JP2014135947A - Fluorescent biosensor for detecting ectodomain shedding - Google Patents

Fluorescent biosensor for detecting ectodomain shedding Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a useful method for evaluating ectodomain shedding activity of a cell.SOLUTION: There is provided a method for evaluating extracellular domain shedding activity (ectodomain shedding activity) with respect to a factor which is synthesized as a membrane-bound precursor having an extracellular domain and an intracellular domain and cleaved into a secretory type on a cell surface by protease. A cell is used which has an expressed membrane-bound factor in which a first fluorescent protein is fused with an extracellular domain and a second fluorescent protein is fused with an intracellular domain, wherein the first fluorescent protein and the second fluorescent protein have wavelength characteristics which can be discriminated from each other, and the activity is evaluated based on fluorescence derived from the first fluorescent protein and fluorescence derived from the second fluorescent protein. Thus, observation of shedding activity in individual cells over time is made possible.

Description

ヘパリン結合性上皮増殖因子様増殖因子HB-EGF(heparin binding-epidermal growth factor-like growth factor)は、EGF、アンフィレギュリン、形質転換増殖因子(TGF)-α、ベータセルリン(betacelulin)およびニューレグリンで形成されるEGFファミリーのメンバーの1つである。HB-EGFの発現は、体のほとんどにおいて、特に肺、心臓、脳および骨格筋で、検出されている。HB-EGFは、創傷治癒、眼瞼の形成、胚盤胞移植、肺高血圧、バルーン傷害後の再狭窄、アテローム性動脈硬化症および腫瘍進行を含む様々な生理的および病的事象に関与している。HB-EGF遺伝子のノックアウトは、頭蓋顔面構造、心臓および腸神経の発生を含むいくつかの神経堤細胞由来組織の発生を障害する。脳特異的ノックアウトマウスは、HB-EGFが精神障害にも寄与していることを示している。   Heparin binding epidermal growth factor-like growth factor HB-EGF (heparin binding-epidermal growth factor-like growth factor) is EGF, amphiregulin, transforming growth factor (TGF) -α, betacelulin and neuregulin Is one of the members of the EGF family. HB-EGF expression has been detected in most parts of the body, particularly in the lung, heart, brain and skeletal muscle. HB-EGF is involved in various physiological and pathological events including wound healing, eyelid formation, blastocyst transplantation, pulmonary hypertension, restenosis after balloon injury, atherosclerosis and tumor progression . Knockout of the HB-EGF gene impairs the development of several neural crest cell-derived tissues, including craniofacial structures, heart and enteric nerve development. Brain-specific knockout mice show that HB-EGF also contributes to mental disorders.

HB-EGFは、EGFファミリーの他のメンバーと同様に、最初にproHB-EGFと呼ばれる膜貫通型前駆体として合成される。proHB-EGFは細胞表面でプロテアーゼ、例えばジスインテグリンおよびメタロプロテアーゼ類(ADAM類)により切断されて可溶性型のHB-EGFを放出する。そのプロセスはエクトドメインシェディング(ectodomain shedding)として知られている。proHB-EGFのエクトドメインシェディングは、12-O-テトラデカノイルホルボール-13-アセテート(12-O-tetradecanoylphorborl-13-estate)、カルシウムイオノフォア、GPCRリガンド、例えばリゾホスファチジン酸および増殖因子を含む様々な生理的または薬理的刺激により刺激される。proHB-EGFのエクトドメインシェディングはHB-EGFの増殖因子活性にとって不可欠な事象である。proHB-EGFの切断不能変異体を発現するマウスは、HB-EGFヌルマウスが示すような重篤な心不全を示す。proHB-EGFの切断不能型は低酸素条件下で心筋のアポトーシスを誘導することも報告されている。一方で、proHB-EGFの膜貫通ドメインを切り詰めた変異体(常に細胞から放出される)を発現するマウスは、心臓および皮膚において重篤な過形成を示す。さらにproHB-EGFシェディングは、腫瘍進行に影響を及ぼすことも知られている。   HB-EGF, like other members of the EGF family, is first synthesized as a transmembrane precursor called proHB-EGF. proHB-EGF is cleaved on the cell surface by proteases such as disintegrin and metalloproteases (ADAMs) to release soluble HB-EGF. The process is known as ectodomain shedding. The ectodomain shedding of proHB-EGF includes 12-O-tetradecanoylphorborl-13-estate, calcium ionophore, GPCR ligands such as lysophosphatidic acid and growth factors Stimulated by various physiological or pharmacological stimuli. The ectodomain shedding of proHB-EGF is an essential event for the growth factor activity of HB-EGF. Mice expressing an uncleavable mutant of proHB-EGF show severe heart failure as shown by HB-EGF null mice. It has also been reported that proHB-EGF non-cleavable form induces myocardial apoptosis under hypoxic conditions. On the other hand, mice expressing mutants truncating the transmembrane domain of proHB-EGF (always released from cells) show severe hyperplasia in the heart and skin. Furthermore, proHB-EGF shedding is also known to affect tumor progression.

細胞におけるproHB-EGFのエクトドメインシェディング活性を測定するためには、これまで、(1)サイズが小さくなったproHB-EGFを細胞抽出液からタンパク質として分離し、ウェスタンブロットにより検出するか、または(2)細胞外領域にアルカリホスファターゼ(AP)を融合させたproHB-EGFを細胞上で発現させ、シェディングによって培地中に放出されたAP融合リガンドのAP活性を検出してきた(非特許文献1,2)。それらは様々な条件下で細胞集団のシェディング活性を知るために非常に有用な方法である。   In order to measure the ectodomain shedding activity of proHB-EGF in cells, so far, (1) separated proHB-EGF as a protein from the cell extract and detected by Western blot, or (2) ProHB-EGF fused with alkaline phosphatase (AP) in the extracellular region is expressed on the cell, and AP activity of AP fusion ligand released into the medium by shedding has been detected (Non-patent Document 1) , 2). They are very useful methods to know the shedding activity of a cell population under various conditions.

Dethlefsen, S.M., Raab, G., Moses, M.A., Adam, R.M., Klagsbrun, M., and Freeman, M.R. (1998) Extracellular calcium influx stimulates metalloproteinase cleavage and secretion of heparin-binding EGF-like growth factor independently of protein kinase C. J Cell Biochem. 69, 143-153Dethlefsen, SM, Raab, G., Moses, MA, Adam, RM, Klagsbrun, M., and Freeman, MR (1998) Extracellular calcium influx stimulates metalloproteinase cleavage and secretion of heparin-binding EGF-like growth factor independently of protein kinase C. J Cell Biochem. 69, 143-153 Tokumaru, S., Higashiyama, S., Endo, T., Nakagawa, T., Miyagawa, J.I., Yamamori, K., Hanakawa, Y., Ohmoto, H., Yoshino, K., Shirakata, Y., Matsuzawa, Y., Hashimoto, K., and Taniguchi, N. (2000) Ectodomain shedding of epidermal growth factor receptor ligands is required for keratinocyte migration in cutaneous wound healing. J Cell Biol. 151, 209-220Tokumaru, S., Higashiyama, S., Endo, T., Nakagawa, T., Miyagawa, JI, Yamamori, K., Hanakawa, Y., Ohmoto, H., Yoshino, K., Shirakata, Y., Matsuzawa , Y., Hashimoto, K., and Taniguchi, N. (2000) Ectodomain shedding of epidermal growth factor receptor ligands is required for keratinocyte migration in cutaneous wound healing.J Cell Biol. 151, 209-220

しかしながら、従来のエクトドメインシェディング活性を測定するための方法は、いずれも(1) 細胞群として評価する系であるため、個々の細胞や細胞局所についての評価が難しい。また、測定のためには細胞自体または培養上清の採取が必要であるため、同じ細胞について同じ状態を維持したまま、経時的に観察することができず、さらに同じ理由により、生体内での評価が行えないという問題があった。   However, all of the conventional methods for measuring ectodomain shedding activity are (1) a system that evaluates as a cell group, and thus it is difficult to evaluate individual cells and cell localities. In addition, since it is necessary to collect the cells themselves or the culture supernatant for measurement, it is not possible to observe the same cells over time while maintaining the same state, and for the same reason, There was a problem that evaluation could not be performed.

proHB-EGFのエクドドメインシェディングは、腫瘍進行に影響を及ぼすことが分かっており、腫瘍細胞動態を研究するため、また腫瘍薬の研究・開発において重要である。またこれまでの報告から、シェディング活性の評価は、正常または病的な組織の状態を理解するために重要であると考えられる。   ProHB-EGF ectodomain shedding has been shown to affect tumor progression and is important for studying tumor cell dynamics and in the research and development of oncology drugs. From previous reports, evaluation of shedding activity is considered to be important for understanding normal or pathological tissue status.

本発明者らは、シェディングを可視化できるプローブについて鋭意研究してきた。本発明者らは、proHB-EGFの細胞外に赤色蛍光タンパク質、細胞内領域に緑色蛍光タンパク質を融合したものを細胞で安定発現させた。そしてこの細胞を、エクトドメインシェディング刺激剤として知られる物質で処理したところ、継時的に二種の蛍光の強度比が変化し、個々の細胞におけるシェディング活性の経時的な観察が可能であることを見出し、本発明を完成した。   The present inventors have intensively studied a probe that can visualize shedding. The inventors of the present invention stably expressed in cells the proHB-EGF fused with a red fluorescent protein outside the cell and a green fluorescent protein in the intracellular region. And when these cells were treated with a substance known as an ectodomain shedding stimulator, the intensity ratio of the two types of fluorescence changed over time, allowing chronological observation of shedding activity in individual cells. As a result, the present invention was completed.

