JP2017216961A - Non-natural amino acid-containing peptide library - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide chemical modification after peptide translation in which a non-natural amino acid present on a peptide sequence of a cDNA-display molecule and a bulky functional group are subjected to a Huisgen cycloaddition reaction.SOLUTION: According to the present invention, there is provided a method for modifying a peptide after translation, the method comprising: using an aminoacylated tRNA in which a non-natural amino acid and tRNA are bound to translate an mRNA-linker conjugate in which mRNA having a predetermined sequence is bound to a linker in a cell-free translation system without a termination factor; displaying a peptide on the conjugate; and using a Huisgen cycloaddition reaction without using a metal complex to introduce a bulky functional group into the peptide to modify the peptide after translation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ペプチドの翻訳後修飾方法に関する。より詳細には、cDNAディスプレイ法を用いて得られた、cDNAディスプレイ分子上の非天然アミノ酸を含むペプチドの翻訳後修飾方法に関する。   The present invention relates to a method for post-translational modification of peptides. More particularly, the present invention relates to a method for post-translational modification of a peptide containing an unnatural amino acid on a cDNA display molecule obtained by using a cDNA display method.

従来、医薬品としては、種々の生理活性を有する菌の二次代謝産物、そうした二次代謝産物の誘導体、それらの構造に基づきドラッグデザインを行なった合成化合物等が用いられてきた。   Conventionally, as pharmaceuticals, secondary metabolites of bacteria having various physiological activities, derivatives of such secondary metabolites, synthetic compounds that have been drug-designed based on their structures, and the like have been used.

生理活性を有する中分子を多数の候補分子の中から選択するには、効率のよいスクリーニング方法が必要とされ、そうしたスクリーニング方法の1つとして、無細胞翻訳系を用いたディスプレイ法が挙げられる。こうしたディスプレイ法の例としては、例えば、mRNAディスプレイ法、cDNAディスプレイ法等を挙げることができる(非特許文献1、以下、「従来技術1」という)。   In order to select a medium molecule having physiological activity from a large number of candidate molecules, an efficient screening method is required, and one of such screening methods is a display method using a cell-free translation system. Examples of such display methods include, for example, mRNA display method, cDNA display method and the like (Non-patent Document 1, hereinafter referred to as “Prior Art 1”).

一方で、種々の機能性物質、例えば、医薬の候補化合物を作り出すために、クリックケミストリーが確立された(非特許文献2)。クリックケミストリーは、「Click(カチッと音を立てて結合する)」という用語に示されるように、簡便に強固な結合を形成させることができ、選択性及び収率の高い、高速反応を基盤技術として用いることを特徴としている。そして、クリックケミストリーの代表的な反応として、アジドとアルキンとを用いるヒュスゲン環化(Huisgen[3+2]環化)が知られている(以下、「従来技術2」という)。   On the other hand, click chemistry has been established in order to create various functional substances, for example, drug candidate compounds (Non-patent Document 2). Click chemistry, as indicated by the term “Click”, can easily form a strong bond, and is a basic technology based on high-speed reaction with high selectivity and yield. It is used as a feature. As a typical reaction of click chemistry, Huisgen cyclization (Huisgen [3 + 2] cyclization) using azide and alkyne is known (hereinafter referred to as “prior art 2”).

Figure 2017216961
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実際に、シャープレスは、クリックケミストリーに基づく手法を用いて、2つの阻害剤をアセチルコリンエステラーゼ(AChE)内で架橋させ、リンカーの探索を行い、その結果、AchE阻害剤を発見することに成功している(非特許文献3)。   In fact, Sharpless succeeded in discovering AchE inhibitors by cross-linking two inhibitors in acetylcholinesterase (AChE) using a click chemistry-based approach and searching for linkers. (Non-patent Document 3).

一方で、分子量が50〜1000Da程度の低分子医薬品は、血液脳関門を通過して、脳内に入ることができ、また、細胞膜の中や核にまで入りこむことができるため、標的となるタンパク質に結合して薬の効果を発揮することが期待できる。
また、副作用の低減を目的とした抗体医薬等も開発されてきた。抗体医薬は、抗体という巨大分子を用いるために人工合成が難しく、また、生物に産生させるにしても、量産が難しく、精製に時間と手間がかかる。このため、次世代医薬品として、ペプチドや、次世代抗体等の「中分子」を含む、中分子医薬品が注目されるようになってきた(以下、「従来技術3」という)。
On the other hand, low molecular weight drugs with a molecular weight of about 50-1000 Da can pass through the blood-brain barrier and enter the brain, and can penetrate into the cell membrane and even into the nucleus. Can be expected to exert the effect of the drug.
In addition, antibody drugs and the like for the purpose of reducing side effects have been developed. Antibody drugs are difficult to artificially synthesize due to the use of macromolecules called antibodies, and even if they are produced by living organisms, mass production is difficult, and purification takes time and labor. For this reason, as a next-generation drug, a medium-molecular drug including “middle molecule” such as a peptide and a next-generation antibody has attracted attention (hereinafter referred to as “Prior Art 3”).

J. Yamaguchi, et al. Nucleic Acids Res, Vol.37, e108 (2009)J. Yamaguchi, et al. Nucleic Acids Res, Vol.37, e108 (2009) Kolb, H. C.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2001Kolb, H. C .; Finn, M. G .; Sharpless, K. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2001 Sharpless, K. B. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6686Sharpless, K. B. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6686

従来技術1における無細胞系翻訳は、穏やかな条件の下で多様性を持つペプチドライブラリを作製する上では優れた方法である。しかしながら、mRNAがリボソームに取り込まれて翻訳される工程で問題が起こることがある。すなわち、リボソームは嵩高い側鎖のついたアミノ酸(以下、「非天然アミノ酸」ということがある。)を取り込むことができず、このため、ペプチド中に取り込ませることができる非天然アミノ酸が限定されてしまい、十分な多様性を持った機能性ペプチドライブラリを作製できないという問題があった。   The cell-free translation in Prior Art 1 is an excellent method for preparing a peptide library having diversity under mild conditions. However, problems may arise during the process of mRNA being taken up by ribosomes and translated. That is, the ribosome cannot take in amino acids with bulky side chains (hereinafter sometimes referred to as “unnatural amino acids”), and this limits the unnatural amino acids that can be incorporated into peptides. Therefore, there is a problem that a functional peptide library having sufficient diversity cannot be produced.

