JP2015227806A - High sensitivity detection method of target molecule using magnetic material gel bead, and detection kit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection method capable of detecting a target molecule in a short time with high detection sensitivity, and a detection kit used for detecting the target molecule.SOLUTION: A high sensitivity detection method for a target molecule includes: a binding step of binding a magnetic material gel bead in which a peptide aptamer is fixed in a buffer, with a target molecule specifically bound with the peptide aptamer; an aggregation step of aggregating in the buffer the magnetic material gel bead bound with the target molecule; and a detection step of detecting the target molecule bound with the aggregated gel bead. A detection kit used in the detection method is also provided.

Description

本発明は、磁性体ゲルビーズを用いた標的分子の高感度検出方法及び検出用キットに関する。特に、温度感応性磁性体ゲルビーズを用いた上記検出方法及び検出用キットに関する。   The present invention relates to a highly sensitive detection method and a detection kit for a target molecule using magnetic gel beads. In particular, the present invention relates to the detection method and detection kit using temperature-sensitive magnetic gel beads.

種々の疾病を適切に診断し、効果的な治療を行うためには、疾病のマーカーとなるタンパク質その他の生体分子の検出が、非常に重要である。こうした生体分子の検出については、従来、検出対象である生体分子(以下、「標的分子」という。)と特異的に結合し得る分子を使用して、これら2つの分子間の相互作用に基づいて検出する方法が、広く用いられてきた。   In order to appropriately diagnose various diseases and perform effective treatment, detection of proteins and other biomolecules serving as disease markers is very important. Regarding detection of such biomolecules, conventionally, a molecule that can specifically bind to a biomolecule to be detected (hereinafter referred to as “target molecule”) is used and based on the interaction between these two molecules. Detection methods have been widely used.

標的分子である抗原と、このような抗原と特異的に結合する抗体とを使用した、従来のタンパク質の検出法は、簡易な検出方法と研究や臨床検査に用いられる高感度の検出方法の2つに大別され(図1参照)、簡易な検出方法としては、免疫比濁法(以下、「従来技術1」という。)やイムノクロマトグラフィー法(以下、「従来技術2」という。)等を挙げることができる。また、高感度の検出方法としては、ELISA法(以下、「従来技術3」という。)、間接蛍光抗体法(以下、「従来技術4」という。)、ラテックス凝集法(以下、「従来技術5」という。)等を挙げることができる。   Conventional protein detection methods using an antigen as a target molecule and an antibody that specifically binds to such an antigen are simple detection methods and high-sensitivity detection methods used in research and clinical tests. As a simple detection method, an immunoturbidimetric method (hereinafter referred to as “Prior Art 1”), an immunochromatography method (hereinafter referred to as “Prior Art 2”), and the like are roughly classified. Can be mentioned. As a highly sensitive detection method, ELISA method (hereinafter referred to as “Prior Art 3”), indirect fluorescent antibody method (hereinafter referred to as “Prior Art 4”), latex agglutination method (hereinafter referred to as “Prior Art 5”). And the like.

従来のタンパク質検出方法のうち、簡易な検出方法に分類される免疫比濁法は、抗原に抗体を反応させて免疫複合体(沈降物)を形成させ、この凝集塊に光を照射して、吸光度を自動分析器で計測することによって、検体に含まれる抗原量を測定するという方法である。また、イムノクロマトグラフィー法は、抗原抗体反応を利用した、迅速検査手法の一つであり、主として、細菌やウイルスなどの病原体の検出に用いられている。最近では、セルロース膜の毛細管現象を利用して、この膜上に担持させた標識抗体と検体中抗原とを反応させ、ここで形成された免疫複合体をキャプチャー抗体にトラップし、呈色させ、目視判定するという製品も市販されている。   Among conventional protein detection methods, the immunoturbidimetric method, which is classified as a simple detection method, forms an immune complex (precipitate) by reacting an antibody with an antigen, and irradiates this aggregate with light. In this method, the amount of antigen contained in the specimen is measured by measuring the absorbance with an automatic analyzer. The immunochromatography method is one of rapid test methods using an antigen-antibody reaction, and is mainly used for detecting pathogens such as bacteria and viruses. Recently, utilizing the capillary phenomenon of the cellulose membrane, the labeled antibody supported on this membrane reacts with the antigen in the sample, and the immune complex formed here is trapped in the capture antibody and colored, A product that is visually judged is also commercially available.

また、高感度の検出方法に分類されるELISA法は、抗原抗体反応を利用した方法であり、一次抗体又は二次抗体を、アルカリホスファターゼ等の酵素で標識し、酵素反応産物の量を発色により調べることで抗原量を提供する。すなわち、抗体を固相化した容器中に試料検体と酵素標識抗原とを添加し、抗原・抗体反応をさせる。洗浄により試料検体を除去した後に、酵素基質を加えて発色させ、吸光度を測定して検体中の抗原量を測定するという方法である。   The ELISA method classified as a highly sensitive detection method is a method using an antigen-antibody reaction, in which a primary antibody or a secondary antibody is labeled with an enzyme such as alkaline phosphatase, and the amount of the enzyme reaction product is colored. Examining provides the amount of antigen. That is, a sample specimen and an enzyme-labeled antigen are added to a container in which an antibody is immobilized, and an antigen / antibody reaction is caused. In this method, after removing a sample specimen by washing, an enzyme substrate is added to develop color, and the absorbance is measured to measure the amount of antigen in the specimen.

同様に、間接蛍光抗体法は、まず未標識の一次抗体を目的分子に結合させ、その後、一次抗体と反応する蛍光標識された二次抗体を作用させ、蛍光を検出するという手法である。ラテックス凝集法は、抗体(抗原)をラテックス粒子に固相化し、抗原(抗体)存在下でラテックス粒子を凝集させ、この凝集を観察することで、抗原(抗体)を検出する方法である。
ラテックス凝集法は、抗体をラテックス粒子に固定化しておき、抗原の存在下にラテックス粒子を凝集させるという手法である。抗原が存在しない場合には凝集は起こらないため、凝集の有無を観察することによって抗原の存在を確認することができる。
Similarly, the indirect fluorescent antibody method is a technique in which an unlabeled primary antibody is first bound to a target molecule, and then a fluorescently labeled secondary antibody that reacts with the primary antibody is allowed to act to detect fluorescence. The latex agglutination method is a method of detecting an antigen (antibody) by immobilizing an antibody (antigen) on latex particles, aggregating latex particles in the presence of the antigen (antibody), and observing the aggregation.
The latex agglutination method is a technique in which antibodies are immobilized on latex particles and latex particles are aggregated in the presence of an antigen. Aggregation does not occur in the absence of the antigen, so the presence of the antigen can be confirmed by observing the presence or absence of aggregation.

こうした検出方法では、通常、抗体を磁性体ビーズ上に固定しておき、抗原を含む試料と反応させて検出を行う。磁性体ビーズは磁石によって簡便かつ迅速に溶液から分離することができ、取扱いが容易であるため、ライフサイエンスの分野で広く使用され、種々のポリマーでコートされた磁性体ビーズが市販されている。   In such a detection method, detection is usually performed by immobilizing an antibody on a magnetic bead and reacting with a sample containing an antigen. Since magnetic beads can be easily and quickly separated from a solution by a magnet and are easy to handle, they are widely used in the field of life science, and magnetic beads coated with various polymers are commercially available.

ところで、生体サンプル中には、標的分子の他に種々のタンパク質が含まれており、また、標的分子の濃度も低いことが多いため、免疫診断では、検出感度を上げる必要があり、検討が行われてきた。より多くの抗体を固定することができれば検出感度を上げることができるため、より表面積の大きな担体を使用することになる。一方で、磁性体ビーズの粒径が数百nm以下になると、磁性体ビーズの磁力が低下すること、及び水中で水分子によるブラウン運動の影響を強く受けることになるため、磁石による磁性ビーズの分離が難しくなる。このため、免疫診断では、磁石による分離が可能な磁性体ビーズとしては、粒径が数μmの磁性体ビーズが多用されている。   By the way, biological samples contain various proteins in addition to the target molecule, and the concentration of the target molecule is often low. I have been. If more antibodies can be immobilized, the detection sensitivity can be increased, and therefore a carrier having a larger surface area is used. On the other hand, when the particle size of the magnetic beads becomes several hundred nm or less, the magnetic force of the magnetic beads decreases, and it is strongly influenced by Brownian motion due to water molecules in water. Separation becomes difficult. For this reason, in magnetic diagnosis, magnetic beads having a particle size of several μm are frequently used as magnetic beads that can be separated by a magnet.

こうした点についての改良が進められ、ポリ-N-イソプロピルアクリルアミドを磁性体ナノ粒子の表層に固定化した磁性体粒子が開発された。ポリ-N-イソプロピルアクリルアミドは、熱応答性高分子の一種であり、水溶液中で下限臨界溶液温度(LCST)を示す。この磁性体ナノ粒子は、水温を上げると凝集し、下げると再分散するという性質を有する(図2参照)。そして、この磁性体ナノ粒子を用いたサンドイッチELISA法が提案されている(非特許文献1参照、以下「従来技術6」という。図4参照)。   Improvements have been made in this regard, and magnetic particles with poly-N-isopropylacrylamide immobilized on the surface of magnetic nanoparticles have been developed. Poly-N-isopropylacrylamide is a kind of thermoresponsive polymer and exhibits a lower critical solution temperature (LCST) in an aqueous solution. These magnetic nanoparticles have a property of aggregating when the water temperature is raised and redispersing when the water temperature is lowered (see FIG. 2). A sandwich ELISA method using the magnetic nanoparticles has been proposed (see Non-Patent Document 1, hereinafter referred to as “Prior Art 6”, see FIG. 4).

Analytical Chem. 2011, 83, 9197-9200Analytical Chem. 2011, 83, 9197-9200

上述した簡易な検出方法の場合、数時間以内という比較的短時間のうちに、数百μg/mL〜数百mg/mLという検出感度で標的物質を検出することができるが、偽陽性や偽陰性もあり、信頼性もさほど高くはないという問題がある。
上述した高感度の検出方法の場合、簡易な検出方法に比べれば数百ng/mLから数百μg/mLと検出感度は高いが、絶対的な検出感度は高いとはいえないという問題がある。また、検出に要する時間が数時間以上、場合によっては12時間以上と長いという問題点もある(図1参照)。
In the case of the simple detection method described above, the target substance can be detected with a detection sensitivity of several hundred μg / mL to several hundred mg / mL within a relatively short time of several hours. There is also a problem that there is a negative and the reliability is not so high.
In the case of the high-sensitivity detection method described above, the detection sensitivity is high from several hundred ng / mL to several hundred μg / mL compared to the simple detection method, but the absolute detection sensitivity is not high. . There is also a problem that the time required for detection is as long as several hours or longer and in some cases as long as 12 hours or longer (see FIG. 1).

さらに、以上のような従来の方法では、抗体が使用されているが、ここで使用する抗体は、精製されたものでなければならず、抗体の精製には、多大な時間と複雑で煩雑な操作が必要となる。簡単に説明すると以下の通りとなる。マウスに抗原を投与する場合を例に挙げると、まず、マウスに抗原を投与し、所定の期間の経過後に採血を行い、マウスの血液中からB細胞を取り出す。次いで、あらかじめ培養しておいたミエローマ細胞と、このB細胞とを試験管内で所定の方法で融合させてハイブリドーマを作製し、このハイブリドーマを培養して、培養上清中にモノクローナル抗体を産生させる。そして、培養上清中のモノクローナル抗体を精製する。
また、サンドイッチアッセイの場合には、複数のエピトープを認識する抗体が必要となり、抗体の入手にさらに時間がかかるという問題がある(図3参照)。
Furthermore, in the conventional method as described above, an antibody is used. However, the antibody used here must be purified, and the purification of the antibody requires a lot of time and complexity. Operation is required. The following is a brief description. For example, when an antigen is administered to a mouse, the antigen is first administered to the mouse, blood is collected after a predetermined period of time, and B cells are removed from the mouse blood. Next, the myeloma cells cultured in advance and this B cell are fused in a predetermined manner in a test tube to prepare a hybridoma. The hybridoma is cultured, and a monoclonal antibody is produced in the culture supernatant. Then, the monoclonal antibody in the culture supernatant is purified.
In the case of the sandwich assay, an antibody that recognizes a plurality of epitopes is required, and there is a problem that it takes much time to obtain the antibody (see FIG. 3).

このようにして得られた抗体の分子量は150KDa程度とかなり大きいため、精製にも手間がかかり、また、他の部分に影響を与えないように抗体の一部を化学的に修飾することも難しい。このため、近年では、検出用分子として、抗体に代えて、標的分子と特異的に結合し得るアプタマーが用いられるようになってきている。アプタマーは、抗体に比べると約10KDa以下と分子量も小さく、一本鎖の核酸であることから、必要に応じて、核酸合成装置等を用いて合成することもできる。しかし、自動合成したアプタマーを使用した場合には、多様性に欠けるという問題点がある。   Since the molecular weight of the antibody thus obtained is as large as about 150 KDa, purification takes time and it is difficult to chemically modify a part of the antibody so as not to affect other parts. . Therefore, in recent years, aptamers capable of specifically binding to target molecules have been used as detection molecules instead of antibodies. Aptamers have a molecular weight of about 10 KDa or less compared to antibodies and are single-stranded nucleic acids. Therefore, aptamers can be synthesized using a nucleic acid synthesizer or the like as necessary. However, when an automatically synthesized aptamer is used, there is a problem of lack of diversity.

一方で、耐性菌の出現や、新興感染症の増加など、種々の感染症は減少しているとはいえず、迅速、簡易かつ高感度の検出法に対する強い社会的要請がある(図1参照)。   On the other hand, various infectious diseases such as the emergence of resistant bacteria and the increase of emerging infectious diseases are not decreasing, and there is a strong social demand for a rapid, simple and highly sensitive detection method (see FIG. 1). ).

こうした状況の下で、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねて本願発明を完成したものである。
すなわち、本発明の第1の態様は、バッファー中でペプチドアプタマーが固定された磁性体ゲルビーズと、前記ペプチドアプタマーと特異的に結合する標的分子とを結合させる結合工程と;前記標的分子と結合した磁性体ゲルビーズをバッファー中で凝集させる凝集工程と;前記凝集したゲルビーズと結合した標的分子を検出する検出工程と;を備えることを特徴とする、標的分子の高感度検出方法である。
Under such circumstances, the inventors of the present invention have completed the present invention through extensive research.
That is, the first aspect of the present invention includes a binding step of binding a magnetic gel bead having a peptide aptamer immobilized in a buffer and a target molecule that specifically binds to the peptide aptamer; A target molecule high-sensitivity detection method comprising: an aggregation step of aggregating magnetic substance gel beads in a buffer; and a detection step of detecting a target molecule bound to the aggregated gel beads.

ここで、前記標的分子の濃度は60nM〜1.25μMであることが好ましく、前記磁性体ゲルビーズは、温度感応性であることが好ましい。また、前記磁性体ゲルビーズには、ペプチドアプタマーを固定するための固定用分子が固定されていることが好ましく、前記固定用分子は、ストレプトアビジン、アミノ基、及びカルボキシル基からなる群から選ばれるものであることが好ましい。   Here, the concentration of the target molecule is preferably 60 nM to 1.25 μM, and the magnetic gel beads are preferably temperature sensitive. Moreover, it is preferable that an immobilization molecule for immobilizing a peptide aptamer is immobilized on the magnetic gel beads, and the immobilization molecule is selected from the group consisting of streptavidin, an amino group, and a carboxyl group It is preferable that

前記ペプチドアプタマーは、8個以上150個以下のアミノ酸で構成されていることが好ましく、10個以上30個以下のアミノ酸で構成されていることがさらに好ましい。また、前記凝集は、温度が18〜28℃の範囲で行われることが好ましく、20〜27℃の範囲で行われることがさらに好ましい。さらにまた、前記凝集は、塩濃度が100〜500mMの範囲で行われることが好ましく、300〜500mMの範囲で行われることがさらに好ましい。   The peptide aptamer is preferably composed of 8 or more and 150 or less amino acids, more preferably 10 or more and 30 or less amino acids. The agglomeration is preferably performed at a temperature in the range of 18 to 28 ° C, more preferably in the range of 20 to 27 ° C. Furthermore, the aggregation is preferably performed in a salt concentration range of 100 to 500 mM, and more preferably in a range of 300 to 500 mM.

本発明の第2の態様は、標的分子と結合するペプチドアプタマー作製用のリンカー調製剤と;前記ペプチドアプタマーを精製するための精製用磁性ビーズと、ビオチン化試薬と、酵素と;前記精製されたペプチドアプタマーを、固定用分子が固定された磁性体ゲルビーズと結合させるための結合用試薬と;前記結合されたペプチドアプタマーを固定するための固定用分子が固定された磁性体ゲルビーズと;を備えることを特徴とする、標的分子の高感度検出用キットである。
ここで、前記リンカー調製剤は、ペプチド提示分子が結合された一方の端部と;ペプチドアプタマーの塩基配列と対応する配列のmRNAが主鎖として結合される他方の端部と;前記他方の端部近傍に位置する固相結合分子と;を有するペプチド鎖を含むものであることが好ましい。
A second aspect of the present invention is a linker preparation agent for preparing a peptide aptamer that binds to a target molecule; a magnetic bead for purification for purifying the peptide aptamer; a biotinylation reagent; and an enzyme; A binding reagent for binding a peptide aptamer to a magnetic gel bead having an immobilizing molecule immobilized thereon; and a magnetic gel bead having an immobilizing molecule immobilized to immobilize the bound peptide aptamer. This is a highly sensitive detection kit for target molecules.
Here, the linker preparation agent comprises: one end to which a peptide-presenting molecule is bound; the other end to which mRNA having a sequence corresponding to the base sequence of the peptide aptamer is bound as a main chain; and the other end And a peptide chain having a solid phase binding molecule located in the vicinity of the part.