本発明は、下記を提供する。
[1] 細胞外領域と細胞内領域とを有する膜結合型の前駆体として合成され、細胞表面でプロテアーゼによって切断されて分泌型となる因子に対する細胞外ドメイン切断活性(エクトドメインシェディング活性)を評価する方法であって;
細胞外領域に第一の蛍光タンパク質が融合し、かつ細胞内領域に第二の蛍光タンパク質が融合した、膜結合型の因子を発現させた細胞を用い、このとき第一の蛍光タンパク質と第二の蛍光タンパク質とは互いに区別可能な波長特性を有するものであり;
第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光と第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光とに基づいて、該活性を評価する、方法。
[2] 因子が、ヘパリン結合性上皮増殖因子様増殖因子(HB-EGF)である、[1]に記載された方法。
[3] 第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光と第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光とに基づく評価が、第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度と、第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度との比を算出し、その比の変化により評価するものである、[1]または[2]に記載された方法。
[4] 評価が、画像解析により行われる、[1]〜[3]のいずれか一に記載された方法。
[5] 生体において行われる、[1]〜[4]のいずれか一に記載された方法。
[6] 細胞外領域と細胞内領域とを有する膜結合型の前駆体として合成され、細胞表面でプロテアーゼによって切断されて分泌型となる因子に対するエクトドメインシェディングを生細胞において可視化する方法であって;
細胞において、細胞外領域に第一の蛍光タンパク質が融合し、かつ細胞内領域に第二の蛍光タンパク質が融合した、膜結合型の因子を発現させ、このとき第一の蛍光タンパク質と第二の蛍光タンパク質とは互いに区別可能な波長特性を有するものであり;
エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光が変化し、および/または第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度と第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光との強度の
比が変化してエクトドメインシェディングが可視化される、方法。
[7] HB-EGFの前駆体(proHB-EGF)に対するエクトドメインシェディングを可視化するためのものである、[6]に記載された方法。
[8] 細胞外領域と細胞内領域とを有する膜結合型の前駆体として合成され、細胞表面でプロテアーゼによって切断されて分泌型となる因子において、細胞外領域に第一の蛍光タンパク質が融合され、細胞内領域に第二の蛍光タンパク質が融合されており;
細胞で発現させると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光が変化してエクトドメインシェディングを検知することができる、蛍光バイオセンサー。
[9] 第一の蛍光タンパク質が赤色蛍光タンパク質であり、第二の蛍光タンパク質が緑色蛍光タンパク質であり、proHB-EGFにそれらが融合されたものである、[8]に記載された蛍光バイオセンサー。
[10] 下記(a)(b)または(c)からなる、[9]に記載の蛍光バイオセンサー:
(a)配列表の配列番号1に記載されたヌクレオチド配列によりコードされるポリペプチド;
(b)(a)に記載されたポリペプチドと少なくとも80%の配列同一性を有する配列からなり、細胞で発現すると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光の変化が検出可能となる、ポリペプチド;または
(c)(a)に記載されたポリペプチドのアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入または付加されたアミノ酸配列からなり、細胞で発現すると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光の変化が検出可能となる、ポリペプチド。
[11] [8]〜[10]に記載された蛍光バイオセンサーをコードする、ポリヌクレオチド。
[12] [11]に記載されたポリヌクレオチドを含む、ベクター。
[13] 以下の工程を含む、細胞における、少なくとも1種類の因子のエクトドメインシェディングの観察方法:[12]に記載されたベクターで形質転換して得られた蛍光バイオセンサーを膜上に有する細胞を環境の変化(例えば、低酸素環境、酸化環境、紫外線照射などの組織環境変化)に曝して、細胞またはその近傍における蛍光の変化の有無を検出するが、このとき、候補物質の供与に起因する蛍光の変化が検出されることは候補物質がその因子のエクトドメインシェディングの効率に影響を与えたことを意味する、方法。
[14] 以下の工程を含む、少なくとも1種類の因子のエクトドメインシェディングの効率に影響を与えうる物質をスクリーニングする方法:[12]に記載されたベクターで細胞を形質転換して蛍光バイオセンサーを膜上に有する細胞を調製し;そして調製された細胞に候補物質を供与して、細胞またはその近傍における蛍光の変化の有無を検出するが、 このとき、候補物質の供与に起因する蛍光の変化が検出されることは候補物質がその因子のエクトドメインシェディングの効率に影響を与えたことを意味する、方法。
[15] proHB-EGFのエクトドメインシェディングの効率に影響を与えうる物質をスクリーニングするためのものである、[14]に記載された方法。
[16] 腫瘍進行に影響を与えうる物質をスクリーニングするためのものである、[15]記載された方法。
The present invention provides the following.
[1] An extracellular domain cleavage activity (ectodomain shedding activity) for a factor that is synthesized as a membrane-bound precursor having an extracellular region and an intracellular region and is cleaved by a protease on the cell surface to become a secreted type A method of evaluating;
A cell expressing a membrane-bound factor, in which the first fluorescent protein is fused to the extracellular region and the second fluorescent protein is fused to the intracellular region, is used. The fluorescent proteins of the above have different wavelength characteristics from each other;
A method of evaluating the activity based on fluorescence derived from a first fluorescent protein and fluorescence derived from a second fluorescent protein.
[2] The method according to [1], wherein the factor is heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor (HB-EGF).
[3] Evaluation based on the fluorescence derived from the first fluorescent protein and the fluorescence derived from the second fluorescent protein is based on the intensity of the fluorescence derived from the first fluorescent protein and the fluorescence derived from the second fluorescent protein. The method according to [1] or [2], wherein a ratio with the intensity is calculated and evaluated by a change in the ratio.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the evaluation is performed by image analysis.
[5] The method according to any one of [1] to [4], which is performed in a living body.
[6] A method of visualizing ectodomain shedding in living cells for a factor that is synthesized as a membrane-bound precursor having an extracellular region and an intracellular region and is cleaved by a protease on the cell surface to become a secreted type. And
In the cell, a membrane-bound factor in which the first fluorescent protein is fused to the extracellular region and the second fluorescent protein is fused to the intracellular region is expressed. At this time, the first fluorescent protein and the second fluorescent protein are expressed. Fluorescent proteins have wavelength characteristics that are distinguishable from each other;
When the extracellular part containing the first fluorescent protein is cleaved by ectodomain shedding, the fluorescence derived from the first fluorescent protein changes and / or the intensity of the fluorescence derived from the first fluorescent protein A method wherein the ratio of intensity to fluorescence from a second fluorescent protein is varied to visualize ectodomain shedding.
[7] The method described in [6], for visualizing ectodomain shedding for a precursor of HB-EGF (proHB-EGF).
[8] In a factor that is synthesized as a membrane-bound precursor having an extracellular region and an intracellular region and is cleaved by a protease on the cell surface to become a secreted type, the first fluorescent protein is fused to the extracellular region. A second fluorescent protein is fused to the intracellular region;
When expressed in cells, the first fluorescent protein is placed in the intracellular region, the second fluorescent protein is placed outside the cell, and the extracellular part containing the first fluorescent protein is cleaved by ectodomain shedding. Fluorescence biosensor capable of detecting ectodomain shedding by changing fluorescence derived from at least one fluorescent protein.
[9] The fluorescent biosensor according to [8], wherein the first fluorescent protein is a red fluorescent protein, the second fluorescent protein is a green fluorescent protein, and they are fused to proHB-EGF. .
[10] The fluorescent biosensor according to [9], comprising the following (a), (b) or (c):
(A) a polypeptide encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) It consists of a sequence having at least 80% sequence identity with the polypeptide described in (a), and when expressed in cells, the first fluorescent protein is in the intracellular region and the second fluorescent protein is extracellular. (C) a polypeptide that is arranged in the structure and is capable of detecting a change in fluorescence derived from at least one fluorescent protein by cleaving the extracellular portion containing the first fluorescent protein by ectodomain shedding; The amino acid sequence of the polypeptide described in (a) consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, inserted or added, and when expressed in a cell, the first fluorescent protein is an intracellular region. The second fluorescent protein is placed outside the cell, and the extracellular part containing the first fluorescent protein is cleaved by ectodomain shedding. By a change in the fluorescence from at least one fluorescent protein is detectable polypeptide.
[11] A polynucleotide encoding the fluorescent biosensor described in [8] to [10].
[12] A vector comprising the polynucleotide described in [11].
[13] Method for observing ectodomain shedding of at least one factor in a cell, comprising the following steps: A fluorescent biosensor obtained by transformation with the vector described in [12] is provided on the membrane Cells are exposed to environmental changes (eg, hypoxic environment, oxidative environment, changes in tissue environment such as ultraviolet irradiation) to detect the presence or absence of changes in fluorescence in the cell or its vicinity. Detecting the resulting fluorescence change means that the candidate substance has affected the efficiency of ectodomain shedding of the factor.
[14] A method for screening a substance that can affect the efficiency of ectodomain shedding of at least one factor, comprising the following steps: Fluorescence biosensor by transforming cells with the vector described in [12] And a candidate substance is donated to the prepared cell to detect the presence or absence of a change in fluorescence in the cell or the vicinity thereof. At this time, the fluorescence due to the provision of the candidate substance is detected. A detected change means that the candidate substance has affected the efficiency of ectodomain shedding of the factor.
[15] The method described in [14], wherein the method is for screening a substance that can affect the efficiency of ectodomain shedding of proHB-EGF.
[16] The method described in [15], wherein the method is for screening a substance capable of affecting tumor progression.

[17] [1]〜[6]のいずれか一の方法を実施するための、装置。
[18] 蛍光を発する細胞がインターバル撮像された複数の細胞画像を入力する画像入力部と、入力された複数の細胞画像から、蛍光変化を算出する算出部と、を備える細胞画像解析装置。
[19] 蛍光変化に関する閾値を予め記憶する閾値記憶部、算出された蛍光変化と閾値とを比較して、エクトドメインシェディングがある、またはその効率が変化していると特定する、エクトドメインシェディング特定部をさらに備える、[18]に記載の細胞画像解析装置。
[20] コンピュータに対し、蛍光を発する細胞がインターバル撮像された複数の細胞画像を入力する、画像入力ステップと、入力された複数の細胞画像から、蛍光変化を算出する、算出ステップと、を実行させるためのプログラム。
[21] コンピュータが、蛍光変化に関する閾値を予め記憶する閾値記憶部を備えており、算出された蛍光変化と閾値を比較して、エクトドメインシェディングがある、またはその効率が変化していると特定するステップをさらに実行させるための、[20]に記載のプログラム。
[17] An apparatus for carrying out the method according to any one of [1] to [6].
[18] A cell image analysis apparatus comprising: an image input unit that inputs a plurality of cell images in which fluorescence emitting cells are interval-imaged; and a calculation unit that calculates a fluorescence change from the input cell images.
[19] A threshold storage unit that stores in advance a threshold value related to a fluorescence change, and compares the calculated fluorescence change with the threshold value to identify that there is ectodomain shedding or that its efficiency has changed. The cell image analysis device according to [18], further comprising a coding identification unit.
[20] An image input step of inputting, to a computer, a plurality of cell images obtained by interval imaging of cells emitting fluorescence, and a calculation step of calculating a fluorescence change from the plurality of input cell images. Program to let you.
[21] The computer includes a threshold storage unit that previously stores a threshold relating to fluorescence change, and the calculated fluorescence change is compared with the threshold to determine whether there is ectodomain shedding or the efficiency thereof has changed. The program according to [20], for further executing the identifying step.