また、従来技術2におけるヒュスゲン環化付加反応は、周囲の環境や条件にほとんど影響を受けず、水中や生体適合条件下でも進行し、信頼性が高いという点では優れた反応である。しかしながら、上記のヒュスゲン環化付加反応では、金属触媒を使用するため、環化反応中に生成されたペプチドの切断が起こるという問題があった。また、銅イオンは反応性に富むために活性酸素などの不安定分子を作り出してDNAなど生物にとって重要な分子を無差別に壊してしまう問題があった。   Further, the Huesgen cycloaddition reaction in the prior art 2 is an excellent reaction in that it is hardly affected by the surrounding environment and conditions, proceeds under water and under biocompatible conditions, and has high reliability. However, in the above-mentioned Huisgen cycloaddition reaction, since a metal catalyst is used, there is a problem that the peptide generated during the cyclization reaction is cleaved. In addition, since copper ions are rich in reactivity, there is a problem in that unstable molecules such as active oxygen are created and molecules such as DNA that are important for organisms are indiscriminately broken.

一方で、従来技術3における低分子化合物のなかには、薬理作用を有するものの標的分子に対する特異性が低いため、有効に使用できないといった問題があった。
また、低分子医薬品となり得る候補薬剤、ペプチド及び次世代抗体等の「中分子」を含む中分子医薬品となり得る候補化合物を得るためには、候補となるペプチドを単にスクリーニングするだけでなく、それらに、新たな機能を付与すること、さらに、優れた候補を選択できるようにすることが必要である。このため、ライブラリサイズを現状より大きい1012程度とすることが必要であるが、実際には作成されていない。
On the other hand, among the low molecular weight compounds in the prior art 3, there is a problem that although it has a pharmacological action, its specificity to the target molecule is low, so that it cannot be used effectively.
In addition, in order to obtain candidate drugs that can be low molecular weight drugs, peptides, and candidate compounds that can be medium molecular weight drugs including “middle molecules” such as next-generation antibodies, the candidate peptides are not simply screened. It is necessary to give a new function and to be able to select an excellent candidate. For this reason, it is necessary to make the library size about 10 12 larger than the current size, but it is not actually created.

このため、上記のcDNAディスプレイ法で翻訳産物として得られたペプチドを修飾し、効率的、かつ収率の高い方法に対する強い社会的要請があった。   For this reason, there has been a strong social demand for an efficient and high yield method by modifying the peptide obtained as a translation product by the cDNA display method.

こうした状況の下で、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねて本願発明を完成したものである。
すなわち、本発明の態様は、(1)所定の配列を有するmRNAをリンカーと結合させてmRNA-リンカー連結体を得るリンカー結合工程と;(2)無細胞翻訳系から終結因子を除去する終結因子除去工程と;(3)非天然アミノ酸アミノアシル化酵素を用いて非天然アミノ酸とtRNAとを結合させ、アミノアシル化tRNAを調製するアミノアシル化工程と;(4)前記mRNA-リンカー連結体を、前記アミノアシル化tRNAを含む、前記終結因子を除去した無細胞翻訳系で翻訳し、前記非天然アミノ酸を含むペプチドを、前記mRNA−リンカー連結体にディスプレイする、cDNAディスプレイ分子作製工程と;
Under such circumstances, the inventors of the present invention have completed the present invention through extensive research.
That is, an embodiment of the present invention includes (1) a linker binding step of binding mRNA having a predetermined sequence to a linker to obtain an mRNA-linker conjugate; (2) a termination factor that removes the termination factor from the cell-free translation system A removal step; (3) an aminoacylation step of preparing an aminoacylated tRNA by binding an unnatural amino acid and tRNA using an unnatural amino acid aminoacylating enzyme; and (4) the mRNA-linker conjugate is converted to the aminoacyl conjugate. A cDNA display molecule production step of translating in a cell-free translation system containing a tRNA containing the terminator and displaying the unnatural amino acid peptide on the mRNA-linker conjugate;

(5)前記cDNAディスプレイ分子を固相と結合させる固相化工程と;(6)前記固相化工程で固相化されたcDNAディスプレイ分子を精製する精製工程と;(7)前記精製工程で得られたcDNAディスプレイ分子に結合されているペプチドに、金属錯体を使用しないヒュスゲン環化付加反応を利用して嵩高い官能基を導入し、前記非天然アミノ酸を含むペプチドを修飾する修飾工程と;(8)前記修飾されたcDNAディスプレイ分子を固相から切り離す切断工程と;を備えることを特徴とする、ペプチドの翻訳後修飾方法である。 (5) a solid phase immobilization step for binding the cDNA display molecule to a solid phase; (6) a purification step for purifying the cDNA display molecule immobilized in the solid phase immobilization step; and (7) in the purification step. A modification step of modifying the peptide containing the unnatural amino acid by introducing a bulky functional group into the peptide bound to the obtained cDNA display molecule using a Husgen cycloaddition reaction without using a metal complex; (8) a post-translational modification method for a peptide, comprising a cleavage step of cleaving the modified cDNA display molecule from a solid phase.

また、前記tRNAは、終止コドンを認識するアンチコドン、又は4〜6塩基の拡張コドンに対するアンチコドンを有することが、非天然アミノ酸をペプチドに配列させる点から好ましい。また、前記アミノアシル化工程では、非天然アミノ酸アミノアシル化酵素を使用することが非天然アミノ酸をtRNAに効率よく結合させる点から好ましく、チロシルtRNA合成酵素、ピロリシルtRNA合成酵素、トリプトファニルtRNA合成酵素、フェニルアラニルtRNA合成酵素、ロイシルtRNA合成酵素、リシルtRNA合成酵素、グルタミルtRNA合成酵素及びこれらの変異体、及びフレキシザイムからなる群から選ばれるいずれかの酵素を使用することがより好ましい。     The tRNA preferably has an anticodon that recognizes a stop codon or an anticodon for an extended codon of 4 to 6 bases from the viewpoint of arranging unnatural amino acids into a peptide. Also, in the aminoacylation step, it is preferable to use an unnatural amino acid aminoacylase from the viewpoint of efficiently binding an unnatural amino acid to tRNA. Tyrosyl tRNA synthetase, pyrrolylsil tRNA synthetase, tryptophanyl tRNA synthetase, phenylarayl. It is more preferable to use any enzyme selected from the group consisting of nil tRNA synthetase, leucyl tRNA synthetase, lysyl tRNA synthetase, glutamyl tRNA synthetase and mutants thereof, and flexizyme.

