JP2014210733A - Protein-immobilized carrier and method for producing same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protein-immobilized carrier in which efficiency of binding between a functional protein immobilized on a carrier and a substance specifically bound with the functional protein is improved.SOLUTION: There is provided the protein-immobilized carrier which has a functional protein, a peptide linker and a carrier. The functional protein has amino acid residues of the N terminal having cysteine residues, glycine residues or alanine residues and has a function of specifically binding with a specific substance. The peptide linker is formed by linking one or more kind of amino acids selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, methionine, glycine, threonine, histidine, and cysteine. The carrier supports the functional protein through the peptide linker. The carrier and the N terminal of the peptide linker are covalently bonded, and the C-terminal of the peptide linker and the N terminal of the functional protein are bonded by amide bond.

Description

本発明は、タンパク質固定化担体及びその製造方法に関する。詳細には、特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質が担体に固定化されてなるタンパク質固定化担体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a protein-immobilized carrier and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a protein-immobilized carrier in which a functional protein having a function of specifically binding to a specific substance is immobilized on a carrier, and a method for producing the same.

タンパク質の機能を生体外において安定的に利用する方法として、固定化法がある。固定化法は、利用するタンパク質を反応系内に固定して保持する技術であり、タンパク質を化学結合を介して不溶性担体に結合させる担体結合法、タンパク質を格子状或いは膜状の高分子構造に包摂する包括法、タンパク質を連結して不溶性巨大分子を形成する架橋法等がある。特に、担体結合法は、固定化されるタンパク質を安定化し、且つ担体の連続使用を容易にする利点を備えている。そこで、抗体や酵素といった特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質が、担体結合法によって固定化され、、アフィニティークロマトグラフィーの固定相、バイオセンサーの検出子等として応用されている。   There is an immobilization method as a method for stably utilizing protein functions in vitro. The immobilization method is a technique for immobilizing and retaining the protein to be used in the reaction system, and is a carrier binding method in which the protein is bound to an insoluble carrier through a chemical bond. Examples include inclusion methods, cross-linking methods in which proteins are linked to form insoluble macromolecules. In particular, the carrier binding method has the advantages of stabilizing the immobilized protein and facilitating continuous use of the carrier. Therefore, a functional protein having a function of specifically binding to a specific substance such as an antibody or an enzyme is immobilized by a carrier binding method and applied as a stationary phase of affinity chromatography, a detector of a biosensor, or the like. Yes.

アフィニティークロマトグラフィーの固定相の一例として、特開2012−001462号公報(特許文献1)には、抗体結合能を有するタンパク質が、当該タンパク質のアミノ基またはチオール基を介して固定化された無機モノリスに関する技術が開示されている。   As an example of an affinity chromatography stationary phase, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-001462 (Patent Document 1) discloses an inorganic monolith in which a protein having antibody binding ability is immobilized via an amino group or a thiol group of the protein. Techniques related to this are disclosed.

特開2012−001462号公報JP 2012-001462 A

特許文献1には、タンパク質のアミノ基またはチオール基を介して抗体結合性タンパク質を無機モノリスに固定化する方法として、無機モノリスにエポキシ基を導入し、エポキシ基に対し、タンパク質のアミノ基またはチオール基を付加反応させる方法、無機モノリスに脱離基を導入し、タンパク質のアミノ基またはチオール基による求核置換反応を行う方法、無機モノリスにアルデヒド(ホルミル基)を導入し、タンパク質のアミノ基を利用して還元的アミノ化反応(イミンを形成後還元しアミンとする)を行う方法、無機モノリスに、チオール基を導入し、タンパク質のチオール基とジスルフィド結合を形成する方法、が挙げられている(第6頁第44行〜第7頁第7行;明細書の段落[0036]参照)。
しかしながら、このような方法では、固定化される多数のタンパク質は、それぞれ異なる官能基を介して担体に結合することがあり、必ずしも、それぞれが所定の方向に一律に配向した状態とはならない。特に、特定の物質と特異的に結合する機能を有する機能タンパク質が担体に固定化される場合には、物質との結合部位が担体の表面側に提示されていない状態で、機能タンパク質が固定化されてしまうことがある。このような機能タンパク質の物質に結合する能力は損なわれているため、適切に配向していない機能タンパク質の発生に伴い、タンパク質固定化担体が物質と結合する効率は、担体の容量あたりでみると低下してしまうという問題がある。
したがって、本発明の課題は、担体に固定化された機能タンパク質と、この機能タンパク質が特異的に結合する物質との結合の効率が改善されたタンパク質固定化担体を提供することにある。
In Patent Document 1, as a method for immobilizing an antibody-binding protein to an inorganic monolith via an amino group or thiol group of a protein, an epoxy group is introduced into the inorganic monolith, and the amino group or thiol of the protein is compared with the epoxy group. Addition reaction of group, introduction of leaving group into inorganic monolith, nucleophilic substitution reaction with amino group or thiol group of protein, introduction of aldehyde (formyl group) into inorganic monolith, Examples include a method of performing a reductive amination reaction (reducing and forming an imine after forming an imine), and a method of introducing a thiol group into an inorganic monolith to form a disulfide bond with a protein thiol group. (Page 6, line 44 to page 7, line 7; see paragraph [0036] of the specification).
However, in such a method, a large number of proteins to be immobilized may be bonded to the carrier via different functional groups, and each protein is not necessarily uniformly oriented in a predetermined direction. In particular, when a functional protein having a function of specifically binding to a specific substance is immobilized on a carrier, the functional protein is immobilized without a binding site for the substance being presented on the surface side of the carrier. It may be done. Since the ability of such a functional protein to bind to a substance is impaired, the efficiency with which a protein-immobilized carrier binds to the substance with the generation of a functional protein that is not properly oriented is determined by the volume of the carrier. There is a problem that it falls.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a protein-immobilized carrier in which the efficiency of binding between a functional protein immobilized on a carrier and a substance to which the functional protein specifically binds is improved.

前記課題を解決するために本発明に係るタンパク質固定化担体は、
N末端のアミノ酸残基が、システイン残基、グリシン残基又はアラニン残基を有してなり、且つ特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質と、
アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、メチオニン、グリシン、トレオニン、ヒスチジン及びシステインからなる群から選ばれる1種又は複数種のアミノ酸が連結してなるペプチドリンカーと、
前記機能タンパク質を前記ペプチドリンカーを介して担持する担体と、
を有してなり、
前記担体と前記ペプチドリンカーのN末端とが共有結合し、
前記ペプチドリンカーのC末端と前記機能タンパク質のN末端とがアミド結合し
ていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the protein-immobilized carrier according to the present invention is:
A functional protein in which the N-terminal amino acid residue has a cysteine residue, a glycine residue or an alanine residue and has a function of specifically binding to a specific substance;
A peptide linker formed by linking one or more amino acids selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, methionine, glycine, threonine, histidine and cysteine;
A carrier carrying the functional protein via the peptide linker;
Having
The carrier and the N-terminus of the peptide linker are covalently bonded;
The C-terminal of the peptide linker and the N-terminal of the functional protein are amide-bonded.

本発明によれば、担体に固定化された機能タンパク質と、この機能タンパク質が特異的に結合する特定の物質との結合の効率が改善されたタンパク質固定化担体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a protein-immobilized carrier in which the efficiency of binding between a functional protein immobilized on a carrier and a specific substance to which the functional protein specifically binds is improved.

本実施形態に係るタンパク質固定化担体の構造の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure of the protein fixed carrier which concerns on this embodiment. 比較例のタンパク質固定化担体における機能タンパク質と担体との結合状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the binding state of the functional protein and support | carrier in the protein fixed support | carrier of a comparative example. 本実施形態に係るタンパク質固定化担体の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the protein fixed carrier which concerns on this embodiment. ペプチドリンカーを担体に固定する工程の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the process of fixing a peptide linker to a support | carrier. 機能タンパク質をペプチドリンカーに連結する工程の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the process of linking a functional protein to a peptide linker. 機能タンパク質をペプチドリンカーに連結する工程の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the process of connecting a functional protein to a peptide linker. 機能タンパク質が有するチオール基を脱硫する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of desulfurizing the thiol group which a functional protein has. 本実施形態に係るタンパク質固定化担体を分離精製材料として利用した分離精製装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the isolation | separation purification apparatus using the protein fixed support | carrier which concerns on this embodiment as a isolation | separation purification material. 実施例に係るタンパク質固定化担体の目的物質に対する結合の効率を示す図である。It is a figure which shows the efficiency of the coupling | bonding with respect to the target substance of the protein fixed support which concerns on an Example.

以下に本発明の実施形態に係るタンパク質固定化担体とその製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the protein-immobilized carrier and the production method thereof according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

図1は、本実施形態に係るタンパク質固定化担体の構造の一例を示す模式図である。
本発明の一実施形態であるタンパク質固定化担体1は、図1に示されるように、特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質50が、ペプチドリンカー40を介して担体30に固定化されてなる。
タンパク質固定化担体1は、特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質50を担体30に固定化することにより、その物質を目的物質60として認識して結合するというこのタンパク質が備える機能を、生体外において安定的且つ持続的に利用可能にするタンパク質−担体複合体である。
本実施形態に係るタンパク質固定化担体1において、機能タンパク質50とペプチドリンカー40とは、略直鎖状の分枝である単位構造を担体30上に形成する。このような単位構造は、タンパク質固定化担体1の表面上に多数繰り返し備えられる。機能タンパク質50は、タンパク質固定化担体1の最表面側に位置し、タンパク質固定化担体1に接触する目的物質60と容易に相互作用することができるように担体30に担持される。
このようなタンパク質固定化担体1は、具体的には、機能タンパク質50として、所望のタンパク質が固定化されることによって、そのタンパク質が特異的に結合する特定の物質を混合物から分離するための分離精製材料として用いられ得る。また、機能タンパク質50として、所望の酵素が固定化されることによって、酵素固定化担体として用いられ得る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the structure of a protein-immobilized carrier according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the protein-immobilized carrier 1 according to an embodiment of the present invention has a functional protein 50 having a function of specifically binding to a specific substance via a peptide linker 40. It is fixed to.
The protein-immobilized carrier 1 is formed by immobilizing a functional protein 50 having a function of specifically binding to a specific substance on the carrier 30, thereby recognizing and binding the substance as the target substance 60. It is a protein-carrier complex that enables the function to be provided stably and continuously in vitro.
In the protein-immobilized carrier 1 according to this embodiment, the functional protein 50 and the peptide linker 40 form a unit structure that is a substantially linear branch on the carrier 30. Such a unit structure is repeatedly provided on the surface of the protein-immobilized carrier 1. The functional protein 50 is located on the outermost surface side of the protein-immobilized carrier 1 and is supported on the carrier 30 so that it can easily interact with the target substance 60 in contact with the protein-immobilized carrier 1.
Specifically, such a protein-immobilized carrier 1 is a functional protein 50 in which a desired protein is immobilized, so that a specific substance to which the protein specifically binds is separated from a mixture. It can be used as a purification material. In addition, the functional protein 50 can be used as an enzyme immobilization carrier by immobilizing a desired enzyme.

図2は、比較例のタンパク質固定化担体2における機能タンパク質と担体との結合状態を示す模式図である。
図2においては、機能タンパク質50の例として、複数の抗体(免疫グロブリン)が、担体30に固定化されている。抗体は、Y字状に示される分岐の先端側に結合部位を有し、この部位に目的物質60である抗原を特異的に結合するタンパク質である。
比較例のタンパク質固定化担体2に固定化される機能タンパク質50は、担体30に結合し得る官能基を分子中に複数有している場合がある。そのため、固定化される各機能タンパク質50は、分子中に有する任意の官能基を介して担体30と結合し、図2に示されるように、複数の機能タンパク質50のそれぞれが、所定の方向に一律に配向することなく担体30に担持されてしまう。そして、任意の方向に配向して固定化された機能タンパク質50の一部については、機能タンパク質50の結合部位が担体30の表面に露出することなく、内側に埋没し、目的物質60と結合できない状態となる。
したがって、機能タンパク質50の配向が管理されていない比較例のタンパク質固定化担体2では、適切に配向していない機能タンパク質50が担持される割合に応じて、担体表面積あたり、機能タンパク質50と目的物質60とが相互作用する実効作用面積は減少し、タンパク質固定化担体2が目的物質60と結合する効率は、担体の容量あたりでみると減殺された状態となっている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a binding state between the functional protein and the carrier in the protein-immobilized carrier 2 of the comparative example.
In FIG. 2, as an example of the functional protein 50, a plurality of antibodies (immunoglobulins) are immobilized on the carrier 30. An antibody is a protein that has a binding site on the tip end side of a branch shown in a Y shape and specifically binds an antigen as the target substance 60 to this site.
The functional protein 50 immobilized on the protein-immobilized carrier 2 of the comparative example may have a plurality of functional groups capable of binding to the carrier 30 in the molecule. Therefore, each functional protein 50 to be immobilized is bonded to the carrier 30 via an arbitrary functional group in the molecule, and each of the plurality of functional proteins 50 is in a predetermined direction as shown in FIG. It will be carried on the carrier 30 without being uniformly oriented. A part of the functional protein 50 oriented and immobilized in an arbitrary direction is buried inside without exposing the binding site of the functional protein 50 to the surface of the carrier 30 and cannot bind to the target substance 60. It becomes a state.
Therefore, in the protein-immobilized carrier 2 of the comparative example in which the orientation of the functional protein 50 is not controlled, the functional protein 50 and the target substance per the surface area of the carrier depending on the proportion of the functional protein 50 that is not properly oriented. The effective area of interaction with 60 is reduced, and the efficiency with which the protein-immobilized carrier 2 is bound to the target substance 60 is reduced when viewed per volume of the carrier.