Fluhemb(Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor)の生化学的特徴および細胞内局在。(A)Fluhembの構造。(B〜D)Fluhemb発現HT1080細胞の共焦点レーザー顕微鏡分析。細胞をPBS中4%パラホルムアルデヒドにより15分間固定し、Fluhembの蛍光シグナルを共焦点レーザー顕微鏡A1Rにより検出した。(B)mAG1、(C)mCherry、(D)重ね合わせ。下のパネル:X-Z断面、右のパネル:Y-Z断面。スケールバーは20μmを示す。(E)血清飢餓後、Fluhemb発現HT1080細胞を50nMの12-o-テトラデカノイルホルボール-13-アセテート(TPA)で60分間刺激した。メタロプロテアーゼの阻害のため、細胞をTPA刺激の前に20μMのGM-6001またはKB-R7785で30分間処理した。全細胞溶解物のSDS-PAGEおよびウェスタンブロット分析を実施した。Fluhembを抗mCherryまたは抗単量体Azami Green(mAG)抗体により検出した。ローディング対照としてベータアクチンも検出した。Biochemical characteristics and subcellular localization of Fluhemb (Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor). (A) Structure of Fluhemb. (BD) Confocal laser microscope analysis of Fluhemb expressing HT1080 cells. The cells were fixed with 4% paraformaldehyde in PBS for 15 minutes, and the fluorescence signal of Fluhemb was detected with a confocal laser microscope A1R. (B) mAG1, (C) mCherry, (D) Superposition. Lower panel: XZ cross section, right panel: YZ cross section. The scale bar indicates 20 μm. (E) After serum starvation, Fluhemb-expressing HT1080 cells were stimulated with 50 nM 12-o-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) for 60 minutes. For metalloprotease inhibition, cells were treated with 20 μM GM-6001 or KB-R7785 for 30 minutes prior to TPA stimulation. SDS-PAGE and Western blot analysis of whole cell lysates was performed. Fluhemb was detected with anti-mCherry or anti-monomer Azami Green (mAG) antibody. Beta actin was also detected as a loading control. Fluhemb発現HT1080細胞に対するTPA刺激。(AおよびB)血清飢餓の後、Fluhemb発現HT1080細胞を50nMの12-o-テトラデカノイルホルボール-13-アセテート(TPA)により60分間刺激した。メタロプロテアーゼの阻害のため、細胞をTPA刺激の前に20μMのGM-6001またはKB-R7785で30分間処理した。タイムラプス画像をBiostation IMにより1分ごとに1時間得た。mAG1のmCherryに対する蛍光強度の比率をNIS-elementsにより算出した(比率の範囲:0〜2)。(B)(A)における高倍率視野の比率画像。矢印はその細胞の前縁部(leading ledges)を示す。スケールバーは100μm(A)および20μm(B)を示す。TPA stimulation on Fluhemb-expressing HT1080 cells. (A and B) After serum starvation, Fluhemb expressing HT1080 cells were stimulated with 50 nM 12-o-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) for 60 minutes. For metalloprotease inhibition, cells were treated with 20 μM GM-6001 or KB-R7785 for 30 minutes prior to TPA stimulation. Time-lapse images were obtained for 1 hour every minute by Biostation IM. The ratio of the fluorescence intensity of mAG1 to mCherry was calculated by NIS-elements (ratio range: 0 to 2). (B) Ratio image of high magnification field of view in (A). Arrows indicate the leading ledges of the cell. Scale bars indicate 100 μm (A) and 20 μm (B). HT1080またはHaCaT細胞に対する他のタイプのシェディング刺激。Fluhemb発現HT1080(A)またはHaCaT(B)細胞を20μMのカルシウムイオノフォアA23187で処理した。(C)Fluhemb発現HaCaT細胞を血清飢餓後に10nMのEGFにより刺激した。その刺激の後にタイムラプスアッセイをBiostation IMにより1分ごとに1時間実施し、蛍光の画像をBiostation IMにより得て、mAG1のmCherryに対する蛍光強度の比率をNIS-elementsにより算出した(比率の範囲:0〜2)。スケールバーは10μm(AおよびB)および20μm(C)を示す。Other types of shedding stimuli on HT1080 or HaCaT cells. Fluhemb-expressing HT1080 (A) or HaCaT (B) cells were treated with 20 μM calcium ionophore A23187. (C) Fluhemb-expressing HaCaT cells were stimulated with 10 nM EGF after serum starvation. After the stimulation, a time-lapse assay was performed with Biostation IM for 1 hour every minute, fluorescence images were obtained with Biostation IM, and the ratio of the fluorescence intensity of mAG1 to mCherry was calculated with NIS-elements (ratio range: 0 ~ 2). Scale bars indicate 10 μm (A and B) and 20 μm (C). Fluhemb発現細胞に対するシェディングの生理的刺激。(A)Fluhemb発現HaCaT細胞をイエローチップにより引っかき、Biostation IMによりタイムラプスアッセイを実施した。その時間は細胞を引っかいた後の経過時間を示す。(B〜D)Fluhemb発現HT1080細胞を、μスライド3D走化性の1つのチャンバーの上に播種し、そのチャンバーの反対側にある血清を含有する培地によりBD Matrigel中への浸潤を誘導し、Biostation IMによりタイムラプスアッセイを実施した。(D)アクチンをAlexa Fluor 647コンジュゲートファロイジンにより検出した。矢印はアクチンに富む偽足を示す。mAG1のmCherryに対する蛍光強度の比率をNIS-elementsにより算出した(比率の範囲:0〜2)。スケールバーは50μm(AおよびB)および20μm(CおよびD)を示す。Physiological stimulation of shedding on Fluhemb expressing cells. (A) Fluhemb-expressing HaCaT cells were scratched with a yellow chip, and a time-lapse assay was performed with Biostation IM. The time indicates the elapsed time after the cell is scratched. (BD) Fluhemb-expressing HT1080 cells are seeded onto one chamber of μ-slide 3D chemotaxis and infiltration into BD Matrigel is induced by medium containing serum on the opposite side of the chamber, Time lapse assay was performed with Biostation IM. (D) Actin was detected with Alexa Fluor 647 conjugated phalloidin. The arrow indicates a pseudoleg rich in actin. The ratio of the fluorescence intensity of mAG1 to mCherry was calculated by NIS-elements (ratio range: 0 to 2). Scale bars indicate 50 μm (A and B) and 20 μm (C and D). balb/c nu/nuマウス中のFluhemb発現HT1080細胞のproHB-EGFシェディングイメージング。 10の6乗個のFluhemb発現HT1080細胞を6週齢のメスのbalb/c nu/nuマウスに皮下移植した。移植の10日後、腫瘍のイメージングを共焦点顕微鏡A1R(ニコン)により実施した。腫瘍血管をAngiosense680(Visen)により検出した。(A)HT1080細胞中のFluhembの蛍光比率画像。(B)(A)の高倍率視野画像。破線は血管を示す。スケールバーは100μm(A)および50μm(B)を示す。ProHB-EGF shedding imaging of Fluhemb-expressing HT1080 cells in balb / c nu / nu mice. Ten 6 6 Fluhemb-expressing HT1080 cells were implanted subcutaneously into 6-week-old female balb / c nu / nu mice. Ten days after transplantation, tumor imaging was performed with a confocal microscope A1R (Nikon). Tumor blood vessels were detected by Angiosense 680 (Visen). (A) Fluorescence ratio image of Fluhemb in HT1080 cells. (B) High magnification field image of (A). Broken lines indicate blood vessels. Scale bars indicate 100 μm (A) and 50 μm (B). 実施例で使用した、蛍光バイオセンサーFluhemb(Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor)を挿入したベクターのマップ。レンチウイルスベクターpCSII-IRES2-Bsdの、EcoRIおよびNotI部位にFluhembを挿入した。The map of the vector which inserted the fluorescence biosensor Fluhemb (Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor) used in the Example. Fluhemb was inserted into the EcoRI and NotI sites of the lentiviral vector pCSII-IRES2-Bsd. 実施例で使用した蛍光バイオセンサーFluhembのヌクレオチド配列。The nucleotide sequence of the fluorescent biosensor Fluhemb used in the examples.

本発明で「n1〜n2」で範囲を表すときは、特に記載した場合を除き、両端の値を含む。
本発明で「細胞」というときは、特に記載した場合を除き、生細胞を指す。細胞は、培養細胞、組織の一部、および/または生体の一部である場合がある。
In the present invention, when the range is represented by “n 1 to n 2 ”, values at both ends are included unless otherwise specified.
In the present invention, “cell” refers to a living cell unless otherwise specified. The cell may be a cultured cell, a part of a tissue, and / or a part of a living body.

本発明は、細胞において、少なくとも一つの因子に対する細胞外ドメイン切断活性(エクトドメインシェディング活性)を評価する方法を提供する。   The present invention provides a method for evaluating extracellular domain cleavage activity (ectodomain shedding activity) for at least one factor in a cell.

本発明の方法は、EGFファミリー、特にHB-EFGのエクトドメインシェディングについて評価するために好適であるが、それ以外にも、細胞外領域と細胞内領域とを有する膜結合型の前駆体として合成され、細胞表面でプロテアーゼによって切断されて分泌型となる種々の増殖因子を対象としても実施しうる。膜結合型因子の代表的な例は、EGF ファミリー以外では、TNF-alpha(tumor necrosis factor)、c-kit ligand(Sl 因子、stem cell factor)、CSF-1、IL-1、Ephrin-Bである。細胞において、生体においてエクトドメインシェディングされる種々の因子について評価できる。なお、本明細書では、膜結合型因子がHB-EFGである場合を例に説明することがあるが、その説明は、特に記載した場合を除き、他の膜結合型因子用いた場合にも当てはまる。   The method of the present invention is suitable for evaluating the ectodomain shedding of the EGF family, particularly HB-EFG, but in addition, as a membrane-bound precursor having an extracellular region and an intracellular region. Various growth factors that are synthesized and cleaved by a protease on the cell surface to become a secreted form can also be used. Typical examples of membrane-bound factors are TNF-alpha (tumor necrosis factor), c-kit ligand (Sl factor, stem cell factor), CSF-1, IL-1, and Ephrin-B, except for the EGF family. is there. In cells, various factors that are ectodomain-shedded in vivo can be evaluated. In this specification, the case where the membrane-bound factor is HB-EFG may be described as an example. However, the explanation is also applied when other membrane-bound factors are used, unless otherwise specified. apply.

本発明の方法は、細胞外領域に第一の蛍光タンパク質が融合し、かつ細胞内領域に第二の蛍光タンパク質が融合した、膜結合型の因子を発現させた細胞を用いる。   The method of the present invention uses a cell expressing a membrane-bound factor in which a first fluorescent protein is fused to an extracellular region and a second fluorescent protein is fused to an intracellular region.

第一および第二の蛍光タンパク質は、細胞評価のために用いられている既存のもの、例えば下記のものから選択して用いることができる。蛍光タンパク質の例:Sirius、EBFP、ECFP、mTurquoise、TagCFP、AmCyan、mTFP1、MidoriishiCyan、CFP、TurboGFP、AcGFP、TagGFP、Azami Green 1(mAG1)、ZsGreen、EmGFP、EGFP、GFP2、HyPer、TagYFP、EYFP、Venus、YFP、PhiYFP、PhiYFP-m、TurboYFP、ZsYellow、mBanana、KusabiraOrange、mOrange、TurboRFP、DsRed-Express、DsRed2、TagRFP、DsRed-Monomer、AsRed2、mStrawberry、TurboFP602、mRFP1、JRed、KillerRed、mCherry、HcRed、KeimaRed、mRasberry、mPlum、PS-CFP、Dendra2、Kaede、EosFP、およびKikumeGR。   The first and second fluorescent proteins can be selected from existing ones used for cell evaluation, for example, the following ones. Examples of fluorescent proteins: Sirius, EBFP, ECFP, mTurquoise, TagCFP, AmCyan, mTFP1, MidoriishiCyan, CFP, TurboGFP, AcGFP, TagGFP, Azami Green 1 (mAG1), ZsGreen, EmGFP, EGFP, GFP2, HyPer, TagYFP, EYFP, Venus, YFP, PhiYFP, PhiYFP-m, TurboYFP, ZsYellow, mBanana, KusabiraOrange, mOrange, TurboRFP, DsRed-Express, DsRed2, TagRFP, DsRed-Monomer, AsRed2, mStrawberry, TurboFP602, mRFP1, RedRed, Red, Red KeimaRed, mRasberry, mPlum, PS-CFP, Dendra2, Kaede, EosFP, and KikumeGR.

本発明においては、第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光と第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光とに基づいて、エクトドメインシェディングが評価される。蛍光に基づいて評価するとは、全体としての蛍光色調の変化の有無または程度、少なくとも一方の物質の蛍光強度の変化の有無または程度、第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度と、第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度との比を算出し、その比の変化の有無または程度を検出して指標として用いることをいう。   In the present invention, ectodomain shedding is evaluated based on the fluorescence derived from the first fluorescent protein and the fluorescence derived from the second fluorescent protein. The evaluation based on fluorescence includes the presence / absence or degree of change in fluorescent color tone as a whole, the presence / absence or degree of change in fluorescence intensity of at least one substance, the intensity of fluorescence derived from the first fluorescent protein, and the second It means that a ratio with the intensity of fluorescence derived from a fluorescent protein is calculated and the presence or absence or degree of change in the ratio is detected and used as an index.

本発明では、エクトドメインシェディングが生じた際には、細胞外では、第一の蛍光タンパク質は膜上より遊離しうる。また細胞内では、第二の蛍光タンパク質はしばらく膜上に留まったのちに、分解代謝されうる。そのため、それぞれの蛍光タンパク質に起因する蛍光が変化しうる。   In the present invention, when ectodomain shedding occurs, the first fluorescent protein can be released from the membrane outside the cell. In the cell, the second fluorescent protein can be decomposed and metabolized after staying on the membrane for a while. Therefore, the fluorescence resulting from each fluorescent protein can change.

蛍光の変化は、既存の装置を用いてタイムラプス画像を得て、得られた画像を、所望により適切なソフトウェアを用いて、分析することにより、捉えることができる。   The change in fluorescence can be captured by obtaining a time-lapse image using an existing apparatus and analyzing the obtained image using appropriate software as desired.

本発明においては、第一の蛍光タンパク質と第二の蛍光タンパク質とは互いに区別可能な波長特性を有するペアとすることが好ましい。一般には、複数種類の蛍光物質を用いる方法において、蛍光エネルギー移動(Fluorescence resonance energy transfer, FRET)が利用される場合がある。一方、本発明ではそれぞれの波長を単独に測定することにより、エクトドメインシェディングが可視化されるので、二種類の蛍光タンパク質のそれぞれの蛍光シグナルの波長は、大きく離れているほうが、評価がより正確になることが期待できる。   In the present invention, the first fluorescent protein and the second fluorescent protein are preferably a pair having wavelength characteristics that are distinguishable from each other. In general, in a method using a plurality of types of fluorescent substances, fluorescence resonance energy transfer (FRET) may be used. On the other hand, in the present invention, since ectodomain shedding is visualized by measuring each wavelength independently, the evaluation of the two types of fluorescent proteins is more accurate when the wavelengths of the fluorescent signals are far apart. Can be expected.

本発明において使用される蛍光タンパク質の好ましいペアの例は、mAG1とmCherryとからなる。なお、本明細書では、蛍光タンパク質ペアとしてmAG1とmCherryとを用いた場合を例に説明する場合があるが、その説明は、特に記載した場合を除き、他の蛍光ペアを用いた場合にも当てはまる。   An example of a preferred pair of fluorescent proteins used in the present invention consists of mAG1 and mCherry. In this specification, there may be a case where mAG1 and mCherry are used as a fluorescent protein pair as an example, but the explanation is also applied when other fluorescent pairs are used unless otherwise specified. apply.

本発明においては、第一の蛍光タンパク質は細胞内領域に融合され、第二の蛍光タンパク質は細胞外領域に融合される。HB-EGFの膜結合型前駆体(proHB-EGF)に対してこのような融合を施すことにより得られた蛍光バイオセンサー(「蛍光プローブ」ということもある。)を特に、Fluhemb(Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor)と称する。   In the present invention, the first fluorescent protein is fused to the intracellular region, and the second fluorescent protein is fused to the extracellular region. Fluorescent biosensors (sometimes referred to as “fluorescent probes”) obtained by applying such fusion to the membrane-bound precursor of HB-EGF (proHB-EGF), especially Fluhemb (Fluorescent proHB- EGF-based metalloprotease biosensor).