また、前記金属錯体は、Cu(I)であることが、ヒュスゲン環化付加反応時に、合成したペプチドや、DNAやRNAを分解する傾向を抑える点で好ましい。また前記嵩高い官能基は、一般式Iで表される化合物に含まれることが、ヒュスゲン環化付加反応を効率よく行う点で好ましい。   The metal complex is preferably Cu (I) from the viewpoint of suppressing the tendency of decomposing the synthesized peptide, DNA, or RNA during the Husgen cycloaddition reaction. The bulky functional group is preferably contained in the compound represented by the general formula I from the viewpoint of efficiently carrying out the Husgen cycloaddition reaction.

Figure 2017216961
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式中、−Xは、炭素鎖又は少なくとも酸素原子を含む炭素鎖で構成される側鎖と、その末端に結合した、ビオチン、蛍光色素、蛍光タンパク質、薬剤候補となる低分子化合物、及び錯体金属を含む環状化合物からなる群から選ばれるいずれかの分子を備える嵩高い官能基である。   In the formula, -X represents a side chain composed of a carbon chain or a carbon chain containing at least an oxygen atom, and biotin, a fluorescent dye, a fluorescent protein, a low molecular compound serving as a drug candidate, and a complex metal bonded to the terminal It is a bulky functional group comprising any molecule selected from the group consisting of cyclic compounds containing.

前記非天然アミノ酸は、側鎖にアジドを有することが前記嵩高い官能基とのヒュスゲン環化付加反応を効率よく行う点で好ましく、化学式II〜Vで表される化合物からなる群から選ばれるいずれかであることが、前記非天然アミノ酸アミノアシル化酵素及び前記嵩高い官能基の両方との反応に適している点からより好ましい。     The non-natural amino acid preferably has an azide in the side chain from the viewpoint of efficiently performing the Husgen cycloaddition reaction with the bulky functional group, and is selected from the group consisting of compounds represented by chemical formulas II to V. It is more preferable that it is suitable for the reaction with both the unnatural amino acid aminoacylating enzyme and the bulky functional group.

Figure 2017216961
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本発明の翻訳後修飾方法によれば、金属錯体によるDNA、RNA及びペプチドの分解を抑えつつ、cDNAディスプレイ法を用いて得られた非天然アミノ酸を含むペプチドライブラリを、翻訳後に修飾することができる。   According to the post-translational modification method of the present invention, a peptide library containing unnatural amino acids obtained by using the cDNA display method can be post-translationally modified while suppressing degradation of DNA, RNA and peptides by metal complexes. .

図1は、ヒュスゲン環化付加反応による翻訳後のペプチド修飾の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of post-translational peptide modification by Huesgen cycloaddition reaction. 図2Aは、嵩高い官能基の一例を示した図(1)である。FIG. 2A is a diagram (1) showing an example of a bulky functional group. 図2Bは、嵩高い官能基の一例を示した図(2)である。FIG. 2B is a diagram (2) showing an example of a bulky functional group. 図2Cは、嵩高い官能基の一例を示した図(3)である。FIG. 2C is a diagram (3) showing an example of a bulky functional group. 図2Dは、嵩高い官能基の一例を示した図(4)である。FIG. 2D is a diagram (4) showing an example of a bulky functional group.

図3は、光架橋型リンカーの模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a photocrosslinking linker. 図4は、光架橋型リンカーとmRNAとの結合の一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a bond between a photocrosslinkable linker and mRNA. 図5は、酵素型リンカーを示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an enzyme-type linker. 図6は、アミノアシル化tRNAの電気泳動写真である。FIG. 6 is an electrophoresis photograph of aminoacylated tRNA.

図7は、銅触媒を用いずにヒュスゲン環化付加反応させた場合の、cDNAディスプレイの電気泳動写真である。FIG. 7 is an electrophoretogram of the cDNA display when the Husgen cycloaddition reaction is carried out without using a copper catalyst. 図8は、銅触媒を用いてヒュスゲン環化付加反応させた場合の、cDNAディスプレイ状態を示す電気泳動写真である。FIG. 8 is an electrophoretogram showing the cDNA display state when the Husgen cycloaddition reaction is carried out using a copper catalyst. 図9は、銅触媒を用いずにヒュスゲン環化付加反応させた場合の、非天然アミノ酸の導入効率を調べたゲルシフトアッセイの結果を示す写真である。FIG. 9 is a photograph showing the results of a gel shift assay in which the introduction efficiency of an unnatural amino acid was examined when a Husgen cycloaddition reaction was carried out without using a copper catalyst.

以下に、本発明を、図1を参照しつつ、詳細に説明する。
本発明は、上述したように(1)リンカー結合工程と;(2)終結因子除去工程と;(3)アミノアシル化工程と;(4)cDNAディスプレイ分子作製工程と;(5)固相化工程と;(6)精製工程と;(7)修飾工程と;(8)切断工程と;を備えることを特徴とする、ペプチドの翻訳後修飾方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG.
As described above, the present invention comprises (1) a linker binding step; (2) a termination factor removal step; (3) an aminoacylation step; (4) a cDNA display molecule production step; (5) an immobilization step. And (6) a purification step; (7) a modification step; and (8) a cleavage step.

上記(1)のリンカー結合工程では、まずDNAライブラリから所望の配列のDNAを選別する。ここで、「所望の配列」とは、目的のタンパク質やペプチドをコードするDNA配列及びそれらに類似する配列をいい、終止コドンを有するmRNAと相補的な塩基配列を有するDNA配列及びそれらに類似する配列であることが好ましい。   In the linker binding step (1) above, first, DNA having a desired sequence is selected from a DNA library. Here, the “desired sequence” means a DNA sequence encoding a target protein or peptide and a sequence similar thereto, and a DNA sequence having a base sequence complementary to an mRNA having a stop codon and similar thereto. A sequence is preferred.