また、前記ペプチド提示分子はピューロマイシンであり、前記固相結合分子がビオチンであることが好ましく、前記酵素は、RNase T1、Endonuclease V、及びPvuIIからなる群から選ばれるものであることが好ましい。前記標的分子の濃度は、0.1nM〜1mMであることが好ましい。   The peptide-presenting molecule is preferably puromycin, the solid-phase binding molecule is preferably biotin, and the enzyme is preferably selected from the group consisting of RNase T1, Endonuclease V, and PvuII. The concentration of the target molecule is preferably 0.1 nM to 1 mM.

本発明によれば、標的分子の検出感度が数十ng/mL〜数十μg/mLと高く、かつ検出に要する時間が十数分〜3時間程度と短い、高感度検出が可能となる。また、このような高感度かつ迅速な検出を可能とする検出用キットを提供することができる。   According to the present invention, high-sensitivity detection is possible in which the detection sensitivity of a target molecule is as high as several tens of ng / mL to several tens of μg / mL, and the time required for detection is as short as about 10 minutes to 3 hours. In addition, a detection kit that enables such highly sensitive and rapid detection can be provided.

図1は、従来の検出方法と本発明の検出方法との差異を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the difference between a conventional detection method and the detection method of the present invention. 図2は、熱応答性ポリマーで被覆された磁性ナノ粒子(磁性ゲルビーズ)の分散状態と凝集状態とを示す模式図である。図中、LCSTは、下限臨界溶液温度を示す略号である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a dispersion state and an aggregation state of magnetic nanoparticles (magnetic gel beads) coated with a thermoresponsive polymer. In the figure, LCST is an abbreviation that indicates the lower critical solution temperature. 図3は、ビオチンに結合しているβ抗体と、PAAc(ポリアクリル酸)と結合しているα抗体とで、抗原(標的分子)をサンドイッチし、形成された抗原抗体複合体と、表面にストレプトアビジンが固定された前記磁性体ゲルビーズとをインキュベートする、サンドイッチアッセイを模式的に示す図である。FIG. 3 shows an antigen-antibody complex formed by sandwiching an antigen (target molecule) between a β antibody bound to biotin and an α antibody bound to PAAc (polyacrylic acid). It is a figure which shows typically the sandwich assay which incubates with the said magnetic body gel bead which fixed the streptavidin. 図4Aは、抗原抗体複合体が磁性体ゲルビーズ表面に結合された状態を模式的に示す図であえる。FIG. 4A is a diagram schematically showing a state in which the antigen-antibody complex is bound to the surface of the magnetic gel beads. 図4Bは、標的分子が存在せず、粒子同士が凝集した状態を模式的に示す図である。FIG. 4B is a diagram schematically showing a state in which the target molecules are not present and the particles are aggregated. 図5は、LCSTが22℃未満のときに、チューブ内で分散状態にある磁性体ゲルビーズと、22℃以上で凝集状態にある磁性体ゲルビーズとを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing magnetic gel beads in a dispersed state in a tube when the LCST is lower than 22 ° C., and magnetic gel beads in an aggregated state at 22 ° C. or higher. 図6は、磁性体ゲルビーズ表面にペプチドアプタマーを固定し、IL-6R(標的分子)を加えていない場合のビーズの状態(左の写真)、IL-6Rを加えた場合のビーズの状態(右の写真)、及びそれぞれの場合のゲルビーズの状態を示す模式図とを合わせて示す図である。Fig. 6 shows the state of the beads when the peptide aptamer is immobilized on the surface of the magnetic gel beads and IL-6R (target molecule) is not added (left photo), and the state of the beads when IL-6R is added (right) And a schematic diagram showing the state of the gel beads in each case. 図7Aは、磁性体ゲルビーズ表面にペプチドアプタマーが結合された場合と、抗体が決された場合とを模式的に示す図である。FIG. 7A is a diagram schematically showing a case where a peptide aptamer is bound to the surface of a magnetic gel bead and a case where an antibody is determined. 図7Bは、磁性体ゲルビーズ表面にペプチドアプタマーが結合された場合を模式的に示す拡大図である。FIG. 7B is an enlarged view schematically showing a case where a peptide aptamer is bound to the surface of a magnetic gel bead.

以下に、本発明を、図5〜7を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
図7に示すように、本発明は、(a)バッファー中でペプチドアプタマーが固定された磁性体ゲルビーズと、前記ペプチドアプタマーと特異的に結合する標的分子とを結合させる結合工程と;(b)前記標的分子と結合した磁性体ゲルビーズをバッファー中で凝集させる凝集工程と;(c)前記凝集したゲルビーズと結合した標的分子を検出する検出工程と;を備えることを特徴とする、標的分子の高感度検出方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7, the present invention comprises (a) a binding step of binding a magnetic gel bead having a peptide aptamer immobilized in a buffer and a target molecule that specifically binds to the peptide aptamer; (b) An aggregation step of aggregating the magnetic substance gel beads bound to the target molecule in a buffer; and (c) a detection step of detecting the target molecule bound to the aggregated gel beads. This is a sensitivity detection method.

(1)ペプチドアプタマー
本明細書中、「ペプチドアプタマー」とは、特定の物質と特異的に結合する核酸分子であり、タンパク質や細胞の機能を変化させるものをいう。ペプチドアプタマーが結合する「特定の物質」には、増殖因子、酵素、受容体、ウイルスタンパク質その他の種々のタンパク質、各種金属イオンなどが含まれる。ペプチドアプタマーは、核酸合成装置などで合成することもでき、cDNAディスプレイ法等で作成することもできる。cDNAディスプレイ法で作成する場合には、後述するmRNA/cDNA-タンパク質連結体作製用リンカーを使用する。
(1) Peptide aptamer In the present specification, a “peptide aptamer” refers to a nucleic acid molecule that specifically binds to a specific substance and changes the function of a protein or cell. “Specific substances” to which peptide aptamers bind include growth factors, enzymes, receptors, viral proteins and other various proteins, various metal ions, and the like. Peptide aptamers can be synthesized with a nucleic acid synthesizer or the like, or can be prepared by a cDNA display method or the like. When the cDNA display method is used, a linker for preparing mRNA / cDNA-protein conjugate described later is used.

(2)ペプチドアプタマー生成用リンカーの作製
本明細書において、「リンカー」とは、cDNAディスプレイ法において用いられる、mRNA−リンカー連結体、mRNA−リンカー−タンパク質連結体、mRNA/cDNA−リンカー−タンパク質連結体(以下、この連結体を「IVV」ということがある)、及びcDNA−リンカー−タンパク質連結体からなる群から選ばれるいずれかの連結体を生成する際に使用するリンカーのことをいう。
(2) Preparation of Linker for Peptide Aptamer Generation In this specification, “linker” refers to mRNA-linker conjugate, mRNA-linker-protein conjugate, mRNA / cDNA-linker-protein linkage used in the cDNA display method. (Hereinafter, this conjugate may be referred to as “IVV”) and a linker used for producing any one of conjugates selected from the group consisting of cDNA-linker-protein conjugates.

前記リンカーは、(L1)固相との結合を形成する分子を有している固相結合部位(BB)と;(L2)前記固相結合部位を挟むように位置し、DNA修復酵素で切断される損傷DNAを含む、前記固相から切り離すための2以上の切断部位(C1及びC2)と;(L3)前記リンカーの5’末端側に位置し、RNAリガーゼが認識し得るmRNA連結部位(MB)と;(L4)前記リンカーの3’末端側近傍に位置する側鎖結合部位(SB)と;(L5)前記リンカーの3’末端側に位置し、前記リンカー上で逆転写が行われる場合に逆転写用のプライマーとして機能するプライマー領域(PR)と、を備える主鎖と;(L6)前記側鎖連結部位(SB)に連結される側鎖とを有する。   The linker is (L1) a solid phase binding site (BB) having a molecule that forms a bond with a solid phase; (L2) is located so as to sandwich the solid phase binding site, and is cleaved with a DNA repair enzyme Two or more cleavage sites (C1 and C2) for cleaving from the solid phase containing the damaged DNA, and (L3) an mRNA ligation site that is located on the 5 ′ end side of the linker and can be recognized by RNA ligase ( (MB); (L4) a side chain binding site (SB) located near the 3 ′ end of the linker; (L5) located at the 3 ′ end of the linker, and reverse transcription is performed on the linker A primer region (PR) that functions as a primer for reverse transcription in some cases; and (L6) a side chain linked to the side chain linking site (SB).

前記リンカーは、主としてDNAで構成されるが、デオキシイノシン、ビオチン修飾デオキシチミン、Fluorescein修飾デオキシチミン等のDNAアナログを含んでいてもよく、全体として、柔軟性と親水性とを有するように、設計することが好ましい。また、「固相合成」とは、ビーズ、反応容器の側壁、底面その他の固相表面に、本願発明のリンカーを直接的又は間接的に固定して行う合成反応をいう。
また、本明細書中において、「所定のmRNA」には、遺伝子をコードする配列、又は連結体形成、翻訳反応促進に必要な配列、あるいはその他の配列等を有するmRNAが含まれるものとする。
The linker is mainly composed of DNA, but may contain DNA analogs such as deoxyinosine, biotin-modified deoxythymine, and fluorescein-modified deoxythymine, and is designed to have flexibility and hydrophilicity as a whole. It is preferable to do. “Solid phase synthesis” refers to a synthesis reaction performed by directly or indirectly immobilizing the linker of the present invention on the solid phase surface such as beads, the side wall of the reaction vessel, the bottom surface, or the like.
Further, in the present specification, “predetermined mRNA” includes mRNA having a sequence encoding a gene, a sequence necessary for ligation formation, translation reaction promotion, or other sequences.

前記固相との結合を形成する分子としては、例えば、固相にアビジン及びストレプトアビジン等が結合されている場合にはビオチン、マルトース結合タンパク質が結合されている場合にはマルトース、Gタンパク質が結合されている場合にはグアニンヌクレオチド、ポリヒスチジンペプチドが結合されている場合にはNi又はCo等の金属、グルタチオン−S−トランスフェラーゼが結合されている場合にはグルタチオン、配列特異的なDNA又はRNA結合タンパク質が結合されている場合にはこれらに特異的な配列を有するDNA又はRNA、抗体又はアプタマーが結合されている場合には抗原又はエピトープペプチド、カルモジュリンが結合されている場合にはカルモジュリン結合ペプチド、ATP結合タンパク質が結合されている場合にはATP、エストラジオール受容体タンパク質が結合されている場合にはエストラジオール等を挙げることができる。これらの中でも、ビオチン、マルトース、Ni又はCo等の金属、グルタチオン、抗原分子又はエピトープペプチド等を使用することが好ましく、リンカー合成の容易さの面から、ビオチンが使用されることが多い。   Examples of molecules that form a bond with the solid phase include biotin when avidin and streptavidin are bound to the solid phase, and maltose and G protein when maltose-bound protein is bound. Guanine nucleotides when bound, metal such as Ni or Co when bound with polyhistidine peptide, glutathione when bound with glutathione-S-transferase, sequence-specific DNA or RNA binding DNA or RNA having a specific sequence when proteins are bound, antigen or epitope peptide when antibodies or aptamers are bound, calmodulin-binding peptide when calmodulin is bound, ATP or estradiol if ATP binding protein is bound When a receptor protein is bound, estradiol and the like can be mentioned. Among these, it is preferable to use metals such as biotin, maltose, Ni or Co, glutathione, antigen molecules or epitope peptides, and biotin is often used from the viewpoint of ease of linker synthesis.

前記固相結合部位(BB)は、上述したmRNA−リンカー−タンパク質連結体等の連結体を、リンカーを介して固相に結合させるための部位であり、前記固相結合部位(BB)は、少なくとも1〜10塩基で構成されている。例えば、ビオチン修飾デオキシチミジン(dT)であってもよい。   The solid phase binding site (BB) is a site for binding a conjugate such as the mRNA-linker-protein conjugate described above to a solid phase via a linker, and the solid phase binding site (BB) is It is composed of at least 1 to 10 bases. For example, biotin-modified deoxythymidine (dT) may be used.

また、上記の特定のポリペプチド等の固相結合部位への導入は、タンニン酸、ホルマリン、グルタールアルデヒド、ピルビックアルデヒド、ビス−ジアゾ化ベンジゾン、トルエン−2,4−ジイソシアネート等を利用する方法によっても行うことができ、IVVの変性を避けるために分子間の親和性のみを利用して行う。前記(L2)中の切断部位(C1及びC2)は、前記固相結合部(BB)を挟むように位置している。エンドヌクレアーゼ作用を有するDNA修復酵素としては、Endo III、Endo IV、Endo V、Endo VIII、Fpg、hAAG、hNEIL 1、hOGG1、T4 PDG、APE1、Tma Endo III、Tth Endo IV等を挙げることができる。上記の切断部位には、アプリン酸、アピリミジン酸、酸化ピリミジン、酸化プリン、アルキル化プリン、デオキシイノシン、デオキシウリジン、5−ヒドロキシウラシル、5−ヒドロキシメチルウラシル、5−ホルミルウラシル、ピリミジンダイマー、ジヒドロチミン、6−メチルアデニン、8−オキソグアニン、デオキシウラシル等のエンドヌクレアーゼで切断される損傷DNAが含まれていてもよい。   In addition, the above-mentioned specific polypeptide or the like is introduced into a solid phase binding site by a method using tannic acid, formalin, glutaraldehyde, pyruvic aldehyde, bis-diazotized benzidone, toluene-2,4-diisocyanate, etc. In order to avoid denaturation of IVV, only the affinity between molecules is used. The cleavage sites (C1 and C2) in (L2) are located so as to sandwich the solid phase binding part (BB). Examples of DNA repair enzymes having an endonuclease action include Endo III, Endo IV, Endo V, Endo VIII, Fpg, hAAG, hNEIL 1, hOGG1, T4 PDG, APE1, Tma Endo III, Tth Endo IV, and the like. . The above cleavage sites include aprinic acid, apyrimidine acid, oxidized pyrimidine, oxidized purine, alkylated purine, deoxyinosine, deoxyuridine, 5-hydroxyuracil, 5-hydroxymethyluracil, 5-formyluracil, pyrimidine dimer, dihydro Damaged DNA cleaved by an endonuclease such as thymine, 6-methyladenine, 8-oxoguanine, deoxyuracil and the like may be contained.

前記(L3)の前記mRNA連結部位は、少なくとも1〜10塩基で構成されている。前記mRNA連結領域(MB)は、あらかじめリン酸化されている必要はないが、所定のmRNAと連結されるためには、前記mRNAの3’末端とのライゲーション反応に先だって、又はライゲーション反応中に、キナーゼ等によりリン酸化される必要がある。   The mRNA linking site of (L3) is composed of at least 1 to 10 bases. The mRNA ligation region (MB) does not need to be phosphorylated in advance, but in order to be ligated to a predetermined mRNA, prior to or during the ligation reaction with the 3 ′ end of the mRNA, It needs to be phosphorylated by a kinase or the like.

前記(L4)の前記リンカーの3’末端側近傍に位置する側鎖結合部位(SB)は、後述する側鎖が連結する部位である。また、例えば、リンカーの側鎖連結部位(SB)が、Amino-Modifier C6 dTで構成されている場合には、前記側鎖の5’末端を5’-Thiol-Modifier C6として、EMCSを用いて架橋させ、主鎖と側鎖とを連結させることができる。   The side chain binding site (SB) located in the vicinity of the 3 'end of the linker of (L4) is a site to which side chains described later are linked. For example, when the side chain linking site (SB) of the linker is composed of Amino-Modifier C6 dT, the 5 ′ end of the side chain is defined as 5′-Thiol-Modifier C6 using EMCS. The main chain and the side chain can be linked by crosslinking.

前記(L5)のプライマー領域(PR)は、前記リンカーの3’末端側に位置し、前記リンカー上で逆転写が行われる場合に逆転写用のプライマーとして機能する領域であり、前記側鎖連結部位の3’側に隣接している。ここで、プライマー領域(PR)は、前記リンカー上で逆転写が行われる場合に逆転写用のプライマーとして機能する領域である。この領域は、約1〜15塩基からなることが好ましく、特に3〜5塩基からなることが好ましい。15塩基を越えると、リンカーとしての結合効率が悪くなるため、リンカーとの結合効率及びプライマーとしての反応効率という面から、上記の塩基数とすることが好ましい。
また、前記(L6)の前記側鎖連結部位(SB)に連結する側鎖は、主鎖と相補的なmRNAから合成されたタンパク質を連結するタンパク質連結部位(P)と前記側鎖連結部位との間に、スペーサーと蛍光基(F)とを有するものである。
The primer region (PR) of (L5) is located on the 3 ′ end side of the linker and functions as a primer for reverse transcription when reverse transcription is performed on the linker. Adjacent to the 3 'side of the site. Here, the primer region (PR) is a region that functions as a primer for reverse transcription when reverse transcription is performed on the linker. This region preferably consists of about 1 to 15 bases, particularly 3 to 5 bases. When the number of bases exceeds 15, the binding efficiency as a linker is deteriorated. Therefore, from the viewpoint of the binding efficiency with a linker and the reaction efficiency as a primer, the above base number is preferable.
Further, the side chain linked to the side chain linking site (SB) of (L6) is a protein linking site (P) for linking a protein synthesized from mRNA complementary to the main chain, and the side chain linking site. Between the spacer and the fluorescent group (F).

ここで、前記側鎖のタンパク質連結部位としては、ヌクレオチド配列の3’末端とアミノ酸がアミド結合を形成しているピューロマイシン、リボシチジルピューロマイシン(rCpPur)、デオキシジルピューロマイシン(dCpPur)、デオキシウリジルピューロマイシン(dUpPur)等のピューロマイシン類縁体の他、3’-N-アミノアシルピューロマイシンアミノヌクレオシド(PANS-アミノ酸)、3’-N-アミノアシルアデノシンアミノヌクレオシド(AANS-アミノ酸)等を挙げることができる。   Here, the protein linking site of the side chain includes puromycin, ribocytidylpuromycin (rCpPur), deoxydylpuromycin (dCpPur), deoxy, in which the 3 ′ end of the nucleotide sequence and an amino acid form an amide bond In addition to puromycin analogues such as uridylpuromycin (dUpPur), 3'-N-aminoacylpuromycin aminonucleoside (PANS-amino acid), 3'-N-aminoacyl adenosine aminonucleoside (AANS-amino acid), etc. Can do.

