JP2016123343A - Nucleic acid linker - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel nucleic acid linker for a rapidly, simple, and accurate cDNA display method that is applicable to an automation high throughput system.SOLUTION: A novel nucleic acid linker consists of a branched single stranded DNA having a side chain in which puromycin is bound to the 3' end and not having a biotinylated base and a site for cleaving the base, wherein the side chain is bound to a principal chain through an oligo dA provided in a root region thereof. Using this nucleic acid linker enables the execution of a series of all steps of a purification of a mRNA-protein cointegrate produced by a cell-free translation system, a production of a mRNA/cDNA-protein cointegrate by a reverse transcription, a production of a cDNA-protein cointegrate by RNase, and a purification of the mRNA/cDNA-protein cointegrate or the cDNA-protein cointegrate, on a Ni magnetic bead surface, as well as enables acquisition of a high affinity protein to a target substance in a short time.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、cDNAディスプレイ用の新規なピューロマイシンリンカー オリゴヌクレオチドに関し、さらに当該ピューロマイシンリンカーを用いた簡便で効率の良いcDNAディスプレイ方法及びハイスループットなインビトロセレクションに関する。   The present invention relates to a novel puromycin linker oligonucleotide for cDNA display, and further relates to a simple and efficient cDNA display method using the puromycin linker and high-throughput in vitro selection.

近年、診断試薬や創薬分野を含む幅広い分野において、望みの機能や性質を有するタンパク質やペプチドをスクリーニングするための技術として、進化分子工学的なディスプレイ技術が注目されている。そのようなディスプレイ技術としては、従来からのファージディスプレイ、細胞表層ディスプレイなどの細胞を用いる手法に加え、最近ではリボソームディスプレイ、mRNAディスプレイ、cDNAディスプレイなどの無細胞翻訳系を利用したディスプレイ技術の進展もめざましく、ペプチド医薬などの新規な機能性ペプチド分子開発に寄与する強力なリサーチツールとしての期待が持たれている(非特許文献1〜3)。
現在最も多く利用されているディスプレイ方法は、ファージディスプレイ法であって(非特許文献4)、多数の成功例がある(非特許文献5〜7)が、ライブラリーサイズを比較してみると、ファージディスプレイ法の場合は最大でも108程度であるのに対して、無細胞翻訳系ディスプレイ技術では1012以上であるから、より高い分子多様性が可能である。また、無細胞翻訳系は、非天然残基のタンパク質/ペプチド内への取り込みが可能であるという柔軟性を有し、ジスルフィドシャッフリング反応等のような翻訳後修飾を行い得る点でも、細胞依存的な方法に勝っている(非特許文献8〜10)。
しかしながら、このような有益な特性やその後の技術開発(非特許文献11)にもかかわらず、無細胞翻訳系ディスプレイ技術はファージディスプレイ法ほどには一般的とはなっていない(非特許文献1)。その大きな要因は、無細胞翻訳系と比較してファージディスプレイ法においては、遺伝子型と発現ペプチドとの正確な対応性が確保できることと共に、簡便で迅速な手法がすでに確立されている点にある。ファージディスプレイを用いるセレクション/進化の全過程は一般に約2〜3週間(非特許文献1、4)で達成されるのに対して、無細胞翻訳系ディスプレイ技術では、セレクション/進化の10サイクル以上を含む場合は、全過程で5〜8週間に及ぶ(非特許文献12〜14)。
In recent years, an evolutionary molecular engineering display technique has attracted attention as a technique for screening proteins and peptides having desired functions and properties in a wide range of fields including diagnostic reagents and drug discovery fields. As such display technology, in addition to conventional methods using cells such as phage display and cell surface display, display technology using cell-free translation systems such as ribosome display, mRNA display, and cDNA display has recently been developed. Remarkably, there is an expectation as a powerful research tool that contributes to the development of new functional peptide molecules such as peptide drugs (Non-Patent Documents 1 to 3).
Currently, the most widely used display method is the phage display method (Non-Patent Document 4), and there are many successful examples (Non-Patent Documents 5 to 7). In the case of the phage display method, it is about 10 8 at the maximum, but in the cell-free translation system display technology, it is 10 12 or more, so higher molecular diversity is possible. In addition, the cell-free translation system has the flexibility that non-natural residues can be incorporated into proteins / peptides, and is also cell-dependent in that post-translational modifications such as disulfide shuffling can be performed. (Non-Patent Documents 8 to 10).
However, despite such beneficial characteristics and subsequent technology development (Non-Patent Document 11), cell-free translation system display technology is not as general as the phage display method (Non-Patent Document 1). . The major factor is that, in the phage display method as compared with the cell-free translation system, an accurate correspondence between the genotype and the expressed peptide can be secured, and a simple and rapid method has already been established. The entire selection / evolution process using phage display is generally accomplished in about 2 to 3 weeks (Non-Patent Documents 1 and 4), whereas cell-free translation-based display technology allows more than 10 cycles of selection / evolution. When included, the whole process takes 5 to 8 weeks (Non-Patent Documents 12 to 14).

進化工学的手法における自動化技術は、核酸の場合には比較的簡単で、新規リガンド創出のためのインビトロセレクション工程及び進化工程のいずれも自動化に成功し解析の精度もスピードも向上している(非特許文献15)。これに対してディスプレイされたタンパク質の場合、下流でのカップリング工程の精度に問題があるため、一般に自動化システムを採用することが難しい。例えば、ファージディスプレイなど細胞依存的な方法の場合、細胞を介してのカップリング工程は大きな障害となることが予想される。しかしながら、ファージディスプレイではすでに半自動化及び自動化のハイスループットシステムの報告がある(非特許文献16、17)。一方、無細胞翻訳系の特にcDNAディスプレイは本来自動化に適している技術であるはずであるが、ミクロ流体分析技術に基づく自動化の試み(非特許文献18)はあるが、なかなか完全な自動化技術が進まない。これは、従来、cDNAディスプレイにおいてテンプレートとなるmRNA複合体製造工程やタンパク質との融合工程などでの最適化が優れた新規リガンドの創出に結びついたが、これら最適化の調製手法は自動操作に適さないこと(非特許文献12〜14、18)に起因している。
しかしながら、今後のより迅速な新規リガンド及び試薬の大規模な創出に向けて、cDNAディスプレイの自動化ハイスループットシステムの構築は必須であり、そのための正確でかつ迅速なcDNAディスプレイ技術及び当該cDNAディスプレイ用の核酸リンカーの開発は急務である。
The automation technology in evolutionary engineering is relatively simple in the case of nucleic acids, and both the in vitro selection process and the evolution process for creating new ligands have been successfully automated, improving the accuracy and speed of analysis (non- Patent Document 15). On the other hand, in the case of the displayed protein, there is a problem in the accuracy of the coupling process downstream, and thus it is generally difficult to adopt an automated system. For example, in the case of a cell-dependent method such as phage display, a coupling process via a cell is expected to be a major obstacle. However, there are already reports of semi-automated and automated high-throughput systems for phage display (Non-patent Documents 16 and 17). On the other hand, the cell-free translation system, especially cDNA display, should be a technology that is inherently suitable for automation. However, although there are attempts to automate based on microfluidic analysis technology (Non-patent Document 18), it is quite difficult to achieve complete automation technology. Not proceed. This has led to the creation of new ligands that are excellently optimized in the process of producing mRNA complexes that serve as templates in cDNA displays and in the process of fusion with proteins, but these optimization preparation methods are suitable for automated operations. This is due to the absence (Non-Patent Documents 12 to 14, 18).
However, in order to create new ligands and reagents on a larger scale in the future, it is essential to construct an automated high-throughput system for cDNA display. For this purpose, an accurate and rapid cDNA display technology and the cDNA display The development of nucleic acid linkers is urgent.

特開2003−299489号公報JP 2003-299489 A 特許第4318721号公報Japanese Patent No. 4318721 特開2011−87573号公報JP 2011-87573 A 特開2011−217708号公報JP 2011-217708 A 特開2012−139197号公報JP 2012-139197 A WO2013/065827WO2013 / 065827 特許第4959226号公報Japanese Patent No. 4959226 WO2010/104114WO2010 / 104114

Bradbury, A.R., et al, Nat. Biotechnol., 2011, 29, 245.Bradbury, A.R., et al, Nat. Biotechnol., 2011, 29, 245. Lohse, P.A., et al, Curr. Opin. Drug Discov. Devel., 2001, 4, 198.Lohse, P.A., et al, Curr. Opin. Drug Discov. Devel., 2001, 4, 198. Rothe, A., et al, Faseb J. 2006, 20, 1599.Rothe, A., et al, Faseb J. 2006, 20, 1599. Smith, G.P., et al, Chem. Rev. 1997, 97, 391.Smith, G.P., et al, Chem. Rev. 1997, 97, 391. Rowley, M.J., et al, Biotechnol. Annu. Rev. 2004, 10, 151.Rowley, M.J., et al, Biotechnol. Annu. Rev. 2004, 10, 151. Brissette, R., et al, Methods Mol Biol. 2007, 383, 203.Brissette, R., et al, Methods Mol Biol. 2007, 383, 203. Rivinoja, A., et al, Methods Mol Biol. 2011, 683, 401.Rivinoja, A., et al, Methods Mol Biol. 2011, 683, 401. Roberts, R.W., Curr. Opin. Chem. Biol. 1999, 3, 268.Roberts, R.W., Curr. Opin. Chem. Biol. 1999, 3, 268. Nemoto, N., et al, Febs lett. 1997, 414, 405.Nemoto, N., et al, Febs lett. 1997, 414, 405. Roberts, R.W., et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1997, 94, 12297.Roberts, R.W., et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1997, 94, 12297. Lipovsek, D., et al, J. Immunol. Methods, 2004, 290, 51.Lipovsek, D., et al, J. Immunol. Methods, 2004, 290, 51. Liu, R., et al, Methods Enzymol., 2000, 318, 268.Liu, R., et al, Methods Enzymol., 2000, 318, 268. Yamaguchi, J., et al, Nucleic Acids Res. 2009, 37, e108.Yamaguchi, J., et al, Nucleic Acids Res. 2009, 37, e108. Takahashi, T.T., et al, Methods Mol Biol. 2009, 535, 293.Takahashi, T.T., et al, Methods Mol Biol. 2009, 535, 293. Cox, J.C., et al, Nucleic Acids Res. 2002, 30, e108.Cox, J.C., et al, Nucleic Acids Res. 2002, 30, e108. Crameri, R., et al, Comb Chem High Throughput Screen. 2001, 4, 145.Crameri, R., et al, Comb Chem High Throughput Screen. 2001, 4, 145. Turunen, L., et al, J. Biomol. Screen. 2009, 14, 282.Turunen, L., et al, J. Biomol. Screen. 2009, 14, 282. Tabata, N., et al, Nucleic Acids Res. 2009, 37, e64.Tabata, N., et al, Nucleic Acids Res. 2009, 37, e64. Nishigaki, K., et al, Mol Divers. 1998, 4, 187.Nishigaki, K., et al, Mol Divers. 1998, 4, 187. Gouda, H., et al, Biochemistry 1992, 31, 9665.Gouda, H., et al, Biochemistry 1992, 31, 9665. Dekker, N., et al, Nature 1993, 362, 852-855.Dekker, N., et al, Nature 1993, 362, 852-855. Naimuddin, M., et al, Mol. Brain 2011, 4:2.Naimuddin, M., et al, Mol. Brain 2011, 4: 2. Naimuddin, M., et al, Anal. Biochem. 2011, 419, 33.Naimuddin, M., et al, Anal. Biochem. 2011, 419, 33. Kurz, M., et al, Nucleic Acids Res. 2000, 28, e83.Kurz, M., et al, Nucleic Acids Res. 2000, 28, e83. Miyamoto-Sato, E., et al, Nucleic Acids Res. 2003, 31, e78.Miyamoto-Sato, E., et al, Nucleic Acids Res. 2003, 31, e78. Tabuchi, I., et al, FEBS Lett. 2001, 508, 309.Tabuchi, I., et al, FEBS Lett. 2001, 508, 309. Mochizuki, Y., et al, ACS Comb Sci. 2011, 13, 478.Mochizuki, Y., et al, ACS Comb Sci. 2011, 13, 478. He, M., et al, Expert Rev Proteomics 2005, 2, 421.He, M., et al, Expert Rev Proteomics 2005, 2, 421. Madin, K., et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97, 559.Madin, K., et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97, 559. Kopeina, G.S., et al, Nucleic Acids Res. 2008, 36, 2476.Kopeina, G.S., et al, Nucleic Acids Res. 2008, 36, 2476. Ueno, S., et al, J. Biotechnol. 2012, 162, 299.Ueno, S., et al, J. Biotechnol. 2012, 162, 299. Verschoor, A., et al, J Cell Biol. 1996, 133, 495.Verschoor, A., et al, J Cell Biol. 1996, 133, 495. Verschoor, A., et al, Nucleic Acids Res. 1998, 26, 655. 30Verschoor, A., et al, Nucleic Acids Res. 1998, 26, 655. 30 Gold, L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2001, 98, 4825.Gold, L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2001, 98, 4825. Kinoshita, Y., et al, BMC Biotechnol. 2010, 10, 71.Kinoshita, Y., et al, BMC Biotechnol. 2010, 10, 71. Olson, C.A., et al, Angew Chem Int Ed Engl 2011, 50, 8295.Olson, C.A., et al, Angew Chem Int Ed Engl 2011, 50, 8295. Nemoto, N., et al, Analytical Chemistry 2014, published on line (DOI: 10.1021/ac501601g)Nemoto, N., et al, Analytical Chemistry 2014, published on line (DOI: 10.1021 / ac501601g)

本発明は、自動化ハイスループットシステムに適用可能な、迅速、簡便でかつ正確なcDNAディスプレイ方法及びインビトロセレクション方法を提供すること、及びそのための新規な核酸リンカーを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a rapid, simple and accurate cDNA display method and in vitro selection method applicable to an automated high-throughput system, and to provide a novel nucleic acid linker therefor.

cDNAディスプレイで使用される典型的な核酸リンカーは、ピューロマイシンリンカーであって、主鎖と側鎖(アーム部)からなるT字型の一本鎖DNA分子である。主鎖となる一本鎖DNA分子の5'末端側にはmRNAと連結するためのライゲーション部位と共に、ストレプトアビジン固定化ビーズ(SAビーズ)に結合させるためのビオチン部位、及びビオチン部位を挟む形での切断部位が設けられており、3'末端にmRNAの逆転写のためのプライマーを有している。側鎖は、末端にmRNAから合成されたタンパク質を連結するためのピューロマイシンを有し、スペーサー配列を介して主鎖と結合している(特許文献1〜3、非特許文献13、22、28など)。そして、当該リンカーを用いたcDNAディスプレイによるセレクション工程では、まずテンプレートとなるDNAライブラリーから転写されたmRNAとリンカーをライゲーション部位で連結し、得られたmRNA−リンカー連結体を、無細胞翻訳系でタンパク質を生成してピューロマイシンを介してリンカーに連結させ、mRNA−リンカー−タンパク質融合体を製造する。その後、ストレプトアビジンが固定化された固相担体(SAビーズ)に結合させ、SAビーズ上でmRNA−リンカー−タンパク質融合体(以下、mRNAタンパク質融合体とも称する。)の精製及び逆転写酵素によるcDNA合成を行って安定なcDNA−リンカー−タンパク質融合体(以下、cDNAタンパク質融合体、又はcDNAディスプレイとも称する。)を製造する。次いで、核酸リンカーの主鎖の5'末端側のビオチンを挟む近傍にあらかじめ設けられた制限酵素サイトなどの酵素切断部位を制限酵素などで切断することでcDNAディスプレイをSAビーズから切り離し、タンパク質に設けられたHis-タグ精製し、標的物質との結合性を指標としたセレクション工程に供する(特許文献1、非特許文献13、22、23)。その後選択されたタンパク質融合体からのDNAをPCRにより増幅させて変異導入DNAライブラリーとし、同じ一連のセレクション工程を複数回繰り返す。cDNAディスプレイからビオチンを含む領域を切り離す手法としては、核酸リンカーの主鎖の5'末端側のビオチンを挟む近傍にあらかじめ設ける切断部位をリボグアノシンとしてRNA分解酵素で切断する方法(特許文献2、3、非特許文献29)、デオキシイノシンを導入してDNA修復酵素Endo Vで切断する方法(特許文献5)、光切断部位を設けて光で切断する方法(特許文献6)など様々な改良方法が提案されている。ビオチンを利用しないmRNA−リンカー−タンパク質融合体の無細胞翻訳系からの精製方法として、主鎖とは別の光反応架橋剤(ソラレン)で繋がれたDNA鎖中に設けたポリA配列を利用したdT固定化ビーズによる精製方法(特許文献4、非特許文献37)が提案されているが、dT固定化ビーズ上での逆転写によるcDNAタンパク質融合体合成は行われていない。このように、従来のピューロマイシンリンカーにおいては、無細胞翻訳系からのmRNAタンパク質融合体の精製工程及び逆転写工程を単一の固相上で効率よく行うためには、リンカー内に設けたビオチンと結合するSAビーズの利用は必須であると考えられていた。   A typical nucleic acid linker used in cDNA display is a puromycin linker, which is a T-shaped single-stranded DNA molecule consisting of a main chain and a side chain (arm part). In the form of sandwiching a biotin site and a biotin site for binding to a streptavidin-immobilized bead (SA bead) along with a ligation site for linking to mRNA on the 5 'end side of the single-stranded DNA molecule that becomes the main chain And has a primer for reverse transcription of mRNA at the 3 'end. The side chain has puromycin for linking a protein synthesized from mRNA at the end, and is bound to the main chain via a spacer sequence (Patent Documents 1 to 3, Non-Patent Documents 13, 22, and 28). Such). In the selection step by cDNA display using the linker, first, mRNA transcribed from the template DNA library and the linker are linked at the ligation site, and the resulting mRNA-linker conjugate is converted into a cell-free translation system. A protein is produced and linked to a linker via puromycin to produce an mRNA-linker-protein fusion. Thereafter, it is bound to a solid phase carrier (SA beads) on which streptavidin is immobilized, purification of mRNA-linker-protein fusion (hereinafter also referred to as mRNA protein fusion) on the SA beads and cDNA by reverse transcriptase. Synthesis is performed to produce a stable cDNA-linker-protein fusion (hereinafter also referred to as cDNA protein fusion or cDNA display). Next, the cDNA display is separated from the SA beads by cleaving the enzyme cleavage site such as the restriction enzyme site provided in the vicinity of biotin on the 5 'end side of the main chain of the nucleic acid linker with the restriction enzyme, and provided to the protein. The obtained His-tag is purified and subjected to a selection step using the binding property to the target substance as an index (Patent Document 1, Non-Patent Documents 13, 22, and 23). Thereafter, DNA from the selected protein fusion is amplified by PCR to obtain a mutation-introduced DNA library, and the same series of selection steps are repeated several times. As a method for separating the region containing biotin from the cDNA display, a method of cleaving with a RNase using a cleavage site provided in advance in the vicinity of biotin on the 5 ′ end side of the main chain of the nucleic acid linker as riboguanosine (Patent Documents 2 and 3). Non-Patent Document 29), a method of introducing deoxyinosine and cleaving with DNA repair enzyme Endo V (Patent Document 5), and a method of providing a photocleavage site and cleaving with light (Patent Document 6). Proposed. As a purification method for cell-free translation systems of mRNA-linker-protein fusions that do not use biotin, a poly-A sequence provided in a DNA chain connected by a photoreactive cross-linking agent (soralen) separate from the main chain is used. Although a purification method using dT-immobilized beads has been proposed (Patent Document 4, Non-Patent Document 37), cDNA protein fusion synthesis by reverse transcription on dT-immobilized beads has not been performed. Thus, in the conventional puromycin linker, in order to efficiently perform the purification step and reverse transcription step of the mRNA protein fusion from the cell-free translation system on a single solid phase, biotin provided in the linker is used. It was thought that the use of SA beads to bind to was essential.

これに対して、本発明者らは、以前からcDNAディスプレイ用のテンプレートDNAの設計に当たっては、タンパク質が終始コドンの最後まで翻訳されていることを担保するために遺伝子コード配列の下流にHis-タグ配列を設けることが一般的であり、あわせてセレクション工程に移行する前の最終的なcDNAディスプレイ(cDNAタンパク質融合体)の精製工程ではHis-タグ配列を利用した金属(Ni)アフィニティ精製が常套手段であることに着目した。そして、無細胞翻訳系からのmRNAタンパク質融合体を精製する段階から、逆転写及びcDNAタンパク質誘導体精製に至る全ての工程を単一の金属(Ni)ビーズ上で行うことができれば、インビトロセレクションの工程の簡略化及び時間短縮が図れると発想した。
しかしながら、His-タグによるアフィニティ精製は、His-タグ配列とビーズ(担体樹脂)表面の金属(Ni)との親和性を利用したものなので、特許文献4の段落[0009]にも記載されるように、従来、無細胞翻訳系ではmRNAタンパク質融合体の合成量が少ないため、無細胞ライセートからの精製においては、類似するアミノ酸配列を有する夾雑タンパク質の除去が困難であるということが技術常識であった。
In contrast, the present inventors have previously designed a template DNA for cDNA display using a His-tag downstream of the gene coding sequence to ensure that the protein has been translated to the end of the stop codon. It is common to provide a sequence, and metal (Ni) affinity purification using His-tag sequences is the usual method for purification of the final cDNA display (cDNA protein fusion) before moving to the selection step. Focused on that. If all steps from purifying mRNA protein fusion from cell-free translation system to reverse transcription and cDNA protein derivative purification can be performed on single metal (Ni) beads, in vitro selection process I thought that I could simplify and shorten the time.
However, affinity purification by His-tag uses affinity between the His-tag sequence and the metal (Ni) on the surface of the bead (carrier resin), so that it is also described in paragraph [0009] of Patent Document 4. In addition, since the amount of mRNA protein fusion synthesized in a cell-free translation system has been small in the past, it has been common technical knowledge that it is difficult to remove contaminating proteins having similar amino acid sequences in purification from cell-free lysates. It was.

そこで本発明者らは、無細胞翻訳系での翻訳効率を高めるために、ピューロマイシンリンカーの設計を鋭意検討した。具体的には、ピューロマイシンを有する側鎖に通常設けられる柔軟なスペーサー配列と付け根部分との間の領域に、オリゴdAを設けることで、硬直なオリゴdAに支えられた柔軟なスペーサー配列を介してピューロマイシンをリボソームRNAのPサイト付近に適切に配置でき(図9d)、翻訳効率が高まるのではないかと着想した。当該着想を確かめるために、長さを変えたオリゴdAを側鎖の付け根領域に設けたピューロマイシンリンカーを同一条件下の無細胞翻訳系に供した結果、十分な長さ(12dA以上)のオリゴdAを設けた場合には無細胞翻訳系であっても高い翻訳効率を達成できることが判明した。そして、無細胞翻訳系で得られたmRNAタンパク質融合体を金属(Ni)磁気性ビーズで精製したところ、高純度にmRNAタンパク質融合体を精製することができた。さらに、そのまま金属(Ni)ビーズ上で逆転写工程に移行することができ、cDNAタンパク質融合体を高純度で取得することに成功した。
また、無細胞翻訳系からの精製にSAビーズを用いないため、リンカー中にビオチンも、ビオチン除去のための切断部位も設ける必要がないことがライゲーション部位付近及びmRNAとのハイブリダイズ領域付近で反応の妨げとなるような立体的障害が除かれることに繋がった。このことがmRNAとのライゲーション効率を高めると共に、mRNAと核酸リンカーとの正確でコンパクトなコンフォメーションの構築に役立ち、結果的に無細胞翻訳系での翻訳効率をより高める要因となった可能性がある。また、本発明のライゲーション工程では、mRNAとリンカーとの反応がほぼ化学量論的に進むために、無細胞翻訳系中に過剰mRNAを存在させる必要が無いので精製が簡単となり、そのことも、His-タグ配列による親和性アフィニティによる精製を可能にする大きな要因となっている。
いずれにしても、ピューロマイシンリンカーオリゴヌクレオチドにおいて、ビオチンを組み込むことなく、側鎖の付け根領域にオリゴdAを設けたことで、ビオチンを含む配列の除去工程が省略でき、あわせてmRNAとの高い融合効率(図4c)、翻訳効率の向上が図られた結果、驚くべきことに従来の常識を覆して、金属(Ni)ビーズによるmRNAタンパク質融合体の無細胞翻訳系からの高純度な精製が可能となった(図10)。しかも、mRNAタンパク質融合体の精製、逆転写によるcDNAタンパク質融合体の形成、さらにはcDNAタンパク質融合体の精製までの一連の工程を全て単一担体上で行うことができるという、効率よいcDNAディスプレイ方法を提供することができた。
Therefore, the present inventors diligently studied the design of a puromycin linker in order to increase translation efficiency in a cell-free translation system. Specifically, by providing an oligo dA in a region between the flexible spacer sequence usually provided in the side chain having puromycin and the base portion, the flexible spacer sequence supported by the rigid oligo dA is interposed. Thus, it was conceived that puromycin could be appropriately arranged in the vicinity of the P site of ribosomal RNA (FIG. 9d) and translation efficiency would be improved. In order to confirm this idea, a puromycin linker with oligo dA with a different length in the base region of the side chain was subjected to a cell-free translation system under the same conditions. As a result, oligo of sufficient length (12dA or more) It was found that high translation efficiency can be achieved even with a cell-free translation system when dA is provided. When the mRNA protein fusion obtained in the cell-free translation system was purified with metal (Ni) magnetic beads, the mRNA protein fusion could be purified with high purity. Furthermore, it was possible to proceed to the reverse transcription process on the metal (Ni) beads as it was, and succeeded in obtaining the cDNA protein fusion with high purity.
In addition, since SA beads are not used for purification from cell-free translation systems, there is no need to provide biotin in the linker or a cleavage site for biotin removal in the vicinity of the ligation site and the region that hybridizes with mRNA. This led to the removal of steric obstacles that hindered This may have increased the efficiency of ligation with mRNA and helped to build an accurate and compact conformation between mRNA and nucleic acid linker, which may have resulted in higher translation efficiency in cell-free translation systems. is there. In addition, in the ligation step of the present invention, the reaction between the mRNA and the linker proceeds almost stoichiometrically, so there is no need to have excess mRNA in the cell-free translation system, and purification is simplified. This is a major factor that enables purification by affinity affinity using His-tag sequences.
In any case, in the puromycin linker oligonucleotide, an oligo dA is provided in the base region of the side chain without incorporating biotin, thereby eliminating the step of removing the sequence containing biotin, and at the same time, high fusion with mRNA. As a result of the improvement of efficiency (Fig. 4c) and translation efficiency, surprisingly, it is possible to purify the mRNA protein fusion with high purity from the cell-free translation system using metal (Ni) beads. (Fig. 10). Moreover, an efficient cDNA display method in which a series of steps from purification of mRNA protein fusion, formation of cDNA protein fusion by reverse transcription, and purification of cDNA protein fusion can all be performed on a single carrier. Could be provided.

そして当該cDNAディスプレイ方法を用いたインビトロセレクションサイクルを既知の標的(免疫グロブリン、アセチルコリン結合タンパク質及びインターロイキン6受容体)に適用したモデル実験では1回のセレクションサイクルが8時間未満という短時間で行えることを実証し(図11a)、さらに実際にVEGFを標的としたスリーフィンガーライブラリーを用いたインビトロセレクションの結果、抗VEGF抗体にも匹敵するほどのVEGF高親和性ペプチドを提供することができた(表4)。
また、ピューロマイシンリンカーオリゴヌクレオチドの合成方法についても、従来の架橋剤EMCSを用いる方法に変え、分岐デオキシシトシン(5-Me-dC)を用いた簡便な製造方法を提供することができた。
以上の知見を得たことで、本発明を完成することができた。
In a model experiment in which the in vitro selection cycle using the cDNA display method is applied to known targets (immunoglobulin, acetylcholine binding protein and interleukin 6 receptor), one selection cycle can be performed in a short time of less than 8 hours. As a result of in vitro selection using a three-finger library that actually targets VEGF, a VEGF high-affinity peptide comparable to anti-VEGF antibody could be provided (FIG. 11a). Table 4).
In addition, the method for synthesizing the puromycin linker oligonucleotide was replaced with the conventional method using the crosslinking agent EMCS, and a simple production method using branched deoxycytosine (5-Me-dC) could be provided.
By obtaining the above knowledge, the present invention could be completed.

