JP2015530114A - リアルタイムモニタリング - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に用いられるように、用語「対象酵素または分子」は、事象または反応にその活性が帰し得る酵素または分子、例えばタンパク質を示す。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび方法は、事象、条件、反応、因子濃度、またはシグナルのモニタリングおよび/または測定のためのアッセイ(例えば、生物発光アッセイ)を提供する(例えば、リアルタイムで、連続する時間にわたって、など)。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび方法は、事象に対してリアルタイムに反応して生物発光シグナルを(例えば、基質とタンパク質センサとの相互作用から)生成する(例えば、これによってプロ基質が基質に変換される)。
生細胞にプロ基質およびタンパク質センサが供給される。プロ基質は細胞に進入し、細胞内事象によってタンパク質センサ用の基質に変換される。基質は、細胞から排出してタンパク質センサによって利用されるまでは検出可能なシグナルを生成しない。基質は急速にタンパク質センサによって用いられて「フラッシュシグナル」を生成するか、分解する。基質は細胞の外で蓄積されない。したがって、シグナルの連続的な生成は生細胞からの基質の連続的な流れによるものであり、生細胞にて発生するたびにリアルタイムで細胞内事象を検出することを可能にする(図1)。
A.A549細胞を、384ウェルプレートのウェルに、2,000細胞/ウェルで入れた。細胞に、40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサと50μMのPBI−4600プロ基質を、一緒にまたは個別に加えた。いくつかの場合では、タンパク質センサとプロ基質は予め一緒に混ぜ合わされて、細胞の存在下または不在下で培養された。発光が、Tecan社製インフィニット500プレートリーダーを用いて、さまざまな時点にてモニタリングされた(図2A)。
JurkatまたはA549細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルにさまざまな密度で入れた。50μMのPBI−4600プロ基質と40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを細胞に加えた。室温にて15分間(A549)または55分間(Jurkat)培養した後に、発光が、Tecan社製インフィニット500プレートリーダーを用いて測定された。
A549細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに5,000細胞/ウェルで入れた。50μMのPBI−4600プロ基質と40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを細胞と共に2時間培養して、発光が測定された。細胞に1%Triton X−100を加えて、発光が添加2分後に測定された。
A549細胞を、40μMのPBI−4600プロ基質と100ng/mlのNANOLUCタンパク質センサの存在下で、384ウェルプレートのウェルに1,000細胞/ウェルで入れた。細胞は培養され、発光シグナルが、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いてさまざまな時点でモニタリングされた。次に、Triton X−100が、最終濃度が1%になるように加えられ、培地のみを受けたコントロール細胞と比較された。発光は連続的にモニタリングされた。
A549細胞を384ウェルプレートのウェルに、1,000細胞/ウェルで入れた。細胞生存性試薬:1x濃度のAlamarBlueまたは40μMのPBI−4600プロ基質に加えて100ng/mlのNANOLUCタンパク質センサを加え、細胞を120分間培養した。次に、Triton X−100を、最終濃度が1%になるまで加えた。発光および蛍光(AlamarBlue:励起570nm、放射585nm、帯域幅5nm)が、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いてさまざまな時点で測定された(図6A)。
A549細胞を、384ウェルプレートのウェルに300細胞/ウェルで入れた。細胞に、PBI−4600のプロ基質を滴定にて、および40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサを加えた。細胞生存性に対するアッセイ成分の干渉を、細胞毒性アッセイの読み出し(CellTox−Green、プロメガ株式会社)をさまざまな時点でモニタリングすることで求めた。各時点にて、細胞毒性の蛍光読み出しがTecan社製M1000プレートリーダー(励起485nm、放射520nm、帯域5nm)を用いて測定された。
A549細胞を、384ウェルプレートのウェルに複数の密度(500、250、125、または62.5細胞/ウェル)で入れた。40μMのPBI−4600プロ基質と100ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを細胞に加えた。さまざまな時点で、発光が、ガスコントロールモジュール(37℃および5%CO2で設定)を有して、Tecan社製M200プレートリーダーを用いて測定された。読み出しは72時間にわたって、30分毎に行われた。
37℃、5%CO2恒温器における、40uMのPBI−4600プロ基質と100ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを含有する培地に心筋細胞を入れて、増殖させた。さまざまな時点で、発光がTecan社製M1000プレートリーダーを用いてモニタリングされた。複数日にわたって細胞を増殖させた後、ジギトニンを、最終濃度が200μg/mlになるまで加えた。発光は、ジギトニンの添加直後から連続的に読み出された。