PANS-アミノ酸としては、例えば、PANS-Gly、PANS-Val、PANS-Ala等を挙げることができ、AANS-アミノ酸としては、AANS-Gly、AANS-Val、AANS-Ala等を挙げることができる。また、ヌクレオシドとアミノ酸とがエステル結合したものなども使用することができるが、ピューロマイシンを使用することが、前記タンパク質連結部位におけるタンパク質の連結の安定性が高いことから特に好ましい。   Examples of PANS-amino acids include PANS-Gly, PANS-Val, and PANS-Ala. Examples of AANS-amino acids include AANS-Gly, AANS-Val, and AANS-Ala. In addition, those in which a nucleoside and an amino acid are ester-bonded can be used, but it is particularly preferable to use puromycin because of the high stability of protein ligation at the protein ligation site.

また、スペーサーとしては、柔軟性があり、立体障害性が低いことから、Spacer 18 Phosphoramiditeを使用することが好ましい。ピューロマイシン類縁体がリボソームに取り込まれるときの立体障害の発生を防ぐために、前記側鎖は、Phosphoramidite分子が1〜8個程度連なった構造を有することが好ましく、リンカーの合成効率及び上述した各連結体の形成効率とのバランスの点から、こうしたPhosphoramidite分子が4個程度連なった構造を有するものであることがさらに好ましい。   As the spacer, Spacer 18 Phosphoramidite is preferably used because it has flexibility and low steric hindrance. In order to prevent the occurrence of steric hindrance when a puromycin analog is incorporated into a ribosome, the side chain preferably has a structure in which about 1 to 8 Phosphoramidite molecules are linked. From the viewpoint of balance with body formation efficiency, it is more preferable to have a structure in which about 4 such Phosphoramidite molecules are connected.

前記側鎖が、前記タンパク質連結部位と、前記側鎖連結部位との間に蛍光基を有することで、後述するcDNAディスプレイ法の各工程において、リンカーの有無を容易に検出することが可能となる。蛍光基としては、例えば、活性エステルに変換可能なカルボキシル基、ホスホロアミダイドに変換可能な水酸基、又はアミノ基等のフリーの官能基を有し、標識された塩基としてリンカーに連結することができる蛍光化合物を使用することが好ましい。このような蛍光化合物としては、例えば、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、フィコビリタンパク質、希土類金属キレート、ダンシルクロライド、テトラメチルローダミンイソチオシアネート、Fluorescein-dT等を挙げることができる。これらの中でも、分子標識用の化合物として使用されるFluorescein-dTを使用することが、合成が容易であることから好ましい。   Since the side chain has a fluorescent group between the protein linking site and the side chain linking site, the presence or absence of a linker can be easily detected in each step of the cDNA display method described later. . Examples of the fluorescent group include a free functional group such as a carboxyl group that can be converted into an active ester, a hydroxyl group that can be converted into a phosphoramidide, or an amino group, and can be linked to a linker as a labeled base. It is preferable to use fluorescent compounds that can be used. Examples of such fluorescent compounds include fluorescein isothiocyanate (FITC), phycobiliprotein, rare earth metal chelate, dansyl chloride, tetramethylrhodamine isothiocyanate, and fluorescein-dT. Among these, it is preferable to use Fluorescein-dT used as a compound for molecular labeling because synthesis is easy.

以下に、ペプチドアプタマー作製用のリンカーの製造方法について説明する。
まず、所望の配列となるように、常法に従ってDNAを合成し、主鎖として使用するための一本鎖のオリゴマーを作製する。このように合成した一本鎖オリゴマーは、上述したように、固相結合部位と、2以上の切断部位と、mRNA連結部位と、側鎖連結部位と、プライマー領域とを備えている。2以上の切断部位の大きさ及び主鎖中の位置によって、主鎖となる一本鎖オリゴマーの長さを適宜決定する。
次いで、所望の長さの側鎖を合成し、主鎖上の側鎖連結部位に連結させる。側鎖の遊離末端に、例えば、ピューロマイシンを導入し、上述したFluorescein-dTを蛍光標識部位に導入して、本発明のmRNA/cDNA-タンパク質連結体作製用リンカーを得ることができる。
Below, the manufacturing method of the linker for peptide aptamer preparation is demonstrated.
First, DNA is synthesized according to a conventional method so as to obtain a desired sequence, and a single-stranded oligomer for use as a main chain is prepared. As described above, the single-stranded oligomer synthesized in this manner includes a solid phase binding site, two or more cleavage sites, an mRNA linking site, a side chain linking site, and a primer region. The length of the single-stranded oligomer serving as the main chain is appropriately determined depending on the size of the two or more cleavage sites and the position in the main chain.
Next, a side chain having a desired length is synthesized and linked to a side chain linking site on the main chain. For example, puromycin can be introduced into the free end of the side chain, and the above-described Fluorescein-dT can be introduced into the fluorescent labeling site to obtain the mRNA / cDNA-protein conjugate preparation linker of the present invention.

主鎖の設計に際しては、各種のmRNAのコード配列を参考にすることができる。例えば、配列が知られている各種のレセプタータンパク質をコードするmRNA、各種抗体又はその断片をコードするmRNAその他のmRNA等を挙げることができる。mRNAのコード配列から翻訳されて生成されたポリペプチド鎖のC末端に、ピューロマイシンやその類縁体といったアミノアシルtRNAの3’末端アナログが取り込まれ、前記ポリペプチド鎖とmRNA−リンカー連結体とが連結されるためには、終止コドンを含まない配列を選択する。こうしたmRNAは、in vitro転写反応、化学合成、生体・細胞・微生物からの抽出その他の各種の方法を用いて得ることができるが、in vitro転写反応を用いて作製すると、リンカーとの連結及び無細胞翻訳の反応効率が高い。   In designing the backbone, various mRNA coding sequences can be referred to. For example, mRNA encoding various receptor proteins with known sequences, mRNA encoding various antibodies or fragments thereof, and other mRNAs can be mentioned. The 3 ′ terminal analog of aminoacyl-tRNA such as puromycin and its analogs is incorporated into the C-terminal of the polypeptide chain generated by translation from the mRNA coding sequence, and the polypeptide chain and the mRNA-linker conjugate are linked. To do so, select a sequence that does not contain a stop codon. These mRNAs can be obtained using in vitro transcription reactions, chemical synthesis, extraction from living organisms, cells, and microorganisms, and other various methods. High cell translation reaction efficiency.

また、5’末端の7−メチル化グアノシンキャップ構造、又は3’末端のポリA尾部構造の少なくとも一方の構造を有するものであることが、タンパク質の合成効率の点から好ましい。Kozak配列や、Shine-Dalgarno配列を有することが、翻訳の開始を促進することから、さらに好ましい。ここで使用するmRNAの長さは、原則として本発明を利用して分子進化させるべきタンパク質又はポリペプチドの長さより規定されるコード領域の長さに依存する。50〜1,000塩基長であることが、反応効率の面からであることが好ましく、200〜500塩基であることが、最も高い反応効率を得られることから、さらに好ましい。   Moreover, it is preferable from the point of the synthetic | combination efficiency of a protein to have at least one structure of 7-methylated guanosine cap structure of 5 'terminal, or poly A tail structure of 3' terminal. It is more preferable to have a Kozak sequence or Shine-Dalgarno sequence because it promotes the initiation of translation. The length of mRNA used here depends in principle on the length of the coding region defined by the length of the protein or polypeptide to be molecularly evolved using the present invention. A length of 50 to 1,000 bases is preferable from the viewpoint of reaction efficiency, and a length of 200 to 500 bases is more preferable because the highest reaction efficiency can be obtained.

mRNA/cDNA−リンカー−タンパク質連結体の生成では、上述したmRNA/cDNA-タンパク質連結体作製用リンカーと、前記リンカーの主鎖と相補的な配列を有するmRNAをmRNA連結部位でT4 RNAリガーゼによって連結して、mRNA-リンカー連結体を生成させる。ついで、前記mRNAからタンパク質を無細胞翻訳系で合成し、前記合成されたタンパク質が、前記mRNA−リンカー連結体中の前記タンパク質連結部位に連結して、mRNA−リンカー−タンパク質連結体を生成させる。   In the generation of the mRNA / cDNA-linker-protein conjugate, the mRNA / cDNA-protein conjugate preparation linker described above and mRNA having a sequence complementary to the main chain of the linker are linked by T4 RNA ligase at the mRNA linkage site. Thus, an mRNA-linker conjugate is generated. Next, a protein is synthesized from the mRNA by a cell-free translation system, and the synthesized protein is ligated to the protein ligation site in the mRNA-linker ligation to generate an mRNA-linker-protein ligation.

引き続き、前記mRNA−リンカー−タンパク質連結体を、前記固相結合部位を介して固相に結合させ、前記mRNA−リンカー−タンパク質連結体の結合した固相を第1の緩衝液にて洗浄する。その後、前記主鎖の3’末端を反応開始点とし、前記mRNAを鋳型として、逆転写反応を行ってcDNA鎖を合成し、mRNA/cDNA−リンカー−タンパク質連結体を得る。次いで、前記mRNA/cDNA−リンカー−タンパク質連結体の結合した固相を第2の緩衝液で洗浄し、前記主鎖の切断部位を前記所定のエンドヌクレアーゼで切断する。   Subsequently, the mRNA-linker-protein conjugate is bound to the solid phase via the solid-phase binding site, and the solid phase to which the mRNA-linker-protein conjugate is bound is washed with a first buffer. Thereafter, a 3 ′ end of the main chain is used as a reaction start point, and a reverse transcription reaction is performed using the mRNA as a template to synthesize a cDNA chain to obtain an mRNA / cDNA-linker-protein conjugate. Next, the solid phase to which the mRNA / cDNA-linker-protein conjugate is bound is washed with a second buffer, and the cleavage site of the main chain is cleaved with the predetermined endonuclease.

ライゲーション反応は、反応効率の点から20〜40μLで行い、RNA:リンカーとを、モル比で3:1〜1:6の範囲で行う。反応効率を上げ、残余を最少化するためには、1:(1〜2)(10pmolのmRNAに対し、10〜20pmolのリンカー)とするとよい。   The ligation reaction is performed at 20 to 40 μL from the viewpoint of reaction efficiency, and RNA: linker is performed in a molar ratio of 3: 1 to 1: 6. In order to increase the reaction efficiency and minimize the residue, 1: (1-2) (10-20 pmol linker for 10 pmol mRNA) may be used.

次に、ヒートブロック、アルミブロック、ウォーターバスその他の加温用器具を用いて、約60〜100℃にて約2〜約60分間、試料溶液を温めた後、室温で約2〜約60分間放置し、液温を穏やかに低下させる。その後、さらに、約−5℃〜約10℃まで冷却する。具体的には、例えば、90℃で5分間アルミブロック上にて試料溶液を温め、次に、70℃のアルミブロック上に移して5分間置き、その後上記mRNAと上記リンカーとのライゲーション反応を行なう。例えば、約0.1〜約2.5U/μLのT4ポリヌクレオチドキナーゼ、約0.4〜約5U/μLのT4 RNAリガーゼ、約2〜約50mMの塩化マグネシウム、約2〜約50mMのDTT、約0.2〜約5mMのATPを含む10〜250mMのTris-塩酸緩衝液(pH 7.0〜8.0)中で行い、約10℃〜約40℃で、約1分〜約60分間反応させる。作業効率及び反応効率の面から、20℃〜30℃で5分〜30分間行うことが好ましく、25℃で15分間とすることがさらに好ましい。   Next, after heating the sample solution at about 60-100 ° C. for about 2 to about 60 minutes using a heating block, aluminum block, water bath, or other heating device, it is about 2 to about 60 minutes at room temperature. Let stand and gently reduce the liquid temperature. Thereafter, it is further cooled to about −5 ° C. to about 10 ° C. Specifically, for example, the sample solution is warmed on an aluminum block at 90 ° C. for 5 minutes, then transferred to an aluminum block at 70 ° C. for 5 minutes, and then a ligation reaction between the mRNA and the linker is performed. . For example, about 0.1 to about 2.5 U / μL T4 polynucleotide kinase, about 0.4 to about 5 U / μL T4 RNA ligase, about 2 to about 50 mM magnesium chloride, about 2 to about 50 mM DTT, about 0.2 to about 5 mM The reaction is performed in 10 to 250 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0 to 8.0) containing ATP of about 10 to about 40 minutes at about 10 to about 40 minutes. From the viewpoint of work efficiency and reaction efficiency, it is preferably performed at 20 ° C. to 30 ° C. for 5 minutes to 30 minutes, more preferably at 25 ° C. for 15 minutes.

前記無細胞翻訳系として哺乳類の網状赤血球細胞のライセートを利用することが好ましく、ウサギの血液から得られた網状赤血球細胞のライセートを利用することがさらに好ましい。また、前記哺乳動物に予めアセチルフェニルヒドラジンを投与して溶血性貧血等を誘導し、数日間経過した後に採血をすると、血中の網状赤血球の割合を高めることができる。例えば、前記ライセートとして、マイクロコッカルヌクレアーゼによって細胞由来のmRNAを分解し、グリコールエーテルジアミン四酢酸(EGTA)を加えてカルシウムをキレートし、前記ヌクレアーゼを不活化処理したもの(以下、「マイクロコッカルヌクレアーゼ処理済」という。)を使用する。   It is preferable to use a lysate of mammalian reticulocyte cells as the cell-free translation system, and it is more preferable to use a lysate of reticulocyte cells obtained from rabbit blood. In addition, when acetylphenylhydrazine is preliminarily administered to the mammal to induce hemolytic anemia and blood is collected after several days, the ratio of reticulocytes in the blood can be increased. For example, as the lysate, a cell-derived mRNA is degraded with micro-coccal nuclease, and calcium ether is added with glycol ether diamine tetraacetic acid (EGTA) to inactivate the nuclease (hereinafter referred to as “micro-coccal”). Nuclease-treated ”).

例えば、約16〜約400mMの酢酸カリウム、約0.1〜約2.5mMの酢酸マグネシウム、約0.2〜約50mMのクレアチンリン酸、0〜約0.25mMのアミノ酸を含む反応液(濃度はいずれも終濃度)10〜100μL中に、マイクロコッカルヌクレアーゼ処理済のウサギ網状赤血球ライセートと上記連結体とを加えて、翻訳反応を行うことができる。
反応効率の点から、ウサギ網状赤血球ライセートの量を約8.5〜約17μL、上記連結体の量を約1.2〜約2pmolとし、反応系のサイズを約12.5〜約25μLとして、約20〜約40℃で約10〜約30分間行う。この場合に使用する反応液は、80mMの酢酸カリウム、0.5mMの酢酸マグネシウム、10mMのクレアチンリン酸、それぞれ0.025mMのメチオニン及びロイシン、0.05mMのメチオニン及びロイシン以外のアミノ酸を含む。約30℃で約20分間翻訳を行うと、生成効率と作業効率が高い。
For example, a reaction solution containing about 16 to about 400 mM potassium acetate, about 0.1 to about 2.5 mM magnesium acetate, about 0.2 to about 50 mM creatine phosphate, 0 to about 0.25 mM amino acid (the concentrations are all final). (Concentration) In 100 to 100 μL, a translational reaction can be performed by adding a rabbit reticulocyte lysate treated with micrococcal nuclease and the above-mentioned ligated body.
From the viewpoint of reaction efficiency, the amount of rabbit reticulocyte lysate is about 8.5 to about 17 μL, the amount of the above conjugate is about 1.2 to about 2 pmol, the size of the reaction system is about 12.5 to about 25 μL, and about 20 to about 40 ° C. For about 10 to about 30 minutes. The reaction solution used in this case contains 80 mM potassium acetate, 0.5 mM magnesium acetate, 10 mM creatine phosphate, 0.025 mM methionine and leucine, respectively, and amino acids other than 0.05 mM methionine and leucine. When translation is performed at about 30 ° C for about 20 minutes, production efficiency and work efficiency are high.

翻訳反応後、翻訳産物であるタンパク質とmRNA−リンカー連結体とを、例えば、0.3〜1.6Mの塩化カリウム及び40〜170mMの塩化マグネシウムの存在下(濃度はいずれも終濃度)、約27〜約47℃で、約30分〜約1.5時間反応させると、タンパク質を上記連結体と効率よく結合させることができる。   After the translation reaction, the translation product protein and the mRNA-linker conjugate are about 27 to about about, for example, in the presence of 0.3 to 1.6 M potassium chloride and 40 to 170 mM magnesium chloride (the concentrations are both final concentrations). When the reaction is carried out at 47 ° C. for about 30 minutes to about 1.5 hours, the protein can be efficiently bound to the above conjugate.

mRNA−リンカー−タンパク質連結体が固定される固相としては、例えば、スチレンビーズ、ガラスビーズ、アガロースビーズ、セファロースビーズ、磁性体ビーズ等のビーズ;ガラス基板、シリコン(石英)基板、プラスチック基板、金属基板(例えば、金箔基板)等の基板;ガラス容器、プラスチック容器等の容器;ニトロセルロース、ポリビニリデンフロリド(PVDF)等の材料からなるメンブレンなどが挙げられる。固相がスチレンビーズ、スチレン基板などのプラスチック材料で構成されている場合には、必要に応じて、公知の手法を用いてリンカーの一部を直接それらの固相に共有結合させてもよい(Qiagen社製、LiquiChip Applications Handbook等参照)。連結体にビオチン又はその類縁体が結合されている場合には、固相にアビジンを結合させておけば、上記連結体を容易に固相に結合させることができる   Examples of the solid phase on which the mRNA-linker-protein conjugate is immobilized include beads such as styrene beads, glass beads, agarose beads, sepharose beads, magnetic beads; glass substrates, silicon (quartz) substrates, plastic substrates, metals Examples include substrates such as substrates (for example, gold foil substrates); containers such as glass containers and plastic containers; membranes made of materials such as nitrocellulose and polyvinylidene fluoride (PVDF). When the solid phase is composed of a plastic material such as styrene beads or a styrene substrate, a part of the linker may be directly covalently bonded to the solid phase using a known method, if necessary ( (See Qiagen, LiquidChip Applications Handbook, etc.) When biotin or its analog is bound to the conjugate, the conjugate can be easily bound to the solid phase by binding avidin to the solid phase.