そこで、本実施形態に係るタンパク質固定化担体1においては、図1に示されるように、担体30にペプチドリンカー40がN末端で共有結合し、ペプチドリンカー40のC末端に機能タンパク質50のN末端がアミド結合して形成される単位構造によって、機能タンパク質50が、担体30に対して所定の方向に一律に配向して担持される構成とした。
タンパク質固定化担体1では、図1に示されるように、担体30に担持されたそれぞれのペプチドリンカー40は、同一の位置にある官能基、すなわちペプチドリンカー40のN末端の主鎖のアミノ基を介して担体30と共有結合している。また、それぞれの機能タンパク質50は、同一の位置にある官能基、すなわち機能タンパク質50のN末端の主鎖のアミノ基を介してペプチドリンカー40のC末端の主鎖のカルボキシル基とアミド結合している。
そのため、担体30上に形成される各単位構造は、同様の分子構造からなる略直鎖状の分枝をそれぞれ形成し、各分枝の先端に担持される複数の機能タンパク質50は、それぞれN末端側からC末端側に向けて、所定の方向に一律に配向した状態となる。
なお、図1においては、ペプチドリンカー40と担体30とが形成する共有結合は、アミド結合となっている。
また、機能タンパク質50とペプチドリンカー40との結合に関与する機能タンパク質50のN末端のアミノ酸残基は、システイン残基となっている。このシステイン残基は、製造方法に応じて、グリシン残基又はアラニン残基となり得る。
Therefore, in the protein-immobilized carrier 1 according to this embodiment, as shown in FIG. 1, the peptide linker 40 is covalently bonded to the carrier 30 at the N-terminus, and the N-terminus of the functional protein 50 is connected to the C-terminus of the peptide linker 40. The functional protein 50 is supported by being uniformly oriented in a predetermined direction with respect to the carrier 30 by the unit structure formed by amide bond.
In the protein-immobilized carrier 1, as shown in FIG. 1, each peptide linker 40 supported on the carrier 30 has a functional group at the same position, that is, an amino group of the N-terminal main chain of the peptide linker 40. Via the carrier 30. In addition, each functional protein 50 is amide-bonded with the functional group at the same position, that is, the carboxyl group of the C-terminal main chain of the peptide linker 40 through the amino group of the N-terminal main chain of the functional protein 50. Yes.
Therefore, each unit structure formed on the carrier 30 forms a substantially linear branch having a similar molecular structure, and each of the plurality of functional proteins 50 carried at the ends of the branches is N From the terminal side toward the C terminal side, the film is uniformly oriented in a predetermined direction.
In FIG. 1, the covalent bond formed by the peptide linker 40 and the carrier 30 is an amide bond.
In addition, the N-terminal amino acid residue of the functional protein 50 involved in the binding between the functional protein 50 and the peptide linker 40 is a cysteine residue. This cysteine residue can be a glycine residue or an alanine residue depending on the production method.

次に、本実施形態に係るタンパク質固定化担体1の構成について説明する。   Next, the configuration of the protein-immobilized carrier 1 according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る担体30は、機能タンパク質50をペプチドリンカー40を介して担持する固相担体である。担体30は、表面に複数の官能基を有し、これらの官能基を介して、ペプチドリンカー40のN末端の主鎖のアミノ基と共有結合を形成する。
担体30が有する官能基としては、カルボキシル基又はアミノ基が挙げられるが、共有結合を形成する反応がより一般的であるカルボキシル基が特に好ましい。
担体30の材質としては、製造するタンパク質固定化担体1の用途に応じて、不溶性の高分子を形成する有機高分子又は無機高分子を用いることができる。
The carrier 30 according to the present embodiment is a solid phase carrier that carries the functional protein 50 via the peptide linker 40. The carrier 30 has a plurality of functional groups on the surface, and forms a covalent bond with the amino group of the N-terminal main chain of the peptide linker 40 via these functional groups.
Examples of the functional group that the carrier 30 has include a carboxyl group or an amino group, and a carboxyl group in which a reaction for forming a covalent bond is more common is particularly preferable.
As the material of the carrier 30, an organic polymer or an inorganic polymer that forms an insoluble polymer can be used depending on the use of the protein-immobilized carrier 1 to be produced.

有機高分子の材質としては、例えば、アガロース、セルロース、へパリン等の多糖、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリスチレンやポリヒドロキシスチレン等のポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素樹脂、ポリアクリルアミド、ポロエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン、アラミド、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリカーボネート等の適宜の材質とすることができる。また、これらの有機高分子は、構成する単量体が他の修飾をなされていてもよく、他の分子との共重合体やグラフト重合体であってもよい。
無機高分子の材質としては、ソーダガラスや石英やシリカゲル等の無機ケイ酸、ポリジメチルシロキサン等のオルガノポリシロキサン、金やチタン等の金属、グラフェン等の無機炭素、その他セラミックス等の適宜の材質とすることができる。
Examples of organic polymer materials include polysaccharides such as agarose, cellulose, and heparin, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polystyrene resins such as polystyrene and polyhydroxystyrene, chlorine resins such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, Appropriate materials such as polyester such as acrylamide and polyethylene terephthalate, nylon, aramid, urea resin, melamine resin, and polycarbonate can be used. In addition, these organic polymers may be modified in the constituent monomers, and may be copolymers or graft polymers with other molecules.
Inorganic polymer materials include inorganic materials such as soda glass, quartz and silica gel, organopolysiloxanes such as polydimethylsiloxane, metals such as gold and titanium, inorganic carbon such as graphene, and other materials such as ceramics. can do.

これらの高分子を材質とする担体30は、ペプチドリンカー40のN末端のアミノ基と共有結合を形成し得る官能基が、担体30の表面に導入されるように調製される。例えば、所定の官能基を有する単量体を重合することによって、有機高分子の担体30を調製することができる。この場合、官能基は、高分子構造中において、主鎖の末端及び側鎖の少なくとも一方に有していればよい。
また、高分子を化学処理することによって、担体30の表面に官能基を導入することができる。例えば、官能基としてカルボキシル基を導入する方法としては、水酸基を有する担体30に高濃度アルカリ存在下、ハロゲン化酢酸塩類を反応させる方法(例えば、特開平1−262468号公報参照)、アミノ基を有する担体30にジカルボン酸無水物を反応させる方法(例えば、米国特許第4560704号明細書参照)、エポキシ基を有する担体30にアミノカプロン酸等のカルボキシル基を有するアミノ化合物を反応させる方法やアリル基を有する担体30を過マンガン酸塩類で酸化させる方法(例えば、米国特許第4029583号明細書参照)等、適宜の方法を用いることができる。若しくは、分子中に官能基を複数種有するシランカップリング剤等の化学処理剤を用いることによって、有機高分子又は無機高分子に官能基を導入することができる。この場合、化学処理剤の官能基の一方をペプチドリンカー40のN末端のアミノ基と共有結合を形成し得る所望の官能基とし、他方を担体30と反応し得る官能基とすればよい。
また、無機高分子の表面に有機高分子の単分子膜を形成することによって、無機高分子を材質とする担体30の表面に官能基を導入することができる。この場合、ペプチドリンカー40のN末端のアミノ基と共有結合を形成し得る所望の官能基は、単分子膜を形成する分子の吸着部位の反対側に配置されるように導入すればよい。
The carrier 30 made of these polymers is prepared so that a functional group capable of forming a covalent bond with the N-terminal amino group of the peptide linker 40 is introduced on the surface of the carrier 30. For example, the organic polymer carrier 30 can be prepared by polymerizing a monomer having a predetermined functional group. In this case, the functional group may be present in at least one of the end of the main chain and the side chain in the polymer structure.
Moreover, a functional group can be introduced on the surface of the carrier 30 by chemically treating the polymer. For example, as a method for introducing a carboxyl group as a functional group, a method in which a halogenated acetate is reacted with a carrier 30 having a hydroxyl group in the presence of a high concentration alkali (see, for example, JP-A-1-262468), A method of reacting a carrier 30 having a dicarboxylic acid anhydride (for example, see US Pat. No. 4,560,704), a method of reacting a carrier 30 having an epoxy group with an amino compound having a carboxyl group such as aminocaproic acid, and an allyl group. An appropriate method such as a method of oxidizing the carrier 30 having permanganate with a permanganate (for example, see US Pat. No. 4,029,583) can be used. Alternatively, a functional group can be introduced into an organic polymer or an inorganic polymer by using a chemical treatment agent such as a silane coupling agent having a plurality of functional groups in the molecule. In this case, one of the functional groups of the chemical treatment agent may be a desired functional group capable of forming a covalent bond with the N-terminal amino group of the peptide linker 40, and the other may be a functional group capable of reacting with the carrier 30.
Further, by forming a monomolecular film of an organic polymer on the surface of the inorganic polymer, a functional group can be introduced on the surface of the carrier 30 made of the inorganic polymer. In this case, a desired functional group capable of forming a covalent bond with the N-terminal amino group of the peptide linker 40 may be introduced so as to be arranged on the opposite side of the adsorption site of the molecule forming the monomolecular film.

担体30の形状としては、板状、シート状、ビーズ状、膜状、繊維状等のタンパク質固定化担体1の用途に応じた適宜の形状とすることができる。   The shape of the carrier 30 can be an appropriate shape according to the use of the protein-immobilized carrier 1 such as a plate shape, a sheet shape, a bead shape, a membrane shape, and a fiber shape.

本実施形態に係るペプチドリンカー40は、機能タンパク質50と担体30の間を連結するリンカーであり、側鎖にアミノ基又はカルボキシル基を有さない所定のアミノ酸が、アミド結合を介して複数個連結してなるペプチドである。
ペプチドリンカー40は、N末端の主鎖のアミノ基を唯一のアミノ基、C末端の主鎖のカルボキシル基を唯一のカルボキシル基としてそれぞれ有する略直鎖状の構造からなる。このN末端の主鎖のアミノ基のみが担体と、C末端の主鎖のカルボキシル基のみが機能タンパク質50のN末端の主鎖のアミノ基と共有結合することによって、複数の機能タンパク質50が所定の方向に一律に配向して担体30に固定化される。
The peptide linker 40 according to the present embodiment is a linker that connects between the functional protein 50 and the carrier 30, and a plurality of predetermined amino acids having no amino group or carboxyl group in the side chain are connected via an amide bond. It is a peptide formed.
The peptide linker 40 has a substantially linear structure having an N-terminal main chain amino group as a unique amino group and a C-terminal main chain carboxyl group as a unique carboxyl group. Only the amino group of the N-terminal main chain is covalently bonded to the carrier, and only the carboxyl group of the C-terminal main chain is bonded to the amino group of the N-terminal main chain of the functional protein 50, whereby a plurality of functional proteins 50 are predetermined. It is fixed to the carrier 30 so as to be uniformly oriented in this direction.

ペプチドリンカー40を構成するアミノ酸としては、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、メチオニン、グリシン、トレオニン、ヒスチジン及びシステインからなる群から選ばれる1種又は複数種のアミノ酸が挙げられる。ペプチドリンカー40は、これら側鎖にアミノ基又はカルボキシル基を有さないアミノ酸で構成されるため、ペプチドリンカー分子には、アミノ基はN末端に唯一つ備えられ、カルボキシル基はC末端に唯一つ備えられることになる。
ペプチドリンカー40を構成するアミノ酸は、D体のアミノ酸及びL体のアミノ酸のいずれでもよく、ペプチドリンカー40は、D体のアミノ酸及びL体のアミノ酸のいずれかのみが連結したポリアミノ酸、或いはD体のアミノ酸及びL体のアミノ酸が組み合わされて連結したポリアミノ酸のいずれであってもよい。
Examples of amino acids constituting the peptide linker 40 include one or more amino acids selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, methionine, glycine, threonine, histidine and cysteine. It is done. Since the peptide linker 40 is composed of amino acids having no amino group or carboxyl group in these side chains, the peptide linker molecule has only one amino group at the N-terminus and only one carboxyl group at the C-terminus. Will be provided.
The amino acid constituting the peptide linker 40 may be either a D-form amino acid or an L-form amino acid, and the peptide linker 40 is a polyamino acid in which only either the D-form amino acid or the L-form amino acid is linked, or the D-form amino acid. These may be any of polyamino acids in which the amino acids and L-amino acids are linked in combination.

ペプチドリンカー40のアミノ酸配列は、任意の配列とすることができ、1種のアミノ酸により構成されるホモポリマー及び複数種のアミノ酸の組み合わせにより構成されるヘテロポリマーのいずれでもよい。また、ペプチドリンカー40が形成する立体構造は、担体30と機能タンパク質40とに結合した状態で安定して形成される構造であれば、直線状、シート状、球状等の任意の形状であってよく、α−へリックス、β−シートやこれらの組み合わせにより形成されるモチーフで構成される構造に限られるものではない。ペプチドリンカー40のC末端のアミノ酸は、機能タンパク質50に連結する効率に影響することから、前記したアミノ酸のうち、バリン、イソロイシン、トレオニン以外のアミノ酸であることが好ましい。   The amino acid sequence of the peptide linker 40 may be any sequence, and may be either a homopolymer composed of one type of amino acid or a heteropolymer composed of a combination of a plurality of types of amino acids. In addition, the three-dimensional structure formed by the peptide linker 40 may be any shape such as a linear shape, a sheet shape, a spherical shape, etc. Well, it is not limited to a structure composed of an α-helix, β-sheet or a motif formed by a combination thereof. Since the C-terminal amino acid of the peptide linker 40 affects the efficiency of linking to the functional protein 50, among the amino acids described above, amino acids other than valine, isoleucine, and threonine are preferable.

ペプチドリンカー40の長さは、3個以上200個以下のアミノ酸残基が連結した長さとすることが好ましく、6Å(0.6nm)以上の長さとすることが好ましい。より好ましくは3個以上100個以下のアミノ酸残基、さらに好ましくは3個以上50個以下のアミノ酸残基が連結した長さとする。ペプチドリンカー40のアミノ酸配列の長さが、3個のアミノ酸残基が連結した長さ未満であると、機能タンパク質50を担体30に結合する効率が低下する傾向がある。一方で、ペプチドリンカー40のアミノ酸配列の長さが、200個のアミノ酸残基が連結した長さを超えると、溶液中におけるペプチドリンカー40の立体構造が不安定になり、一定の構造に保持されないため、機能タンパク質50を所定の方向に配向させることができない虞がある。   The length of the peptide linker 40 is preferably a length in which 3 or more and 200 or less amino acid residues are linked, and is preferably 6 mm (0.6 nm) or more. More preferably, the length is 3 to 100 amino acid residues, more preferably 3 to 50 amino acid residues linked. When the length of the amino acid sequence of the peptide linker 40 is less than the length in which three amino acid residues are linked, the efficiency of binding the functional protein 50 to the carrier 30 tends to decrease. On the other hand, when the length of the amino acid sequence of the peptide linker 40 exceeds the length in which 200 amino acid residues are linked, the three-dimensional structure of the peptide linker 40 in the solution becomes unstable and is not maintained in a certain structure. Therefore, there is a possibility that the functional protein 50 cannot be oriented in a predetermined direction.