すなわち、本発明は以下の通りである。
〔1〕 標的mRNAと特異的にハイブリダイズすることが可能な一本鎖DNAからなる主鎖と、ピューロマイシンを3'末端に有する側鎖とから構成される分岐した核酸リンカーであって、
前記側鎖は、他の一端にオリゴdA領域を有し、当該オリゴdAを介して前記一本鎖DNAポリヌクレオチド鎖中の修飾塩基と共有結合しており、かつ前記オリゴdA領域と前記ピューロマイシンとの間にはスペーサー領域が含まれており、
前記主鎖は、5'末端に前記mRNAとライゲーション可能な部位、及び当該部位に隣接して前記mRNAとハイブリダイズし得る領域を有し、かつ3'末端に前記mRNAが逆転写される際のプライマーとなるプライマー部位を有していることを特徴とする、核酸リンカー。
〔2〕 前記修飾塩基が5−メチルデオキシシトシン(5-Me-dC)であることを特徴とする、前記〔1〕に記載の核酸リンカー。
〔3〕 前記オリゴdAが、デオキシアデニン(dA)が少なくとも12連続した配列からなることを特徴とする、前記〔1〕又は〔2〕に記載の核酸リンカー。
〔4〕 前記スペーサー配列が、Sp.18(Spacer 18 Phosphoramidite)を2〜8個含む配列からなることを特徴とする、前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の核酸リンカー。
〔5〕 前記〔1〕に記載の核酸リンカーの製造方法であって、
3'末端側から5'末端側に、ピューロマイシンが結合したタンパク質連結部位、スペーサー配列、オリゴdA配列、5-メチルデオキシシトシン(5-Me-dC)、標的mRNAとハイブリダイズし得る領域、及び前記mRNAとライゲーション可能な部位を含む1本鎖DNAの5-Me-dCと、前記mRNAが逆転写される際のプライマーとなるDNA配列の5'末端のリン酸基とを反応させて、共有結合させることを特徴とする、製造方法。
〔6〕 前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の核酸リンカーを介して、標的mRNAと、当該mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されているmRNA−タンパク質融合体。
〔7〕 前記mRNAが、タンパク質をコードする配列の下流側にHis-タグをコードする配列を有していることを特徴とする、前記〔6〕に記載のmRNA−タンパク質融合体。
〔8〕 前記〔6〕又は〔7〕に記載のmRNA−タンパク質融合体を製造する方法であって、以下の(a)〜(c)を含む方法;
(a)前記mRNAを標的とする前記〔1〕に記載の核酸リンカーを前記mRNAとアニールさせる工程、
(b)前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(c)無細胞タンパク質翻訳系を用いて前記mRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程。
〔9〕 前記工程(c)において、前記mRNA−タンパク質融合体を作製する途中、もしくは作製後に、10分〜2時間高濃度塩の存在下で前記タンパク質を成熟させる工程を設けることを特徴とする、前記〔8〕に記載の方法。
〔10〕 前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNA及び前記mRNAと相補的なcDNAからなるmRNA/cDNA複合体と、前記mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されているmRNA/cDNA−タンパク質融合体。
〔11〕 前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNAと相補的なcDNA、及び前記mRNAによりコードされるタンパク質が連結されているcDNA−タンパク質融合体。
〔12〕 前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNA及び前記mRNAと相補的なcDNAからなるmRNA/cDNA複合体と、前記mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されている、精製mRNA/cDNA−タンパク質融合体を製造する方法であって、下記(a)〜(f)を含む方法;
(a)前記核酸リンカーを標的mRNAとアニールさせる工程、
ここで、前記標的mRNAは、タンパク質をコードする配列の下流側にHis-タグをコードする配列を有しているmRNAである工程、
(b)前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(c)無細胞タンパク質翻訳系を用いて前記mRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(d)His-タグ配列と親和性のある金属マトリックスに前記mRNA−タンパク質融合体を結合させ、洗浄する工程、
(e)前記金属マトリックス表面のmRNA−タンパク質融合体を逆転写反応に供し、mRNA/cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(f)前記金属マトリックス表面のmRNA/cDNA−タンパク質融合体を洗浄し、精製mRNA/cDNA−タンパク質融合体を溶出する工程。
〔13〕 前記工程(c)において、前記mRNA−タンパク質融合体を作製する途中、もしくは作製後に、10分〜2時間高濃度塩の存在下で前記タンパク質を成熟させる工程を設けることを特徴とする、前記〔12〕に記載の方法。
〔14〕 前記金属マトリックスが、Ni被覆された磁気性ビーズであることを特徴とする、前記〔12〕又は〔13〕に記載の方法。
〔15〕 前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNAと相補的なcDNAと、前記mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されている、精製cDNA−タンパク質融合体を製造する方法であって、下記(a)〜(g)を含む方法;
(a)前記核酸リンカーを標的mRNAとアニールさせる工程、
ここで、前記標的mRNAは、タンパク質をコードする配列の下流側にHis-タグをコードする配列を有しているmRNAである工程、
(b)前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(c)無細胞タンパク質翻訳系を用いて前記mRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(d)His-タグ配列と親和性のある金属マトリックスに前記mRNA−タンパク質融合体を結合させ、洗浄する工程、
(e)前記金属マトリックス表面のmRNA−タンパク質融合体を逆転写反応に供し、mRNA/cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(f)mRNA/cDNA−タンパク質融合体にRNA分解酵素を作用させてmRNAを分解し、cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(g)前記金属マトリックス表面のcDNA−タンパク質融合体を洗浄し、精製cDNA−タンパク質融合体を溶出する工程。
〔16〕 前記工程(c)において、前記mRNA−タンパク質融合体を作製する途中、もしくは作製後に、10分〜2時間高濃度塩の存在下で前記タンパク質を成熟させる工程を設けることを特徴とする、前記〔15〕に記載の方法。
〔17〕 前記金属マトリックスが、Ni被覆された磁気性ビーズであることを特徴とする、前記〔15〕又は〔16〕に記載の方法。
〔18〕 前記〔10〕に記載のmRNA/cDNA−タンパク質融合体又は前記〔11〕に記載のcDNA−タンパク質融合体を用いて、標的物質と親和性の高いタンパク質をコードするDNAを選択する方法であって、下記の(a)〜(c)及び(j)の工程、もしくは(a)〜(j)の工程を含む、方法;
(a)前記標的物質を固相表面に固定化させる工程、
(b)前記mRNA/cDNA−タンパク質融合体又はcDNA−タンパク質融合体を、固定化させた標的物質に接触させて、標的物質と結合するタンパク質を含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体又はcDNA−タンパク質融合体を選定する工程、
(c)選定されたmRNA/cDNA−タンパク質融合体又はcDNA−タンパク質融合体からタンパク質をコードするcDNAを分離し、得られたcDNA断片をPCR増幅させる工程、
(d)増幅させたcDNA断片を用いて翻訳反応促進に必要な配列及びHis-タグをコードする配列を含むテンプレートDNAを調製し、mRNAに転写して、請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸リンカーとアニールさせ、前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(e)無細胞タンパク質翻訳系を用いて工程(d)のmRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(f)His-タグ配列と親和性のある金属マトリックスに前記mRNA−タンパク質融合体を結合させ、洗浄する工程、
(g)前記金属マトリックス表面のmRNA−タンパク質融合体を逆転写反応に供し、mRNA/cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
または、さらにmRNA/cDNA−タンパク質融合体にRNA分解酵素を作用させてmRNAを分解し、cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(h)前記金属マトリックス表面のmRNA/cDNA−タンパク質融合体もしくはcDNA−タンパク質融合体を洗浄し、精製mRNA/cDNA−タンパク質融合体もしくは精製cDNA−タンパク質融合体を溶出させる工程、
(i)前記工程(b)以降を繰り返す工程、
(j)前記工程(c)で得られた増幅DNA断片、又は工程(b)〜工程(i)までを1回以上繰り返した後の工程(c)で得られたDNA断片を、標的物質と親和性の高いタンパク質をコードするDNAとして選択する工程。
〔19〕 前記工程(a)において、標的物質を固定化に先立ちあらかじめビオチン化しておき、かつ固定化させる固相として、ストレプトアビジンを結合させた磁気性ビーズを用いることを特徴とする、前記〔18〕に記載の方法。
〔20〕 標的物質と親和性の高いタンパク質を同定、もしくは取得する方法であって、
前記〔18〕又は〔19〕に記載の方法で選択された、標的物質と親和性の高いタンパク質をコードするDNAを回収し、その塩基配列を決定する工程を含む方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] A branched nucleic acid linker composed of a main chain composed of a single-stranded DNA capable of specifically hybridizing with a target mRNA, and a side chain having puromycin at the 3 ′ end,
The side chain has an oligo dA region at the other end, is covalently bonded to the modified base in the single-stranded DNA polynucleotide chain via the oligo dA, and the oligo dA region and the puromycin A spacer region is included between and
The main chain has a site that can be ligated with the mRNA at the 5 ′ end, and a region that can hybridize with the mRNA adjacent to the site, and the mRNA is reverse transcribed at the 3 ′ end. A nucleic acid linker comprising a primer site serving as a primer.
[2] The nucleic acid linker according to [1], wherein the modified base is 5-methyldeoxycytosine (5-Me-dC).
[3] The nucleic acid linker according to [1] or [2], wherein the oligo dA comprises a sequence in which at least 12 deoxyadenines (dA) are continuous.
[4] The nucleic acid linker according to any one of [1] to [3], wherein the spacer sequence is a sequence containing 2 to 8 Sp.18 (Spacer 18 Phosphoramidite).
[5] The method for producing the nucleic acid linker according to [1],
From the 3 ′ end to the 5 ′ end, a protein ligation site bound with puromycin, a spacer sequence, an oligo dA sequence, 5-methyldeoxycytosine (5-Me-dC), a region capable of hybridizing with the target mRNA, and The 5-Me-dC of single-stranded DNA containing a site that can be ligated with the mRNA reacts with the phosphate group at the 5 ′ end of the DNA sequence that serves as a primer for reverse transcription of the mRNA. A manufacturing method characterized by combining them.
[6] An mRNA-protein fusion in which a target mRNA and a protein encoded by the mRNA are linked via the nucleic acid linker according to any one of [1] to [4].
[7] The mRNA-protein fusion according to [6], wherein the mRNA has a sequence encoding a His-tag downstream of a sequence encoding a protein.
[8] A method for producing the mRNA-protein fusion according to [6] or [7], comprising the following (a) to (c);
(A) annealing the nucleic acid linker according to [1], which targets the mRNA, with the mRNA;
(B) ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(C) A step of producing an mRNA-protein fusion by synthesizing a protein from the mRNA using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker.
[9] In the step (c), a step is provided in which the protein is matured in the presence of a high concentration salt for 10 minutes to 2 hours during or after the production of the mRNA-protein fusion. The method according to [8] above.
[10] An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of [1] to [4], wherein the mRNA and the cDNA complementary to the mRNA are passed through the nucleic acid linker. An mRNA / cDNA-protein fusion in which the mRNA / cDNA complex is linked to the protein encoded by the mRNA.
[11] An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of [1] to [4], wherein the cDNA is complementary to the mRNA via the nucleic acid linker, and the mRNA. A cDNA-protein fusion in which the protein encoded by is linked.
[12] An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of [1] to [4], wherein the mRNA and the cDNA complementary to the mRNA are passed through the nucleic acid linker. A method for producing a purified mRNA / cDNA-protein fusion, wherein the mRNA / cDNA complex and the protein encoded by the mRNA are linked, comprising the following (a) to (f):
(A) annealing the nucleic acid linker with the target mRNA;
Wherein the target mRNA is an mRNA having a sequence encoding a His-tag downstream of a sequence encoding a protein;
(B) ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(C) preparing a mRNA-protein fusion by synthesizing a protein from the mRNA using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker;
(D) binding the mRNA-protein fusion to a metal matrix having an affinity for the His-tag sequence, and washing;
(E) subjecting the mRNA-protein fusion on the surface of the metal matrix to a reverse transcription reaction to produce an mRNA / cDNA-protein fusion;
(F) washing the mRNA / cDNA-protein fusion on the surface of the metal matrix and eluting the purified mRNA / cDNA-protein fusion.
[13] In the step (c), a step of maturing the protein in the presence of a high concentration salt for 10 minutes to 2 hours is provided during or after the production of the mRNA-protein fusion. The method according to [12] above.
[14] The method according to [12] or [13], wherein the metal matrix is Ni-coated magnetic beads.
[15] An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of [1] to [4], wherein the cDNA is complementary to the mRNA via the nucleic acid linker, and the mRNA. A method for producing a purified cDNA-protein fusion linked to a protein encoded by the method comprising the following (a) to (g);
(A) annealing the nucleic acid linker with the target mRNA;
Wherein the target mRNA is an mRNA having a sequence encoding a His-tag downstream of a sequence encoding a protein;
(B) ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(C) preparing a mRNA-protein fusion by synthesizing a protein from the mRNA using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker;
(D) binding the mRNA-protein fusion to a metal matrix having an affinity for the His-tag sequence, and washing;
(E) subjecting the mRNA-protein fusion on the surface of the metal matrix to a reverse transcription reaction to produce an mRNA / cDNA-protein fusion;
(F) a step of producing a cDNA-protein fusion by degrading mRNA by allowing an RNase to act on the mRNA / cDNA-protein fusion;
(G) A step of washing the cDNA-protein fusion on the surface of the metal matrix and eluting the purified cDNA-protein fusion.
[16] In the step (c), a step is provided in which the protein is matured in the presence of a high concentration salt for 10 minutes to 2 hours during or after the production of the mRNA-protein fusion. The method according to [15] above.
[17] The method according to [15] or [16] above, wherein the metal matrix is Ni-coated magnetic beads.
[18] A method for selecting a DNA encoding a protein having high affinity for a target substance using the mRNA / cDNA-protein fusion according to [10] or the cDNA-protein fusion according to [11] A method comprising the following steps (a) to (c) and (j) or steps (a) to (j):
(A) a step of immobilizing the target substance on a solid surface;
(B) An mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion comprising a protein that binds to a target substance by contacting the mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion with an immobilized target substance. The process of selecting the body,
(C) separating a cDNA encoding a protein from the selected mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion, and PCR-amplifying the obtained cDNA fragment;
(D) A template DNA containing a sequence necessary for promoting a translation reaction and a sequence encoding a His-tag is prepared using the amplified cDNA fragment, transcribed into mRNA, and any one of claims 1 to 4. Annealing the nucleic acid linker according to claim 2 and ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(E) An mRNA-protein fusion is prepared by synthesizing a protein from the mRNA of step (d) using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker. Process,
(F) binding and washing the mRNA-protein fusion to a metal matrix having an affinity for a His-tag sequence;
(G) subjecting the mRNA-protein fusion on the surface of the metal matrix to a reverse transcription reaction to produce an mRNA / cDNA-protein fusion;
Alternatively, a step of further degrading mRNA by causing an RNase to act on the mRNA / cDNA-protein fusion to produce a cDNA-protein fusion,
(H) washing the mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion on the surface of the metal matrix and eluting the purified mRNA / cDNA-protein fusion or purified cDNA-protein fusion;
(I) a step of repeating the steps (b) and thereafter;
(J) The amplified DNA fragment obtained in the step (c) or the DNA fragment obtained in the step (c) after repeating the steps (b) to (i) at least once is used as a target substance. A process of selecting DNA encoding a protein with high affinity.
[19] In the step (a), the target substance is biotinylated in advance prior to immobilization, and a magnetic bead bound with streptavidin is used as the solid phase to be immobilized. 18].
[20] A method for identifying or obtaining a protein having a high affinity for a target substance,
A method comprising a step of recovering DNA encoding a protein having a high affinity for a target substance selected by the method according to [18] or [19] and determining a base sequence thereof.

本発明のピューロマイシンリンカーオリゴヌクレオチド(以下、「リンカー−N」と称する。)は、ビオチン分子及び当該分子を除去するための配列を含まず、ピューロマイシンを有する側鎖の付け根領域にオリゴdAを有している点を主な特徴としている。そのことにより、無細胞翻訳系であっても高い翻訳効率を達成でき、かつmRNAタンパク質融合体の精製から逆転写によるcDNAタンパク質融合体の形成、及びcDNAタンパク質融合体の精製までの一連の工程を、すべて単一の金属(Ni)担体表面で高純度に迅速かつ高収率で行うことができた。また、リンカー中にビオチン分子を設けないことで、ビオチン分子を含む領域の切断工程が省略できた利点と共に、ライゲーション付近の立体障害となる物質が取り除かれたことによるライゲーション反応の効率化及び転写反応の効率化という利点も併せ持つ。本発明のリンカー−Nを用いたcDNAディスプレイ法によるインビトロセレクションは、1サイクル6〜8時間で終了し、機能性ペプチド、例えば標的物質に対する結合性ペプチドを取得するための全ラウンドの所要時間も2週間以内に収まる(図15)。
さらに、本発明では、分岐デオキシシトシン(5-Me-dC)を用いた効率的なピューロマイシンリンカーオリゴヌクレオチドの製造方法を開発した。ビオチン分子を有さないコンパクトなリンカー−Nに適用することで、きわめて簡便かつ安価に製造することができる。
本発明のcDNAディスプレイ法をハイスループット自動化システムと組み合わせることで、新規なリガンド及びリード分子の迅速な発見へ大きな寄与が期待できる。実験室規模のスループットのためには、マイクロチューブ/マイクロプレートを用いることで、多数サンプルの平行処理が可能であり、さらにハイスループットシステム(非特許文献35、36)と組み合わせることで、コンビナトリアル創薬への重要な支援ツールとなることが期待される。
The puromycin linker oligonucleotide (hereinafter referred to as “linker-N”) of the present invention does not contain a biotin molecule and a sequence for removing the molecule, and oligo dA is added to the base region of the side chain having puromycin. It has the main feature of having it. As a result, even with a cell-free translation system, high translation efficiency can be achieved, and a series of steps from purification of mRNA protein fusion to formation of cDNA protein fusion by reverse transcription and purification of cDNA protein fusion are performed. , All with a single metal (Ni) support surface could be performed quickly and with high yield to high purity. In addition, since the biotin molecule is not provided in the linker, the step of cutting the region containing the biotin molecule can be omitted, and the efficiency of the ligation reaction and the transcription reaction due to the removal of the steric hindrance material near the ligation. It also has the advantage of improved efficiency. In vitro selection by the cDNA display method using the linker-N of the present invention is completed in 6 to 8 hours in one cycle, and the time required for all rounds to obtain a functional peptide, for example, a binding peptide to a target substance, is 2 Within a week (Figure 15).
Furthermore, the present invention has developed an efficient method for producing puromycin linker oligonucleotides using branched deoxycytosine (5-Me-dC). By applying to a compact linker-N having no biotin molecule, it can be produced very simply and inexpensively.
Combining the cDNA display method of the present invention with a high-throughput automated system can be expected to contribute greatly to the rapid discovery of novel ligands and lead molecules. For laboratory-scale throughput, parallel processing of large numbers of samples is possible by using microtubes / microplates, and combinatorial drug discovery by combining with high-throughput systems (Non-patent Documents 35 and 36). It is expected to be an important support tool.

本発明のリンカー−Nの構造、及びその製造方法。 (a)リンカー−Nが有する4つの機能特性;T4 RNAリガーゼによるライゲーションのためのライゲーション部位、合成されたタンパク質の共有結合のためのピューロマイシン部位、スペーサー配列及びオリゴdA部位、及び合成cDNAへの逆転写のためのプライミング部位。(b)リンカー−Nの製造方法。図中Cは、5-Me-dCを示す。The structure of linker-N of the present invention, and a method for producing the same. (A) Four functional properties of Linker-N; ligation site for ligation by T4 RNA ligase, puromycin site for covalent binding of the synthesized protein, spacer sequence and oligo dA site, and synthetic cDNA Priming site for reverse transcription. (B) A method for producing linker-N. C in the figure indicates 5-Me-dC. (1)mRNAタンパク質融合体、及び(2)cDNAタンパク質融合体(cDNAディスプレイ)形成の概略図。Schematic diagram of (1) mRNA protein fusion and (2) cDNA protein fusion (cDNA display) formation. cDNAディスプレイに導入された遺伝子構築物。図中、SP6はSP6プロモーター及びキャップ部位、UTRはXenopusβ−グロビンの5'非翻訳領域、Spcはスペーサー配列を表し、Y-tag配列の3'末端にはさらにリンカーとハイブリダイズするための配列を含む。A gene construct introduced into a cDNA display. In the figure, SP6 represents the SP6 promoter and cap site, UTR represents the 5 ′ untranslated region of Xenopus β-globin, Spc represents the spacer sequence, and the Y-tag sequence has a sequence for further hybridization with the linker at the 3 ′ end. Including. PDO(3F, 6R14, BDA) mRNA及びリンカー−N(比率、1:1)とのライゲーション反応。 (a)PDO mRNAとリンカー−Nのライゲーション後のFITCの蛍光検出。図中、Mはサイズマーカーを表し、10min、20min、40minはそれぞれライゲーション反応時間を表す。(b)同Sybr Goldによる全核酸成分の検出。(c)3F、6R14及びBDA mRNAとリンカー−Nの10分間ライゲーション後の全核酸成分のSybr Green染色、図中左側の3Fは、サイズマーカーとして用いた3F-mRNA。Ligation reaction with PDO (3F, 6R14, BDA) mRNA and linker-N (ratio 1: 1). (A) FITC fluorescence detection after ligation of PDO mRNA and linker-N. In the figure, M represents a size marker, and 10 min, 20 min, and 40 min represent ligation reaction times, respectively. (B) Detection of all nucleic acid components by the Sybr Gold. (C) Sybr Green staining of all nucleic acid components after ligation of 3F, 6R14 and BDA mRNA and linker-N for 10 minutes, 3F on the left in the figure is 3F-mRNA used as a size marker. PDO(3F, 6R14, BDA) mRNA及びリンカー−Nとのライゲーション効率Ligation efficiency with PDO (3F, 6R14, BDA) mRNA and linker-N リンカー−NにおけるオリゴdAの長さの検討。 (a)リンカー−N(18個のA残基)(b)リンカー−N−10A(10個のA残基)(c)リンカー−N−0A(0個のA残基)。Examination of the length of oligo dA in linker-N. (A) Linker-N (18 A residues) (b) Linker-N-10A (10 A residues) (c) Linker-N-0A (0 A residues). ウサギ網状赤血球翻訳系におけるオリゴdAの長さの違いによるタンパク質融合体の形成能比較。(a)電気泳動分析(Fluorescein蛍光画像)。(b)融合割合(%)比較。Comparison of the ability to form protein fusions based on the length of oligo dA in the rabbit reticulocyte translation system. (A) Electrophoretic analysis (Fluorescein fluorescence image). (B) Comparison of fusion rate (%). 小麦胚芽抽出液翻訳系におけるオリゴdAの長さの違いによるタンパク質融合体の形成能比較。 (a)リンカー−Nを用いた場合のタンパク質融合体の形成能に及ぼす高濃度塩存在下での成熟効果。図中、0;10分間翻訳後サンプリング、1;高濃度の塩非存在下1時間成熟化、2;高濃度の塩存在下30分成熟化、3;高濃度の塩存在下1時間成熟化した画分を示す。(b)リンカー−N−10A及びリンカー−N−0Aを用いた場合のタンパク質融合体の形成能。(c)融合割合(%)比較。Comparison of the ability to form protein fusions with different oligo dA lengths in the wheat germ extract translation system. (A) Maturation effect in the presence of a high concentration salt on the ability to form a protein fusion when linker-N is used. In the figure, 0: post-translational sampling for 10 minutes, 1; maturation for 1 hour in the absence of high concentration of salt, 2; maturation for 30 minutes in the presence of high concentration of salt, 3; maturation for 1 hour in the presence of high concentration of salt The fractions obtained are shown. (B) The ability to form a protein fusion when linker-N-10A and linker-N-0A are used. (C) Comparison of fusion rate (%). リンカー内のオリゴdAの存在の効果を示す概念図。 (a)リボソームのサイズ。(b)オリゴdAが無い場合(リンカー−N−0A)。(c)オリゴdAがある場合(リンカー−N)。(d)タンパク質合成後の溶液内のリボソームの位置の変化に対応し、リンカー−N内のオリゴdAの「幹」構造が、スペーサーの柔構造の可動域を増大させる効果を示す模式図。The conceptual diagram which shows the effect of presence of oligo dA in a linker. (A) Ribosome size. (B) When there is no oligo dA (linker-N-0A). (C) When oligo dA is present (linker-N). (D) A schematic diagram showing the effect of the “stem” structure of the oligo dA in the linker-N increasing the range of motion of the spacer flexible structure in response to a change in the position of the ribosome in the solution after protein synthesis. cDNAタンパク質融合体のHis-タグを利用した精製。図中、F.T.は通過画分、E1は溶出液1、E2は溶出液2をそれぞれ示し、PDOは逆転写反応していないmRNAタンパク質(PDO)融合体に対応する。mRNAタンパク質融合体はcDNAタンパク質融合体よりも泳動が遅い。そのためPDOのレーンは、濃度比較のために下方にずらして表示している。Purification of cDNA protein fusion using His-tag. In the figure, F.T. represents the flow-through fraction, E1 represents eluate 1 and E2 represents eluate 2, and PDO corresponds to the mRNA protein (PDO) fusion that has not undergone reverse transcription. The mRNA protein fusion is slower to migrate than the cDNA protein fusion. Therefore, the PDO lane is shifted downward for comparison of concentration. リンカー−Nを用いたcDNAディスプレイ及びそのインビトロセレクションのハイスループットに関する証明。(a)小麦胚芽ライセートを用いたcDNAディスプレイを機能させるために必須な工程とその所要時間を示す概略図。テンプレートDNAをmRNAに転写してこれを精製して定量する工程(〜1.5時間)。mRNAをリンカー−Nにライゲートする工程(0.2時間)。小麦胚芽ライセート系で翻訳し、高濃度塩の条件下で成熟してディスプレイタンパク質(mRNAタンパク質融合体)とする工程(〜1時間)。Ni-NTA磁性ビーズ上で、mRNAタンパク質融合体を精製し、逆転写を行い、かつcDNAタンパク質融合体の精製を行った後に溶出する工程(0.5時間)。ストレプトアビジン(SA)マトリックス上に固定化されている標的タンパク質に対しセレクション後、溶出させ、標的タンパク質に対応するDNAを増幅する工程(〜2時間)。PCR増幅物の分析工程(〜1時間)。全工程は6〜8時間で完了できる。(b)PDO及び3F、6R14、BDAのディスプレイタンパク質を用いたインビトロセレクション。非結合性のPDOと結合性のBDAあるいは3Fあるいは6R14の20:1混合物を、(1)BDAに結合するIgG、(2)3Fに結合するAChBP、及び(3)6R14に結合するIL6Rを結合させたSAビーズを用いたセレクション画分をPCR後、電気泳動。(c)(b)で得られたセレクション画分それぞれの、セレクション前後の比率の変化からセレクション効率を「フォールドエンリッチメント数」として表した。Demonstration of high-throughput cDNA display using linker-N and its in vitro selection. (A) Schematic diagram showing essential steps and required time for functioning a cDNA display using wheat germ lysate. Transcription of template DNA into mRNA, purification and quantification (˜1.5 hours). Ligating mRNA to linker-N (0.2 hours). A process of translation into a wheat germ lysate system and maturation under high salt conditions to form a display protein (mRNA protein fusion) (˜1 hour). Step of elution after purification of mRNA protein fusion on Ni-NTA magnetic beads, reverse transcription, and purification of cDNA protein fusion (0.5 hours). A step of selecting a target protein immobilized on a streptavidin (SA) matrix, followed by elution and amplifying DNA corresponding to the target protein (˜2 hours). PCR amplification analysis step (~ 1 hour). The whole process can be completed in 6-8 hours. (B) In vitro selection using PDO and 3F, 6R14, BDA display proteins. Bind 20: 1 mixture of non-binding PDO and binding BDA or 3F or 6R14 to (1) IgG binding to BDA, (2) AChBP binding to 3F, and (3) IL6R binding to 6R14 The selection fraction using the SA beads was subjected to electrophoresis after PCR. (C) The selection efficiency was expressed as “the number of fold enrichments” from the change in the ratio before and after the selection of each selection fraction obtained in (b). 8-merペプチドライブラリーからのFLAG-タグ配列セレクション。 (a)8-merペプチドライブラリー調製用のDNA構築物。(b)セレクションサイクル。0.1%のFLAG-タグ配列を含む8-merペプチドライブラリー複合混合物を転写のセレクションサイクルプロセスに付し、リンカー−Nにライゲーションし、WGE中で翻訳してmRNA融合タンパク質を合成し、His-タグを用いて固相上で、精製し、逆転写してcDNA融合タンパク質を合成後精製し、抗−FLAG M2抗体マトリックス上でセレクションして、PCR増幅する。増幅産物を更に同一プロセスを2サイクル行い、クローニング及び配列決定する。(c)3回のセレクションサイクルの後のPCR増幅産物中のFLAG-タグ配列の比率。比較として示した「puro-Linker」では、同一の複合混合物を非特許文献13のセレクション手順に適用して、3回セレクションを行った。FLAG-tag sequence selection from 8-mer peptide library. (A) DNA construct for preparation of 8-mer peptide library. (B) Selection cycle. An 8-mer peptide library complex mixture containing 0.1% FLAG-tag sequence is subjected to a selection cycle process of transcription, ligated to linker-N, translated in WGE to synthesize mRNA fusion protein, and His-tag The cDNA fusion protein is synthesized after purification on a solid phase using reverse transcription, followed by reverse transcription, followed by purification, selection on an anti-FLAG M2 antibody matrix, and PCR amplification. The amplified product is further subjected to two cycles of the same process for cloning and sequencing. (C) Ratio of FLAG-tag sequence in the PCR amplification product after 3 selection cycles. In “puro-Linker” shown as a comparison, the same composite mixture was applied to the selection procedure of Non-Patent Document 13 and selection was performed three times. スリーフィンガー(3F)の構造及び3Fライブラリーの遺伝子構築物。Three finger (3F) structure and gene construct of 3F library. VEGFを標的とする3Fライブラリーを用いたVEGF親和性タンパク質のインビトロセレクションの7ラウンド後のcDNAタンパク質融合体(R7)の結合アッセイ。 (a)(1)R7の1/3画分をストレプトアビジンビーズ(SA)に、(2) R7の1/3画分をVEGF固定化ビーズに、(3)R7 cDNA(R7を翻訳せずに逆転写したもの)をVEGF固定化ビーズに、及び(4) R7の1/3画分をFc固定化ビーズに結合させた後、溶出した画分をPCR増幅してゲル電気泳動で分析した。(b)(1)、(2)及び(4)の結合工程の後のそれぞれの溶出画分にELISAを適用してビーズへの結合性を450nm波長吸収量で検出した。Binding assay of cDNA protein fusion (R7) after 7 rounds of in vitro selection of VEGF affinity protein using 3F library targeting VEGF. (A) (1) 1/3 fraction of R7 to streptavidin beads (SA), (2) 1/3 fraction of R7 to VEGF immobilized beads, (3) R7 cDNA (R7 not translated) (4) After binding 1/3 fraction of R7 to Fc-immobilized beads, the eluted fraction was PCR amplified and analyzed by gel electrophoresis. . (B) ELISA was applied to each of the elution fractions after the binding steps (1), (2) and (4), and binding to beads was detected at a 450 nm wavelength absorption. 短期化を可能にする新規リンカーによる進化工学プロセス 創薬のリード化合物を見いだすための全自動化ハイスループットシステムが、1ラウンド約8時間であり、8〜10ラウンドで行っても約2週間でリード化合物を得ることができることを示している。Evolutionary engineering process with a new linker that enables shorter time The fully automated high-throughput system for finding lead compounds for drug discovery is about 8 hours per round, and lead compounds in about 2 weeks even if 8-10 rounds are performed That you can get. VEGF結合性ペプチドの推定立体構造図Estimated 3D structure of VEGF-binding peptide

