JP2013199457A - Chaperonin complex and method of producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シャペロニン複合体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a chaperonin complex and a method for producing the same.
シャペロニンは、基質タンパク質の正しいフォールディングを介助するいわゆる分子シャペロンの1種である。シャペロニンファミリーは、分子量50kDa〜60kDaのタンパク質であり、リング状の複合体構造をとり、ATP依存的に基質タンパク質のフォールディングを介助するという共通の特徴を有している。シャペロニンの中でも、GroELは大腸菌が有するシャペロニンであり、ATPとGroES依存的に基質タンパク質のフォールディングを介助することが明らかにされている。
野生型シャペロニンGroELは、GroELサブユニットの7量体が1つのリングを構成し、このリングがさらに背中合わせに2つ重なった状態の合計で14量体の構造をしている。すなわち野生型シャペロニンGroELは、7つのGroELサブユニットで包囲されてなり、基質タンパク質を内包可能な空洞を、2つ有している。また、ひとつのGroELサブユニットはATP結合部位を含む赤道ドメインと、基質タンパク質とGroESの結合部位を含む頂点ドメインと、その両ドメインをつなぐ中間ドメインとから構成されている。
Chaperonins are a class of so-called molecular chaperones that help the correct folding of substrate proteins. The chaperonin family is a protein having a molecular weight of 50 kDa to 60 kDa, and has a common feature of taking a ring-shaped complex structure and assisting the folding of the substrate protein in an ATP-dependent manner. Among the chaperonins, GroEL is a chaperonin possessed by Escherichia coli, and it has been clarified that it assists the folding of the substrate protein depending on ATP and GroES.
The wild-type chaperonin GroEL has a 14-mer structure in total, in which a 7-mer of GroEL subunits constitutes one ring and this ring is further overlapped two back to back. That is, the wild-type chaperonin GroEL is surrounded by seven GroEL subunits and has two cavities that can contain a substrate protein. One GroEL subunit is composed of an equator domain containing an ATP binding site, a vertex domain containing a binding site between a substrate protein and GroES, and an intermediate domain connecting both domains.
基質タンパク質のフォールディングにおいては、まずシャペロニンGroELサブユニットで構成されたリングの「入り口」に基質タンパク質が結合し、リングを構成するシャペロニンGroELサブユニットに7つのATPがそれぞれ結合すると、シャペロニンGroELの構造変化が起こって補因子であるGroESがGroELに結合可能となる。次いで、GroESがGroELに結合すると、基質タンパク質がリングの空洞内に落とし込まれ、シャペロニン複合体を形成する。シャペロニン複合体ではリングの空洞内で落とし込まれた基質タンパク質のフォールディングが進行する。次いでリング内のATPが加水分解されるとGroESが解離し、それと同時にリング内のフォールディングされた基質タンパク質も解離する。すなわち、ATPの加水分解の時間がシャペロニンGroELの反応サイクルのタイマーになっている。
ATPの加水分解の時間は、野生型GroELでは約8秒である。一方、野生型GroELのアミノ酸配列のうち、398番のアスパラギン酸残基がアラニン残基に置換されたGroEL変異体(以下、「GroEL(D398A)」ともいう)等では、ATPの加水分解活性が野生型より低下して、複合体の半減期が30分以上となることが知られている(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。
In the folding of the substrate protein, when the substrate protein first binds to the “entrance” of the ring composed of the chaperonin GroEL subunit, and the seven ATPs bind to the chaperonin GroEL subunit constituting the ring, the structural change of the chaperonin GroEL Occurs and GroES, which is a cofactor, can bind to GroEL. Then, when GroES binds to GroEL, the substrate protein is dropped into the ring cavity, forming a chaperonin complex. In the chaperonin complex, the folding of the substrate protein dropped into the ring cavity proceeds. Then, when ATP in the ring is hydrolyzed, GroES dissociates, and at the same time, the folded substrate protein in the ring also dissociates. That is, the time for hydrolysis of ATP is a timer for the reaction cycle of chaperonin GroEL.
The hydrolysis time of ATP is about 8 seconds for wild type GroEL. On the other hand, among the amino acid sequence of wild-type GroEL, a GroEL mutant in which the aspartic acid residue at No. 398 is substituted with an alanine residue (hereinafter also referred to as “GroEL (D398A)”), etc. has an ATP hydrolysis activity. It is known that the half-life of the complex is 30 minutes or more, as compared to the wild type (see, for example, Non-Patent Document 1 and Patent Document 1).
また野生型のシャペロニンが半導体ナノ粒子を内包する複合体を形成し、ATPの存在下に半導体ナノ粒子を放出可能であることが知られている(非特許文献2参照)。 In addition, it is known that wild-type chaperonin forms a complex containing semiconductor nanoparticles, and the semiconductor nanoparticles can be released in the presence of ATP (see Non-Patent Document 2).
非特許文献2に記載の半導体ナノ粒子を内包するシャペロニン複合体は、シャペロニンと半導体ナノ粒子の自発的な相互作用により形成されるため、半導体ナノ粒子を内包するシャペロニン複合体を高い効率で得ることが困難である場合があった。
本発明は、優れた効率で金属ナノ粒子を内包可能なシャペロニン複合体及びその製造方法、並びに該シャペロニン複合体を有する基板を提供することを課題とする。
Since the chaperonin complex encapsulating semiconductor nanoparticles described in Non-Patent Document 2 is formed by spontaneous interaction of chaperonin and semiconductor nanoparticles, it is possible to obtain a chaperonin complex encapsulating semiconductor nanoparticles with high efficiency. There were cases where it was difficult.
An object of the present invention is to provide a chaperonin complex capable of encapsulating metal nanoparticles with excellent efficiency, a method for producing the chaperonin complex, and a substrate having the chaperonin complex.
前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
すなわち本発明の第一の態様は、配列番号1のアミノ酸配列からなる第一のGroELサブユニット変異体、及び配列番号1のアミノ酸配列中、52番および398番のアラニン残基以外の1もしくは2以上のアミノ酸残基が置換、欠失、もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、分子シャペロン活性を有する第二のGroELサブユニット変異体からなる群より選ばれる少なくとも1種のGroELサブユニット変異体を含む複数のGroELサブユニットからなるシャペロニン変異体と、前記複数のGroELサブユニットに包囲された金属ナノ粒子とを有するシャペロニン複合体である。前記シャペロニン複合体は、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドを更に含むことが好ましく、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドに加えてGroESサブユニットを更に含むことがより好ましい。
Specific means for solving the above problems are as follows.
That is, the first aspect of the present invention is the first GroEL subunit variant consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and 1 or 2 other than the alanine residues at positions 52 and 398 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Containing at least one GroEL subunit variant selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant having a molecular chaperone activity, comprising an amino acid sequence in which the above amino acid residues are substituted, deleted, or added. A chaperonin complex having a chaperonin variant composed of a plurality of GroEL subunits and metal nanoparticles surrounded by the plurality of GroEL subunits. The chaperonin complex preferably further includes at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof, and is preferably at least one selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof. More preferably, it further comprises a GroES subunit in addition to the nucleotide.
本発明の第二の態様は、配列番号1のアミノ酸配列からなる第一のGroELサブユニット変異体、及び配列番号1のアミノ酸配列中、52番および398番のアラニン残基以外の1もしくは2以上のアミノ酸残基が置換、欠失、もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、分子シャペロン活性を有する第二のGroELサブユニット変異体からなる群より選ばれる少なくとも1種のGroELサブユニット変異体を含む複数のGroELサブユニットからなるシャペロニン変異体と、金属ナノ粒子とを接触させて、前記複数のGroELサブユニットで前記金属ナノ粒子を包囲することを含むシャペロニン複合体の製造方法である。前記シャペロニン変異体と前記金属ナノ粒子との接触は、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドと、GroESサブユニットとの存在下に行われることが好ましい。 The second aspect of the present invention is the first GroEL subunit variant consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and one or more than the alanine residues at positions 52 and 398 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 A plurality of amino acid residues comprising at least one GroEL subunit variant selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant having a molecular chaperone activity. A chaperonin complex comprising a chaperonin mutant consisting of the GroEL subunits and metal nanoparticles, and surrounding the metal nanoparticles with the plurality of GroEL subunits. The chaperonin mutant and the metal nanoparticle are preferably contacted in the presence of at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof and a GroES subunit.
本発明の第三の態様は、支持体と、前記支持体上に配置された前記シャペロニン複合体とを備える基板である。前記シャペロニン複合体は、前記金属ナノ粒子を包囲するGroELサブユニット群と、前記金属ナノ粒子を包囲しないGroELサブユニット群とを有することが好ましい。 3rd aspect of this invention is a board | substrate provided with a support body and the said chaperonin complex arrange | positioned on the said support body. The chaperonin complex preferably includes a GroEL subunit group that surrounds the metal nanoparticles and a GroEL subunit group that does not surround the metal nanoparticles.
本発明によれば、優れた効率で金属ナノ粒子を内包可能なシャペロニン複合体及びその製造方法、並びに該シャペロニン複合体を有する基板を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the board | substrate which has a chaperonin complex which can enclose a metal nanoparticle with the outstanding efficiency, its manufacturing method, and this chaperonin complex can be provided.
<シャペロニン複合体>
本発明のシャペロニン複合体は、配列番号1のアミノ酸配列からなる第一のGroELサブユニット変異体、及び配列番号1のアミノ酸配列中、52番および398番のアラニン残基以外の1もしくは2以上のアミノ酸残基が置換、欠失、もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、分子シャペロン活性を有する第二のGroELサブユニット変異体からなる群より選ばれる少なくとも1種のGroELサブユニット変異体を含む複数のGroELサブユニットからなるシャペロニン変異体と、前記複数のGroELサブユニットに包囲された金属ナノ粒子とを有する。すなわち前記シャペロニン複合体は、複数のGroELサブユニットで包囲されてなる空洞に金属ナノ粒子が内包された金属ナノ粒子含有シャペロニン複合体である。
特定構造のGroELサブユニット変異体を含んで構成されるシャペロニン変異体は、優れた効率で金属ナノ粒子が内包されたシャペロニン複合体を生成することができる。また内包される金属ナノ粒子の粒子径の均一性に優れる。さらに前記シャペロニン複合体は、所定の時間経過後には、内包された金属ナノ粒子を放出可能である。
<Chaperonin complex>
The chaperonin complex of the present invention includes a first GroEL subunit variant consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and one or more than one of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 1 except for the 52nd and 398th alanine residues. A plurality of amino acid residues comprising at least one GroEL subunit variant selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant having an amino acid sequence substituted, deleted, or added and having molecular chaperone activity It has a chaperonin variant composed of GroEL subunits and metal nanoparticles surrounded by the plurality of GroEL subunits. That is, the chaperonin complex is a metal nanoparticle-containing chaperonin complex in which metal nanoparticles are encapsulated in a cavity surrounded by a plurality of GroEL subunits.