固相に結合しなかった連結体は、約0.1〜約10Mの塩化ナトリウム、約0.1〜約10mMのEDTA、約0.01〜約1%の界面活性剤を含む1〜100mMのTris-塩酸緩衝液(pH 7.0〜9.0)もしくはリン酸緩衝液(pH 7.0-9.0)等を用いて、洗浄し除去する。2Mの塩化ナトリウム、2mMのEDTA、0.1%のTriton X-100を含む20mMのTris-塩酸緩衝液(pH 8.0)を使用すると、洗浄効率がよい。   Conjugates that did not bind to the solid phase consisted of 1-100 mM Tris-HCl buffer (about 0.1 to about 10 M sodium chloride, about 0.1 to about 10 mM EDTA, about 0.01 to about 1% surfactant) ( Wash and remove using pH 7.0-9.0) or phosphate buffer (pH 7.0-9.0). When 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 2 M sodium chloride, 2 mM EDTA, and 0.1% Triton X-100 is used, the washing efficiency is good.

前記主鎖の3’末端を反応開始点とし、前記mRNAを鋳型として、所定の条件の下で、逆転写反応を行ってcDNA鎖を合成する。その結果、mRNA/cDNA−リンカー−タンパク質連結体が得られる。逆転写反応系は任意に選択できるが、上記mRNA−リンカータンパク質連結体と、dNTP Mixと、DTTと、逆転写酵素と、標準溶液と、RNaseを除去した水(以下、「RNaseフリー水」という。)とを加えて反応系を調製し、この系中、5〜20分間、30〜50℃の条件で逆転写を行わせることが好ましい。   Using the 3 ′ end of the main chain as a reaction start point and the mRNA as a template, a reverse transcription reaction is performed under predetermined conditions to synthesize a cDNA chain. As a result, an mRNA / cDNA-linker-protein conjugate is obtained. The reverse transcription reaction system can be arbitrarily selected, but the mRNA-linker protein conjugate, dNTP Mix, DTT, reverse transcriptase, standard solution, and water from which RNase has been removed (hereinafter referred to as “RNase-free water”). It is preferable to carry out reverse transcription under the conditions of 30 to 50 ° C. for 5 to 20 minutes in this system.

ついで、上記と同じ緩衝液で洗浄し、遊離の前記mRNA/cDNA−リンカー−タンパク質連結体を除去する。その後、前記主鎖の切断部位を、上述したエンドヌクレアーゼで切断する。例えば、Endo V(NEB社製、M0305S)を使用した場合には、約5〜20mMのTris-HCl、約2.5〜約10mMのEDTA、及び約0.1〜約0.4Mの酢酸ナトリウムの組成を有する反応液中で、約5〜約20分間、約30〜約45℃の温度範囲で反応させる。
以上のようにして、本発明のリンカーを用いて、種々のタンパク質を得るとともに、そのタンパク質に対応するcDNAをも得ることができる。
Subsequently, it is washed with the same buffer as above to remove the free mRNA / cDNA-linker-protein conjugate. Thereafter, the cleavage site of the main chain is cleaved with the above-described endonuclease. For example, when Endo V (NEB, M0305S) is used, the reaction has a composition of about 5 to 20 mM Tris-HCl, about 2.5 to about 10 mM EDTA, and about 0.1 to about 0.4 M sodium acetate. The reaction is carried out in the liquid at a temperature range of about 30 to about 45 ° C. for about 5 to about 20 minutes.
As described above, various proteins can be obtained using the linker of the present invention, and cDNAs corresponding to the proteins can also be obtained.

以上の方法では、得られたmRNAとピューロマイシンを有するリンカーDNAとをアビジン−ビオチン結合を用いて、ストレプトアビジンで修飾された磁性体ビーズ上に固定し、無細胞翻訳系を用いて、mRNAよりタンパクを合成し、逆転写反応を用いてmRNAよりcDNAを合成している。このため、表現型であるタンパク質と遺伝型であるDNA配列情報とが、磁気ビーズ上で安定に1対1に対応付けられている。   In the above method, the obtained mRNA and the puromycin-containing linker DNA are immobilized on a magnetic bead modified with streptavidin using an avidin-biotin bond, and from a mRNA using a cell-free translation system. It synthesizes protein and synthesizes cDNA from mRNA using reverse transcription. For this reason, a protein that is a phenotype and DNA sequence information that is a genotype are stably associated with each other on a magnetic bead.

前記切断分離工程に引き続いて、得られたタンパク質のアフィニティー等を利用して、mRNA/cDNA−リンカー−タンパク質連結体を選別することができる。その後、選別された前記連結体中の塩基配列に、PCR法等を用いて変異を導入して増幅反応を行う。増幅産物を所望のプロモーター配列を有する二本鎖DNAと所定の方法で連結し、第1世代の変異型mRNA(以下、「mRNA G1」と略す。)を得る。次いで、mRNA G1を用いて、上述したcDNAディスプレイ法の各工程を繰り返すことによって、mRNA G2、mRNA G3等を得ることができ、以上の反応を繰り返しつつ、所望の突然変異等を導入することによって、種々の配列を有するペプチドアプタマーを得ることができる。   Subsequent to the cleavage / separation step, the mRNA / cDNA-linker-protein conjugate can be selected using the affinity of the obtained protein or the like. Thereafter, mutation is introduced into the selected base sequence in the ligated body using PCR or the like to carry out an amplification reaction. The amplified product is ligated to a double-stranded DNA having a desired promoter sequence by a predetermined method to obtain a first generation mutant mRNA (hereinafter abbreviated as “mRNA G1”). Then, mRNA G1, mRNA G3, etc. can be obtained by repeating each step of the above-described cDNA display method using mRNA G1, and by introducing desired mutations etc. while repeating the above reaction Peptide aptamers having various sequences can be obtained.

(3)ペプチドアプタマーの作製
以下に、修飾オリゴヌクレオチド(例えば、Puro-F-S及びビオチンループ)を用いて、ペプチドアプタマーを作製する場合を例に挙げて説明する。
(3) Production of Peptide Aptamer Hereinafter, a case where a peptide aptamer is produced using a modified oligonucleotide (for example, Puro-FS and biotin loop) will be described as an example.

本発明で使用する磁性体ゲルビーズは、磁気に応答する磁性体を含んでいればよく、特に限定されない。例えば、マグネタイト、γ−酸化鉄、マンガン亜鉛フェライト等の磁性体を有する粒子を挙げることができる。
本発明で使用する磁性体ゲルビーズは、標的分子と結合した後も分散状態にあることが好ましい。このため、平均粒径が50〜200nmであることが好ましく、約100nmであることがさらに好ましい。
The magnetic gel beads used in the present invention are not particularly limited as long as they contain a magnetic material that responds to magnetism. Examples thereof include particles having a magnetic material such as magnetite, γ-iron oxide, and manganese zinc ferrite.
The magnetic gel beads used in the present invention are preferably in a dispersed state even after binding to the target molecule. For this reason, it is preferable that an average particle diameter is 50-200 nm, and it is more preferable that it is about 100 nm.

また、上記磁性体ゲルビーズは、その表面にペプチドアプタマーを固定するための固定分子を有しているものであることが好ましく、こうした固定分子としては、例えば、ビオチン、アビジン、NHS-Ester、Amin等を挙げることができる。
このような磁性体ゲルビーズとして市販されているものの例としては、Tharma-Max(登録商標)(JNC(株)製、日本)等が挙げられる。この磁性体ゲルビーズは、温度変化で可逆的に凝集・分散を繰り返す熱感応性の高分子が、磁性粒子表面に固定化されている(図2参照)。この磁性体ゲルビーズ表面に、アビジン又はビオチンのいずれが結合されているゲルビーズをも使用することができる(図3参照)。
The magnetic gel beads preferably have a fixing molecule for fixing a peptide aptamer on the surface thereof. Examples of such fixing molecules include biotin, avidin, NHS-Ester, Amin and the like. Can be mentioned.
Examples of such commercially available magnetic gel beads include Tharma-Max (registered trademark) (manufactured by JNC Corporation, Japan). In this magnetic gel bead, a heat-sensitive polymer that reversibly aggregates and disperses with changes in temperature is immobilized on the surface of the magnetic particle (see FIG. 2). A gel bead in which either avidin or biotin is bound to the surface of the magnetic gel bead can be used (see FIG. 3).

上記Puro-F-Sとして、5’-(S)-TC(F)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18)-CC-(Puro)-3’という構造のものを使用することができる。このPuro-F-S鎖中、(S)は5’-Thiol-ModifierC6を、(F)はフルオレセイン-dTを、(Puro)はピューロマイシンCPGを、そして(Spacer18)はスペーサーホスフォロアミダイト18をそれぞれ表すものを使用しても良い。
ビオチンループとしては、所望のオリゴヌクレオチドを使用することができるが、下記の配列のオリゴヌクレオチドを使用することが、切断効率の点から好ましい。
As the above Puro-FS, use a 5 '-(S) -TC (F)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18) -CC- (Puro) -3' structure Can do. In this Puro-FS chain, (S) represents 5'-Thiol-ModifierC6, (F) represents fluorescein-dT, (Puro) represents puromycin CPG, and (Spacer18) represents spacer phosphoramidite 18. You may use things.
As the biotin loop, a desired oligonucleotide can be used, but it is preferable from the viewpoint of cleavage efficiency to use an oligonucleotide having the following sequence.

5’-CCCGGTGCAGCTGTTTCATC(T-B)CG GAAACAGCTGCACCCCCCGCCGCCCCCCG(T)CC T-3’…配列番号1   5'-CCCGGTGCAGCTGTTTCATC (T-B) CG GAAACAGCTGCACCCCCCGCCGCCCCCCG (T) CC T-3 '... SEQ ID NO: 1

上記ビオチンループ鎖中、(T)はAmino-Modifier C6 dTを表し、また、(T-B)はBiotin-dTを表す。なお、配列表1では、(T)をbとし、(T-B)はyで示してある。   In the biotin loop chain, (T) represents Amino-Modifier C6 dT, and (T-B) represents Biotin-dT. In Sequence Listing 1, (T) is b, and (T-B) is y.

(4)ライブラリの構築
ライブラリの構築は以下のように行うことができる。例えば、プロテインAのBドメインをpEZZ 18プロテインA遺伝子融合体ベクター(GEヘルスケア社製)から入手し、下記のプライマーとを使用して行うことができる。
(FP)フォワードプライマー:T7プロモーター、タバコモザイクウイルス(TMV)の5’非翻訳領域「オメガ」、コザック配列及びATG開始コドンを含む
(RP)リバースプライマー:ヘキサヒスチジンタグ、スペーサー配列(GGGGGA GGCAGC:配列番号2)、及びmRNAとピューロマイシンリンカーDNAとの間に、3’末端でライゲーション可能なピューロマイシンリンカーDNAに相補的な配列(AGGACGG GGGGCGGGGAAA:配列番号3)を含む。
(4) Library construction Library construction can be performed as follows. For example, the B domain of protein A can be obtained from a pEZZ 18 protein A gene fusion vector (GE Healthcare) and used with the following primers.
(FP) Forward primer: T7 promoter, tobacco mosaic virus (TMV) 5 'untranslated region "omega", Kozak sequence and ATG start codon (RP) Reverse primer: hexahistidine tag, spacer sequence (GGGGGA GGCAGC: sequence No. 2) and a sequence complementary to puromycin linker DNA that can be ligated at the 3 ′ end (AGGACGG GGGGCGGGGAAA: SEQ ID NO: 3) is included between mRNA and puromycin linker DNA.

Oct-1のPOU特異的DNA結合ドメインを使用する場合には、PDOで上記Bドメインを置換して鋳型を作成してもよい。抗FLAG M2抗体のアフィニティー選択用に、FLAGエピトープをコードする2つの一本鎖の合成DNAs(27mers)及びランダムデカマーペプチドを使用することができる。これらは、例えば、FASMAC社(日本国)から市販されている。ランダムデカマーペプチドをコードするDNAはコドントリプレットである、X、Y、及びZを含んでもよく、ここで、ヌクレオチドの混合物を示すX、Y及びZ中に含まれる塩基の割合は、下記表1に示す通りのものを使用することができる。   When the Oct-1 POU-specific DNA binding domain is used, a template may be prepared by substituting the B domain with PDO. Two single-stranded synthetic DNAs (27mers) encoding a FLAG epitope and a random decamer peptide can be used for affinity selection of anti-FLAG M2 antibodies. These are commercially available from, for example, FASMAC (Japan). The DNA encoding the random decamer peptide may include codon triplets, X, Y, and Z, where the percentage of bases contained in X, Y, and Z representing a mixture of nucleotides is shown in Table 1 below. The following can be used.

(表1)

Figure 2015227806
(Table 1)
Figure 2015227806

以上と同様にして、上述したコドントリプレットを用いる32個のランダムな残基をコードするDNAを用いて、35残基のライブラリを調製することができる。   In the same manner as described above, a 35-residue library can be prepared using DNA encoding 32 random residues using the above-described codon triplet.

(5)ピューロマイシンリンカーDNAの合成
上記Puro-F-Sの5’チオール基を、所望の量のリン酸バッファー中にて、所定の条件の下で還元し、脱塩する。次いで、所望量のビオチンループ及びEMCSをバッファーに加え、この混合物を、所望の条件でインキュベートし、過剰なEMCSを除去する。この沈殿を2回洗い、所定のバッファーに溶解させ、還元されたPuro-F-Sを直ちに加えて、所定の条件の下で撹拌する。この反応を停止させた後に、過剰なPuro-F-Sを除去し、カラムを用いてビオチンループ及び未架橋のビオチンループ-EMCS複合体を除去する。
(5) Synthesis of puromycin linker DNA The 5 ′ thiol group of Puro-FS is reduced and desalted in a desired amount of phosphate buffer under predetermined conditions. The desired amount of biotin loop and EMCS are then added to the buffer and the mixture is incubated at the desired conditions to remove excess EMCS. This precipitate is washed twice, dissolved in a predetermined buffer, and reduced Puro-FS is immediately added, followed by stirring under predetermined conditions. After stopping the reaction, excess Puro-FS is removed and the column is used to remove biotin loops and uncrosslinked biotin loop-EMCS complexes.

例えば、上記Puro-F-S(5〜20 nmol)の5’チオール基を、50〜200μlの25〜100mMのリン酸バッファー(pH 6.8〜7.2)中にて、室温で3〜9時間、0.5〜2mMのTCEPで還元し、その後、NAP-5カラム(GEヘルスケア社製)で要時脱塩するようにしてもよい。総量5〜20nmolのビオチンループ及び1〜10μmolのEMCSを、50〜200μlの0.1〜0.5Mのリン酸ナトリウムバッファー(pH 6.5〜7.5)に加える。引き続き、この混合物を、34〜39℃で15〜45分インキュベートし、2〜6℃でエタノール沈殿を行い、過剰なEMCSを除去する。   For example, the 5 ′ thiol group of Puro-FS (5 to 20 nmol) is 0.5 to 2 mM in 50 to 200 μl of 25 to 100 mM phosphate buffer (pH 6.8 to 7.2) at room temperature for 3 to 9 hours. Then, it may be reduced with TCEP, and then desalted as necessary with a NAP-5 column (manufactured by GE Healthcare). A total amount of 5-20 nmol of biotin loop and 1-10 μmol of EMCS is added to 50-200 μl of 0.1-0.5 M sodium phosphate buffer (pH 6.5-7.5). The mixture is subsequently incubated at 34-39 ° C. for 15-45 minutes and ethanol precipitation is performed at 2-6 ° C. to remove excess EMCS.

この沈殿を、250〜750μLの予め冷却しておいた70%エタノールで、例えば、2回洗い、5〜20μLの予め冷却しておいた0.1〜0.5Mのリン酸ナトリウムバッファー(pH 6.8〜7.2)に溶解する。ここに還元されたPuro-F-Sを直ちに加えて、2〜6℃で終夜撹拌し、例えば、2〜6mMのTCEPを加えて10〜20分間、34〜39℃でこの反応を停止させるようにしてもよい。その後、エタノール沈殿等により、過剰なPuro-F-Sを室温で除去し、さらに、この沈殿を0.05〜0.2MのTEAA (グレンリサーチ社)又はリン酸バッファーに溶解し、C18 HPLCカラムを用いて以下の条件で、ビオチンループ及び未架橋のビオチンループ-EMCS複合体を除去するようにすることができる。
吸光度254nmにおける最終ピークからの画分(吸光度490nmにおける単一のピークに対応する)からの画分を集め、乾燥後、このジエチルピロカーボネート(DEPC)処理水に再懸濁し、保存する。以上のようにして、ピューロマイシン-リンカーDNAを作製することができる。
This precipitate is washed with 250-750 μL of pre-cooled 70% ethanol, for example, twice and 5-20 μL of pre-cooled 0.1-0.5 M sodium phosphate buffer (pH 6.8-7.2). Dissolve in The reduced Puro-FS was immediately added and stirred at 2-6 ° C. overnight. For example, 2-6 mM TCEP was added to stop the reaction at 34-39 ° C. for 10-20 minutes. Also good. Thereafter, excess Puro-FS is removed at room temperature by ethanol precipitation or the like. Further, this precipitate is dissolved in 0.05 to 0.2 M TEAA (Glen Research) or phosphate buffer, and the following is performed using a C 18 HPLC column. Under these conditions, the biotin loop and the uncrosslinked biotin loop-EMCS complex can be removed.
Fractions from the fraction from the last peak at an absorbance of 254 nm (corresponding to a single peak at an absorbance of 490 nm) are collected, dried, resuspended in this diethylpyrocarbonate (DEPC) treated water and stored. As described above, puromycin-linker DNA can be prepared.