1.リンカー−Nについて
(1−1)リンカー−Nの構造
本発明のリンカー−Nは以下の様に構成される。通常のT字型ピューロマイシンリンカーオリゴヌクレオチドの場合と同様に、水平方向のDNA鎖を主鎖、垂直方向のピューロマイシンを有するDNA鎖を側鎖と称すると、主鎖の5'末端側から、mRNAとの「ライゲーション部位」及びmRNAとの「ハイブリダイゼーション領域」及び逆転写のための「プライマー部位」で構成され、側鎖は、付け根部分から、「オリゴdA」、「スペーサー配列」及びピューロマイシンとで構成され、リンカー内にはビオチン分子は含まれない。典型的な配列を図1aとして示すが、上記各部の塩基配列を限定するものではない。
ここで、本発明のリンカー−Nの「ライゲーション部位」付近にはビオチン分子がなく、ビオチン分子をリンカーから除去するための部位も不要なため、直接mRNAとの「ハイブリダイゼーション部位」と共有結合しており、好ましくは、T4 RNAリガーゼによるライゲーション可能な認識配列、たとえば、「CCC」で構成される。「ハイブリダイゼーション部位」は、GC配列を用いて、mRNAと安定にハイブリダイズできる十分な長さと、合成のしやすさなどを考慮して適宜設計される。例えば、10〜50mer、好ましくは12〜30mer、より好ましくは15〜20merである。
側鎖の「スペーサー配列」は、下記(1−2)で述べるように、柔軟な構造を有しており、かつ「オリゴdA」と共に、ピューロマイシンをリボソーム内のPサイト付近に配置するために十分な長さを有するように、適宜設計できる。化学式「PO4(CH2CH2O)5CH2CH2PO4」で表される「Sp.18(Spacer 18 Phosphoramidite)」分子が柔軟性があり立体障害性が低いので好ましく用いられており、本発明では、2〜8個連結させる。好ましくは3〜6個、より好ましくは4〜5個連結する。また、スペーサー配列の途中に、FITC、Fluorescein-dTなどの分子標識用蛍光化合物を結合しておくことが好ましい。典型的な分子標識用蛍光化合物のFluorescein-dTも好ましいが、バッファーを含む環境によって容易に影響を受けないAlexaなどが、より好ましく用いられる。FITCを用いた場合を例として示すと、「(Sp.18×1〜4)(T-FITC)(Sp.18×1〜4)」、好ましくは「(Sp.18×1)(T-FITC)(Sp.18×3)」などの配列を用いることができる。
「スペーサー配列」と「オリゴdA」をあわせた側鎖のピューロマイシンまでの距離は、下記の(1−2)で考察するように、8nm以上、好ましくは10〜20nm、より好ましくは12〜14nmである。
1. About linker-N (1-1) Structure of linker-N The linker-N of the present invention is constituted as follows. As in the case of a normal T-shaped puromycin linker oligonucleotide, when a horizontal DNA strand is referred to as a main chain and a DNA strand having a vertical puromycin is referred to as a side chain, from the 5 ′ end side of the main chain, It consists of a “ligation site” with mRNA, a “hybridization region” with mRNA, and a “primer site” for reverse transcription, and the side chains from the base part to “oligo dA”, “spacer sequence” and puromycin The biotin molecule is not included in the linker. A typical sequence is shown as FIG. 1a, but the base sequence of each part is not limited.
Here, since there is no biotin molecule in the vicinity of the “ligation site” of the linker-N of the present invention, and no site for removing the biotin molecule from the linker is necessary, it is covalently bonded directly to the “hybridization site” with mRNA. Preferably, it is composed of a recognition sequence that can be ligated by T4 RNA ligase, for example, “CCC”. The “hybridization site” is appropriately designed in consideration of a sufficient length capable of stably hybridizing with mRNA using a GC sequence, ease of synthesis, and the like. For example, 10 to 50 mer, preferably 12 to 30 mer, more preferably 15 to 20 mer.
As described in (1-2) below, the side chain “spacer sequence” has a flexible structure, and together with “oligo dA”, puromycin is arranged near the P site in the ribosome. It can design suitably so that it may have sufficient length. The “Sp.18 (Spacer 18 Phosphoramidite)” molecule represented by the chemical formula “PO 4 (CH 2 CH 2 O) 5 CH 2 CH 2 PO 4 ” is preferably used because of its flexibility and low steric hindrance. In the present invention, 2 to 8 are connected. Preferably 3-6, more preferably 4-5 are connected. In addition, it is preferable to bind a fluorescent compound for molecular labeling such as FITC or Fluorescein-dT in the middle of the spacer sequence. Fluorescein-dT, which is a typical fluorescent compound for molecular labeling, is also preferable, but Alexa and the like that are not easily affected by the environment containing the buffer are more preferably used. When using FITC as an example, `` (Sp.18 × 1-4) (T-FITC) (Sp.18 × 1-4) '', preferably `` (Sp.18 × 1) (T- FITC) (Sp.18 × 3) ”or the like can be used.
The distance to the puromycin of the side chain that combines the “spacer sequence” and “oligo dA” is 8 nm or more, preferably 10 to 20 nm, more preferably 12 to 14 nm, as will be discussed in (1-2) below. It is.

(1−2)オリゴdAについて
本発明では、リンカー−Nにおける「オリゴdA」の長さはdA(デオキシアデニン)の個数12以上、好ましくは15〜25、より好ましくは17〜20であり、そのリンカー中の位置は、ピューロマイシンから離れた位置で分岐点付近に設けることが好ましい。そのことにより、(1−3)で示すように無細胞翻訳系での翻訳効果が極めて大きくなる。その点を考察したイメージ図を図9に示した。ピューロマイシンへのタンパク質の結合はリボソームAのPサイトで起こるとされているが、図9cにあるように、真核細胞のリボソームRNAのサイズが、高さ25〜30nm(小麦胚芽については、29.4nm)、幅27〜31nmといわれている(非特許文献32、33)ので、リボソームRNAに挟み込まれたmRNAとリボソーム内のPサイトまでの距離は約15〜20nmと考えられる。
実施例3では、オリゴdAの長さを変えて、RRL(ウサギ網状赤血球ライセート)及びWGE(小麦胚芽抽出液)を用いた翻訳実験を行っているが、その結果はリンカー中にオリゴdAを設けることがmRNA−タンパク質融合体の生産効率を上げるために重要であることを示している。上記実施例(3−1,2)で用いた「リンカー−N−0A(0A)」はオリゴdAが欠けているので、非特許文献13に記載の「puro−リンカー」及び非特許文献27、31に記載の「SBPリンカー」と類似した側鎖長を有している。「リンカー−N−0A」はいずれのライセート中でもタンパク質融合体の生成量は本発明の「リンカー−N」の場合の20〜30%に留まっているが、この翻訳効率は、非特許文献31に記載の結果と矛盾しない。
(1-2) Oligo dA In the present invention, the length of the “oligo dA” in the linker-N is 12 or more, preferably 15 to 25, more preferably 17 to 20 dA (deoxyadenine). The position in the linker is preferably provided near the branch point at a position away from puromycin. As a result, as shown in (1-3), the translation effect in the cell-free translation system becomes extremely large. Fig. 9 shows an image of this point. Protein binding to puromycin is believed to occur at the P site of ribosome A, but as shown in FIG. 9c, the size of eukaryotic ribosomal RNA is 25-30 nm in height (29.4 for wheat germ). nm), which is said to have a width of 27 to 31 nm (Non-patent Documents 32 and 33), the distance between the mRNA sandwiched between the ribosomal RNA and the P site in the ribosome is considered to be about 15 to 20 nm.
In Example 3, the length of the oligo dA was changed, and a translation experiment using RRL (rabbit reticulocyte lysate) and WGE (wheat germ extract) was performed. As a result, the oligo dA was provided in the linker. This is important for increasing the production efficiency of mRNA-protein fusions. Since “Linker-N-0A (0A)” used in Examples (3-1, 2) lacks oligo dA, “puro-linker” described in Non-Patent Document 13 and Non-Patent Document 27, 31 has a side chain length similar to that of the “SBP linker”. “Linker-N-0A” is 20% to 30% of the amount of protein fusion produced in any of the lysates in the case of “Linker-N” of the present invention. It is consistent with the results described.

(1−3)リンカー−Nの合成法
本発明のリンカー−Nの合成法としては、従来の一般的なピューロマイシン−リンカーオリゴヌクレオチドと同様に、主鎖に対して側鎖を既知の手法で結合することもできる。例えば、ピューロマイシン−リンカーオリゴヌクレオチド主鎖の分岐位置にAmino-Modifier C6 dTを設けておき、一方の側鎖の5'末端に設けた5'Tiol-Modifier C6、と架橋剤EMCS(N-(6-マレイミドカプロイルオキシ)スクシンイミド)を用いて結合する方法を適用することができる(例えば、特許文献3など)。
しかし、本発明において開発された、分岐デオキシシチジンの5-Me-dC(5'-ジメトキシトリチル-N4-(O-レブリニル-6-オキシヘキシル)-5-メチル-2'-デオキシシチジン)を用いる下記の合成方法を用いてプライマー配列を一本鎖のピューロマイシンオリゴヌクレオチド中に組み込まれた5-Me-dCを結合させることが好ましい。
具体的には、5'-ライゲーション部位/ハイブリダイゼーション領域とピューロマイシン−オリゴdA含有スペーサー配列とが5-Me-dCで連結された一本鎖のピューロマイシンオリゴヌクレオチド、例えば図1(b)に記載の「5'-CCCCCCCGCCGCCCCCCG (5-Me-dC) A18 (Spec18) (Spec18) (Spec18) (F-dT) (Spec18) CC (Puro) -3'」をDNAシンセサイザーなどで合成する。ここで、(F-dT)は(T-FITC)を表す。5-Me-dCのレブリニル保護基を除去後、プライマー配列、例えば「5'-CCTTG-3'」を5-Me-dCに繋ぐことで、簡単に本発明のリンカー−Nを製造することができる。「リンカー−N」が生成できたことは、TOF-MSでもゲル電気泳動でも確認できる。
この合成方法は、架橋剤を用いないため、プライマー配列を繋ぐ一本鎖のピューロマイシンオリゴヌクレオチドを作製する工程は、DNAシンセサイザーを用いることができ、委託合成する場合も安価に行える。そして、本発明のリンカー−Nの最終的な収量は、架橋剤を用いる工程を手動で行わざるを得ない従来のピューロマイシンオリゴヌクレオチドリンカーと比較して8倍以上高かった(表1)。時間的にもコスト的にも大幅に減少し、下流のプロセスの再現性を大きく高めることができる。
(1-3) Synthesis method of linker-N As a synthesis method of linker-N of the present invention, a side chain with respect to the main chain is formed by a known method as in the case of conventional general puromycin-linker oligonucleotide. It can also be combined. For example, Amino-Modifier C6 dT is provided at the branching position of the puromycin-linker oligonucleotide main chain, 5′Tiol-Modifier C6 provided at the 5 ′ end of one side chain, and the crosslinking agent EMCS (N- ( 6-maleimidocaproyloxy) succinimide) can be used (for example, Patent Document 3).
However, the branched deoxycytidine 5-Me-dC (5′-dimethoxytrityl-N4- (O-levulinyl-6-oxyhexyl) -5-methyl-2′-deoxycytidine) developed in the present invention is used. It is preferable to bind 5-Me-dC in which a primer sequence is incorporated into a single-stranded puromycin oligonucleotide using the following synthesis method.
Specifically, a single-stranded puromycin oligonucleotide in which a 5′-ligation site / hybridization region and a puromycin-oligo dA-containing spacer sequence are linked by 5-Me-dC, for example, as shown in FIG. The described "5'-CCCCCCCGCCGCCCCCCG (5-Me-dC) A18 (Spec18) (Spec18) (Spec18) (F-dT) (Spec18) CC (Puro) -3 '" is synthesized with a DNA synthesizer or the like. Here, (F-dT) represents (T-FITC). After removing the levulinyl protecting group of 5-Me-dC, a primer sequence, for example, “5′-CCTTG-3 ′”, is linked to 5-Me-dC to easily produce the linker-N of the present invention. it can. The generation of “Linker-N” can be confirmed by TOF-MS and gel electrophoresis.
Since this synthesis method does not use a cross-linking agent, the step of producing a single-stranded puromycin oligonucleotide for linking primer sequences can use a DNA synthesizer, and can be performed at a low cost when commissioned. And the final yield of the linker-N of the present invention was more than 8 times higher than that of the conventional puromycin oligonucleotide linker, in which the step of using a crosslinking agent had to be performed manually (Table 1). The reproducibility of the downstream process can be greatly enhanced by greatly reducing the time and cost.

2.mRNA−リンカー−N連結体
(2−1)mRNAライブラリーの調製
本発明のリンカー−Nと連結させるmRNAは、mRNAライブラリーの場合を含むが、いずれも通常、調製されたテンプレートとなるDNA又はDNAライブラリーを転写して用いる。
テンプレートDNAとしては、遺伝子をコードする配列の他に、翻訳反応促進に必要な配列及びHis-タグ配列、さらにその他の配列が含まれており、最も3'末端側にはリンカー−Nの主鎖に相当するプライマー部位及びハイブリダイゼーション領域に相補的な塩基配列が含まれる(図3)。
遺伝子をコードする配列としては、例えば、分子進化させようとする配列既知の各種機能タンパク質、例えば受容体、イオンチャネル、酵素、抗体、生理活性ペプチド、又はそれらの断片をコードするDNA、または、配列既知の各種構造タンパク質、例えばアクチン、ミオシン、コラーゲン、又はそれらの断片をコードするDNA、または、各種遺伝子ライブラリー、もしくは有機合成、PCR法などによりランダム化された配列を含む各種遺伝子ライブラリー等を挙げることができる。特に、ハイスループットスクリーニング系ポリペプチドライブラリーとして開発された、スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)を有し、ループ1〜3領域がランダム化された3FポリペプチドライブラリーをコードするDNA(特許文献7)、又はICKスキャフォールドを有し、ループ1〜3及びテール領域がランダム化されたICKポリペプチドライブラリーをコードするDNA(特許文献8)を用いることが好ましい。なお、ハイスループットスクリーニング系のポリペプチドライブラリーについては、典型的な「3Fペプチドライブラリー」を例として、下記(5−1)で詳細に説明する。
また、cDNAディスプレイ法によるインビトロセレクションに適用する場合は、セレクション工程で得られたPCR増幅物を用いて、このテンプレートDNAが調製される。
2. Preparation of mRNA-linker-N conjugate (2-1) mRNA library The mRNA to be linked to the linker-N of the present invention includes the case of an mRNA library. Transcribe and use DNA library.
The template DNA includes a sequence encoding a gene, a sequence necessary for promoting a translation reaction, a His-tag sequence, and other sequences. The main chain of linker-N is located at the 3 ′ end most. Complementary base sequences are included in the primer site and hybridization region corresponding to (Fig. 3).
Examples of sequences that encode genes include various functional proteins whose sequences are known to be molecularly evolved, such as DNAs that encode receptors, ion channels, enzymes, antibodies, bioactive peptides, or fragments thereof, or sequences Various known structural proteins, for example, DNA encoding actin, myosin, collagen, or fragments thereof, or various gene libraries, or various gene libraries containing sequences randomized by organic synthesis, PCR, etc. Can be mentioned. In particular, a DNA that has been developed as a high-throughput screening polypeptide library, has a three-finger-like scaffold (3F), and encodes a 3F polypeptide library in which loops 1 to 3 are randomized (Patent Document 7), Alternatively, it is preferable to use DNA encoding an ICK polypeptide library having an ICK scaffold and having randomized loops 1 to 3 and tail region (Patent Document 8). The polypeptide library of the high-throughput screening system will be described in detail in the following (5-1) using a typical “3F peptide library” as an example.
In addition, when applied to in vitro selection by the cDNA display method, this template DNA is prepared using the PCR amplification product obtained in the selection step.

遺伝子をコードするmRNAの5'末端には7-メチル化グアノシンキャップ構造、3'末端にはポリA尾部構造を有していることがタンパク質合成効率を高めるために好ましく、翻訳の開始を促進するKozak配列や小麦胚芽ライセート系での翻訳促進効果が知られているオメガ配列(タバコモザイクウィルスの5'非翻訳領域配列)を有することが、さらに好ましい。特に、本発明の実施例でも用いた「SP6(SP6プロモーター及びキャップ部位)、UTR(Xenopus β−グロビンの5'非翻訳領域)、及びKozak配列」を5'末端に設けることが好ましい(図3)。
本発明で用いるmRNAの全長は、リンカーとのライゲーション効率及び無細胞翻訳系での翻訳効率の面から50〜3,000塩基であることが好ましく、200〜1,000塩基であることがさらに好ましい。
It is preferable to have a 7-methylated guanosine cap structure at the 5 'end of the mRNA encoding the gene and a poly A tail structure at the 3' end in order to increase the efficiency of protein synthesis and promote the initiation of translation. It is further preferable to have an omega sequence (5 ′ untranslated region sequence of tobacco mosaic virus) that is known to have a Kozak sequence or a translation promoting effect in a wheat germ lysate system. In particular, it is preferable to provide “SP6 (SP6 promoter and cap site), UTR (Xenopus β-globin 5 ′ untranslated region), and Kozak sequence” used in the examples of the present invention at the 5 ′ end (FIG. 3). ).
The total length of mRNA used in the present invention is preferably 50 to 3,000 bases, more preferably 200 to 1,000 bases, from the viewpoint of ligation efficiency with a linker and translation efficiency in a cell-free translation system.

(2−2)mRNAとリンカーとの連結方法
mRNAとリンカーとの連結は、公知の手法によりハイブリダイゼーションによるアニーリングの後にライゲーションによる連結を行わせる。ライゲーション反応は、RNA/DNA間ライゲーションを行うRNAリガーゼ又はDNAリガーゼを利用することもできる。例えば、T4 RNAリガーゼ又はTS2126耐熱性ファージ由来DNAリガーゼが好ましく、特にT4 RNAリガーゼが好ましい。
(2-2) Method for linking mRNA and linker
Ligation between mRNA and linker is performed by ligation after annealing by hybridization by a known technique. The ligation reaction can also utilize RNA ligase or DNA ligase that performs RNA / DNA ligation. For example, T4 RNA ligase or TS2126 thermostable phage-derived DNA ligase is preferable, and T4 RNA ligase is particularly preferable.

本発明のアニーリング反応及びライゲーション反応のための反応液の組成は、既知の反応液の組成(例えば特許文献3など)を適用することができる。例えば、10〜250 mMのTris-塩酸(pH 7.0〜8.0); 2.0〜50 mMの塩化マグネシウム; 2.0〜50 mMのジチオスレイトール(DTT); 0.2〜5.0のmM ATPを含んでおり、アニーリング反応終了後に0.1〜2.5 U/μlのT4ポリヌクレオチドキナーゼ及び0.4〜5 U/μlのT4 RNAリガーゼが投入されて、ライゲーション反応を開始させる。
本発明のアニーリング反応条件及びライゲーション反応条件についても、既知の方法が適用できるが、本発明のリンカー−Nのライゲーション部位付近には反応時の立体障害となるビオチン分子もビオチン分子を取り除くための配列などがないため、極めて効率的に反応が進むので、通常の反応時間を大幅に短縮することができる。
具体的には、一般的なアニーリング反応は、60〜100℃にて2〜60分間、アルミブロックなど加温用器具にて温めた後、スイッチを切って2〜60分間放置して反応液温を穏やかに低下させ、さらに-5〜10℃に冷却する。ライゲーション反応は、20〜30℃で5〜180分間とする。
本発明ではこのような一般的な方法を、時間を短縮して適用できる。本発明の実施の態様では、アニーリング工程では、85〜94℃にて30秒〜1分間加熱後、-0.1℃/secのプログラムで10分間かけて25℃まで徐冷し、ライゲーション工程では、25℃で10分間行った。
ライゲーション反応を行う反応系の体積は、反応効率の点から20〜40μlとすることが好ましい。
また、反応系中でのRNAとリンカーとの量比は、リンカー10〜20 pmolに対し1/3〜6倍量のmRNAを反応させることができ、好ましくは、リンカー10 pmolに対し10〜15 pmolのmRNAを反応させる。本発明では、ライゲーション効率が極めて高く、ほぼ化学量論的に反応が進むので、mRNAを過剰に存在させておく必要がない。したがって、精製時の余剰mRNAを少なくするために、本発明では、mRNAとリンカー−Nとを等モルで反応させることが最も好ましい。
As the composition of the reaction solution for the annealing reaction and the ligation reaction of the present invention, a known reaction solution composition (for example, Patent Document 3) can be applied. For example, 10-250 mM Tris-HCl (pH 7.0-8.0); 2.0-50 mM magnesium chloride; 2.0-50 mM dithiothreitol (DTT); 0.2-5.0 mM ATP, annealing reaction After completion, 0.1-2.5 U / μl T4 polynucleotide kinase and 0.4-5 U / μl T4 RNA ligase are added to initiate the ligation reaction.
Known methods can also be applied to the annealing reaction conditions and ligation reaction conditions of the present invention, but a biotin molecule that causes steric hindrance during the reaction is also arranged near the ligation site of the linker-N of the present invention to remove the biotin molecule. Since the reaction proceeds very efficiently, the normal reaction time can be greatly shortened.
Specifically, the general annealing reaction is performed at 60 to 100 ° C. for 2 to 60 minutes with a heating device such as an aluminum block, and then switched off and left for 2 to 60 minutes to react with the reaction solution temperature. Gently lower and cool to -5-10 ° C. The ligation reaction is performed at 20 to 30 ° C. for 5 to 180 minutes.
In the present invention, such a general method can be applied with reduced time. In the embodiment of the present invention, in the annealing step, after heating at 85 to 94 ° C. for 30 seconds to 1 minute, it is gradually cooled to 25 ° C. over 10 minutes with a program of −0.1 ° C./sec, and in the ligation step, 25 C. for 10 minutes.
The volume of the reaction system for performing the ligation reaction is preferably 20 to 40 μl from the viewpoint of reaction efficiency.
In addition, the amount ratio of RNA to linker in the reaction system can react 1/3 to 6 times the amount of mRNA with respect to 10 to 20 pmol of linker, preferably 10 to 15 with respect to 10 pmol of linker. React with pmol of mRNA. In the present invention, the ligation efficiency is extremely high and the reaction proceeds almost stoichiometrically, so that it is not necessary to keep mRNA in excess. Therefore, in order to reduce excess mRNA during purification, in the present invention, it is most preferable to react mRNA and linker-N in equimolar amounts.

(2−3)本発明のリンカー−N及びmRNAとのライゲーション効率
本発明のライゲーションの効率及びライゲーション時間を、モデルタンパク質をコードするmRNAを用いて検証した。モデルタンパク質としては、非特許文献20〜22に記載されているPDO、Oct-1のPou-結合ドメイン;BDA、プロテインAのBドメイン;3F、スリーフィンガー;及び6R14、インターロイキン6受容体のスリーフィンガー型リガンドを用いた。大きさの異なるこれらのmRNAからのmRNA構築物(図3)をリンカー−N(図1)と等モル比で反応させたところ、10分以内に急速にライゲートして90〜95%の効率に達したことが分かった(図4a〜c)。反応時間を20分間もしくは40分間と長くしてもライゲーション効率は有意に増大しない。ここで、mRNA−リンカー複合体の形成は、RNaseHによるmRNAの消化によって確認された(図4a、bの「10 min + RNaseH」のレーン)。
リンカー−Nは、「puro−リンカー(非特許文献13、22など)」のような「ビオチンループ」などの複雑な二次構造を形成しておらず、完全に整列したハイブリダイゼーション領域及び単純化されたライゲーション部位を有している。このことにより、アニーリング反応も速やかに終了し安定化され、ライゲーション時間の短縮化及び高いライゲーション効率が達成できたと考えられる。
(2-3) Ligation efficiency with linker-N and mRNA of the present invention The efficiency and ligation time of the ligation of the present invention were verified using mRNA encoding a model protein. Examples of model proteins include PDO, Oct-1 Pou-binding domain; BDA, protein A B domain; 3F, three finger; and 6R14, interleukin-6 receptor A finger type ligand was used. When mRNA constructs from these mRNAs of different sizes (Figure 3) were reacted with linker-N (Figure 1) in an equimolar ratio, they were rapidly ligated within 10 minutes to reach 90-95% efficiency. (Figures 4a-c). Increasing the reaction time to 20 minutes or 40 minutes does not significantly increase the ligation efficiency. Here, formation of mRNA-linker complex was confirmed by digestion of mRNA with RNaseH (lanes “10 min + RNaseH” in FIGS. 4a and b).
Linker-N does not form complex secondary structures such as “biotin loops” such as “puro-linkers (Non-patent Documents 13, 22, etc.)”, and is a fully aligned hybridization region and simplification. Ligation site. Thus, it is considered that the annealing reaction was completed and stabilized quickly, and the ligation time was shortened and high ligation efficiency was achieved.