本実施形態に係る機能タンパク質50は、特定の物質に対して特異的に結合する機能を有するタンパク質である。
「特異的に結合する」とは、ある物質に対する結合親和性が認められる一方で、他の物質に対する結合親和性が顕著に低いために、実質的にその特定の物質にのみ選択的に結合をすることをいう。結合には、可逆的に形成される結合、不可逆的に形成される結合のいずれも含まれ、共有結合の他、水素結合、疎水結合、ファンデルワールス力、イオン結合等の分子間に働く相互作用の形成が含まれる。
特異的に結合する特定の物質は、単一の物質である場合に限られず、類似した性質を有する物質群である場合や、複数の非類似の物質である場合が含まれる。
The functional protein 50 according to the present embodiment is a protein having a function of specifically binding to a specific substance.
“Specifically binds” means that binding affinity to a certain substance is recognized, but binding affinity to other substances is remarkably low, so that the substance can selectively bind only to the specific substance. To do. Bonds include both reversible and irreversible bonds. In addition to covalent bonds, hydrogen bonds, hydrophobic bonds, van der Waals forces, ionic bonds, etc. Includes the formation of action.
The specific substance that specifically binds is not limited to a single substance, but includes a group of substances having similar properties and a plurality of dissimilar substances.

機能タンパク質50は、特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する限り、天然のタンパク質であっても、人工のタンパク質であってもよい。このような機能は、機能タンパク質50が、生体において果たす本来の役割のために備えている場合に限られず、一性質として備えていればよい。   The functional protein 50 may be a natural protein or an artificial protein as long as it has a function of specifically binding to a specific substance. Such a function is not limited to the case where the functional protein 50 is provided for the original role to be played in the living body, but may be provided as one property.

機能タンパク質50の例としては、例えば、スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)の細胞壁由来のプロテインAやストレプトコッカス(Streptococcus)属微生物の細胞壁由来のプロテインGやぺプトストレプトコッカス・マグヌス(Peptostreptococcus magnus)由来のプロテインL等の抗体結合タンパク質、レクチンやヘパリン結合タンパク質やキチン結合タンパク質等の糖結合タンパク質、脂肪酸結合タンパク質やリン脂質結合タンパク質等の脂質結合タンパク質、DNA結合タンパク質やRNA結合タンパク質等の核酸結合タンパク質、金属結合タンパク質や無機イオン結合タンパク質等の無機物結合タンパク質、タンパク結合タンパク質、糖タンパク結合タンパク質、リポタンパク結合タンパク質、アミノ酸結合タンパク質、ビタミン結合タンパク質、抗原、アビジン、ストレプトアビジン、その他の酵素や受容体タンパク質等が挙げられる。   Examples of the functional protein 50 are, for example, protein A derived from the cell wall of Staphylococcus aureus, protein G derived from the cell wall of a microorganism belonging to the genus Streptococcus, and Peptostreptococcus magnus. Antibody binding proteins such as protein L, sugar binding proteins such as lectin, heparin binding protein and chitin binding protein, lipid binding proteins such as fatty acid binding protein and phospholipid binding protein, nucleic acid binding proteins such as DNA binding protein and RNA binding protein, Inorganic binding protein such as metal binding protein and inorganic ion binding protein, protein binding protein, glycoprotein binding protein, lipoprotein binding protein, amino acid binding protein, Vita Down binding proteins, antigens, avidin, streptavidin, other enzymes or receptor proteins, and the like.

本実施形態に係る機能タンパク質50は、N末端の主鎖のアミノ基を介してペプチドリンカー40のC末端の主鎖のカルボキシル基とアミド結合している。機能タンパク質50は、ペプチドリンカー40に連結された状態においては、N末端のアミノ酸残基がシステイン、グリシン又はアラニンからなる。このように、機能タンパク質50のN末端のアミノ酸が、所定のアミノ酸に限られる理由は、後記するタンパク質固定化担体1の製造方法において、機能タンパク質50とペプチドリンカー40とを連結するのに許容されるN末端のアミノ酸が限られているためである。
この機能タンパク質50が、ペプチドリンカー40を介して担体30に結合されてなる本実施形態に係るタンパク質固定化担体1では、一分子のペプチドリンカー40のC末端に、一分子の機能タンパク質50のN末端が結合してなる鎖状のペプチドが、一律に、担体30が備えるカルボキシル基又はアミノ基の、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上に結合した構造を有している。また、担持される多数のこのような鎖状のペプチドは、一律に、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上が、それぞれ同一の部位に有する官能基を介して互いに結合した構造を有している。
The functional protein 50 according to this embodiment is amide-bonded to the carboxyl group of the C-terminal main chain of the peptide linker 40 via the amino group of the N-terminal main chain. When the functional protein 50 is connected to the peptide linker 40, the N-terminal amino acid residue is composed of cysteine, glycine or alanine. As described above, the reason that the N-terminal amino acid of the functional protein 50 is limited to a predetermined amino acid is that it is allowed to link the functional protein 50 and the peptide linker 40 in the method for producing the protein-immobilized carrier 1 described later. This is because N-terminal amino acids are limited.
In the protein-immobilized carrier 1 according to the present embodiment in which the functional protein 50 is bound to the carrier 30 via the peptide linker 40, N of one molecule of the functional protein 50 is attached to the C terminal of the peptide linker 40 of one molecule. The chain peptide formed by bonding the ends has a structure in which the carboxyl group or amino group of the carrier 30 is uniformly bonded to preferably 50% or more, more preferably 70% or more. In addition, a large number of such chain-like peptides to be supported are uniformly 70% or more, more preferably 80% or more, and still more preferably 90% or more via functional groups each having the same site. Are connected to each other.

このような構造を有する本実施形態に係るタンパク質固定化担体1では、担体30に固定化される複数の機能タンパク質50は、所定の方向に一律に配向した状態となる。そのため、機能タンパク質50の結合部位が、担体30の内側に埋没することが無く、担体30の表面側に適切に提示される。したがって、タンパク質固定化担体1において目的物質60と相互作用し得る状態で担持された機能タンパク質50の割合は向上し、タンパク質固定化担体1が目的物質60と特異的に結合する効率が、不適切な配向で機能タンパク質50が固定化された担体の場合と比較して改善される。
また、このような構造を有するタンパク質固定化担体1において、各機能タンパク質50は、担体30上に規則的に配列して固定化されるため、立体障害を生じることが少なく、隣接して担持される他の機能タンパク質50との干渉が減少する。さらに、機能タンパク質50は、N末端側で担体30に固定化されることによって、天然のタンパク質のように適切に折り畳まれた立体構造を採ることができる。
そして、このような本実施形態に係るタンパク質固定化担体1によれば、機能タンパク質50として所望のタンパク質を担持させることによって、そのタンパク質が特異的に結合する物質との結合効率が向上し、結合容量が改善された分離精製材料を提供することができる。また、機能タンパク質50として所望の酵素を担持させることによって、その酵素が基質と相互作用する効率が向上し、酵素反応効率が改善された酵素固定化担体を提供することができる。
In the protein-immobilized carrier 1 according to this embodiment having such a structure, the plurality of functional proteins 50 immobilized on the carrier 30 are uniformly oriented in a predetermined direction. Therefore, the binding site of the functional protein 50 is appropriately embedded on the surface side of the carrier 30 without being buried inside the carrier 30. Therefore, the ratio of the functional protein 50 supported in a state capable of interacting with the target substance 60 in the protein-immobilized carrier 1 is improved, and the efficiency of specifically binding the protein-immobilized carrier 1 to the target substance 60 is inappropriate. Compared to the carrier in which the functional protein 50 is immobilized in a simple orientation, this is improved.
Further, in the protein-immobilized carrier 1 having such a structure, each functional protein 50 is regularly arranged and immobilized on the carrier 30, so that it is less likely to cause steric hindrance and is supported adjacently. Interference with other functional protein 50 is reduced. Furthermore, the functional protein 50 can adopt a three-dimensional structure appropriately folded like a natural protein by being immobilized on the carrier 30 on the N-terminal side.
And according to such protein immobilization support 1 concerning this embodiment, by carrying a desired protein as functional protein 50, the binding efficiency with the substance which the protein binds specifically improves, and binding Separation and purification material having an improved capacity can be provided. In addition, by supporting a desired enzyme as the functional protein 50, the efficiency with which the enzyme interacts with the substrate is improved, and an enzyme-immobilized carrier with improved enzyme reaction efficiency can be provided.

次に、本発明の一実施形態であるタンパク質固定化担体の製造方法について説明する。   Next, a method for producing a protein-immobilized carrier that is one embodiment of the present invention will be described.

図3は、本実施形態に係るタンパク質固定化担体の製造方法の一例を示す図である。
本実施形態に係るタンパク質固定化担体の製造方法は、主に、N末端のアミノ酸残基が、チオール基を含む脱離性の修飾基が結合したアミノ酸又はシステインを有してなり、且つ特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質を調製する工程と、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、メチオニン、グリシン、トレオニン、ヒスチジン及びシステインからなる群から選ばれる1種又は複数種のアミノ酸が連結してなり、且つC末端のカルボキシル基がチオエステル化されたペプチドリンカーを調製する工程(以下、これら機能タンパク質及びペプチドリンカーを調製する工程を併せて調製工程ということがある。)と、表面に複数のカルボキシル基を有する担体と調製されたペプチドリンカーのN末端とを結合させて固定する工程(以下、固定工程ということがある。)と、調製されたペプチドリンカーのC末端と機能タンパク質のN末端とをアミド結合させて連結する工程(以下、連結工程ということがある。)と、を含んでなる。
図3においては、担体30にペプチドリンカー40を固定化した後、担体30に固定化されたペプチドリンカー40に機能タンパク質50を連結する方法が示されているが、このタンパク質固定化担体の製造方法において、固定工程及び連結工程のそれぞれは、実施する順序の先後が制限されるものではない。すなわち、図3の手順に代えて、ペプチドリンカー40に機能タンパク質50を連結した後、機能タンパク質50に連結されたペプチドリンカー40を担体30に固定化する方法を採用することもできる。但し、機能タンパク質50が、N末端又はC末端を除くアミノ酸配列の中間部に、担体30と結合し得る官能基を有している場合は、固定工程を経た後、連結工程を実施することが好ましい。
なお、図3においては、ペプチドリンカー40と担体30とが形成する共有結合は、アミド結合となっており、機能タンパク質50とペプチドリンカー40との結合に関与する機能タンパク質50のN末端のアミノ酸残基は、システイン残基となっているが、これらに限定されるものではない。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for producing a protein-immobilized carrier according to the present embodiment.
In the method for producing a protein-immobilized carrier according to the present embodiment, the N-terminal amino acid residue mainly comprises an amino acid or cysteine to which a detachable modifying group containing a thiol group is bonded, and a specific A step of preparing a functional protein having a function of specifically binding to a substance, and selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, methionine, glycine, threonine, histidine and cysteine A step of preparing a peptide linker in which one or a plurality of amino acids are linked and the C-terminal carboxyl group is thioesterified (hereinafter, the step of preparing these functional protein and peptide linker is referred to as the preparation step) And have a plurality of carboxyl groups on the surface. The body and the N-terminus of the prepared peptide linker are fixed (hereinafter also referred to as the fixing step), and the C-terminus of the prepared peptide linker and the N-terminus of the functional protein are bonded with an amide bond. And a step of connecting (hereinafter also referred to as a connecting step).
FIG. 3 shows a method of immobilizing the peptide linker 40 on the carrier 30 and then linking the functional protein 50 to the peptide linker 40 immobilized on the carrier 30. A method for producing this protein-immobilized carrier is shown in FIG. In each of the fixing step and the connecting step, the order of the execution order is not limited. That is, instead of the procedure of FIG. 3, a method in which the functional protein 50 is linked to the peptide linker 40 and then the peptide linker 40 linked to the functional protein 50 is immobilized on the carrier 30 may be employed. However, when the functional protein 50 has a functional group capable of binding to the carrier 30 in the middle part of the amino acid sequence excluding the N-terminus or C-terminus, the linking step may be performed after the fixing step. preferable.
In FIG. 3, the covalent bond formed by the peptide linker 40 and the carrier 30 is an amide bond, and the N-terminal amino acid residue of the functional protein 50 involved in the binding between the functional protein 50 and the peptide linker 40 is left. The group is a cysteine residue, but is not limited thereto.

調製工程では、所定のアミノ酸が連結してなり、且つC末端のカルボキシル基がチオエステル化されたペプチドリンカーを調製する(図3(a1))。
C末端のカルボキシル基がチオエステル化されたペプチドリンカー40は、公知の化学合成法を用いてペプチド合成した後、チオエステル化することによって調製することができるが、直接にペプチドチオエステルを得られる、インテインのスプライシングを利用した方法、又は所定の修飾がなされた固相を用いるペプチド合成法のいずれかを用いることが好ましい。
In the preparation step, a peptide linker in which predetermined amino acids are linked and the C-terminal carboxyl group is thioesterified is prepared (FIG. 3 (a1)).
The peptide linker 40 in which the C-terminal carboxyl group is thioesterified can be prepared by synthesizing a peptide using a known chemical synthesis method and then thioesterifying, but can directly obtain a peptide thioester. It is preferable to use either a method using splicing or a peptide synthesis method using a solid phase with a predetermined modification.

インテインのスプライシングを利用した方法は、遺伝子工学的手法を用いることによってペプチドをインテイン結合ペプチドとして発現させた後、チオール化合物により誘導されるインテインスプライシングを利用する方法(Chong, S. et al., Gene, 1997, 192, 2, 271等参照)である。ペプチドリンカー40をC末端にインテインが結合した融合ペプチドとして所定の宿主に産生させた後、チオール化合物の誘導により自己スプライシングさせると、C末端のカルボキシル基がチオエステル化された状態で遊離したペプチドリンカー40が得られる。具体的には、サッカロマイセス・セレビジエのインテインにバチルス・サーキュランスのキチン結合ドメイン(CBD)をタグとして結合したIMPACT(登録商標) Kit(New England BioLabs社製)等を用いることができる。   A method using intein splicing is a method using intesplicing induced by a thiol compound after expressing a peptide as an intein-binding peptide by using genetic engineering techniques (Chong, S. et al., Gene 1997, 192, 2, 271 etc.). When the peptide linker 40 is produced as a fusion peptide in which intein is bound to the C-terminal in a predetermined host and then self-splicing is induced by induction of a thiol compound, the peptide linker 40 released in a state where the C-terminal carboxyl group is thioesterified. Is obtained. Specifically, an IMPACT (registered trademark) Kit (manufactured by New England BioLabs) or the like in which a Bacillus circulans chitin-binding domain (CBD) is bound to an intein of Saccharomyces cerevisiae can be used.