カラム:AR-300(C18), 4.6x250mm (ナカライテスク製、日本国)
溶媒:0.1MのTEAA; 溶媒B:アセトニトリル/水(80:20, v/v)
グラジエント:B/A(15-35%, 33分)
流速:0.5 ml/分
検出波長:吸光度254nm及び490nm
Column: AR-300 (C 18 ), 4.6 x 250 mm (Nacalai Tesque, Japan)
Solvent: 0.1M TEAA; Solvent B: Acetonitrile / Water (80:20, v / v)
Gradient: B / A (15-35%, 33 minutes)
Flow rate: 0.5 ml / min Detection wavelength: Absorbance 254 nm and 490 nm

(6)mRNA-ピューロマイシン結合体の磁性体ビーズへの固定
mRNA-ピューロマイシン結合体の磁性体への固定は、以下のようにして行うことができる。すなわち、所望の粒径のアプタマー結合分子が固定された磁性体粒子を、所望のバッファーで洗浄し、上記のmRNA-ピューロマイシン結合体とともに所望の条件でインキュベートし、無細胞翻訳の前に、所望のバッファーで洗浄する。
例えば、粒径2〜3μmのストレプトアビジン被覆磁性体粒子(MAGNOTEX-SA, タカラ社製、日本国)等の磁性体粒子(以下、「SA粒子」という。)を、製造元の指示書に従って、結合バッファー(5〜20mM Tris-HCl(pH 7.8〜8.2), 0.5〜2mM EDTA, 0.5〜2M NaCl, 0.05〜0.2% Triton X-100)で2回洗浄する。その後、例えば、45〜55pmolの上記のmRNA-ピューロマイシン結合体を、1〜2mgのSA粒子とともに、100〜150μLの結合バッファー中で、室温にて、5〜15分間インキュベートする。引き続き、無細胞系翻訳の前に、この粒子を上記結合バッファーと翻訳ミックスバッファー(Ambion社製)とで、それぞれ洗浄し、mRNA-ピューロマイシン結合体を磁性体粒子に固定化することができる。
(6) Immobilization of mRNA-puromycin conjugate to magnetic beads
Immobilization of the mRNA-puromycin conjugate to the magnetic substance can be performed as follows. That is, magnetic particles on which aptamer-binding molecules of a desired particle size are immobilized are washed with a desired buffer, incubated with the above-mentioned mRNA-puromycin conjugate under desired conditions, and before cell-free translation, Wash with buffer.
For example, magnetic particles (hereinafter referred to as “SA particles”) such as streptavidin-coated magnetic particles (MAGNOTEX-SA, manufactured by Takara, Japan) having a particle size of 2 to 3 μm are bonded according to the manufacturer's instructions. Wash twice with buffer (5-20 mM Tris-HCl (pH 7.8-8.2), 0.5-2 mM EDTA, 0.5-2 M NaCl, 0.05-0.2% Triton X-100). Thereafter, for example, 45-55 pmol of the above mRNA-puromycin conjugate is incubated with 1-2 mg of SA particles in 100-150 μL of binding buffer at room temperature for 5-15 minutes. Subsequently, before cell-free translation, the particles can be washed with the binding buffer and translation mix buffer (Ambion) to immobilize the mRNA-puromycin conjugate on the magnetic particles.

(7)ペプチドアプタマーの合成
(7−1)無細胞翻訳及び磁性粒子上での逆転写(RT)
磁性スタンドで磁性粒子を分離し、所望量の無細胞翻訳抽出物を添加し、この混合物を所望の条件でインキュベートする。mRNA-タンパク質融合体の収量を上げたい場合には、後翻訳産物を、高塩濃度条件下にてさらに翻訳を行う、翻訳融合反応を行なってもよい。発現されたmRNA-タンパク質複合体が結合した粒子を、その後、RNase阻害剤を含む結合バッファーで洗浄し、RTバッファーでリンスし、RTバッファーと逆転写酵素とを上記粒子に加えて、所望の条件でインキュベートしRTを行うようにすることができる。
(7) Synthesis of peptide aptamers (7-1) Cell-free translation and reverse transcription on magnetic particles (RT)
Separate the magnetic particles with a magnetic stand, add the desired amount of cell-free translation extract, and incubate the mixture at the desired conditions. When it is desired to increase the yield of the mRNA-protein fusion, a post-translation product may be subjected to a translation fusion reaction in which the product is further translated under high salt conditions. The expressed mRNA-protein complex bound particles are then washed with a binding buffer containing an RNase inhibitor, rinsed with RT buffer, RT buffer and reverse transcriptase are added to the particles, and the desired conditions are reached. Incubate at RT for RT.

例えば、磁性粒子を分離した後に、200〜400μLの無細胞翻訳抽出物(Ambion社製、米国)を添加し、この混合物を25〜35℃で15〜30分間インキュベートする。mRNA-タンパク質融合体の収量を高める場合には、翻訳産物を、高塩濃度の存在下(それぞれ終濃度で70〜80mMのKCl及び55〜70mMのMgCl2)で、35〜42℃にて90分間さらに翻訳を行う、後翻訳融合反応を行なう。発現されたmRNA-タンパク質複合体が結合した粒子を、その後、RNase阻害剤を含む150〜250μLの結合バッファーで洗浄し、50〜150μLのRTバッファー(25〜100mMのTris-HCl(pH 8.1〜8.5), 65〜85mMのKCl, 2〜4mMのMgCl2)でリンスする。60~100μLのRTバッファーと60〜100単位の逆転写酵素M-MLV(タカラ社製、日本国)を上記粒子に加えて、40〜45℃で5〜15分間、RTを行う。 For example, after separating the magnetic particles, 200-400 μL of cell-free translation extract (Ambion, USA) is added and the mixture is incubated at 25-35 ° C. for 15-30 minutes. When increasing the yield of mRNA- protein fusions, the translation product, in the presence of high salt concentration (MgCl 2 of KCl and 55~70mM each 70~80mM final concentration), 90 at 35 to 42 ° C. Perform a post-translation fusion reaction with further translation for 1 minute. The particles bound with the expressed mRNA-protein complex were then washed with 150-250 μL of binding buffer containing RNase inhibitor and 50-150 μL of RT buffer (25-100 mM Tris-HCl (pH 8.1-8.5). ), 65-85 mM KCl, 2-4 mM MgCl 2 ). 60 to 100 μL of RT buffer and 60 to 100 units of reverse transcriptase M-MLV (Takara, Japan) are added to the particles, and RT is performed at 40 to 45 ° C. for 5 to 15 minutes.

(7−2)ジスルフィドーリッチタンパク質のリフォールディング
ストレプトアビジン被覆磁性粒子上のcDNA-タンパク質を所望の条件で還元し、結合バッファーで洗浄する。酸化グルタチオンの存在下に、還元グルタチオン及びタンパク質ジスルフィドイソメラーゼを用いて、リフォールディングを行う。粒子を洗浄し、制限酵素で消化して精製し、選択を行うようにすることができる。
(7-2) Refolding of disulfide-rich protein The cDNA-protein on the streptavidin-coated magnetic particles is reduced under desired conditions and washed with a binding buffer. Refolding is performed using reduced glutathione and protein disulfide isomerase in the presence of oxidized glutathione. The particles can be washed, digested with restriction enzymes and purified for selection.

例えば、ストレプトアビジン被覆磁性粒子上のcDNA-タンパク質を、100mMのDTT(タカラ社製、日本国)を加えて、20〜30℃にて0.5〜1.5時間還元し、結合バッファーで洗浄する。0.5〜2mMの酸化グルタチオンの存在下で、5〜20mM還元グルタチオン及びタンパク質ジスルフィドイソメラーゼを、cDNA融合体とほぼ等モルで用いて、0.5〜2時間、20〜30℃にて、リフォールディングを行う。粒子を洗浄し、PvuII等の制限酵素で消化し(下記参照)、Ni-NTA精製を行なって選択した。   For example, cDNA-protein on streptavidin-coated magnetic particles is reduced with 0.5 mM for 1.5 to 1.5 hours at 20 to 30 ° C. by adding 100 mM DTT (Takara, Japan) and washed with a binding buffer. Refolding is performed in the presence of 0.5-2 mM oxidized glutathione using 5-20 mM reduced glutathione and protein disulfide isomerase at approximately equimolar amounts with the cDNA fusion for 0.5-2 hours at 20-30 ° C. The particles were washed, digested with a restriction enzyme such as PvuII (see below) and selected by Ni-NTA purification.

(7−3)磁性ビーズからのcDNA-タンパク質融合体の回収
逆転写されたmRNA-タンパク質融合体を結合した磁性粒子を、結合バッファーで洗浄し、Mバッファーを用いて分離する。粒子からのmRNA/cDNA-タンパク質融合体分子の遊離は、Mバッファー、制限酵素及びBSAを加えて、所望の条件で行う。上記cDNA-タンパク質融合体産物を、その後、アガロースビーズを用いて、残っている上清から精製する。アガロースビーズを分離した後、上記上清を新たなチューブに移してRNaseとともにインキュベートしてmRNAを除き、SDS-PAGEに供する。その後、蛍光観察を行い、ピューロマイシンリンカーに付けたFITC標識の検出によってゲル上のバンドを定量する。
(7-3) Recovery of cDNA-protein fusion from magnetic beads Magnetic particles bound with reverse-transcribed mRNA-protein fusion are washed with a binding buffer and separated using an M buffer. Release of the mRNA / cDNA-protein fusion molecule from the particles is carried out under desired conditions by adding M buffer, restriction enzyme and BSA. The cDNA-protein fusion product is then purified from the remaining supernatant using agarose beads. After separating the agarose beads, the supernatant is transferred to a new tube and incubated with RNase to remove the mRNA and subjected to SDS-PAGE. Thereafter, fluorescence observation is performed, and the band on the gel is quantified by detecting the FITC label attached to the puromycin linker.

例えば、逆転写mRNA-タンパク質融合体が結合された磁性粒子を、結合バッファーで1回洗浄し、Mバッファー(5〜15mMのTris-HCl(pH 7.3〜7.7), 5〜15mMのMgCl2, 0.5〜1.5mMのDTT, 25〜100mMのNaCl)(タカラ社製、日本国)でさらに洗浄し、マグネチックスタンドを用いて磁性粒子を分離する。20〜80μLのMバッファー、20〜30単位のPvuII等の制限酵素及びBSA(終濃度=0.05〜0.2mg/mL)を加えて、35〜42℃にて0.5〜2時間インキュベートし、粒子からのmRNA/cDNA-タンパク質融合体分子を遊離させる。上記cDNA-タンパク質融合体産物を、その後、例えば、Ni-NTAアガロースビーズ(QIAGEN社製)を用いて、残っている上清から精製するようにすることができる。 For example, magnetic particles to which a reverse transcription mRNA-protein fusion is bound are washed once with a binding buffer, and M buffer (5-15 mM Tris-HCl (pH 7.3-7.7), 5-15 mM MgCl 2 , 0.5 Further washing with ~ 1.5mM DTT, 25 ~ 100mM NaCl) (Takara, Japan), the magnetic particles are separated using a magnetic stand. Add 20-80 μL of M buffer, 20-30 units of restriction enzyme such as PvuII and BSA (final concentration = 0.05-0.2 mg / mL) and incubate at 35-42 ° C. for 0.5-2 hours. Release the mRNA / cDNA-protein fusion molecule. The cDNA-protein fusion product can then be purified from the remaining supernatant using, for example, Ni-NTA agarose beads (QIAGEN).

この反応液からビーズを分離し、検出用に、上記上清を新たなチューブに移す。1〜5単位のRNase H(Promega社製、米国)とともに、34〜42℃で10〜30分間インキュベートしてmRNAを除き、所望の濃度の尿素を含むSDS-PAGEに供するようにすることができる。その後、フルオロイメージャー(Typhoon 8600)等を使用して観察し、上述したピューロマイシンリンカーに付けたFITC標識の検出によってゲル上のバンドを定量する。   The beads are separated from the reaction and the supernatant is transferred to a new tube for detection. Incubate with 1-5 units of RNase H (Promega, USA) for 10-30 minutes at 34-42 ° C to remove mRNA and subject to SDS-PAGE containing the desired concentration of urea. . Thereafter, the band on the gel is quantified by observation using a fluoroimager (Typhoon 8600) or the like and detection of the FITC label attached to the puromycin linker described above.

(7−4)タンパクの固定化及び標識
免疫グロブリンG、標的分子及びウシ血清アルブミンを、NHS-活性化Sepharose 4 Fast Flow (GEヘルスケア社製)中で結合させ、所望の濃度のスラリーとして調製する。被覆されていない粒子は、タンパク質不存在の条件下で、同様に調製する。Pou結合部位を有する二本鎖DNAを、例えば、以下のオリゴヌクレオチド
(7-4) Protein immobilization and labeling Immunoglobulin G, target molecule and bovine serum albumin are combined in NHS-activated Sepharose 4 Fast Flow (GE Healthcare) to prepare a slurry of desired concentration. To do. Uncoated particles are similarly prepared under protein-free conditions. Double-stranded DNA having a Pou binding site, for example, the following oligonucleotide

5’-CCAGGGT[ATGCAAAT]TATTAAGGGCAAAAA(配列番号4)-ビオチン-3’
5’-TTTTTGCCCTTAATA[ATTTGCAT]ACCCTGG-3’(配列番号5)
5'-CCAGGGT [ATGCAAAT] TATTAAGGGCAAAAA (SEQ ID NO: 4) -Biotin-3 '
5'-TTTTTGCCCTTAATA [ATTTGCAT] ACCCTGG-3 '(SEQ ID NO: 5)

のハイブリダイゼーションによって調製することができる。[ ]で囲まれた配列は、Pou結合部位を示す。得られたビオチン化dsDNA(以下、「Oct-DNA」と略す。)を、ストレプトアビジン被覆セファロースビーズに固定することができる。標的分子のビオチン標識は、例えば、NHS-ss-ビオチン(Pierce社製)を使用して行うことができる。得られた混合物をバッファーに対して透析して、遊離ビオチン分子を除去し、タンパク濃度を、濃度既知の標準品を用いたSDS-PAGEで推定する。 Can be prepared by hybridization. The sequence surrounded by [] indicates the Pou binding site. The obtained biotinylated dsDNA (hereinafter abbreviated as “Oct-DNA”) can be immobilized on streptavidin-coated sepharose beads. The biotin labeling of the target molecule can be performed using, for example, NHS-ss-biotin (Pierce). The resulting mixture is dialyzed against buffer to remove free biotin molecules, and the protein concentration is estimated by SDS-PAGE using a standard with a known concentration.

例えば、IgG(Sigma社製)、IL-6R(Peprotech社製)及びBSA(Ambion社製、米国) (25〜100μg)を、150〜250μLのNHS-活性化Sepharose 4 Fast Flow (GEヘルスケア社製)中で、製造元の指示書に従って結合させ、40〜60%スラリーとして最終溶液を調製することができる。また、IL-6Rのビオチン標識は、NHS-ss-ビオチン(Pierce社製)を使用し、製造元(Pierce社)の指示書に従って行うことができる。   For example, IgG (manufactured by Sigma), IL-6R (manufactured by Peprotech) and BSA (manufactured by Ambion, USA) (25-100 μg) (150-100 μL) NHS-activated Sepharose 4 Fast Flow (GE Healthcare) Can be combined according to the manufacturer's instructions to prepare the final solution as a 40-60% slurry. Moreover, biotin labeling of IL-6R can be performed using NHS-ss-biotin (Pierce) according to the manufacturer's instructions (Pierce).

(7−5)In vitroアフィニティー選択
cDNA用に3つの異なる鋳型、例えば、プロテインAのBドメイン(BDA)、Oct-1のPou-特異的DNA結合ドメイン(PDO)、ヒト免疫グロブリンG(IgG)及びPou結合部位を含む二本鎖DNA(Oct-DNA)をそれぞれ使用して、試験スクリーニング用に調製することができる。
引き続き、所定の比のBDA/PDOを含むcDNAライブラリをリンカー結合mRNAsの翻訳によって調製し、高塩濃度下にインキュベートし、逆転写し、PvuII消化し、6xHisタグを介したNi-NTA精製を行なう。BDA/PDOライブラリの精製画分を、IgG被覆粒子又はOct-DNA-被覆粒子のいずれかに加え、選択バッファー中にて撹拌し、引き続き、この混合物を室温で30分間、撹拌しながらインキュベートする。
(7-5) In vitro affinity selection
Double-stranded containing three different templates for cDNA, eg, protein A B domain (BDA), Oct-1 Pou-specific DNA binding domain (PDO), human immunoglobulin G (IgG) and Pou binding site Each DNA (Oct-DNA) can be used to prepare for test screening.
Subsequently, a cDNA library containing a predetermined ratio of BDA / PDO is prepared by translation of linker-bound mRNAs, incubated under high salt concentration, reverse transcribed, PvuII digested, and Ni-NTA purified via a 6 × His tag. The purified fraction of the BDA / PDO library is added to either IgG coated particles or Oct-DNA-coated particles and stirred in selection buffer, followed by incubation of the mixture for 30 minutes at room temperature with stirring.

その後、粒子を回収して選択バッファーで洗浄した。結合したcDNAディスプレイ分子を、溶出バッファーで除去し、速やかに中和した。上清をエタノールと共沈試薬とで沈殿させ、水に溶解させ、所望量のアリコートを、例えば、下記の2つのプライマーを用いてPCRで増幅させ、その後、変性ゲル電気泳動を行ない、フルオロイメージャーで定量的に分析することができる。   Thereafter, the particles were collected and washed with a selection buffer. Bound cDNA display molecules were removed with elution buffer and quickly neutralized. The supernatant is precipitated with ethanol and a coprecipitation reagent, dissolved in water, and a desired amount of aliquot is amplified by PCR using, for example, the following two primers, followed by denaturing gel electrophoresis, It can be analyzed quantitatively by major.