下記(表2)には、リンカー−N(本発明)と従来法の各種のピューロマイシン リンカー−オリゴヌクレオチドとのライゲーションの時間及び効率並びに翻訳効率に関して比較したデータを記載した。すなわち、各リンカーのライゲーション戦略は、スプリントライゲーション法(非特許文献10、12、14)、ソラレン架橋法(非特許文献24)及びY-ライゲーション法などと呼ばれる方法である(非特許文献13、19、22)。非特許文献12、14のmRNAディスプレイで用いられたスプリントライゲーション法は、ライゲーション反応が遅く、ライゲーション効率も低く、さらに未使用のmRNAからのゲル精製にも時間がかかる。非特許文献24のmRNAディスプレイで用いられたソラレン光架橋法は極めて効率的(mRNA:リンカーに対して1:2のモル比で実施した)で速いが、UV照射がmRNAに損傷を与える可能性があり、また過剰なリンカーの除去工程が必要となる。非特許文献13、22及び25に記載のcDNAディスプレイまたはmRNAディスプレイで用いられたT4 RNAリガーゼの酵素作用によるY-ライゲーションも非常に効率的であるが、ライゲーションの時間及びmRNAとリンカーとの化学量論が多様に報告されている。
なお、(表2)において、ライゲーション効率、翻訳効率だけを比較すると、mRNAディスプレイ用のピューロマイシンリンカーには効率も高いものもあり、かつ精製工程が少なくとも1工程少ないというメリットはあるものの、mRNAディスプレイの場合は、cDNA融合体(cDNAディスプレイ)を形成させた場合と比較して、mRNA自身の分解しやすさ及び二次構造の形成しやすさのため、特にライブラリーのセレクション実験に適用しにくいなどの大きな制約がある(非特許文献12〜14、26)。
The following (Table 2) shows data comparing the time and efficiency of ligation between the linker-N (invention) and various puromycin linker-oligonucleotides of the conventional method and the translation efficiency. That is, the ligation strategy of each linker is a method called a sprint ligation method (Non-Patent Documents 10, 12, and 14), a psoralen crosslinking method (Non-Patent Document 24), a Y-ligation method, and the like (Non-Patent Documents 13 and 19). 22). The sprint ligation method used in the mRNA display of Non-Patent Documents 12 and 14 has a slow ligation reaction, low ligation efficiency, and takes time for gel purification from unused mRNA. The psoralen photocrosslinking method used in the mRNA display of Non-Patent Document 24 is extremely efficient (performed at a molar ratio of mRNA: linker of 1: 2) but fast, but UV irradiation can damage the mRNA In addition, an excessive linker removal step is required. Y-ligation by enzymatic action of T4 RNA ligase used in the cDNA display or mRNA display described in Non-Patent Documents 13, 22 and 25 is also very efficient, but the ligation time and the stoichiometry of mRNA and linker Various arguments have been reported.
In Table 2, when comparing only the ligation efficiency and translation efficiency, some puromycin linkers for mRNA display have high efficiency and have the advantage of at least one purification step, but mRNA display. In this case, compared to the case where a cDNA fusion (cDNA display) is formed, the mRNA itself is more easily decomposed and the secondary structure is more easily formed. (Nonpatent literature 12-14, 26).

3.mRNAタンパク質融合体の調製
本発明のmRNA−リンカー−N連結体を無細胞翻訳系と接触させることによって、そのリボソームA内でタンパク質の合成を行うと同時に、ピューロマイシンを介して翻訳されたタンパク質とmRNA−リンカー−N連結体を融合させ、mRNA−リンカー−N−タンパク質融合体(以下、mRNAタンパク質融合体ともいう。)を構築する。
本発明で用いることのできる無細胞翻訳系としては、既知のウサギ網状赤血球、小麦胚芽抽出物の他、大腸菌、昆虫細胞などを使用することができる。好ましくは、ウサギ網状赤血球及び小麦胚芽抽出物であり、小麦胚芽抽出物が最も好ましい。翻訳効率を高めるために、選択した翻訳系の由来生物種にあわせて、テンプレートDNAを、当該生物種に利用されやすい優先コドンに変更しておくことも有効である。
以下、典型的な小麦胚芽抽出物(WGE)及びウサギ網状赤血球ライセート(RRL)を用いる場合について詳しく説明するが、他の無細胞翻訳系の場合もこれら方法に準じた既知の方法で実施できる。
3. Preparation of mRNA protein fusion By contacting the mRNA-linker-N conjugate of the present invention with a cell-free translation system, protein synthesis is performed in the ribosome A, and at the same time, the protein translated via puromycin and The mRNA-linker-N conjugate is fused to construct an mRNA-linker-N-protein fusion (hereinafter also referred to as mRNA protein fusion).
Examples of cell-free translation systems that can be used in the present invention include known rabbit reticulocytes and wheat germ extracts, as well as Escherichia coli and insect cells. Preferred are rabbit reticulocytes and wheat germ extract, with wheat germ extract being most preferred. In order to increase the translation efficiency, it is also effective to change the template DNA to a preferred codon that can be easily used by the selected species in accordance with the selected species of the translation system.
Hereinafter, the case of using a typical wheat germ extract (WGE) and rabbit reticulocyte lysate (RRL) will be described in detail, but other cell-free translation systems can also be carried out by known methods according to these methods.

(3−1)小麦胚芽抽出物(WGE)の場合
前記無細胞翻訳系として小麦胚芽ライセートを利用する場合は、胚乳部分を除いた小麦から胚芽抽出液のS30画分として既知の方法で調製することができるが、すでにPromega社(Madison, WI, USA)などからキットとして市販されている。
WGE内での翻訳反応は、20〜40℃で10〜40分間行う。本発明のリンカー−Nを用いた翻訳及び融合効率は極めて高いため、反応時間は25℃10分でも十分であるが、25〜30℃で10〜20分間行うことが好ましい(図4)。
さらに翻訳反応後に高塩濃度条件下での成熟工程を設けることが有効である。具体的には、翻訳反応後、反応系に塩化カリウム及び塩化マグネシウムを添加して高塩濃度条件下とし、そのままの温度、例えば25〜30℃で10分〜2時間、好ましくは30分〜1時間放置する。その間、mRNA−リンカー−N連結体とタンパク質との融合を完成させると共に、タンパク質の立体構造を正確に配置させることができると考えられる。その際、塩化カリウムを終濃度500〜1,000mM、塩化マグネシウムを終濃度50〜100mMの存在下で行うのが好ましい。例えば、65mMのMgCl2及び750mMのKClを添加して25℃で10分〜1時間成熟させる(図8aレーン3)。
(3-1) In the case of wheat germ extract (WGE) When using wheat germ lysate as the cell-free translation system, it is prepared by a known method as the S30 fraction of the germ extract from wheat excluding the endosperm portion. It is already available as a kit from Promega (Madison, WI, USA).
The translation reaction in WGE is carried out at 20-40 ° C. for 10-40 minutes. Since the translation and fusion efficiency using the linker-N of the present invention is extremely high, a reaction time of 25 ° C. for 10 minutes is sufficient, but it is preferable to carry out the reaction at 25-30 ° C. for 10-20 minutes (FIG. 4).
Furthermore, it is effective to provide a maturation step under high salt concentration conditions after the translation reaction. Specifically, after the translation reaction, potassium chloride and magnesium chloride are added to the reaction system to obtain a high salt concentration condition, and the temperature as it is, for example, at 25 to 30 ° C. for 10 minutes to 2 hours, preferably 30 minutes to 1 Leave for hours. Meanwhile, it is considered that the fusion of the mRNA-linker-N conjugate and the protein can be completed and the three-dimensional structure of the protein can be accurately arranged. In that case, it is preferable to carry out potassium chloride in the presence of a final concentration of 500 to 1,000 mM and magnesium chloride in the presence of a final concentration of 50 to 100 mM. For example, 65 mM MgCl 2 and 750 mM KCl are added and matured at 25 ° C. for 10 minutes to 1 hour (FIG. 8a lane 3).

(3−2)ウサギ網状赤血球ライセート(RRL)の場合
前記無細胞翻訳系として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場合は、ウサギ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、数日間飼育後採血することが好ましく、さらに、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、EGTAによりカルシウムをキレートしてヌクレアーゼを不活化処理することがより好ましい。このようなウサギ網状赤血球ライセートは「IVTキット(Ambion, Austin, TX, USA)」などとして市販されており、本発明の実施例でも当該キットを用いている。
RRLを用いる場合は、「IVTキット」などの使用説明書などの記載に従えば良く、例えば、本発明のmRNA−リンカー−N連結体を、RRLを含む反応バッファー(例えば、最終濃度:80 mMの酢酸カリウム;0.5 mMの酢酸マグネシウム;10 mMのクレアチンリン酸;各0.05 mMのアミノ酸(メチオニン及びロイシンは各々0.025 mM)内で、20〜40℃で10〜40分間反応させる。必要に応じて、この反応液に、SUPERase RNase inhibitor(Ambion社)などのRNA分解酵素阻害剤を添加してもよい。
また、翻訳後にWGEの場合と同様に高塩濃度条件下での成熟工程を設けることが好ましい。
例えば、翻訳反応を30℃で10分間行った後、37℃で2時間65mMのMgCl2及び750mMのKClの存在下で成熟させる。
(3-2) Rabbit reticulocyte lysate (RRL) When using a lysate of reticulocyte cells obtained from rabbit blood as the cell-free translation system, acetylphenylhydrazine is administered to the rabbit in advance for hemolysis. It is preferable that blood is collected after inducing anemia or the like and reared for several days, and it is more preferable to inactivate the nuclease by degrading cell-derived mRNA with micrococcal nuclease and chelating calcium with EGTA. Such a rabbit reticulocyte lysate is commercially available as an “IVT kit (Ambion, Austin, TX, USA)”, and the kit is also used in the examples of the present invention.
In the case of using RRL, it is sufficient to follow the description of the instruction manual such as “IVT kit”. For example, the mRNA-linker-N conjugate of the present invention is added to a reaction buffer containing RRL (for example, final concentration: 80 mM). Of potassium acetate; 0.5 mM magnesium acetate; 10 mM creatine phosphate; 0.05 mM amino acid (0.025 mM each for methionine and leucine) at 20-40 ° C. for 10-40 minutes. An RNA-degrading enzyme inhibitor such as SUPERase RNase inhibitor (Ambion) may be added to this reaction solution.
Moreover, it is preferable to provide a maturation step under high salt concentration conditions after translation as in the case of WGE.
For example, the translation reaction is performed at 30 ° C. for 10 minutes and then matured in the presence of 65 mM MgCl 2 and 750 mM KCl at 37 ° C. for 2 hours.

(3−3)本発明のmRNA−タンパク質融合体生成率
本発明のmRNA−リンカー−Nと翻訳された4種類のモデルタンパク質(PDO, BDA, 3F及び6R14)との融合体の生成率を、以下の式によって計算し、RRLの場合を(図7b)に、WGEの場合を(図8c)に図示した(なお、前記(1−2)で述べたように、それぞれリンカー中のオリゴdAの長さを変えた場合も測定している。)。
融合体形成%=(A/A+B)×100
(ここで、AはmRNA−タンパク質融合体のSDS-PAGEでのバンド強度、Bは反応しなかったmRNA−リンカーのバンド強度である。)
WGEを翻訳系として選択した場合(図8c)と、RRLを翻訳系として用いた場合(図7b)とのそれぞれのタンパク質融合体形成%を比較してみると、リンカー−Nを用いた際の値がRRLでは50〜65%であるのに対して、WGEでは90〜95%という極めて高い値を示している。BODタンパク質融合体で示された95%という形成%は、従来のピューロマイシンリンカーを用いた場合(表2)と比較しても群を抜いて高い値である。
(3-3) Production rate of the mRNA-protein fusion of the present invention The production rate of the fusion between the mRNA-linker-N of the present invention and the four types of translated model proteins (PDO, BDA, 3F and 6R14), Calculated by the following formula, the RRL case is shown in (FIG. 7b), and the WGE case is shown in (FIG. 8c) (Note that, as described in the above (1-2), the oligo dA in the linker was respectively shown. It is also measured when the length is changed.)
Fusion formation% = (A / A + B) × 100
(Here, A is the band intensity on SDS-PAGE of the mRNA-protein fusion, and B is the band intensity of the mRNA-linker that did not react.)
When the percentages of protein fusion formation when WGE was selected as the translation system (FIG. 8c) and when RRL was used as the translation system (FIG. 7b) were compared, the results when linker-N was used were compared. The value is 50 to 65% for RRL, while it is 90 to 95% for WGE. The formation% of 95% indicated for the BOD protein fusion is by far the highest value even when compared with the conventional puromycin linker (Table 2).

ところで、前記(表2)に示されるように、従来のピューロマイシンリンカーを用いた場合(非特許文献13、22、25)も、無細胞翻訳系としてWGEを用いた場合の方がRRLの場合よりもタンパク質融合体形成効率が1.5〜7倍程度高い。
これらの結果は、WGE翻訳系でのリボソームの数が1ml(4μM)あたり、2.5×1015個であるのに対して、RRL翻訳系でのリボソーム数は1ml(0.2μM)あたり、1.2×1014個であるという1オーダー以上もの差異を示すことに起因する、という従来からの説明(非特許文献8、28〜30)とも一致している。
リボソームとmRNA−リンカーの比率で考えると、RRLの場合は、1:1〜2:1(0.1〜0.2μMのリボソーム及び0.1μMのmRNA−リンカー)であるのに対して、WGEの場合は、この比が約40:1となる。
これらのことから、本発明のcDNAディスプレイ技術を用いたハイスループットなスクリーニングの系に適用する翻訳系としては、高い融合体生成効率を示すWGE翻訳系を用いることが好ましい。
By the way, as shown in the above (Table 2), when the conventional puromycin linker is used (Non-patent Documents 13, 22, and 25), the case where WGE is used as the cell-free translation system is more RRL. Protein fusion formation efficiency is about 1.5 to 7 times higher.
These results show that the number of ribosomes in the WGE translation system is 2.5 × 10 15 per ml (4 μM), whereas the number of ribosomes in the RRL translation system is 1.2 × 10 5 per 1 ml (0.2 μM). This is consistent with the conventional explanation (Non-Patent Document 8, 28 to 30) that is caused by showing a difference of one or more orders of 14 pieces.
Considering the ratio of ribosome to mRNA-linker, RRL is 1: 1-2: 1 (0.1-0.2 μM ribosome and 0.1 μM mRNA-linker), while WGE is This ratio is about 40: 1.
For these reasons, as a translation system applied to a high-throughput screening system using the cDNA display technology of the present invention, it is preferable to use a WGE translation system exhibiting high fusion production efficiency.

また、前記(1−2)で考察したように、(図7b)、(図8c)において、各タンパク質ごとに用いたリンカー内のオリゴdAの長さに注目してみると、両翻訳系の全タンパク質において、オリゴdAの長さが最も長い場合が最大値を示しており、本発明のmRNA−リンカー−Nにおけるこのような高い融合体形成能がリンカー−N中の長いオリゴdA領域に起因することを裏付けている。   Also, as discussed in (1-2) above, in (FIG. 7b) and (FIG. 8c), when attention is paid to the length of the oligo dA in the linker used for each protein, In all proteins, the maximum value is shown when the length of oligo dA is the longest, and such high fusion-forming ability in mRNA-linker-N of the present invention is attributed to the long oligo dA region in linker-N. I support you to do.

4.mRNAタンパク質融合体の精製/cDNA−リンカー−N−タンパク質融合体(以下、cDNAタンパク質融合体という。)の作製と精製
(4−1)金属(Ni)ビーズ
本発明のmRNAタンパク質融合体の精製、逆転写反応によるcDNAタンパク質融合体の作製、及び得られたcDNAタンパク質融合体の精製は、全て同一の金属担体又は金属被覆担体が用いられる。金属としては、His-タグ配列との親和性のある金属、例えばNi又はCoが好ましい。担体は各種の形状のものを用いることができるがセレクション工程での取扱い易さからビーズ上が好ましく、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、磁性体ビーズ等が好ましく、Niなどの金属を蒸着させて用いることが好ましい。Ni磁性ビーズは、Ni-NTA磁性ビーズ(Qiagen社)などとして市販されている。なお、His-タグ配列というとき、通常はヒスチジン(His)が6個連続する配列(His×6)を指すが、連続するヒスチジン数は、5〜10個、好ましくは6〜8個でも良い。
4). Purification of mRNA protein fusion / Preparation and purification of cDNA-linker-N-protein fusion (hereinafter referred to as cDNA protein fusion) (4-1) Metal (Ni) beads Purification of mRNA protein fusion of the present invention, The same metal carrier or metal-coated carrier is used for preparation of cDNA protein fusion by reverse transcription reaction and purification of the obtained cDNA protein fusion. The metal is preferably a metal having an affinity for the His-tag sequence, such as Ni or Co. The carrier can be used in various shapes, but is preferably on a bead from the viewpoint of ease of handling in the selection process, for example, styrene beads, glass beads, agarose beads, sepharose beads, magnetic beads, etc. are preferred, such as Ni. It is preferable to deposit a metal for use. Ni magnetic beads are commercially available as Ni-NTA magnetic beads (Qiagen). The His-tag sequence usually refers to a sequence of 6 consecutive histidines (His) (His × 6), but the number of consecutive histidines may be 5 to 10, preferably 6 to 8.

(4−2)mRNAタンパク質融合体の精製
従来、難しいとされていた無細胞翻訳系からのHis-タグ配列を利用したmRNAタンパク質融合体の精製も、Ni-NTA磁性ビーズなどの金属ビーズを用いて簡単に行える。
具体的には、無細胞翻訳系の反応溶液中に25℃〜30℃の状態で直接Ni-NTA磁性ビーズを、mRNAタンパク質融合体の10〜20pmolに対して600〜1500pmolの吸着容量となる程度投入し、25℃10分間放置してHis-タグを介した結合を生じさせた後、Wash Buffer(WB: 50 mM Na phosphate buffer pH8.0, 300 mM NaCl, 20 mM imidazole)で3回、続いてPBS緩衝液で1回洗浄する。
(4-2) Purification of mRNA protein fusion Purification of mRNA protein fusion using a His-tag sequence from a cell-free translation system, which has been considered difficult in the past, also uses metal beads such as Ni-NTA magnetic beads. And easy to do.
Specifically, Ni-NTA magnetic beads directly in a reaction solution of a cell-free translation system at a temperature of 25 ° C. to 30 ° C. have an adsorption capacity of 600 to 1500 pmol with respect to 10 to 20 pmol of the mRNA protein fusion. And let stand at 25 ° C for 10 minutes to cause binding via the His-tag, then 3 times with Wash Buffer (WB: 50 mM Na phosphate buffer pH 8.0, 300 mM NaCl, 20 mM imidazole) Wash once with PBS buffer.

(4−3)逆転写工程
洗浄後のNi-NTA磁性ビーズを、そのまま逆転写反応に供する。
具体的には、Ni-NTA磁性ビーズを逆転写酵素反応液、例えば50 mM Tris/HCl pH8.0, 75 mM KCl, 3 mM MgCl2, 0.5 mM dNTPの溶液に懸濁し、逆転写酵素、例えばM-MLVリバーストランスクリプターゼ(タカラ社)を50〜100U添加して、40〜50℃で5〜20分間反応させて、mRNA/cDNAタンパク質融合体を生成させる。反応は、10〜0℃まで急冷することにより停止させる。
(4-3) Reverse transcription step The washed Ni-NTA magnetic beads are directly subjected to a reverse transcription reaction.
Specifically, Ni-NTA magnetic beads are suspended in a reverse transcriptase reaction solution such as 50 mM Tris / HCl pH 8.0, 75 mM KCl, 3 mM MgCl 2 , 0.5 mM dNTP, and reverse transcriptase such as 50-100 U of M-MLV reverse transcriptase (Takara) is added and reacted at 40-50 ° C. for 5-20 minutes to produce mRNA / cDNA protein fusion. The reaction is stopped by quenching to 10-0 ° C.

(4−4)cDNAタンパク質融合体の精製、溶出
得られたmRNA/cDNAタンパク質融合体をそのまま精製し、cDNAディスプレイとして用いることができ、本発明の実施例では、mRNAを分解せずに、mRNA/cDNAタンパク質融合体のまま用いているが、mRNA/cDNAを形成しているmRNAの分解能を有するRNaseHを用いて、一本鎖cDNAを有するcDNAタンパク質融合体を作製し、続く実験工程に供する選択も可能である。
一般にcDNAディスプレイというときは、mRNA/cDNAタンパク質融合体及びcDNAタンパク質融合体のいずれの場合も指すので、本発明においても両者を区別せずに、cDNAタンパク質融合体という。
(4-4) Purification and elution of cDNA protein fusion The obtained mRNA / cDNA protein fusion can be purified as it is and used as a cDNA display. In the examples of the present invention, mRNA is not degraded without degrading mRNA. / CDNA protein fusion is used as it is, but using RNaseH, which has the resolution of mRNA that forms mRNA / cDNA, a cDNA protein fusion with single-stranded cDNA is prepared and selected for subsequent experimental steps Is also possible.
In general, the term “cDNA display” refers to both mRNA / cDNA protein fusions and cDNA protein fusions. Therefore, in the present invention, they are referred to as cDNA protein fusions without distinguishing between the two.

cDNAタンパク質融合体を作る場合は、具体的には、例えば、mRNA/cDNAタンパク質融合体を含むNi-NTA磁性ビーズに対してRNaseH(Ambion, Austin, TX, USA)を37℃で30分間反応させてcDNAと相補しているmRNAを分解する。
次いで、金属(Ni)表面のcDNAタンパク質融合体(mRNA/cDNAタンパク質融合体)を緩衝液(例えばWBなど)で洗浄後、イミダゾール含有溶液により溶出する。例えば、Ni-NTA磁性ビーズを、25〜30℃でWBにより3回洗浄した後、250mMのイミダゾールを含有した溶出液(EB:50 mM Na phosphate buffer pH8.0, 300 mM NaCl, 250 mM imidazole)を用いて25℃で5分間静置後、溶出する。この溶出は、1回〜数回、好ましくは2回行う。溶出液中にはcDNAタンパク質融合体が高純度で精製されている(収率約60%、図10)。
得られたcDNAタンパク質融合体は、cDNAディスプレイ法に適用し、進化工学的なスクリーニングに供する。その際、cDNAタンパク質融合体を、cDNAディスプレイと呼ぶことがある。
When creating a cDNA protein fusion, specifically, for example, react RNaseH (Ambion, Austin, TX, USA) with Ni-NTA magnetic beads containing mRNA / cDNA protein fusion at 37 ° C for 30 minutes. To degrade the mRNA complementary to the cDNA.
Next, the cDNA protein fusion (mRNA / cDNA protein fusion) on the metal (Ni) surface is washed with a buffer (for example, WB) and then eluted with an imidazole-containing solution. For example, Ni-NTA magnetic beads were washed 3 times with WB at 25-30 ° C. and then eluted with 250 mM imidazole (EB: 50 mM Na phosphate buffer pH 8.0, 300 mM NaCl, 250 mM imidazole) Elute after standing at 25 ° C for 5 minutes. This elution is performed once to several times, preferably twice. In the eluate, the cDNA protein fusion is purified with high purity (yield: about 60%, FIG. 10).
The obtained cDNA protein fusion is applied to a cDNA display method and subjected to evolutionary engineering screening. In this case, the cDNA protein fusion is sometimes referred to as cDNA display.

(4−5)本発明の1工程精製のメリットについて
cDNAディスプレイ法の場合、従来から考察されているように、mRNA分解及びmRNAの二次構造の形成(特にライブラリーをセレクションに用いるときに)を低減するために有益である(非特許文献12〜14、26)が、逆転写工程に先立つmRNAタンパク質融合体の無細胞翻訳系ライセートからの精製工程に加え、cDNAタンパク質融合体の精製工程が必須であり、そのことによる収率の減少は免れない。従来のcDNAディスプレイ法の場合は、それぞれの精製に少なくとも2工程要していた。また、mRNAディスプレイの場合でも、無細胞翻訳系ライセートからの分離、リボソーム(終止コドンの非存在による)の除去のための精製工程、及び全長翻訳できずに中途で終始してしまった翻訳物から全長タンパク質を単離するためにC-末端タグを用いた精製工程として、2工程の精製工程を設けることが一般的であり、このような複数の精製工程をとる場合は、最終的収率が0.2〜6.5%となる場合がある(非特許文献13、16)。
本発明の大きなメリットの1つは、無細胞翻訳系ライセートから、逆転写及びmRNAの分解を経たcDNAタンパク質融合体の精製を、His-タグを利用した穏やかなアフィニティ精製の1工程のみで行うことができる点であり、cDNAタンパク質融合体を20分未満という短時間でライセートから約60〜80%まで単離できた(図10)。
前記(表2)にあるように、mRNAタンパク質融合体の形成からから始まりcDNAディスプレイのための精製cDNAタンパク質融合体を得るまでの全工程を考慮すると、本発明の方法は、非特許文献13、22及び27で報告された方法よりもcDNAタンパク質融合体の収量が約60〜300倍多い(表2)。このように、cDNAタンパク質融合体の収率が高いということは、各種ライブラリーに適用した場合、得られる変異タンパク質の多様性に直接影響するので(非特許文献28、34)、本発明のcDNAディスプレイ法は機能性タンパク質/ペプチドのインビトロセレクションにとって、きわめて有用であることを示している。さらに、上述の精製工程の省略化、時間の短縮化と共に、磁性マトリックスが利用可能であることも、ハイスループットプラットフォームに適した特性を示している。
(4-5) Merits of one-step purification of the present invention
In the case of the cDNA display method, as previously discussed, it is useful for reducing mRNA degradation and the formation of mRNA secondary structure (especially when a library is used for selection) (Non-patent Documents 12 to 12). 14 and 26), in addition to the purification step from the cell-free translation system lysate of the mRNA protein fusion prior to the reverse transcription step, the purification step of the cDNA protein fusion is indispensable. . In the case of the conventional cDNA display method, at least two steps are required for each purification. In addition, even in the case of mRNA display, separation from cell-free translation lysates, purification steps for removal of ribosomes (due to the absence of stop codons), and translations that have been interrupted without being translated in full length In order to isolate a full-length protein, it is common to provide a two-step purification step as a purification step using a C-terminal tag. It may be 0.2 to 6.5% (Non-Patent Documents 13 and 16).
One of the major advantages of the present invention is that the purification of a cDNA protein fusion through reverse transcription and mRNA degradation from a cell-free translation lysate is performed in only one step of gentle affinity purification using a His-tag. The cDNA protein fusion could be isolated from the lysate to about 60-80% in a short time of less than 20 minutes (FIG. 10).
As described above (Table 2), in consideration of all the steps from the formation of mRNA protein fusion to the production of purified cDNA protein fusion for cDNA display, the method of the present invention is described in Non-Patent Document 13, The yield of cDNA protein fusion is about 60-300 times higher than the methods reported in 22 and 27 (Table 2). Thus, the high yield of cDNA protein fusions directly affects the diversity of mutant proteins obtained when applied to various libraries (Non-patent Documents 28 and 34), so the cDNA of the present invention. The display method has proven very useful for in vitro selection of functional proteins / peptides. Furthermore, the omission of the above-described purification process and the shortening of the time, as well as the availability of a magnetic matrix, indicate characteristics suitable for a high-throughput platform.

5.本発明のcDNAディスプレイ法を用いたインビトロセレクション
(5−1)ランダムポリペプチドライブラリーの調製方法
本発明の別の態様であるcDNAディスプレイ法は、標的物質への相互作用の高いタンパク質を効率的にスクリーニングする方法、特にランダムペプチドライブラリーを用いて作製したcDNAディスプレイを標的物質への相互作用の強さでスクリーニングし、進化工学的に相互作用の強さの高まった、例えば高親和性タンパク質をハイスループットスクリーニングする方法を提供するものである。
ここで、「ランダムポリペプチドライブラリー」としては、前記(2−1)で示した一部にランダム化領域を有する安定なスキャフォールド形成性のポリペプチドライブラリーが好適に使用できる。特に、ハイスループットスクリーニング系ポリペプチドライブラリーとして開発された、スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)ペプチドライブラリー(特許文献7)、又はICKスキャフォールドを有するICKポリペプチドライブラリー(特許文献8)が好ましい。
5). In Vitro Selection Using the cDNA Display Method of the Present Invention (5-1) Method for Preparing a Random Polypeptide Library Another embodiment of the present invention, the cDNA display method, efficiently screens proteins that have a high interaction with a target substance. Screening of cDNA displays prepared using random peptide libraries, especially with high interaction strength to target substances, and high-throughput proteins with enhanced interaction, such as high affinity proteins A method for screening is provided.
Here, as the “random polypeptide library”, a stable scaffold-forming polypeptide library having a randomized region in a part shown in the above (2-1) can be preferably used. In particular, a three-finger-like scaffold (3F) peptide library (Patent Document 7) or an ICK polypeptide library having an ICK scaffold (Patent Document 8) developed as a high-throughput screening polypeptide library is preferable.