A chaperonin mutant comprising a GroEL subunit mutant having a specific structure can generate a chaperonin complex in which metal nanoparticles are encapsulated with excellent efficiency. Moreover, it is excellent in the uniformity of the particle diameter of the metal nanoparticle included. Furthermore, the chaperonin complex can release the encapsulated metal nanoparticles after a predetermined time.
これは例えば以下のように考えることができる。Nature、Vol.423、p628〜632(2003)に記載の複合体は、ATP等の非存在下にシャペロニン分子とCdSナノ粒子の自発的な相互作用により形成されるため、生成効率が充分とは言い難い。一方、本発明のシャペロニン複合体は、ATPの加水分解速度が抑制されたGroELサブユニット変異体を含むシャペロニン変異体を有するため、ATP等とGroESサブユニットの存在下に形成されることが可能である。これにより、シャペロニン変異体に金属ナノ粒子が効率的に内包されると考えることができる。また前記シャペロニン複合体はGroESサブユニットを更に含む場合に、シャペロニン変異体と金属ナノ粒子の相互作用が強化されると考えることができる。 This can be considered as follows, for example. Nature, Vol. The complex described in 423, p628-632 (2003) is formed by spontaneous interaction between chaperonin molecules and CdS nanoparticles in the absence of ATP or the like, and thus it is difficult to say that the production efficiency is sufficient. On the other hand, since the chaperonin complex of the present invention has a chaperonin mutant including a GroEL subunit mutant in which the hydrolysis rate of ATP is suppressed, it can be formed in the presence of ATP and the GroES subunit. is there. Thereby, it can be considered that the metal nanoparticles are efficiently encapsulated in the chaperonin mutant. When the chaperonin complex further includes a GroES subunit, it can be considered that the interaction between the chaperonin mutant and the metal nanoparticle is enhanced.
また前記シャペロニン変異体は、分散状態にある金属ナノ粒子を取り込んで、シャペロニン複合体を形成する。すなわち、前記シャペロニン変異体は凝集状態の金属ナノ粒子とシャペロニン複合体を形成しないことから、内包される金属ナノ粒子の粒子径が均一になると考えることができる。 The chaperonin mutant takes in metal nanoparticles in a dispersed state to form a chaperonin complex. That is, since the chaperonin mutant does not form a chaperonin complex with the aggregated metal nanoparticles, it can be considered that the particle size of the encapsulated metal nanoparticles is uniform.
尚、本明細書においては、複数のGroELサブユニットからなり、GroELサブユニットに包囲された空洞を有するGroELサブユニット多量体を「シャペロニンGroEL」、GroELサブユニットとして少なくとも1つのGroELサブユニット変異体を含むシャペロニンGroELを「シャペロニン変異体」、シャペロニン変異体と金属ナノ粒子との複合体を「シャペロニン複合体」と称する。また「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。さらに「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。 In the present specification, a GroEL subunit multimer comprising a plurality of GroEL subunits and having a cavity surrounded by the GroEL subunit is referred to as “chaperonin GroEL”, and at least one GroEL subunit variant is defined as a GroEL subunit. The chaperonin GroEL containing is called “chaperonin mutant”, and the complex of chaperonin mutant and metal nanoparticles is called “chaperonin complex”. A numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value. Further, the amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. Further, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in this term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes.
(シャペロニン変異体)
前記シャペロニン変異体に含まれるGroELサブユニット変異体は、配列番号1のアミノ酸配列を有する第一のGroELサブユニット変異体、及び配列番号1のアミノ酸配列中、52番および398番のアラニン残基以外の1もしくは2以上のアミノ酸残基が置換、欠失、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる第二のGroELサブユニット変異体からなる群より選ばれる少なくとも1種である。
前記第二のGroELサブユニット変異体としては、ATPの加水分解活性が野生型GroELサブユニットよりも低下しているものであれば特に制限はない。前記第二のGroELサブユニット変異体は、配列番号1のアミノ酸配列のうち52番および398番のアラニン残基以外の位置における、アミノ酸残基の置換、欠失、もしくは付加した変異部位の数が15以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましく、5以下であることが更に好ましい。
(Chaperonin mutant)
The GroEL subunit mutant contained in the chaperonin mutant is a first GroEL subunit mutant having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and other than the 52nd and 398th alanine residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Is at least one selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are substituted, deleted, or added.
The second GroEL subunit mutant is not particularly limited as long as the ATP hydrolysis activity is lower than that of the wild-type GroEL subunit. In the second GroEL subunit mutant, the number of amino acid residue substitutions, deletions, or additions at positions other than the 52nd and 398th alanine residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 It is preferably 15 or less, more preferably 10 or less, and still more preferably 5 or less.
前記アミノ酸残基の置換としては、以下のような具体例が挙げられる。
一般にタンパク質の機能を維持するためには、置換するアミノ酸残基は、置換前のアミノ酸残基と類似の性質を有するアミノ酸残基であることが好ましい。このようなアミノ酸残基の置換は、保存的置換と呼ばれている。例えば、Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Met、Phe、Trpは、共に非極性アミノ酸残基に分類されるため、互いに似た性質を有する。また、非荷電性アミノ酸残基としては、Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Glnが挙げられる。また、酸性アミノ酸残基としては、Asp及びGluが挙げられる。また、塩基性アミノ酸残基としては、Lys、Arg、Hisが挙げられる。これらの各グループ内のアミノ酸残基の置換は好ましく許容される。
Specific examples of the substitution of the amino acid residue include the following.
In general, in order to maintain the function of a protein, the amino acid residue to be substituted is preferably an amino acid residue having properties similar to the amino acid residue before substitution. Such substitution of amino acid residues is called conservative substitution. For example, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met, Phe and Trp are all classified as nonpolar amino acid residues, and thus have similar properties to each other. Examples of the non-charged amino acid residue include Gly, Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn, and Gln. Moreover, Asp and Glu are mentioned as an acidic amino acid residue. Examples of basic amino acid residues include Lys, Arg, and His. Substitution of amino acid residues within each of these groups is preferably tolerated.
前記アミノ酸残基の置換は、前記第二のGroELサブユニット変異体に機能を追加するものであってもよい。新たな機能を付加する置換の具体例としては、例えば、野生型GroELの490番のアスパラギン酸残基をシステイン残基に変異させた変異体(Nat. Biotechnol., 2001 Sep; 19(9): 861-5.)が挙げられる。かかる変異は、シャペロニン変異体をガラス基板等に固定化することを可能にする。また、265番のアスパラギン残基をアラニン残基に変異させた変異体(Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000 Jan 27; 267(3): 842-9.)を挙げることもできる。かかる変異は金属ナノ粒子をより効率的にシャペロニン変異体に内包することを可能にする。 The substitution of the amino acid residue may add a function to the second GroEL subunit mutant. Specific examples of the substitution that adds a new function include, for example, a mutant obtained by mutating the aspartic acid residue at position 490 of wild-type GroEL to a cysteine residue (Nat. Biotechnol., 2001 Sep; 19 (9): 861-5.). Such a mutation enables the chaperonin mutant to be immobilized on a glass substrate or the like. Moreover, the mutant (Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000 Jan 27; 267 (3): 842-9.) Which mutated the asparagine residue of No. 265 to an alanine residue can also be mentioned. Such a mutation allows the metal nanoparticles to be more efficiently encapsulated in the chaperonin mutant.
また前記第二のGroELサブユニット変異体は、前記第一のGroELサブユニット変異体と同様の機能を有するものであっても、さらに機能が追加されたものであってもよい。これらの具体例としては、例えば、GroELサブユニットにおけるC末端の繰返し配列を欠失、付加した変異体(Cell, 2006 Jun 2; 125(5): 903-14.)を挙げることができる。かかる変異は、シャペロニン変異体の空洞の体積を変化させることを可能とする。
更に前記第二のGroELサブユニット変異体は、用途に応じて、1以上のアミノ酸残基がさらに付加したものであってもよい。このような付加可能なアミノ酸残基としては、シグナルペプチド、タグ配列等を構成しうるアミノ酸残基を挙げることができる。
The second GroEL subunit mutant may have the same function as the first GroEL subunit mutant, or may have a function added thereto. Specific examples thereof include a mutant (Cell, 2006 Jun 2; 125 (5): 903-14.) In which the C-terminal repetitive sequence in the GroEL subunit is deleted and added. Such a mutation makes it possible to change the volume of the cavity of the chaperonin mutant.
Further, the second GroEL subunit variant may be one in which one or more amino acid residues are further added depending on the use. Examples of such amino acid residues that can be added include amino acid residues that can constitute a signal peptide, a tag sequence, and the like.
前記第二のGroEL変異体サブユニットとしては、前記具体例として挙げた変異以外の変異を有するものであってもよい。そのような変異としては例えば、Cell. 2002 Dec 27; 111(7): 1027-39.等に記載された特定のタンパク質をより効率的にフォールディングすることを可能にする変異や、Cell. 1995 Nov 17; 83(4): 577-87.等に記載された単一のリングからなる7量体を形成することを可能にする変異等をあげることができる。 The second GroEL mutant subunit may have a mutation other than the mutation mentioned in the specific example. Examples of such mutation include Cell. 2002 Dec 27; 111 (7): 1027-39. 7 consisting of a single ring described in Cell. 1995 Nov 17; 83 (4): 577-87. Examples include mutations that make it possible to form a monomer.