所定の修飾がなされた固相を用いるペプチド合成法は、所定のチオ化合物により修飾された樹脂を固相として固相ペプチド合成を行う方法である。この方法は、まず、チオエステル化されるべきC末端のアミノ酸が、所定の修飾がなされている樹脂に結合され、その後、C末端からN末端の方向へのペプチドの伸長が常法に従って行われる。所望の配列のペプチドの合成が終了した後、合成されたペプチドが樹脂から開裂されると、C末端のカルボキシル基がチオエステル化された状態で遊離したペプチドリンカー40が得られる。このような方法として、具体的には、チオエステル樹脂を固相としてBoc法による固相ペプチド合成を行う方法(Dawson, P. E. et al., Science, 1994, 266, 766等参照)、アシルスルホンアミド樹脂を固相としてFmoc法による固相ペプチド合成を行う方法(Ingenito, R. et al., J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 49, 11369等参照)等が用いられる。   The peptide synthesis method using a solid phase with a predetermined modification is a method of performing solid phase peptide synthesis using a resin modified with a predetermined thio compound as a solid phase. In this method, first, the C-terminal amino acid to be thioesterified is bound to a resin having a predetermined modification, and then the peptide is extended in the direction from the C-terminal to the N-terminal according to a conventional method. After the synthesis of the peptide having the desired sequence, when the synthesized peptide is cleaved from the resin, the peptide linker 40 released in a state in which the C-terminal carboxyl group is thioesterified is obtained. As such a method, specifically, a method of performing solid phase peptide synthesis by Boc method using a thioester resin as a solid phase (see Dawson, PE et al., Science, 1994, 266, 766, etc.), acylsulfonamide resin The solid phase peptide synthesis by Fmoc method (see Ingenito, R. et al., J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 49, 11369, etc.) is used.

また、C末端のカルボキシル基がチオエステル化されたペプチドリンカーを直接調製する方法に代えて、ペプチドリンカー40のチオ酸を調製し、チオ酸とハロゲン化アルキルを反応させることによりC末端のカルボキシル基がチオエステル化されたペプチドリンカー40を得ることもできる。例えば、ペプチドのチオ酸の調製方法としては、N−ヒドロキシスクシンイミドアミノ酸エステルとベンジルチオールを反応させた、ジシクロヘキシルアミン塩を固定化した樹脂を用いて固相ペプチド合成する方法(Lynne, E. C. et al., Tetrahedron lett, 1995, 36, 8, 1217等参照)がある。合成されたペプチドをフッ化水素で担体から切り離すとペプチドリンカー40のチオ酸が得られ、このチオ酸にベンジルブロマイド等を反応させると、ペプチドチオエステルを得ることができる。   Also, instead of directly preparing a peptide linker in which the C-terminal carboxyl group is thioesterified, the thioacid of the peptide linker 40 is prepared, and the thioacid is reacted with an alkyl halide to react with the C-terminal carboxyl group. A thioesterified peptide linker 40 can also be obtained. For example, as a method for preparing a peptide thioic acid, a solid phase peptide synthesis method using a resin in which a dicyclohexylamine salt is immobilized by reacting an N-hydroxysuccinimide amino acid ester with benzylthiol (Lynne, EC et al. , Tetrahedron lett, 1995, 36, 8, 1217 etc.). When the synthesized peptide is separated from the carrier with hydrogen fluoride, the thioacid of the peptide linker 40 is obtained, and when this thioacid is reacted with benzyl bromide or the like, a peptide thioester can be obtained.

調製するチオエステル化されたペプチドリンカー40としては、ベンジル基、4−メチルベンジル基、4−メトキシベンジル基、2,4,6−トリメトキシベンジル基、ジフェニルメチル基、トリチル基、tert−ブチル基、tert−ブチルスルファニル基、9−フルオレニルメチル基等を置換基としてチオエステル化されたペプチドリンカーが挙げられるが、ベンジルチオエステルとすることが好ましい。   The thioesterified peptide linker 40 to be prepared includes a benzyl group, 4-methylbenzyl group, 4-methoxybenzyl group, 2,4,6-trimethoxybenzyl group, diphenylmethyl group, trityl group, tert-butyl group, Peptide linkers that are thioesterified with a tert-butylsulfanyl group, 9-fluorenylmethyl group or the like as a substituent can be mentioned, and a benzylthioester is preferred.

調製工程では、さらに、特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質50であって、N末端のアミノ酸残基が、チオール基を含む脱離性の修飾基が結合したアミノ酸からなる機能タンパク質50、又は、N末端のアミノ酸残基が、システインからなる機能タンパク質50を調製する(図3(a2))。機能タンパク質50としては、製造するタンパク質固定化基材1の用途に応じて、所望の機能タンパク質50が選択され、その機能タンパク質50のN末端のアミノ酸がシステインであるか否かに応じて異なる調製方法が用いられる。   The preparation step further includes a functional protein 50 having a function of specifically binding to a specific substance, wherein the N-terminal amino acid residue is formed from an amino acid to which a detachable modifying group including a thiol group is bound. Or a functional protein 50 in which the N-terminal amino acid residue is cysteine (FIG. 3 (a2)). As the functional protein 50, a desired functional protein 50 is selected according to the use of the protein-immobilized substrate 1 to be manufactured, and the preparation varies depending on whether or not the N-terminal amino acid of the functional protein 50 is cysteine. The method is used.

天然のアミノ酸配列においてN末端のアミノ酸がシステインである機能タンパク質50は、N末端のアミノ酸を改変すること無く、天然のアミノ酸配列と同一の配列を有するタンパク質を化学合成法又は生化学的合成法を用いて合成することによって調製することができる。
化学合成法としては、保護されたアミノ酸を固相上のアミノ酸と反応させてポリアミノ酸鎖を化学合成により伸長する固相ペプチド合成法等の公知の方法を用いることができる。
また、生化学的合成法としては、タンパク質合成酵素の作用を利用して遺伝子を翻訳させる方法を用いることができる。例えば、機能タンパク質50の遺伝子を所定の宿主細胞に導入して発現させ、宿主細胞に機能タンパク質50を産生させた後、宿主細胞から分離、精製することによって機能タンパク質50を取得する。
機能タンパク質50が天然に存在するタンパク質である場合には、天然に存在するタンパク質を起源生物から分離、精製することによって調製することができる。この場合は、その機能タンパク質50を産生する起源生物から、常法に従い、分離及び精製することによって機能タンパク質50を取得することができる。また、公知の化学合成法を用いて天然のアミノ酸配列と同一の配列を有するタンパク質を合成することによって機能タンパク質50を取得することができる。
The functional protein 50 in which the N-terminal amino acid is cysteine in the natural amino acid sequence is obtained by subjecting a protein having the same sequence as the natural amino acid sequence to a chemical synthesis method or a biochemical synthesis method without modifying the N-terminal amino acid. And can be prepared by synthesis.
As the chemical synthesis method, a known method such as a solid phase peptide synthesis method in which a protected amino acid is reacted with an amino acid on a solid phase to extend a polyamino acid chain by chemical synthesis can be used.
In addition, as a biochemical synthesis method, a method of translating a gene using the action of a protein synthase can be used. For example, the functional protein 50 is obtained by introducing and expressing a gene of the functional protein 50 in a predetermined host cell, producing the functional protein 50 in the host cell, and then separating and purifying from the host cell.
When the functional protein 50 is a naturally occurring protein, it can be prepared by separating and purifying the naturally occurring protein from the source organism. In this case, the functional protein 50 can be obtained from the source organism that produces the functional protein 50 by separation and purification according to a conventional method. In addition, the functional protein 50 can be obtained by synthesizing a protein having the same sequence as the natural amino acid sequence using a known chemical synthesis method.

一方で、天然のアミノ酸配列においてN末端のアミノ酸がシステインではない機能タンパク質50は、N末端のアミノ酸がシステインとなるように改変することによって調製することができる。
N末端のアミノ酸をシステインに改変する方法としては、機能タンパク質50のN末端のアミノ酸をシステインに置換する方法、アミノ酸配列中に最初に現れるシステインよりN末端側に存在するアミノ酸を欠失させる方法、又はアミノ酸配列のN末端にシステインを付加する方法、若しくはN末端がシステインであるポリアミノ酸を付加する方法等を、機能タンパク質50の機能が損なわれない限りにおいて用いることができる。
このようなアミノ酸の改変には、適宜の方法を用いることができるが、例えば、遺伝子工学的手法を用いて、機能タンパク質50をコードするDNAに部位特異的変異を導入する方法を用いることができる。部位特異的変異導入法としては、Kunkel法(PNAS, 1985, 82, 488)やインバースPCR法、その他「Molecular Cloning (4th Edition)」(Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2012 Chapter 14)に記載される方法等を用いることができる。
部位特異的変異が導入された機能タンパク質50をコードするDNAは、所定の宿主細胞に導入して発現させ、宿主細胞に機能タンパク質を産生させた後、分離、精製することによって、N末端のアミノ酸がシステインに改変された機能タンパク質50を取得する。
On the other hand, the functional protein 50 in which the N-terminal amino acid is not cysteine in the natural amino acid sequence can be prepared by modifying so that the N-terminal amino acid is cysteine.
As a method of changing the N-terminal amino acid to cysteine, the method of substituting the amino acid at the N-terminal of the functional protein 50 with cysteine, the method of deleting the amino acid present on the N-terminal side from the first cysteine appearing in the amino acid sequence, Alternatively, a method of adding cysteine to the N-terminus of the amino acid sequence or a method of adding a polyamino acid having a cysteine at the N-terminus can be used as long as the function of the functional protein 50 is not impaired.
An appropriate method can be used for such an amino acid modification. For example, a method of introducing a site-specific mutation into DNA encoding the functional protein 50 using a genetic engineering technique can be used. . Site-directed mutagenesis methods include the Kunkel method (PNAS, 1985, 82, 488), inverse PCR method, and other methods described in “Molecular Cloning (4th Edition)” (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2012 Chapter 14). Etc. can be used.
The DNA encoding the functional protein 50 introduced with site-specific mutation is introduced into a predetermined host cell and expressed, and after the functional protein is produced in the host cell, the N-terminal amino acid is separated and purified. Obtains functional protein 50 modified to cysteine.

また、天然のアミノ酸配列においてN末端のアミノ酸がシステインではない機能タンパク質は、N末端のアミノ酸残基が、チオール基を含む脱離性の修飾基が結合したアミノ酸となるように化学合成法を用いて調製することができる。
このような方法としては、チオール基を含む脱離性の修飾基として、N−(2−メルカプトエトキシ)基を機能タンパク質のN末端に導入する方法(Canne, L. et al., J. Am. Chem. Soc., 1996, 118, 5891)を用いることができる。チオール基を含む脱離性の修飾基が導入される機能タンパク質のN末端のアミノ酸は、グリシンとすることができる。
In addition, for functional proteins in which the N-terminal amino acid is not cysteine in the natural amino acid sequence, a chemical synthesis method is used so that the N-terminal amino acid residue is an amino acid to which a detachable modifying group containing a thiol group is bound. Can be prepared.
As such a method, an N- (2-mercaptoethoxy) group is introduced into the N-terminus of a functional protein as a leaving modifying group containing a thiol group (Canne, L. et al., J. Am Chem. Soc., 1996, 118, 5891) can be used. The N-terminal amino acid of the functional protein into which a detachable modifying group containing a thiol group is introduced can be glycine.

図4は、ペプチドリンカーを担体に固定する工程の一例を示す図である。
固定工程では、担体が有するカルボキシル基又はアミノ基とペプチドリンカーのN末端のアミノ基との間で共有結合を形成する。
製造されるタンパク質固定化担体1において機能タンパク質50を所定の方向に配向させるためには、担体やペプチドリンカーの変性や熱分解を避けるために、穏和な条件の下で共有結合を形成することが好ましい。そこで、担体30が有するカルボキシル基とペプチドリンカー40との間で共有結合を形成する方法としては、ホスホニウム化合物、ウロニウム化合物、イモニウム化合物、カルボキシイミド化合物等の縮合剤による縮合反応を用い、担体30が有するアミノ基とペプチドリンカー40との間で共有結合を形成する方法としては、グルタルアルデヒドによる架橋反応を用いる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a process for fixing a peptide linker to a carrier.
In the fixing step, a covalent bond is formed between the carboxyl group or amino group of the carrier and the N-terminal amino group of the peptide linker.
In order to orient the functional protein 50 in a predetermined direction in the protein-immobilized carrier 1 to be produced, in order to avoid denaturation or thermal decomposition of the carrier or peptide linker, a covalent bond may be formed under mild conditions. preferable. Therefore, as a method of forming a covalent bond between the carboxyl group of the carrier 30 and the peptide linker 40, a condensation reaction using a condensing agent such as a phosphonium compound, a uronium compound, an imonium compound, or a carboximide compound is used. As a method for forming a covalent bond between the amino group having the amino group and the peptide linker 40, a crosslinking reaction with glutaraldehyde is used.

ホスホニウム化合物としては、ベンゾトリアゾール−1−イルオキシ−トリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロホスファート(BOP)、ベンゾトリアゾール−1−イルオキシ−トリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロホスファート(PyBOP)、ブロモ−トリスピロリジノホスホニウムヘキサフルオロホスファート(PyBroP)、(7−アザベンゾトリアゾール−1−イル)−オキシトリスジメチルアミノホスホニウムヘキサフルオロホスファート(AOP)、(7−アザベンゾトリアゾール−1−イル)−オキシトリス(ピロリジノ)ホスホニウムヘキサフルオロホスファート(PyAOP)等が挙げられる。   Examples of phosphonium compounds include benzotriazol-1-yloxy-tris (dimethylamino) phosphonium hexafluorophosphate (BOP), benzotriazol-1-yloxy-tripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate (PyBOP), and bromo-trispyrrolidino. Phosphonium hexafluorophosphate (PyBroP), (7-azabenzotriazol-1-yl) -oxytrisdimethylaminophosphonium hexafluorophosphate (AOP), (7-azabenzotriazol-1-yl) -oxytris (pyrrolidino) Examples thereof include phosphonium hexafluorophosphate (PyAOP).

ウロニウム化合物としては、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート(HBTU)、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロボレート(TBTU)、O−(7−アザベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート(HATU)、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−ビス(テトラメチレン)ウロニウムヘキサフルオロホスファート(HBPyU)、O−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−オキシビス(ピロリジノ)ウロニウムヘキサフルオロホスファート(HAPyU)等が挙げられる。   Examples of uronium compounds include O- (benzotriazol-1-yl) -N, N, N ′, N′-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU), O- (benzotriazol-1-yl) -N. , N, N ′, N′-tetramethyluronium tetrafluoroborate (TBTU), O- (7-azabenzotriazol-1-yl) -N, N, N ′, N′-tetramethyluronium hexafluoro Phosphate (HATU), O- (benzotriazol-1-yl) -N, N, N ′, N′-bis (tetramethylene) uronium hexafluorophosphate (HBPyU), O- (benzotriazole-1- Yl) -oxybis (pyrrolidino) uronium hexafluorophosphate (HAPyU) and the like.