5’-(FITC)-CAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACC-3(配列番号6)
5’-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGATGATGATGATGGCTGCCTCCCCC-3’(配列番号7)
5 '-(FITC) -CAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACC-3 (SEQ ID NO: 6)
5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGATGATGATGATGGCTGCCTCCCCC-3 '(SEQ ID NO: 7)

例えば、BDA/PDOの比を、1:1、1:3及び1:20として、cDNAライブラリをリンカー結合mRNAsの翻訳によって調製することができる。BDA/PDOライブラリの精製画分を、選択バッファーでリンスされた10〜30μLの40〜60%スラリー上のIgG被覆粒子又はOct-DNA-被覆粒子のいずれかに加え、50〜200μLの選択バッファー(25〜100mMのTris-HCl(pH 7.4〜7.8), 0.5〜2mMのEDTA, 250〜750mMのNaCl, 0.05〜0.2%のTween 20)中にて、室温で15〜45分間撹拌し、引き続き、この混合物を室温で15〜45分間、撹拌しながらインキュベートすることができる。   For example, cDNA libraries can be prepared by translation of linker-bound mRNAs with BDA / PDO ratios of 1: 1, 1: 3, and 1:20. The purified fraction of the BDA / PDO library is added to either IgG-coated particles or Oct-DNA-coated particles on 10-30 μL of 40-60% slurry rinsed with selection buffer, and 50-200 μL of selection buffer ( Stir in 25-100 mM Tris-HCl (pH 7.4-7.8), 0.5-2 mM EDTA, 250-750 mM NaCl, 0.05-0.2% Tween 20) for 15-45 minutes at room temperature The mixture can be incubated at room temperature for 15-45 minutes with agitation.

その後、粒子を回収して選択バッファーで洗浄し、結合したcDNAディスプレイ分子を、50〜150μLの溶出バッファー(0.0.5〜0.2MのグリシンHCl(pH2〜3))で除去し、0.5〜2MのTris-HCl (pH 7.8〜8.2)で速やかに中和する。上清をエタノールと共沈試薬(Quick-precip Plus, Edge BioSyste ms)とで沈殿させ、5〜20μLの水に溶解し、1〜5μLのアリコートを、0.1〜0.5μMの上記のプライマーを用いて、例えば、変性15〜25秒、アニーリング10〜20秒、及び伸長25〜35秒を1サイクルとして20〜30サイクル行うPCRで増幅させる。その後、変性ゲル電気泳動(3〜6% Tween及び8M尿素)に供し、フルオロイメージャーで定量的に分析することができる。   The particles are then collected and washed with a selection buffer, and bound cDNA display molecules are removed with 50-150 μL of elution buffer (0.0.5-0.2 M glycine HCl (pH 2-3)) and 0.5-2 M Neutralize quickly with Tris-HCl (pH 7.8-8.2). The supernatant is precipitated with ethanol and a coprecipitation reagent (Quick-precip Plus, Edge BioSystems), dissolved in 5-20 μL of water, and 1-5 μL aliquots are added using 0.1-0.5 μM of the above primers. For example, amplification is performed by PCR in which 20 to 30 cycles are performed with denaturation 15 to 25 seconds, annealing 10 to 20 seconds, and extension 25 to 35 seconds as one cycle. Subsequently, it can be subjected to denaturing gel electrophoresis (3-6% Tween and 8M urea) and quantitatively analyzed with a fluoroimager.

(8)IL-6Rに対するランダムライブラリの選択
(8−1)cDNAディスプレイペプチドの推定
ランダムライブラリを、所望断片、例えば、35残基をコードするランダム配列、及び3’-末端における6x-His及びY-タグ、T7プロモーター及び5’-UTR、コザック、及び5’末端の開始コドン等の必須の要素を含む断片、を用いたオーバーラップPCRで調製する。当初ライブラリmRNAを、上記ピューロマイシンリンカーに加え、所望の量の溶解物に翻訳し、所望の塩を加えてタンパク質融合体を形成する。RT, PvuII消化及びNi-NTA精製は、以前に記載したパイロット条件(Yamaguchi J, et al., Nucleic Acids Res. 2009, 37, e108. doi:10.1093/nar/gkp514.)を用いて、スケールアップして行ない、DTTを除去し、精製されたcDNAディスプレイペプチドを、既知のFITC-標識オリゴヌクレオチドによって推定する。
例えば、当初のライブラリmRNAを200pmolとし、10〜30分間、20〜35℃で、0.5〜2mLの溶解物に翻訳するようにすることができる。
(8) Selection of random library for IL-6R (8-1) Prediction of cDNA display peptide Random library is selected as a desired fragment, for example, a random sequence encoding 35 residues, and 6x-His and Y at 3'-end. -Prepare by overlap PCR using tag, T7 promoter and 5'-UTR, Kozak, and fragment containing essential elements such as start codon at 5 'end. The initial library mRNA is added to the puromycin linker, translated into the desired amount of lysate, and the desired salt is added to form a protein fusion. RT, PvuII digestion and Ni-NTA purification were scaled up using previously described pilot conditions (Yamaguchi J, et al., Nucleic Acids Res. 2009, 37, e108. Doi: 10.1093 / nar / gkp514.) This is done to remove DTT and the purified cDNA display peptide is estimated by known FITC-labeled oligonucleotides.
For example, the initial library mRNA can be 200 pmol and translated into 0.5-2 mL of lysate at 20-35 ° C. for 10-30 minutes.

(8−2)得られたcDNAペプチドの選択
第1ラウンドでは、バッファー中に所定の量のライブラリ分子及び標的分子を、所望の磁性体粒子とインキュベートすることにより、これらを補足することができる。例えば、S-バッファー(25〜100mMのTris-HCl, 250〜750mMのNaCl, 0.5〜2mMのEDTA, 0.05〜0.2%のTween(pH 7.4〜7.8), 0.05〜0.2mg/mlのBSA)中で、2〜4x1011個のライブラリ分子及び10〜35nMのビオチン化IL-6Rを、ストレプトアビジン(SA)ビーズとともに、室温で0.5〜1.5時間インキュベートして捕捉する。この粒子を数回S-バッファーで洗浄し、結合(捕捉)された分子を、例えば、50〜200mMのDTTを用いて5〜15分間インキュベートして回収し、精製して次のラウンド用に処理する。所望のラウンドから、例えば、Diversify PCR Random Mutagenesis Kit (クロンテック社製、CA, 米国)等を用いて、選択された分子のPCR増幅工程の間に、ランダム突然変異を導入することができる。
(8-2) Selection of the obtained cDNA peptide In the first round, a predetermined amount of library molecule and target molecule can be supplemented by incubating with a desired magnetic particle in a buffer. For example, in S-buffer (25-100 mM Tris-HCl, 250-750 mM NaCl, 0.5-2 mM EDTA, 0.05-0.2% Tween (pH 7.4-7.8), 0.05-0.2 mg / ml BSA) 2-4 × 10 11 library molecules and 10-35 nM biotinylated IL-6R are captured with streptavidin (SA) beads for 0.5-1.5 hours incubation at room temperature. The particles are washed several times with S-buffer and the bound (captured) molecules are recovered by incubating for 5-15 minutes using, for example, 50-200 mM DTT, purified and processed for the next round To do. From the desired round, random mutations can be introduced during the PCR amplification step of the selected molecule using, for example, the Diversify PCR Random Mutagenesis Kit (Clontech, CA, USA).

所望の割合で突然変異を導入し、選択を行う。ランダム突然変異後に、例えば、0.5〜1.5mMの酸化グルタチオン及び5〜15mMの還元グルタチオン(いずれもSigma社製)、並びにタンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI; タカラ社製、日本国)を、タンパク質と所望の割合で添加し、これらの存在下で、室温で0.5〜1.5時間、固相リフォールディングを行うことができる。粒子を洗浄し、PvuII消化によって粒子からペプチドを遊離させ、Ni-NTA樹脂クロマトグラフィーで精製する。これらの条件を用いて選択を所望の回数行うことができる。
以上のようにして、種々のペプチドアプタマーを作製することができる。
Mutations are introduced at the desired rate and selection is performed. After random mutation, for example, 0.5 to 1.5 mM oxidized glutathione and 5 to 15 mM reduced glutathione (both manufactured by Sigma), and protein disulfide isomerase (PDI; manufactured by Takara, Japan), protein and a desired ratio In the presence of these, solid phase refolding can be performed at room temperature for 0.5 to 1.5 hours. The particles are washed and the peptides are released from the particles by PvuII digestion and purified by Ni-NTA resin chromatography. These conditions can be used to make a desired number of selections.
As described above, various peptide aptamers can be prepared.

(実施例1)化学修飾ペプチドアプタマーの合成
(1)cDNAディスプレイ用リンカーの作製
(1−1)試薬類
修飾されたオリゴヌクレオチドであるPuro-F-S及びビオチンループは、ジーンワールド社(東京、日本国)より入手した。Puro-F-Sとして、5’-(S)-TC(F)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18)-CC-(Puro)-3’という構造のものを入手した。このPuro-F-S鎖中、(S)は5’-Thiol-ModifierC6を、(F)はフルオレセイン-dTを、(Puro)はピューロマイシンCPGを、そして(Spacer18)はスペーサーホスフォロアミダイト18をそれぞれ表す。
ビオチンループとして、下記の配列のオリゴヌクレオチドを使用した。
(Example 1) Synthesis of chemically modified peptide aptamer (1) Preparation of a linker for cDNA display (1-1) Reagents Puro-FS and biotin loop, which are modified oligonucleotides, were produced by Gene World (Tokyo, Japan). ) As Puro-FS, a structure of 5 ′-(S) -TC (F)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18)-(Spec18) -CC- (Puro) -3 ′ was obtained. In this Puro-FS chain, (S) represents 5'-Thiol-ModifierC6, (F) represents fluorescein-dT, (Puro) represents puromycin CPG, and (Spacer18) represents spacer phosphoramidite 18. .
Oligonucleotides having the following sequences were used as biotin loops.

5’-CCCGGTGCAGCTGTTTCATC(T-B)CG GAAACAGCTGCACCCCCCGCCGCCCCCCG(T)CC T-3’…配列番号1   5'-CCCGGTGCAGCTGTTTCATC (T-B) CG GAAACAGCTGCACCCCCCGCCGCCCCCCG (T) CC T-3 '... SEQ ID NO: 1

上記ビオチンループ鎖中、(T)はAmino-Modifier C6 dTを、そして(T-B)はBiotin-dT(下線は、PvuII制限酵素用の認識部位を表す)。EMCS[N-(6-マレイミドカプロイルオキシ)スクシンイミド]は、(株)同仁化学研究所(熊本、日本国)から購入した。TCEP[トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィンは、ピアス社より購入した。   In the biotin loop chain, (T) is Amino-Modifier C6 dT, and (T-B) is Biotin-dT (underlined represents the recognition site for PvuII restriction enzyme). EMCS [N- (6-maleimidocaproyloxy) succinimide] was purchased from Dojindo Laboratories (Kumamoto, Japan). TCEP [Tris (2-carboxyethyl) phosphine was purchased from Pierce.

(1−2)ライブラリの構築
プロテインAのBドメインをpEZZ 18プロテインA遺伝子融合体ベクター(GEヘルスケア社製)から入手し、下記のプライマーを使用した。
フォワードプライマー:T7プロモーター、タバコモザイクウイルス(TMV)の5’非翻訳領域「オメガ」、コザック配列及びATG開始コドンを含む。
リバースプライマー:ヘキサヒスチジンタグ、スペーサー配列(GGGGGA GGCAGC:配列番号2)、及びmRNAとピューロマイシンリンカーDNAとの間に、3’末端でライゲーション可能なピューロマイシンリンカーDNAに相補的な配列(AGGACGG GGGGCGGGGAAA:配列番号3)を含む。
(1-2) Library construction The protein A B domain was obtained from the pEZZ 18 protein A gene fusion vector (GE Healthcare) and the following primers were used.
Forward primer: contains T7 promoter, tobacco mosaic virus (TMV) 5 'untranslated region "omega", Kozak sequence and ATG start codon.
Reverse primer: hexahistidine tag, spacer sequence (GGGGGA GGCAGC: SEQ ID NO: 2), and sequence complementary to puromycin linker DNA (AGGACGG GGGGCGGGGAAA: ligated at the 3 ′ end between mRNA and puromycin linker DNA) SEQ ID NO: 3).

また、上記BドメインをPDOで置換して鋳型を作成し、Oct-1のPOU特異的DNA結合ドメインを使用した。抗FLAG M2抗体のアフィニティー選択のために、FLAGエピトープをコードする2つの一本鎖の合成DNAs(27mers)及びランダムデカマーペプチドを、FASMAC社(日本国)から購入した。ランダムデカマーペプチドをコードするDNAはコドントリプレットであるX、Y、及び、Zを含み、ここで、X、Y及びZは、ヌクレオチドの混合物を示す。上記混合物中の割合は、以下の表1Xに示す通りであった。   In addition, a template was prepared by replacing the B domain with PDO, and the POU-specific DNA binding domain of Oct-1 was used. For affinity selection of anti-FLAG M2 antibody, two single-stranded synthetic DNAs (27mers) encoding a FLAG epitope and a random decamer peptide were purchased from FASMAC (Japan). The DNA encoding the random decamer peptide contains codon triplets X, Y, and Z, where X, Y, and Z indicate a mixture of nucleotides. The ratio in the mixture was as shown in Table 1X below.

(表1X)

Figure 2015227806
(Table 1X)
Figure 2015227806

以上と同様にして、上述したコドントリプレットを用いる32個のランダムな残基をコードするDNAを用いて35残基のライブラリを調製した。   In the same manner as described above, a 35-residue library was prepared using DNA encoding 32 random residues using the above-mentioned codon triplet.

(1−3)ピューロマイシンリンカーDNAの合成
上記Puro-F-S(10nmol)の5’チオール基を、100μlの50mMのリン酸バッファー(pH 7.0)中にて、室温で6時間、1mMのTCEPで還元し、その後、NAP-5カラム(GEヘルスケア社製)で要時脱塩した。総量10nmolのビオチンループ及び2μmolのEMCSを、100μlの0.2Mのリン酸ナトリウムバッファー(pH 7.0)に加えた。引き続き、混合物を、37℃で30分インキュベートし、4℃でエタノール沈殿を行い、過剰なEMCSを除去した。
(1-3) Synthesis of puromycin linker DNA The 5 ′ thiol group of Puro-FS (10 nmol) was reduced with 1 mM TCEP in 100 μl of 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) at room temperature for 6 hours. Thereafter, desalting was performed as necessary using a NAP-5 column (manufactured by GE Healthcare). A total of 10 nmol of biotin loop and 2 μmol of EMCS were added to 100 μl of 0.2 M sodium phosphate buffer (pH 7.0). Subsequently, the mixture was incubated at 37 ° C. for 30 minutes and ethanol precipitated at 4 ° C. to remove excess EMCS.

この沈殿を500μLの予め冷却しておいた70%エタノールで2回洗い、10μLの予め冷却しておいた0.2Mのリン酸ナトリウムバッファー(pH 7.0)に溶解した。還元されたPuro-F-Sを直ちに加えて、4℃で終夜撹拌した。この反応を4mMのTCEPを加えて15分間37℃で停止させた。その後、エタノール沈殿を行い、過剰なPuro-F-Sを室温で除去した。ビオチンループ及び未架橋のビオチンループ-EMCS複合体を除去するために、沈殿を0.1MのTEAA (グレンリサーチ社製)又はリン酸バッファーに溶解し、C18 HPLCカラムを用いて以下の条件で精製した。 This precipitate was washed twice with 500 μL of pre-cooled 70% ethanol and dissolved in 10 μL of pre-cooled 0.2 M sodium phosphate buffer (pH 7.0). Reduced Puro-FS was added immediately and stirred at 4 ° C. overnight. The reaction was stopped at 37 ° C. for 15 minutes with the addition of 4 mM TCEP. Thereafter, ethanol precipitation was performed, and excess Puro-FS was removed at room temperature. To remove the biotin loop and uncrosslinked biotin loop-EMCS complex, the precipitate was dissolved in 0.1 M TEAA (Glen Research) or phosphate buffer and purified using a C 18 HPLC column under the following conditions: did.

カラム:AR-300, 4.6x250mm (ナカライテスク製、日本国)
溶媒:溶媒A:0.1MのTEAA; 溶媒B:アセトニトリル/水(80:20, v/v)
グラジエント:B/A(15-35%, 33分)
流速:0.5 ml/分
検出波長:吸光度254nm及び490nm
Column: AR-300, 4.6x250mm (Nacalai Tesque, Japan)
Solvent: Solvent A: 0.1M TEAA; Solvent B: Acetonitrile / Water (80:20, v / v)
Gradient: B / A (15-35%, 33 minutes)
Flow rate: 0.5 ml / min Detection wavelength: Absorbance 254 nm and 490 nm

吸光度254nmでの最終ピークからの画分(吸光度490nmでの単一のピークに対応する)からの画分を集めた。乾燥後、ジエチルピロカーボネート(DEPC)処理水に再懸濁し、保存した。以上のようにして、ピューロマイシン-リンカーDNAを得ることができた。   Fractions from the fraction from the last peak at an absorbance of 254 nm (corresponding to a single peak at an absorbance of 490 nm) were collected. After drying, it was resuspended in diethylpyrocarbonate (DEPC) -treated water and stored. As described above, puromycin-linker DNA could be obtained.