融合は、因子をコードするポリヌクレオチドにおいて、蛍光タンパク質をコードするタンパク質を、適切な位置に、挿入または置換し、得られた改変ポリヌクレオチドを発現させることにより、達成できる。特に好ましい態様においては、細胞外領域ではEGF領域を蛍光タンパク質に置換する。EGF領域を残した場合、導入したバイオセンサーによって細胞増殖などの特性が強化される、すなわち導入細胞の特性変化が生じうるが、当該置換により、そのような不都合を防止しうる。特に好ましい態様においてはさらに、細胞内領域では、蛍光タンパク質は、置換ではなく挿入される。挿入により、膜局在などの機能に関与する細胞内領域が維持することができる。   Fusion can be achieved by inserting or substituting a protein encoding a fluorescent protein at an appropriate position in the polynucleotide encoding the factor and expressing the resulting modified polynucleotide. In a particularly preferred embodiment, the EGF region is replaced with a fluorescent protein in the extracellular region. When the EGF region is left, characteristics such as cell proliferation can be enhanced by the introduced biosensor, that is, the characteristics of the introduced cells can be changed, but such inconvenience can be prevented by the replacement. In a particularly preferred embodiment, further, in the intracellular region, the fluorescent protein is inserted rather than substituted. By inserting, intracellular regions involved in functions such as membrane localization can be maintained.

二種の蛍光タンパク質遺伝子の置換または挿入のための位置は、当業者であれば適宜選択しうる。細胞外領域では、シェディング部位近傍に分子を挿入するとシェディング活性を変化させる可能性があることを考慮するとよい。また細胞内領域では、本発明者らの検討では、proHB-EGFに関しては、193番目と194番目のアミノ酸の間に蛍光タンパク質を配することが、膜への局在性とタンパクの安定性に優れることが判明している。このような観点から作成されたFluhembの構造は、図1(A)に示されており、またそのヌクレオチド配列は、図7および配列表の配列番号1に示されている。   Those skilled in the art can appropriately select the positions for substitution or insertion of the two fluorescent protein genes. In the extracellular region, it may be considered that the insertion of a molecule near the shedding site may change the shedding activity. In addition, in the intracellular region, for the proHB-EGF, the fluorescent protein is placed between the 193rd and 194th amino acids in proHB-EGF, which contributes to membrane localization and protein stability. It turns out to be excellent. The structure of Fluhemb prepared from such a viewpoint is shown in FIG. 1 (A), and its nucleotide sequence is shown in FIG. 7 and SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.

本発明により、蛍光バイオセンサーFluhembまたはその改変体が提供される。Fluhembまたはその改変体は、下記(a)〜(c)のいずれかからなる:
(a)配列表の配列番号1に記載されたヌクレオチド配列によりコードされるポリペプチド;
(b)(a)に記載されたポリペプチドと、少なくとも70%、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、さらに好ましくは97.5%以上さらに好ましくは99%以上の配列同一性を有する配列からなり、細胞で発現すると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光の変化が検出可能となる、ポリペプチド;または
(c)(a)に記載されたポリペプチドのアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入または付加されたアミノ酸配列からなり、細胞で発現すると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光の変化が検出可能となる、ポリペプチド。
According to the present invention, a fluorescent biosensor Fluhemb or a variant thereof is provided. Fluhemb or a variant thereof consists of any of the following (a) to (c):
(A) a polypeptide encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) at least 70%, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, more preferably 97.% or more with the polypeptide described in (a). It consists of a sequence having 5% or more, more preferably 99% or more sequence identity, and when expressed in cells, the first fluorescent protein is placed in the intracellular region and the second fluorescent protein is placed outside the cell, A polypeptide capable of detecting a change in fluorescence derived from at least one of the fluorescent proteins by cleaving the extracellular portion containing the first fluorescent protein by the bonding; or (c) described in (a) The amino acid sequence of a polypeptide consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, inserted or added, and when expressed in a cell, the first The photoprotein is derived from at least one fluorescent protein by arranging the photoprotein in the intracellular region, the second fluorescent protein outside the cell, and cleaving the extracellular part containing the first fluorescent protein by ectodomain shedding. A polypeptide that can detect a change in fluorescence.

本発明はまた、上記の蛍光バイオセンサーFluhembまたはその改変体をコードする、ポリヌクレオチドを提供する。   The present invention also provides a polynucleotide encoding the fluorescent biosensor Fluhemb or a variant thereof.

本発明でアミノ酸配列に関し、「1または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入または付加されたアミノ酸配列」というときの置換等されるアミノ酸の個数は、特に記載した場合を除き、いずれのポリペプチドにおいてもそのアミノ酸配列からなるポリペプチドが所望の機能を有する限り特に限定されないが、1〜9個または1〜4個程度であるか、性質の似たアミノ酸への置換であれば、さらに多くの個数の置換等がありうる。このようなアミノ酸配列に係るポリヌクレオチドを調製するための手段は、当業者にはよく知られている。   Regarding the amino acid sequence in the present invention, the number of amino acids to be substituted when referred to as “amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted, inserted or added” is the number of any amino acid except those specifically described. The peptide is not particularly limited as long as the polypeptide comprising the amino acid sequence has a desired function, but more if it is a substitution with an amino acid of about 1 to 9, 1 to 4, or similar properties. There may be a number of substitutions. Means for preparing a polynucleotide according to such an amino acid sequence are well known to those skilled in the art.

本発明でアミノ酸配列に関し「同一性」というときは、特に記載した場合を除き、2つの配列を最適の態様で整列させた場合に、2つの配列間で共有する一致したアミノ酸の個数の百分率を意味する。すなわち、同一性=(一致した位置の数/位置の全数)×100で算出でき、市販されているアルゴリズムを用いて計算することができる。また、このようなアルゴリズムは、Altschul et al.,J.Mol.Biol.215(1990)403−410に記載されるNBLASTおよびXBLASTプログラム中に組込まれている。より具体的には、アミノ酸配列の同一性に関する検索・解析は、当業者には周知のアルゴリズムまたはプログラム(例えば、BLASTN、BLASTP、BLASTX、ClustalW)により行うことができる。プログラムを用いる場合のパラメーターは、当業者であれば適切に設定することができ、また各プログラムのデフォルトパラメーターを用いてもよい。これらの解析方法の具体的な手法もまた、当業者にはよく知られている。   In the present invention, when referring to `` identity '' with respect to amino acid sequences, except when specifically described, when the two sequences are aligned in an optimal manner, the percentage of the number of matched amino acids shared between the two sequences is calculated. means. That is, identity = (number of matched positions / total number of positions) × 100, which can be calculated using a commercially available algorithm. Such an algorithm is also described in Altschul et al. , J .; Mol. Biol. 215 (1990) 403-410, incorporated into the NBLAST and XBLAST programs. More specifically, search / analysis regarding the identity of amino acid sequences can be performed by algorithms or programs (for example, BLASTN, BLASTP, BLASTX, ClustalW) well known to those skilled in the art. Those skilled in the art can appropriately set parameters when using a program, and the default parameters of each program may be used. Specific techniques for these analysis methods are also well known to those skilled in the art.

本発明のポリペプチドおよびそれをコードするポリヌクレオチド、ならびに蛍光バイオセンサーFluhembまたはその改変体は、当業者であれば、従来技術を利用して調製することができる。   A person skilled in the art can prepare the polypeptide of the present invention and the polynucleotide encoding the same, and the fluorescent biosensor Fluhemb or a variant thereof using conventional techniques.

本発明は、上記のポリヌクレオチドを含む、ベクターも提供する。ベクターの好ましい例はレトロウイルスベクターであり、より具体的にはレンチウイルスベクターである。本発明により構成されるベクターの一例を図6に示す。ベクターは、本発明の蛍光バイオセンサーをコードする領域以外に種々の領域を含みうる。例えば、増幅用宿主細胞で機能可能な選択マーカー、対象細胞のゲノムへ所望の部分を組み込むための領域、特定の遺伝子発現を制御するプロモーターを含んでいてもよい。   The present invention also provides a vector comprising the polynucleotide described above. A preferred example of the vector is a retroviral vector, more specifically a lentiviral vector. An example of a vector constructed according to the present invention is shown in FIG. The vector may contain various regions other than the region encoding the fluorescent biosensor of the present invention. For example, it may contain a selection marker that can function in the host cell for amplification, a region for incorporating a desired portion into the genome of the target cell, and a promoter that controls the expression of a specific gene.

ベクターの調製は、具体的には次のように行うことができる。市販のクローニングキットにより、proHB-EGFのcDNAのEGF様領域をmCherry cDNAで置換し、また単量体mAG1のcDNAをproHB-EGFのcDNAの579番目および580番目の核酸の間の位置に挿入した、FluhembのcDNAを得る。このcDNAを含有する断片を、レンチウイルスベクターに、制限酵素領域や相同組換えを利用して挿入する。得られたFluhembのcDNAを含有するレンチウイルスを、ベクター増幅用宿主細胞を用いて増幅する。   Specifically, the vector can be prepared as follows. Using a commercially available cloning kit, the EGF-like region of the proHB-EGF cDNA was replaced with mCherry cDNA, and the monomeric mAG1 cDNA was inserted between the 579th and 580th nucleic acids of the proHB-EGF cDNA. Fluhemb cDNA is obtained. The cDNA-containing fragment is inserted into a lentiviral vector using a restriction enzyme region or homologous recombination. The resulting lentivirus containing Fluhemb cDNA is amplified using a host cell for vector amplification.

得られたウイルスベクターは、対象細胞に感染させることにより、蛍光バイオセンサーを膜上に発現した形質転換細胞を得ることができる。対象細胞は、各種の生物由来、例えば哺乳動物由来でありうる。哺乳動物の例には、げっ歯類(マウス、ラット等)、霊長類(サル、ヒト等)が含まれる。細胞の由来する組織も限定的でなく、例えば、皮膚、肝臓、腎臓、副腎、精巣(精細胞を含める)、肺、筋肉、心臓、腸、卵巣および脾臓、脳、胚もしくは胚組織、脂肪組織であり得る。   The obtained virus vector can infect target cells to obtain transformed cells in which a fluorescent biosensor is expressed on the membrane. The target cells can be derived from various organisms, for example, mammals. Examples of mammals include rodents (such as mice and rats) and primates (such as monkeys and humans). The tissue from which the cells are derived is not limited, for example, skin, liver, kidney, adrenal gland, testis (including sperm cells), lung, muscle, heart, intestine, ovary and spleen, brain, embryo or embryo tissue, adipose tissue It can be.

蛍光バイオセンサーを発現した細胞は、元の細胞と同様の条件で培養することができる。培養には、例えば、非必須アミノ酸、L-グルタミンおよび/またはウシ胎児血清を含有する培地を用いることができる。細胞を用いたアッセイの具体的な実施方法は、本明細の実施例の項に記載の条件および手順方法を参考にして行うことができる。   Cells expressing the fluorescent biosensor can be cultured under the same conditions as the original cells. For the culture, for example, a medium containing a non-essential amino acid, L-glutamine and / or fetal bovine serum can be used. A specific method for performing an assay using cells can be performed with reference to the conditions and procedures described in the Examples section of this specification.

本発明により得られる蛍光バイオセンサーは、それが由来する因子と同様にシェディングされうる。また、二種類の蛍光シグナルの比を利用することにより、個々の細胞におけるシェディングの活性に関する情報を得ることができる。   The fluorescent biosensor obtained by the present invention can be shed similarly to the factor from which it is derived. In addition, by using the ratio of two types of fluorescent signals, information on the activity of shedding in individual cells can be obtained.

さらに本発明により、シェディングを刺激しうる種々の物質の影響を観察することができる。proHB-EGFは、カルシウムイオノフォアおよびEGFのような様々な刺激により切断されることが知られているが、本発明者らの検討によると、カルシウムイオノフォアA23187の刺激の後、Fluhemb発現HT1080およびHaCaTの両方において、mAG1/mCherryの蛍光比が時間経過依存の様式で増大した。その上、Fluhembは、A23187に対する応答がHaCaTにおいてHT1080におけるよりもはるかに速いことも示した。さらに、EGF刺激もFluhemb発現HT1080においてmAG1/mCherry比を増大させた。特に、そのシェディングは細胞間接着領域で開始する傾向があった。本発明により得られるこのような情報は、本発明が様々な物質のシェディング刺激物質としての評価および細胞におけるシェディング反応の理解のために有用である可能性があることを示している。   Furthermore, according to the present invention, the influence of various substances that can stimulate shedding can be observed. Although proHB-EGF is known to be cleaved by various stimuli such as calcium ionophore and EGF, according to the study by the present inventors, after stimulation of calcium ionophore A23187, Fluhemb-expressed HT1080 and HaCaT In both, the fluorescence ratio of mAG1 / mCherry increased in a time course dependent manner. In addition, Fluhemb also showed that the response to A23187 is much faster in HaCaT than in HT1080. Furthermore, EGF stimulation also increased the mAG1 / mCherry ratio in Fluhemb-expressing HT1080. In particular, the shedding tended to start in the intercellular adhesion region. Such information obtained by the present invention indicates that the present invention may be useful for the evaluation of various substances as shedding stimulants and for understanding the shedding response in cells.