前記GroELサブユニット変異体は、例えば、GroELサブユニット変異体をコードする塩基配列からなるDNAを通常用いられる方法で発現させることで製造することができる。具体的には、GroELサブユニット変異体をコードする塩基配列からなるDNAを含む組換えベクターを、組換えベクターに応じて選択される宿主細胞に感染させて、宿主細胞を培養することで製造することができる。
前記GroELサブユニット変異体の製造方法の詳細については、例えば、特開2008−294487号公報に記載の製造方法を参照することができる。
The GroEL subunit mutant can be produced, for example, by expressing a DNA comprising a base sequence encoding the GroEL subunit mutant by a commonly used method. Specifically, it is produced by infecting a host cell selected according to the recombinant vector with a recombinant vector containing a DNA consisting of a nucleotide sequence encoding a GroEL subunit mutant, and culturing the host cell. be able to.
For the details of the production method of the GroEL subunit mutant, for example, the production method described in JP-A-2008-294487 can be referred to.
前記シャペロニン変異体は、配列番号1のアミノ酸配列からなる第一のGroELサブユニット変異体、及び配列番号1のアミノ酸配列中、52番および398番のアラニン残基以外の1もしくは2以上のアミノ酸残基が置換、欠失、もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、分子シャペロン活性を有する第二のGroELサブユニット変異体からなる群より選ばれる少なくとも1種のGroELサブユニット変異体を含む。すなわち、前記シャペロニン変異体を構成する複数個(好ましくは7個、より好ましくは14個)のGroELサブユニットのうち、少なくとも1個は上記のGroELサブユニット変異体である。 The chaperonin mutant is a first GroEL subunit mutant consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and one or more amino acid residues other than the 52 and 398 alanine residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. It comprises at least one GroEL subunit variant selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant having a molecular chaperone activity, consisting of an amino acid sequence in which a group is substituted, deleted, or added. That is, at least one of the plurality of (preferably 7, more preferably 14) GroEL subunits constituting the chaperonin mutant is the above GroEL subunit mutant.
前記シャペロニン変異体は、従来知られているシャペロニン変異体(例えば、GroEL(D398A))と比べて顕著にATPの加水分解活性が低下している。そのため形成されたシャペロニン複合体は、所定の時間、安定的に金属ナノ粒子を内包することができる。
また前記シャペロニン複合体は、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドとGroESサブユニットの存在下に、金属ナノ粒子を内包可能であるため、金属ナノ粒子の内包効率が高く、シャペロニン複合体を優れた効率で生成することができる。
さらに前記シャペロニン変異体がGroELサブユニットの14量体である場合、シャペロニン変異体を構成する2つのリングの空洞に同時に金属ナノ粒子を内包することができるため、より効率的に金属ナノ粒子をシャペロニン複合体内に内包することができる。
The chaperonin mutant has a significantly reduced ATP hydrolysis activity as compared with a conventionally known chaperonin mutant (for example, GroEL (D398A)). Therefore, the formed chaperonin complex can encapsulate metal nanoparticles stably for a predetermined time.
The chaperonin complex can encapsulate metal nanoparticles in the presence of at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof and a GroES subunit. The efficiency is high, and chaperonin complexes can be generated with excellent efficiency.
Further, when the chaperonin mutant is a 14-mer of the GroEL subunit, the metal nanoparticles can be encapsulated simultaneously in the cavities of the two rings constituting the chaperonin mutant, so that the metal nanoparticles are more efficiently chaperonin. It can be encapsulated in a complex.
前記シャペロニン変異体を構成するGroELサブユニットの数は、金属ナノ粒子を内包可能であれば特に制限はない。前記シャペロニン変異体はGroELサブユニットの7量体であることが好ましく、より好ましくは14量体である。また前記シャペロニン変異体を構成するGroELサブユニット群のうち、前記GroELサブユニット変異体の総数は少なくとも1とすることができる。前記シャペロニン変異体がGroELサブユニットの14量体である場合、ATPの加水分解活性の観点から、GroELサブユニット変異体の総数は、7以上であることが好ましく、14であることがより好ましい。
尚、前記シャペロニン変異体は、GroELサブユニット変異体を含むGroELサブユニット群から、通常の条件下、例えば、ATP依存的(Nature, 1990 Nov 22; 348(6299): 339-42)に形成される。
The number of GroEL subunits constituting the chaperonin mutant is not particularly limited as long as it can encapsulate metal nanoparticles. The chaperonin mutant is preferably a 7-mer of the GroEL subunit, more preferably a 14-mer. The total number of GroEL subunit variants in the GroEL subunit group constituting the chaperonin variant may be at least 1. When the chaperonin mutant is a 14-mer of GroEL subunit, the total number of GroEL subunit mutants is preferably 7 or more, more preferably 14, from the viewpoint of ATP hydrolysis activity.
The chaperonin mutant is formed from a group of GroEL subunits including a GroEL subunit mutant under normal conditions, for example, ATP-dependent (Nature, 1990 Nov 22; 348 (6299): 339-42). The
(金属ナノ粒子)
前記シャペロニン複合体は、金属ナノ粒子の少なくとも1種を含む。前記金属ナノ粒子としては、金属元素を含むナノ粒子であって、前記シャペロニン変異体に内包可能なものであれば特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。前記金属ナノ粒子は、実質的に単一の金属元素からなる金属ナノ粒子、2種以上の金属元素を含む合金又は金属化合物からなる金属ナノ粒子、金属元素と非金属元素を含む金属化合物からなる金属ナノ粒子等のいずれであってもよい。また前記金属ナノ粒子は、磁性粒子及び反磁性粒子のいずれでもあってもよく、また導体粒子及び半導体粒子のいずれであってもよい。
ここで「実質的に」とは不可避的に混入する他の元素が含まれることを排除しないことを意味する。具体的には他の元素の含有率が1質量%以下である。
(Metal nanoparticles)
The chaperonin complex includes at least one metal nanoparticle. The metal nanoparticles are not particularly limited as long as they are nanoparticles containing a metal element and can be included in the chaperonin mutant, and can be appropriately selected according to the purpose. The metal nanoparticles are substantially composed of metal nanoparticles composed of a single metal element, an alloy including two or more metal elements, or a metal nanoparticle composed of a metal compound, and a metal compound including a metal element and a non-metal element. Any of metal nanoparticles etc. may be sufficient. The metal nanoparticles may be either magnetic particles or diamagnetic particles, and may be any of conductor particles and semiconductor particles.
Here, “substantially” means not excluding the inclusion of other elements inevitably mixed. Specifically, the content of other elements is 1% by mass or less.
前記金属ナノ粒子を構成する金属元素としては、長周期律表(IUPAC1991)の第3周期、第4周期、第5周期、及び第6周期からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を挙げることができる。中でも第2〜14族から選ばれる少なくとも1種の金属が好ましく、第2族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族、第13族、及び第14族から選ばれる少なくとも1種の金属元素が更に好ましい。
前記金属元素としては、具体的には銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、マンガン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、チタン、ビスマス、アンチモン、鉛、ケイ素、ゲルマニウム、カドミウム、インジウム、クロムなどが挙げられる。
Examples of the metal element constituting the metal nanoparticles include at least one metal element selected from the group consisting of the third period, the fourth period, the fifth period, and the sixth period of the Long Periodic Table (IUPAC 1991). be able to. Among them, at least one metal selected from Groups 2 to 14 is preferable, and Group 2, Group 4, Group 5, Group 6, Group 7, Group 8, Group 9, Group 10, Group 10 is preferable. More preferably, at least one metal element selected from Group 11, Group 12, Group 13, and Group 14 is used.
Specific examples of the metal element include copper, silver, gold, platinum, palladium, nickel, tin, cobalt, rhodium, iridium, iron, ruthenium, osmium, manganese, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, bismuth, Examples include antimony, lead, silicon, germanium, cadmium, indium, and chromium.
前記合金及び金属化合物としては、FePt、CdS、CdSe、SiO2等を挙げることができる。 Examples of the alloy and metal compound include FePt, CdS, CdSe, and SiO 2 .
前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、前記シャペロニン変異体に内包可能であれば特に制限されない。例えば1nm〜10nmであることが好ましく、2nm〜5nmであることがより好ましい。金属ナノ粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)によって350個の粒子について円相当粒子径として測定される金属ナノ粒子の粒子径の算術平均値として求められる。
なお、前記金属ナノ粒子は1個の金属ナノ粒子からなる1次粒子であっても、複数の金属ナノ粒子からなる2次粒子であってもよい。
The average particle diameter of the metal nanoparticles is not particularly limited as long as it can be included in the chaperonin mutant. For example, the thickness is preferably 1 nm to 10 nm, and more preferably 2 nm to 5 nm. The average particle diameter of the metal nanoparticles is obtained as an arithmetic average value of the particle diameters of the metal nanoparticles measured as a circle-equivalent particle diameter for 350 particles with a transmission electron microscope (TEM).
The metal nanoparticles may be primary particles composed of one metal nanoparticle or secondary particles composed of a plurality of metal nanoparticles.
前記シャペロニン変異体がGroELサブユニットの14量体である場合、シャペロニン変異体は金属ナノ粒子を内包可能な2つの空洞を有する。前記シャペロニン複合体において、金属ナノ粒子は2つの空洞のうち少なくとも1つに内包されていればよい。金属ナノ粒子が2つの空洞の両方に内包されることで金属ナノ粒子の含有率が高いシャペロニン複合体とすることができる。また金属ナノ粒子が1つの空洞にのみ内包されることで、基板への接着性に優れるシャペロニン複合体とすることができる。
なお、前記シャペロニン変異体が2つの金属ナノ粒子を内包可能である場合、それぞれの金属ナノ粒子は、同一であっても異なっていてもよい。
When the chaperonin mutant is a 14-mer of GroEL subunit, the chaperonin mutant has two cavities that can encapsulate metal nanoparticles. In the chaperonin complex, the metal nanoparticles may be contained in at least one of the two cavities. By encapsulating the metal nanoparticles in both of the two cavities, a chaperonin complex having a high content of metal nanoparticles can be obtained. Moreover, it can be set as the chaperonin complex which is excellent in the adhesiveness to a board | substrate by including a metal nanoparticle only in one cavity.
In addition, when the chaperonin mutant can encapsulate two metal nanoparticles, each metal nanoparticle may be the same or different.
シャペロニン変異体の1つの空洞に内包される金属ナノ粒子の数は、金属ナノ粒子の粒子径に応じて適宜選択される。内包される金属ナノ粒子の粒子径を均一にする観点から、1つの空洞に内包される金属ナノ粒子の数は1個であることが好ましい。 The number of metal nanoparticles encapsulated in one cavity of the chaperonin mutant is appropriately selected according to the particle diameter of the metal nanoparticles. From the viewpoint of making the particle diameter of the metal nanoparticles encapsulated uniform, the number of metal nanoparticles encapsulated in one cavity is preferably one.