上記選別したDNAと、所望のプロモーター、及びフルコンストラクトDNA作製に必要なその他の配列を用いて、mRNAを調製する。ここで、「フルコンストラクトDNAの作製に必要なその他の配列」としては、mRNAの終止コドンに相補的な配列、Hisタグ等の精製用のタグ配列等を挙げることができる。上記のような配列を含むDNA断片を作製し、伸長PCRによってDNAを増幅させ、二本鎖のフルコンストラクトDNAを得ることができる。   MRNA is prepared using the selected DNA, a desired promoter, and other sequences necessary for preparing a full construct DNA. Here, examples of “other sequences necessary for the production of full construct DNA” include sequences complementary to the stop codon of mRNA, tag sequences for purification such as His tags, and the like. A DNA fragment containing the sequence as described above is prepared, and the DNA is amplified by extension PCR to obtain a double-stranded full construct DNA.

また、得られた二本鎖のフルコンストラクトDNAを常法に従って転写し、mRNAを得ることができる。ここで、ScriptMAX(R) Thermo T7 Transcription Kit(東洋紡(株)社製)やRiboMAX(登録商標) Large Scale RNA Production System-T7(プロメガ社製)、T7 Transcription Kit(コスモバイオ(株)社製)その他の市販の転写キットを使用すると、迅速、簡便、かつ精度よく転写を行い、mRNAを調製することができる。
上記で得られたmRNAをリンカーと結合させて、リンカー−mRNA連結体を調製する。リンカーとしては、T4RNAリガーゼを用いてリンカーとmRNAのライゲーションを行う、酵素型リンカーを用いることができる。
Further, the obtained double-stranded full construct DNA can be transcribed according to a conventional method to obtain mRNA. Here, ScriptMAX (R) Thermo T7 Transcription Kit (Toyobo Co., Ltd.), RiboMAX (Registered Trademark) Large Scale RNA Production System-T7 (Promega), T7 Transcription Kit (Cosmo Bio Co., Ltd.) When other commercially available transcription kits are used, mRNA can be prepared by performing transcription quickly, simply and accurately.
The mRNA obtained above is bound to a linker to prepare a linker-mRNA conjugate. As the linker, an enzyme-type linker that ligates the linker and mRNA using T4RNA ligase can be used.

また、光架橋連結型リンカーを使用することが、短時間でライゲーションを行うことが出来る点で好ましい。こうした光架橋連結型リンカーとしては、高速光架橋型人工核酸(3−シアノビニルカルバゾール)(以下、「cnvk」ということがある。)を主鎖中に含む光架橋型リンカーを使用することが、迅速かつ効率よく、リンカー−mRNA連結体を得られる点で好ましい。   Moreover, it is preferable to use a photocrosslinking linking linker in that ligation can be performed in a short time. As such a photocrosslinkable linker, use of a photocrosslinkable linker containing a high-speed photocrosslinkable artificial nucleic acid (3-cyanovinylcarbazole) (hereinafter sometimes referred to as “cnvk”) in the main chain, This is preferable in that a linker-mRNA conjugate can be obtained quickly and efficiently.

上記(2)の終結因子除去工程では、無細胞翻訳系から、終結因子であるRF1、RF2及びR3を除去する。これにより、リボソームの小サブユニットでmRNA上の終止コドンが解読された場合においても翻訳が終結しないようになる。すなわち、後述する非天然アミノ酸によってtRNAがアミノアシル化され、かつ終止コドンに対応するアンチコドンを有するtRNAが、終止コドン部位に運ばれ、非天然アミノ酸がペプチドに配列され、その後も翻訳が継続する。   In the termination factor removing step (2) above, the termination factors RF1, RF2 and R3 are removed from the cell-free translation system. This prevents translation from being terminated even when the stop codon on the mRNA is decoded by a small subunit of the ribosome. That is, tRNA is aminoacylated with an unnatural amino acid to be described later, and tRNA having an anticodon corresponding to the stop codon is transferred to the stop codon site, the unnatural amino acid is arranged in a peptide, and translation continues thereafter.

終結因子を除去した無細胞翻訳系は、大腸菌で翻訳反応に関与する開始因子(IF1、IF2及びIF3)、伸長因子(EF-Tu、EF-Ts及びEF-G)、リボソーム再生因子(RRF)、20種類のアミノアシルtRNA合成酵素(ARS)、メチオニルtRNAフォルミル転移酵素(MTF)、リボソーム、T7 RNAポリメラーゼ等を個別に精製した後、アミノ酸、NTP、tRNA等と混合して再構成することで得ることができる。
また、PUREfrex(登録商標)(ジーンフロンティア(株)製)等から、終結因子を除去した無細胞翻訳系を購入して使用することもできる。
The cell-free translation system with the termination factor removed is the initiation factor (IF1, IF2 and IF3), elongation factor (EF-Tu, EF-Ts and EF-G), ribosome regeneration factor (RRF) involved in the translation reaction in E. coli 20 types of aminoacyl-tRNA synthetase (ARS), methionyl-tRNA formyltransferase (MTF), ribosome, T7 RNA polymerase, etc. are purified separately and then reconstituted by mixing with amino acids, NTP, tRNA, etc. be able to.
In addition, a cell-free translation system from which a termination factor has been removed can be purchased from PUREfrex (registered trademark) (manufactured by Gene Frontier Co., Ltd.) or the like.

上記(3)のアミノアシル化工程では、まず、ペプチドに配列させる非天然アミノ酸を選択しtRNAを調製する。次いで、選択した非天然アミノ酸を、化学的アミノアシル化法又は非天然アミノアシル化酵素を使用して、調製したtRNAに結合させる。     In the aminoacylation step (3) above, first, an unnatural amino acid to be sequenced in a peptide is selected to prepare a tRNA. The selected unnatural amino acid is then coupled to the prepared tRNA using chemical aminoacylation methods or unnatural aminoacylation enzymes.

化学的アミノアシル化法による非天然アミノ酸のアミノアシル化は、常法によって行うことができる。例えば、非天然アミノ酸としてtert-ブトキシカルボニル基で保護されたN-Boc‐ニトロフェニルアラニンを選択した場合、まず、当該非天然アミノ酸をシアノメチル化し、リン酸-デオキシシトシン-リン酸-アデノシン(pdCpA)ジヌクレオチドを付加した後、トリフルオロ酢酸で処理してBocを除去する。次いで、ニトロフェニルアラニル-pdCpAをtRNAに結合させ、ニトロフェニルアラニル-tRNAを得ることができる。   Aminoacylation of an unnatural amino acid by a chemical aminoacylation method can be performed by a conventional method. For example, when N-Boc-nitrophenylalanine protected with a tert-butoxycarbonyl group is selected as the unnatural amino acid, first, the unnatural amino acid is cyanomethylated, and phosphoric acid-deoxycytosine-phosphoric acid-adenosine (pdCpA) dipeptide. Following the addition of nucleotides, treatment with trifluoroacetic acid removes Boc. Nitrophenylalanyl-pdCpA can then be bound to tRNA to give nitrophenylalanyl-tRNA.