イモニウム化合物としては、ベンゾトリアゾール−1−イルオキシ−N,N−ジメチルメタンイミニウムヘキサクロロアンチモネート(BDMP)、1−(1H−ベンゾトリアゾール−1−イルオキシ−フェニルメチレンピロリジニウムヘキサクロロアンチモネート(BPMP)等が挙げられる。   Examples of imonium compounds include benzotriazol-1-yloxy-N, N-dimethylmethaneiminium hexachloroantimonate (BDMP) and 1- (1H-benzotriazol-1-yloxy-phenylmethylenepyrrolidinium hexachloroantimonate (BPMP). Etc.

カルボジイミド化合物としては、N,N−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、N,N−ジイソプロピルカルボジイミド(DIC)、フェニルエチルカルボジイミド(PEC)、フェニルイソプロピルカルボジイミド(PIC)、N−tert−ブチル−N’−メチルカルボジイミド(BMC)、N−tert−ブチル−N’−エチルカルボジイミド(BEC)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド(EDC)、N,N’−ジ−tert−ブチルカルボジイミド、N,N’−ジ−p−トリルカルボジイミド、N−シクロヘキシル−N’−(2−モルフォリノエチル)カルボジイミド、等が挙げられる。   As the carbodiimide compound, N, N-dicyclohexylcarbodiimide (DCC), N, N-diisopropylcarbodiimide (DIC), phenylethylcarbodiimide (PEC), phenylisopropylcarbodiimide (PIC), N-tert-butyl-N′-methylcarbodiimide (BMC), N-tert-butyl-N′-ethylcarbodiimide (BEC), 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide (EDC), N, N′-di-tert-butylcarbodiimide, N, N′-di-p-tolylcarbodiimide, N-cyclohexyl-N ′-(2-morpholinoethyl) carbodiimide, and the like.

これら縮合剤のうち、最も頻用されているカルボジイミド化合物を用いた縮合反応においては、副生成物として尿素化合物が生成するため、反応後に得られる縮合反応生成物からこのような副生成物を分離除去する必要が生じる。そこで、図4に示されるように、縮合剤として水溶性カルボジイミド化合物(Water Soluble Carbodiimide;WSC)を用いることによって、副生成物を可溶性の化合物として生成させることができる。この可溶性の副生成物は、洗浄により容易に分離除去することが可能である。   Among these condensing agents, in the condensation reaction using the most frequently used carbodiimide compound, a urea compound is produced as a by-product, so that such a by-product is separated and removed from the condensation reaction product obtained after the reaction. Need to do. Therefore, as shown in FIG. 4, by using a water-soluble carbodiimide compound (Water Soluble Carbodiimide; WSC) as a condensing agent, a by-product can be generated as a soluble compound. This soluble by-product can be easily separated and removed by washing.

水溶性カルボジイミド化合物を用いてペプチドリンカー40を担体30に固定する縮合反応は、次のように行う。
まず、カルボキシル基を有する担体30に、水溶性カルボジイミド化合物70を添加する(図4(a))。
すると、水溶性カルボジイミド化合物70は、担体30のカルボキシル基に付加して、O−アシル化カルバミド誘導体を生成し、担体30が活性化される(図4(b))。このとき、一部の水溶性カルボジイミド化合物70は、副生成物としてN−アシル化カルバミド誘導体を生成し、残部は、未反応の状態で残存する。そこで、この担体30を洗浄することによって、副生成物と未反応の水溶性カルボジイミド化合物70を除去しておく。
次に、活性化された担体30にペプチドリンカー40を添加する(図4(c))。活性化された担体30上のO−アシル化カルバミド誘導体は、担体30上のカルボキシル基同士で求電子性の酸無水物を形成し、この酸無水物にペプチドリンカー40が備える求核性のN末端のアミノ基が付加することにより、担体30にペプチドリンカー40が固定される(図4(d))。
ペプチドリンカー40が固定化された担体30は、洗浄することによって未反応のペプチドリンカー40を除去し、以降の工程に供する。
The condensation reaction for fixing the peptide linker 40 to the carrier 30 using a water-soluble carbodiimide compound is performed as follows.
First, the water-soluble carbodiimide compound 70 is added to the carrier 30 having a carboxyl group (FIG. 4A).
Then, the water-soluble carbodiimide compound 70 is added to the carboxyl group of the carrier 30 to generate an O-acylated carbamide derivative, and the carrier 30 is activated (FIG. 4B). At this time, a part of the water-soluble carbodiimide compound 70 produces an N-acylated carbamide derivative as a by-product, and the remainder remains unreacted. Therefore, by washing the carrier 30, the by-product and the unreacted water-soluble carbodiimide compound 70 are removed.
Next, the peptide linker 40 is added to the activated carrier 30 (FIG. 4C). The activated O-acylated carbamide derivative on the carrier 30 forms an electrophilic acid anhydride between the carboxyl groups on the carrier 30, and the nucleophilic N included in the peptide linker 40 is provided on this acid anhydride. When the terminal amino group is added, the peptide linker 40 is fixed to the carrier 30 (FIG. 4D).
The carrier 30 on which the peptide linker 40 is immobilized is washed to remove the unreacted peptide linker 40 and is used for the subsequent steps.

このような縮合反応は、例えば4℃〜40℃、pH4.0〜7.0の範囲で行うことができる。好ましい温度範囲は、15℃〜40℃である。常温付近の温度の下で反応を行うことにより、反応時間を短縮し、且つ担体30やペプチドリンカー40の変性や熱分解を避けることができる。また、好ましいpHの範囲は、pH6.0〜7.0である。中性付近のpHで反応を行うことにより、担体30やペプチドリンカー40の変性を避けることができる。
縮合反応の反応溶媒は、水相とすることができるが、好ましいpHの範囲を維持する非有機酸系の緩衝液、例えばリン酸緩衝液を用いることが好ましい。
この縮合反応には、副生成物の生成やラセミ化を抑制するために、添加剤を加えることができる。添加剤としては、1−ヒドロキシ−1H−ベンゾトリアゾール(HOBt)、1−ヒドロキシ−7−アザベンゾトリアゾール(HOAt)等が挙げられる。
Such a condensation reaction can be performed, for example, in the range of 4 ° C. to 40 ° C. and pH 4.0 to 7.0. A preferred temperature range is 15 ° C to 40 ° C. By performing the reaction at a temperature near room temperature, the reaction time can be shortened, and denaturation and thermal decomposition of the carrier 30 and the peptide linker 40 can be avoided. Moreover, the range of preferable pH is pH 6.0-7.0. By carrying out the reaction at a pH near neutrality, denaturation of the carrier 30 and the peptide linker 40 can be avoided.
The reaction solvent for the condensation reaction can be an aqueous phase, but it is preferable to use a non-organic acid buffer solution that maintains a preferable pH range, such as a phosphate buffer solution.
Additives can be added to the condensation reaction in order to suppress the formation of by-products and racemization. Examples of the additive include 1-hydroxy-1H-benzotriazole (HOBt) and 1-hydroxy-7-azabenzotriazole (HOAt).

図5は、機能タンパク質をペプチドリンカーに連結する工程の一例を示す図である。
連結工程では、ペプチドリンカーのC末端と機能タンパク質のN末端のアミノ基との間でアミド結合を形成する。
連結工程において、機能タンパク質50とペプチドリンカー40との間でアミド結合を形成する方法としては、ネイティブケミカルライゲーション法(Science, 1994, 266, 776参照)が用いられる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a step of linking a functional protein to a peptide linker.
In the linking step, an amide bond is formed between the C-terminus of the peptide linker and the amino group at the N-terminus of the functional protein.
As a method of forming an amide bond between the functional protein 50 and the peptide linker 40 in the linking step, a native chemical ligation method (see Science, 1994, 266, 776) is used.

連結工程の一例では、N末端のアミノ酸残基がシステインである機能タンパク質50が、チオエステル化されたカルボキシル基を有する、ペプチドリンカー40のC末端に、機能タンパク質50のN末端を介して化学選択的に連結される。   In an example of the linking step, the functional protein 50 in which the N-terminal amino acid residue is cysteine is chemoselective via the N-terminus of the functional protein 50 to the C-terminus of the peptide linker 40 having a thioesterified carboxyl group. Connected to

ネイティブケミカルライゲーション法を用いて機能タンパク質50をペプチドリンカー40に結合させる連結反応は、次のように進行する。
まず、チオエステル化されたカルボキシル基を有するペプチドリンカー40と、N末端のアミノ酸がシステインである機能タンパク質50とを混合する(図5(a))。
すると、ペプチドリンカー40と機能タンパク質50とは、チオエステル交換反応することにより、ペプチドリンカー40と機能タンパク質50とがチオエステル結合を介して連結した反応中間体を生じる(図5(b))。
この反応中間体の分子内において、アシル基が速やかに自然転位(S→N転位)することによって、ペプチドリンカー40と機能タンパク質50とが、アミド結合を介して連結される(図5(c))。
このように、ペプチドリンカー40とN末端のアミノ酸がシステインである機能タンパク質50とをネイティブケミカルライゲーション法を用いて連結することによって、ペプチドリンカー40と機能タンパク質50との間に形成されるアミド結合を、天然ペプチドにおけるXaa−Cys間のアミド結合と同様の構造とすることができ、機能タンパク質50のN末端に相当するアミノ酸残基に非天然の修飾基等が導入されることを避けることができる。
The ligation reaction for binding the functional protein 50 to the peptide linker 40 using the native chemical ligation method proceeds as follows.
First, the peptide linker 40 having a thioesterified carboxyl group and the functional protein 50 whose N-terminal amino acid is cysteine are mixed (FIG. 5A).
Then, the peptide linker 40 and the functional protein 50 undergo a thioester exchange reaction, thereby generating a reaction intermediate in which the peptide linker 40 and the functional protein 50 are linked via a thioester bond (FIG. 5B).
In the molecule of this reaction intermediate, the acyl group quickly undergoes spontaneous rearrangement (S → N rearrangement), whereby the peptide linker 40 and the functional protein 50 are linked via an amide bond (FIG. 5C). ).
Thus, the amide bond formed between the peptide linker 40 and the functional protein 50 is linked by linking the peptide linker 40 and the functional protein 50 whose N-terminal amino acid is cysteine using the native chemical ligation method. The structure can be the same as that of the amide bond between Xaa and Cys in the natural peptide, and the introduction of a non-natural modification group or the like into the amino acid residue corresponding to the N-terminus of the functional protein 50 can be avoided. .

図6は、機能タンパク質をペプチドリンカーに連結する工程の他の例を示す図である。
連結工程の他の例では、N末端のアミノ酸残基が、チオール基を含む脱離性の修飾基が結合したアミノ酸である機能タンパク質50が、チオエステル化されたカルボキシル基を有する、ペプチドリンカー40のC末端に、機能タンパク質50のN末端を介して化学選択的に連結される。図6においては、機能タンパク質50のN末端のアミノ酸には、チオール基を含む脱離性の修飾基として、N−(2−メルカプトエトキシ)基が結合している。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the step of linking a functional protein to a peptide linker.
In another example of the linking step, the functional protein 50 in which the N-terminal amino acid residue is an amino acid to which a detachable modifying group containing a thiol group is bonded has a thioesterified carboxyl group. It is chemoselectively linked to the C-terminus via the N-terminus of functional protein 50. In FIG. 6, an N- (2-mercaptoethoxy) group is bonded to the N-terminal amino acid of the functional protein 50 as a leaving modifying group containing a thiol group.

この例における連結反応は、N末端のアミノ酸がシステインである機能タンパク質50を連結する反応と同様に進行する(図6(a),(b))。
エステル交換反応の後、アシル基が自然転位して生じる生成物は、N−(2−メルカプトエトキシ)基を有する修飾アミノ酸を介して連結された構造となる(図6(c))。
The ligation reaction in this example proceeds in the same manner as the reaction for linking the functional protein 50 whose N-terminal amino acid is cysteine (FIGS. 6A and 6B).
After the transesterification reaction, the product formed by spontaneous rearrangement of the acyl group has a structure linked via a modified amino acid having an N- (2-mercaptoethoxy) group (FIG. 6 (c)).

これらの連結反応は、例えば4℃〜40℃の範囲の水相で行うことができる。
連結反応におけるpHは、通常pH6.0〜8.0、好ましくはpH7.0〜7.5とする。pHが6.0を下回ると反応速度が大きく低下する虞がある。一方で、pHが8.0を超えるとペプチドやタンパク質がアルカリ変性する虞がある。
連結反応には、チオエステル交換反応を促進するチオール化合物を触媒として用いることができる。用いるチオール化合物としては、チオフェノール、ベンジルメルカプタン、4−メルカプトフェニル酢酸、2−メルカプトエタンスルホナート等が挙げられる。
連結反応の反応溶媒は、意図しないジスルフィド結合が形成されたり、意図しないアシル化化合物が副生成されることを避けるために、還元雰囲気とすることが好ましい。そのため、これらチオール化合物を還元剤として反応溶媒に添加することができ、さらに、これらチオール化合物にトリス(2−カルボキシエチル)ホスフィン等を併用することもできる。
また、連結反応の反応溶媒は、反応させるペプチド又はタンパク質が可溶化する程度の変性条件とすることが好ましい。例えば、6〜7M程度となるグアニジンを反応溶媒に添加することにより、ペプチド又はタンパク質の凝集を避けることができる。
These ligation reactions can be performed, for example, in an aqueous phase in the range of 4 ° C to 40 ° C.
The pH in the ligation reaction is usually pH 6.0 to 8.0, preferably pH 7.0 to 7.5. If the pH is below 6.0, the reaction rate may be greatly reduced. On the other hand, when pH exceeds 8.0, there exists a possibility that a peptide and protein may carry out alkali denaturation.
In the ligation reaction, a thiol compound that promotes a thioester exchange reaction can be used as a catalyst. Examples of the thiol compound to be used include thiophenol, benzyl mercaptan, 4-mercaptophenylacetic acid, 2-mercaptoethanesulfonate and the like.
The reaction solvent for the ligation reaction is preferably a reducing atmosphere in order to avoid the formation of unintended disulfide bonds and the generation of unintended acylated compounds. Therefore, these thiol compounds can be added to the reaction solvent as a reducing agent, and tris (2-carboxyethyl) phosphine or the like can be used in combination with these thiol compounds.
Moreover, it is preferable that the reaction solvent for the ligation reaction is denatured so that the peptide or protein to be reacted is solubilized. For example, peptide or protein aggregation can be avoided by adding guanidine, which is about 6 to 7 M, to the reaction solvent.