前記シャペロニン複合体は、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドを更に含むことが好ましい。シャペロニン複合体がADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドを更に含むことで、シャペロニン複合体に構造変化が生じて、より効率的にシャペロニン変異体に金属ナノ粒子を内包することができる。 It is preferable that the chaperonin complex further includes at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof. When the chaperonin complex further includes at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof, a structural change occurs in the chaperonin complex, and the metal nanoparticles are more efficiently converted into the chaperonin mutant. Can be included.
前記ADP又はATPの誘導体としては、例えば、ADPBeFx、AMPBeFx、ATPγS、後述するATP代替化合物等を挙げることができる。例えば、前記シャペロニン複合体がヌクレオチドとしてADPBeFxを含むことで、後述するフットボール型及び弾丸型のシャペロニン複合体をより安定化することができる。 Examples of the ADP or ATP derivative include ADPBeFx, AMPBeFx, ATPγS, an ATP substitute compound described later, and the like. For example, when the chaperonin complex contains ADPBeFx as a nucleotide, football-type and bullet-type chaperonin complexes described later can be further stabilized.
シャペロニン複合体におけるADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドの含有数は、シャペロニン変異体がGroELサブユニットの14量体である場合、シャペロニン変異体1分子あたりに7分子又は14分子であることが好ましく、前記ヌクレオチドがADP又はその誘導体の場合にはシャペロニン変異体1分子あたりに7分子であり、前記ヌクレオチドがATP又はその誘導体の場合にはシャペロニン変異体1分子あたりに14分子であることがより好ましい。
また前記ヌクレオチドがADP又はATPの誘導体である場合、シャペロニン複合体におけるヌクレオチド含有数は、誘導体の種類に応じて適宜選択することが好ましい。
The content of at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof in the chaperonin complex is, when the chaperonin mutant is a 14-mer of GroEL subunit, per chaperonin mutant molecule. It is preferably 7 or 14 molecules, and when the nucleotide is ADP or a derivative thereof, there are 7 molecules per chaperonin variant, and when the nucleotide is ATP or a derivative thereof, a chaperonin variant is 1 molecule. More preferably, it is 14 molecules.
When the nucleotide is a derivative of ADP or ATP, the number of nucleotides contained in the chaperonin complex is preferably selected according to the type of derivative.
前記シャペロニン複合体は、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドに加えてGroESサブユニットを更に有することが好ましい。GroESサブユニットを更に有することでシャペロニン変異体がより効率的に金属ナノ粒子を内包することができ、シャペロニン複合体の生成効率がより向上する。シャペロニン複合体におけるGroESサブユニットの含有数は、シャペロニン変異体がGroELサブユニットの14量体である場合、シャペロニン変異体1分子あたりに7分子又は14分子であることが好ましく、前記ヌクレオチドがADP又はその誘導体の場合にはシャペロニン変異体1分子あたりにGroESサブユニットが7分子であり、前記ヌクレオチドがATP又はその誘導体の場合にはシャペロニン変異体1分子あたりにGroESサブユニットが14分子であることがより好ましい。 The chaperonin complex preferably further has a GroES subunit in addition to at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof. By further including the GroES subunit, the chaperonin mutant can encapsulate the metal nanoparticles more efficiently, and the generation efficiency of the chaperonin complex is further improved. The content of the GroES subunit in the chaperonin complex is preferably 7 or 14 molecules per molecule of the chaperonin mutant when the chaperonin mutant is a 14-mer of the GroEL subunit, and the nucleotide is ADP or In the case of the derivative, there are 7 GroES subunits per molecule of chaperonin mutant, and in the case where the nucleotide is ATP or a derivative thereof, there are 14 GroES subunits per molecule of chaperonin mutant. More preferred.
前記GroESサブユニットは、シャペロニンGroELの補因子として作用し、被内包物である金属ナノ粒子をシャペロニンGroELの空洞内に閉じ込めることができる。本発明においてGroESサブユニットは、野生型のGroESサブユニットであっても、GroESサブユニット変異体であってもよい。またGroESサブユニットに蛍光ラベル等を常法により付加したものであってもよい。前記蛍光ラベル等には通常用いられる蛍光ラベル等を特に制限なく用いることができる。 The GroES subunit acts as a cofactor of chaperonin GroEL, and can encapsulate metal nanoparticles, which are inclusions, in the cavity of chaperonin GroEL. In the present invention, the GroES subunit may be a wild-type GroES subunit or a GroES subunit mutant. In addition, a fluorescent label or the like may be added to the GroES subunit by a conventional method. As the fluorescent label or the like, a commonly used fluorescent label or the like can be used without particular limitation.
前記GroESサブユニットは大腸菌に由来するものであっても、通常用いられる方法で製造されたものであってもよい。GroESサブユニットは例えば、GroESサブユニットをコードする塩基配列からなるDNAを通常用いられる方法で発現させることで製造することができる。具体的には、GroESサブユニットをコードする塩基配列からなるDNAを含む組換えベクターを、組換えベクターに応じて選択される宿主細胞に感染させて、宿主細胞を培養することで製造することができる。 The GroES subunit may be derived from Escherichia coli or manufactured by a commonly used method. The GroES subunit can be produced, for example, by expressing DNA consisting of a base sequence encoding the GroES subunit by a commonly used method. Specifically, it can be produced by infecting a host cell selected according to the recombinant vector with a recombinant vector containing a DNA consisting of a base sequence encoding a GroES subunit and culturing the host cell. it can.
本発明のシャペロニン複合体は、金属ナノ粒子を内包することから、分散媒中での分散安定性に優れた金属ナノ粒子分散物として用いることができる。このようなシャペロニン複合体は、例えば、化粧品等の用途に用いることができる。 Since the chaperonin complex of the present invention includes metal nanoparticles, it can be used as a metal nanoparticle dispersion excellent in dispersion stability in a dispersion medium. Such a chaperonin complex can be used for applications such as cosmetics.
<シャペロニン複合体の製造方法>
本発明のシャペロニン複合体の製造方法は、配列番号1のアミノ酸配列からなる第一のGroELサブユニット変異体、及び配列番号1のアミノ酸配列中、52番および398番のアラニン残基以外の1もしくは2以上のアミノ酸残基が置換、欠失、もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、分子シャペロン活性を有する第二のGroELサブユニット変異体からなる群より選ばれる少なくとも1種のGroELサブユニット変異体を含む複数のGroELサブユニットからなるシャペロニン変異体と、金属ナノ粒子とを接触させて、前記複数のGroELサブユニットで前記金属ナノ粒子を包囲する内包工程を含む。前記シャペロニン複合体の製造方法は必要に応じてその他の工程を更に含んでいてもよい
<Method for producing chaperonin complex>
The method for producing the chaperonin complex of the present invention comprises the first GroEL subunit variant consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and 1 or aside from the 52nd and 398th alanine residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. At least one GroEL subunit variant selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant having a molecular chaperone activity, comprising an amino acid sequence in which two or more amino acid residues are substituted, deleted, or added. An encapsulating step of contacting a metal nanoparticle with a chaperonin mutant composed of a plurality of GroEL subunits and surrounding the metal nanoparticle with the plurality of GroEL subunits. The method for producing the chaperonin complex may further include other steps as necessary.
前記シャペロニン変異体と金属ナノ粒子とを接触させる方法は特に制限されない。例えば適当な緩衝液中で、シャペロニン変異体と金属ナノ粒子とを混合する方法等を挙げることができる。シャペロニン変異体と金属ナノ粒子とを混合する方法としては通常用いられる攪拌方法から適宜選択して用いることができる。例えば、マイクロチューブ中で、ピペティングにより混合する方法、ローテーターを用いて混合する方法、ボルテックスを用いて混合する方法等を挙げることができる。シャペロニン変異体と金属ナノ粒子とを接触させる温度としては、例えば4〜60℃とすることができ、25〜37℃であることがより好ましい。接触時間は例えば1〜60分間であることが好ましく、1〜2分間であることがより好ましい。 The method for bringing the chaperonin mutant into contact with the metal nanoparticles is not particularly limited. For example, a method of mixing a chaperonin mutant and metal nanoparticles in a suitable buffer can be mentioned. As a method of mixing the chaperonin mutant and the metal nanoparticles, it can be appropriately selected from commonly used stirring methods. For example, a method of mixing by pipetting in a microtube, a method of mixing using a rotator, a method of mixing using vortex, and the like can be mentioned. As temperature which makes a chaperonin variant and a metal nanoparticle contact, it can be 4-60 degreeC, for example, and it is more preferable that it is 25-37 degreeC. The contact time is preferably 1 to 60 minutes, for example, and more preferably 1 to 2 minutes.
前記緩衝液としては、通常用いられる緩衝液から適宜選択して用いることができる。例えば、HEPES、PBS、Tris等を挙げることができる。
前記緩衝液のpHとしては5〜9であることが好ましく、7〜8であることがより好ましい。pHの調整には例えば、KOH、NaOH等の無機塩基や、HCl等の無機酸を用いることができる。
前記緩衝液は、無機塩を更に含むことが好ましい。無機塩としては、KCl、MgCl2、Na2SO4等を挙げることができる。中でもシャペロニン複合体の生成効率の観点から、KCl及びMgCl2を含むことが好ましい。
As said buffer solution, it can select from the buffer solution used normally, and can use it suitably. For example, HEPES, PBS, Tris, etc. can be mentioned.
The pH of the buffer solution is preferably 5 to 9, and more preferably 7 to 8. For adjusting the pH, for example, an inorganic base such as KOH or NaOH or an inorganic acid such as HCl can be used.
It is preferable that the buffer solution further contains an inorganic salt. Examples of the inorganic salt include KCl, MgCl 2 , Na 2 SO 4 and the like. Among these, from the viewpoint of the production efficiency of the chaperonin complex, it is preferable to contain KCl and MgCl 2 .