以下、典型的なハイスループットスクリーニング系ポリペプチドライブラリーである、スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)ペプチドライブラリーを例として、具体的に説明する。
スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)とは、(特許文献7、非特許文献22)に記載されている通り、ヘビ毒由来のα型神経毒(α-neurotoxin)のいくつかに共通して見いだされる60〜70個アミノ酸という小さいサイズの構造であり、4〜5個のジスルフィド結合、3〜5個のアンチパラレルβシート及びスリーフィンガー構造を形成する3つの突起ループを含む構造をいう。極めて安定性が高い。特に熱安定性が高く60〜70℃にも耐えられる(Biochemistry. 2000 Aug 1;39(30):8705-10)。また、サイズが小さいことから、抗原として認識されにくく、プロテアーゼ分解も受けにくいと考えられるので、血清中での半減期が長いことが予測される。
本発明で、「3Fペプチドライブラリー」、又は「3Fランダムペプチドライブラリー」というとき、(特許文献7、非特許文献22)において構築された、スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)のループI、ループII及びループIIIの特定の領域のアミノ酸を同時にランダム化したランダムペプチドライブラリーを指す。典型的には、コンビナトリアルライブラリーとして用いることが可能なように、3Fペプチドライブラリーを構成する各ペプチドが、それぞれのペプチドをコードするポリヌクレオチド(cDNA)と対応する形で存在しているライブラリー(cDNAディスプレイともいう。)を指す。しかし、当該cDNAディスプレイを製造するために用いたランダム化された3FペプチドライブラリーをコードするmRNAまたはcDNAで構成される3Fポリヌクレオチドライブラリーを含めて「3Fペプチドライブラリー」と称する。
「3Fペプチドライブラリー」におけるループI、ループII及びループIIIの特定の領域のランダム化のための方法は、既知であり、例えば(特許文献7、非特許文献22)にも詳細に記載されている。
Hereinafter, a three-finger-like scaffold (3F) peptide library, which is a typical high-throughput screening polypeptide library, will be described in detail.
Three-finger-like scaffold (3F) is commonly found in some α-neurotoxins derived from snake venom, as described in (Patent Document 7, Non-Patent Document 22). It is a structure having a small size of 60 to 70 amino acids, and includes 4 to 5 disulfide bonds, 3 to 5 antiparallel β-sheets, and 3 protruding loops forming a three-finger structure. Extremely stable. In particular, it has high thermal stability and can withstand 60 to 70 ° C. (Biochemistry. 2000 Aug 1; 39 (30): 8705-10). In addition, since it is small in size, it is unlikely to be recognized as an antigen and prone to protease degradation, so it is predicted that the half-life in serum is long.
In the present invention, when referring to “3F peptide library” or “3F random peptide library”, loop I and loop of three-finger-like scaffold (3F) constructed in (Patent Document 7, Non-Patent Document 22) A random peptide library in which amino acids in specific regions of II and Loop III are simultaneously randomized. Typically, a library in which each peptide constituting a 3F peptide library exists in a form corresponding to a polynucleotide (cDNA) encoding each peptide so that it can be used as a combinatorial library (Also referred to as cDNA display). However, a 3F polynucleotide library composed of mRNA or cDNA encoding the randomized 3F peptide library used to produce the cDNA display is referred to as a “3F peptide library”.
Methods for randomizing specific regions of Loop I, Loop II, and Loop III in the “3F peptide library” are known and described in detail in, for example, (Patent Document 7, Non-Patent Document 22). Yes.

スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)は、構成するアミノ酸が異なっていても、3次元的な構造は高度に保存されているため、例えば(特許文献7)の[表1]に列記されている種々の起源生物由来のニューロトキシンの3Fの骨格を利用して構築されたライブラリーであってもよいが、特に、Micrurus corallinus(Kubo, T., et al., (2002), Program No.137.16., 32nd Annual Meeting of Society for Neuroscience, Washington, DC, 3rd November, 2002)由来のCTx3ペプチドライブラリー(配列番号15)が好ましい。 Even though the three-finger-like scaffold (3F) is composed of different amino acids, the three-dimensional structure is highly conserved. For example, the three-finger-like scaffold (3F) is listed in [Table 1] in (Patent Document 7). It may be a library constructed using the 3F skeleton of neurotoxin derived from the origin organisms, but especially Micrurus corallinus (Kubo, T., et al., (2002), Program No. 137.16. , 32 nd Annual Meeting of Society for Neuroscience, Washington, DC, 3 rd November, 2002) derived from CTx3 peptide library (SEQ ID NO: 15) is preferred.

(3F)ペプチドライブラリーを、アミノ酸配列を用いて表記すると、以下の通りである。
スリーフィンガー様スキャフォールドを有する複数の蛋白質の群を含む蛋白質ライブラリーであって、以下の領域:
(i)C1-CysのC末端側2番目のアミノ酸からC2-CysのN末端側7番目のアミノ酸までの領域;
(ii)C3-CysのC末端側2番目のアミノ酸からC4-CysのN末端側4番目のアミノ酸までの領域;および
(iii)C5-CysのC末端側4番目のアミノ酸からC6-CysのN末端側1番目のアミノ酸までの領域
のアミノ酸残基がランダム化されていることを特徴とする蛋白質ライブラリー。
ここで、スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)中のジスルフィド結合を形成する保存システインを、N末端側から順番にそれぞれC1〜C8と称し、C1とC2の間、C3とC4の間、およびC5とC6の間の領域を、それぞれループI、ループIIおよびループIIIと称する。
(3F) The peptide library is expressed as follows using the amino acid sequence.
A protein library comprising a group of proteins having a three-finger-like scaffold, the following regions:
(i) a region from the C-terminal second amino acid of C1-Cys to the N-terminal seventh amino acid of C2-Cys;
(ii) a region from the second amino acid on the C-terminal side of C3-Cys to the fourth amino acid on the N-terminal side of C4-Cys; and
(iii) A protein library characterized in that amino acid residues in the region from the fourth amino acid on the C-terminal side of C5-Cys to the first amino acid on the N-terminal side of C6-Cys are randomized.
Here, conserved cysteines that form disulfide bonds in the three-finger-like scaffold (3F) are referred to as C1-C8 in order from the N-terminal side, respectively, between C1 and C2, between C3 and C4, and C5. The regions between C6 are referred to as Loop I, Loop II and Loop III, respectively.

そして、最も好ましいCTx3-3Fライブラリーは、下記のアミノ酸配列で示される。
(式1)
LVCY(X)6PGTLETCPDDFTCV(X)10TQYCSHACAIP(X)7CCQTDKCNG(配列番号15)
(式中、Xは任意のアミノ酸残基である。)
The most preferable CTx3-3F library is represented by the following amino acid sequence.
(Formula 1)
LVCY (X) 6 PGTLETCPDDFTCV (X) 10 TQYCSHACAIP (X) 7 CCQTDKCNG (SEQ ID NO: 15)
(In the formula, X is an arbitrary amino acid residue.)

(5−2)本発明のcDNAディスプレイ法の対象となる標的物質
本発明の「標的物質」とは、本発明のcDNAディスプレイで提示されるタンパク質と相互作用するか否かを調べるための物質を意味し、具体的には、タンパク質、核酸、糖鎖、脂質、ステロイド、有機あるいは無機物質、低分子化合物などが挙げられる。いずれも、その配列もしくは構造が既知であっても未知であっても良く、またその機能が既知であっても未知であっても良い。微生物や細胞などを丸ごと標的にして、識別分子(群)を創製することもできる。
好ましい標的物質としては、創薬ターゲットとなる疾患原因分子や疾患誘導に関わる分子、または検査や診断のためのバイオマーカーなどが挙げられる。
ここで、これら標的物質と、本発明のcDNAディスプレイで提示されるタンパク質との「相互作用」とは、通常は、タンパク質と標的分子との間の共有結合、疎水結合、水素結合、ファンデルワールス結合、及び静電力による結合のうち少なくとも1つから生じる分子間に働く力による作用を示す。具体的には、抗原と抗体との結合及び解離、タンパク質レセプターとリガンドとの間の結合及び解離、接着分子と相手方分子との結合及び解離、酵素と基質の間の結合及び解離、核酸とそれに結合するタンパク質の間の結合及び解離、情報伝達系におけるタンパク質同士の間の結合と解離、糖タンパク質とタンパク質との間の結合及び解離、あるいは糖鎖とタンパク質との間の結合及び解離、その他、脂質とタンパク質、ステロイドとタンパク質、低分子化合物とタンパク質などの結合及び解離なども挙げられる。
(5-2) Target substance which is the target of the cDNA display method of the present invention The “target substance” of the present invention is a substance for examining whether or not it interacts with the protein presented by the cDNA display of the present invention. Specifically, proteins, nucleic acids, sugar chains, lipids, steroids, organic or inorganic substances, low molecular compounds and the like can be mentioned. In any case, the sequence or structure may be known or unknown, and the function may be known or unknown. It is also possible to create a discrimination molecule (group) by targeting microorganisms and cells as a whole.
Preferred target substances include a disease-causing molecule that is a drug discovery target, a molecule involved in disease induction, or a biomarker for examination or diagnosis.
Here, the “interaction” between these target substances and the protein displayed in the cDNA display of the present invention is usually a covalent bond, hydrophobic bond, hydrogen bond, van der Waals between the protein and the target molecule. The effect | action by the force which acts on the molecule | numerator which arises from at least 1 among the coupling | bonding and the coupling | bonding by an electrostatic force is shown. Specifically, binding and dissociation between antigen and antibody, binding and dissociation between protein receptor and ligand, binding and dissociation between adhesion molecule and partner molecule, binding and dissociation between enzyme and substrate, nucleic acid and Binding and dissociation between binding proteins, binding and dissociation between proteins in the information transmission system, binding and dissociation between glycoprotein and protein, binding and dissociation between sugar chain and protein, etc. Examples include binding and dissociation of lipids and proteins, steroids and proteins, low molecular compounds and proteins, and the like.

(5−3)標的物質の調製、固定化
本発明においては、典型的には標的物質を固相表面に固定化し、液中で本発明のcDNAディスプレイとの結合反応を観察する。なお、cDNAディスプレイのライブラリーを分画してマイクロアレイ化し、標識化した標的物質によりライブラリー分画を濃縮する既知の方法を適用することもできる。しかし、前者の方が圧倒的に多数の母数のライブラリーを相手にでき、ハイスループットなセレクションにとってはきわめて好ましい。
したがって、以下、前者の典型的な方法について説明する。
ここで、固相としては、公知の固定化用担体を用いることができ、例えばスチレンビーズ、ガラスビーズ、磁性体ビーズ等のビーズ、ガラス基板、プラスチック製の基板、ウエル、メンブレンなど各種の材質、形状のものを用いることができる。好ましくは、磁気性ビーズなどのビーズが好ましい。
標的物質と固相との結合は、公知の結合方法を用いることができ、例えば、ストレプトアビジンなどのビオチン結合タンパク質/ビオチン、マルトース結合タンパク質/マルトース、抗体/抗原分子(エピトープペプチド)、Gタンパク質/グアニンヌクレオチド、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ/グルタチオン、配列特異的なDNA又はRNA結合タンパク質/特異配列を有するDNA又はRNA、カルモジュリン/カルモジュリン結合ペプチド、ATP結合タンパク質/ATP、エストラジオール受容体タンパク質/エストラジオール等の各種受容体タンパク質/そのリガンド等が挙げられる。これらのうちで、インビトロセレクションの自動化に最も適している組み合わせは、ストレプトアビジン/ビオチンの組み合わせであり、ビオチン化した標的物質を磁気性ビーズに結合したストレプトアビジンとの親和性を利用することが最も好ましい。
例えば、本発明の実施例7では、VEGF(血管内皮細胞増殖因子)とその受容体結合を阻害するVEGF結合ペプチドをスクリーニングする場合を示しているが、その際の標的物質としては典型的なVEGFである、配列番号20に示されるヒトVEGF-A(「VEGF 165」(PeproTech社製, London))をビオチン化し、ストレプトアビジンで被覆された磁気性ビーズに固定化して用いている。
(5-3) Preparation and Immobilization of Target Substance In the present invention, typically, the target substance is immobilized on the surface of a solid phase, and the binding reaction with the cDNA display of the present invention is observed in a liquid. It is also possible to apply a known method of fractionating a cDNA display library to form a microarray and concentrating the library fraction with a labeled target substance. However, the former can be overwhelmingly opposed to a library with a large number of parameters, which is extremely preferable for high-throughput selection.
Therefore, the former typical method will be described below.
Here, as the solid phase, known immobilization carriers can be used, for example, various materials such as beads such as styrene beads, glass beads, magnetic beads, glass substrates, plastic substrates, wells, membranes, Shaped ones can be used. Preferably, beads such as magnetic beads are preferred.
A known binding method can be used for binding between the target substance and the solid phase. For example, biotin-binding protein / biotin such as streptavidin, maltose-binding protein / maltose, antibody / antigen molecule (epitope peptide), G protein / Various guanine nucleotides, glutathione-S-transferase / glutathione, sequence-specific DNA or RNA-binding protein / specific sequence DNA or RNA, calmodulin / calmodulin-binding peptide, ATP-binding protein / ATP, estradiol receptor protein / estradiol, etc. Receptor protein / its ligand and the like. Among these, the most suitable combination for automation of in vitro selection is a streptavidin / biotin combination, and it is most effective to use the affinity with a streptavidin in which a biotinylated target substance is bound to a magnetic bead. preferable.
For example, in Example 7 of the present invention, a case where VEGF (vascular endothelial growth factor) and a VEGF binding peptide that inhibits receptor binding thereof are screened is shown. Human VEGF-A shown in SEQ ID NO: 20 (“VEGF 165” (PeproTech, London)) is biotinylated and immobilized on magnetic beads coated with streptavidin.

標的物質をビオチン化する方法は公知の方法が適用でき、例えば標的物質がタンパク質の場合は、ビオチンを結合し得る塩基(例えば、デオキシチミン(dT))もしくはビオチンが結合した塩基(例えば、ビオチン−デオキシチミン(Biotin-dT))、アミノ基によって修飾された塩基(例えば、アミノ修飾デオキシチミン(例、Amino-Modifier C6-dT:Glen Research Search社製))、カルボキシ基によって修飾された塩基(例えば、カルボキシ修飾デオキシチミン(Carboxy-dT))、チオール基によって修飾された塩基(例えば、チオール修飾デオキシチミン(4-Thio-dT))等でビオチン化することができる。市販のEZ-Link Sulfo-NHS-SS-ビオチン(Pierce, Rockford, USA)を用いることもできる。
ストレプトアビジンを結合した磁気性ビーズは、Ni-NTA磁性ビーズなどビーズ表面に公知の方法でストレプトアビジンを被覆して調製できるが、市販のストレプトアビジン被覆ビーズ(Magnotex-SA(タカラバイオ)又はMagnosphereTM MS300/Streptavidin (タカラバイオ))を用いても良い。
なお、標的タンパク質をストレプトアビジン被覆ビーズに固定化する際の好適な比率は、対象分子により適宜設定できる。
As a method for biotinylating a target substance, a known method can be applied. For example, when the target substance is a protein, a base capable of binding biotin (for example, deoxythymine (dT)) or a base bound to biotin (for example, biotin- Deoxythymine (Biotin-dT)), a base modified with an amino group (eg, amino-modified deoxythymine (eg, Amino-Modifier C6-dT: manufactured by Glen Research Search)), a base modified with a carboxy group (eg, , Carboxy-modified deoxythymine (Carboxy-dT)), a base modified with a thiol group (for example, thiol-modified deoxythymine (4-Thio-dT)) and the like. Commercially available EZ-Link Sulfo-NHS-SS-biotin (Pierce, Rockford, USA) can also be used.
Magnetic beads bound with streptavidin can be prepared by coating streptavidin on the surface of beads such as Ni-NTA magnetic beads by a known method, but commercially available streptavidin-coated beads (Magnotex-SA (Takara Bio) or Magnosphere ) MS300 / Streptavidin (Takara Bio) may be used.
A suitable ratio for immobilizing the target protein on the streptavidin-coated beads can be appropriately set depending on the target molecule.

また、必要に応じ、標的物質は、標識物質により標識して用いることができる。
そのような標識物質としては、蛍光性化合物、抗原のエピトープペプチド等を挙げることができる。蛍光性化合物としては、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又はテトラメチルローダミンイソチオシアネート等の蛍光色素が好ましく、標的物質がタンパク質の場合は、FITC-dTやFluorescein-dTを使用することがより好ましい。
If necessary, the target substance can be used after being labeled with a labeling substance.
Examples of such a labeling substance include a fluorescent compound and an epitope peptide of an antigen. The fluorescent compound is preferably a fluorescent dye such as fluorescein isothiocyanate (FITC), phycobiliprotein, rare earth metal chelate, dansyl chloride or tetramethylrhodamine isothiocyanate. When the target substance is a protein, FITC-dT or Fluorescein- More preferably, dT is used.

(5−4)相互作用の測定方法
本発明のcDNAディスプレイ法においては、ディスプレイされているタンパク質と標的物質とが相互作用しているか否かを測定する。タンパク質と標的物質とが相互作用しているか否かの測定は、両分子間の相互作用に基づいて発生される信号の変化を測定、検出することにより行う。
そのような測定手法としては、例えば、表面プラズモン共鳴法(Cullen D.C., et al., Biosensors, 3(4), 211-225 (1987-88))、エバネッセント場分子イメージング法(Funatsu T., et al., Nature, 374, 555-559 (1995))、蛍光イメージングアナライズ法、固相酵素免疫検定法(Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA):Crowther J.R., Methods in Molecular Biology, 42 (1995))、蛍光偏光解消法(Perran J., et al., J. Phys. Rad., 1, 390-401 (1926))、及び蛍光相関分光法(Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS):Eigen M., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 5740-5747 (1994))等が挙げられる。
(5-4) Method for Measuring Interaction In the cDNA display method of the present invention, it is determined whether or not the protein being displayed interacts with the target substance. Whether or not the protein and the target substance are interacting is measured by measuring and detecting a change in signal generated based on the interaction between the two molecules.
Examples of such measurement techniques include surface plasmon resonance (Cullen DC, et al., Biosensors, 3 (4), 211-225 (1987-88)), evanescent field molecular imaging (Funatsu T., et al. al., Nature, 374, 555-559 (1995)), fluorescence imaging analysis, Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA): Crowther JR, Methods in Molecular Biology, 42 (1995)), fluorescence Depolarization (Perran J., et al., J. Phys. Rad., 1, 390-401 (1926)), and Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS): Eigen M., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 5740-5747 (1994)).

(5−5)cDNAディスプレイされたタンパク質及び/又は標的物質の同定方法
本発明cDNAディスプレイ法においては、必要に応じて、相互作用していると判断されたタンパク質−標的物質結合体中の、ディスプレイタンパク質及び/又は標的物質を同定する。ディスプレイされたタンパク質の同定は、cDNAタンパク質融合体中のcDNAをPCR増幅し、塩基配列を解析して行う。標的物質の同定は、あらかじめ標識しておいた標識を利用して、NMR、IR、各種質量分析等を用いて行うことができる。標識物質がタンパク質であれば、通常のアミノ酸配列シークエンサーで行うこともできる。
(5-5) Identification method of cDNA-displayed protein and / or target substance In the cDNA display method of the present invention, if necessary, display in a protein-target substance conjugate determined to be interacting Identify proteins and / or target substances. Identification of the displayed protein is performed by PCR amplification of the cDNA in the cDNA protein fusion and analysis of the base sequence. Identification of a target substance can be performed using NMR, IR, various mass spectrometry, etc., using a label that has been labeled in advance. If the labeling substance is a protein, it can also be performed with a normal amino acid sequencer.

(5−6)インビトロセレクションの全工程図
本発明のリンカー−Nを用いたcDNAディスプレイ法を用いたインビトロセレクションは、以下の手順に限られる分けではないが、(図11a)に従って説明する。
(a)テンプレートDNA(例えば、ランダムペプチドライブラリー)をmRNAに転写してこれを精製し、必要に応じ適宜し定量する工程(mRNAライブラリー):〜1.5時間。
(b)mRNAをリンカー−Nにライゲートする工程(mRNA−リンカー−N):0.2時間。
(c)小麦胚芽ライセート翻訳系で翻訳後、高濃度塩の条件下で成熟する工程(mRNA−タンパク質融合体):〜1時間。
(d)Ni-NTA磁性ビーズ上で、mRNAタンパク質融合体を精製し、逆転写を行い、かつcDNAタンパク質融合体の精製を行った後に溶出する工程(cDNAタンパク質融合体):0.5時間。
(e)SAビーズなどに固定化された標的タンパク質にcDNAタンパク質融合体を結合させ、洗浄後、溶出させる工程:〜2時間。
(f)溶出したcDNAタンパク質融合体のcDNAをPCR増幅し、DNA配列を決定する工程、又はテンプレートDNAを調製して再度工程(a)に供する工程:
全工程は6〜8時間で完了できる。
(5-6) All Steps of In Vitro Selection In vitro selection using the cDNA display method using the linker-N of the present invention is not limited to the following procedure, but will be described according to (FIG. 11a).
(A) Transcribing template DNA (for example, random peptide library) to mRNA, purifying it, and quantifying it as appropriate (mRNA library): ~ 1.5 hours.
(B) Ligating mRNA to linker-N (mRNA-linker-N): 0.2 hours.
(C) Step of maturation under high salt condition (mRNA-protein fusion) after translation in wheat germ lysate translation system: ~ 1 hour.
(D) A step of purifying an mRNA protein fusion on Ni-NTA magnetic beads, performing reverse transcription, and purifying the cDNA protein fusion and then eluting it (cDNA protein fusion): 0.5 hours.
(E) A step of binding a cDNA protein fusion to a target protein immobilized on SA beads or the like, washing, and eluting: ~ 2 hours.
(F) PCR amplification of the eluted cDNA protein fusion cDNA and determining the DNA sequence, or preparing the template DNA and subjecting it to step (a) again:
The whole process can be completed in 6-8 hours.

(5−7)本発明のセレクション方法の評価
ディスプレイ技術にとって最も重要な、ライブラリー分子中の特異的結合しない分子から、特異的結合する候補分子のみのセレクト能力を評価するための実験を、具体的に以下の様に実施した(実施例6)。
公知のリガンド(FLAGタグ)とランダムな8-merペプチドライブラリーとを1:1000の比率で混合し、評価実験を行った(図12)。なお、比較のために、「puro−リンカー(非特許文献13)」を用い、全プロセスを非特許文献13の方法に従って実施した。固定化した抗−FLAG M2抗体に対して両方法で同時に3回実施したところ、リンカー−Nを用いた本発明のcDNAディスプレイ法を適用した場合には、3回のセレクション後80%(16/20)FLAGタグを検出できたのに対し、puro−リンカーでは、20%(4/20)であった。この結果は、リンカー−Nを用いたことで特異的結合する候補分子の濃縮率が改善されたことを示している。すなわち、本発明のセレクション工程中では、「ノイズ」となる余剰mRNA−リンカー−N連結体、mRNAタンパク質融合体などを系から効率よく除去でき、S/N比が減少できたことが示された。
(5-7) Evaluation of the selection method of the present invention An experiment for evaluating the selection ability of only a candidate molecule that specifically binds from a molecule that does not specifically bind in a library molecule, which is most important for display technology, is concretely performed. The following procedure was carried out (Example 6).
A known ligand (FLAG tag) and a random 8-mer peptide library were mixed at a ratio of 1: 1000, and an evaluation experiment was performed (FIG. 12). For comparison, “puro-linker (Non-Patent Document 13)” was used, and the entire process was performed according to the method of Non-Patent Document 13. When the immobilized anti-FLAG M2 antibody was carried out three times at the same time in both methods, when the cDNA display method of the present invention using linker-N was applied, 80% (16 / 20) The FLAG tag was detected, whereas the puro-linker was 20% (4/20). This result shows that the enrichment rate of candidate molecules that specifically bind is improved by using linker-N. That is, during the selection process of the present invention, it was shown that excess mRNA-linker-N conjugate, mRNA protein fusion, and the like that would cause “noise” could be efficiently removed from the system and the S / N ratio could be reduced. .

リンカー−NのcDNAディスプレイにおけるpuro−リンカー(非特許文献22)と比較した利点を、下記(表3)のようにまとめた。3Fライブラリーを用いた場合のライブラリーの調製において、puro−リンカーがWGEライセート1ml当り、4×1010分子/1mlであるのに対し、リンカー−Nの場合は6×1012分子を得ることができる。なお、用いた3Fライブラリーは終止コドンも含む任意のアミノ酸をコードするNNSコドン(N=A,T,C又はG;S=C又はG)によって調製した。puro−リンカーを用いた非特許文献22では3ml当り1.2×1011サイズのライブラリーが用いられたのに対して、本発明の実施例5では、0.5ml当り3×1012サイズのライブラリーを調製して用いている。両者には、同一の選択性(60〜70%)にまでに収束するのに要したセレクションラウンド数に大きな違いがあり、「puro−リンカー」の場合の10ラウンドと比べてリンカー−Nの場合は7ラウンドであり、約25〜30%効率が良いことがわかる。同じ標的(抗FLAG抗体)を用いた本実施例6の結果により、本発明のcDNAディスプレイ法の効率が従来法の4倍であること(図12c)も実証された。また、後述のように、実施例7のリンカー−Nによる3Fランダムペプチドライブラリーを用いたVEGF結合性ペプチドのセレクション実験においては、従来法よりも解離常数(Kd値)において約1オーダーも小さい極めて親和性の高い新規ペプチドを得ることができた(2.1nM:48nM)。それぞれの方法で選択された候補ペプチドで主要集団(最大割合)を占めるペプチドについて親和性を比較したところ、約2オーダーの差が生じていた(2.1nM:152nM)。これは、セレクション成果は初期ライブラリーの多様性に依存しているという理論に一致している。これらの結果は、加速された方法でより低いコスト及び労働で優れた候補を得るためにリンカー−NによるcDNAディスプレイを使用できるという利点を明らかにしている。 The advantages of the linker-N cDNA display compared to the puro-linker (Non-patent Document 22) are summarized as shown below (Table 3). In the preparation of the library using the 3F library, puro-linker is 4 × 10 10 molecules / ml per 1 ml of WGE lysate, whereas in the case of linker-N, 6 × 10 12 molecules are obtained. Can do. The 3F library used was prepared with an NNS codon (N = A, T, C or G; S = C or G) encoding any amino acid including a stop codon. In Non-patent Document 22 using puro-linker, a library of 1.2 × 10 11 size per 3 ml was used, whereas in Example 5 of the present invention, a library of 3 × 10 12 size per 0.5 ml was used. Prepared and used. There is a big difference in the number of selection rounds required to converge to the same selectivity (60-70%), both in the case of linker-N compared to 10 rounds in the case of “puro-linker” It is 7 rounds, and it turns out that efficiency is about 25-30%. The results of Example 6 using the same target (anti-FLAG antibody) also demonstrated that the efficiency of the cDNA display method of the present invention is 4 times that of the conventional method (FIG. 12c). As will be described later, in the VEGF-binding peptide selection experiment using the 3F random peptide library with linker-N in Example 7, the dissociation constant (Kd value) is about 1 order of magnitude smaller than that of the conventional method. A novel peptide with high affinity could be obtained (2.1 nM: 48 nM). When the affinity was compared about the peptide which occupies the main population (maximum ratio) with the candidate peptide selected by each method, the difference of about 2 order had arisen (2.1nM: 152nM). This is consistent with the theory that selection results depend on the diversity of the initial library. These results reveal the advantage that cDNA display with linker-N can be used to obtain good candidates at a lower cost and labor in an accelerated manner.

6.既知のランダムペプチドライブラリーから目的の機能性タンパク質をコードする遺伝子をスクリーニングする方法
ライブラリーサイズが大きないわゆるランダムペプチドライブラリーに適用する場合にも、基本的工程は、(図11)又は(図12b)に示されたセレクション全工程図と変わりはない。ライブラリーサイズにもよるが、標的物質への高親和性新規ペプチドをスクリーニングするためには、通常、3〜20ラウンド、好ましくは5〜15ラウンド、より好ましくは7〜10ラウンド行う。
適用できるライブラリーサイズとしては、cDNAディスプレイ分子で1mlあたり1012分子以上、さらには1013以上又は1014以上であっても、ラウンド数を上げることで適用可能である。
本発明の実施例7においては、既知の典型的なランダムペプチドライブラリーである3Fライブラリー(非特許文献22)に適用し、6×1012/mlのcDNAディスプレイを調製して、磁気性ビーズ表面に固定化したVEGFとの親和性スクリーニングを7ラウンド行うことによって、60%もの高率で新規なVEGF親和性ポリペプチド(Kd=2.1±0.5nM)がスクリーニングできた(表3、4)。
6). Method for Screening Gene Encoding Functional Protein of Interest from Known Random Peptide Library When applied to a so-called random peptide library having a large library size, the basic steps are (FIG. 11) or (FIG. 12b). This is the same as the selection process diagram shown in). Although depending on the library size, 3 to 20 rounds, preferably 5 to 15 rounds, more preferably 7 to 10 rounds are usually performed in order to screen for high-affinity novel peptides for the target substance.
As the applicable library size, even if the cDNA display molecule is 10 12 molecules or more, more than 10 13 or 10 14 or more per ml, it can be applied by increasing the number of rounds.
In Example 7 of the present invention, a 6 × 10 12 / ml cDNA display was prepared by applying to a 3F library (Non-patent Document 22) which is a known typical random peptide library, and magnetic beads were prepared. By conducting 7 rounds of affinity screening with VEGF immobilized on the surface, a novel VEGF affinity polypeptide (Kd = 2.1 ± 0.5 nM) could be screened at a high rate of 60% (Tables 3 and 4).