本発明により、in vivoでのシェディングの局所的な細胞活性を観察することができる。本発明者らは、Fluhembがin vivoでも働くかどうかを評価するため、Fluhemb発現HT1080をbalb/c nu/nuのメスのマウス中に皮下移植し、10日後に共焦点レーザー顕微鏡により観察した。そして、ほとんどの腫瘍細胞はFluhembの増大しているmAG1/mCherry比を示さないが、血管上のいくつかのHT1080細胞においてその比率の局所的な増大を認めた。これらの情報から、血管上の腫瘍細胞は血管と接触していない腫瘍細胞よりもproHB-EGFシェディングにおいてより活性である可能性があることを明らかにしている。本発明はまた、シェディングのin vivoでの評価にも適している。   According to the present invention, the local cellular activity of shedding in vivo can be observed. In order to evaluate whether Fluhemb also works in vivo, the present inventors subcutaneously transplanted Fluhemb-expressed HT1080 into a female mouse of balb / cnu / nu, and observed it 10 days later with a confocal laser microscope. And most tumor cells did not show an increased mAG1 / mCherry ratio of Fluhemb, but a local increase in the ratio was observed in some HT1080 cells on the blood vessels. From this information, it is clear that tumor cells on blood vessels may be more active in proHB-EGF shedding than tumor cells that are not in contact with blood vessels. The present invention is also suitable for in vivo assessment of shedding.

本発明は、本発明の方法を実施するための装置、コンピュータプログラムも提供する。
装置は、蛍光を発する細胞がインターバル撮像された複数の細胞画像を入力する画像入力部と、入力された複数の細胞画像から、蛍光変化を算出する算出部と、
を備えることができる。さらに、蛍光変化に関する閾値を予め記憶する閾値記憶部、
算出された蛍光変化と閾値とを比較して、エクトドメインシェディングがある、またはその効率が変化していると特定する、エクトドメインシェディング特定部を備えていることが好ましい。プログラムは、蛍光を発する細胞がインターバル撮像された複数の細胞画像を入力する、画像入力ステップと、入力された複数の細胞画像から、蛍光変化を算出する、算出ステップと、を実行させるためのものとすることができる。さらに、コンピュータが、蛍光変化に関する閾値を予め記憶する閾値記憶部を備えており、算出された蛍光変化と閾値を比較して、エクトドメインシェディングがある、またはその効率が変化していると特定するステップを実行できることが好ましい。
The present invention also provides an apparatus and a computer program for carrying out the method of the present invention.
The apparatus includes: an image input unit that inputs a plurality of cell images obtained by interval imaging of cells that emit fluorescence; a calculation unit that calculates a fluorescence change from the plurality of input cell images;
Can be provided. Furthermore, a threshold storage unit that stores in advance a threshold relating to fluorescence change
It is preferable to provide an ectodomain shedding specifying unit that compares the calculated fluorescence change with a threshold value and specifies that ectodomain shedding is present or its efficiency is changing. The program executes an image input step for inputting a plurality of cell images obtained by interval imaging of cells emitting fluorescence, and a calculation step for calculating a fluorescence change from the plurality of input cell images. It can be. Furthermore, the computer is provided with a threshold value storage unit that preliminarily stores a threshold value related to the fluorescence change, and compares the calculated fluorescence change with the threshold value to identify that there is ectodomain shedding or that the efficiency has changed. It is preferable that the step to perform can be performed.

本発明は、種々の利点を有する。本発明は、シェディングを可視化するために蛍光バイオセンサーを提供するが、蛍光バイオセンサーを用いることにより、細胞中のシェディングを時間的に可視化することができる。特にproHB-EGFシェディングは腫瘍進行に重要であることが知られているので、本発明の方法は、抗癌薬としてのproHB-EGFシェディング阻害剤を開発するための薬物の作用の評価においての利用が期待できる。また、低酸素環境、酸化環境、紫外線照射などの組織環境変化が細胞におけるシェディング活性に影響を与えるか否かを評価するための利用が期待できる。   The present invention has various advantages. Although the present invention provides a fluorescent biosensor for visualizing shedding, it is possible to temporally visualize the shedding in cells by using the fluorescent biosensor. In particular, since proHB-EGF shedding is known to be important for tumor progression, the method of the present invention is useful in evaluating the action of drugs to develop proHB-EGF shedding inhibitors as anticancer drugs. Can be expected. In addition, it can be used to evaluate whether changes in tissue environment such as hypoxic environment, oxidizing environment, and ultraviolet irradiation affect the shedding activity in cells.

さらにEGFファミリーには、そのシェディングがいくつかのプロテアーゼ、例えばADAM類により制御されているいくつかの構成要素が知られているが、ADAM類の間の機能的相関ははっきりしないままである。本発明に基づき蛍光バイオセンサーを調製して用いることにより、EGFファミリーのシェディング系のさらなる研究の発展が期待できる。   In addition, the EGF family is known to have several components whose shedding is controlled by several proteases, such as ADAMs, but the functional correlation between ADAMs remains unclear. By preparing and using a fluorescent biosensor according to the present invention, further research development of the EGF family of shedding systems can be expected.

1. 実験手順
1.1. 材料
12-o-テトラデカノイルホルボール-13-アセテート(TPA)はSigma Aldrichから購入した。上皮増殖因子(EGF)、A23187およびGM6001はCalbiochemから購入した。KB-R7785はCarnabio co.から提供して頂いた。
1. Experimental procedure
1.1. Materials
12-o-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) was purchased from Sigma Aldrich. Epidermal growth factor (EGF), A23187 and GM6001 were purchased from Calbiochem. KB-R7785 was provided by Carnabio co.

1.2. Fluhemb発現レンチウイルスベクターの構築および細胞への感染
Fluhemb(Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor)のcDNAを構築するため、In-Fusion HDクローニングキット(Clontech)により、proHB-EGFのcDNAのEGF様領域をmCherry cDNA(Invitrogen)で置き換えた。単量体Azami Green 1(mAG1)のcDNA(Medical and Biological Laboratories Co., LTD(MBL))をproHB-EGFのcDNAの579番目および580番目の核酸の間の位置に挿入した。この2種類の蛍光タンパク質のcDNAを含有する断片を、レンチウイルスベクターpCSII-IRES2-Bsd(Dr.Miyoshiにより提供して頂いた)の、EcoRIおよびNotI部位に挿入した。FluhembのcDNAを含有するレンチウイルスを293T細胞(理研バイオリソースセンター)中で産生させ、20の感染多重度(m.o.i.)で細胞に感染させた。
1.2. Construction of Fluhemb expression lentiviral vector and infection of cells
In order to construct the cDNA of Fluhemb (Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor), the EGF-like region of the cDNA of proHB-EGF was replaced with mCherry cDNA (Invitrogen) using the In-Fusion HD cloning kit (Clontech). Monomeric Azami Green 1 (mAG1) cDNA (Medical and Biological Laboratories Co., LTD (MBL)) was inserted between the 579th and 580th nucleic acids of the proHB-EGF cDNA. Fragments containing the cDNAs of these two fluorescent proteins were inserted into the EcoRI and NotI sites of the lentiviral vector pCSII-IRES2-Bsd (provided by Dr. Miyoshi). Lentivirus containing Fluhemb cDNA was produced in 293T cells (RIKEN BioResource Center) and cells were infected at a multiplicity of infection (moi) of 20.

1.3. 細胞培養およびシェディング刺激物質アッセイ
ヒト線維芽細胞肉腫細胞株であるHT1080細胞およびヒトケラチノサイト細胞株であるHaCaTは、アメリカ合衆国培養細胞系統保存機関(American Tissue and Cell Collection)(ATCC)により提供された。HT1080細胞は、非必須アミノ酸(Life Technologies)、L-グルタミン(Life Technologies)および10%ウシ胎児血清を含有するイーグル最小必須培地(和光)で維持した。HaCaT細胞は、L-グルタミン(Life Technologies)および10%ウシ胎児血清を含むダルベッコ最小必須培地(Dalbeco’s minimum essential medium)(和光)中で培養した。TPAまたはEGFによる刺激の前に、HT1080細胞またはHaCaT細胞を無血清培地中で30分間培養した。タイムラプスアッセイをBiostation IM(ニコン)により実施し、mAG1のmCherryに対する蛍光強度比をNIS-elementsソフトウェア(ニコン)により分析した。
1.3. Cell culture and shedding stimulant assays The human fibroblast sarcoma cell line HT1080 cells and the human keratinocyte cell line HaCaT are provided by the American Tissue and Cell Collection (ATCC). It was. HT1080 cells were maintained in Eagle's minimum essential medium (Wako) containing non-essential amino acids (Life Technologies), L-glutamine (Life Technologies) and 10% fetal calf serum. HaCaT cells were cultured in Dalbeco's minimum essential medium (Wako) containing L-glutamine (Life Technologies) and 10% fetal calf serum. Prior to stimulation with TPA or EGF, HT1080 cells or HaCaT cells were cultured in serum-free medium for 30 minutes. The time-lapse assay was performed with Biostation IM (Nikon), and the fluorescence intensity ratio of mAG1 to mCherry was analyzed with NIS-elements software (Nikon).

1.4. HT1080細胞中のFluhembの局在の同定
HT1080細胞をPBS中4%パラホルムアルデヒド(ナカライテスク)で15分間固定した。その細胞の蛍光3D画像を共焦点レーザー顕微鏡A1R(ニコン)により得た。その画像データをNIS-elementsソフトウェアにより分析した。
1.4. Identification of Fluhemb localization in HT1080 cells
HT1080 cells were fixed with 4% paraformaldehyde (Nacalai Tesque) in PBS for 15 minutes. Fluorescent 3D images of the cells were obtained with a confocal laser microscope A1R (Nikon). The image data was analyzed by NIS-elements software.

1.5. ウェスタンブロッティングアッセイ
試料にSDS-PAGEを施し、PVDF膜(Bio-rad)に転写し、適切な抗体で調べた。抗体は、抗mCherry(クローン:1C51,abcam)、抗Azami Green(MBL)、およびローディング対照として抗ベータアクチン(クローン:AC-15,Sigma-Aldrich)である。
1.5. Western blotting assay samples were subjected to SDS-PAGE, transferred to a PVDF membrane (Bio-rad) and examined with appropriate antibodies. The antibodies are anti-mCherry (clone: 1C51, abcam), anti-Azami Green (MBL), and anti-beta actin (clone: AC-15, Sigma-Aldrich) as a loading control.

1.6. Matrigel浸潤アッセイ
Fluhemb発現HT1080細胞を、無血清培地を有する3D走化性μスライド(ibidi)の1つのチャンバーの上に播種した。血清を含有する培地を別のチャンバーに入れた。2つのチャンバーの間の空間をBD Matrigel(Becton, Dickinson and Company)により満たした。次の日に、matrigel中に浸潤しているHT1080細胞のタイムラプス画像をBiostation IMにより10分ごとに24時間実施し、mAG1のmCherryに対する蛍光強度比をNIS-elementsソフトウェアにより分析した。
Fluhemb発現HT1080細胞を播種した48時間後に、その細胞を4%PFAで固定し、Alexa Fluor 647コンジュゲートファロイジン(Invitrogen)で染色した。Fluhembおよびアクチンを共焦点レーザー顕微鏡A1Rにより検出し、mAG1のmCherryに対する蛍光強度比をNIS-elementsソフトウェアにより分析した。
1.6. Matrigel invasion assay
Fluhemb-expressing HT1080 cells were seeded onto one chamber of 3D chemotactic μ-slide (ibidi) with serum-free medium. Medium containing serum was placed in a separate chamber. The space between the two chambers was filled with BD Matrigel (Becton, Dickinson and Company). On the next day, time-lapse images of HT1080 cells infiltrated in matrigel were performed every 10 minutes for 24 hours by Biostation IM, and the fluorescence intensity ratio of mAG1 to mCherry was analyzed by NIS-elements software.
48 hours after seeding of Fluhemb-expressing HT1080 cells, the cells were fixed with 4% PFA and stained with Alexa Fluor 647-conjugated phalloidin (Invitrogen). Fluhemb and actin were detected by confocal laser microscope A1R, and the fluorescence intensity ratio of mAG1 to mCherry was analyzed by NIS-elements software.