非天然アミノ酸アミノアシル化酵素を使用する場合は、当該酵素を使用できる非天然アミノ酸とtRNAとのペアを選択する。例えば、非天然アミノ酸アミノアシル化酵素にチロシルtRNA合成酵素を選択した場合、例えば3-ヨード-L-チロシンのようなチロシンと構造が似ている非天然アミノ酸及びtRNATryを選択するとよい。また、ピロリシルtRNA合成酵素を使用する場合は、例えばピロリシンのような側鎖の末端にピロリン環が結合したリシンと構造が似た非天然アミノ酸及びtRNAPylを選択するとよい。 When an unnatural amino acid aminoacylating enzyme is used, a pair of an unnatural amino acid and tRNA that can use the enzyme is selected. For example, when tyrosyl-tRNA synthetase is selected as the unnatural amino acid aminoacylating enzyme, a non-natural amino acid similar to tyrosine such as 3-iodo-L-tyrosine and tRNA Try may be selected. Further, when using pyrrolylsyl tRNA synthetase, for example, a non-natural amino acid and tRNA Pyl similar in structure to lysine having a pyrroline ring bound to the end of a side chain such as pyrrolysine may be selected.

アミノアシル化の効率を向上させるために、上記非天然アミノ酸アミノアシル化酵素の変異体を使用することもできる。本明細書中、「非天然アミノ酸アミノアシル化酵素の変異体」とは、当該酵素のアミノ酸配列上の一部のアミノ酸を、他のアミノ酸に置換した酵素をいう。例えば、チロシルtRNA合成酵素の場合、37番目のチロシンをバリンに、195番目のグルタミンをシステインに置換することで、L-チロシンに比べて3-ヨード-L-チロシンとtRNATryとのアミノアシル化反応が10倍近く向上する。
また、上記非天然アミノ酸アミノアシル化酵素を変異させることで、変異前とは異なる非天然アミノ酸とtRNAとのアミノアシル化を行うことができる。例えば、ピロリシルtRNA合成酵素の309番目のロイシンをアラニンに、348番目のシステインをバリンに置換することで、Z-リシンとRNAPlyのアミノアシル化を行うことができる。
In order to improve the efficiency of aminoacylation, a mutant of the above-mentioned non-natural amino acid aminoacylating enzyme can also be used. In the present specification, the “variant of an unnatural amino acid aminoacylating enzyme” refers to an enzyme in which some amino acids on the amino acid sequence of the enzyme are substituted with other amino acids. For example, in the case of tyrosyl tRNA synthetase, aminoacylation reaction of 3-iodo-L-tyrosine and tRNA Try is compared to L-tyrosine by replacing 37th tyrosine with valine and 195th glutamine with cysteine. Improves nearly 10 times.
Further, by mutating the unnatural amino acid aminoacylating enzyme, aminoacylation between a non-natural amino acid and tRNA different from those before mutation can be performed. For example, aminoacylation of Z-lysine and RNA Ply can be performed by substituting the 309th leucine of a pyrrolylsil tRNA synthetase with alanine and the 348th cysteine with valine.

非天然アミノ酸アミノアシル化酵素にフレキシザイムを使用する場合、非天然アミノ酸を認識できるよう、必要に応じて非天然アミノ酸基質の調製及びtRNAの調製を行い、その後tRNAのアミノアシル化を行う。ここで、終止コドンに対応するアンチコドンを有するtRNAを用いることが、mRNA-リンカー連結体上のペプチド連結部位に、所望の非天然アミノ酸を配置させやすい点で好ましい。   When flexizyme is used for an unnatural amino acid aminoacylating enzyme, an unnatural amino acid substrate and tRNA are prepared as necessary so that the unnatural amino acid can be recognized, and then tRNA is aminoacylated. Here, it is preferable to use a tRNA having an anticodon corresponding to the stop codon because a desired unnatural amino acid can be easily arranged at the peptide linking site on the mRNA-linker conjugate.

非天然アミノ酸アミノアシル化酵素は、チロシルtRNA合成酵素、ピロリシルtRNA合成酵素、トリプトファニルtRNA合成酵素、フェニルアラニルtRNA合成酵素、ロイシルtRNA合成酵素、リシルtRNA合成酵素、グルタミルtRNA合成酵素及びこれらの変異体、及びフレキシザイムからなる群から選ばれるいずれかであることが、所望の非天然アミノ酸をtRNAに特異性が高く効率よく結合させることができる点で好ましい。非天然アミノ酸アミノアシル化酵素の変異体の例は上述したとおりである。   Non-natural amino acid aminoacylase is tyrosyl tRNA synthetase, pyrrolyl tRNA synthetase, tryptophanyl tRNA synthetase, phenylalanyl tRNA synthetase, leucyl tRNA synthetase, lysyl tRNA synthetase, glutamyl tRNA synthetase and variants thereof And any one selected from the group consisting of flexizyme is preferable in that a desired non-natural amino acid can be efficiently bound to tRNA with high specificity. Examples of variants of the unnatural amino acid aminoacylating enzyme are as described above.

非天然アミノ酸は、後述する修飾工程における嵩高い官能基を有する化合物とヒュスゲン環化付加反応によって結合させるため、側鎖にアジドを有する化合物を選択するのが好ましく、以下の化学式II〜Vで表される化合物からなる群から選ばれるいずれかであることが、嵩高い官能基を有する化合物との反応性を高める点で好ましい。   Since the unnatural amino acid is bonded to the compound having a bulky functional group in the modification step described later by the Husgen cycloaddition reaction, it is preferable to select a compound having an azide in the side chain, which is represented by the following chemical formulas II to V. It is preferable that it is any one selected from the group consisting of the above compounds in terms of enhancing the reactivity with the compound having a bulky functional group.