(2)mRNA-ピューロマイシン結合体の磁性体ビーズへの固定
粒径2.3μmのストレプトアビジン被覆磁性体粒子(MAGNOTEX-SA, タカラ社、日本国)(以下、「SAビーズ」という。)を製造元の指示書に従って、結合バッファー(10mM Tris-HCl(pH 8.0), 1mM EDTA, 1M NaCl, 0.1% Triton X-100)で2回洗浄した。その後、上記のmRNA-ピューロマイシン結合体(48pmol)及びSAビーズ(1.2 mg)を120μLの結合バッファー中で、室温にて10分間インキュベートした。引き続き、無細胞系翻訳の前に、このビーズを上記結合バッファーと翻訳ミックスバッファー(Ambion社製、米国)とで、それぞれ洗浄した。以上のようにして、mRNA-ピューロマイシン結合体を磁性体粒子に固定化した。
(2) Immobilization of mRNA-puromycin conjugate to magnetic beads Manufacturer of streptavidin-coated magnetic particles with a particle size of 2.3 μm (MAGNOTEX-SA, Takara, Japan) (hereinafter referred to as “SA beads”). According to the instructions in the above, the cells were washed twice with a binding buffer (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA, 1 M NaCl, 0.1% Triton X-100). Thereafter, the mRNA-puromycin conjugate (48 pmol) and SA beads (1.2 mg) were incubated in 120 μL of binding buffer at room temperature for 10 minutes. Subsequently, before the cell-free translation, the beads were washed with the above binding buffer and translation mix buffer (Ambion, USA), respectively. As described above, the mRNA-puromycin conjugate was immobilized on the magnetic particles.

(3)ペプチドアプタマーの合成
(3−1)無細胞翻訳及び磁性粒子上での逆転写(RT)
磁性スタンドで磁性粒子を分離した後に、300μLの無細胞翻訳抽出物(Ambion社、米国)を添加し、この混合物を30℃で20分間インキュベートした。mRNA-タンパク質融合体の収量を高めるために、翻訳産物を、高塩濃度の存在下(それぞれ終濃度75mM及び63mMのKCl及びMgCl2)で、37℃にて90分間さらに翻訳を行う、後翻訳融合反応を行なった。発現されたmRNA-タンパク質複合体が結合した粒子を、その後、RNase阻害剤(SUPERaseIn, Ambion社製、米国)を含む200μLの結合バッファーで2回洗浄し、100μLのRTバッファー(50mMのTris-HCl(pH 8.3), 75mMのKCl, 3mMのMgCl2)でリンスした。80μLのRTバッファーと80単位の逆転写酵素M-MLV(タカラ社、日本国)とを上記粒子に加えて、42℃で10分間、RTを行った。
(3) Synthesis of peptide aptamers (3-1) Cell-free translation and reverse transcription on magnetic particles (RT)
After separating the magnetic particles on a magnetic stand, 300 μL of cell-free translation extract (Ambion, USA) was added and the mixture was incubated at 30 ° C. for 20 minutes. To increase the yield of the mRNA-protein fusion, the translation product is further translated for 90 minutes at 37 ° C in the presence of high salt concentrations (final concentrations of 75 mM and 63 mM KCl and MgCl 2 respectively ). A fusion reaction was performed. The expressed mRNA-protein complex bound particles were then washed twice with 200 μL binding buffer containing RNase inhibitor (SUPERaseIn, Ambion, USA) and 100 μL RT buffer (50 mM Tris-HCl). (pH 8.3), 75 mM KCl, 3 mM MgCl 2 ). 80 μL of RT buffer and 80 units of reverse transcriptase M-MLV (Takara, Japan) were added to the particles, and RT was performed at 42 ° C. for 10 minutes.

(3−2)ジスルフィドーリッチタンパク質のリフォールディング
ストレプトアビジン被覆磁性粒子上のcDNA-タンパク質を、100 mMのDTT(タカラ社製、日本国)を加えて、25℃にて1時間還元し、結合バッファーで洗浄した。1mMの酸化グルタチオンの存在下で、10mM還元グルタチオン及びタンパク質ジスルフィドイソメラーゼを、cDNA融合体と等モルで用いて、1時間、25℃にて、リフォールディングを行った。粒子を洗浄し、PvuII消化に供し、Ni-NTA精製を行なって選択した。
(3-2) Refolding of disulfide-rich protein The cDNA-protein on the streptavidin-coated magnetic particles was added with 100 mM DTT (manufactured by Takara, Japan), reduced at 25 ° C for 1 hour, and bound. Washed with buffer. Refolding was performed at 25 ° C. for 1 hour using 10 mM reduced glutathione and protein disulfide isomerase equimolar with the cDNA fusion in the presence of 1 mM oxidized glutathione. The particles were washed and subjected to PvuII digestion and selected by Ni-NTA purification.

(3−3)磁性ビーズからのcDNA-タンパク質融合体の回収
逆転写mRNA-タンパク質融合体を結合した磁性粒子を、結合バッファーで1回洗浄し、「Mバッファー」(10mMのTris-HCl(pH 7.5), 10mMのMgCl2, 1mMのDTT, 50mMのNaCl)(タカラ社、日本国)でさらに洗浄し、マグネチックスタンドを用いて磁性体粒子を分離した。40μLのMバッファー、24単位のPvuII及びBSA(終濃度=0.1mg/mL)を加えて、37℃にて1時間インキュベートし、粒子からのmRNA/cDNA-タンパク質融合体分子を遊離させた。BSAを加えて、mRNA/cDNA-タンパク質融合体産物と粒子との間の相互作用を弱めた。上記cDNA-タンパク質融合体産物を、その後、Ni-NTAアガロースビーズ(QIAGEN社製)を用いて、残っている上清から精製した。
(3-3) Recovery of cDNA-protein fusion from magnetic beads The magnetic particles bound with the reverse transcription mRNA-protein fusion were washed once with a binding buffer, and “M buffer” (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 50 mM NaCl) (Takara Corporation, Japan), and magnetic particles were separated using a magnetic stand. 40 μL of M buffer, 24 units of PvuII and BSA (final concentration = 0.1 mg / mL) were added and incubated at 37 ° C. for 1 hour to release the mRNA / cDNA-protein fusion molecules from the particles. BSA was added to weaken the interaction between the mRNA / cDNA-protein fusion product and the particles. The cDNA-protein fusion product was then purified from the remaining supernatant using Ni-NTA agarose beads (QIAGEN).

この反応液からビーズを分離した後、上記上清を新たなチューブに検出用として移し、2単位のRNase H (Promega社製、米国)とともに37℃で20分間インキュベートしてmRNAを除き、6M尿素を含むSDS-PAGEに供した。その後、フルオロイメージャー(Typhoon 8600)を使用して観察し、上述したピューロマイシンリンカーに付けたFITC標識の検出によってゲル上のバンドを定量した。   After separating the beads from this reaction solution, the supernatant was transferred to a new tube for detection, incubated with 2 units of RNase H (Promega, USA) at 37 ° C. for 20 minutes to remove mRNA, and 6M urea. The sample was subjected to SDS-PAGE. Thereafter, the band on the gel was quantified by observation using a fluoroimager (Typhoon 8600) and detection of the FITC label attached to the puromycin linker described above.

(3−4)タンパクの固定化及び標識
免疫グロブリンG(IgG; Sigma社製)、IL-6R (Peprotech社製)及びウシ血清アルブミン(BSA; Ambion社製、米国)(50μg)を、200μLのNHS-活性化Sepharose 4 Fast Flow (GE ヘルスケア社)中で、製造元の指示書に従って結合させた。最終の溶液は50%スラリーとして調製した。被覆されていない粒子も、タンパク質不存在の条件下で、同様に調製した。
(3-4) Immobilization and labeling of protein Immunoglobulin G (IgG; manufactured by Sigma), IL-6R (manufactured by Peprotech) and bovine serum albumin (BSA; manufactured by Ambion, USA) (50 μg) were mixed with 200 μL. Coupling in NHS-activated Sepharose 4 Fast Flow (GE Healthcare) according to manufacturer's instructions. The final solution was prepared as a 50% slurry. Uncoated particles were similarly prepared under protein-free conditions.

Pou結合部位を有する二本鎖DNAを、
二本鎖DNAを、以下のオリゴヌクレオチド
Double-stranded DNA having a Pou binding site,
Double-stranded DNA is converted into the following oligonucleotides

5’-CCAGGGT[ATGCAAAT]TATTAAGGGCAAAAA(配列番号4)-ビオチン-3’
5’-TTTTTGCCCTTAATA[ATTTGCAT]ACCCTGG-3’(配列番号5)
5'-CCAGGGT [ATGCAAAT] TATTAAGGGCAAAAA (SEQ ID NO: 4) -Biotin-3 '
5'-TTTTTGCCCTTAATA [ATTTGCAT] ACCCTGG-3 '(SEQ ID NO: 5)

のハイブリダイゼーションによって調製した。[ ]で囲まれた配列は、Pou結合部位を示す。得られたビオチン化dsDNA(以下、「Oct-DNA」と略す。)を、ストレプトアビジン被覆セファロースビーズ(GEヘルスケア社製)に固定した。
IL-6Rのビオチン標識を、NHS-ss-ビオチン(Pierce社製)を使用して、製造元(Pierce社)の指示書に従って行った。得られた混合物をバッファーに対して透析し、遊離ビオチン分子を除去した。タンパク濃度を、濃度既知のIL-6Rを用いたSDS-PAGEで推定した。
Prepared by hybridization. The sequence surrounded by [] indicates the Pou binding site. The resulting biotinylated dsDNA (hereinafter abbreviated as “Oct-DNA”) was immobilized on streptavidin-coated sepharose beads (GE Healthcare).
IL-6R was labeled with biotin using NHS-ss-biotin (Pierce) according to the manufacturer's instructions (Pierce). The resulting mixture was dialyzed against buffer to remove free biotin molecules. The protein concentration was estimated by SDS-PAGE using a known concentration of IL-6R.

(3−5)In vitroアフィニティー選択
cDNA用に3つの異なる鋳型、プロテインAのBドメイン(BDA)、Oct-1のPou-特異的DNA結合ドメイン(PDO)、ヒト免疫グロブリンG(IgG)及びPou結合部位を含む二本鎖DNA(Oct-DNA)をそれぞれ使用して、試験スクリーニング用に調製した。
(3-5) In vitro affinity selection
Double-stranded DNA containing three different templates for cDNA, protein A B domain (BDA), Oct-1 Pou-specific DNA binding domain (PDO), human immunoglobulin G (IgG) and Pou binding site ( Oct-DNA) was used for each and prepared for test screening.

BDA/PDO (1:1、1:3及び1:20)を含むcDNAライブラリをリンカー結合mRNAsの翻訳によって調製し、高塩濃度下にインキュベートし、逆転写し、PvuII消化し、6xHisタグを介したNi-NTA精製を行なった。BDA/PDOライブラリの精製画分を、IgG被覆粒子又はOct-DNA-被覆粒子(選択バッファーでリンスされた20μLの50%スラリー)のいずれかにそれぞれ加えて、100μLの選択バッファー(50mMのTris-HCl(pH 7.6), 1mMのEDTA, 500mMのNaCl, 0.1%のTween 20)中にて、室温で30分間撹拌した。引き続き、この混合物を室温で30分間、撹拌しながらインキュベートした。   A cDNA library containing BDA / PDO (1: 1, 1: 3 and 1:20) was prepared by translation of linker-bound mRNAs, incubated under high salt concentration, reverse transcribed, PvuII digested and via 6xHis tag Ni-NTA purification was performed. Purified fractions of the BDA / PDO library are added to either IgG-coated particles or Oct-DNA-coated particles (20 μL 50% slurry rinsed with selection buffer), respectively, and 100 μL selection buffer (50 mM Tris- The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes in HCl (pH 7.6), 1 mM EDTA, 500 mM NaCl, 0.1% Tween 20). The mixture was subsequently incubated at room temperature for 30 minutes with agitation.

その後、粒子を回収して選択バッファーで洗浄した。結合したcDNAディスプレイ分子を、100μLの溶出バッファー(0.1MのグリシンHCl(pH 2.5))で除去し、1MのTris-HCl (pH 8.0)で速やかに中和した。上清をエタノールと共沈試薬(Quick-precip Plus, Edge BioSyste ms)とで沈殿させ、10μLの水に溶解した。2μLのアリコートを、0.2μMの下記のプライマーを用いて、変性20秒、アニーリング15秒、及び伸長30秒を1サイクルとして25サイクル行うPCRで増幅させた。その後、変性ゲル電気泳動(4.5% Tween及び8M尿素)に供し、フルオロイメージャーで定量的に分析した。   Thereafter, the particles were collected and washed with a selection buffer. Bound cDNA display molecules were removed with 100 μL elution buffer (0.1 M glycine HCl (pH 2.5)) and immediately neutralized with 1 M Tris-HCl (pH 8.0). The supernatant was precipitated with ethanol and a coprecipitation reagent (Quick-precip Plus, Edge BioSystems) and dissolved in 10 μL of water. A 2 μL aliquot was amplified by PCR using 0.2 μM of the following primers for 25 cycles of denaturation 20 seconds, annealing 15 seconds, and extension 30 seconds as one cycle. Thereafter, it was subjected to denaturing gel electrophoresis (4.5% Tween and 8M urea) and quantitatively analyzed with a fluoroimager.

5’-(FITC)-CAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACC-3(配列番号6)
5’-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGATGATGATGATGGCTGCCTCCCCC-3’(配列番号7)
5 '-(FITC) -CAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACC-3 (SEQ ID NO: 6)
5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGATGATGATGATGGCTGCCTCCCCC-3 '(SEQ ID NO: 7)

与えられた標的に対する混合されたプールから選択されたPDO及び/又はBDAとの間の比をバリデートするために、選択されたDNAを、上記の条件で、15、20、25、30及び35サイクル増幅した。
25サイクル前後で直線範囲に達し、約30サイクルで終了することがわかったため、PCRのサイクル数を25とした。FLAGタグの場合には、アフィニティー選択を、抗FLAG M2抗体−アガロースビーズ(Sigma社製)を用いて3回行った。各回から選択されたPCR産物を、直接シーケンシングによって分析した。PCR産物も、TAベクター(Qiagen社製)にクローニングし、クローンをランダムにピックアップした。
In order to validate the ratio between PDO and / or BDA selected from a mixed pool for a given target, the selected DNA is subjected to 15, 20, 25, 30 and 35 cycles under the conditions described above. Amplified.
Since it was found that the linear range was reached before and after 25 cycles and completed in about 30 cycles, the number of PCR cycles was set to 25. In the case of the FLAG tag, affinity selection was performed three times using anti-FLAG M2 antibody-agarose beads (Sigma). PCR products selected from each round were analyzed by direct sequencing. The PCR product was also cloned into a TA vector (Qiagen) and the clones were picked up randomly.

(4)IL-6Rに対するランダムライブラリの選択
(4−1)cDNAディスプレイペプチドの推定
ランダムライブラリを、35残基をコードするランダム配列、及び3’-末端における6x-His及びY-タグ、T7プロモーター及び5’-UTR、コザック、及び5’末端の開始コドン等の必須の要素を含む断片のオーバーラップPCRで調製した。200pmolの当初のライブラリmRNAを、上記ピューロマイシンリンカーに加え、20分間、30℃で、1mLの溶解物に翻訳した。50mMのKCL及び63mMのMgCl2をそれぞれ加えて、タンパク質融合体の形成を行った。RT, PvuII消化及びNi-NTA精製を、以前に記載したパイロット条件を用いて、スケールアップした。DTTを使用したバッファーから除去した。精製されたcDNAディスプレイペプチドを、既知のFITC-標識オリゴヌクレオチドによって推定した。
(4) Selection of random library for IL-6R (4-1) Estimation of cDNA display peptide Random library, random sequence encoding 35 residues, and 6x-His and Y-tag at 3'-end, T7 promoter And 5'-UTR, Kozak, and overlapping PCR of fragments containing essential elements such as the 5 'end initiation codon. 200 pmol of the original library mRNA was added to the puromycin linker and translated into 1 mL lysate for 20 minutes at 30 ° C. In addition 50mM of KCL and 63mM of MgCl 2, respectively, it was formed protein fusions. RT, PvuII digestion and Ni-NTA purification were scaled up using previously described pilot conditions. Removed from buffer using DTT. Purified cDNA display peptide was estimated by known FITC-labeled oligonucleotides.

(4−2)得られたcDNAペプチドの選択
第1ラウンドでは、S-バッファー(50mMのTris-HCl, 500mMのNaCl, 1mMのEDTA, 0.1%のTween(pH 7.6), 0.1 mg/mlのBSA)中で、2.7x1011個のライブラリ分子及び25nMのビオチン化IL-6Rを、ストレプトアビジン(SA)ビーズとともに室温で1時間インキュベートして捕捉し、数回S-バッファーで洗浄した。結合された分子を、100mMのDTT(Sigma社製、米国)を用いて10分間インキュベートして回収し、精製して次のラウンド用に処理した。ラウンド4(R4)から、Diversify PCR Random Mutagenesis Kit (クロンテック社製、CA, 米国)を用いて、選択された分子をPCRで増幅する間に、ランダム突然変異を導入した。
(4-2) Selection of the obtained cDNA peptide In the first round, S-buffer (50 mM Tris-HCl, 500 mM NaCl, 1 mM EDTA, 0.1% Tween (pH 7.6), 0.1 mg / ml BSA) ), 2.7 × 10 11 library molecules and 25 nM biotinylated IL-6R were captured by incubation with streptavidin (SA) beads for 1 hour at room temperature and washed several times with S-buffer. Bound molecules were recovered by incubation for 10 minutes with 100 mM DTT (Sigma, USA), purified and processed for the next round. From round 4 (R4), random mutations were introduced during PCR amplification of selected molecules using the Diversify PCR Random Mutagenesis Kit (Clontech, CA, USA).

突然変異を3.2〜7.3%で導入した。選択は、これらの条件を用いて9ラウンド行った(すなわち、R12まで)。ランダム突然変異後に、1mMの酸化グルタチオン(Sigma社製)、10mMの還元グルタチオン(Sigma社製)及びタンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI; タカラ社製、日本国)をタンパク質と1:1で添加して、これらの存在下で、室温で1時間、固相リフォールディングを行った。粒子を洗浄し、PvuII消化によって粒子からペプチドを遊離させ、Ni-NTA樹脂クロマトグラフィーで精製した。これらの条件を用いて、選択を6ラウンド行った(すなわち、R9まで)。   Mutations were introduced at 3.2-7.3%. Selections were made 9 rounds using these conditions (ie up to R12). After random mutation, 1 mM oxidized glutathione (Sigma), 10 mM reduced glutathione (Sigma) and protein disulfide isomerase (PDI; Takara, Japan) were added 1: 1 with the protein. Solid phase refolding was performed for 1 hour at room temperature in the presence of. The particles were washed and the peptides were released from the particles by PvuII digestion and purified by Ni-NTA resin chromatography. Using these conditions, selections were made 6 rounds (ie up to R9).