1.7. スクラッチアッセイ
Fluhemb発現HaCaT細胞をμ-Dish 35mm(ibidi)上に播種した。次の日に、その細胞をイエローチップにより引っかき、タイムラプスアッセイをBiostation IMにより10分ごとに24時間実施し、mAG1のmCherryに対する蛍光強度比をNIS-elementsソフトウェアにより分析した。
1.7. Scratch assay
Fluhemb-expressing HaCaT cells were seeded on μ-Dish 35 mm (ibidi). The next day, the cells were scratched with a yellow tip, a time-lapse assay was performed every 10 minutes for 24 hours with Biostation IM, and the fluorescence intensity ratio of mAG1 to mCherry was analyzed with NIS-elements software.

1.8. Fluhemb発現HT1080細胞のヌードマウスへの移植アッセイ
10の6乗個のFluhemb発現HT1080細胞を6週齢のメスのbalb/c nu/nuマウスに皮下移植し、そのマウスを10日間飼育した。画像分析の日に、イソフルラン(Mylan)で麻酔したマウス中の腫瘍細胞の蛍光画像をA1Rにより経皮的に得て、mAG1のmCherryに対する蛍光強度比をNIS-elementsソフトウェアにより分析した。
1.8. Transplantation assay of Fluhemb-expressing HT1080 cells into nude mice
Ten 6 6 Fluhemb-expressing HT1080 cells were implanted subcutaneously into 6-week-old female balb / c nu / nu mice, and the mice were raised for 10 days. On the day of image analysis, fluorescence images of tumor cells in mice anesthetized with isoflurane (Mylan) were obtained percutaneously with A1R, and the fluorescence intensity ratio of mAG1 to mCherry was analyzed with NIS-elements software.

2. 結果
2.1. 蛍光性のproHB-EGFに基づくメタロプロテアーゼバイオセンサー(Fluhemb)はproHB-EGFと同様にシェディングされた
単量体Azami GreenのcDNAをproHB-EGF遺伝子のC末端領域中に挿入し、過剰発現するプローブの細胞増殖へのあらゆる影響を回避するために、上皮増殖因子領域をmCherryのcDNAと置換した。そのシェディングバイオセンサーをFluhembと名付けた(図1A)。Fluhembをヒト線維芽細胞肉腫細胞株HT1080にレンチウイルス感染系により安定導入した。共焦点顕微鏡分析は、完全長Fluhembの細胞内局在が野生型proHB-EGFのように主に細胞膜にあることを明らかにした(図1B〜D)。Fluhembは定常状態のFluhemb発現HT1080において70kDaの辺りで検出された。しかし、Fluhemb発現HT1080を強いシェディング誘導物質である12-o-テトラデカノイルホルボール-13-アセテート(TPA)により刺激した際、その70kDaのバンドは減少し、残りの断片であるmAG1を含む30kDaのバンドが明瞭に検出された(図1E)。さらに、proHB-EGFシェダーゼ(sheddase)阻害剤であるGM-6001(非特許文献7)およびKB-R7785(非特許文献8)の処理はTPA刺激の作用を打ち消した(図1E)。そのデータは、Fluhembが活性化されたメタロプロテアーゼ、例えばADAM類によりproHB-EGFに類似した方式で切断されたことを示している。
2. Results
2.1. Fluorescent proHB-EGF-based metalloprotease biosensor (Fluhemb) inserts a monomeric Azami Green cDNA, shed similarly to proHB-EGF, into the C-terminal region of the proHB-EGF gene In order to avoid any effect of the expressed probe on cell proliferation, the epidermal growth factor region was replaced with mCherry cDNA. The shedding biosensor was named Fluhemb (Figure 1A). Fluhemb was stably introduced into the human fibroblast sarcoma cell line HT1080 by a lentiviral infection system. Confocal microscopy analysis revealed that the intracellular localization of full-length Fluhemb is predominantly in the cell membrane like wild-type proHB-EGF (FIGS. 1B-D). Fluhemb was detected around 70 kDa in steady state Fluhemb-expressing HT1080. However, when Fluhemb-expressed HT1080 was stimulated with 12-o-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA), a strong shedding inducer, its 70 kDa band decreased and contained the remaining fragment, mAG1 A 30 kDa band was clearly detected (FIG. 1E). Furthermore, treatment with GM-6001 (Non-patent document 7) and KB-R7785 (Non-patent document 8), which are proHB-EGF sheddase inhibitors, counteracted the action of TPA stimulation (FIG. 1E). The data indicate that Fluhemb was cleaved in a manner similar to proHB-EGF by activated metalloproteases such as ADAMs.

2.2. Fluhembにおける2種類の蛍光シグナルの比率は、個々の細胞におけるTPA刺激によるシェディングの活性化を示した
次に、Fluhemb発現HT1080を用いてTPAの処理の下でタイムラプスアッセイを実施した。mCherryの蛍光シグナルはTPAの刺激後に時間経過に依存して徐々に減少し、mAG1のmCherryに対する蛍光比(mAG1/mCherry)が増大した(図2AおよびB)。特に、その比率は前縁部においてより高くなる傾向があった(図2B)。GM6001またはKB-R7785の処理は、TPA刺激によるmAG1/mCherryの比率の増大を阻害した(図2A)。これらのデータは、その蛍光比の変化は個々の細胞におけるシェディングの活性化を示していることを示唆している。
2.2. The ratio of the two fluorescent signals in Fluhemb showed activation of shedding by TPA stimulation in individual cells , followed by a time-lapse assay under treatment of TPA with Fluhemb-expressing HT1080. The mCherry fluorescence signal gradually decreased with time after TPA stimulation, and the fluorescence ratio of mAG1 to mCherry (mAG1 / mCherry) increased (FIGS. 2A and B). In particular, the ratio tended to be higher at the leading edge (FIG. 2B). Treatment with GM6001 or KB-R7785 inhibited the increase in the ratio of mAG1 / mCherry by TPA stimulation (FIG. 2A). These data suggest that the change in fluorescence ratio indicates shedding activation in individual cells.

2.3. proHB-EGFシェディングの様々な刺激物質もまた、様々な細胞株においてFluhembのmAG1/mCherry比の増大を誘導した
proHB-EGFは、カルシウムイオノフォアおよびEGFのような様々な刺激により切断される(前掲非特許文献1)(非特許文献4)。Fluhemb発現HT1080またはヒトヒトケラチノサイト細胞株HaCaTにおいてmAG1/mCherryのより高い比率を誘導するためにカルシウムイオノフォアまたはEGFの処理を試みた。カルシウムイオノフォアA23187の刺激の後、Fluhemb発現HT1080およびHaCaTの両方において、mAG1/mCherryの蛍光比が時間経過依存の様式で増大した(図3AおよびB)。Fluhembは、A23187に対する応答がHaCaTにおいてHT1080におけるよりもはるかに速いことも示した。さらに、EGF刺激もFluhemb発現HT1080においてmAG1/mCherry比を増大させた(図3C)。特に、そのシェディングは細胞間接着領域で開始する傾向があった。これらのデータは、Fluhembが様々な因子のproHB-EGFシェディング刺激物質としての評価および細胞内proHB-EGFシェディング反応の理解のために有用である可能性があることを示している。
2.3. Various stimulators of proHB-EGF shedding also induced an increase in the Fluhemb mAG1 / mCherry ratio in various cell lines
proHB-EGF is cleaved by various stimuli such as calcium ionophore and EGF (Non-patent Document 1) (Non-patent Document 4). Treatment of calcium ionophore or EGF was attempted to induce higher ratios of mAG1 / mCherry in Fluhemb expressing HT1080 or human human keratinocyte cell line HaCaT. After stimulation of the calcium ionophore A23187, the fluorescence ratio of mAG1 / mCherry increased in a time course manner in both Fluhemb-expressing HT1080 and HaCaT (FIGS. 3A and B). Fluhemb also showed that the response to A23187 is much faster in HaCaT than in HT1080. Furthermore, EGF stimulation also increased the mAG1 / mCherry ratio in Fluhemb-expressing HT1080 (FIG. 3C). In particular, the shedding tended to start in the intercellular adhesion region. These data indicate that Fluhemb may be useful for the evaluation of various factors as proHB-EGF shedding stimulators and for understanding intracellular proHB-EGF shedding responses.

2.4. Fluhembはin vivoで物理的条件においてproHB-EGFシェディングの局所的な細胞活性を示した
物理的条件においてproHB-EGFシェディング活性を見るため、Fluhemb発現HT1080またはHaCaTを用いて2つのタイプの細胞培養実験を実施した。最初に、Fluhemb発現HaCaTを用いてスクラッチアッセイを実施した。そのmAG1/mCherry比は細胞を引っかいた直後に引っかいた領域にあるHaCaTにおいて最も高かった(図4A)。その後、FluhembのmAG1/mCherry比は引っかいた細胞シートの縁にあるHaCaTにおいて徐々に減少していた。一方で、その縁の内側の細胞のその比率は増大した(図4A)。次に、Fluhemb発現HT1080のmatrigel中への浸潤アッセイを行った。mAG1/mCherryの比率はmatrigel中のHT1080のアクチンに富む偽足形成領域において優位に増大した(図4B、CおよびD)。その結果は、proHB-EGFシェディング活性は浸潤突起において高いことを示唆している。
浸潤性腫瘍細胞がFluhembによりin vivoで検出される可能性がある。
Fluhembがin vivoでも働くかどうかを評価するため、Fluhemb発現HT1080をbalb/c nu/nuのメスのマウス中に皮下移植し、10日後に共焦点レーザー顕微鏡により観察した。ほとんどの腫瘍細胞はFluhembの増大しているmAG1/mCherry比を示さなかった(図5A)。しかし、血管上のいくつかのHT1080細胞においてその比率の局所的な増大が示された(図5Aおよび5B)。これらのデータは、血管上の腫瘍細胞は血管と接触していない腫瘍細胞よりもproHB-EGFシェディングにおいてより活性である可能性があることを明らかにしている。図4B、CおよびDと合わせて考えると、proHB-EGFシェディングのより高い活性を有する細胞はより浸潤性であることを示している可能性がある。
なお、本実施例で使用したベクター(CSII-EF-MCS-IRES2-BsdにFluhembをコードするポリヌクレオチドを導入した。)のマップを図6に、Fluhembのヌクレオチド配列を図7および配列表の配列番号1に示した。
2.4. Fluhemb uses Fluhemb-expressing HT1080 or HaCaT to show proHB-EGF shedding activity in physical conditions that showed local cellular activity of proHB-EGF shedding in physical conditions in vivo. Cell culture experiments were performed. Initially, a scratch assay was performed using Fluhemb-expressed HaCaT. The mAG1 / mCherry ratio was highest in HaCaT in the area that was scratched immediately after the cell was scratched (FIG. 4A). Subsequently, Fluhemb's mAG1 / mCherry ratio gradually decreased in HaCaT at the edge of the scratched cell sheet. On the other hand, the proportion of cells inside the edge increased (Figure 4A). Next, infiltration assay of Fluhemb-expressed HT1080 into matrigel was performed. The ratio of mAG1 / mCherry increased predominantly in the actin-rich pseudopod formation region of HT1080 in matrigel (FIGS. 4B, C and D). The results suggest that proHB-EGF shedding activity is high in infiltrating processes.
Infiltrating tumor cells may be detected in vivo by Fluhemb.
In order to evaluate whether Fluhemb works also in vivo, Fluhemb-expressing HT1080 was implanted subcutaneously into female mice of balb / cnu / nu and observed 10 days later with a confocal laser microscope. Most tumor cells did not show an increased mAG1 / mCherry ratio for Fluhemb (FIG. 5A). However, a local increase in the ratio was shown in some HT1080 cells on blood vessels (FIGS. 5A and 5B). These data reveal that tumor cells on blood vessels may be more active in proHB-EGF shedding than tumor cells that are not in contact with blood vessels. When taken in conjunction with FIGS. 4B, C and D, it may indicate that cells with higher activity of proHB-EGF shedding are more invasive.
The map of the vector used in this example (CSII-EF-MCS-IRES2-Bsd was introduced with a polynucleotide encoding Fluhemb) is shown in FIG. 6, and the nucleotide sequence of Fluhemb is shown in FIG. 7 and the sequence listing. The number 1 is shown.