以上の工程からなる、実施形態に係るタンパク質固定化担体1の製造方法によれば、担体30に担持されたそれぞれのペプチドリンカー40は、N末端の主鎖のアミノ基を介してのみ担体30と共有結合し、それぞれの機能タンパク質50は、N末端の主鎖のアミノ基を介してペプチドリンカー40のC末端の主鎖のカルボキシル基とのみアミド結合した構造を有する実施形態に係るタンパク質固定化担体1を製造することができる。
そして、このような構造を有するタンパク質固定化担体1に担持される複数の機能タンパク質50は、それぞれ所定の方向に一律に配向した状態となる。
したがって、担体30に固定化された機能タンパク質50と、この機能タンパク質50が特異的に結合する物質との結合の効率が改善されたタンパク質固定化担体1を製造することができる。
また、固定工程において、担体30とペプチドリンカー40との共有結合を、カルボジイミド化合物によって形成することで、担体30やペプチドリンカー40が、共有結合を形成する反応において変性するのを避けることができる。
また、連結工程において、ネイティブケミカルライゲーション法を用いることで、機能タンパク質50が分子中に他の官能基を有している場合であっても、機能タンパク質50が有するアミノ基やカルボキシル基の保護や脱保護を行うことなく、ペプチドリンカー40と機能タンパク質50とを、ペプチドリンカー40のC末端と機能タンパク質50のN末端のみを介して化学選択的に連結することができる。さらに、アミノ酸のラセミ化を抑制できるため、担体30に固定化される複数の機能タンパク質50のそれぞれについて配向及び立体構造を揃えることができる。
そして、製造されるタンパク質固定化担体1において、物質と結合する効率が低下するのを防ぐことができる。
According to the method for producing the protein-immobilized carrier 1 according to the embodiment including the above steps, each peptide linker 40 supported on the carrier 30 is connected to the carrier 30 only through the amino group of the N-terminal main chain. The protein immobilization carrier according to the embodiment in which each functional protein 50 is covalently bonded and has a structure in which only the carboxyl group of the C-terminal main chain of the peptide linker 40 is amide-bonded via the amino group of the N-terminal main chain. 1 can be manufactured.
And the some functional protein 50 carry | supported by the protein fixed support | carrier 1 which has such a structure will be in the state uniformly orientated to each predetermined direction.
Therefore, the protein-immobilized carrier 1 with improved efficiency of binding between the functional protein 50 immobilized on the carrier 30 and a substance to which the functional protein 50 specifically binds can be produced.
Further, in the fixing step, the covalent bond between the carrier 30 and the peptide linker 40 is formed by a carbodiimide compound, so that the carrier 30 and the peptide linker 40 can be prevented from being denatured in the reaction for forming the covalent bond.
Further, in the linking step, by using a native chemical ligation method, even when the functional protein 50 has other functional groups in the molecule, the amino group or carboxyl group of the functional protein 50 can be protected. Without deprotection, the peptide linker 40 and the functional protein 50 can be chemoselectively linked via only the C-terminus of the peptide linker 40 and the N-terminus of the functional protein 50. Furthermore, since racemization of amino acids can be suppressed, the orientation and the three-dimensional structure can be aligned for each of the plurality of functional proteins 50 immobilized on the carrier 30.
And in the protein fixed support | carrier 1 manufactured, it can prevent that the efficiency couple | bonded with a substance falls.

図7は、機能タンパク質が有するチオール基を脱硫する工程を示す図である。
前記した工程においては、機能タンパク質50は、ネイティブケミカルライゲーション法を用いてペプチドリンカー40と連結するために、N末端のアミノ酸残基が、システイン又はチオール基を含む脱離性の修飾基が結合したアミノ酸となるように調製されている。そこで、連結工程を経た後に、機能タンパク質50のN末端のアミノ酸残基が有するチオール基を脱硫する脱硫工程に供することができる。
FIG. 7 is a diagram showing a step of desulfurizing a thiol group possessed by a functional protein.
In the above-described process, the functional protein 50 is linked to the peptide linker 40 using the native chemical ligation method, so that an N-terminal amino acid residue is bonded to a detachable modifying group containing a cysteine or thiol group. It is prepared to be an amino acid. Therefore, after passing through the linking step, it can be subjected to a desulfurization step of desulfurizing the thiol group of the N-terminal amino acid residue of the functional protein 50.

N末端のアミノ酸残基がシステインである場合は、システインを還元的に脱硫することによって、アラニンに変換することができる(図7(a))。このような脱硫は、脱硫触媒を用いた水素化脱硫反応により行うことができる。脱硫触媒としては、例えば、コバルト、モリブデン、ニッケル、タングステン、パラジウム、白金、オスミウム、ルテニウム、クロム等の金属やこれらの酸化物等をアルミナやゼオライト等の多孔質担体に担持させた触媒が挙げられる。機能タンパク質50が、分子中に他のチオール基を有している場合は、そのような基を予め保護することにより、N末端のシステインを選択的に脱硫してもよい。   When the N-terminal amino acid residue is cysteine, it can be converted to alanine by reductively desulfurizing cysteine (FIG. 7 (a)). Such desulfurization can be performed by hydrodesulfurization reaction using a desulfurization catalyst. Examples of the desulfurization catalyst include a catalyst in which a metal such as cobalt, molybdenum, nickel, tungsten, palladium, platinum, osmium, ruthenium, chromium, or an oxide thereof is supported on a porous carrier such as alumina or zeolite. . When the functional protein 50 has another thiol group in the molecule, the N-terminal cysteine may be selectively desulfurized by pre-protecting such a group.

一方で、N末端のアミノ酸残基がチオール基を含む脱離性の修飾基を有するアミノ酸残基である場合は、チオール基を含む脱離性の修飾基を開裂させることによって、非修飾のアミノ酸に変換することができる(図7(b))。このような開裂は、連結された機能タンパク質50を、亜鉛粉末を含む酸性溶媒中で反応させることにより行うことができる。   On the other hand, when the N-terminal amino acid residue is an amino acid residue having a detachable modifying group containing a thiol group, an unmodified amino acid is obtained by cleaving the detachable modifying group containing a thiol group. (FIG. 7B). Such cleavage can be performed by reacting the linked functional protein 50 in an acidic solvent containing zinc powder.

以上の脱硫工程を含むタンパク質固定化担体1の製造方法によれば、機能タンパク質50のN末端のアミノ酸が、天然のアミノ酸配列においてシステインではない場合であっても、製造されるタンパク質固定化担体1における機能タンパク質50のアミノ酸配列を、天然のアミノ酸配列と同様の配列とすることができる。   According to the method for producing the protein-immobilized carrier 1 including the above desulfurization step, the produced protein-immobilized carrier 1 is produced even when the N-terminal amino acid of the functional protein 50 is not cysteine in the natural amino acid sequence. The amino acid sequence of the functional protein 50 in can be the same sequence as the natural amino acid sequence.

図8は、本実施形態に係るタンパク質固定化担体を分離精製材料として利用した分離精製装置の一例を示す図である。
本実施形態に係るタンパク質固定化担体1は、固定化された機能タンパク質50が認識する特定の物質を、その物質を含む混合物中から分離乃至精製するための分離精製材料として用いることができる。
この分離精製装置3は、動物細胞を用いて抗体を生産する抗体医薬製造装置における精製手段の一部を構成するように配置される。分離精製装置3には、図8に示すように、分離精製される抗体を含む精製原液が供給され、抗体はタンパク質固定化担体1が分離精製材料として充填されたアフィニティーカラム12において精製されると、精製された抗体は、精製後液として他の工程に供される。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a separation and purification apparatus using the protein-immobilized carrier according to the present embodiment as a separation and purification material.
The protein immobilization carrier 1 according to the present embodiment can be used as a separation and purification material for separating or purifying a specific substance recognized by the immobilized functional protein 50 from a mixture containing the substance.
This separation and purification apparatus 3 is arranged to constitute a part of the purification means in the antibody drug manufacturing apparatus that produces antibodies using animal cells. As shown in FIG. 8, the separation and purification apparatus 3 is supplied with a purified stock solution containing the antibody to be separated and purified, and the antibody is purified in the affinity column 12 packed with the protein-immobilized carrier 1 as a separation and purification material. The purified antibody is subjected to other steps as a post-purification solution.

このような分離精製装置3の前段には、図示しない、特定の抗体を産生する動物細胞を培養するための培養槽が設けられる。培養槽には、所定の培養条件を保持できるように、温度調節手段、pH調節手段、溶存酸素濃度や溶存二酸化炭素濃度を調節する通気手段及び排気手段が備えられ、培養槽内の培養液は撹拌手段により均一化される。
このような培養槽において、特定の抗体遺伝子が導入された遺伝子組み換え動物細胞又は特定のウイルスを感染させた動物細胞が培養されると抗体が産生される。そして、産生された抗体を含む培養液は、分離槽に供給されて遠心分離によって動物細胞やウイルス等の不純物が除去され、培養液受けタンク11に供給される。
A preceding stage of such a separation and purification apparatus 3 is provided with a culture tank for culturing animal cells that produce a specific antibody, not shown. The culture tank is provided with temperature adjusting means, pH adjusting means, aeration means for adjusting dissolved oxygen concentration and dissolved carbon dioxide concentration, and an exhaust means so that predetermined culture conditions can be maintained. Homogenized by stirring means.
In such a culture tank, when a genetically modified animal cell introduced with a specific antibody gene or an animal cell infected with a specific virus is cultured, an antibody is produced. Then, the produced culture solution containing the antibody is supplied to the separation tank, and impurities such as animal cells and viruses are removed by centrifugation, and then supplied to the culture solution receiving tank 11.

分離精製装置3は、アフィニティークロマトグラフィーにより抗体原液から抗体を分離精製するための手段である。通常、抗体医薬製造装置には、アフィニティークロマトグラフィー装置、イオン交換クロマトグラフィー装置、疎水性クロマトグラフィー装置等の異なる原理に基づく複数の分離精製装置が組み合わされて用いられる。一般に、抗体医薬製造装置に備えられる複数の分離精製装置のうち、抗体原液が最初に供される装置は、アフィニティークロマトグラフィー装置である。
この装置には、図8に示すように、アフィニティーカラム12と、溶離液タンク13と、平衡化液タンク14と、画分タンク15と、が備えられている。
The separation and purification device 3 is a means for separating and purifying the antibody from the antibody stock solution by affinity chromatography. In general, a plurality of separation and purification apparatuses based on different principles such as an affinity chromatography apparatus, an ion exchange chromatography apparatus, and a hydrophobic chromatography apparatus are used in combination in an antibody drug production apparatus. Generally, among a plurality of separation and purification apparatuses provided in an antibody drug production apparatus, an apparatus to which an antibody stock solution is first supplied is an affinity chromatography apparatus.
As shown in FIG. 8, this apparatus includes an affinity column 12, an eluent tank 13, an equilibration liquid tank 14, and a fraction tank 15.

アフィニティーカラム12は、上端及び下端に開口を有する筒状容器であり、容器内部には、本実施形態に係るタンパク質固定化担体1が充填される。このタンパク質固定化担体1には、抗体に特異的に結合する機能タンパク質50が固定化される。
このような機能タンパク質50としては、プロテインA、プロテインG、プロテインL等がある。
The affinity column 12 is a cylindrical container having openings at the upper end and the lower end, and the inside of the container is filled with the protein-immobilized carrier 1 according to the present embodiment. A functional protein 50 that specifically binds to an antibody is immobilized on the protein immobilization carrier 1.
Examples of such functional protein 50 include protein A, protein G, and protein L.

アフィニティークロマトグラフィー装置においては、抗体原液から抗体を分離精製する工程に先立って、平衡化液タンク14からの通液により、アフィニティーカラムの平衡化が行われる。平衡化液タンク14は、アフィニティーカラム12を平衡化するための中性緩衝液を貯留するタンクである。
平衡化液タンク14に貯留された中性緩衝液は、配管を介してアフィニティーカラム12に供給され、アフィニティーカラム12の上端側から通液されることによって、アフィニティーカラム12に充填されているタンパク質固定化担体1に固定化されたプロテインAを平衡化する。その後、アフィニティーカラム12内に通液され、プロテインAの平衡化を終えた中性緩衝液は、アフィニティーカラム12の下端から排出され、ドレン16を経て廃棄される。
In the affinity chromatography apparatus, the affinity column is equilibrated by passing the solution from the equilibration liquid tank 14 prior to the step of separating and purifying the antibody from the antibody stock solution. The equilibration liquid tank 14 is a tank that stores a neutral buffer for equilibrating the affinity column 12.
The neutral buffer stored in the equilibration liquid tank 14 is supplied to the affinity column 12 through a pipe, and is passed through from the upper end side of the affinity column 12 so that the protein immobilized in the affinity column 12 is fixed. Protein A immobilized on the immobilized carrier 1 is equilibrated. Thereafter, the neutral buffer that has been passed through the affinity column 12 and has completed the equilibration of protein A is discharged from the lower end of the affinity column 12 and discarded through the drain 16.

抗体原液から抗体を分離精製する工程では、このような平衡化されたアフィニティーカラム12に、抗体原液が通液されることによって、抗体の粗精製が行われる。
培養液受けタンク11に一時貯留されていた抗体原液がアフィニティーカラム12に上端側から通液されると、抗体原液に含まれている抗体は、アフィニティーカラム12に充填されているタンパク質固定化担体と接触し、タンパク質固定化担体に固定化されたプロテインAと特異的に結合することによって他の夾雑物を含む抗体原液中から分離される。
その後、抗体が分離された抗体原液は、アフィニティーカラム12の下端から排出され、ドレン16を経て廃棄される。
In the step of separating and purifying the antibody from the antibody stock solution, the antibody stock solution is passed through the equilibrated affinity column 12 so that the antibody is roughly purified.
When the antibody stock solution temporarily stored in the culture solution receiving tank 11 is passed through the affinity column 12 from the upper end side, the antibody contained in the antibody stock solution is separated from the protein-immobilized carrier packed in the affinity column 12. The antibody is separated from the antibody stock solution containing other contaminants by contacting and specifically binding to protein A immobilized on the protein-immobilized carrier.
Thereafter, the antibody stock solution from which the antibody has been separated is discharged from the lower end of the affinity column 12 and discarded via the drain 16.

続いて、平衡化液タンク14に貯留される中性緩衝液が、再び、配管を介してアフィニティーカラム12に供給され、アフィニティーカラム12の上端側から通液されることによって、非結合物質が溶出され、アフィニティーカラム12が洗浄される。アフィニティーカラム内に通液された中性緩衝液は、アフィニティーカラムの下端から排出され、ドレン16を経て廃棄される。   Subsequently, the neutral buffer stored in the equilibration liquid tank 14 is supplied again to the affinity column 12 through the pipe, and is passed through from the upper end side of the affinity column 12 so that the non-binding substance is eluted. And the affinity column 12 is washed. The neutral buffer solution passed through the affinity column is discharged from the lower end of the affinity column and discarded through the drain 16.