Figure 2017216961
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ここで、本明細書中、「嵩高い官能基」とは、炭素鎖又は少なくとも酸素原子を含む炭素鎖で構成される側鎖と、その末端に、ビオチン、蛍光色素、蛍光タンパク質、薬剤候補となる低分子化合物、及び錯体金属を含む環状化合物からなる群から選ばれるいずれかの分子を備える官能基をいう。
ここで、側鎖の炭素数は3以上で、側鎖中にカルボニル又はエーテルとし少なくとも酸素原子が含まれることが好ましい。
Here, in the present specification, “bulky functional group” means a side chain composed of a carbon chain or a carbon chain containing at least an oxygen atom, and biotin, a fluorescent dye, a fluorescent protein, a drug candidate at its end. A functional group comprising any molecule selected from the group consisting of a low molecular weight compound and a cyclic compound containing a complex metal.
Here, it is preferable that the side chain has 3 or more carbon atoms, and at least an oxygen atom is contained in the side chain as carbonyl or ether.

側鎖と結合する蛍光色素は、例えばAlexa Fluor(登録商標)系蛍光色素、Pacific Blue、Pacifc Green、Pacific Orange、Coumarin、FITC、ローダミン等の蛍光色素、及びそれらの類似体が挙げられる。蛍光タンパク質はGFP、RFP、CFP等の蛍光タンパク質、及びそれらの類似体である。   Examples of the fluorescent dye that binds to the side chain include Alexa Fluor (registered trademark) fluorescent dye, fluorescent dyes such as Pacific Blue, Pacifc Green, Pacific Orange, Coumarin, FITC, rhodamine, and the like. The fluorescent protein is a fluorescent protein such as GFP, RFP, CFP, and the like.

薬剤候補となる低分子化合物は、分子量が50〜1000Daの化合物であることが好ましく、分子量が300〜500Daであることが、薬剤吸収の観点からさらに好ましい。薬剤候補としては、以下のものを挙げることができる。例えば、がん分子標的薬剤としては、血管内皮増殖因子受容体、繊維芽細胞増殖因子受容体及びヤーヌスキナーゼ等を標的とするチロシンキナーゼ標的型薬剤;分裂促進因子活性化タンパク質キナーゼ、ホスファチジルイノシトール3-キナーゼ及びプロテインキナーゼC等のチロシンキナーゼ以外のキナーゼを標的とする薬剤;ヒストン脱アセチラーゼ及びテロメラーゼ等を標的とするエピジェティクス、テロメア制御及び遺伝子発現に作用する薬剤;ポリ(ADP-ribose)ポリメラーゼやヒートショックタンパク質90等を標的とするタンパク質翻訳後修飾・分解・フォールディング、分子モーター、核外輸送に作用する薬剤;及びアポトーシス阻害因子等を標的とするアポトーシス及びオートファジーに作用する薬剤等である。、   The low molecular weight compound that is a drug candidate is preferably a compound having a molecular weight of 50 to 1000 Da, and more preferably 300 to 500 Da, from the viewpoint of drug absorption. Examples of drug candidates include the following. For example, as cancer molecule targeting drugs, vascular endothelial growth factor receptor, fibroblast growth factor receptor, Janus kinase and other tyrosine kinase targeting drugs; mitogen-activated protein kinase, phosphatidylinositol 3- Drugs that target kinases other than tyrosine kinases such as kinase and protein kinase C; drugs that affect epithetics, telomere control and gene expression targeting histone deacetylase, telomerase, etc .; poly (ADP-ribose) polymerase, These include post-translational modification / degradation / folding of proteins targeting heat shock protein 90 and the like, molecular motors, drugs that act on nuclear transport; and drugs that act on apoptosis and autophagy targeting apoptosis inhibitors and the like. ,

また、錯体金属を含む環状化合物としては、例えばポルフィリン、フタロシアニン、コロール、コリン、クロリン及びそれらの類縁体等を配位子とし、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、コバルト、鉄、銅、ニッケル及びモリブデン等の金属を錯体金属として構成される化合物を挙げることができる。   In addition, as a cyclic compound containing a complex metal, for example, porphyrin, phthalocyanine, corrole, choline, chlorin and analogs thereof are used as ligands, sodium, potassium, magnesium, calcium, zinc, cobalt, iron, copper, nickel And compounds composed of a metal such as molybdenum as a complex metal.

嵩高い官能基の具体例を図2A〜図2Dに示した。これらは、抗HIV薬や抗結核活性化化合物等の様々な医薬候補化合物の探索や、機能性材料の合成及びウイルス表面の修飾等のバイオコンジュゲーション等に使用される。また、嵩高い官能基は、市販のクリックケミストリー用試薬の中からも選択できるが、銅(I)が存在しない条件でも反応する化合物であることが、迅速かつ効率よく生体分子のイメージングやラベリングに使用できる点で好ましい。   Specific examples of bulky functional groups are shown in FIGS. 2A to 2D. These are used for searching various drug candidate compounds such as anti-HIV drugs and anti-tuberculosis activating compounds, bioconjugation such as synthesis of functional materials and virus surface modification. Bulky functional groups can be selected from commercially available click chemistry reagents, but they can react quickly and efficiently for biomolecular imaging and labeling, even if they are free of copper (I). It is preferable in that it can be used.

例えば、非天然アミノ酸アミノアシル化酵素として後述するフレキシザイムdFxを選択した場合、認識部位として3,5-ジニトロベンジルエステル基、及び基質部位として3,5-ジニトロベンジル基を有し、嵩高い官能基、例えばシクロオクチンやその誘導体とヒュスゲン環化付加反応するためのアジド基を有する、非天然アミノ酸を選択することが好ましい。例えば、上記化学式IIIで表される化合物を選択することが、後述するアミノ酸基質の調製をすることなく、アミノアシル化に使用できる点で好ましい。   For example, when flexizyme dFx, which will be described later, is selected as an unnatural amino acid aminoacylating enzyme, a bulky functional group having a 3,5-dinitrobenzyl ester group as a recognition site and a 3,5-dinitrobenzyl group as a substrate site For example, it is preferable to select an unnatural amino acid having an azide group for carrying out a Huisgen cycloaddition reaction with, for example, cyclooctyne or a derivative thereof. For example, it is preferable to select a compound represented by the above chemical formula III in that it can be used for aminoacylation without preparing an amino acid substrate described later.