前記緩衝液の濃度としては、シャペロニン複合体の生成効率の観点から、1mM〜100mMであることが好ましく、20mM〜40mMであることがより好ましい。
前記緩衝液が無機塩としてKClを含む場合、KClの濃度は1mM〜200mMであることが好ましく、50mM〜100mMであることがより好ましい。また前記緩衝液が無機塩としてMgCl2を含む場合、MgCl2の濃度は1mM〜10mMであることが好ましく、4mM〜6mMであることがより好ましい。
The concentration of the buffer solution is preferably 1 mM to 100 mM, and more preferably 20 mM to 40 mM, from the viewpoint of the production efficiency of the chaperonin complex.
When the buffer solution contains KCl as an inorganic salt, the concentration of KCl is preferably 1 mM to 200 mM, and more preferably 50 mM to 100 mM. Also when the buffer containing MgCl 2 as the inorganic salt, it is preferable that the concentration of MgCl 2 is 1 mm to 10 mm, and more preferably from 4 mm to 6 mm.
前記内包工程におけるシャペロニン変異体と金属ナノ粒子の混合比率は特に制限されない。例えばシャペロニン複合体の生成効率の観点から、シャペロニン変異体を構成するGroELサブユニット1μmolあたりに金属ナノ粒子を1g〜10g混合することが好ましく、2g〜8g混合することがより好ましい The mixing ratio of the chaperonin mutant and the metal nanoparticles in the encapsulation step is not particularly limited. For example, from the viewpoint of the generation efficiency of the chaperonin complex, 1 g to 10 g of metal nanoparticles are preferably mixed per 1 μmol of GroEL subunit constituting the chaperonin mutant, and more preferably 2 g to 8 g are mixed.
前記内包工程は、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドの存在下に行うことが好ましく、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドと、GroESサブユニットとの存在下に行われることがより好ましく、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドと、GroESサブユニットと、金属イオン(好ましくは、マグネシウムイオン)の存在下に行われることがさらに好ましい。これにより優れた生成効率で金属ナノ粒子が内包されたシャペロニン複合体を生成することができる。 The encapsulation step is preferably performed in the presence of at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof, and at least one selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof And in the presence of a GroES subunit, and at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof, a GroES subunit, and a metal ion (preferably More preferably, it is carried out in the presence of magnesium ions). As a result, a chaperonin complex in which metal nanoparticles are encapsulated can be produced with excellent production efficiency.
前記シャペロニン変異体が2つの空洞を有し、前記内包工程をATPの存在下に行う場合、シャペロニン変異体の2つの空洞の両方に金属ナノ粒子が内包されたフットボール型のシャペロニン複合体を優先的に得ることができる。
一方、前記シャペロニン変異体が2つの空洞を有し、前記内包工程をADPの存在下に行う場合、シャペロニン変異体の2つの空洞の一方にのみ金属ナノ粒子が内包された弾丸型のシャペロニン複合体を優先的に得ることができる。
When the chaperonin mutant has two cavities and the encapsulation process is performed in the presence of ATP, a football-type chaperonin complex in which metal nanoparticles are encapsulated in both of the two cavities of the chaperonin mutant is preferential. Can get to.
On the other hand, when the chaperonin mutant has two cavities and the encapsulation step is performed in the presence of ADP, a bullet-shaped chaperonin complex in which metal nanoparticles are encapsulated only in one of the two cavities of the chaperonin mutant. Can be preferentially obtained.
さらに前記内包工程を、シャペロニン変異体、第一の金属ナノ粒子、及びADPの存在下に行って、シャペロニン変異体の2つの空洞の一方に第一の金属ナノ粒子が内包された第一のシャペロニン複合体を得た後、第一のシャペロニン複合体と、第二の金属ナノ粒子とを、ATPの存在下に接触させることで、第一の金属ナノ粒子と第二の金属ナノ粒子とが1つのシャペロニン変異体に内包されたハイブリッド型のシャペロニン複合体を得ることもできる。 Further, the encapsulation step is performed in the presence of the chaperonin mutant, the first metal nanoparticles, and the ADP, and the first chaperonin in which the first metal nanoparticles are encapsulated in one of the two cavities of the chaperonin mutant. After obtaining the complex, the first chaperonin complex and the second metal nanoparticle are brought into contact with each other in the presence of ATP, so that the first metal nanoparticle and the second metal nanoparticle are 1 A hybrid chaperonin complex encapsulated in two chaperonin mutants can also be obtained.
前記内包工程においては、ATPの代わりにATP代替化合物を用いてもよい。ATP代替化合物としては、GroELサブユニット変異体のATP結合部位に結合可能で、シャペロニンGroEL変異体の構造変化を引き起こすことが可能な化合物であれば特に制限はない。例えば、ADPとフッ化ベリリウムの付加物(J. Biol. Chem., 279, 45737-45743 (2004).)、ADPとフッ化アルミニウムやフッ化ガリウムの付加物(J. Mol. Biol., 2003 May 23; 329(1): 121-34.)等を挙げることができる。 In the encapsulation step, an ATP substitute compound may be used instead of ATP. The ATP surrogate compound is not particularly limited as long as it is a compound capable of binding to the ATP binding site of the GroEL subunit mutant and causing the structural change of the chaperonin GroEL mutant. For example, an adduct of ADP and beryllium fluoride (J. Biol. Chem., 279, 45737-45743 (2004).), An adduct of ADP and aluminum fluoride or gallium fluoride (J. Mol. Biol., 2003) May 23; 329 (1): 121-34.).
前記内包工程をADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドの存在下に行う場合、GroELサブユニットに対して、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドを103〜106のモル比で用いることが好ましく、103〜104のモル比で用いることがより好ましい。 When the inclusion step is performed in the presence of at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof, the GroEL subunit is selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof. It is preferable to use at least one kind of nucleotide in a molar ratio of 10 3 to 10 6 , and more preferable to use a molar ratio of 10 3 to 10 4 .
前記内包工程をGroESサブユニットの存在下に行う場合、GroELサブユニットに対して、GroESサブユニットを1〜10のモル比で用いることが好ましく、1〜3のモル比で用いることがより好ましい。 When the encapsulation step is performed in the presence of the GroES subunit, the GroES subunit is preferably used in a molar ratio of 1 to 10 and more preferably in a molar ratio of 1 to 3 with respect to the GroEL subunit.
前記内包工程を、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドと、GroESサブユニットとの存在下に行う場合、シャペロニン変異体と、金属ナノ粒子と、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドと、GroESサブユニットとの混合順は特に制限されず、これらを同時に混合してもよく、またこれらを順次混合してもよい。中でもシャペロニン複合体の生成効率の観点から、シャペロニン変異体と、金属ナノ粒子と、GroESサブユニットとの混合物に、ADP、ATP、及びこれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のヌクレオチドを混合する方法であることが好ましい。 When the encapsulation step is performed in the presence of at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof, and a GroES subunit, a chaperonin mutant, a metal nanoparticle, ADP, ATP And the order of mixing the at least one nucleotide selected from the group consisting of these derivatives and the GroES subunit is not particularly limited, and these may be mixed simultaneously or sequentially. Above all, from the viewpoint of the generation efficiency of the chaperonin complex, at least one nucleotide selected from the group consisting of ADP, ATP, and derivatives thereof is mixed in the mixture of the chaperonin mutant, the metal nanoparticle, and the GroES subunit. It is preferable that it is a method to do.
前記シャペロニン複合体の製造方法は、前記内包工程に加えて、シャペロニン複合体の精製工程、修飾工程等をさらに含んでいてもよい。
前記精製工程としては、例えば、クロマトグラフィーにより分離する方法、限外ろ過する方法、等を挙げることができる。
The method for producing a chaperonin complex may further include a purification step, a modification step, and the like of the chaperonin complex in addition to the encapsulation step.
Examples of the purification step include a method of separation by chromatography, a method of ultrafiltration, and the like.
<基板>
本発明の基板は、支持体と、前記支持体上に配置された前記シャペロニン複合体とを備える。前記基板は必要に応じてその他の構成要素を更に備えていてもよい。
前記基板においては、金属ナノ粒子を内包するシャペロニン複合体の凝集が抑制された状態で支持体上に配置されることになる。すなわち支持体上に、金属ナノ粒子をその凝集が抑制された状態で配置することが可能となる。
<Board>
The board | substrate of this invention is equipped with a support body and the said chaperonin complex arrange | positioned on the said support body. The substrate may further include other components as necessary.
In the said board | substrate, it arrange | positions on a support body in the state in which aggregation of the chaperonin complex which includes a metal nanoparticle was suppressed. That is, the metal nanoparticles can be arranged on the support in a state in which the aggregation is suppressed.
前記支持体としては特に制限されず、通常用いられる支持体から、目的に応じて適宜選択して用いることができる。支持体としては例えば、ガラス基材、フェノール樹脂等の樹脂基材、アルミナ等の金属基材、カーボンなどを挙げることができる。 The support is not particularly limited, and can be appropriately selected from commonly used supports according to the purpose. Examples of the support include a glass substrate, a resin substrate such as a phenol resin, a metal substrate such as alumina, and carbon.
前記支持体上におけるシャペロニン複合体の配置態様は特に制限されない。例えばシャペロニン複合体が前記フットボール型である場合は、フットボール型の長軸方向が支持体の面に略平行になるように配置されることが好ましい。またシャペロニン複合体が弾丸型の場合、金属ナノ粒子を内包していない空洞が支持体に接するように配置されることが好ましい。
このようにシャペロニン複合体として弾丸型シャペロニン複合体を用いることで、支持体上に金属ナノ粒子を内包するシャペロニン複合体を、金属ナノ粒子を内包する空洞が上を向いた状態で面状に配置することができる。これは例えばシャペロニン複合体と支持体との疎水性相互作用によるものと考えることができる。
The arrangement mode of the chaperonin complex on the support is not particularly limited. For example, when the chaperonin complex is the football type, it is preferable that the long axis direction of the football type is arranged substantially parallel to the surface of the support. When the chaperonin complex is a bullet type, it is preferable that the chaperonin complex is disposed so that a cavity that does not contain metal nanoparticles is in contact with the support.
By using a bullet-type chaperonin complex as a chaperonin complex in this way, the chaperonin complex encapsulating metal nanoparticles on the support is arranged in a planar shape with the cavity enclosing the metal nanoparticles facing upward can do. This can be attributed to, for example, the hydrophobic interaction between the chaperonin complex and the support.