3. 考察
蛍光バイオセンサーにおける最近の進歩は、生細胞における酵素活性および分布の研究を可能にした(35〜37)。蛍光共鳴エネルギー転移(FRET)により活性化を可視化するために、メタロプロテアーゼ類のバイオセンサーも開発されてきた(38,39)。膜貫通型のメタロプロテアーゼ、例えばADAM類は、EGFファミリーのエクトドメインシェディングを行う。しかし、エクトドメインシェディングのFRETに基づくバイオセンサーを作るのは難しいように思われる。proHB-EGFが含まれるEGFファミリーのエクトドメインシェディングは細胞膜に近い限られた領域で行われるため、この膜近傍(jaxtamembrane)領域におけるあらゆる改変がエクトドメインシェディングの効率に影響を及ぼす(40,41)。単純にEGFドメインの代わりにmCherryおよび細胞質ドメイン中に挿入されたmAG1からなるproHB-EGFに基づく蛍光プローブを生成し(図1A)、エクトドメインシェディングに対する様々な刺激後のmAG1のmCherryに対する蛍光強度比の変化を予想した。TPAはproHB-EGFシェディングに関する最も強い誘導物質の1つである(非特許文献3)。最初に、FluhembがHT1080細胞においてTPA刺激に応答することができる(responsible)ことを実証した(図2AおよびB)。その蛍光強度比はTPA刺激の約10分後に変化し始めた。FluhembのTPAに対する応答は、Goishiらによる報告(非特許文献3)と比較して、proHB-EGFのエクトドメインシェディングの可視化に関して理にかなっているように思われる。proHB-EGFに基づくプローブの細胞への増殖作用を最小限にするため、EGFドメインをmCherryに置き換えた。そのデータは、この置き換えがエクトドメインシェディングの制御にほとんど影響を有しないようであることも示唆している。
3. Discussion Recent advances in fluorescent biosensors have allowed studies of enzyme activity and distribution in living cells (35-37). Metalloprotease biosensors have also been developed to visualize activation by fluorescence resonance energy transfer (FRET) (38,39). Transmembrane metalloproteases such as ADAMs perform EGF family ectodomain shedding. However, it seems difficult to create biosensors based on ectodomain shedding FRET. Since ectodomain shedding of the EGF family, including proHB-EGF, is performed in a limited region close to the cell membrane, any modification in this jaxtamembrane region affects the efficiency of ectodomain shedding (40, 41). Simply generate a fluorescent probe based on proHB-EGF consisting of mCherry instead of the EGF domain and mAG1 inserted in the cytoplasmic domain (Figure 1A), and the fluorescence intensity of mAG1 to mCherry after various stimuli on ectodomain shedding Expected change in ratio. TPA is one of the strongest inducers for proHB-EGF shedding (Non-Patent Document 3). Initially, it was demonstrated that Fluhemb is capable of responding to TPA stimulation in HT1080 cells (FIGS. 2A and B). The fluorescence intensity ratio began to change approximately 10 minutes after TPA stimulation. Fluhemb's response to TPA seems to be reasonable in terms of visualization of proHB-EGF ectodomain shedding compared to a report by Goishi et al. In order to minimize the proliferation effect of proHB-EGF based probes on cells, the EGF domain was replaced with mCherry. The data also suggests that this replacement seems to have little effect on the control of ectodomain shedding.

次に、proHB-EGFシェディングに関する異なる刺激物質を用いて他の細胞株でFluhembが働くことを確かめた。カルシウムイオノフォアA23187はproHB-EGFのエクトドメインシェディングの刺激物質として報告されている(前掲非特許文献1)。FluhembはHT1080およびHaCaT細胞の両方においてA23187の刺激に応答した(図3AおよびB)。さらに、その結果はこれらの細胞株の間の応答速度の違いを示した。以前に、増殖因子、例えばEGFまたは塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)がケラチノサイトにおいて増殖因子受容体に仲介されるシグナル伝達を通してproHB-EGFのエクトドメインシェディングを誘導することを報告した(非特許文献4)。この実験において、HaCaT細胞で発現させたFluhembはEGF刺激にも応答した。これらのデータは、FluhembがproHB-EGFシェディングの刺激物質として報告されている化学的または体液性刺激物質の処理の下で働くことができるだけでなく、proHB-EGFシェディングの様々な刺激物質に対する、または/および様々なタイプの細胞における応答における違いも伝えることができるであろうことを示している。   Next, we confirmed that Fluhemb works in other cell lines using different stimulators for proHB-EGF shedding. Calcium ionophore A23187 has been reported as a stimulant of proHB-EGF ectodomain shedding (Non-Patent Document 1). Fluhemb responded to A23187 stimulation in both HT1080 and HaCaT cells (FIGS. 3A and B). In addition, the results showed a difference in response speed between these cell lines. Previously, growth factors such as EGF or basic fibroblast growth factor (bFGF) have been reported to induce ectodomain shedding of proHB-EGF through growth factor receptor-mediated signaling in keratinocytes (non- Patent Document 4). In this experiment, Fluhemb expressed in HaCaT cells also responded to EGF stimulation. These data are not only able to work under the treatment of chemical or humoral stimulants where Fluhemb has been reported as a stimulant for proHB-EGF shedding, but also for various stimulators of proHB-EGF shedding Or / and that differences in responses in various types of cells could also be conveyed.

Fluhembの生理的刺激に対する応答も確認した。HB-EGFは細胞運動性に関する強い活性を有することが報告されている(非特許文献9)。眼瞼の発生および皮膚の創傷の治癒において、HB-EGFは細胞増殖よりもむしろ細胞運動性に寄与している(非特許文献10および11)。MDCK細胞において、切断不能なproHB-EGF変異体の発現は細胞-マトリックスおよび細胞-細胞相互作用を促進し、細胞移動、肝細胞増殖因子(HGF)に誘導される細胞分散(cell scattering)および管状構造の形成を減少させた(非特許文献12)。対照的に、可溶性HB-EGFの発現は細胞移動の増大、細胞-マトリックス生成(production)および細胞-細胞相互作用の減少を誘導し、促進した。proHB-EGFシェディングの阻害も、創傷に誘導されるEGF受容体の活性化を抑止し、ケラチノサイトの移動の抑制を引き起こした(前掲非特許文献2)。そのデータは、proHB-EGFのエクトドメインシェディングは細胞移動に関して重要な役割を担っていることを示唆している。Fluhemb発現HaCaT細胞を用いたインビトロ創傷治癒アッセイも実施し、図4Aにおけるその結果は、以前に報告されたように(前掲非特許文献2)、創傷の形成はproHB-EGFのエクトドメインシェディングを強く誘導したことを示した。Fluhemb発現HT1080細胞を用いたMatrigel浸潤アッセイにおいてproHB-EGFの局所的なエクトドメインシェディング活性も実証した。proHB-EGFシェディングの活性は、図4Bにおいて浸潤している細胞の浸潤突起様の突起において強いように見える。その結果は、proHB-EGFシェディングは頭部および首の扁平上皮細胞癌における浸潤突起形成に寄与している(非特許文献13)ため、理にかなっている可能性がある。最後に、in vivoで腫瘍組織においてproHB-EGFシェディングを可視化した(図5AおよびB)。生きた動物において浸潤している腫瘍細胞を同定することは極めて難しかった。しかし、この方法は浸潤している腫瘍細胞の生体内同定および追跡に有用である可能性がある。   The response of Fluhemb to physiological stimuli was also confirmed. HB-EGF has been reported to have a strong activity related to cell motility (Non-patent Document 9). In the development of eyelids and healing of skin wounds, HB-EGF contributes to cell motility rather than cell proliferation (Non-Patent Documents 10 and 11). In MDCK cells, the expression of uncleavable proHB-EGF mutants promotes cell-matrix and cell-cell interactions, cell migration, hepatocyte growth factor (HGF) -induced cell scattering and tubular Structure formation was reduced (Non-patent Document 12). In contrast, soluble HB-EGF expression induced and promoted increased cell migration, cell-matrix production and decreased cell-cell interaction. Inhibition of proHB-EGF shedding also inhibited wound-induced EGF receptor activation and caused suppression of keratinocyte migration (Non-Patent Document 2). The data suggest that ectodomain shedding of proHB-EGF plays an important role in cell migration. An in vitro wound healing assay using Fluhemb-expressing HaCaT cells was also performed, and the results in FIG. 4A were reported previously (Non-Patent Document 2), and the formation of wounds was ectodomain shedding of proHB-EGF. It showed strong induction. The local ectodomain shedding activity of proHB-EGF was also demonstrated in a Matrigel invasion assay using Fluhemb-expressing HT1080 cells. The activity of proHB-EGF shedding appears to be strong in the infiltrating process of the infiltrating cells in FIG. 4B. The results suggest that proHB-EGF shedding contributes to the formation of infiltrating protrusions in squamous cell carcinoma of the head and neck (Non-patent Document 13), which may make sense. Finally, proHB-EGF shedding was visualized in tumor tissue in vivo (FIGS. 5A and B). It was extremely difficult to identify infiltrating tumor cells in living animals. However, this method may be useful for in vivo identification and tracking of invading tumor cells.

この研究において、proHB-EGFシェディングを可視化するために蛍光バイオセンサーFluhembを開発した。Fluhembを用いることにより細胞中のproHB-EGFシェディングを時間的に可視化することができる。proHB-EGFシェディングは腫瘍進行に重要であることが知られている(非特許文献6)。従って、この方法は抗癌薬としてのproHB-EGFシェディング阻害剤を開発するための薬物の作用の評価において利点を有する可能性がある。EGFファミリーには、そのシェディングがいくつかのプロテアーゼ、例えばADAM類により制御されているいくつかの構成要素が存在する(非特許文献4)。しかし、それぞれのEGFファミリーのシェディングにおけるADAM類の間の機能的相関ははっきりしないままである。さらに、他のファミリーの構成要素に基づくFluhembのような蛍光バイオセンサーを用いれば、EGFファミリーのシェディング系を深く理解することができるであろう。   In this study, we developed a fluorescent biosensor Fluhemb to visualize proHB-EGF shedding. By using Fluhemb, proHB-EGF shedding in cells can be visualized temporally. ProHB-EGF shedding is known to be important for tumor progression (Non-patent Document 6). Therefore, this method may have advantages in evaluating the action of drugs to develop proHB-EGF shedding inhibitors as anticancer drugs. In the EGF family, there are several components whose shedding is controlled by several proteases such as ADAMs (Non-patent Document 4). However, the functional correlation between ADAMs in each EGF family shedding remains unclear. In addition, fluorescent biosensors such as Fluhemb based on other family components will provide a deep understanding of the EGF family of shedding systems.