A)反応は薬物による
A549細胞を、40μMのPBI−4600プロ基質および100ng/mlのNANOLUCタンパク質センサの存在下で、384ウェルプレートのウェルに250細胞/ウェルで入れた。さまざまな薬物化合物を細胞に加え、発光が、ガスコントロールモジュール(設定:37℃および5%CO2)を有するTecan社製M200プレートリーダーによって、同一の試料セットを用いてさまざまな時点でモニタリングされた(図10)。
A549細胞を、40μMのPBI−4600プロ基質および100ng/mlのNANOLUCタンパク質センサの存在下で、384ウェルプレートのウェルに250細胞/ウェルで入れた。ドキソルビシンをさまざまな濃度で細胞に加えて、発光が、ガスコントロールモジュール(設定:37℃および5%CO2)を有してTecan社製M200プレートリーダーを用いて複数時点にてモニタリングされた(図11)。
A549、JurkatおよびPC3細胞を、40μMのPBI−4600プロ基質および40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサの存在下で、384ウェルアッセイプレートのウェルに入れた。ドキソルビシン(200nM)を細胞に加えて、発光が、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて複数時点にて測定された(図12)。
Jurkat細胞を、40μMのPBI−4600プロ基質および40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサの存在下で、384ウェルアッセイプレートのウェルに6,000細胞/ウェルで入れた。ドキソルビシンをさまざまな濃度で細胞に加えて、発光を、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて24、48、および72時間で測定した。GraphPad Prismバージョン5.03を用いて、データを非線形回帰S字型用量反応(可変スロープ)曲線に当てはめることで、IC50値を求めた。
A549細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに3,000細胞/ウェルで入れた。細胞は、ジギトニン投与によって24時間処置された。MTSおよび細胞TITER−GLO試薬(プロメガ株式会社)を、24時間処置の後に、メーカーの使用説明書にしたがって細胞に加えた。NANOLUC/4600試験ウェルについては、50μMのPBI−4600プロ基質と40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを、ジギトニンと合わせて、全24時間の時間経過について培養した。発光は、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて測定された。MTSシグナルは、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて490nmにおける吸収度を分析することによって測定された。
この例では、本明細書に記載のリアルタイム細胞生存性アッセイは、NAD生合成経路阻害剤FK866での処置後にNAD/NADHレベルの変化を測定する最適な時点を求めるのに用いられた。NAD/NADHは細胞代謝を調節して細胞増殖に影響を与える重要な補助因子である。細胞機能におけるこれらのヌクレオチドの役割をより良く理解するには、NAD/NADHレベルおよび細胞生存の関係を確立することが重要である。
現在の生物発光アッセイを複合して行う手法は、特別なフィルタの使用、または2つ目のアッセイによって生成される光を測定するために最初の反応の活性を抑制することが必要である。本明細書に記載の方法では、シグナルは生細胞による連続的な基質生成によるものであり、細胞分解後に急速に低下し、2つ目の反応からの発光を、いかなる追加の要件(例えば、阻害剤または特別なフィルタの使用)なく、直接測定できる条件を作り上げる。
Jurkat細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに5,000細胞/ウェルで入れた。次に、培地(カスパーゼ活性化)または40ng/mlのNANOLUC、および50μMのPBI−4600を細胞に加えた。続いて、試料はTRAIL滴定された。細胞生存性およびカスパーゼ活性化は、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて、最初に細胞生存性アッセイから発光を測定し、メーカーの使用説明書にしたがってカスパーゼ−GLO3/7アッセイ用試薬を加え(プロメガ株式会社、生存能力アッセイからのシグナルを消光させる)、カスパーゼ−GLO3/7アッセイからの発光を測定することによって、複数時点でモニタリングされた。
ホタルルシフェラーゼを安定的に発現するHEK細胞の細胞滴定を、384ウェルアッセイプレートのウェルに入れた。次に、培地(レポーター遺伝子アッセイ)または40ng/mlのNANOLUCおよび50μMの4600を細胞に加えた。細胞生存性は上記のとおりに最初に測定されて、次にONE−GLOルシフェラーゼアッセイ用試薬(プロメガ株式会社)をメーカーの使用説明書にしたがって加えた。ホタルルシフェラーゼレポーターからの発光が次にTecan社製M1000プレートリーダーを用いて測定された。
A549細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに300細胞/ウェルで入れた。40ng/mlのNANOLUCと50μMのPBI−4600に加えて、CellTOX Green細胞毒性染料(プロメガ株式会社)を細胞に加えた。次に、細胞はジギトニン投与曲線で処置されて、生存能力(発光)ならびに細胞毒性(蛍光、励起485nm、放射520nm、帯域幅5nm)がTecan社製M1000プレートリーダーを用いてモニタリングされた。