前記基板は、例えば、前記シャペロニン複合体と分散媒とを含む分散物を支持体上に付与し、分散媒の少なくとも一部を除去して、前記シャペロニン複合体を支持体上に吸着させることで製造することができる。
前記分散媒としては、前記シャペロニン複合体を分散可能であれば特に制限されず、通常用いられる分散媒から適宜選択することができる。分散媒としては、水、緩衝液、エタノール等を挙げることができる。また分散媒の除去方法及び条件は特に制限されず、用いる分散媒や基板の用途等に応じて適宜選択することができる。
The substrate is formed by, for example, applying a dispersion containing the chaperonin complex and a dispersion medium on a support, removing at least a part of the dispersion medium, and adsorbing the chaperonin complex on the support. Can be manufactured.
The dispersion medium is not particularly limited as long as the chaperonin complex can be dispersed, and can be appropriately selected from commonly used dispersion media. Examples of the dispersion medium include water, a buffer solution, and ethanol. The method and conditions for removing the dispersion medium are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use of the dispersion medium and the substrate used.
本発明の基板は、金属ナノ粒子を内包するシャペロニン複合体が支持体上に配置されていることから、センサー等の用途に好適に用いることができる。 The substrate of the present invention can be suitably used for applications such as sensors because the chaperonin complex encapsulating metal nanoparticles is disposed on the support.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「%」は質量基準である。また、本実施例で市販のキットを用いる場合は、そのキットの取扱説明書に従って操作を行った。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “%” is based on mass. When a commercially available kit was used in this example, the operation was performed according to the instruction manual for the kit.
[調製例1]
配列番号1のアミノ酸配列からなるGroELサブユニット(以下、「GroELサブユニット変異体」ともいう)を、特開2008−294487号公報に記載の方法に準じて調製した。
[Preparation Example 1]
A GroEL subunit consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (hereinafter also referred to as “GroEL subunit mutant”) was prepared according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-294487.
[調製例2]
以下のようにして磁性体である金属ナノ粒子としてFePtナノ粒子を調製した。
(1)非修飾FePtナノ粒子の合成
三口フラスコに、アセチルアセトン白金(II)0.39g(1.0mmol/l)、アセチルアセトン鉄(II)0.35g(1.0mmol/l)、テトラエチレングリコール100mlを混合し、Arガス雰囲気中で1時間ガス置換した。Ar雰囲気中、300℃で1時間還流した。その後、Ar雰囲気中で室温まで冷却して、非修飾FePtナノ粒子のテトラエチレングリコール分散液を調製した。
得られた非修飾FePtナノ粒子を含むテトラエチレングリコール分散液に等量のエタノールを混合し、4000rpm×20分遠心した後、上清を除去して沈殿を得た。得られた沈殿にエタノール50mlを加えて4000rpm×20分遠心処理して上清を除去するエタノール洗浄を、遠心上清が着色しなくなるまで繰り返した。
最終的に得られた沈殿を、超純水、HKM緩衝液、又はエタノールに分散して、非修飾FePtナノ粒子分散液を得た。得られた非修飾FePtナノ粒子分散液は4℃で保管した。
なお、HKM緩衝液は組成が、20mM HEPES、100mM KCl、5mM
MgCl2であり、KOHでpH7.5に調整した。
[Preparation Example 2]
FePt nanoparticles were prepared as metal nanoparticles that were magnetic as follows.
(1) Synthesis of unmodified FePt nanoparticles In a three-necked flask, 0.39 g (1.0 mmol / l) of acetylacetone platinum (II), 0.35 g (1.0 mmol / l) of acetylacetone iron (II), 100 ml of tetraethylene glycol Were mixed and replaced with gas in an Ar gas atmosphere for 1 hour. The mixture was refluxed at 300 ° C. for 1 hour in an Ar atmosphere. Then, it cooled to room temperature in Ar atmosphere, and prepared the tetraethylene glycol dispersion liquid of the unmodified FePt nanoparticle.
An equal amount of ethanol was mixed with the obtained tetraethylene glycol dispersion containing the unmodified FePt nanoparticles, centrifuged at 4000 rpm × 20 minutes, and then the supernatant was removed to obtain a precipitate. Ethanol washing, in which 50 ml of ethanol was added to the resulting precipitate and centrifuged at 4000 rpm × 20 minutes to remove the supernatant, was repeated until the centrifuged supernatant was no longer colored.
The finally obtained precipitate was dispersed in ultrapure water, HKM buffer, or ethanol to obtain an unmodified FePt nanoparticle dispersion. The resulting unmodified FePt nanoparticle dispersion was stored at 4 ° C.
The composition of the HKM buffer is 20 mM HEPES, 100 mM KCl, 5 mM.
MgCl 2 and adjusted to pH 7.5 with KOH.
(2)ピルビン酸修飾FePtナノ粒子の合成
三口フラスコに、アセチルアセトン白金(II)0.39g(1.0mmol/l)、アセチルアセトン鉄(II)0.35g(1.0mmol/l)、テトラエチレングリコール100mlを混合し、Arガス雰囲気中で1時間ガス置換した。Ar雰囲気中、300℃で1時間還流した後、温度を150℃まで下げた。ピルビン酸とテトラエチレングリコールの混合液(1:1(v/v)、12時間攪拌して調製した)20mlを加えた後、再び2時間還流した。その後、Ar雰囲気中で室温まで冷却して、ピルビン酸修飾FePtナノ粒子を調製した。
得られたピルビン酸修飾FePtナノ粒子のテトラエチレングリコール分散液について、上記と同様にして洗浄処理を行い、ピルビン酸修飾FePtナノ粒子分散液を得た。
(2) Synthesis of pyruvate-modified FePt nanoparticles In a three-necked flask, 0.39 g (1.0 mmol / l) of acetylacetone platinum (II), 0.35 g (1.0 mmol / l) of acetylacetone iron (II), tetraethylene glycol 100 ml was mixed and replaced with gas in an Ar gas atmosphere for 1 hour. After refluxing at 300 ° C. for 1 hour in an Ar atmosphere, the temperature was lowered to 150 ° C. After adding 20 ml of a mixed solution of pyruvic acid and tetraethylene glycol (1: 1 (v / v), prepared by stirring for 12 hours), the mixture was refluxed again for 2 hours. Then, it cooled to room temperature in Ar atmosphere, and prepared the pyruvic acid modification FePt nanoparticle.
The obtained tetraethylene glycol dispersion of pyruvate-modified FePt nanoparticles was washed in the same manner as described above to obtain a pyruvate-modified FePt nanoparticle dispersion.
(3)オレイン酸修飾FePt粒子の合成
三口フラスコに、アセチルアセトン白金(II)0.39g(1.0mmol/l)、アセチルアセトン鉄(II)0.35g(1.0mmol/l)、テトラエチレングリコール100mlを混合し、Arガス雰囲気中で1時間ガス置換した。Ar雰囲気中、300℃で1時間還流した後、温度を200℃まで下げた。オレイン酸10mlを加えた後、再び30分間還流した。その後、Ar雰囲気中で室温まで冷却して、オレイン酸修飾FePtナノ粒子を調製した。
得られたオレイン酸修飾FePtナノ粒子のテトラエチレングリコール分散液について、上記と同様にして洗浄処理を行い、オレイン酸修飾FePtナノ粒子分散液を得た。
(3) Synthesis of oleic acid-modified FePt particles In a three-necked flask, 0.39 g (1.0 mmol / l) of acetylacetone platinum (II), 0.35 g (1.0 mmol / l) of acetylacetone iron (II), 100 ml of tetraethylene glycol Were mixed and replaced with gas in an Ar gas atmosphere for 1 hour. After refluxing at 300 ° C. for 1 hour in an Ar atmosphere, the temperature was lowered to 200 ° C. After adding 10 ml of oleic acid, the mixture was refluxed again for 30 minutes. Then, it cooled to room temperature in Ar atmosphere, and prepared the oleic acid modification FePt nanoparticle.
The resulting tetraethylene glycol dispersion of oleic acid-modified FePt nanoparticles was washed in the same manner as described above to obtain an oleic acid-modified FePt nanoparticle dispersion.
上記で得られたそれぞれのFePtナノ粒子分散液をコロジオン支持膜グリッドに載せ、24時間乾燥して観察用サンプルを得た。得られた観察用サンプルについて、透過型電子顕微鏡JEM 2000EX(日本電子社製)を用いて、加速電圧100kVで観察し、粒子電顕像を得た。得られた粒子電顕像を600dpiで取り込み、画像処理ソフトウェアImage J(Ver. 1.46)で粒子分析処理(Analyze Particles)を行って、それぞれのFePtナノ粒子分散液について平均粒子径を求めた。
その結果、非修飾FePtナノ粒子は平均粒子径4.88nm、ピルビン酸修飾FePtナノ粒子は平均粒子径3.99nm、オレイン酸修飾FePtナノ粒子は平均粒子径5.05nmであった。
Each of the FePt nanoparticle dispersions obtained above was placed on a collodion support membrane grid and dried for 24 hours to obtain an observation sample. The obtained sample for observation was observed with a transmission electron microscope JEM 2000EX (manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 100 kV to obtain a particle electron microscope image. The obtained particle electron microscopic image was taken in at 600 dpi, and subjected to particle analysis (Analyze Particles) using image processing software Image J (Ver. 1.46), and an average particle size was determined for each FePt nanoparticle dispersion.
As a result, the unmodified FePt nanoparticles had an average particle size of 4.88 nm, the pyruvate-modified FePt nanoparticles had an average particle size of 3.99 nm, and the oleic acid-modified FePt nanoparticles had an average particle size of 5.05 nm.
[実施例1]
非修飾FePtナノ粒子のHKM緩衝液分散液(濃度100mg/ml)を用いて、以下のようにしてシャペロニン複合体を作製した。
マイクロチューブに最終濃度がそれぞれ以下のようになるように各材料を添加して、室温で1分間、マイクロピペットで混合して試料液を調製した。
・GroELサブユニット変異体 0.1μM
・GroESサブユニット 0.2μM
・ATP 1mM
・非修飾FePtナノ粒子 2.5mg/ml
[Example 1]
Using a non-modified FePt nanoparticle HKM buffer dispersion (concentration 100 mg / ml), a chaperonin complex was prepared as follows.
Each material was added to the microtube so that the final concentrations were as follows, and mixed with a micropipette at room temperature for 1 minute to prepare a sample solution.