4. 実施例の項で引用した文献
(非特許文献3) Goishi, K., Higashiyama, S., Klagsbrun, M., Nakano, N., Umata, T., Ishikawa, M., Mekada, E., and Taniguchi, N. (1995) Phorbol ester induces the rapid processing of cell surface heparin-binding EGF-like growth factor: conversion from juxtacrine to paracrine growth factor activity. Mol Biol Cell. 6, 967-980
(非特許文献4) Higashiyama, S., Nanba, D., Nakayama, H., Inoue, H., and Fukuda, S. (2011) Ectodomain shedding and remnant peptide signalling of EGFRs and their ligands. J Biochem. 150, 15-22
(非特許文献5) Nanba, D., Inoue, H., Shigemi, Y., Shirakata, Y., Hashimoto, K., and Higashiyama, S. (2008) An intermediary role of proHB-EGF shedding in growth factor-induced c-Myc gene expression. Journal of cellular physiology. 214, 465-473
(非特許文献6) Miyazono, K. (2012) Ectodomain shedding of HB-EGF: a potential target for cancer therapy. J Biochem. 151, 1-3
(非特許文献7) Xu, K.P., Ding, Y., Ling, J., Dong, Z., and Yu, F.S. (2004) Wound-induced HB-EGF ectodomain shedding and EGFR activation in corneal epithelial cells. Investigative ophthalmology & visual science. 45, 813-820
(非特許文献8) Asakura, M., Kitakaze, M., Takashima, S., Liao, Y., Ishikura, F., Yoshinaka, T., Ohmoto, H., Node, K., Yoshino, K., Ishiguro, H., Asanuma, H., Sanada, S., Matsumura, Y., Takeda, H., Beppu, S., Tada, M., Hori, M., and Higashiyama, S. (2002) Cardiac hypertrophy is inhibited by antagonism of ADAM12 processing of HB-EGF: metalloproteinase inhibitors as a new therapy. Nature medicine. 8, 35-40
(非特許文献9) Higashiyama, S., Abraham, J.A., and Klagsbrun, M. (1993) Heparin-binding EGF-like growth factor stimulation of smooth muscle cell migration: dependence on interactions with cell surface heparan sulfate. J Cell Biol. 122, 933-940
(非特許文献10) Shirakata, Y., Kimura, R., Nanba, D., Iwamoto, R., Tokumaru, S., Morimoto, C., Yokota, K., Nakamura, M., Sayama, K., Mekada, E., Higashiyama, S., and Hashimoto, K. (2005) Heparin-binding EGF-like growth factor accelerates keratinocyte migration and skin wound healing. Journal of cell science. 118, 2363-2370
(非特許文献11) Mine, N., Iwamoto, R., and Mekada, E. (2005) HB-EGF promotes epithelial cell migration in eyelid development. Development. 132, 4317-4326
(非特許文献12) Singh, A.B., Tsukada, T., Zent, R., and Harris, R.C. (2004) Membrane-associated HB-EGF modulates HGF-induced cellular responses in MDCK cells. Journal of cell science. 117, 1365-1379
(非特許文献13) Hayes, K.E., Walk, E.L., Ammer, A.G., Kelley, L.C., Martin, K.H., and Weed, S.A. (2012) Ableson kinases negatively regulate invadopodia function and invasion in head and neck squamous cell carcinoma by inhibiting an HB-EGF autocrine loop. Oncogene.
4. References cited in the Examples section
(Non-Patent Document 3) Goishi, K., Higashiyama, S., Klagsbrun, M., Nakano, N., Umata, T., Ishikawa, M., Mekada, E., and Taniguchi, N. (1995) Phorbol ester induces the rapid processing of cell surface heparin-binding EGF-like growth factor: conversion from juxtacrine to paracrine growth factor activity.Mol Biol Cell.6, 967-980
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(Non-Patent Document 8) Asakura, M., Kitakaze, M., Takashima, S., Liao, Y., Ishikura, F., Yoshinaka, T., Ohmoto, H., Node, K., Yoshino, K. , Ishiguro, H., Asanuma, H., Sanada, S., Matsumura, Y., Takeda, H., Beppu, S., Tada, M., Hori, M., and Higashiyama, S. (2002) Cardiac hypertrophy is inhibited by antagonism of ADAM12 processing of HB-EGF: metalloproteinase inhibitors as a new therapy.Nature medicine.8, 35-40
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(Non-Patent Document 13) Hayes, KE, Walk, EL, Ammer, AG, Kelley, LC, Martin, KH, and Weed, SA (2012) Ableson kinases negatively regulate invadopodia function and invasion in head and neck squamous cell carcinoma by inhibiting an HB-EGF autocrine loop. Oncogene.

配列番号1:Fluhembのヌクレオチド配列 SEQ ID NO: 1: Nucleotide sequence of Fluhemb

Claims (16)

細胞外領域と細胞内領域とを有する膜結合型の前駆体として合成され、細胞表面でプロテアーゼによって切断されて分泌型となる因子に対する細胞外ドメイン切断活性(エクトドメインシェディング活性)を評価する方法であって;
細胞外領域に第一の蛍光タンパク質が融合し、かつ細胞内領域に第二の蛍光タンパク質が融合した、膜結合型の因子を発現させた細胞を用い、このとき第一の蛍光タンパク質と第二の蛍光タンパク質とは互いに区別可能な波長特性を有するものであり;
第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光と第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光とに基づいて、該活性を評価する、方法。
A method for evaluating extracellular domain cleavage activity (ectodomain shedding activity) for a factor synthesized as a membrane-bound precursor having an extracellular region and an intracellular region and cleaved by a protease on the cell surface to become a secreted type Because;
A cell expressing a membrane-bound factor, in which the first fluorescent protein is fused to the extracellular region and the second fluorescent protein is fused to the intracellular region, is used. The fluorescent proteins of the above have different wavelength characteristics from each other;
A method of evaluating the activity based on fluorescence derived from a first fluorescent protein and fluorescence derived from a second fluorescent protein.
因子が、ヘパリン結合性上皮増殖因子様増殖因子(HB-EGF)である、請求項1に記載された方法。   The method according to claim 1, wherein the factor is heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor (HB-EGF). 第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光と第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光とに基づく評価が、第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度と、第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度との比を算出し、その比の変化により評価するものである、請求項1または2に記載された方法。   The evaluation based on the fluorescence derived from the first fluorescent protein and the fluorescence derived from the second fluorescent protein is based on the intensity of the fluorescence derived from the first fluorescent protein and the intensity of the fluorescence derived from the second fluorescent protein. The method according to claim 1, wherein the ratio is calculated and evaluated by a change in the ratio. 評価が、画像解析により行われる、請求項1〜3のいずれか1項に記載された方法。   The method according to claim 1, wherein the evaluation is performed by image analysis. 生体において行われる、請求項1〜4のいずれか1項に記載された方法。   The method according to claim 1, wherein the method is performed in a living body. 細胞外領域と細胞内領域とを有する膜結合型の前駆体として合成され、細胞表面でプロテアーゼによって切断されて分泌型となる因子に対するエクトドメインシェディングを生細胞において可視化する方法であって;
細胞において、細胞外領域に第一の蛍光タンパク質が融合し、かつ細胞内領域に第二の蛍光タンパク質が融合した、膜結合型の因子を発現させ、このとき第一の蛍光タンパク質と第二の蛍光タンパク質とは互いに区別可能な波長特性を有するものであり;
エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光が変化し、および/または第一の蛍光タンパク質に由来する蛍光の強度と第二の蛍光タンパク質に由来する蛍光との強度の
比が変化してエクトドメインシェディングが可視化される、方法。
A method of visualizing ectodomain shedding in a living cell for a factor that is synthesized as a membrane-bound precursor having an extracellular region and an intracellular region and is cleaved by a protease on a cell surface to become a secreted type;
In the cell, a membrane-bound factor in which the first fluorescent protein is fused to the extracellular region and the second fluorescent protein is fused to the intracellular region is expressed. At this time, the first fluorescent protein and the second fluorescent protein are expressed. Fluorescent proteins have wavelength characteristics that are distinguishable from each other;
When the extracellular part containing the first fluorescent protein is cleaved by ectodomain shedding, the fluorescence derived from the first fluorescent protein changes and / or the intensity of the fluorescence derived from the first fluorescent protein A method wherein the ratio of intensity to fluorescence from a second fluorescent protein is varied to visualize ectodomain shedding.
HB-EGFの前駆体(proHB-EGF)に対するエクトドメインシェディングを可視化するためのものである、請求項6に記載された方法。   The method according to claim 6, which is for visualizing ectodomain shedding for a precursor of HB-EGF (proHB-EGF). 細胞外領域と細胞内領域とを有する膜結合型の前駆体として合成され、細胞表面でプロテアーゼによって切断されて分泌型となる因子において、細胞外領域に第一の蛍光タンパク質が融合され、細胞内領域に第二の蛍光タンパク質が融合されており;
細胞で発現させると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光が変化してエクトドメインシェディングを検知することができる、蛍光バイオセンサー。
In a factor that is synthesized as a membrane-bound precursor having an extracellular region and an intracellular region, and is cleaved by a protease on the cell surface to become a secreted type, the first fluorescent protein is fused to the extracellular region, A second fluorescent protein is fused to the region;
When expressed in cells, the first fluorescent protein is placed in the intracellular region, the second fluorescent protein is placed outside the cell, and the extracellular part containing the first fluorescent protein is cleaved by ectodomain shedding. Fluorescence biosensor capable of detecting ectodomain shedding by changing fluorescence derived from at least one fluorescent protein.
第一の蛍光タンパク質が赤色蛍光タンパク質であり、第二の蛍光タンパク質が緑色蛍光タンパク質であり、proHB-EGFにそれらが融合されたものである、請求項8に記載された蛍光バイオセンサー。   The fluorescent biosensor according to claim 8, wherein the first fluorescent protein is a red fluorescent protein, the second fluorescent protein is a green fluorescent protein, and they are fused to proHB-EGF. 下記(a)(b)または(c)からなる、請求項9に記載の蛍光バイオセンサー:
(a)配列表の配列番号1に記載されたヌクレオチド配列によりコードされるポリペプチド;
(b)(a)に記載されたポリペプチドと少なくとも80%の配列同一性を有する配列からなり、細胞で発現すると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光の変化が検出可能となる、ポリペプチド;または
(c)(a)に記載されたポリペプチドのアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入または付加されたアミノ酸配列からなり、細胞で発現すると、第一の蛍光タンパク質が細胞内領域に、第二の蛍光タンパク質が細胞外に配され、エクトドメインシェディングにより第一の蛍光タンパク質を含む細胞外部分が切断されることにより、少なくとも一方の蛍光タンパク質に由来する蛍光の変化が検出可能となる、ポリペプチド。
The fluorescent biosensor according to claim 9, comprising the following (a), (b), or (c):
(A) a polypeptide encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) It consists of a sequence having at least 80% sequence identity with the polypeptide described in (a), and when expressed in cells, the first fluorescent protein is in the intracellular region and the second fluorescent protein is extracellular. (C) a polypeptide that is arranged in the structure and is capable of detecting a change in fluorescence derived from at least one fluorescent protein by cleaving the extracellular portion containing the first fluorescent protein by ectodomain shedding; The amino acid sequence of the polypeptide described in (a) consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, inserted or added, and when expressed in a cell, the first fluorescent protein is an intracellular region. The second fluorescent protein is placed outside the cell, and the extracellular part containing the first fluorescent protein is cleaved by ectodomain shedding. By a change in the fluorescence from at least one fluorescent protein is detectable polypeptide.
請求項8〜10に記載された蛍光バイオセンサーをコードする、ポリヌクレオチド。   A polynucleotide encoding the fluorescent biosensor according to claim 8. 請求項11に記載されたポリヌクレオチドを含む、ベクター。   A vector comprising the polynucleotide of claim 11. 以下の工程を含む、細胞における、少なくとも1種類の因子のエクトドメインシェディングの観察方法:
請求項12に記載されたベクターで形質転換して得られた蛍光バイオセンサーを膜上に有する細胞を環境の変化に曝して、細胞またはその近傍における蛍光の変化の有無を検出するが、
このとき、候補物質の供与に起因する蛍光の変化が検出されることは候補物質がその因子のエクトドメインシェディングの効率に影響を与えたことを意味する、方法。
A method for observing ectodomain shedding of at least one factor in a cell comprising the following steps:
A cell having a fluorescent biosensor obtained by transformation with the vector according to claim 12 on a membrane is exposed to a change in the environment to detect the presence or absence of a change in fluorescence in the cell or the vicinity thereof.
At this time, a method in which a change in fluorescence due to provision of a candidate substance is detected means that the candidate substance has affected the efficiency of ectodomain shedding of the factor.
以下の工程を含む、少なくとも1種類の因子のエクトドメインシェディングの効率に影響を与えうる物質をスクリーニングする方法:
請求項12に記載されたベクターで細胞を形質転換して蛍光バイオセンサーを膜上に有する細胞を調製し;そして
調製された細胞に候補物質を供与して、細胞またはその近傍における蛍光の変化の有無を検出するが、
このとき、候補物質の供与に起因する蛍光の変化が検出されることはm候補物質がその因子のエクトドメインシェディングの効率に影響を与えたことを意味する、方法。
A method of screening for substances that can affect the efficiency of ectodomain shedding of at least one factor comprising the following steps:
A cell is transformed with the vector of claim 12 to prepare a cell having a fluorescent biosensor on a membrane; and a candidate substance is donated to the prepared cell to detect a change in fluorescence in or near the cell. Detect presence or absence,
At this time, detecting a change in fluorescence due to the provision of the candidate substance means that the m candidate substance has influenced the efficiency of ectodomain shedding of the factor.
proHB-EGFのエクトドメインシェディングの効率に影響を与えうる物質をスクリーニングするためのものである、請求項14に記載された方法。   15. The method according to claim 14, wherein the method is for screening a substance capable of affecting the efficiency of proHB-EGF ectodomain shedding. 腫瘍進行に影響を与えうる物質をスクリーニングするためのものである、請求項15に記載された方法。   The method according to claim 15, wherein the method is for screening for a substance capable of affecting tumor progression.
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