A549細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに500細胞/ウェルで入れた。50μMのPBI−4600プロ基質と、40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサと、さまざまな濃度のドキソルビシンまたはパノビノスタット(投与曲線を生成するため)とが細胞に加えられた。細胞生存性が、前に記載されるように、発光シグナルを測定することでさまざまな時点で求められた。
A549細胞を、384ウェルアッセイプレートに300細胞/ウェルで入れた。細胞はパノビノスタット投与曲線によって72時間処置された。次に、50μMのPBI−4600および40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサを細胞に加えて、1時間培養した。発光は、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて測定された。
PBI−4600(50μM)を、室温(RT)または37℃で、増加する時点について、190時間までRPMI細胞培地にて培養した。HPLC分析を行って、さまざまな時点でのPBI−4600の純度を求めた。
A549細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに250細胞/ウェルで入れた。細胞培養に50μMのPBI−4600プロ基質と40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを加え、72時間培養した。培養後、40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサが細胞培養に加えられて、シグナルを1.5時間後にモニタリングした。
A549(200細胞/ウェル)またはJurkat(6250細胞/ウェル)細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに入れた。50μMのPBI−4601プロセレンテラジン基質と40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを細胞に加えた。発光は、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いてさまざまな時点にて測定された。
A549細胞を、384ウェルアッセイプレートのウェルに1,000細胞/ウェルで入れた。50μMのPBI−3741(プロフリマジンカスパーゼ基質)と、40ng/mlのNANOLUC酵素を細胞に加えた。アポトーシスを誘発するために、細胞にスタウロスポリンを、最終濃度が4μMとなるように加えた。アポトーシスの誘発およびカスパーゼの活性化はリアルタイムで測定された。カスパーゼ活性化後のプロ基質から基質への変換の増加は、本明細書に記載の方法を用いたスタウロスポリン処置の時間中における発光の増加によって検出された。
A549細胞を、384ウェルプレートのウェルに1,000細胞/ウェルで入れて、一晩培養した。次に、10、25、または50μMのプロフリマジン過酸化水素基質、PBI−4759と、40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサとを細胞に加えた。周知のROS誘導因子であるメナジオン(200μM)、または溶媒対照群(DMSO)を細胞に加えた。発光は、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて時間経過にわたってモニタリングされた。細胞におけるメナジオン誘発過酸化水素生成としては、背景より上の発光の増加が測定され、最大シグナルはメナジオン添加後5時間で到達した。
大腸菌(ATCC25922)を37℃で一晩増殖させた。一晩培養されたものは次に、新鮮な培地で50倍に希釈されて、対数期に到達するまで数時間培養した。培地の試料は、96ウェルプレートのウェルに、40ng/mlのNANOLUCタンパク質センサおよび50μMのPBI−4600プロ基質(希釈因子「1/32、1/64、など」)の存在下で、培地に連続的に希釈された。細菌の増殖は、Tecan社製M1000プレートリーダーを用いて、複数の時点での生物発光における増加をモニタリングすることで測定された。
組織試料に対して、血液および血餅を取り除くためにヘパリンを含有するPBSによって潅流液が送られて、重量が求められた。約10mgの組織が、2mMのEDTAを含有する1〜2mlのPBSで均一化された。組織エキスを遠心機にかけ、上澄み液を収集した。組織エキスは96ウェルプレートのウェルに、50μMのPBI−4600と40ng/mlのNANOLUC酵素と一緒に滴下された。発光は、プレートリーダールミノメーターを用いてさまざまな時点で測定された。
Claims (38)
- 細胞内事象、条件、または反応を検出する方法であって、
基質とタンパク質センサとの相互作用によって生成されるシグナルを検出することを含み、
前記基質は、プロ基質と、前記細胞内事象、条件、または反応と関連する因子との相互作用の生成物であり、
前記シグナルの存在が前記細胞内事象、条件、または反応の発生をリアルタイムで示し、
前記細胞内事象、条件、または反応に関連する因子の不在が、結果として前記シグナルのリアルタイムの不在となり、
前記シグナルの大きさが前記因子の量と相関する、前記方法。 - 前記検出は、リアルタイムモニタリングを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記検出は、前記シグナルの連続的なモニタリングを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記検出は、長時間にわたって生細胞における細胞内事象を連続的にモニタリングすることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記プロ基質は安定しており、絶えず前記細胞に進入する、請求項1に記載の方法。