また、後述するフレキシザイムeFxを選択した場合、認識部位として芳香環及び基質部位としてシアノメチル基を有し、かつヒュスゲン環化付加反応後においても有するアジド基を有する非天然アミノ酸を選択することが好ましい。例えば、化学式IIで表される化合物を選択することが好ましく、化学式IVで表される4-アジド-L-フェニルアラニンや、化学式Vで表されるN-Boc-アジド-L-フェニルアラニン化合物を選択することが、アミノ酸基質の調製をすることなく、アミノアシル化に使用できる点で好ましい。
これにより、官能基の三重結合部分と非天然アミノ酸のアジド基との間のクリック反応によって、簡便かつ高収率に両者を結合することができる。
In addition, when flexizyme eFx described later is selected, it is preferable to select an unnatural amino acid having an aromatic ring as a recognition site and a cyanomethyl group as a substrate site and having an azide group after the Husgen cycloaddition reaction. . For example, it is preferable to select a compound represented by Formula II, and a 4-azido-L-phenylalanine represented by Formula IV or an N-Boc-azido-L-phenylalanine compound represented by Formula V is selected. This is preferable because it can be used for aminoacylation without preparing an amino acid substrate.
Thereby, both can be couple | bonded simply and in high yield by the click reaction between the triple bond part of a functional group, and the azide group of an unnatural amino acid.

フレキシザイムは、非天然アミノ酸中の特定の構造をした部位を認識し、活性化した基質部位にtRNAの3'末端を結合させる人工アミノアシル化酵素である。高効率のアミノアシル化の観点から、主にジニトロベンジルフレキシザイム(以下、dFxということがある)、エンハンスドフレキシザイム(以下、eFxということがある)、アミノフレキシザイム(以下、aFxということがある)等を使用することができる。   Flexizyme is an artificial aminoacylating enzyme that recognizes a site with a specific structure in an unnatural amino acid and binds the 3 ′ end of tRNA to an activated substrate site. From the viewpoint of highly efficient aminoacylation, mainly dinitrobenzyl flexizyme (hereinafter sometimes referred to as dFx), enhanced flexozyme (hereinafter sometimes referred to as eFx), aminoflexizyme (hereinafter also referred to as aFx) Etc. can be used.

例えば、dFxは3,5−ジニトロベンジルエステル基を認識部位とし、活性化した3,5−ジニトロベンジル基を基質部位として、tRNAの3'末端をアミノアシル化する。また、eFxは、芳香環を認識部位とし、活性化したシアノメチル基を基質部位として、アミノアシル化する。aFxは、芳香環を認識部位とし、4-[(2-アミノエチル)カルバモイル]ベンジルエステル基を基質部位として認識する。
フレキシザイムの調製は、アミノアシル化に使用する非天然アミノ酸に応じて、フレキシザイムを選択して合成する。各フレキシザイムは、それぞれ所望のプライマーを合成し、PCRによってDNAを調製した後、転写によって得ることができる。
For example, dFx aminoacylates the 3 ′ end of tRNA using a 3,5-dinitrobenzyl ester group as a recognition site and an activated 3,5-dinitrobenzyl group as a substrate site. In addition, eFx is aminoacylated using an aromatic ring as a recognition site and an activated cyanomethyl group as a substrate site. aFx recognizes an aromatic ring as a recognition site and a 4-[(2-aminoethyl) carbamoyl] benzyl ester group as a substrate site.
The flexizyme is prepared by selecting the flexizyme according to the unnatural amino acid used for aminoacylation. Each flexizyme can be obtained by transcription after synthesizing desired primers and preparing DNA by PCR.

非天然アミノ酸基質の調製は、上記で選択した非天然アミノ酸が、フレキシザイムの認識部位及びtRNAが結合する基質部位を有しないか、有していたとしても、特定のフレキシザイムを使用する目的などの必要性に応じて、上記認識部位又は基質部位を有するように調製する。例えば、eFxの認識部位として芳香環を有する非天然アミノ酸に対して、3,5-ジニトロベンジルクロリドを反応させて、3,5−ジニトロベンジルエステル基を有する非天然アミノ酸を合成することで、dFxを使用することができる。また、認識部位の芳香環を有しているもの、基質部位であるシアノメチル基を有さない場合、例えば、クロロアセトニトリル又はシアノメチルエステルと反応させて、シアノメチル基を有する非天然アミノ酸を合成することで、eFxを使用することができる。   The preparation of the unnatural amino acid substrate is for the purpose of using a specific flexizyme even if the unnatural amino acid selected above does not have a flexizyme recognition site and a substrate site to which tRNA binds. According to the necessity, it prepares so that it may have the above-mentioned recognition part or substrate part. For example, by reacting a non-natural amino acid having an aromatic ring as a recognition site of eFx with 3,5-dinitrobenzyl chloride to synthesize a non-natural amino acid having a 3,5-dinitrobenzyl ester group, dFx Can be used. In addition, when it has an aromatic ring as a recognition site and does not have a cyanomethyl group as a substrate site, for example, react with chloroacetonitrile or cyanomethyl ester to synthesize an unnatural amino acid having a cyanomethyl group. And you can use eFx.

終止コドンに対応するアンチコドンを有するtRNAは、終止コドンであるUAG、UAA又はUGAに対応する各アンチコドンAUC、AUU又はACUのいずれか一つを含むtRNA合成に必要なプライマーを合成し、PCRによってDNAを調製した後、転写によって得ることができる。
上記で得られたtRNAのアミノアシル化は、フレキシザイム及びtRNAを所望のバッファーに溶かした溶液を加熱した後放冷し、氷上で非天然アミノ酸基質を加えて反応させることで行う。
A tRNA having an anticodon corresponding to the stop codon is synthesized by synthesizing a primer necessary for tRNA synthesis containing any one of the anticodons AUC, AUU or ACU corresponding to the stop codons UAG, UAA or UGA, and DNA by PCR. Can be obtained by transcription.
The aminoacylation of the tRNA obtained above is carried out by heating a solution obtained by dissolving flexizyme and tRNA in a desired buffer and then allowing to cool, and adding and reacting with an unnatural amino acid substrate on ice.