次に、溶離液タンク13からの通液により、抗体の溶出が行われる。溶離液タンク13は、アフィニティーカラム12に結合した抗体を溶出させるための酸性緩衝液を貯留するタンクである。
溶離液タンク13に貯留された酸性緩衝液は、配管を介してアフィニティーカラム12に供給され、アフィニティーカラム12の上端側から通液されることによって、プロテインAと特異的に結合している抗体を溶離させる。その後、溶離した抗体を含む酸性緩衝液は、アフィニティーカラム12の下端から排出され、画分タンク15に供給される。
Next, the antibody is eluted by passing the solution from the eluent tank 13. The eluent tank 13 is a tank that stores an acidic buffer for eluting the antibody bound to the affinity column 12.
The acidic buffer stored in the eluent tank 13 is supplied to the affinity column 12 through a pipe, and is passed through from the upper end side of the affinity column 12 so that the antibody that specifically binds to protein A is removed. Elute. Thereafter, the acidic buffer containing the eluted antibody is discharged from the lower end of the affinity column 12 and supplied to the fraction tank 15.

画分タンク15は、アフィニティーカラム12から溶出した抗体を含む溶出液を一時的に貯留するタンクである。
画分タンク15において、抗体を含む溶出液は中和され、アフィニティークロマトグラフィー装置による精製工程は終了する。
The fraction tank 15 is a tank for temporarily storing an eluate containing the antibody eluted from the affinity column 12.
In the fraction tank 15, the eluate containing the antibody is neutralized, and the purification process by the affinity chromatography apparatus is completed.

このように、培養後に最初に供された精製工程で粗精製された溶出液には、動物細胞やウイルス等の不純物が残存している場合がある。そのため、中和された溶出液は、フィルタ17によるろ過に供された後、溶出液受けタンク18に貯留される。その後、図示しない他の分離精製装置による分離精製に供され、さらに精製される。精製された抗体を含む溶液は、ろ過装置において、ウイルス等の不純物や精製工程における混入物を除去された後、濃縮され、所定の医薬品助剤が添加されて製剤化される。   As described above, impurities such as animal cells and viruses may remain in the eluate roughly purified in the purification step first provided after the culture. Therefore, the neutralized eluate is subjected to filtration by the filter 17 and then stored in the eluate receiving tank 18. Thereafter, it is subjected to separation and purification by another separation and purification apparatus (not shown) and further purified. The solution containing the purified antibody is concentrated in a filtration device after removing impurities such as viruses and contaminants in the purification process, and is formulated by adding a predetermined pharmaceutical aid.

このような本実施形態に係るタンパク質固定化担体1を分離精製材料として利用した分離精製装置3においては、アフィニティーカラム12に充填されるタンパク質固定化担体1に固定化される機能タンパク質50は、アミノ酸配列のN末端側で担体30に固定化されることによって、機能タンパク質50のそれぞれが所定の方向を向いて配向し、機能タンパク質50の作用部位が一律に担体の表面側に提示される状態とすることができる。
そのため、担体30に担持される複数の機能タンパク質50のうち、作用部位が担体30の内側に埋没して特定の物質と相互作用する機能が低下した機能タンパク質50の割合が低下する。
したがって、アフィニティーカラム12に充填されたタンパク質固定化担体1の動的及び静的な結合容量は、改善され、分離効率及び精製効率が優れた分離精製材料及び分離精製装置が提供される。
In the separation and purification device 3 using the protein-immobilized carrier 1 according to this embodiment as a separation and purification material, the functional protein 50 immobilized on the protein-immobilized carrier 1 packed in the affinity column 12 is an amino acid. By being immobilized on the carrier 30 at the N-terminal side of the sequence, each of the functional proteins 50 is oriented in a predetermined direction, and the action site of the functional protein 50 is uniformly presented on the surface side of the carrier. can do.
Therefore, among the plurality of functional proteins 50 carried on the carrier 30, the ratio of the functional proteins 50 in which the function site is buried inside the carrier 30 and the function of interacting with a specific substance is reduced.
Therefore, the dynamic and static binding capacity of the protein-immobilized support 1 packed in the affinity column 12 is improved, and a separation / purification material and a separation / purification apparatus excellent in separation efficiency and purification efficiency are provided.

また、本実施形態に係るタンパク質固定化担体1は、機能タンパク質50として酵素を固定化することにより、固定化酵素担体として用いることができる。
このような本実施形態のタンパク質固定化担体1を利用した固定化酵素担体においては、担体30に固定化される酵素は、アミノ酸配列のN末端側で担体30に固定化されることによって、酵素のそれぞれが所定の方向を向いて配向し、タンパク立体構造を形成するため、酵素の作用部位が一律に担体30の表面側に提示される状態とすることができる。
そのため、担体30に担持される複数の酵素のうち、作用部位が担体の内側に埋没して特定の物質と相互作用する機能が低下した酵素の割合が低下し、固定化酵素担体の容量あたりの酵素反応効率が改善される。
The protein-immobilized carrier 1 according to this embodiment can be used as an immobilized enzyme carrier by immobilizing an enzyme as the functional protein 50.
In such an immobilized enzyme carrier using the protein-immobilized carrier 1 of this embodiment, the enzyme immobilized on the carrier 30 is immobilized on the carrier 30 on the N-terminal side of the amino acid sequence, thereby Since each of these is oriented in a predetermined direction to form a protein three-dimensional structure, the enzyme action site can be uniformly presented on the surface side of the carrier 30.
Therefore, among the plurality of enzymes supported on the carrier 30, the ratio of the enzyme whose functional site is buried inside the carrier and whose function of interacting with a specific substance is reduced is reduced. Enzyme reaction efficiency is improved.

次に、本発明の実施例を示して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Next, examples of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

本実施例では、実施形態に係るタンパク質固定化担体の製造方法に従って、タンパク質固定化担体1を製造し、担体30に固定化された機能タンパク質50と、この機能タンパク質50が特異的に結合する物質との結合の効率が改善されているか否かを確認した。
担体30としては、表面に複数のアミノ基を有する96ウェルプレート(住友ベークライト株式会社製)を用い、機能タンパク質50としては、プロテインAを用いた。
また、タンパク質固定化担体の製造方法としては、固定工程を経た後、連結工程を実施する方法を採用した。
In this example, according to the method for producing a protein-immobilized carrier according to the embodiment, the protein-immobilized carrier 1 is produced, and the functional protein 50 immobilized on the carrier 30 and a substance to which the functional protein 50 specifically binds. It was confirmed whether or not the efficiency of the coupling with was improved.
A 96-well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) having a plurality of amino groups on the surface was used as the carrier 30, and protein A was used as the functional protein 50.
In addition, as a method for producing a protein-immobilized carrier, a method of performing a linking step after an immobilization step was adopted.

はじめに、C末端のカルボキシル基がチオエステル化されたペプチドリンカー40を調製した。調製方法としては、インテインのスプライシングを利用した方法を用いた。
まず、ペプチドリンカー40をコードするDNAをIMPACT(登録商標) Kit(New England BioLabs社製)のベクターpTXB1のマルチクローニングサイトに挿入し、次いで、このpTXB1を大腸菌ER2566株に形質転換した。このベクターは、目的タンパク質のC末端がインテイン及びキチン結合ドメイン(CBD)と結合した融合タンパク質を産生させる発現ベクターである。
pTXB1を導入した大腸菌ER2566株を所定条件の下で培養し、融合ペプチドを産生させた後、得られた融合ペプチドをキチンビーズに結合させた。次いで、チオール化合物(ジチオトレイトール又は2−メルカプトエタンスルホン酸)を添加し、キチンビーズに結合したペプチドリンカー40をスプライシングにより解離させて、C末端がチオエステル化されたペプチドリンカー40を得た。
First, a peptide linker 40 in which the C-terminal carboxyl group was thioesterified was prepared. As a preparation method, a method using intein splicing was used.
First, DNA encoding the peptide linker 40 was inserted into the multi-cloning site of the vector pTXB1 of IMPACT (registered trademark) Kit (manufactured by New England BioLabs), and then this pTXB1 was transformed into E. coli ER2566 strain. This vector is an expression vector that produces a fusion protein in which the C-terminus of the target protein is bound to intein and chitin binding domain (CBD).
E. coli ER2566 strain into which pTXB1 was introduced was cultured under predetermined conditions to produce a fusion peptide, and then the obtained fusion peptide was bound to chitin beads. Subsequently, a thiol compound (dithiothreitol or 2-mercaptoethanesulfonic acid) was added, and the peptide linker 40 bound to the chitin beads was dissociated by splicing to obtain a peptide linker 40 in which the C-terminal was thioesterified.

次に、N末端のアミノ酸残基がシステインからなる機能タンパク質50を調製した。機能タンパク質50として用いるプロテインAは、N末端のアミノ酸がシステインではないタンパク質である。そこで、調製方法としては、N末端がシステインであるポリアミノ酸を付加する方法を用いた。
プロテインAをコードするDNAをIMPACT(登録商標) Kit(New England BioLabs社製)のベクターpTYB21のマルチクローニングサイトに挿入し、次いで、このpTYB21を大腸菌ER2566株に形質転換した。このベクターは、目的タンパク質のN末端がインテイン及びキチン結合ドメイン(CBD)と結合した融合タンパク質を産生させる発現ベクターである。
pTYB21を導入した大腸菌ER2566株を所定条件の下で培養し、融合タンパク質を産生させた後、得られた融合タンパク質をキチンビーズに結合させた。次いで、チオール化合物(ジチオトレイトール又は2−メルカプトエタンスルホン酸)を添加し、キチンビーズに結合した機能タンパク質50スプライシングにより解離させて、N末端のアミノ酸残基がシステインからなる機能タンパク質50を得た。
Next, a functional protein 50 in which the N-terminal amino acid residue was cysteine was prepared. Protein A used as the functional protein 50 is a protein whose N-terminal amino acid is not cysteine. Therefore, as a preparation method, a method of adding a polyamino acid whose N-terminal is cysteine was used.
DNA encoding protein A was inserted into the multicloning site of the vector pTYB21 of IMPACT (registered trademark) Kit (manufactured by New England BioLabs), and this pTYB21 was then transformed into Escherichia coli ER2566. This vector is an expression vector for producing a fusion protein in which the N-terminus of the target protein is bound to intein and chitin binding domain (CBD).
Escherichia coli ER2566 strain into which pTYB21 was introduced was cultured under predetermined conditions to produce a fusion protein, and then the obtained fusion protein was bound to chitin beads. Subsequently, a thiol compound (dithiothreitol or 2-mercaptoethanesulfonic acid) was added and dissociated by splicing functional protein 50 bound to chitin beads to obtain functional protein 50 having an N-terminal amino acid residue consisting of cysteine. .

次に、表面に複数のアミノ基を有する担体30と調製されたペプチドリンカー40のN末端とを結合させた。
まず、炭酸緩衝液に、終濃度が2v/v%となるようにグルタルアルデヒドを添加し、固定溶液を調製した。次いで、得られた固定溶液を96ウェルプレート(住友ベークライト株式会社製)の各ウェルに150μL加え、37℃で2時間に亘り反応させた。
反応後、各ウェルを純水で3回洗浄した後、調製されたペプチドリンカー40を各ウェルに100μL加えて、37℃で2時間に亘り反応させた。
その後、各ウェルをリン酸緩衝液(PBS)で3回洗浄して、担体30に固定されたペプチドリンカー40を得た。
Next, the carrier 30 having a plurality of amino groups on the surface was bonded to the N-terminus of the prepared peptide linker 40.
First, glutaraldehyde was added to the carbonate buffer so that the final concentration was 2 v / v% to prepare a fixing solution. Next, 150 μL of the obtained fixing solution was added to each well of a 96-well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), and reacted at 37 ° C. for 2 hours.
After the reaction, each well was washed three times with pure water, and then 100 μL of the prepared peptide linker 40 was added to each well and reacted at 37 ° C. for 2 hours.
Thereafter, each well was washed three times with a phosphate buffer (PBS) to obtain a peptide linker 40 fixed to the carrier 30.

次に、調製されたペプチドリンカー40のC末端と機能タンパク質50のN末端とをアミド結合させた。
はじめに、次の手順に従って、連結反応バッファーを調製した。
脱イオン水に、リン酸水素ナトリウム1.42gを溶解した後、グアニジン塩酸塩28.7gを溶解し、リン酸水素ナトリウムの終濃度が0.1M、グアニジンの終濃度が6Mとなる、pH6.8〜7.0の50mLの原液を調製した。
次いで、バイアルに、4−メルカプトフェニル酢酸(MPAA)(Sigma-Aldrich社製;Cat. #:653152)42.1gと、トリス(2−カルボキシエチル)ホスフィン塩酸塩(TCEP・HCl)(Sigma-Aldrich社製;Cat. #:C4706)28.7gを投入し、調製した原液を5mL添加して、MPAAの終濃度が50mM、TCEPの終濃度が20mMとなる溶液を調製した。このとき、原液は、孔径0.2μmのシリンジフィルタを用いてろ過しながら添加した。
MPAAとTCEPを添加した溶液は、1Mの塩酸と2Mの水酸化ナトリウムを用いて、pHを7.0付近に調整することによってMPAAを完全に溶解させた後、pH7.1に調整して連結反応バッファーとした。
Next, an amide bond was made between the C-terminus of the prepared peptide linker 40 and the N-terminus of the functional protein 50.
First, a ligation reaction buffer was prepared according to the following procedure.
After dissolving 1.42 g of sodium hydrogen phosphate in deionized water, 28.7 g of guanidine hydrochloride is dissolved, so that the final concentration of sodium hydrogen phosphate is 0.1M and the final concentration of guanidine is 6M, pH 6. A 50 mL stock solution of 8-7.0 was prepared.
Then, 42.1 g of 4-mercaptophenylacetic acid (MPAA) (Sigma-Aldrich; Cat. #: 653152) and tris (2-carboxyethyl) phosphine hydrochloride (TCEP · HCl) (Sigma-Aldrich) were added to the vial. (Cat. #: C4706) 28.7 g was added, and 5 mL of the prepared stock solution was added to prepare a solution having a final concentration of MPAA of 50 mM and a final concentration of TCEP of 20 mM. At this time, the stock solution was added while filtering using a syringe filter having a pore size of 0.2 μm.
The solution to which MPAA and TCEP were added was dissolved in MPAA by adjusting the pH to around 7.0 using 1M hydrochloric acid and 2M sodium hydroxide, and then adjusted to pH 7.1 and linked. The reaction buffer was used.