- 前記プロ基質は、細胞内事象、条件、または反応によって基質に変換されて、絶えず前記細胞から排出する、請求項1に記載の方法。
- 前記基質は、前記細胞の外に配置されるタンパク質センサとの相互作用によってシグナルを生成する、請求項1に記載の方法。
- 前記基質は不安定である、請求項1に記載の方法。
- 前記基質が、前記プロ基質と、前記細胞内事象、条件、または反応と関連付けられる前記因子との前記相互作用の後に、細胞外に蓄積されない、請求項1に記載の方法。
- 前記プロ基質と、前記細胞内事象、条件、または反応と関連付けられる前記因子との相互作用によって生成される前記基質の実質的に全てが、分解するか前記タンパク質センサによって利用される、請求項1に記載の方法。
- 前記基質およびタンパク質センサによって生成される前記シグナルは、生細胞による基質の連続的な供給に依存する、請求項1に記載の方法。
- 前記基質はリアルタイムの基質である、請求項1に記載の方法。
- 前記基質と前記タンパク質センサとの相互作用によって生成される前記シグナルは、前記プロ基質が前記細胞内事象、条件、または反応に関連付けられる前記因子と相互作用することによって前記基質が連続的に生成されるときのみに持続する、請求項1に記載の方法。
- 前記細胞内事象、条件、または反応に関連付けられる前記因子の濃度の増減によって、前記基質と前記タンパク質センサとの前記相互作用によって生成される前記シグナルがそれに対応して増減する、請求項1に記載の方法。
- 前記シグナルはリアルタイムのシグナルである、請求項1に記載の方法。
- 前記シグナルは非蓄積シグナルである、請求項1に記載の方法。
- 前記基質は前記細胞から排出可能である、請求項1に記載の方法。
- 前記タンパク質センサは細胞外に設けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記タンパク質センサは前記細胞に進入することができない、請求項18に記載の方法。
- 前記基質と前記タンパク質センサとの前記相互作用が細胞外で発生する、請求項19に記載の方法。
- 前記生細胞は、前記タンパク質センサを発現するために操作されない、請求項1に記載の方法。
- 前記プロ基質、基質またはタンパク質センサは非侵襲的であり、細胞機能を妨げない、請求項1に記載の方法。
- 前記タンパク質センサは、前記アッセイの時間尺度にわたって活性を保持する、請求項1に記載の方法。
- 前記タンパク質センサはルシフェラーゼ酵素を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ルシフェラーゼ酵素は、発光エビ、甲虫、Renilla、またはガウシアルシフェラーゼを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記ルシフェラーゼ酵素は、増強されたタンパク質安定性、増強された生物発光、および/または増強されたシグナル安定性を有する発光エビルシフェラーゼを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記ルシフェラーゼ酵素は、キタアメリカホタルまたはペンシルバニアホタルから選択される甲虫ルシフェラーゼを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記プロ基質は、プロフリマジン、プロフリマジン誘導体、プロセレンテラジン、プロセレンテラジン誘導体または類似体、プロルシフェリン、もしくはプロルシフェリン誘導体を含む、請求項24に記載の方法。
- 前記因子は酵素または分子であり、その存在が前記細胞内事象または反応と相関する、請求項1に記載の方法。
- 前記酵素または分子は、カスパーゼ、プロテアーゼ、活性酸素種、チトクロムP450(CYP450)酵素、もしくはモノアミンオキシダーゼ(MAO)、還元酵素、デヒドロゲナーゼ、または酸化還元酵素を含む、請求項29に記載の方法。
- 前記細胞内事象、条件、または反応が細菌細胞内で検出される、請求項1に記載の方法。
- 前記細胞内事象、条件、または反応が真核細胞内で検出される、請求項1に記載の方法。
- 前記細胞内事象、条件、または反応は哺乳類細胞内で検出される、請求項32に記載の方法。
- 前記細胞内事象、条件、または反応は、組織または臓器全体の中で検出される、請求項1に記載の方法。
- 複数の異なる細胞内事象、条件、または反応が、複合アッセイまたは形式にて同時に検出される、請求項1に記載の方法。
- 細胞内事象または反応を検出するキットであって、前記キットは、
a)基質と相互作用することで検出可能なシグナルを生成するタンパク質センサと、
b)細胞に進入可能なプロ基質であって、前記プロ基質が前記細胞内事象、条件、または反応に関連する因子と相互作用することで前記プロ基質が前記タンパク質センサ用の基質に変換されるプロ基質と、を備える、前記キット。 - 事象、条件、または反応を検出する方法であって、
基質とタンパク質センサとの相互作用によって生成されるシグナルを検出することを含み、
前記基質は、プロ基質と、前記事象、条件、または反応と関連する因子との相互作用の生成物であり、
前記シグナルの存在が前記事象、条件、または反応の発生をリアルタイムで示し、
前記事象、条件、または反応に関連する因子の不在が、結果として前記シグナルがリアルタイムの不在となり、
前記シグナルの大きさが前記因子の量と相関する、前記方法。 - 前記事象、条件、または反応は、細胞内、細胞外、細胞可溶化物内、または無細胞系内にて発生する、請求項37に記載の方法。
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