・ GroEL subunit mutant 0.1 μM
・ GroES subunit 0.2μM
・ ATP 1 mM
・ Unmodified FePt nanoparticles 2.5mg / ml
上記で得られた試料液6.0μlを親水化処理済みコロジオン支持膜に1分間接触させた。超純水6.0μlで1回リンスした後、2%酢酸ウラン6.0μlを加えて1分間染色した。一夜乾燥後、透過型電子顕微鏡HT−7500(日立ハイテク社製)を用い、加速電圧80kVで観察した。得られた観察画像の一例を図1に示す。 6.0 μl of the sample solution obtained above was brought into contact with the hydrophilized collodion support membrane for 1 minute. After rinsing once with 6.0 μl of ultrapure water, 6.0 μl of 2% uranium acetate was added and stained for 1 minute. After drying overnight, it was observed at an acceleration voltage of 80 kV using a transmission electron microscope HT-7500 (manufactured by Hitachi High-Tech). An example of the obtained observation image is shown in FIG.
図1から、シャペロニン変異体に2つの非修飾FePtナノ粒子が内包されているフットボール型のシャペロニン複合体、及びシャペロニン変異体に1つの非修飾FePtナノ粒子が内包されている弾丸型のシャペロニン複合体がそれぞれ観察されることが分かる。すなわち、フットボール型のシャペロニン複合体は、例えば図1の右下の拡大図に示されている。また弾丸型のシャペロニン複合体は、例えば図1の左上の拡大図に示されている。 From FIG. 1, a football-type chaperonin complex in which two unmodified FePt nanoparticles are encapsulated in a chaperonin mutant, and a bullet-shaped chaperonin complex in which one unmodified FePt nanoparticle is encapsulated in a chaperonin mutant Can be observed. That is, the football-type chaperonin complex is shown, for example, in the enlarged view at the lower right of FIG. The bullet-shaped chaperonin complex is shown, for example, in the enlarged view in the upper left of FIG.
[実施例2]
実施例1において、非修飾FePtナノ粒子の代わりにピルビン酸修飾FePtナノ粒子のHKM緩衝液分散液(濃度100mg/ml)を用いて、ピルビン酸修飾FePtナノ粒子の最終濃度が3.5mg/mlとなるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして試料液を調製した。
実施例1と同様にして、透過型電子顕微鏡(加速電圧120kV)で観察を行ったところ、実施例1と同様に、シャペロニン変異体にピルビン酸修飾FePtナノ粒子が内包されているシャペロニン複合体が観察された。
また得られたシャペロニン複合体においては、ピルビン酸修飾FePtナノ粒子の磁性が維持された状態であった。
[Example 2]
In Example 1, instead of unmodified FePt nanoparticles, an HKM buffer dispersion of pyruvate modified FePt nanoparticles (concentration 100 mg / ml) was used, and the final concentration of pyruvate modified FePt nanoparticles was 3.5 mg / ml. A sample solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above was obtained.
When observed with a transmission electron microscope (acceleration voltage 120 kV) in the same manner as in Example 1, a chaperonin complex in which pyruvate-modified FePt nanoparticles are encapsulated in a chaperonin mutant is obtained as in Example 1. Observed.
In the obtained chaperonin complex, the magnetism of the pyruvate-modified FePt nanoparticles was maintained.
[実施例3]
実施例1において、非修飾FePtナノ粒子の代わりにオレイン酸修飾FePtナノ粒子のHKM緩衝液分散液(濃度100mg/ml)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして試料液を調製した。
実施例1と同様にして、透過型電子顕微鏡で観察を行ったところ、実施例1と同様に、シャペロニン変異体にオレイン酸修飾FePtナノ粒子が内包されているシャペロニン複合体が観察された。
[Example 3]
In Example 1, a sample solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that an HKM buffer dispersion (concentration: 100 mg / ml) of oleic acid-modified FePt nanoparticles was used instead of unmodified FePt nanoparticles. .
When observed with a transmission electron microscope in the same manner as in Example 1, a chaperonin complex in which oleic acid-modified FePt nanoparticles were encapsulated in the chaperonin mutant was observed as in Example 1.
[実施例4]
ピルビン酸修飾FePtナノ粒子のHKM緩衝液分散液(濃度20.0mg/ml)20.0μl、5.0μMのGroELサブユニット変異体を含むHKM緩衝液0.8μl、10.0μMのGroESサブユニットを含むHKM緩衝液0.8μlをマイクロチューブ内で1分間ピペッティングして混合したのち、室温下にローテーター(RT−5(タイテック)、4r/min)で40分間撹拌した。その後、HKM緩衝液17.99μlと96.6mMのATP溶液0.41μlを加え、さらに、室温下にローテーター(RT−5(タイテック)、4r/min)で20分間撹拌して試料液を調製した。この試料液40.0μl中の最終濃度は以下の通りであった。
・GroELサブユニット変異体 0.1μM
・GroESサブユニット 0.2μM
・ATP 1mM
・ピルビン酸修飾FePtナノ粒子 10mg/ml
[Example 4]
20.0 μl of HKM buffer dispersion of pyruvate modified FePt nanoparticles (concentration 20.0 mg / ml), 0.8 μl of HKM buffer containing 5.0 μM GroEL subunit variant, 10.0 μM GroES subunit The HKM buffer solution 0.8 μl was mixed by pipetting in a microtube for 1 minute, and then stirred at room temperature for 40 minutes with a rotator (RT-5 (Titec), 4 r / min). Thereafter, 17.99 μl of HKM buffer and 0.41 μl of 96.6 mM ATP solution were added, and the sample solution was further stirred at room temperature with a rotator (RT-5 (Titec), 4 r / min) for 20 minutes. . The final concentration in 40.0 μl of this sample solution was as follows.
・ GroEL subunit mutant 0.1 μM
・ GroES subunit 0.2μM
・ ATP 1 mM
・ Pyruvate-modified FePt nanoparticles 10mg / ml
上記で得られた試料液6.0μlを親水化処理済みコロジオン支持膜に1分間接触させた。超純水6.0μlで1回リンスした後、1.0%リンタングステン酸(pH4.0)6.0μlを加えて1分間染色した。16時間以上乾燥後、透過型電子顕微鏡JEM2000EX(日本電子社製)を用い、加速電圧100kVで観察した。得られた観察画像の一例を図2に示す。
得られた観察画像から、350個のシャペロニン複合体中の金属ナノ粒子を内包しているシャペロニン複合体の個数、及び金属ナノ粒子が未内包のシャペロニン複合体の個数をそれぞれ数え、金属ナノ粒子の内包率を算出したところ、95.4%であった。
6.0 μl of the sample solution obtained above was brought into contact with the hydrophilized collodion support membrane for 1 minute. After rinsing once with 6.0 μl of ultrapure water, 6.0 μl of 1.0% phosphotungstic acid (pH 4.0) was added and stained for 1 minute. After drying for 16 hours or more, observation was performed using a transmission electron microscope JEM2000EX (manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 100 kV. An example of the obtained observation image is shown in FIG.
From the obtained observation images, the number of chaperonin complexes encapsulating metal nanoparticles in 350 chaperonin complexes and the number of chaperonin complexes in which the metal nanoparticles are not encapsulated are counted, respectively. When the encapsulation rate was calculated, it was 95.4%.
[実施例5]
ピルビン酸修飾FePtナノ粒子のHEPES緩衝液(pH7.5)分散液(濃度40.0mg/ml)12.5μl、5.0μMのGroELサブユニット変異体を含むHKM緩衝液2.0μl、10.0μMのGroESサブユニットを含むHKM緩衝液2.0μl、HKM緩衝液33.5μlをマイクロチューブ内で1分間ピペッティングして混合した。その後、HKM緩衝液48.96μlと96.6mMのATP溶液1.04μlを加えて、さらに、室温下に20秒間ピペッティングして試料液を調製した。この試料液100.0μl中の最終濃度は以下の通りであった。
・GroELサブユニット変異体 0.1μM
・GroESサブユニット 0.2μM
・ATP 1mM
・ピルビン酸修飾FePtナノ粒子 5mg/ml
上記と同様にして609個のシャペロニン複合体中の金属ナノ粒子の内包率を算出したところ、89.5%であった。
[Example 5]
12.5 μl of HEPES buffer (pH 7.5) dispersion of pyruvate-modified FePt nanoparticles (concentration: 40.0 mg / ml), 2.0 μl of HKM buffer containing 5.0 μM GroEL subunit variant, 10.0 μM The HKM buffer containing 2.0 μl of GroES subunit and 33.5 μl of HKM buffer were mixed by pipetting for 1 minute in a microtube. Thereafter, 48.96 μl of HKM buffer and 1.04 μl of 96.6 mM ATP solution were added, and the sample solution was further prepared by pipetting at room temperature for 20 seconds. The final concentration in 100.0 μl of this sample solution was as follows.
・ GroEL subunit mutant 0.1 μM
・ GroES subunit 0.2μM
・ ATP 1 mM
・ Pyruvate-modified FePt nanoparticles 5mg / ml
When the encapsulation rate of metal nanoparticles in 609 chaperonin complexes was calculated in the same manner as described above, it was 89.5%.
[実施例6]
非修飾FePtナノ粒子分散液(濃度40.0mg/ml、40mM HEPES−KOH、pH7.5)6.25μl、5.0μMのGroELサブユニット変異体を含むHKM緩衝液10.0μl、10.0μMのGroESサブユニットを含むHKM緩衝液10.0μlをマイクロチューブ内で1分間ピペッティングして混合した。次いでHKM緩衝液29.48μl、96.6mMのATP溶液0.52μlを加えて、さらに、室温下に20秒間ピペッティングして試料液を調製した。この試料液50.0μl中の最終濃度は以下の通りであった。
・GroELサブユニット変異体 1.0μM
・GroESサブユニット 2.0μM
・ATP 1.0mM
・非修飾FePtナノ粒子 5mg/ml
[Example 6]
Unmodified FePt nanoparticle dispersion (concentration: 40.0 mg / ml, 40 mM HEPES-KOH, pH 7.5) 6.25 μl, HKM buffer containing 5.0 μM GroEL subunit variant 10.0 μl, 10.0 μM 10.0 μl of HKM buffer containing GroES subunit was mixed by pipetting for 1 minute in a microtube. Next, 29.48 μl of HKM buffer and 0.52 μl of 96.6 mM ATP solution were added, and further pipetting was performed at room temperature for 20 seconds to prepare a sample solution. The final concentration in 50.0 μl of this sample solution was as follows.
