含む420nm以上の蛍光を検出できるが、図9b中では、緑色および青色の蛍光は、ともに白色で表される。   Prior to observation with a fluorescence microscope, the culture medium was replaced with a phosphate buffer (pH = 7). Thereafter, RAW cells phagocytosing E. coli were photographed using a fluorescent cube NIBA (Olympus: excitation filter 470-490 nm, dichroic mirror 505 nm, fluorescence filter 510-550 nm) for IB excitation. FIG. 9A shows an image representing the image in monochrome. When the fluorescent cube NIBA is used, mainly only green fluorescence can be detected, but in FIG. 9a, the green fluorescence is represented in white. Furthermore, it image | photographed using the fluorescence cube WU (The Olympus company make: excitation filter 330-385 nm, dichroic mirror 400 nm, fluorescence filter 420 nm long pass) for U excitation. FIG. 9B is an image representing it in monochrome. When the fluorescent cube WU is used, fluorescence of 420 nm or more including green and blue can be detected. In FIG. 9b, both green and blue fluorescence are expressed in white.

図9aによれば、点在する光を観察することができるが、RAW細胞の形を認識することはできない。観察されたこの光は、明視野像(図示せず)との比較から、RAW細胞に貪食される前の培養液中に存在する大腸菌に由来する光であることがわかる。このことから、中性の培養液中に存在する大腸菌内の蛍光タンパク質は、緑色の蛍光を発していることがわかった。   According to FIG. 9a, scattered light can be observed, but the RAW cell shape cannot be recognized. From the comparison with the bright-field image (not shown), it can be seen that this observed light is derived from E. coli present in the culture solution before being phagocytosed by RAW cells. From this, it was found that the fluorescent protein in E. coli present in the neutral culture medium emits green fluorescence.

図9bに示すように、点在する光に加え、多数の光が集ってRAW細胞の形を形成している様子も観察された。点在する光は、図9aと同様に、貪食前の培養液中の大腸菌に由来する光である。一方、RAW細胞の形を形成する光は、貪食されRAW細胞内のリソソームに取り込まれた大腸菌に由来する光である。ここで、実際の画像によれば、点在する光は緑色に、RAW細胞の形を形成する光は青色に観察された。これらのことから、ウミサボテン蛍光タンパク質は、中性の培養液では緑色の蛍光を発するが、酸性のリソソーム内に移されることにより、青色の蛍光を発するようになることがわかった。   As shown in FIG. 9b, it was also observed that a lot of light gathered to form a RAW cell shape in addition to scattered light. The scattered light is light derived from E. coli in the culture solution before phagocytosis, as in FIG. 9a. On the other hand, the light forming the RAW cell shape is light derived from E. coli phagocytosed and taken into lysosomes in the RAW cell. Here, according to an actual image, scattered light was observed in green, and light forming a RAW cell shape was observed in blue. From these results, it was found that the cactus fluorescent protein emits green fluorescence in a neutral culture solution, but emits blue fluorescence when transferred into acidic lysosomes.

さらに、図9bにおけるRAW細胞による貪食の前後における蛍光タンパク質の蛍光スペクトルを図10に示す。この蛍光スペクトルから得られた458nmおよび506nmの蛍光強度に基づいて比を求め、予め作成した検量線に当てはめて培養液中およびリソソーム内のpHを推定した(図10下表)。推定されたpHは、培養液中のpHおよびリソソーム内のpHをほぼ反映している。   Furthermore, the fluorescence spectrum of the fluorescent protein before and after phagocytosis by RAW cells in FIG. 9b is shown in FIG. A ratio was determined based on the fluorescence intensities of 458 nm and 506 nm obtained from this fluorescence spectrum, and applied to a calibration curve prepared in advance to estimate the pH in the culture solution and in the lysosome (lower table in FIG. 10). The estimated pH almost reflects the pH in the culture and the pH in the lysosome.

以上の結果から、ウミサボテン蛍光タンパク質は、生きた異種細胞内においても中性環境下から酸性環境下へと移されることで、それが発する蛍光の波長を変化させることができることが示された。さらに、そのときの蛍光強度に基づいてウミサボテン蛍光タンパク質の存在する環境中のpHを良好に求めることができることが示された。   From the above results, it was shown that the cactus fluorescent protein can change the wavelength of the fluorescence emitted by moving from a neutral environment to an acidic environment even in living heterogeneous cells. Furthermore, it was shown that the pH in the environment where the cactus fluorescent protein exists can be obtained satisfactorily based on the fluorescence intensity at that time.

Claims (22)

刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来し、pH依存的に蛍光極大波長が変化する蛍光タンパク質であって、当該変化がpH4とpH11との間において生じる蛍光タンパク質。   A fluorescent protein derived from an organism belonging to the cnidarian genus Hylaeidae, which changes in the fluorescence maximum wavelength in a pH-dependent manner, and the change occurs between pH 4 and pH 11. 前記変化がpH6とpH10との間において生じる請求項1に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to claim 1, wherein the change occurs between pH 6 and pH 10. 前記変化が生じるpHより低いpHにおいて青色の蛍光を発し、前記変化が生じるpHより高いpHにおいて緑色の蛍光を発する請求項1または2に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to claim 1 or 2, which emits blue fluorescence at a pH lower than the pH at which the change occurs, and emits green fluorescence at a pH higher than the pH at which the change occurs. 前記変化が生じるpHより低いpHにおける蛍光極大波長が509nm付近であり、前記変化が生じるpHより高いpHにおける蛍光極大波長が462nm付近である請求項1から3の何れか1項に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to any one of claims 1 to 3, wherein a fluorescence maximum wavelength at a pH lower than the pH at which the change occurs is around 509 nm, and a fluorescence maximum wavelength at a pH higher than the pH at which the change occurs is around 462 nm. . 前記変化がpH9と10との間において生じる請求項1から4の何れか1項に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to any one of claims 1 to 4, wherein the change occurs between pH 9 and 10. 配列番号1で示されるアミノ酸配列を含む請求項5に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to claim 5, comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. 前記変化がpH6付近において生じる請求項1から4の何れか1項に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to any one of claims 1 to 4, wherein the change occurs near pH 6. 配列番号42で示されるアミノ酸配列を含む請求項7に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to claim 7, comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 42. 前記変化がpH7と8との間において生じる請求項1から4の何れか1項に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to any one of claims 1 to 4, wherein the change occurs between pH 7 and 8. 配列番号46で示されるアミノ酸配列を含む請求項9に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to claim 9, comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 46. 前記変化がpH9付近において生じる請求項1から4の何れか1項に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to any one of claims 1 to 4, wherein the change occurs near pH 9. 配列番号50で示されるアミノ酸配列を含む請求項11に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescent protein according to claim 11, comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 50. 請求項1から12の何れか1項に記載の蛍光タンパク質をコードする塩基配列を含む核酸。   A nucleic acid comprising a base sequence encoding the fluorescent protein according to any one of claims 1 to 12. 前記塩基配列が配列番号2、43、47または51に示される塩基配列である請求項13に記載の核酸。   The nucleic acid according to claim 13, wherein the base sequence is the base sequence represented by SEQ ID NO: 2, 43, 47 or 51. 請求項1から12の何れか1項に記載の蛍光タンパク質を対象に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法。   A method for introducing the fluorescent protein according to any one of claims 1 to 12 into a target and measuring the pH inside the target based on fluorescence emitted by the fluorescent protein. 請求項1から12の何れか1項に記載の蛍光タンパク質と前記蛍光タンパク質とは異なるタンパク質とから成る融合タンパク質を対象に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法。   A fusion protein comprising the fluorescent protein according to any one of claims 1 to 12 and a protein different from the fluorescent protein is introduced into a target, and the pH inside the target is measured based on the fluorescence emitted by the fluorescent protein. how to. 前記対象が、細胞、組織または個体である請求項15または16に記載の方法。   The method according to claim 15 or 16, wherein the subject is a cell, tissue or individual. 前記対象が、固定した細胞または生きた細胞である請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the subject is a fixed cell or a living cell. 前記測定が、509nm付近の蛍光強度と462nm付近の蛍光強度との比に基づいて行われる、請求項15から18の何れか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 15 to 18, wherein the measurement is performed based on a ratio between a fluorescence intensity near 509 nm and a fluorescence intensity near 462 nm. 波長の異なる2つの励起光を前記蛍光タンパク質に照射し、前記蛍光タンパク質から発生する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する請求項15から19の何れか1項に記載の方法。   20. The method according to claim 15, wherein the fluorescent protein is irradiated with two excitation lights having different wavelengths, and the pH inside the object is measured based on fluorescence generated from the fluorescent protein. 単一の波長の励起光を前記蛍光タンパク質に照射し、前記蛍光タンパク質から発生する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する請求項15から19の何れか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 15 to 19, wherein the fluorescent protein is irradiated with excitation light having a single wavelength, and the pH inside the object is measured based on fluorescence generated from the fluorescent protein. 請求項5、6、9および11に記載の蛍光タンパク質から成る群から選択される少なくとも2つの蛍光タンパク質の組み合わせを用いて、単一または多種の対象に対して行う、請求項15から21に記載の方法。   The method according to claims 15 to 21, wherein the treatment is carried out on a single or multiple subjects using a combination of at least two fluorescent proteins selected from the group consisting of the fluorescent proteins according to claims 5, 6, 9 and 11. the method of.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015528455A (en) * 2012-08-31 2015-09-28 ノバルティス アーゲー Stabilized protein for immunization against STAPHYLOCOCUSAUREUS
JP2017510268A (en) * 2014-03-31 2017-04-13 ベーリンガー インゲルハイム フェトメディカ ゲーエムベーハーBoehringer Ingelheim Vetmedica GmbH Improved modular antigen transport molecules and uses thereof
CN109134637A (en) * 2018-09-26 2019-01-04 生工生物工程(上海)股份有限公司 The purification process of fluorescin

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015528455A (en) * 2012-08-31 2015-09-28 ノバルティス アーゲー Stabilized protein for immunization against STAPHYLOCOCUSAUREUS
JP2017510268A (en) * 2014-03-31 2017-04-13 ベーリンガー インゲルハイム フェトメディカ ゲーエムベーハーBoehringer Ingelheim Vetmedica GmbH Improved modular antigen transport molecules and uses thereof
US10919945B2 (en) 2014-03-31 2021-02-16 Boehringer Ingelheim Vetmedica Gmbh Modular antigen transportation molecules and uses therof
CN109134637A (en) * 2018-09-26 2019-01-04 生工生物工程(上海)股份有限公司 The purification process of fluorescin
CN109134637B (en) * 2018-09-26 2021-08-31 生工生物工程(上海)股份有限公司 Method for purifying fluorescent protein

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