7.VEGF結合性ペプチド
(7−1)スリーフィンガー様スキャフォールド(3F)を有するVEGF結合性ペプチド
本発明のcDNAディスプレイ法を用いて得られた3種類の新規なVEGF親和性ポリペプチドのうち約60%を占めるG-1グループのポリペプチドは、Kd=2.1±0.5nMという高親和性を示した(表4)。
VEGF結合性ペプチドは、基本骨格としてスリーフィンガー様スキャフォールド(3F)(特許文献7、非特許文献22)を有し、ループI、ループII及びループIIIの特定部分のアミノ酸配列が、それぞれ「PLTRVV(配列番号6)」、「HGDHHTLSEW(配列番号7)」及び「EEPTAHV(配列番号8)」であるアミノ酸配列を有している。
実施例での基本骨格のスリーフィンガー様スキャフォールド(3F)は、CTx3(非特許文献15)由来のCTx3-3Fライブラリーを用いているため、本発明のVEGF結合性ペプチドの1つの態様であるCTx3-3Fを有するVEGF結合性ペプチド(ペプチドG-1)は、下記(式2)のアミノ酸配列で表される。
(式2)
LVCYPLTRVVPGTLETCPDDFTCVHGDHHTLSEWTQYCSHACAIPEEPTAHVCCQTDKCNG(配列番号16)
当該VGEF結合性ペプチド(ペプチドG-1)は、PCR分析においても、ELISA結合アッセイにおいても高いVEGF特異性を示した。ペプチドG-1についての推定立体構造図は図16に示される。
7). VEGF-binding peptide (7-1) VEGF-binding peptide having three-finger-like scaffold (3F) About 60% of three types of novel VEGF affinity polypeptides obtained using the cDNA display method of the present invention G-1 group polypeptides occupying a high affinity of Kd = 2.1 ± 0.5 nM (Table 4).
The VEGF-binding peptide has a three-finger-like scaffold (3F) (Patent Document 7, Non-Patent Document 22) as a basic skeleton, and the amino acid sequences of specific portions of Loop I, Loop II and Loop III are “PLTRVV”, respectively. (SEQ ID NO: 6) ”,“ HGDHHTLSEW (SEQ ID NO: 7) ”and“ EEPTAHV (SEQ ID NO: 8) ”.
The three-finger-like scaffold (3F) of the basic skeleton in the Examples is one embodiment of the VEGF-binding peptide of the present invention because it uses a CTx3-3F library derived from CTx3 (Non-patent Document 15). The VEGF binding peptide (peptide G-1) having CTx3-3F is represented by the amino acid sequence of the following (Formula 2).
(Formula 2)
LVCYPLTRVVPGTLETCPDDFTCVHGDHHTLSEWTQYCSHACAIPEEPTAHVCCQTDKCNG (SEQ ID NO: 16)
The VGEF-binding peptide (peptide G-1) showed high VEGF specificity in both PCR analysis and ELISA binding assay. The predicted conformation diagram for peptide G-1 is shown in FIG.

(7−2)VEGF結合性ペプチドのサイズの最適化
本発明で用いられたスリーフィンガー様スキャフォールド(3F)は、例えば、CTx3由来の3Fの場合、全長61アミノ酸残基から構成されているが、ループI、ループII及びループIIIという3つのループが存在し、それぞれのループは、その末端領域にあたるS-S結合によりしっかり固定された構造となっている。したがって、各ループ構造の末端部S-S結合を形成するためのCysを残して切断した12〜25アミノ酸残基という小さなサイズのペプチド「1Fスキャフォールド」も、もとの立体構造を保持している。そして、非特許文献14では、ループIを含む1Fのペプチドにおいて、本来の3Fで示したと同様の阻害活性、アゴニスト活性、アンタゴニスト活性が保たれていることが実証されている。
本発明のVEGF結合性ペプチドについても、3F構造を構成し得る全長ペプチドである必要はなく、ループI、ループII及びループIIIのいずれかを含み、少なくとも「1Fスキャフォールド」を構成し得るペプチドであれば、3F構造を有する全長のVEGF結合性ペプチドと同様のVEGF結合活性を有し、かつVEGF阻害活性が期待できる。そして、全長ペプチドと比較して、小さいサイズであることによって、合成のしやすさに加え、抗原性のなさ、血清半減期の長さなど、サイズの小さいメリットが発揮される。
以上のことから、本発明のVEGF結合性ペプチドは、さらにサイズを小さくする最適化が施されることが好ましく、本発明の他の態様は、下記(式3)〜(式5)のいずれかのアミノ酸配列を含むペプチドであるということができる。特に、(式3)〜(式5)のいずれかのアミノ酸配列を含むペプチドであって、(式2)の部分ペプチドである場合がより好ましい。その際、1Fを構成するアミノ酸のうちで、環化に関与しないCysは、他のアミノ酸に変更することが好ましく、非特許文献22に倣い、(式3)及び(式4)では、途中のCysをGlyに置換している。また、環化に用いられる両端のCysの外側のアミノ酸、例えば(式3)におけるN末側の「Leu-Val」及びC末側の「Val」は他のアミノ酸に置き換えることもできる。
(式3)
LVCYPLTRVVPGTLETGPDDFTCV(配列番号17)
(式4)
ETCPDDFTGVHGDHHTLSEWTQYCS(配列番号18)
(式5)
ACAIPEEPTAHVC(配列番号19)
(7-2) Optimization of VEGF-binding peptide size The three-finger-like scaffold (3F) used in the present invention is composed of a total length of 61 amino acid residues in the case of 3F derived from CTx3, for example. There are three loops, loop I, loop II, and loop III, and each loop has a structure that is firmly fixed by an SS bond in the terminal region. Therefore, the peptide “1F scaffold” having a small size of 12 to 25 amino acid residues cleaved leaving Cys for forming the terminal SS bond of each loop structure also retains the original three-dimensional structure. In Non-Patent Document 14, it is demonstrated that the inhibitory activity, agonist activity, and antagonist activity similar to those shown in the original 3F are maintained in the 1F peptide containing loop I.
The VEGF-binding peptide of the present invention does not need to be a full-length peptide that can constitute a 3F structure, but includes any one of loop I, loop II, and loop III, and can constitute at least a “1F scaffold”. If present, it has the same VEGF-binding activity as the full-length VEGF-binding peptide having a 3F structure and can be expected to have VEGF inhibitory activity. In addition to the ease of synthesis, the small size of the full-length peptide provides advantages such as small antigenicity and serum half-life.
From the above, the VEGF-binding peptide of the present invention is preferably optimized to further reduce the size, and other aspects of the present invention are any of the following (Formula 3) to (Formula 5) It can be said that the peptide comprises the amino acid sequence of In particular, it is a peptide containing any one of the amino acid sequences of (Formula 3) to (Formula 5), and more preferably a partial peptide of (Formula 2). At that time, among the amino acids constituting 1F, Cys that is not involved in cyclization is preferably changed to another amino acid. According to Non-Patent Document 22, (Formula 3) and (Formula 4) Cys is replaced with Gly. In addition, amino acids outside Cys at both ends used for cyclization, for example, “Leu-Val” on the N-terminal side and “Val” on the C-terminal side in (Formula 3) can be replaced with other amino acids.
(Formula 3)
LVCYPLTRVVPGTLET G PDDFTCV (SEQ ID NO: 17)
(Formula 4)
ETCPDDFT G VHGDHHTLSEWTQYCS (SEQ ID NO: 18)
(Formula 5)
ACAIPEEPTAHVC (SEQ ID NO: 19)

8.本発明を用いた自動化されたハイスループットシステム
本発明は、前記(5−5)で述べたように、それぞれの工程が極めて単純化され、短時間で行うことができるように設計されているため、創薬のリード化合物を見いだすための全自動化ハイスループットシステムに適用できる(図15)。例えば、1ラウンド約8時間、8〜10ラウンドで、約2週間でリード化合物を得ることができる。
8). Automated high-throughput system using the present invention As described in (5-5) above, the present invention is designed so that each process is extremely simplified and can be performed in a short time. It can be applied to a fully automated high-throughput system for finding lead compounds for drug discovery (FIG. 15). For example, a lead compound can be obtained in about 2 hours in 8 to 10 rounds for about 8 hours per round.

以下に実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
本発明におけるその他の用語や概念は、当該分野において慣用的に使用される用語の意味に基づくものであり、本発明を実施するために使用する様々な技術は、特にその出典を明示した技術を除いては、公知の文献等に基づいて当業者であれば容易かつ確実に実施可能である。また、各種の分析などは、使用した分析機器又は試薬、キットの取り扱い説明書、カタログなどに記載の方法を準用して行った。
なお、本明細書中に引用した先行技術文献、特許公報及び特許出願明細書中の記載内容は、本発明の記載内容として参照されるものとする。
EXAMPLES The present invention will be described below in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Other terms and concepts in the present invention are based on the meanings of terms that are conventionally used in the field, and various techniques used to implement the present invention include those that clearly indicate the source. Except for this, it can be easily and reliably carried out by those skilled in the art based on known documents and the like. In addition, various analyzes were performed by applying the methods described in the analytical instruments or reagents used, kit instruction manuals, catalogs, and the like.
In addition, the description content in prior art documents, patent publications, and patent application specifications cited in the present specification shall be referred to as the description content of the present invention.

(実施例1)本発明の核酸リンカー(リンカー−N)の合成
多機能性の基を組み込んだ、5'-CCCCCCCGCCGCCCCCCG (5-Me-dC) A18 (Spec18) (Spec18) (Spec18) (F-dT) (Spec18) CC (Puro) -3'からなるピューロマイシン−オリゴヌクレオチドを、BEX社(日本)に委託してDNAシンセサイザーABI394(Applied Biosystem, Japan)で合成した。上記ピューロマイシン−オリゴヌクレオチドの5'末端はアセチル化により保護した。式中、記号(5-Me-dC)は5'-ジメトキシトリチル-N4-(O-レブリニル-6-オキシヘキシル)-5-メチル-2'-デオキシシチジン(Glen Research社製)を示す。(Spec18)はC18スペーサー ホスホロアミダイトを、(F-dT)はフルオレセイン-dTを、そして(Puro)はピューロマイシンCPGを示す。
5-Me-dCのレブリニル保護基を1:1のピリジン/酢酸中の0.5Mのヒドラジン水和物で除去して、カラムをさらにピリジン/酢酸(1:1)で、次いでアセトニトリルで洗浄した。プライマー配列5'-CCTTG-3'をピューロマイシン−オリゴヌクレオチド中の5-Me-dCに繋ぎオリゴヌクレオチド鎖を分岐させた。得られたピューロマイシン−分岐オリゴヌクレオチドをメタノール中のK2CO3でカラムから切断して5'末端のアセチル基を脱保護した。この脱保護を完全にするために25%の水酸化アンモニウム中、65℃で1.5時間の反応を実施し、逆相HPLCで精製して本発明のピューロマイシン−リンカーオリゴヌクレオチド(以下、「リンカー−N」と称す。)を得た(図1)。「リンカー−N」が生成できたことは、TOF-MS及びゲル電気泳動で確認した。修飾のために用いた全てのホスホロアミダイト試薬はGlen Research社(Sterling, VA, USA)から入手した。
(Example 1) Synthesis of nucleic acid linker (linker-N) of the present invention 5'-CCCCCCCGCCGCCCCCCG (5-Me-dC) A18 (Spec18) (Spec18) (Spec18) (F- A puromycin-oligonucleotide consisting of dT) (Spec18) CC (Puro) -3 ′ was synthesized by DNA synthesizer ABI394 (Applied Biosystem, Japan) outsourced to BEX (Japan). The 5 ′ end of the puromycin-oligonucleotide was protected by acetylation. In the formula, the symbol (5-Me-dC) represents 5′-dimethoxytrityl-N4- (O-levulinyl-6-oxyhexyl) -5-methyl-2′-deoxycytidine (Glen Research). (Spec18) indicates C18 spacer phosphoramidite, (F-dT) indicates fluorescein-dT, and (Puro) indicates puromycin CPG.
The levulinyl protecting group of 5-Me-dC was removed with 0.5 M hydrazine hydrate in 1: 1 pyridine / acetic acid and the column was further washed with pyridine / acetic acid (1: 1) and then with acetonitrile. Primer sequence 5′-CCTTG-3 ′ was linked to 5-Me-dC in puromycin-oligonucleotide to branch the oligonucleotide chain. The resulting puromycin-branched oligonucleotide was cleaved from the column with K 2 CO 3 in methanol to deprotect the 5 ′ terminal acetyl group. In order to complete this deprotection, the reaction was carried out in 25% ammonium hydroxide at 65 ° C. for 1.5 hours and purified by reverse phase HPLC to purify the puromycin-linker oligonucleotide of the present invention (hereinafter “linker- N ”) was obtained (FIG. 1). The generation of “Linker-N” was confirmed by TOF-MS and gel electrophoresis. All phosphoramidite reagents used for modification were obtained from Glen Research (Sterling, VA, USA).

(実施例2)リンカー−Nのライゲーション効率
(2−1)テンプレートDNA構築物の調製
リンカー−Nのライゲーション効率を調べるために、リンカー−Nと繋ぐmRNAのテンプレートDNAを、既知のプロテインAのB−ドメイン(BDA:非特許文献20)、Oct-1のPouドメイン(PDO:非特許文献21)、スリーフィンガー(3F:非特許文献22)及びIL-6レセプター(6R14:非特許文献22)をコードするDNAを用いて調製した。
「BDA(プロテインAのB−ドメイン)」は、非特許文献20に記載のpEFZZ18プロテインA融合ベクター(GE Healthcare社)から増幅し、「PDO(Oct-1のPouドメイン)」は、非特許文献21に従って合成した。そして、非特許文献22に従って、「3F(スリーフィンガー))は、南アメリカサンゴヘビMicrurus coralinusからクローンし、「6R14」(ヒトIL6レセプターαと結合活性のある3Fペプチド)は、非特許文献22に記載のpBADThio/TOPOベクターIL6R10-14から得た。
これらDNAの5'末端側に、非特許文献22に記載の「SP6プロモーターを含むオリゴヌクレオチド/キャップ部位/Xenopus β-globin5'非翻訳領域(UTR)」及び翻訳開始コドン(ATG)を繋ぎ、そして3'末端側には、「スペーサー(G3S)2/His-タグ配列(6×His)/スペーサー(G3S)/Y-タグ配列」を付加してPCRで増幅し、テンプレートDNA構築物を得た(図3)。ここで、スペーサー(G3S)は、「GGGS(G=グリシン;S=セリン)」である。PCR増幅は20秒の変性(94℃)工程、15秒のアニーリング(60℃)工程及び30秒のエクステンション工程(72℃)によって実施した。
(Example 2) Ligation efficiency of linker-N (2-1) Preparation of template DNA construct In order to examine the ligation efficiency of linker-N, the template DNA of mRNA linked to linker-N was used as a B-protein of known protein A. Domain (BDA: Non-patent document 20), Oct-1 Pou domain (PDO: Non-patent document 21), Three finger (3F: Non-patent document 22) and IL-6 receptor (6R14: Non-patent document 22) It was prepared using DNA.
“BDA (B-domain of protein A)” is amplified from the pEFZZ18 protein A fusion vector (GE Healthcare) described in Non-patent document 20, and “PDO (Pou domain of Oct-1)” is non-patent document. Synthesized according to 21. According to Non-Patent Document 22, “3F (three finger)” is cloned from the South American coral snake Micrurus coralinus, and “6R14” (3F peptide having binding activity with human IL6 receptor α) is described in Non-Patent Document 22. PBADThio / TOPO vector IL6R10-14.
The 5 ′ terminal side of these DNAs is linked to “an oligonucleotide containing SP6 promoter / cap site / Xenopus β-globin 5 ′ untranslated region (UTR)” and a translation initiation codon (ATG) described in Non-Patent Document 22, and On the 3 ′ end side, “spacer (G3S) 2 / His-tag sequence (6 × His) / spacer (G3S) / Y-tag sequence” was added and amplified by PCR to obtain a template DNA construct ( FIG. 3). Here, the spacer (G3S) is “GGGS (G = glycine; S = serine)”. PCR amplification was performed with a 20 second denaturation (94 ° C) step, a 15 second annealing (60 ° C) step and a 30 second extension step (72 ° C).

(2−2)リンカー−Nと各種mRNAとのライゲーション
(2−1)で得られた4種類のテンプレートDNA構築物を、それぞれRiboMAX Large Scale Production System(Promega, Madison, WI, USA)において37℃で1時間SP6 RNAポリメラーゼによって転写してキャップ付転写産物を産生し、RNeasy 精製キット(Qiagen)で精製して、BDA-mRNA, PDO-mRNA, 3F-mRNA, 6R14-mRNAを得、260nmの吸光度によって定量した。
次いで、各mRNAとリンカー−Nとを比率1:1(50pmol)で、94℃で15〜30分間加熱下アニールした後、4℃まで徐冷した。3UのT4キナーゼ(NEB, USA)及び20UのT4RNAリガーゼ(Takara, Japan) を用い、25℃で10分間、20分間及び40分間ライゲーションを実施した。RNA−リンカー複合体が生成されたことは、DNAとハイブリッドしているmRNAをRNaseH(Ambion, Austin, TX,USA)で分解し、変性ポリアクリルアミドゲルで電気泳動することで確認できる。
(図4)は、例としてPDO-mRNAとリンカーとをRNaseH存在下もしくは非存在下で10分、20分、及び40分間ライゲーション反応を起こさせ、また10分間ライゲーション反応したものをRNaseH処理したものも合わせて変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動(6%のゲル及び8Mの尿素)で分離したものである。なお、その結果はリンカー−Nに組み込まれたFITCによる蛍光画像(図4a)及びSybr Gold(Molecular Probes, USA)による核酸染色画像(図4b)をフルオロイメイジャー(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)を用いて取得した。図4cには、PDO以外の3F-mRNA, 6R14-mRNA及びBDA-mRNAとリンカー−Nとの10分後のライゲーション結果を同様に示す(Sybr Gold染色)。
次いでそれぞれのライゲーション効率を以下の式で計算したところ、PDO 96±4%、3F 91±5%、6R14 95±3%、BDA 96±2%、という結果を得た(図5)。
ライゲーション%=(A/A+B)×100
(式中のAはライゲートされた産物のバンド強度で、Bは残余mRNAの強度である)。
以上の結果は、リンカー−Nが従来のピューロマイシンリンカーなどのcDNAディスプレイ用又はmRNAディスプレイ用の核酸リンカーと比較して、低いリンカー:mRNA比と高いライゲーション効率を共に達成していることを示している(表2)。
(2-2) Ligation between linker-N and various mRNAs The four types of template DNA constructs obtained in (2-1) were respectively obtained at 37 ° C. in RiboMAX Large Scale Production System (Promega, Madison, WI, USA). Transcripted with SP6 RNA polymerase for 1 hour to produce capped transcripts and purified with RNeasy purification kit (Qiagen) to obtain BDA-mRNA, PDO-mRNA, 3F-mRNA, 6R14-mRNA, with absorbance at 260 nm Quantified.
Next, each mRNA and linker-N were annealed at a ratio of 1: 1 (50 pmol) at 94 ° C. for 15 to 30 minutes, and then gradually cooled to 4 ° C. Ligation was performed at 25 ° C. for 10 minutes, 20 minutes and 40 minutes using 3U T4 kinase (NEB, USA) and 20U T4 RNA ligase (Takara, Japan). The formation of an RNA-linker complex can be confirmed by degrading mRNA hybridized with DNA with RNaseH (Ambion, Austin, TX, USA) and performing electrophoresis on a denaturing polyacrylamide gel.
(Figure 4) shows an example of ligase reaction of PDO-mRNA and linker in the presence or absence of RNaseH for 10 minutes, 20 minutes, and 40 minutes, and ligase reaction for 10 minutes. These were separated by denaturing polyacrylamide gel electrophoresis (6% gel and 8M urea). The results were obtained by using a fluorescence image (FIG. 4a) by FITC incorporated in linker-N and a nucleic acid staining image (FIG. 4b) by Sybr Gold (Molecular Probes, USA) with fluoroimagers (Bio-Rad, Hercules, CA, USA). FIG. 4c shows similarly the ligation results after 10 minutes of 3F-mRNA, 6R14-mRNA and BDA-mRNA other than PDO and linker-N (Sybr Gold staining).
Next, the ligation efficiency of each was calculated by the following formula, and the following results were obtained: PDO 96 ± 4%, 3F 91 ± 5%, 6R14 95 ± 3%, BDA 96 ± 2% (FIG. 5).
Ligation% = (A / A + B) × 100
(A in the formula is the band intensity of the ligated product and B is the intensity of the residual mRNA).
The above results indicate that Linker-N achieves both a low linker: mRNA ratio and high ligation efficiency compared to conventional nucleic acid linkers for cDNA display or mRNA display such as puromycin linker. (Table 2).

(実施例3)各種無細胞翻訳系でのタンパク質翻訳効率からみたリンカー−Nにおける「オリゴdA」の長さの最適化
(3−1)オリゴdAの長さの異なるmRNA−リンカーの合成
リンカー−NにおけるオリゴdAの長さを、18個、10個、0個に変えて、前記実施例1と同様にリンカー−N(18A)、リンカー−N−10A(10A)及びリンカー−N−0A(0A)を合成した(図6)。各リンカーを用いて、前記実施例2(2−2)と同様に、各リンカー毎にmRNA(PDO, BDA, 3F, 6R14)−リンカー融合体を作製した。
(Example 3) Optimization of the length of "oligo dA" in linker-N from the viewpoint of protein translation efficiency in various cell-free translation systems (3-1) Synthesis of mRNA-linkers having different oligo dA lengths The length of oligo dA in N was changed to 18, 10, 0, and linker-N (18A), linker-N-10A (10A) and linker-N-0A ( 0A) was synthesized (FIG. 6). Using each linker, an mRNA (PDO, BDA, 3F, 6R14) -linker fusion was prepared for each linker in the same manner as in Example 2 (2-2).

(3−2)ウサギ網状赤血球翻訳系
各mRNA(PDO, BDA, 3F, 6R14)−リンカー融合体をそれぞれ、ウサギ網状赤血球ライセート(Rabbit Reticulocyte Lysate)IVTキット(Ambion, Austin, TX, USA)(以下、RRLと称す。)に供して、各mRNAの翻訳を行い、mRNA(PDO, BDA, 3F, 6R14)−タンパク質融合体を作製した。
具体的には、非特許文献13及び22に従い、mRNA−リンカーの融合体100nMをRRL反応系25μl(ライゼート16.75μl、80mM酢酸カリウム、0.5mM酢酸マグネシウム、10mMクレアチンリン酸、各0.05mMアミノ酸(メチオニン及びロイシンは各々0.025mM))でタンパク質合成反応を30℃で10分間実施した。その後、タンパク質融合体(すなわち、タンパク質のピューロマイシン部分への共有結合)を37℃で2時間65mMのMgCl2及び750mMのKClの存在下で成熟させた。電気泳動分析のサンプリングは10分時点で行った(図7a)。
融合体形成の効率は下記の式により計算し、それぞれのmRNAについてリンカー−N(18A)、リンカー−N−10A(10A)及びリンカー−N−0A(0A)での値はPDO(18A, 60±5;10A, 30±2;OA, 20±3)、BDA(18A, 65±3;10A, 35±3;0A, 22±2)、3F(18A, 50±4;10A, 30±3;0A, 18±3)、6R14(18A, 55±5;10A, 35±4;0A, 20±2)であった。
融合体形成%=(A/A+B)×100
(ここで、Aはタンパク質融合体(mRNA−リンカー−タンパク質)のバンド強度で、Bは残余mRNA−リンカーのバンド強度である。)
各mRNA−リンカーの融合体形成の能力を図7bに示す。
いずれのmRNAの場合もリンカー中のオリゴdAの長さが長いほど翻訳効率が高まることがわかった。
(3-2) Rabbit Reticulocyte Translation System Each mRNA (PDO, BDA, 3F, 6R14) -linker fusion is used as a rabbit reticulocyte lysate IVT kit (Ambion, Austin, TX, USA) (hereinafter referred to as “Rabbit Reticulocyte Lysate”). , And referred to as RRL), each mRNA was translated, and mRNA (PDO, BDA, 3F, 6R14) -protein fusion was prepared.
Specifically, according to Non-Patent Documents 13 and 22, 100 nM of mRNA-linker fusion was added to 25 μl of RRL reaction system (16.75 μl of lysate, 80 mM potassium acetate, 0.5 mM magnesium acetate, 10 mM creatine phosphate, 0.05 mM amino acid (methionine). And leucine were each 0.025 mM)) and the protein synthesis reaction was carried out at 30 ° C. for 10 minutes. The protein fusion (ie, covalent binding to the puromycin portion of the protein) was then matured in the presence of 65 mM MgCl 2 and 750 mM KCl for 2 hours at 37 ° C. Sampling for electrophoresis analysis was performed at 10 minutes (FIG. 7a).
The efficiency of fusion formation was calculated according to the following formula, and the values for linker-N (18A), linker-N-10A (10A) and linker-N-0A (0A) for each mRNA were PDO (18A, 60 ± 5; 10A, 30 ± 2; OA, 20 ± 3), BDA (18A, 65 ± 3; 10A, 35 ± 3; 0A, 22 ± 2), 3F (18A, 50 ± 4; 10A, 30 ± 3) 0A, 18 ± 3) and 6R14 (18A, 55 ± 5; 10A, 35 ± 4; 0A, 20 ± 2).
Fusion formation% = (A / A + B) × 100
(Here, A is the band intensity of the protein fusion (mRNA-linker-protein), and B is the band intensity of the remaining mRNA-linker.)
The ability of each mRNA-linker to form a fusion is shown in FIG. 7b.
In any mRNA, it was found that the longer the oligo dA in the linker, the higher the translation efficiency.

(3−3)小麦胚芽抽出液翻訳系
各mRNA(PDO, BDA, 3F, 6R14)とリンカー−Nとの融合体について、小麦胚芽抽出液(Wheat Germ Extract(Promega, Madison, WI, USA))(以下、WGEと称す)に供して、上記(3−2)と同様に、各mRNAの翻訳を行い、mRNA(PDO, BDA, 3F, 6R14)−タンパク質融合体を作製した。
WGE内での翻訳は、mRNA−リンカーの融合体100nMをWGE反応系25μl(ライゼート12.5μl、その他製品プロトコルに従う)でタンパク質合成反応を25℃で10分間実施した後、25℃で1時間65mMのMgCl2及び750mMのKClを添加してタンパク質融合体を成熟させた。高濃度塩の効果を検証するためにコントロールとして、高濃度塩非存在下で1時間成熟させた場合も行った。
電気泳動分析は、10分時点(すなわち高濃度塩の添加前)、30分及び1時間時点(高濃度塩の添加後)にサンプリングを行った(図8a)。図8a中、0画分は10分翻訳した後にサンプリングした画分を示し、1画分は高濃度の塩なしで1時間培養したコントロール画分を示し、2画分は高濃度の塩と30分、3画分は1時間それぞれ培養した画分を示す。この結果、翻訳工程での高濃度の塩の添加は有効であり、1時間の成熟工程も有効であることがわかる。
次いで、各mRNA(PDO, BDA, 3F, 6R14)とリンカー−N10A及びリンカー−N0Aとの融合体を用いて、同様にWGE内で25℃、10分間実施した後、高濃度塩存在下で1時間成熟させた(図8b)。
各mRNAタンパク質融合体形成%を上記式に従って計算したところ、それぞれのmRNAについてリンカー−N(18A)、リンカー−N−10A(10A)及びリンカー−N−0A(0A)での値はPDO(18A, 90±5;10A, 65±3;0A, 30±4)、BDA(18A, 95±4;10A, 60±6;0A, 35±4)、3F(18A, 85±4;10A, 60±4;0A, 30±4)、6R14(18A, 90±6;10A, 60±5;0A, 35±5)であった(図8c)。
(3-3) Wheat germ extract translation system About the fusion of each mRNA (PDO, BDA, 3F, 6R14) and linker-N, wheat germ extract (Wheat Germ Extract (Promega, Madison, WI, USA)) (Hereinafter referred to as WGE), each mRNA was translated in the same manner as in (3-2) above, and an mRNA (PDO, BDA, 3F, 6R14) -protein fusion was prepared.
For translation in WGE, 100 nM of mRNA-linker fusion was performed in 25 μl of WGE reaction system (12.5 μl of lysate, according to other product protocol), followed by protein synthesis reaction at 25 ° C. for 10 minutes, and then at 65 mM for 1 hour at 25 ° C. It matured protein fusions with the addition of KCl MgCl 2 and 750 mM. In order to verify the effect of high-concentration salt, it was also carried out as a control when it was matured for 1 hour in the absence of high-concentration salt.
Electrophoretic analysis was sampled at 10 minutes (ie before the addition of high-concentration salt), 30 minutes and 1 hour (after addition of high-concentration salt) (FIG. 8a). In FIG. 8a, the 0 fraction shows the fraction sampled after 10 minutes of translation, 1 fraction shows the control fraction cultured for 1 hour without high concentration salt, 2 fractions contain high concentration salt and 30 fractions. Minutes and 3 fractions represent fractions cultured for 1 hour, respectively. As a result, it can be seen that the addition of a high concentration of salt in the translation process is effective, and the one-hour maturation process is also effective.
Subsequently, each mRNA (PDO, BDA, 3F, 6R14) was fused with linker-N10A and linker-NOA in the same manner in WGE at 25 ° C. for 10 minutes, and then in the presence of high-concentration salt. Time maturation (Figure 8b).
The percentage formation of each mRNA protein fusion was calculated according to the above formula, and the values for Linker-N (18A), Linker-N-10A (10A) and Linker-N-0A (0A) for each mRNA were PDO (18A , 90 ± 5; 10A, 65 ± 3; 0A, 30 ± 4), BDA (18A, 95 ± 4; 10A, 60 ± 6; 0A, 35 ± 4), 3F (18A, 85 ± 4; 10A, 60 ± 4; 0A, 30 ± 4) and 6R14 (18A, 90 ± 6; 10A, 60 ± 5; 0A, 35 ± 5) (FIG. 8c).