・ GroEL subunit mutant 1.0μM
・ GroES subunit 2.0μM
・ ATP 1.0 mM
・ Unmodified FePt nanoparticles 5mg / ml
上記で得られた試料液6.0μlを親水化処理済みコロジオン支持膜に40秒間接触させた。超純水6.0μlで1回リンスした後、1.0%リンタングステン酸(pH4.0)6.0μlを加えて1分間染色した。16時間以上乾燥後、透過型電子顕微鏡HT−7500(日立ハイテク社製)を用い、加速電圧80kVで観察した。
その結果、図1の右下の拡大図に示すようにATPの存在下に形成されたシャペロニン複合体は、フットボール型の形状であり、支持体上にフットボール型の長軸が支持体の面と略平行になるように配置されていた。
6.0 μl of the sample solution obtained above was brought into contact with the hydrophilized collodion support membrane for 40 seconds. After rinsing once with 6.0 μl of ultrapure water, 6.0 μl of 1.0% phosphotungstic acid (pH 4.0) was added and stained for 1 minute. After drying for 16 hours or more, observation was performed using a transmission electron microscope HT-7500 (manufactured by Hitachi High-Tech) at an acceleration voltage of 80 kV.
As a result, the chaperonin complex formed in the presence of ATP as shown in the enlarged view at the lower right of FIG. 1 has a football-type shape, and the football-type long axis is on the support surface with the surface of the support. It was arrange | positioned so that it might become substantially parallel.
[実施例7]
非修飾FePtナノ粒子分散液(濃度40.0mg/ml、40mM HEPES−KOH、pH7.5)6.25μl、5.0μMのGroELサブユニット変異体を含むHKM緩衝液10.0μl、10.0μMのGroESサブユニットを含むHKM緩衝液10.0μlをマイクロチューブ内で1分間ピペッティングして混合した。次いでHKM緩衝液29.48μl、99.1mMのADP溶液0.51μlを加えて、さらに、室温下に20秒間ピペッティングして試料液を調製した。この試料液50.0μl中の最終濃度は以下の通りであった。
・GroELサブユニット変異体 1.0μM
・GroESサブユニット 2.0μM
・ADP 1.0mM
・非修飾FePtナノ粒子 5mg/ml
[Example 7]
Unmodified FePt nanoparticle dispersion (concentration: 40.0 mg / ml, 40 mM HEPES-KOH, pH 7.5) 6.25 μl, HKM buffer containing 5.0 μM GroEL subunit variant 10.0 μl, 10.0 μM 10.0 μl of HKM buffer containing GroES subunit was mixed by pipetting for 1 minute in a microtube. Next, 29.48 μl of HKM buffer and 0.51 μl of 99.1 mM ADP solution were added, and the sample solution was further pipetted at room temperature for 20 seconds. The final concentration in 50.0 μl of this sample solution was as follows.
・ GroEL subunit mutant 1.0μM
・ GroES subunit 2.0μM
・ ADP 1.0 mM
・ Unmodified FePt nanoparticles 5mg / ml
上記で得られた試料液6.0μlを親水化処理済みコロジオン支持膜に40秒間接触させた。超純水6.0μlで1回リンスした後、1.0%リンタングステン酸(pH4.0)6.0μlを加えて1分間染色した。16時間以上乾燥後、透過型電子顕微鏡HT−7700(日立ハイテク社製)を用い、加速電圧80kVで観察した。得られた観察画像の一例を図3に示す。
図3から、ADPの存在下に形成されたシャペロニン複合体は、弾丸型の形状であり、支持体上に弾丸型の長軸が支持体の面に略垂直になるように配置されていることが分かる。
6.0 μl of the sample solution obtained above was brought into contact with the hydrophilized collodion support membrane for 40 seconds. After rinsing once with 6.0 μl of ultrapure water, 6.0 μl of 1.0% phosphotungstic acid (pH 4.0) was added and stained for 1 minute. After drying for 16 hours or more, observation was performed using a transmission electron microscope HT-7700 (manufactured by Hitachi High-Tech) at an acceleration voltage of 80 kV. An example of the obtained observation image is shown in FIG.
From FIG. 3, the chaperonin complex formed in the presence of ADP has a bullet shape, and is arranged on the support so that the long axis of the bullet is substantially perpendicular to the surface of the support. I understand.
[実施例8]
蛍光波長460nmの量子ドットCdS 460(LumidotTMLumidotTM、Sigma−Aldrich社製)は、カルボン酸修飾されているため、トルエンに分散されて市販されている。これを以下のようにして分散媒を変更した。
マイクロチューブにCdS 460トルエン分散液(CdS濃度5.0mg/ml)を100.0μlいれ、これにエタノール1.0mlを加えて穏やかに混合した。14500rpm×10分間遠心後、上清を除去した。得られた黄色の沈殿物にメタノール500.0μlを加えて、超音波を約1分間照射して均一に分散して、濃度が1.0mg/mlのCdSナノ粒子分散液を得た。
[Example 8]
Quantum dot CdS 460 (Lumidot ™ Lumidot ™ , manufactured by Sigma-Aldrich) having a fluorescence wavelength of 460 nm is commercially available after being dispersed in toluene because it is modified with carboxylic acid. The dispersion medium was changed as follows.
100.0 μl of CdS 460 toluene dispersion (CdS concentration 5.0 mg / ml) was placed in a microtube, and 1.0 ml of ethanol was added thereto and mixed gently. After centrifugation at 14500 rpm × 10 minutes, the supernatant was removed. 500.0 μl of methanol was added to the obtained yellow precipitate, and the mixture was uniformly dispersed by irradiating with ultrasonic waves for about 1 minute to obtain a CdS nanoparticle dispersion having a concentration of 1.0 mg / ml.
2.5μMのGroELサブユニット変異体を含むHKM緩衝液40.0μl、5.0μMのGroESサブユニットを含むHKM緩衝液40.0μl、HKM緩衝液8.96μlをマイクロチューブ内で混合した。次いでCdSナノ粒子分散液(濃度1.0mg/ml、メタノール)10.0μlを加えて1分間ピペッティングした後、96.6mMのATP溶液1.04μlを加えて、さらに、室温下に20秒間ピペッティングして試料液を調製した。この試料液100.0μl中の最終濃度は以下の通りであった。
・GroELサブユニット変異体 1.0μM
・GroESサブユニット 2.0μM
・ATP 1.0mM
・CdSナノ粒子 0.1mg/ml
40.0 μl of HKM buffer containing 2.5 μM GroEL subunit variant, 40.0 μl of HKM buffer containing 5.0 μM GroES subunit, and 8.96 μl of HKM buffer were mixed in a microtube. Next, 10.0 μl of CdS nanoparticle dispersion (concentration 1.0 mg / ml, methanol) was added and pipetted for 1 minute, then 1.04 μl of 96.6 mM ATP solution was added, and further piped for 20 seconds at room temperature. A sample solution was prepared by petting. The final concentration in 100.0 μl of this sample solution was as follows.
・ GroEL subunit mutant 1.0μM
・ GroES subunit 2.0μM
・ ATP 1.0 mM
・ CdS nanoparticles 0.1mg / ml
上記で得られた試料液6.0μlを親水化処理済みコロジオン支持膜に40秒間接触させた。超純水6.0μlで1回リンスした後、1.0%リンタングステン酸(pH4.0)6.0μlを加えて1分間染色した。16時間以上乾燥後、透過型電子顕微鏡JEM2000EX(日本電子社製)を用い、加速電圧80kVで観察したところ、実施例1と同様に、CdSナノ粒子がシャペロニン変異体に内包されたシャペロニン複合体が観察された。 6.0 μl of the sample solution obtained above was brought into contact with the hydrophilized collodion support membrane for 40 seconds. After rinsing once with 6.0 μl of ultrapure water, 6.0 μl of 1.0% phosphotungstic acid (pH 4.0) was added and stained for 1 minute. After being dried for 16 hours or more, and observed with a transmission electron microscope JEM2000EX (manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 80 kV, as in Example 1, a chaperonin complex in which CdS nanoparticles were encapsulated in a chaperonin mutant was obtained. Observed.
以上の結果から、本発明のシャペロニン複合体は、複合体の形成効率に優れることが分かる。またATPの存在下にシャペロニン複合体を形成することで、シャペロニン変異体の2つの空洞の両方に金属ナノ粒子が内包されたフットボール型のシャペロニン複合体が得られることが分かる。一方、ADPの存在下にシャペロニン複合体を形成することで、シャペロニン変異体の2つの空洞の一方に金属ナノ粒子が内包された弾丸型のシャペロニン複合体が得られることが分かる。 From the above results, it can be seen that the chaperonin complex of the present invention is excellent in complex formation efficiency. It can also be seen that by forming a chaperonin complex in the presence of ATP, a football-type chaperonin complex in which metal nanoparticles are encapsulated in both of the two cavities of the chaperonin mutant is obtained. On the other hand, it can be seen that by forming a chaperonin complex in the presence of ADP, a bullet-shaped chaperonin complex in which metal nanoparticles are encapsulated in one of the two cavities of the chaperonin mutant is obtained.
Claims (7)
前記複数のGroELサブユニットに包囲された金属ナノ粒子と、
を有するシャペロニン複合体。 In the first GroEL subunit variant consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, one or more amino acid residues other than the 52nd and 398th alanine residues are substituted or deleted Or a chaperonin variant comprising a plurality of GroEL subunits comprising at least one GroEL subunit variant selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant comprising an added amino acid sequence and having molecular chaperone activity When,
Metal nanoparticles surrounded by the plurality of GroEL subunits;
A chaperonin complex having:
金属ナノ粒子と、
を接触させて、前記複数のGroELサブユニットで前記金属ナノ粒子を包囲することを含むシャペロニン複合体の製造方法。 In the first GroEL subunit variant consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, one or more amino acid residues other than the 52nd and 398th alanine residues are substituted or deleted Or a chaperonin variant comprising a plurality of GroEL subunits comprising at least one GroEL subunit variant selected from the group consisting of a second GroEL subunit variant comprising an added amino acid sequence and having molecular chaperone activity When,
Metal nanoparticles,
And contacting the metal nanoparticles with the plurality of GroEL subunits to produce a chaperonin complex.
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