(5)ペプチド合成と特徴づけ
(5−1)ペプチド合成
1つのジスルフィド結合からなる2つのシステイン残基(Cyc-2型)を含むペプチド及び2つのジスルフィド結合(C1とC4の間、C2とC3との間)からなる4つのシステイン残基(Cys-4型)を含むペプチドを、化学合成で調製した。さらに、異なるジスルフィドパターン(すなわち、C1とC3との間、及びC2とC4との間)からなるCys4-2Bも、合成した。一般的に、ビオチン部分は、N末端に付けた。
2つのCys残基を含む上記Cys-2ペプチドを、Toray(東京、日本国)に注文して合成させた。4つのCys残基を含むCys-4ペプチドを合成し、以前に報告された方法(18)に従って、Peptide Institute(大阪、日本国)を用いて、それらのトポロジーについて保持時間に基づくHPLCプロファイルにより特徴づけを行なった。これら2つのペプチドのうち、Cys-4ペプチドを以下の結合アッセイに使用し、特徴づけを行なった。
(5) Peptide synthesis and characterization (5-1) Peptide synthesis Peptides containing two cysteine residues (Cyc-2 type) consisting of one disulfide bond and two disulfide bonds (between C1 and C4, C2 and C3 A peptide containing 4 cysteine residues (Cys-4 type) consisting of In addition, Cys4-2B consisting of different disulfide patterns (ie, between C1 and C3 and between C2 and C4) was also synthesized. In general, the biotin moiety was attached to the N-terminus.
The Cys-2 peptide containing two Cys residues was ordered from Toray (Tokyo, Japan) and synthesized. Cys-4 peptides containing 4 Cys residues were synthesized and characterized by retention time based HPLC profiles for their topology using the Peptide Institute (Osaka, Japan) according to a previously reported method (18) I did it. Of these two peptides, the Cys-4 peptide was used for the following binding assay and characterized.

(5−2)結合アッセイ
IL-6レセプター(IL-6R)は、ACRObiosystemsより購入した。
1mMの合成ビオチン化ペプチドを、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)中にて、室温で1時間、200nMの固定化IL-6Rとインキュベートした。この混合物を遠心し、上清を捨てた。粒子をPBS-T(Tween 20, 0.1%)で完全に洗浄し、1/2,000希釈となるようにストレプトアビジン−西洋ワサビペルオキシダーゼ(SA-HRP; GEヘルスケア社製)と30分インキュベートした。PBS-Tで数回洗浄した後に、200mLのTMB基質を加えた。この反応を、適切に発色させたのちに、0.5Mの硫酸で停止させた。吸光度を450nmでモニターした。
(5-2) Binding assay
IL-6 receptor (IL-6R) was purchased from ACRObiosystems.
1 mM synthetic biotinylated peptide was incubated with 200 nM immobilized IL-6R in phosphate buffered saline (PBS) for 1 hour at room temperature. The mixture was centrifuged and the supernatant was discarded. The particles were thoroughly washed with PBS-T (Tween 20, 0.1%) and incubated with streptavidin-horseradish peroxidase (SA-HRP; manufactured by GE Healthcare) for 1 / 2,000 dilution for 30 minutes. After several washes with PBS-T, 200 mL of TMB substrate was added. The reaction was stopped with 0.5 M sulfuric acid after proper color development. Absorbance was monitored at 450 nm.

(5−3)解離定数(Kd)の決定
合成されたビオチン化ペプチドの結合アフィニティーを、以前に報告された方法を少々修正してアッセイした。一定量のペプチド(10nM)を、種々の濃度のIL-6R(1nMから1mM)と、PBS中にて25℃で1時間インキュベートした。この混合物を、一定量(200nM)のIL-6R被覆粒子にアプライし、さらに30分間インキュベートした。PBS-Tで数回洗浄した後に、1/2,000希釈となるようにSA-HRPを加え、30分間インキュベートした。上清を除き、粒子をPBS-Tで4〜5回洗浄した。200μLのTMB基質を発色用に加え、反応を0.5Mの硫酸で停止させた。吸光度を450nmでモニターした。データを、GraphPad Prism 4 (GraphPad software Inc.製, サンディエゴ、カリフォルニア州、米国)を用いてプロットした。求められたKdは55nMであった。以上のようにして、1〜8kDaのサイズのIL-6レセプター(IL-6R)と結合するペプチドアプタマー(IL-6RA)を得た。
(5-3) Determination of dissociation constant (Kd) The binding affinity of the synthesized biotinylated peptide was assayed with a slight modification of the previously reported method. A fixed amount of peptide (10 nM) was incubated with various concentrations of IL-6R (1 nM to 1 mM) for 1 hour at 25 ° C. in PBS. This mixture was applied to a constant amount (200 nM) of IL-6R coated particles and incubated for an additional 30 minutes. After washing several times with PBS-T, SA-HRP was added to a dilution of 1/2000 and incubated for 30 minutes. The supernatant was removed and the particles were washed 4-5 times with PBS-T. 200 μL of TMB substrate was added for color development and the reaction was stopped with 0.5 M sulfuric acid. Absorbance was monitored at 450 nm. Data was plotted using GraphPad Prism 4 (GraphPad software Inc., San Diego, CA, USA). The required Kd was 55 nM. As described above, a peptide aptamer (IL-6RA) that binds to an IL-6 receptor (IL-6R) having a size of 1 to 8 kDa was obtained.

(実施例2)磁性体ゲルビーズの凝集挙動
(1)試薬類
磁性ゲルビーズとして、Therma-Max(登録商標)LA Avidin(30)(JNC(株)製、日本国、以下、「磁性体ゲルビーズ」という。)を使用した。上記実施例1で得たIL-6RAのうち、4KDaのものの5’末端に、ペプチド合成機を用いて固相合成によりビオチン化修飾し、ビオチン化IL-6RAを得た。
(Example 2) Aggregation behavior of magnetic gel beads (1) Reagents Therma-Max (registered trademark) LA Avidin (30) (manufactured by JNC Corporation, Japan, hereinafter referred to as "magnetic gel beads") as magnetic gel beads .)It was used. Of the IL-6RA obtained in Example 1, the 5 ′ end of 4 KDa was biotinylated by solid phase synthesis using a peptide synthesizer to obtain biotinylated IL-6RA.

(2)磁性体ゲルビーズ自身の凝集
磁性体ゲルビーズを、2mg/mLの濃度で含むアッセイバッファー(10mMのEDTAを含む10mMのPBS(pH 7.4))を調製し、バッファーの温度を氷冷状態から20℃のインキュベータ内に入れ、その後1℃/10分で上昇させて変化させ、分散状態から凝集状態に転移する温度を確認したところ、22℃であった。また、このときの凝集時間は、約10分であった。
(3)標的分子の有無による凝集状態の比較
次いで、この磁性体ゲルビーズ溶液(ゲルビーズ濃度2mg/mL、10mMのEDTAを含む10mMのPBS(pH 7.4))に、40μMのIL-6RP溶液(31.2μMのCys-4を含む、終濃度)を加え、標的分子であるIL-6Rを50pmol/1.25μLで加えたチューブと、IL-6Rを含まないバッファーのみを等量で加えたチューブとを、25.5〜26.5℃で10分間インキュベートした。凝集結果を図6に示す。IL-6Rを加えなかったチューブでは凝集は見られず、加えたチューブでは凝集が見られた。
以上より、この磁性体ゲルビーズに結合されたIL-6RPは、50pmolという低濃度のIL-6Rを検出することができることが示された。
(2) Aggregation of magnetic gel beads themselves An assay buffer (10 mM PBS (pH 7.4) containing 10 mM EDTA) containing magnetic gel beads at a concentration of 2 mg / mL is prepared. When it was placed in an incubator at 0 ° C. and then increased by 1 ° C./10 minutes to change the temperature, the temperature at which the dispersion state changed to the aggregation state was confirmed. Further, the aggregation time at this time was about 10 minutes.
(3) Comparison of aggregation state depending on presence / absence of target molecule Next, in this magnetic substance gel bead solution (gel bead concentration 2 mg / mL, 10 mM PBS (pH 7.4) containing 10 mM EDTA), 40 μM IL-6RP solution (31.2 μM 2), a tube to which IL-6R as a target molecule was added at 50 pmol / 1.25 μL, and a tube to which only a buffer not containing IL-6R was added in an equal amount Incubated at ~ 26.5 ° C for 10 minutes. The aggregation results are shown in FIG. Aggregation was not observed in the tube to which IL-6R was not added, and aggregation was observed in the tube to which IL-6R was not added.
From the above, it was shown that IL-6RP bound to the magnetic gel beads can detect IL-6R at a low concentration of 50 pmol.

(4)磁性体ゲルビーズに結合させたIL-6RPとIL-6Rとの結合様式による凝集時間の変化
上記の磁性体ゲルビーズに、ビオチンを介して結合させたIL-6Rと、IL-6RP(4KDa)とを直接結合させた場合と、抗体を用いて間接的に結合させた場合の凝集時間の変化を検討した。
まず、10mMのEDTAを含むPBSバッファー、40μL中にて、4℃の条件下で、磁性体ゲルビーズとIL-6RPを容器内で混合した後、4℃で1時間、静置して磁性体ゲルビーズ表面にIL-6RPを結合させた。
(4) Changes in aggregation time depending on the binding mode between IL-6RP and IL-6R bound to magnetic gel beads IL-6R and IL-6RP (4KDa) bound to the above magnetic gel beads via biotin ) And the indirect binding using an antibody were examined.
First, magnetic gel beads and IL-6RP were mixed in a PBS buffer containing 40 mM of 10 mM EDTA under conditions of 4 ° C. in a container, and then allowed to stand at 4 ° C. for 1 hour. IL-6RP was bound to the surface.

間接にIL-6Rを結合させる場合には、10mMのEDTAを含むPBSバッファー、40μL中にて、4℃の条件で、容器内で混合した後、4℃で1時間、静置して抗IL-6R抗体をビーズ表面に結合させた。ここで使用した抗体のサイズは140KDaであり、R&D systems より購入した。   When indirectly binding IL-6R, the mixture was mixed in a PBS buffer containing 40 mM of 10 mM EDTA under conditions of 4 ° C., and then allowed to stand at 4 ° C. for 1 hour. -6R antibody was bound to the bead surface. The antibody size used here was 140 KDa and was purchased from R & D systems.

磁性体ゲルビーズとIL-6RPとを直接結合させると、凝集時間に変化が見られ、約10分となった。これに対し、抗体を介して間接的に結合させた場合には、凝集時間は約1分以下分と変化が見られず一定であった。
以上より、抗体のような大きな分子をペプチドアプタマーに結合させると、磁性体ゲルビーズ表面の物性の変化が小さいために、凝集時間に変化が起こらないことが推察された。
When the magnetic gel beads and IL-6RP were directly bound, a change was observed in the aggregation time, which was about 10 minutes. On the other hand, in the case of indirectly binding via an antibody, the aggregation time was constant with no change of about 1 minute or less.
From the above, it was speculated that when a large molecule such as an antibody is bound to a peptide aptamer, the change in physical properties on the surface of the magnetic gel beads is small, so that the aggregation time does not change.

本願発明は、医薬分野、とくに診断薬の分野において有用である。   The present invention is useful in the field of medicine, particularly in the field of diagnostic agents.

配列番号1:ビオチンループ鎖
配列番号2:スペーサー配列
配列番号3:ピューロマイシンリンカーDNAに相補的な配列
配列番号4:Pou結合部位を有する二本鎖DNA作製用DNA
配列番号5:Pou結合部位を有する二本鎖DNA作製用DNA
配列番号6:プライマー
配列番号7:プライマー
SEQ ID NO: 1: Biotin loop strand SEQ ID NO: 2: Spacer sequence SEQ ID NO: 3: Sequence complementary to puromycin linker DNA SEQ ID NO: 4: DNA for preparing double-stranded DNA having Pou binding site
SEQ ID NO: 5: DNA for preparing double-stranded DNA having a Pou binding site
Sequence number 6: Primer Sequence number 7: Primer

Claims (16)

バッファー中でペプチドアプタマーが固定された磁性体ゲルビーズと、前記ペプチドアプタマーと特異的に結合する標的分子とを結合させる結合工程と;
前記標的分子と結合した磁性体ゲルビーズをバッファー中で凝集させる凝集工程と;
前記凝集したゲルビーズと結合した標的分子を検出する検出工程と;
を備えることを特徴とする、標的分子の高感度検出方法。
A binding step of binding a magnetic gel bead having a peptide aptamer immobilized in a buffer and a target molecule that specifically binds to the peptide aptamer;
An aggregation step of aggregating the magnetic gel beads bound to the target molecule in a buffer;
A detection step of detecting a target molecule bound to the aggregated gel beads;
A method for detecting a target molecule with high sensitivity.
前記標的分子の濃度は10pM〜1mMであることを特徴とする、請求項1に記載の標的分子の高感度検出方法。   The method of claim 1, wherein the concentration of the target molecule is 10 pM to 1 mM. 前記磁性体ゲルビーズは、温度感応性であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for detecting a target molecule with high sensitivity according to claim 1 or 2, wherein the magnetic gel beads are temperature sensitive. 前記磁性体ゲルビーズには、ペプチドアプタマーを固定するための固定用分子が固定されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for highly sensitive detection of a target molecule according to any one of claims 1 to 3, wherein an immobilization molecule for immobilizing a peptide aptamer is immobilized on the magnetic gel beads. 前記固定用分子は、ストレプトアビジン、アミノ基、及びカルボキシル基からなる群から選ばれるものであることを特徴とする、請求項4に記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for highly sensitive detection of a target molecule according to claim 4, wherein the immobilization molecule is selected from the group consisting of streptavidin, an amino group, and a carboxyl group. 前記ペプチドアプタマーは、8個以上150個以下のアミノ酸で構成されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for detecting a target molecule according to any one of claims 1 to 5, wherein the peptide aptamer is composed of 8 or more and 150 or less amino acids. 前記ペプチドアプタマーは、10個以上40個以下のアミノ酸で構成されていることを特徴とする、請求項6に記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for detecting a target molecule according to claim 6, wherein the peptide aptamer is composed of 10 to 40 amino acids. 前記凝集は、温度が1〜50℃の範囲で行われることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for highly sensitive detection of a target molecule according to any one of claims 1 to 7, wherein the aggregation is performed in a temperature range of 1 to 50 ° C. 前記凝集は、温度が10〜30℃の範囲で行われることを特徴とする請求項8に記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for highly sensitive detection of a target molecule according to claim 8, wherein the aggregation is performed in a temperature range of 10 to 30 ° C. 前記凝集は、塩濃度が0〜1Mの範囲で行われることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の標的分子の高感度検出方法。   The high-sensitivity detection method for a target molecule according to any one of claims 1 to 9, wherein the aggregation is performed in a salt concentration range of 0 to 1M. 前記凝集は、塩濃度が0〜100mMの範囲で行われることを特徴とする請求項10に記載の標的分子の高感度検出方法。   The method for highly sensitive detection of a target molecule according to claim 10, wherein the aggregation is performed in a salt concentration range of 0 to 100 mM. 標的分子と結合するペプチドアプタマー作製用のリンカー調製剤と;
前記ペプチドアプタマーを精製するための精製用磁性ビーズと、ビオチン化試薬と、酵素と;
前記精製されたペプチドアプタマーを、固定用分子が固定された磁性体ゲルビーズと結合させるための結合用試薬と;
前記結合されたペプチドアプタマーを固定するための固定用分子が固定された磁性体ゲルビーズと;
を備えることを特徴とする、標的分子の高感度検出用キット。
A linker preparation for producing a peptide aptamer that binds to a target molecule;
A purification magnetic bead for purifying the peptide aptamer, a biotinylation reagent, an enzyme;
A binding reagent for binding the purified peptide aptamer to the magnetic gel beads on which the fixing molecule is fixed;
A magnetic gel bead having an immobilizing molecule for immobilizing the bound peptide aptamer;
A kit for highly sensitive detection of a target molecule, comprising:
前記リンカー調製剤は、ペプチド提示分子が結合された一方の端部と;ペプチドアプタマーの塩基配列と対応する配列のmRNAが主鎖として結合される他方の端部と;前記他方の端部近傍に位置する固相結合分子と;を有するペプチド鎖を含むことを特徴とする、請求項12に記載の標的分子の高感度検出用キット。   The linker preparation agent comprises: one end to which a peptide-presenting molecule is bound; the other end to which the mRNA corresponding to the base sequence of the peptide aptamer is bound as a main chain; and the vicinity of the other end A kit for detecting a target molecule with high sensitivity according to claim 12, comprising a peptide chain having: 前記ペプチド提示分子はピューロマイシンであり、前記固相結合分子がビオチンである、ことを特徴とする請求項13に記載の標的分子の高感度検出用キット。   The kit for sensitive detection of a target molecule according to claim 13, wherein the peptide-presenting molecule is puromycin, and the solid-phase binding molecule is biotin. 前記酵素は、RNase T1、Endonuclease V、及びPvuIIからなる群から選ばれるものであることを特徴とする、請求項12〜14のいずれかに記載の標的分子の高感度検出用キット。   The kit for highly sensitive detection of a target molecule according to any one of claims 12 to 14, wherein the enzyme is selected from the group consisting of RNase T1, Endonuclease V, and PvuII. 前記標的分子の濃度が0.1nM〜1mMであることを特徴とする、請求項12〜15のいずれかに記載の標的分子の高感度検出用キット。   The kit for highly sensitive detection of a target molecule according to any one of claims 12 to 15, wherein the concentration of the target molecule is 0.1 nM to 1 mM.
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