WGEを翻訳系として選択した場合(図8c)と、RRLを翻訳系として用いた場合(図7b)とのそれぞれのタンパク質融合体形成%を比較してみると、リンカー−Nでの値がRRLでは50〜65%であるのに対して、WGEでは90〜95%という極めて高い値を示している。
1ml(4μM)あたり、2.5×1015個で、RRL翻訳系での1ml(0.2μM)あたり、1.2×1014個という形成量からみて1オーダーもの差異を示している。
これらの結果から、WGEでの翻訳においても、リンカー内のオリゴdAの長さが長いほど翻訳効率が高まることが実証され、少なくともdAが10以上、好ましくは12以上のdA(デオキシアデニン)の個数が必要であることがわかった。
リンカー−Nにおける「オリゴdA」が、(図9d)にあるように、柔軟なスペーサー配列を介してピューロマイシンをリボソームAのPサイト付近に適切に配置するのに寄与していることが裏付けられた。
When the% of protein fusion formation in the case where WGE is selected as the translation system (FIG. 8c) and the case where RRL is used as the translation system (FIG. 7b) are compared, the value at linker-N is RRL. Is 50 to 65%, whereas WGE shows an extremely high value of 90 to 95%.
The difference is as much as one order in terms of the formation amount of 2.5 × 10 15 per 1 ml (4 μM) and 1.2 × 10 14 per 1 ml (0.2 μM) in the RRL translation system.
From these results, it is demonstrated that the translation efficiency increases as the length of the oligo dA in the linker increases in WGE translation. The number of dA (deoxyadenine) is at least 10 or more, preferably 12 or more. Was found to be necessary.
It is confirmed that “oligo dA” in linker-N contributes to proper placement of puromycin near the P site of ribosome A via a flexible spacer sequence, as in (FIG. 9d). It was.

(実施例4)mRNA(PDO, BDA, 3F, 6R14)タンパク質融合体の精製及び逆転写
本発明の各タンパク質融合体は、逆転写(RT)の前に、タンパク質にあらかじめ設けられたHis-タグを利用して、IMAC (Immobilized metal affinity chromatography)の担体の一種であるNi-NTA磁性ビーズ(Qiagen)上に25℃で10分間固定して精製した。
ビーズを1X PBS緩衝液で洗浄して、M-MLV逆転写酵素(Takara, Japan)の20Uを加えて42℃で10分間RTを実施して氷の上に置いた。
数回洗浄した後、融合体を2回、250mMのイミダゾールを用いて25℃で5分間溶出した。
得られた各cDNAタンパク質融合体をRNaseH(Ambion, Austin, TX, USA)と37℃で30分間反応させてmRNA/cDNAの二本鎖を形成しているmRNAを分解除去した。例として、PDOmRNAタンパク質融合体を用いた場合を図10として示す。各試料は、8M尿素含有12%SDS-PAGEにより分離しフルオロイメイジャーでバンドを確認した。磁気性ビーズからの1回目(E1)及び2回目(E2)溶出液いずれからの逆転写産物からmRNAを除去したものが極めて純度が高いことが見て取れる(図10)。
このことは、His-タグを利用した簡便なIMACによって、mRNAタンパク質融合体を磁気性ビーズ表面に結合させた状態で、mRNAタンパク質融合体の精製、逆転写、mRNAの分解除去、及びcDNAタンパク質融合体の精製の全工程を効率よく短時間で行うことができ、しかも高純度かつ高収率でcDNAタンパク質融合体を精製することができたことを意味する。
なお、図中、F.T.は濾過画分、E1及びE2は溶出液1及び2を逆転写後RNaseH処理によりmRNAを除去したものであり、PDOはmRNAタンパク質融合体に対応するが、cDNAタンパク質融合体との量比を示すためにPDOバンドの位置を上方にずらして表示している。
(Example 4) mRNA (PDO, BDA, 3F, 6R14) each protein fusion purification and reverse transcription invention protein fusions, prior to reverse transcription (RT), previously provided with His- tag protein Was used for purification for 10 minutes at 25 ° C. on Ni-NTA magnetic beads (Qiagen), which is a kind of IMAC (Immobilized metal affinity chromatography) carrier.
The beads were washed with 1X PBS buffer, 20 U of M-MLV reverse transcriptase (Takara, Japan) was added, RT was performed at 42 ° C. for 10 minutes, and placed on ice.
After several washes, the fusion was eluted twice with 250 mM imidazole at 25 ° C. for 5 minutes.
Each of the obtained cDNA protein fusions was reacted with RNaseH (Ambion, Austin, TX, USA) at 37 ° C. for 30 minutes to decompose and remove mRNAs forming mRNA / cDNA duplexes. As an example, FIG. 10 shows a case where a PDO mRNA protein fusion is used. Each sample was separated by 12% SDS-PAGE containing 8M urea, and the band was confirmed with a fluoroimager. It can be seen that the reverse transcript from either the first (E1) or the second (E2) eluate from the magnetic beads is very pure (FIG. 10).
This means that the mRNA protein fusion is purified, reverse transcription, mRNA degradation and removal, and cDNA protein fusion while the mRNA protein fusion is bound to the surface of the magnetic beads by simple IMAC using His-tag. This means that the entire purification process of the body could be performed efficiently and in a short time, and that the cDNA protein fusion could be purified with high purity and high yield.
In the figure, FT is the filtered fraction, E1 and E2 are the eluates 1 and 2 that have been reverse transcribed and mRNA removed by RNaseH treatment. PDO corresponds to the mRNA protein fusion, but the cDNA protein fusion. In order to show the quantity ratio, the position of the PDO band is shifted upward.

(実施例5)インビトロセレクション
本実施例では、BDAが認識するIgG、3Fが認識するAChBP及び6R14が認識するIL6-Rをモデルとして磁気性ビーズに固定化し、それぞれの標的タンパク質が本発明のBDA, 3F及び6R14 cDNAタンパク質融合体と共に、コントロールとしてPDO cDNAタンパク質融合体を用い、本発明のインビトロセレクション効率を評価する。
(Example 5) In vitro selection In this example, IgG recognized by BDA, AChBP recognized by 3F, and IL6-R recognized by 6R14 were immobilized on magnetic beads as models, and each target protein was BDA of the present invention. The in vitro selection efficiency of the present invention is evaluated using a PDO cDNA protein fusion as a control together with 3F and 6R14 cDNA protein fusions.

(5−1)ビオチン標識された標的タンパク質を固定化した磁気性ビーズの調製
セレクションに用いる標的タンパク質のうち、免疫グロブリンG(ウサギIgG)はSigma社から、インターロイキン−6受容体(ヒトIL6Rα)及びVEGF(ヒトVEGF165)はPero Tech社(London, UK)から購入した。アセチルコリン結合タンパク質(AChBP)cDNAはAplysia kurodai[manuscript in preparation]からクローニングし、組換え大腸菌で発現させて精製した。
これらの標的タンパク質を磁気性ビーズに固定化するために、EZ-Link Sulfo-NHS-SS-ビオチン(Pierce, Rockford, USA)をモル比1:10で用いてビオチニル化した。未反応のビオチンは1MのTris-HCl(pH8)で不活性化して4℃で16時間透析して除去した。ビオチニル化された各標的タンパク質をSDS-PAGE及びストレプトアビジン-HRP(GE Healthcare)を用いるウェスタンブロットで確認した。定量的な固定化を、ストレプトアビジビンを被覆した磁性ビーズ(Takara, Japan)の一定量に対して25℃で30分間滴定してチェックした。上澄み液を保管して固定化した標的タンパク質を100mMのジチオスレイトール(DTT;Wako, Japan)を用いて25℃で10分間溶出した。
(5-1) Preparation of Magnetic Beads Immobilized with Biotin-Labeled Target Protein Among target proteins used for selection, immunoglobulin G (rabbit IgG) is an interleukin-6 receptor (human IL6Rα) from Sigma. And VEGF (human VEGF165) were purchased from Pero Tech (London, UK). Acetylcholine binding protein (AChBP) cDNA was cloned from Aplysia kurodai [manuscript in preparation], expressed in recombinant E. coli and purified.
In order to immobilize these target proteins on magnetic beads, they were biotinylated using EZ-Link Sulfo-NHS-SS-biotin (Pierce, Rockford, USA) at a molar ratio of 1:10. Unreacted biotin was inactivated with 1M Tris-HCl (pH 8) and removed by dialysis at 4 ° C. for 16 hours. Each biotinylated target protein was confirmed by SDS-PAGE and Western blot using streptavidin-HRP (GE Healthcare). Quantitative immobilization was checked by titrating at 25 ° C. for 30 minutes against a fixed amount of magnetic beads coated with streptavidin (Takara, Japan). The supernatant protein was stored and immobilized, and the target protein was eluted with 100 mM dithiothreitol (DTT; Wako, Japan) at 25 ° C. for 10 minutes.

(5−2)インビトロセレクション
次いで、PDO及びBDA, 3F, 6R14の各cDNAタンパク質融合体を、上記(5−1)で調製した標的タンパク質(IgG, IL6R, AChBP)を固定化した磁気性ビーズに対して反応させる。
非結合性のPDOと結合性のBDA(又は3F, 6R14)のmRNA−(リンカー−N)複合体を20:1の比率で混合し、実施例4と同様の工程により翻訳、修飾されてcDNAディスプレイタンパク質とした。
ここで、3F及び6R14のようなジスルフィドが豊富なリガンドの場合は、非特許文献23に従い、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI)(インプットテンプレートに対して70%以上の融合体が形成されると仮定して、cDNAディスプレイに対して1:1のモル比)で、10mMの酸化グルタチオン(GSSG)及び1mMの還元グルタチオン(GSH)を存在させて翻訳、リフォールディング及び成熟工程に供した。
実施例4と同様にHis-タグで溶出した各サンプルそれぞれ50μlを150μlのセレクション緩衝液(SB;1×PBS、100mMのNaCl及び0.1%のTween-20)と混合して、25℃で30分間、IgG, IL6R及びAChBPを固定化した磁気性ビーズと共にインキュベートした。なお、各セレクション用に用いる緩衝液からはジチオスレイトール(DTT)を全て除いておく。
同じ緩衝液200μlでビーズを10回洗浄した後、100mMのDTTで溶出し(マイクロ−スピンカラム、GE Healthcare)、脱塩(10mM TrisHCl pH7)した。
「セレクション前」の画分と溶出された「セレクション後」の画分を、それぞれ下記の0.2mMのPS及びPv3Aプライマー(グライナー社に合成依頼)を用いて25サイクル増幅した(変性(94℃)、20秒;アニーリング(60℃)、15秒;延長(72℃)、20秒)。
P S:5'-ATTTAGGTGACACTATAGAATACAAGCTTGCT-3'(配列番号1)及び
Pv3 A:5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGAT-3'(配列番号2)
変性ゲル電気泳動(4.5%のゲル及び8Mの尿素)を行い、Sybr Gold染色によって各モデルタンパク質をコードするDNAの量を定量分析した。
これら一連の工程を図11aとして示す。最初のテンプレートDNAからmRNAへの転写工程から、最後の分析工程までのそれぞれの平均的所要時間も付記した。このように、各工程が極めて短時間で行われており、本発明のスクリーニング方法がハイスループットに行われることを実証するものでもある。
モデルとした(1)PDO/BDAとIgGの組み合わせではBDAが、(2)PDO/3FとAChBPの組み合わせではAChBPが、また(3)PDO/6R1とIL6Rとの組み合わせではIL6Rが、それぞれ混合したPDOと比較して選択的に増幅された(図11b)。(1)〜(3)それぞれのセレクション前後での定量的PCRでの値の変化比率である「フォールドエンリッチメント(Fold Enrichment)数」は、(1)40±5%、(2)30±3%、(3)35±2%であった(図11c)。
(5-2) In vitro selection Subsequently, each cDNA protein fusion of PDO and BDA, 3F, and 6R14 was immobilized on the magnetic beads immobilized with the target protein (IgG, IL6R, AChBP) prepared in (5-1) above. To react.
Non-binding PDO and binding BDA (or 3F, 6R14) mRNA- (linker-N) complex were mixed at a ratio of 20: 1, and translated and modified by the same steps as in Example 4 to obtain cDNA. Display protein.
Here, in the case of a ligand rich in disulfide such as 3F and 6R14, it is assumed that a fusion of 70% or more of protein disulfide isomerase (PDI) (input template is formed according to Non-Patent Document 23). (1: 1 molar ratio to cDNA display) in the presence of 10 mM oxidized glutathione (GSSG) and 1 mM reduced glutathione (GSH) and subjected to translation, refolding and maturation steps.
As in Example 4, 50 μl of each sample eluted with His-tag was mixed with 150 μl of selection buffer (SB; 1 × PBS, 100 mM NaCl and 0.1% Tween-20), and 30 minutes at 25 ° C. IgG, IL6R and AChBP were incubated with immobilized magnetic beads. All dithiothreitol (DTT) is removed from the buffer used for each selection.
The beads were washed 10 times with 200 μl of the same buffer, then eluted with 100 mM DTT (micro-spin column, GE Healthcare) and desalted (10 mM TrisHCl pH 7).
The “before selection” fraction and the eluted “after selection” fraction were amplified for 25 cycles using the following 0.2 mM PS and Pv3A primers (combined to Greiner), respectively (denaturation (94 ° C.)) 20 seconds; annealing (60 ° C), 15 seconds; extended (72 ° C), 20 seconds).
PS: 5'-ATTTAGGTGACACTATAGAATACAAGCTTGCT-3 '(SEQ ID NO: 1) and
Pv3 A: 5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGAT-3 '(SEQ ID NO: 2)
Denaturing gel electrophoresis (4.5% gel and 8M urea) was performed, and the amount of DNA encoding each model protein was quantitatively analyzed by Sybr Gold staining.
A series of these steps is shown as FIG. 11a. The average time required from the initial template DNA to mRNA transcription step to the final analysis step is also included. Thus, each process is performed in a very short time, and it is also proved that the screening method of the present invention is performed with high throughput.
The model (1) PDO / BDA and IgG combined with BDA, (2) PDO / 3F and AChBP combined with AChBP, and (3) PDO / 6R1 and IL6R combined with IL6R. It was selectively amplified compared to PDO (FIG. 11b). (1)-(3) “Fold Enrichment Number”, which is the ratio of change in quantitative PCR before and after each selection, is (1) 40 ± 5%, (2) 30 ± 3 %, (3) 35 ± 2% (FIG. 11c).

(実施例6)FLAG-タグ配列に対応した8-merペプチド混合物のライブラリーを用いたセレクション
FLAG-タグが抗FLAG M2抗体と結合するために必要な「DYKDDDDK(配列番号3)」に対応する8-merペプチドがランダム化された混合物である8-merペプチドライブラリーを以下の様に調製した。
8-merペプチドライブラリーは、相補する「オーバーラップ配列」を持つ2本のオリゴヌクレオチドを使って構築した。即ち
(1)上流プライマー;最も5'側にはSP6プロモーター及びキャップを有し、それに続いて5'-UTR, Kozak及びATGに続き「オーバーラップ配列」があるオリゴヌクレオチド、
(2)下流プライマー;「オーバーラップ配列」がランダム領域の3'末端側に設けられ、5'末端にHis-タグ及びY-タグ配列を有するように構築されたオリゴヌクレオチド断片
の混合物である(図12a)。
ここで、「オーバーラップ配列」とは、2本のセンスプライマーとランダム配列を入れたアンチセンスプライマーとなる合成オリゴヌクレオチドの3'側の十数ベースを相補的にオーバーラップさせ、PCRでお互いに5'側から3'側に伸長させながらライブラリーを構築する手法である。
ここで用いた2種類のプライマーは、以下の通りである。
上流センスプライマー:(配列番号4)
5'-ATTTAGGTGACACTATAGAATACAAGCTTGCTTGTTCTTTTTGCAGAAGCT
CAGAATAAACGCTCAACTTTGGCAGATCTACCATGG-3'
下流アンチセンスプライマー:(配列番号5)
5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGATGATGGTGGTGAG
ACCCTCCGCCTGAGCCTCCACCSNNSNNSNNSNNSNNSNNSNNSNNTGAACCTCCCATGGT-3'
ランダム領域は、NNSコドン(N=A,T,C又はG;S=C又はG)でコードして、下流プライマーに含めた。
この2つのプライマー断片を、変性(94℃)を20秒、アニーリング(60℃)を15秒及び延長(72℃)を30秒のオーバーラップPCR 15サイクルで結合した。
タグ構築物は、ランダムな領域をFLAG-タグ配列で置き換えた以外は同じ方法で調製した。
(Example 6) Selection using library of 8-mer peptide mixture corresponding to FLAG-tag sequence
An 8-mer peptide library, which is a mixture of randomized 8-mer peptides corresponding to “DYKDDDDK (SEQ ID NO: 3)” required for binding of the FLAG-tag to the anti-FLAG M2 antibody, is prepared as follows. did.
The 8-mer peptide library was constructed using two oligonucleotides with complementary “overlap sequences”. (1) upstream primer; oligonucleotide having SP6 promoter and cap on the most 5 'side, followed by 5'-UTR, Kozak and ATG followed by "overlap sequence";
(2) Downstream primer; a mixture of oligonucleotide fragments constructed so that an “overlap sequence” is provided on the 3 ′ end side of the random region and has a His-tag and Y-tag sequence at the 5 ′ end ( FIG. 12a).
Here, “overlapping sequence” means that two or more bases on the 3 ′ side of a synthetic oligonucleotide that is an antisense primer containing two sense primers and a random sequence are complementarily overlapped with each other by PCR. This is a method of constructing a library while extending from the 5 'side to the 3' side.
The two types of primers used here are as follows.
Upstream sense primer: (SEQ ID NO: 4)
5'-ATTTAGGTGACACTATAGAATACAAGCTTGCTTGTTCTTTTTGCAGAAGCT
CAGAATAAACGCTCAACTTTGGCAGATCTACCATGG-3 '
Downstream antisense primer: (SEQ ID NO: 5)
5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGATGATGGTGGTGAG
ACCCTCCGCCTGAGCCTCCACC SNNSNNSNNSNNSNNSNNSNNSNN TGAACCTCCCATGGT-3 '
The random region was encoded by the NNS codon (N = A, T, C or G; S = C or G) and included in the downstream primer.
The two primer fragments were ligated in 15 cycles of overlapping PCR with denaturation (94 ° C) for 20 seconds, annealing (60 ° C) for 15 seconds and extension (72 ° C) for 30 seconds.
The tag construct was prepared in the same way except that the random region was replaced with a FLAG-tag sequence.

8-merペプチドライブラリー のmRNAを、実施例(2−2)と同様に、実施例1で得られたリンカー−Nにライゲーションして8-merペプチドライブラリーmRNA−リンカー−Nを調製した。10pmolの8-merペプチドライブラリーmRNA−リンカー−Nを、同様に調製した10fmolのFLAG-タグmRNA−リンカーと混合した。
実施例(3−3)と同様に、小麦胚芽抽出物翻訳系(WGE)中に供して翻訳及び成熟によりmRNAタンパク質融合体を得、実施例4と同様に、His-タグによる精製後に逆転写して溶出し、cDNAタンパク質融合体のライブラリーを得た。
一方、比較のために非特許文献13に記載の「puro−リンカー」を上記8-merペプチドライブラリーに適用して、非特許文献13のプロトコルに従ってcDNAタンパク質融合体のライブラリーを調製した。
The 8-mer peptide library mRNA-linker-N was prepared by ligating the 8-mer peptide library mRNA to the linker-N obtained in Example 1 in the same manner as in Example (2-2). 10 pmol of 8-mer peptide library mRNA-linker-N was mixed with 10 fmol of FLAG-tag mRNA-linker prepared similarly.
In the same manner as in Example (3-3), an mRNA protein fusion was obtained by translation and maturation in a wheat germ extract translation system (WGE), and reverse-transcribed after purification with a His-tag as in Example 4. To obtain a library of cDNA protein fusions.
On the other hand, for comparison, a “puro-linker” described in Non-Patent Document 13 was applied to the 8-mer peptide library, and a library of cDNA protein fusions was prepared according to the protocol of Non-Patent Document 13.

上記2種類のcDNAタンパク質融合体ライブラリーを、それぞれ実施例(5−1)と同様の手法で磁気性ビーズに固定化させた200nMの抗−FLAG M2抗体(Sigma社製)と共に、200μlのDTTが除かれた緩衝液(SB)中で混合し、25℃で30分間反応させた。実施例(5−2)と同様に、ビーズを等容量の緩衝液(SB)で5回(ラウンド1)、8回(ラウンド2)及び10回(ラウンド3)洗浄して100mMのDTTで溶出した後脱塩した。
溶出した画分をPCR増幅して次のラウンドへ進め、合計3サイクル選択を行った。ラウンド3の後、PCR産物をクローン化して(TAクローニング、Invitrogen)、ランダムピッキングで20クローンを選択し配列決定した。
これらの一連の工程の概念図は図12bに示す。
本発明のリンカー−Nを用いた場合と、非特許文献13のPuro−リンカーを用いた場合のセレクション結果を図12cに示す。
リンカー−Nを用いた場合には、3サイクル後には80%がDYKDDDDK(配列番号3)のFLAG-タグ配列を選択できたが、従来のPuro−リンカー(非特許文献13)を用いた場合は選択されたFLAG-タグ配列は20%に留まった。
Each of the above-mentioned two cDNA protein fusion libraries was combined with 200 nM anti-FLAG M2 antibody (manufactured by Sigma) immobilized on magnetic beads in the same manner as in Example (5-1), and 200 μl of DTT. Was mixed in a buffer solution (SB) from which was removed, and reacted at 25 ° C. for 30 minutes. As in Example (5-2), the beads were washed 5 times (Round 1), 8 times (Round 2) and 10 times (Round 3) with an equal volume of buffer (SB) and eluted with 100 mM DTT. And then desalted.
The eluted fraction was PCR amplified and proceeded to the next round, and a total of 3 cycles were selected. After round 3, PCR products were cloned (TA cloning, Invitrogen) and 20 clones were selected and sequenced by random picking.
A conceptual diagram of these series of steps is shown in FIG. 12b.
FIG. 12 c shows the selection results when the linker-N of the present invention is used and when the Puro-linker of Non-Patent Document 13 is used.
When Linker-N was used, 80% of the FLAG-tag sequence of DYKDDDDK (SEQ ID NO: 3) could be selected after 3 cycles. The selected FLAG-tag sequence remained at 20%.

このことは、本発明のセレクション工程中では、「ノイズ」となる余剰mRNA−リンカー−N連結体、mRNAタンパク質融合体などを系から効率よく除去でき、S/N比が減少できたことを示している。   This indicates that, during the selection process of the present invention, surplus mRNA-linker-N conjugate, mRNA protein fusion, etc., which become “noise”, could be efficiently removed from the system, and the S / N ratio could be reduced. ing.

(実施例7)3FライブラリーからのVEGF結合タンパク質スクリーニング
(7−1)3FのcDNAタンパク質融合体ライブラリーの調製
まず、非特許文献22に従って、下記のスリーフィンガー(3F)のLoop1、Loop2及びLoop3をランダム化させた3Fライブラリー(MicTx-3鋳型:図13)からmRNAライブラリーを調製した。
なお、「3F」のアミノ酸配列は下記の通りであり、そのランダム領域を最初から順にLoop1、Loop2、Loop3 と称する。
LVCY(X)6PGTLETCPDDFTCV(X)10TQYCSHACAIP(X)7CCQTDKCNG(配列番号15)
次いで、本発明のリンカー−Nに対し、前記実施例と同様の手法を適用し、3FライブラリーmRNA−(リンカー−N)融合体をWGEライセート反応液0.5ml中で翻訳して3F-cDNA融合体を作製した。反応液の組成は次の通りである。
ライブラリーmRNA−リンカー融合体 200nM
WGEライセート(PROMEGA) 250μl
アミノ酸混合液(PROMEGA) 40μl
酢酸カリウム溶液 50mM
RNase inhibitor(PROMEGA) 200unit
Protein Disulfide Isomerase(タカラバイオ) 5μg
酸化型グルタチオン 10mM
還元型グルタチオン 1mM
反応は25℃で15分間行った。

その結果、3F-cDNA融合体として、およそ3×1012分子が得られた。
なお、あらかじめcDNAタンパク質融合体の分子数の見積もりを行うために、濃度標準として既知量の上記3F-mRNA−リンカーを用いてSDS-PAGEで行っている。
(Example 7) Screening of VEGF-binding protein from 3F library (7-1) Preparation of 3F cDNA protein fusion library An mRNA library was prepared from a randomized 3F library (MicTx-3 template: FIG. 13).
The amino acid sequence of “3F” is as follows, and the random region is referred to as Loop1, Loop2, and Loop3 from the beginning.
LVCY (X) 6 PGTLETCPDDFTCV (X) 10 TQYCSHACAIP (X) 7 CCQTDKCNG (SEQ ID NO: 15)
Next, the same procedure as in the above example was applied to the linker-N of the present invention, and the 3F library mRNA- (linker-N) fusion was translated in 0.5 ml of WGE lysate reaction solution to 3F-cDNA fusion. The body was made. The composition of the reaction solution is as follows.
Library mRNA-linker fusion 200 nM
WGE lysate (PROMEGA) 250μl
Amino acid mixture (PROMEGA) 40μl
Potassium acetate solution 50mM
RNase inhibitor (PROMEGA) 200unit
Protein Disulfide Isomerase (Takara Bio) 5μg
Oxidized glutathione 10 mM
Reduced glutathione 1mM
The reaction was carried out at 25 ° C. for 15 minutes.

As a result, approximately 3 × 10 12 molecules were obtained as a 3F-cDNA fusion.
In order to estimate the number of molecules of the cDNA protein fusion in advance, SDS-PAGE is performed using a known amount of the 3F-mRNA-linker as a concentration standard.

(7−2)インビトロセレクション
VEGF(PeproTech社製, London)を実施例(5−1)と同様に磁気性ビーズ(Magnosphere MS300/Streptavidin、タカラバイオ)に固定化した。
上記(7−1)で得られたcDNAタンパク質融合体を、固定化したVEGFと200μlのSB(selection buffer)緩衝液中、25℃で1時間反応させ、続いてSB緩衝液及びWB(wash buffer)緩衝液(1×PBS, 100mMのNaCl及び0.5%のTween-20)でそれぞれ数回洗浄した。洗浄後のビーズに100mMのDTT溶液を投与し、25℃で10分間放置後cDNAを含む上澄み液を得た。
得られた上澄み液をMicro-spin column(GEヘルスヘルスケア社)により脱塩してPCR増幅した(変性(94℃)を20秒、アニーリング(60℃)を15秒そして延長(72℃)を30秒)。選択圧(selection pressure)を適用するために、VEGFの濃度を1μMから1nMに変化させ、そして洗浄回数をWB洗浄液で漸進的に増大した。7ラウンド(R7)の後に、PCR産物をpCR2.1ベクター(TAクローニング、Invitrogen)にクローンして、ランダムに20クローンを選択し配列決定した。
(7-2) In vitro selection
VEGF (PeproTech, London) was immobilized on magnetic beads (Magnosphere MS300 / Streptavidin, Takara Bio) in the same manner as in Example (5-1).
The cDNA protein fusion obtained in (7-1) above is reacted with immobilized VEGF in 200 μl of SB (selection buffer) buffer at 25 ° C. for 1 hour, followed by SB buffer and WB (wash buffer). ) Each was washed several times with buffer (1 × PBS, 100 mM NaCl and 0.5% Tween-20). A 100 mM DTT solution was administered to the washed beads, and allowed to stand at 25 ° C. for 10 minutes to obtain a supernatant containing cDNA.
The resulting supernatant was desalted with Micro-spin column (GE Health Healthcare) and amplified by PCR (denaturation (94 ° C) for 20 seconds, annealing (60 ° C) for 15 seconds and extension (72 ° C). 30 seconds). In order to apply the selection pressure, the concentration of VEGF was changed from 1 μM to 1 nM, and the number of washes was gradually increased with the WB wash. After 7 rounds (R7), the PCR product was cloned into pCR2.1 vector (TA cloning, Invitrogen) and 20 clones were randomly selected and sequenced.