次に、調製した連結反応バッファーを用いて、ネイティブケミカルライゲーションを行った。
C末端がチオエステル化されたペプチドリンカー40が固定された96ウェルプレートに、N末端がシステインの機能タンパク質50を溶解させた連結バッファーを加え、連結反応を開始した。このとき、連結反応バッファーのpHが7を超えるとペプチドリンカーのチオエステルが加水分解される虞があるため、この溶液のpHは、0.2Mの水酸化ナトリウムを用いて7.0に調整した。
8時間経過した時点で、直ちに1Mのグアニジン塩酸塩水溶液(0.1% TFA)を含むリン酸緩衝液を添加して反応液を希釈し、反応液のpHを4以下に低下させることによって連結反応を停止させた。
反応後、各ウェルをリン酸緩衝液(PBS)で3回洗浄して、実施例に係るタンパク質固定化担体1を得た。
Next, native chemical ligation was performed using the prepared ligation buffer.
A ligation buffer in which a functional protein 50 having an N-terminal cysteine was dissolved was added to a 96-well plate to which the peptide linker 40 having a thioesterified C-terminal was fixed, to initiate a ligation reaction. At this time, since the thioester of the peptide linker may be hydrolyzed when the pH of the ligation buffer exceeds 7, the pH of this solution was adjusted to 7.0 using 0.2 M sodium hydroxide.
Immediately after 8 hours, a phosphate buffer solution containing 1M guanidine hydrochloride aqueous solution (0.1% TFA) was immediately added to dilute the reaction solution, and the reaction solution was reduced by reducing the pH to 4 or less. The reaction was stopped.
After the reaction, each well was washed three times with a phosphate buffer (PBS) to obtain a protein-immobilized carrier 1 according to the example.

また、比較例として、担体30の官能基に直接機能タンパク質50を反応させて固定化する方法を用いてタンパク質固定化担体を製造した。
比較例における担体30としては、実施例と同様に、表面に複数のアミノ基を有する96ウェルプレート(住友ベークライト株式会社製)を用い、機能タンパク質50としては、プロテインAを用いた。
まず、炭酸緩衝液に、終濃度が2v/v%となるようにグルタルアルデヒドを添加し、固定溶液を調製した。次いで、得られた固定溶液を96ウェルプレート(住友ベークライト株式会社製)の各ウェルに150μL加え、37℃で2時間に亘り反応させた。
反応後、各ウェルを純水で3回洗浄した後、機能タンパク質50を各ウェルに100μL加えて、37℃で2時間反応させた。
その後、各ウェルをリン酸緩衝液(PBS)で3回洗浄して、比較例に係るタンパク質固定化担体を得た。
In addition, as a comparative example, a protein-immobilized carrier was produced using a method in which the functional protein 50 was directly reacted with the functional group of the carrier 30 for immobilization.
As the carrier 30 in the comparative example, a 96-well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) having a plurality of amino groups on the surface was used as in the example, and protein A was used as the functional protein 50.
First, glutaraldehyde was added to the carbonate buffer so that the final concentration was 2 v / v% to prepare a fixing solution. Next, 150 μL of the obtained fixing solution was added to each well of a 96-well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), and reacted at 37 ° C. for 2 hours.
After the reaction, each well was washed three times with pure water, and then 100 μL of functional protein 50 was added to each well and reacted at 37 ° C. for 2 hours.
Thereafter, each well was washed three times with a phosphate buffer (PBS) to obtain a protein-immobilized carrier according to a comparative example.

次に、このようにして得られた実施例に係るタンパク質固定化担体1と比較例に係るタンパク質固定化担体について、担体に固定化された機能タンパク質50と、この機能タンパク質50が特異的に結合する特定の物質との相互作用の効率を評価した。
機能タンパク質50であるプロテインAに、特異的に結合させる目的物質60としては、AssayMax Human Tissue-Type Plasminogen Activator ELISA Kit(Cat. No. ET1001-1;フナコシ株式会社製)に付属している、ビオチン化された抗ヒト組織プラスミノーゲンアクチベーター(Tissue-type plasminogen activator;t−PA)抗体(Immunoglobulin G;IgG)を用いた。
Next, regarding the protein-immobilized carrier 1 according to the example obtained in this way and the protein-immobilized carrier according to the comparative example, the functional protein 50 immobilized on the carrier and the functional protein 50 are specifically bound. The efficiency of interaction with certain substances was evaluated.
As a target substance 60 that specifically binds to protein A which is functional protein 50, biotin attached to AssayMax Human Tissue-Type Plasminogen Activator ELISA Kit (Cat. No. ET1001-1; manufactured by Funakoshi Co., Ltd.) Anti-human tissue plasminogen activator (t-PA) antibody (Immunoglobulin G; IgG) was used.

実施例に係るタンパク質固定化担体1と比較例に係るタンパク質固定化担体における結合効率の測定は、次の手順に従いそれぞれ行った。
はじめに、機能タンパク質50が固定化された96ウェルプレートの各ウェルに5%のスキムミルク溶液を加えて、抗体が非特異的に結合しないようブロッキングを行った。次いで、前記したELISA Kitに付属している洗浄バッファーを各ウェルあたり150μL添加して3回に亘って洗浄した。
The measurement of the binding efficiency in the protein-immobilized carrier 1 according to the example and the protein-immobilized carrier according to the comparative example was performed according to the following procedure.
First, a 5% skim milk solution was added to each well of a 96-well plate on which the functional protein 50 was immobilized to block the antibody from nonspecific binding. Subsequently, 150 μL of the washing buffer attached to the above-mentioned ELISA Kit was added to each well and washed three times.

次に、20μg/mLの濃度に調整したビオチン化された抗体を、各ウェルあたり50μLずつ添加して、37℃で2時間に亘って反応させ、抗体をプロテインAに結合させた。このとき、それぞれビオチン化された抗体が1倍量から1/30000倍量まで希釈された計7種類の希釈系列を調製して、それぞれプロテインAと反応させた。次いで、前記したELISA Kitに付属している洗浄バッファーを各ウェルあたり200μL添加して3回に亘って洗浄し、結合していない抗体を除去した。   Next, 50 μL of a biotinylated antibody adjusted to a concentration of 20 μg / mL was added to each well and reacted at 37 ° C. for 2 hours to bind the antibody to protein A. At this time, a total of 7 types of dilution series were prepared in which each biotinylated antibody was diluted from 1-fold to 1 / 30000-fold, and each was reacted with protein A. Subsequently, 200 μL of the washing buffer attached to the ELISA Kit was added to each well and washed three times to remove unbound antibodies.

続いて、各ウェルにストレプトアビジン標識ぺルオキシダーゼを50μL添加し、37℃で1時間に亘って反応させて、プロテインAに結合した抗体をぺルオキシダーゼで標識した。次いで、前記したELISA Kitに付属している洗浄バッファーを各ウェルあたり200μL添加して3回に亘って洗浄した。   Subsequently, 50 μL of streptavidin-labeled peroxidase was added to each well and reacted at 37 ° C. for 1 hour to label the antibody bound to protein A with peroxidase. Subsequently, 200 μL of the washing buffer attached to the above ELISA Kit was added to each well and washed three times.

得られた96ウェルプレートの各ウェルにぺルオキシダーゼの基質を添加して発色させた後、塩酸を添加して反応を停止し、速やかに抗体とプロテインAの結合の効率を確認した。
結合の効率は、96ウェルプレートの各ウェルの吸光度を、マイクロプレートリーダーを用いて確認し、検出波長としては、波長480nmを用いた。その結果を図9に示す。
A peroxidase substrate was added to each well of the obtained 96-well plate for color development, hydrochloric acid was added to stop the reaction, and the efficiency of antibody-protein A binding was quickly confirmed.
The binding efficiency was confirmed by confirming the absorbance of each well of a 96-well plate using a microplate reader, and a wavelength of 480 nm was used as a detection wavelength. The result is shown in FIG.

図9は、実施例に係るタンパク質固定化担体の目的物質に対する結合の効率を示す図である。
図9において、横軸は、タンパク質固定化担体によって分離精製される目的物質(抗体)の濃度を表し、縦軸は、抗体に結合したぺルオキシダーゼが基質と反応した反応液の480nmにおける吸光度を表している。また、●のプロット及び実線は、実施例に係るタンパク質固定化担体による結果、○のプロット及び破線は、比較例に係るタンパク質固定化担体による結果を示している。
図9に示されるように、実施例に係るタンパク質固定化担体1では、比較例に係るタンパク質固定化担体に対して吸光度の上昇が確認された。すなわち、実施例に係るタンパク質固定化担体1に担持される複数のプロテインAは、比較例に係るタンパク質固定化担体の場合と比較して、より高い効率で抗体と相互作用することができ、実施例に係るタンパク質固定化担体1は、目的物質60との結合効率が飛躍的に向上した分離精製材料として機能することが確認された。
したがって、実施例に係るタンパク質固定化担体1のように、機能タンパク質50が所定の方向に配向して担持されたタンパク質固定化担体においては、担体30に固定化された機能タンパク質50と、この機能タンパク質50が特異的に結合する特定の物質との結合の効率が改善されることが認められた。
FIG. 9 is a graph showing the efficiency of binding of the protein-immobilized carrier according to the example to the target substance.
In FIG. 9, the horizontal axis represents the concentration of the target substance (antibody) to be separated and purified by the protein-immobilized carrier, and the vertical axis represents the absorbance at 480 nm of the reaction solution in which peroxidase bound to the antibody reacted with the substrate. Represents. Moreover, the ● plot and solid line show the results with the protein-immobilized carrier according to the example, and the ◯ plot and broken line show the results with the protein-immobilized carrier according to the comparative example.
As shown in FIG. 9, in the protein-immobilized carrier 1 according to the example, an increase in absorbance was confirmed with respect to the protein-immobilized carrier according to the comparative example. That is, the plurality of proteins A carried on the protein-immobilized carrier 1 according to the example can interact with the antibody with higher efficiency as compared with the case of the protein-immobilized carrier according to the comparative example. It was confirmed that the protein-immobilized carrier 1 according to the example functions as a separation and purification material in which the binding efficiency with the target substance 60 is dramatically improved.
Therefore, in the protein-immobilized carrier in which the functional protein 50 is supported by being oriented in a predetermined direction like the protein-immobilized carrier 1 according to the embodiment, the functional protein 50 immobilized on the carrier 30 and the function It has been observed that the efficiency of binding with specific substances to which protein 50 specifically binds is improved.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.

1 タンパク質固定化担体
3 分離精製装置
11 培養液受けタンク
12 アフィニティーカラム
13 溶離液タンク
14 平衡化液タンク
15 画分タンク
16 ドレン
17 フィルタ
18 溶出液受けタンク
30 担体
40 ペプチドリンカー
50 機能タンパク質
60 目的物質
70 水溶性カルボジイミド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protein immobilization support | carrier 3 Separation | purification apparatus 11 Culture solution receiving tank 12 Affinity column 13 Eluent tank 14 Equilibration liquid tank 15 Fraction tank 16 Drain 17 Filter 18 Eluate receiving tank 30 Carrier 40 Peptide linker 50 Functional protein 60 Target substance 70 Water-soluble carbodiimide

Claims (6)

N末端のアミノ酸残基が、システイン残基、グリシン残基又はアラニン残基を有してなり、且つ特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質と、
アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、メチオニン、グリシン、トレオニン、ヒスチジン及びシステインからなる群から選ばれる1種又は複数種のアミノ酸が連結してなるペプチドリンカーと、
前記機能タンパク質を前記ペプチドリンカーを介して担持する担体と、
を有してなり、
前記担体と前記ペプチドリンカーのN末端とが共有結合し、
前記ペプチドリンカーのC末端と前記機能タンパク質のN末端とがアミド結合し
ていることを特徴とするタンパク質固定化担体。
A functional protein in which the N-terminal amino acid residue has a cysteine residue, a glycine residue or an alanine residue and has a function of specifically binding to a specific substance;
A peptide linker formed by linking one or more amino acids selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, methionine, glycine, threonine, histidine and cysteine;
A carrier carrying the functional protein via the peptide linker;
Having
The carrier and the N-terminus of the peptide linker are covalently bonded;
A protein-immobilized carrier, wherein the C-terminus of the peptide linker and the N-terminus of the functional protein are amide-bonded.
前記ペプチドリンカーは、3個以上200個以下のアミノ酸残基が連結した長さを有することを特徴とする請求項1に記載のタンパク質固定化担体。   2. The protein-immobilized carrier according to claim 1, wherein the peptide linker has a length in which 3 to 200 amino acid residues are linked. N末端のアミノ酸残基が、チオール基を含む脱離性の修飾基が結合したアミノ酸又はシステインを有してなり、且つ特定の物質に対して特異的に結合する機能を有する機能タンパク質、並びに、
アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、メチオニン、グリシン、トレオニン、ヒスチジン及びシステインからなる群から選ばれる1種又は複数種のアミノ酸が連結してなり、且つC末端のカルボキシル基がチオエステル化されたペプチドリンカーを調製する工程と、
表面に複数のカルボキシル基又はアミノ基を有する担体に調製された前記ペプチドリンカーのN末端を共有結合させて固定する工程と、
調製された前記ペプチドリンカーのC末端に前記機能タンパク質のN末端をアミド結合させて連結する工程と、
を含むことを特徴とするタンパク質固定化担体の製造方法。
A functional protein in which the N-terminal amino acid residue has an amino acid or cysteine to which a detachable modifying group containing a thiol group is bonded, and has a function of specifically binding to a specific substance; and
One or more amino acids selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, methionine, glycine, threonine, histidine and cysteine are linked, and the C-terminal carboxyl group Preparing a peptide linker in which is thioesterified;
A step of covalently bonding and fixing the N-terminus of the peptide linker prepared on a carrier having a plurality of carboxyl groups or amino groups on the surface;
Linking the N-terminus of the functional protein with an amide bond to the C-terminus of the prepared peptide linker;
A method for producing a protein-immobilized carrier comprising the steps of:
前記担体は、表面に複数のカルボキシル基を有し、
前記固定する工程における共有結合は、カルボジイミド化合物によって形成されることを特徴とする請求項3に記載のタンパク質固定化担体の製造方法。
The carrier has a plurality of carboxyl groups on the surface,
The method for producing a protein-immobilized carrier according to claim 3, wherein the covalent bond in the fixing step is formed by a carbodiimide compound.
前記連結する工程におけるアミド結合は、ネイティブケミカルライゲーション法によって形成されることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のタンパク質固定化担体の製造方法。   The method for producing a protein-immobilized carrier according to claim 3 or 4, wherein the amide bond in the linking step is formed by a native chemical ligation method. 前記連結する工程の後、さらに、前記機能タンパク質のN末端のアミノ酸残基が有するチオール基を脱硫する工程を含むことを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれか1項に記載のタンパク質固定化担体の製造方法。   The protein according to any one of claims 3 to 5, further comprising a step of desulfurizing a thiol group of an N-terminal amino acid residue of the functional protein after the linking step. A method for producing an immobilization carrier.
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