(7−3)クローンの配列の分析
得られた20クローンの配列を解析した結果、それぞれがコードしているアミノ酸配列でグループ分けすると、G-1配列が60%、G-2配列及びG-3配列が15%ずつであった。各グループの各Loop1〜3のアミノ酸配列は以下の通りである。
G-1:60%(12/20)
Loop1=PLTRVV(配列番号6)、Loop2=HGDHHTLSEW(配列番号7)、Loop3=EEPTAHV(配列番号8)
G-2:15%(3/20)
Loop1=WEVVLL(配列番号9)、Loop2=AHSVTLAHGH(配列番号10)、Loop3=TGPGAER(配列番号11)
G-3:15%(3/20)
Loop1=TLWLSY(配列番号12)、Loop2=DVPQSGTNLA(配列番号13)、Loop3=ELTHPVD(配列番号14)
(7-3) Analysis of clone sequence As a result of analyzing the sequence of the obtained 20 clones, when grouped by the amino acid sequence encoded by each, the G-1 sequence was 60%, the G-2 sequence and the G- 3 sequences were 15% each. The amino acid sequences of Loops 1 to 3 of each group are as follows.
G-1: 60% (12/20)
Loop1 = PLTRVV (sequence number 6), Loop2 = HGDHHTLSEW (sequence number 7), Loop3 = EEPTAHV (sequence number 8)
G-2: 15% (3/20)
Loop1 = WEVVLL (SEQ ID NO: 9), Loop2 = AHSVTLAHGH (SEQ ID NO: 10), Loop3 = TGPGAER (SEQ ID NO: 11)
G-3: 15% (3/20)
Loop1 = TLWLSY (SEQ ID NO: 12), Loop2 = DVPQSGTNLA (SEQ ID NO: 13), Loop3 = ELTHPVD (SEQ ID NO: 14)

(7−5)解離定数の測定
非特許文献23に報告された方法に従って解離定数(Kd)を測定した。一定量の3Fディスプレイタンパク質(〜1nM)を種々の量のVEGF(0.1nM〜1μM)と1時間反応させた。混合物を一定量のVEGF(〜100nM)に適用してさらに30分間培養した。数回洗浄した後、抗His-抗体(R&D systems)を1/2000希釈で加えて1時間反応させた。反応混合物を数回洗浄した後、基質、TMBを加えた。適切なカラー展開の後、0.5MのH2SO4を加えて反応を停止して、450nmの吸収を測定した。
20クローンのG−1、G−2及びG−3グループそれぞれの典型的な配列及びその解離定数(Kd値)を(表4)に示す。特にG−1グループは2.1±0.5nMと、ペプチドとしては極めて低い数値を示し、その親和性は市販の抗VEGF抗体 (Chen et al. JMB (1999) 293:865-881)のKd値2.9nMと匹敵している。
(7-5) Measurement of dissociation constant The dissociation constant (Kd) was measured according to the method reported in Non-Patent Document 23. A certain amount of 3F display protein (˜1 nM) was reacted with various amounts of VEGF (0.1 nM to 1 μM) for 1 hour. The mixture was applied to a constant amount of VEGF (˜100 nM) and incubated for another 30 minutes. After washing several times, anti-His-antibody (R & D systems) was added at 1/2000 dilution and allowed to react for 1 hour. After the reaction mixture was washed several times, substrate and TMB were added. After appropriate color development, the reaction was stopped by adding 0.5 M H 2 SO 4 and the absorbance at 450 nm was measured.
Typical sequences of the 20 clones of G-1, G-2 and G-3 groups and their dissociation constants (Kd values) are shown in Table 4. In particular, the G-1 group has an extremely low value as a peptide of 2.1 ± 0.5 nM, and its affinity is Kd value 2.9 nM of a commercially available anti-VEGF antibody (Chen et al. JMB (1999) 293: 865-881). Is comparable.

(実施例8)結合特異性の評価
(8−1)
実施例7で得られたR7 mRNA−(リンカー−N)(200nM)を用い、上記(7−1)と同様の方法で翻訳してcDNAタンパク質融合体を調製した。
得られたこれらの融合体を3つの部分に分けて、
(1)ストレプトアビジンビーズ(何も結合させていない場合)、
(2)VEGFビーズ(200nM)及び
(4)Fcビーズ(200nM)、(Fc固定化ビーズの調製法はVEGFビーズと同様、実施例(5−1)に記載の方法で調製した。)と共に、200μlのSB(selection buffer)緩衝液中、25℃で30分反応させた。なお、「Fc」としては、ヒトIgG1由来Fc(R&D Systems社)を用いた。
(3)のコントロールとしては、R7mRNA−(リンカー−N)をタンパク質への翻訳工程なしに逆転写したR7cDNA−(リンカー−N)の等量(200nM)をVEGFビーズと同様の条件で反応させた。
各ビーズを同じ緩衝液で10回洗浄して100mMのDTTで溶出した。溶出した画分を脱塩して以下の条件でPCR増幅した(PCR条件:変性(94℃)を20秒、アニーリング(60℃)を15秒及び延長(72℃)を30秒)。
上記(1)〜(4)の場合のR7−cDNA融合体について溶出画分をPCR増幅し、ゲル電気泳動で分析した(図14a)。なお、電気泳動条件など他の条件も非特許文献23と同様。
次に、非特許文献23に従ってELISA法による分析を行った。
R7-cDNA融合体を3つの部分に分けSAビーズ、200nMのVEGFビーズ及び200nMのFcビーズとPBS-BSA(0.01%BSA)中、25℃で1時間インキュベートした。混合物をPBS-T(0.1%Tween)で洗浄し、続いて抗His抗体(R&D system)とPBS-T中、25℃で30分間反応させた。次いで、混合物をPBS-Tで数回洗浄し、続いて基質、3,3',5,5'-テトラメチルベンジジン(TMB;Sigma)を添加した。カラー展開の後、0.5MのH2SO4を加えて反応を停止し、サンプルを遠心分離して、450nmの吸収を測定した。
その結果、下記(8−2)で詳細に述べるように、明らかにR7-cDNA融合体とVEGFビーズとの高い結合性が示された(図14b)。
得られたVGEF結合性ペプチド(ペプチドG-1)について、ペプチドG-1とのアミノ酸配列相同性が高く、すでに立体構造解析がなされているスリーフィンガー型ペプチドAdTx1(Dendroaspis angusticeps由来、PDB=4IYE)を鋳型とし、分子構造構築ソフト「Prime」(Schroedinger社)を用いた構造モデリングにより、推定立体構造図を作成した(図16)。
(Example 8) Evaluation of binding specificity (8-1)
Using the R7 mRNA- (linker-N) (200 nM) obtained in Example 7, the cDNA protein fusion was prepared by translation in the same manner as in (7-1) above.
Dividing these fusions into three parts,
(1) Streptavidin beads (when nothing is bound),
(2) VEGF beads (200 nM) and (4) Fc beads (200 nM), (Fc-immobilized beads were prepared by the method described in Example (5-1) as with VEGF beads). The reaction was performed in 200 μl of SB (selection buffer) buffer at 25 ° C. for 30 minutes. As “Fc”, human IgG1-derived Fc (R & D Systems) was used.
As a control for (3), an equivalent amount (200 nM) of R7 cDNA- (linker-N) obtained by reverse transcription of R7 mRNA- (linker-N) without a translation step into protein was reacted under the same conditions as for VEGF beads. .
Each bead was washed 10 times with the same buffer and eluted with 100 mM DTT. The eluted fraction was desalted and PCR amplified under the following conditions (PCR conditions: denaturation (94 ° C) for 20 seconds, annealing (60 ° C) for 15 seconds and extension (72 ° C) for 30 seconds).
For the R7-cDNA fusion in the cases (1) to (4) above, the eluted fraction was PCR amplified and analyzed by gel electrophoresis (FIG. 14a). Other conditions such as electrophoresis conditions are the same as in Non-Patent Document 23.
Next, analysis by ELISA was performed according to Non-Patent Document 23.
The R7-cDNA fusion was divided into three parts and incubated with SA beads, 200 nM VEGF beads and 200 nM Fc beads in PBS-BSA (0.01% BSA) at 25 ° C. for 1 hour. The mixture was washed with PBS-T (0.1% Tween) and subsequently reacted with anti-His antibody (R & D system) in PBS-T at 25 ° C. for 30 minutes. The mixture was then washed several times with PBS-T, followed by the addition of the substrate, 3,3 ′, 5,5′-tetramethylbenzidine (TMB; Sigma). After color development, 0.5 M H 2 SO 4 was added to stop the reaction, the sample was centrifuged, and the absorbance at 450 nm was measured.
As a result, as described in detail in (8-2) below, it was clearly shown that the R7-cDNA fusion was highly bound to the VEGF beads (FIG. 14b).
Three-finger peptide AdTx1 (derived from Dendraspis angusticeps, PDB = 4IYE) that has high amino acid sequence homology with peptide G-1 and has already been subjected to three-dimensional structural analysis. As a template, an estimated three-dimensional structure diagram was created by structural modeling using molecular structure construction software “Prime” (Schroedinger) (FIG. 16).

(8−2) PCRでの分析結果
PCRで分析した結合アッセイにおいて、R7ライブラリータンパク質融合体はVEGFを含んでいないネガティブコントロールに対しては0.2%未満しか結合しない(図14a(1))。一方、VEGFビーズとは有意な結合(2%以上;図14a(2))を示した。核酸アプタマー、すなわち、mRNA/cDNAハイブリッドを介してライブラリーのエンリッチメントの可能性を検証するためmRNA−リンカーの逆転写によってR7mRNA/cDNAハイブリッドを調製して結合の可能性を試験した。その結果、VEGFに対してmRNA/cDNAハイブリッドを介する結合は観察されなかった(0.2%未満;図14a(3))。R7タンパク質融合体もFcに対する親和性を示さず(0.2%未満;図14a(4))、3Fライブラリーの標的(VEGF)特異的エンリッチメントを示唆した。ELISAによる結合アッセイにおいて、R7タンパク質融合体は、VEGFを含まないSAビーズ(1)及びネガティブコントロールとしてFcが固定されたビーズ(4)と比較してVEGFを固定化したビーズに対しては5倍強いシグナルを示した(図14b)。この結果もこのライブラリーがVEGFに強く特異的であったことを示唆している。
(8-2) Results of PCR analysis
In the binding assay analyzed by PCR, the R7 library protein fusion binds less than 0.2% to the negative control without VEGF (FIG. 14a (1)). On the other hand, significant binding (2% or more; FIG. 14a (2)) was shown with VEGF beads. To verify the potential for library enrichment via nucleic acid aptamers, ie, mRNA / cDNA hybrids, R7 mRNA / cDNA hybrids were prepared by reverse transcription of mRNA-linkers and tested for binding potential. As a result, binding to VEGF via mRNA / cDNA hybrid was not observed (less than 0.2%; FIG. 14a (3)). The R7 protein fusion also showed no affinity for Fc (less than 0.2%; Figure 14a (4)), suggesting target (VEGF) specific enrichment of the 3F library. In the binding assay by ELISA, the R7 protein fusion was 5 times higher for VEGF-immobilized beads than for VEGF-free SA beads (1) and Fc-immobilized beads as a negative control (4). A strong signal was shown (Figure 14b). This result also suggests that this library was strongly specific for VEGF.

1.配列番号1:P S primer
2.配列番号2:Pv3 A primer
3.配列番号3:FLAG-tag
4.配列番号4:8-mer peptide library primer(F)
5.配列番号5:8-mer peptide library primer(R)
6.配列番号6:G-1 Loop1
7.配列番号7:G-1 Loop2
8.配列番号8:G-1 Loop3
9.配列番号9:G-2 Loop1
10.配列番号10:G-2 Loop2
11.配列番号11:G-2 Loop3
12.配列番号12:G-3 Loop1
13.配列番号13:G-3 Loop2
14.配列番号14:G-3 Loop3
15.配列番号15:CTx3-3F peptide
16.配列番号16:VEGF binding peptide
17.配列番号17:1F-Loop I
18.配列番号18:1F-Loop II
19.配列番号19:1F-Loop III
20.配列番号20:h VEGF-A
1. Sequence number 1: PS primer
2. Sequence number 2: Pv3 A primer
3. Sequence number 3: FLAG-tag
4). SEQ ID NO: 4: 8-mer peptide library primer (F)
5). SEQ ID NO: 5: 8-mer peptide library primer (R)
6). Sequence number 6: G-1 Loop1
7). Sequence number 7: G-1 Loop2
8). Sequence number 8: G-1 Loop3
9. Sequence number 9: G-2 Loop1
10. SEQ ID NO: 10: G-2 Loop2
11. Sequence number 11: G-2 Loop3
12 Sequence number 12: G-3 Loop1
13. SEQ ID NO: 13: G-3 Loop2
14 SEQ ID NO: 14: G-3 Loop3
15. SEQ ID NO: 15: CTx3-3F peptide
16. SEQ ID NO: 16: VEGF binding peptide
17. SEQ ID NO: 17: 1F-Loop I
18. SEQ ID NO: 18: 1F-Loop II
19. SEQ ID NO: 19: 1F-Loop III
20. SEQ ID NO: 20: h VEGF-A

Claims (20)

標的mRNAと特異的にハイブリダイズすることが可能な一本鎖DNAからなる主鎖と、ピューロマイシンを3'末端に有する側鎖とから構成される分岐した核酸リンカーであって、
前記側鎖は、他の一端にオリゴdA領域を有し、当該オリゴdAを介して前記一本鎖DNAポリヌクレオチド鎖中の修飾塩基と共有結合しており、かつ前記オリゴdA領域と前記ピューロマイシンとの間にはスペーサー領域が含まれており、
前記主鎖は、5'末端に前記mRNAとライゲーション可能な部位、及び当該部位に隣接して前記mRNAとハイブリダイズし得る領域を有し、かつ3'末端に前記mRNAが逆転写される際のプライマーとなるプライマー部位を有していることを特徴とする、核酸リンカー。
A branched nucleic acid linker composed of a main chain composed of a single-stranded DNA capable of specifically hybridizing with a target mRNA and a side chain having puromycin at the 3 ′ end;
The side chain has an oligo dA region at the other end, is covalently bonded to the modified base in the single-stranded DNA polynucleotide chain via the oligo dA, and the oligo dA region and the puromycin A spacer region is included between and
The main chain has a site that can be ligated with the mRNA at the 5 ′ end, and a region that can hybridize with the mRNA adjacent to the site, and the mRNA is reverse transcribed at the 3 ′ end. A nucleic acid linker comprising a primer site serving as a primer.
前記修飾塩基が5−メチルデオキシシトシン(5-Me-dC)であることを特徴とする、請求項1に記載の核酸リンカー。   The nucleic acid linker according to claim 1, wherein the modified base is 5-methyldeoxycytosine (5-Me-dC). 前記オリゴdAが、デオキシアデニン(dA)が少なくとも12連続した配列からなることを特徴とする、請求項1又は2に記載の核酸リンカー。   The nucleic acid linker according to claim 1 or 2, wherein the oligo dA comprises a sequence having at least 12 consecutive deoxyadenines (dA). 前記スペーサー配列が、Sp.18(Spacer 18 Phosphoramidite)を2〜8個含む配列からなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の核酸リンカー。   The nucleic acid linker according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer sequence is a sequence containing 2 to 8 Sp.18 (Spacer 18 Phosphoramidite). 請求項1に記載の核酸リンカーの製造方法であって、
3'末端側から5'末端側に、ピューロマイシンが結合したタンパク質連結部位、スペーサー配列、オリゴdA配列、5−メチルデオキシシトシン(5-Me-dC)、標的mRNAとハイブリダイズし得る領域、及び前記mRNAとライゲーション可能な部位を含む1本鎖DNAの5-Me-dCと、前記mRNAが逆転写される際のプライマーとなるDNA配列の5'末端のリン酸基とを反応させて、共有結合させることを特徴とする、製造方法。
A method for producing a nucleic acid linker according to claim 1,
From 3 ′ end to 5 ′ end, protein binding site to which puromycin is bound, spacer sequence, oligo dA sequence, 5-methyldeoxycytosine (5-Me-dC), region capable of hybridizing with target mRNA, and The 5-Me-dC of single-stranded DNA containing a site that can be ligated with the mRNA reacts with the phosphate group at the 5 ′ end of the DNA sequence that serves as a primer for reverse transcription of the mRNA. A manufacturing method characterized by combining them.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸リンカーを介して、標的mRNAと、当該mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されているmRNA−タンパク質融合体。   An mRNA-protein fusion in which a target mRNA and a protein encoded by the mRNA are linked via the nucleic acid linker according to any one of claims 1 to 4. 前記mRNAが、タンパク質をコードする配列の下流側にHis-タグをコードする配列を有していることを特徴とする、請求項6に記載のmRNA−タンパク質融合体。   The mRNA-protein fusion according to claim 6, wherein the mRNA has a sequence encoding a His-tag downstream of a sequence encoding a protein. 請求項6又は7に記載のmRNA−タンパク質融合体を製造する方法であって、以下の(a)〜(c)を含む方法;
(a)前記mRNAを標的とする請求項1に記載の核酸リンカーを前記mRNAとアニールさせる工程、
(b)前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(c)無細胞タンパク質翻訳系を用いて前記mRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程。
A method for producing the mRNA-protein fusion according to claim 6 or 7, comprising the following (a) to (c):
(A) annealing the nucleic acid linker according to claim 1 targeting the mRNA with the mRNA;
(B) ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(C) A step of producing an mRNA-protein fusion by synthesizing a protein from the mRNA using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker.
前記工程(c)において、前記mRNA−タンパク質融合体を作製する途中、もしくは作製後に、10分〜2時間高濃度塩の存在下で前記タンパク質を成熟させる工程を設けることを特徴とする、請求項8に記載の方法。   In the step (c), a step of maturing the protein in the presence of a high concentration salt for 10 minutes to 2 hours is provided during or after the production of the mRNA-protein fusion. 9. The method according to 8. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNA及び前記mRNAと相補的なcDNAからなるmRNA/cDNA複合体と、前記mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されているmRNA/cDNA−タンパク質融合体。   An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of claims 1 to 4, wherein the mRNA / cDNA comprises the mRNA and cDNA complementary to the mRNA via the nucleic acid linker. An mRNA / cDNA-protein fusion in which a complex and a protein encoded by the mRNA are linked. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNAと相補的なcDNA、及び前記mRNAによりコードされるタンパク質が連結されているcDNA−タンパク質融合体。   An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of claims 1 to 4, wherein the mRNA / cDNA-protein fusion is encoded by the cDNA complementary to the mRNA and the mRNA via the nucleic acid linker. A cDNA-protein fusion in which proteins are linked. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNA及び前記mRNAと相補的なcDNAからなるmRNA/cDNA複合体と、前記mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されている、精製mRNA/cDNA−タンパク質融合体を製造する方法であって、下記(a)〜(f)を含む方法;
(a)前記核酸リンカーを標的mRNAとアニールさせる工程、
ここで、前記標的mRNAは、タンパク質をコードする配列の下流側にHis-タグをコードする配列を有しているmRNAである工程、
(b)前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(c)無細胞タンパク質翻訳系を用いて前記mRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(d)His-タグ配列と親和性のある金属マトリックスに前記mRNA−タンパク質融合体を結合させ、洗浄する工程、
(e)前記金属マトリックス表面のmRNA−タンパク質融合体を逆転写反応に供し、mRNA/cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(f)前記金属マトリックス表面のmRNA/cDNA−タンパク質融合体を洗浄し、精製mRNA/cDNA−タンパク質融合体を溶出する工程。
An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of claims 1 to 4, wherein the mRNA / cDNA comprises the mRNA and cDNA complementary to the mRNA via the nucleic acid linker. A method for producing a purified mRNA / cDNA-protein fusion in which a complex and a protein encoded by the mRNA are linked, comprising the following (a) to (f):
(A) annealing the nucleic acid linker with the target mRNA;
Wherein the target mRNA is an mRNA having a sequence encoding a His-tag downstream of a sequence encoding a protein;
(B) ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(C) producing a mRNA-protein fusion by synthesizing a protein from the mRNA using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker;
(D) binding the mRNA-protein fusion to a metal matrix having an affinity for the His-tag sequence, and washing;
(E) subjecting the mRNA-protein fusion on the surface of the metal matrix to a reverse transcription reaction to produce an mRNA / cDNA-protein fusion;
(F) washing the mRNA / cDNA-protein fusion on the surface of the metal matrix and eluting the purified mRNA / cDNA-protein fusion.
前記工程(c)において、前記mRNA−タンパク質融合体を作製する途中、もしくは作製後に、10分〜2時間高濃度塩の存在下で前記タンパク質を成熟させる工程を設けることを特徴とする、請求項12に記載の方法。   In the step (c), a step of maturing the protein in the presence of a high concentration salt for 10 minutes to 2 hours is provided during or after the production of the mRNA-protein fusion. 12. The method according to 12. 前記金属マトリックスが、Ni被覆された磁気性ビーズであることを特徴とする、請求項12又は13に記載の方法。   14. A method according to claim 12 or 13, characterized in that the metal matrix is Ni coated magnetic beads. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸リンカーを含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体であって、前記核酸リンカーを介して、前記mRNAと相補的なcDNAと、前記mRNAによりコードされるタンパク質とが連結されている、精製cDNA−タンパク質融合体を製造する方法であって、下記(a)〜(g)を含む方法;
(a)前記核酸リンカーを標的mRNAとアニールさせる工程、
ここで、前記標的mRNAは、タンパク質をコードする配列の下流側にHis-タグをコードする配列を有しているmRNAである工程、
(b)前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(c)無細胞タンパク質翻訳系を用いて前記mRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(d)His-タグ配列と親和性のある金属マトリックスに前記mRNA−タンパク質融合体を結合させ、洗浄する工程、
(e)前記金属マトリックス表面のmRNA−タンパク質融合体を逆転写反応に供し、mRNA/cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(f)mRNA/cDNA−タンパク質融合体にRNA分解酵素を作用させてmRNAを分解し、cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(g)前記金属マトリックス表面のcDNA−タンパク質融合体を洗浄し、精製cDNA−タンパク質融合体を溶出する工程。
An mRNA / cDNA-protein fusion comprising the nucleic acid linker according to any one of claims 1 to 4, which is encoded by the mRNA complementary to the mRNA and the mRNA via the nucleic acid linker. A method for producing a purified cDNA-protein fusion linked to a protein, comprising the following (a) to (g):
(A) annealing the nucleic acid linker with the target mRNA;
Wherein the target mRNA is an mRNA having a sequence encoding a His-tag downstream of a sequence encoding a protein;
(B) ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(C) producing a mRNA-protein fusion by synthesizing a protein from the mRNA using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker;
(D) binding the mRNA-protein fusion to a metal matrix having an affinity for the His-tag sequence, and washing;
(E) subjecting the mRNA-protein fusion on the surface of the metal matrix to a reverse transcription reaction to produce an mRNA / cDNA-protein fusion;
(F) a step of producing a cDNA-protein fusion by degrading mRNA by allowing an RNase to act on the mRNA / cDNA-protein fusion;
(G) A step of washing the cDNA-protein fusion on the surface of the metal matrix and eluting the purified cDNA-protein fusion.
前記工程(c)において、前記mRNA−タンパク質融合体を作製する途中、もしくは作製後に、10分〜2時間高濃度塩の存在下で前記タンパク質を成熟させる工程を設けることを特徴とする、請求項15に記載の方法。   In the step (c), a step of maturing the protein in the presence of a high concentration salt for 10 minutes to 2 hours is provided during or after the production of the mRNA-protein fusion. 15. The method according to 15. 前記金属マトリックスが、Ni被覆された磁気性ビーズであることを特徴とする、請求項15又は16に記載の方法。   The method according to claim 15 or 16, characterized in that the metal matrix is Ni-coated magnetic beads. 請求項10に記載のmRNA/cDNA−タンパク質融合体又は請求項11に記載のcDNA−タンパク質融合体を用いて、標的物質と親和性の高いタンパク質をコードするDNAを選択する方法であって、下記の(a)〜(c)及び(j)の工程、もしくは(a)〜(j)の工程を含む、方法;
(a)前記標的物質を固相表面に固定化させる工程、
(b)前記mRNA/cDNA−タンパク質融合体又はcDNA−タンパク質融合体を、固定化させた標的物質に接触させて、標的物質と結合するタンパク質を含むmRNA/cDNA−タンパク質融合体又はcDNA−タンパク質融合体を選定する工程、
(c)選定されたmRNA/cDNA−タンパク質融合体又はcDNA−タンパク質融合体からタンパク質をコードするcDNAを分離し、得られたcDNA断片をPCR増幅させる工程、
(d)増幅させたcDNA断片を用いて翻訳反応促進に必要な配列及びHis-タグをコードする配列を含むテンプレートDNAを調製し、mRNAに転写して、請求項1〜4のいずれか一項に記載の核酸リンカーとアニールさせ、前記mRNAの3'末端と前記核酸リンカーの5'末端とをライゲーションさせて、mRNA−核酸リンカーを製造する工程、
(e)無細胞タンパク質翻訳系を用いて工程(d)のmRNAからタンパク質を合成し、かつ当該タンパク質のC末端を前記核酸リンカーにおけるピューロマイシンと結合させることにより、mRNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(f)His-タグ配列と親和性のある金属マトリックスに前記mRNA−タンパク質融合体を結合させ、洗浄する工程、
(g)前記金属マトリックス表面のmRNA−タンパク質融合体を逆転写反応に供し、mRNA/cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
または、さらにmRNA/cDNA−タンパク質融合体にRNA分解酵素を作用させてmRNAを分解し、cDNA−タンパク質融合体を作製する工程、
(h)前記金属マトリックス表面のmRNA/cDNA−タンパク質融合体もしくはcDNA−タンパク質融合体を洗浄し、精製mRNA/cDNA−タンパク質融合体もしくは精製cDNA−タンパク質融合体を溶出させる工程、
(i)前記工程(b)以降を繰り返す工程、
(j)前記工程(c)で得られた増幅DNA断片、又は工程(b)〜工程(i)までを1回以上繰り返した後の工程(c)で得られたDNA断片を、標的物質と親和性の高いタンパク質をコードするDNAとして選択する工程。
A method for selecting a DNA encoding a protein having a high affinity with a target substance using the mRNA / cDNA-protein fusion according to claim 10 or the cDNA-protein fusion according to claim 11. (A) to (c) and (j), or (a) to (j).
(A) a step of immobilizing the target substance on a solid surface;
(B) An mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion comprising a protein that binds to a target substance by contacting the mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion with an immobilized target substance. The process of selecting the body,
(C) separating a cDNA encoding a protein from the selected mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion, and PCR-amplifying the obtained cDNA fragment;
(D) A template DNA containing a sequence necessary for promoting a translation reaction and a sequence encoding a His-tag is prepared using the amplified cDNA fragment, transcribed into mRNA, and any one of claims 1 to 4. Annealing the nucleic acid linker according to claim 2 and ligating the 3 ′ end of the mRNA and the 5 ′ end of the nucleic acid linker to produce an mRNA-nucleic acid linker;
(E) An mRNA-protein fusion is prepared by synthesizing a protein from the mRNA of step (d) using a cell-free protein translation system and binding the C-terminus of the protein to puromycin in the nucleic acid linker. Process,
(F) binding and washing the mRNA-protein fusion to a metal matrix having an affinity for a His-tag sequence;
(G) subjecting the mRNA-protein fusion on the surface of the metal matrix to a reverse transcription reaction to produce an mRNA / cDNA-protein fusion;
Alternatively, a step of further degrading mRNA by causing an RNase to act on the mRNA / cDNA-protein fusion to produce a cDNA-protein fusion,
(H) washing the mRNA / cDNA-protein fusion or cDNA-protein fusion on the surface of the metal matrix and eluting the purified mRNA / cDNA-protein fusion or purified cDNA-protein fusion;
(I) a step of repeating the steps (b) and thereafter;
(J) The amplified DNA fragment obtained in the step (c) or the DNA fragment obtained in the step (c) after repeating the steps (b) to (i) at least once is used as a target substance. A process of selecting DNA encoding a protein with high affinity.
前記工程(a)において、標的物質を固定化に先立ちあらかじめビオチン化しておき、かつ固定化させる固相として、ストレプトアビジンを結合させた磁気性ビーズを用いることを特徴とする、請求項18に記載の方法。   The magnetic beads to which streptavidin is bound are used as the solid phase in which the target substance is biotinylated in advance in the step (a) prior to immobilization and is immobilized. the method of. 標的物質と親和性の高いタンパク質を同定、もしくは取得する方法であって、
請求項18又は19に記載の方法で選択された、標的物質と親和性の高いタンパク質をコードするDNAを回収し、その塩基配列を決定する工程を含む方法。
A method for identifying or obtaining a protein having a high affinity for a target substance,
A method comprising the steps of recovering DNA encoding a protein having a high affinity for a target substance selected by the method according to claim 18 and 19 and determining a base sequence thereof.
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