本明細書中、「拡張コドン」とは、タンパク質を構成するアミノ酸に対応する3塩基連鎖からなるヌクレオチド配列であるコドンを、人工的に4以上の塩基連鎖からなるヌクレオチド配列に拡張したコドンをいう。対応するアンチコドンを有するtRNAによって、効率よく解読され非天然アミノ酸をペプチドに配列することができる点で、以下の4〜6塩基の拡張コドンが好ましい。4塩基の拡張コドンは、例えば、CGGU、CGCU、CCCU、CUAU及びGGGU;5塩基の拡張コドンは、例えば、CGGUA、CGGUU、CGGUC、CGGUG、CGGAA、CGGAU、CGGAC、CGGAG、CGGCA、CGGCU、CGGCC、CGGCG、CGGGA、CGGGU、CGGGC及びCGGGG;6塩基の拡張コドンは、例えば、CGGUAGが挙げられる。   In the present specification, the term “extended codon” refers to a codon obtained by artificially extending a codon, which is a nucleotide sequence consisting of three base chains corresponding to amino acids constituting a protein, to a nucleotide sequence consisting of four or more base chains. . The following 4 to 6 base extended codons are preferable in that they can be efficiently decoded by tRNA having a corresponding anticodon and sequence unnatural amino acids into peptides. The 4-base extended codon is, for example, CGGU, CGCU, CCCU, CUAU, and GGGU; CGGCG, CGGGA, CGGGU, CGGGC and CGGGG; As for the 6-base extended codon, for example, CGGUAG can be mentioned.

上記拡張コドンに対するアンチコドンを有するtRNAは、所望のtRNA用のプラスミドを構築し、これと所望の配列を有するプライマーを用いてPCRにより鋳型DNAを調製し、これを転写することで得ることができる。   A tRNA having an anticodon for the extension codon can be obtained by constructing a plasmid for a desired tRNA, preparing a template DNA by PCR using this and a primer having a desired sequence, and transcribing it.

例えば、拡張コドンAGGUに対するアンチコドンを有するtRNAACCUを調製する場合、まず、tRNAACCU用のプラスミドAを構築する。当該プラスミドの調製は、まず、下記配列番号1及び2の2つのオリゴヌクレオチドを合成し、所定の濃度のdNTP及びDNAポリメラーゼを用いてPCRを行う。反応液をフェノール/クロロホルム溶液及びクロロホルムで抽出した後、エタノール沈殿によりDNAを得る。次いで、EcoRIで処理したしたのち、T4ポリヌクレオチドキナーゼを用いてリン酸化する。 For example, when preparing a tRNA ACCU having an anticodon for the extension codon AGGU, first, a plasmid A for tRNA ACCU is constructed. In preparation of the plasmid, first, two oligonucleotides of SEQ ID NOs: 1 and 2 below are synthesized, and PCR is performed using dNTP and DNA polymerase at predetermined concentrations. After the reaction solution is extracted with a phenol / chloroform solution and chloroform, DNA is obtained by ethanol precipitation. Next, after treatment with EcoRI, phosphorylation is performed using T4 polynucleotide kinase.

[配列番号1]
5'-CTGCAGTGCGAATTCTGTGGATCGAACACAGGACCTCCAGATTACCTAGTCTGGCGCTCT-3'
[配列番号2]
5'-GGGCTCGAGTAATACGACTCACTATAGCGGATTTAGCTCAGTTGGGAGAGCGCCAGACT-3'
[SEQ ID NO: 1]
5'-CTGCAGTGCGAATTCTGTGGATCGAACACAGGACCTCCAGATTACCTAGTCTGGCGCTCT-3 '
[SEQ ID NO: 2]
5'-GGGCTCGAGTAATACGACTCACTATAGCGGATTTAGCTCAGTTGGGAGAGCGCCAGACT-3 '

得られたDNA断片を8%ゲル電気泳動(PAGE)で分離し、94bpsのバンドを切り出し、溶出バッファーに3時間浸漬する。この溶液にフェノール/クロロホルム溶液及びクロロホルムを加えて水相にDNA断片を抽出した後、エタノール沈殿によりDNAを得る。続いて、得られたDNA断片を、DNAライゲーションキットを用いて、EcoRI‐SmaI断片が欠損したpUC18プラスミドに導入したのち、これを用いて大腸菌MV1184を形質転換する。シングルコロニーをYT培地で培養し、例えばプラスミドミニプレップキット(GMbiolab社製)を使用して、プラスミドAを単離する。   The obtained DNA fragments are separated by 8% gel electrophoresis (PAGE), and a 94 bps band is cut out and immersed in an elution buffer for 3 hours. A phenol / chloroform solution and chloroform are added to this solution to extract DNA fragments in the aqueous phase, and then DNA is obtained by ethanol precipitation. Subsequently, the obtained DNA fragment is introduced into a pUC18 plasmid lacking the EcoRI-SmaI fragment using a DNA ligation kit, and E. coli MV1184 is transformed using this. A single colony is cultured in YT medium, and plasmid A is isolated using, for example, a plasmid miniprep kit (GMbiolab).

続いて、所定の濃度の下記配列番号3のプライマー、配列番号4のプライマー、プラスミドA、dNTP及びDNAポリメラーゼを含むPCR混合液を調製する。PCR増幅後、6%PAGEで分離して、水に溶解させる。プラスミドAの変わりにPCR産物を加えたPCR混合液を用いて再度PCRを行い、精製キットでPCR産物を精製する。その後、所定の濃度のNTP、GMP、MgCl2、DTT、スペルミジン、BSA、無機ピロホスファターゼ、RNase阻害剤、T7RNAポリメラーゼ、Tris-HCl(pH 8.0)に精製したPCR産物を加えた混合液中で転写を行う。転写反応は、37℃で8〜16時間行い、常法に従って精製して目的のtRNAACCUを得ることができる。 Subsequently, a PCR mixed solution containing a primer of SEQ ID NO: 3 below, a primer of SEQ ID NO: 4, plasmid A, dNTP and DNA polymerase at a predetermined concentration is prepared. After PCR amplification, separate by 6% PAGE and dissolve in water. PCR is performed again using a PCR mixed solution in which a PCR product is added instead of plasmid A, and the PCR product is purified with a purification kit. Then, transfer in a mixture of NTP, GMP, MgCl 2 , DTT, spermidine, BSA, inorganic pyrophosphatase, RNase inhibitor, T7 RNA polymerase, and purified PCR product to Tris-HCl (pH 8.0) at the specified concentration. I do. The transcription reaction can be performed at 37 ° C. for 8 to 16 hours, and purified according to a conventional method to obtain the target tRNA ACCU .

[配列番号3]
5'-CAGACTACCGAATCTGGAG-3'
[配列番号4]
5'-CTGCGAATTCTGTGGATCGA-3'
[SEQ ID NO: 3]
5'-CAGACTACCGAATCTGGAG-3 '
[SEQ ID NO: 4]
5'-CTGCGAATTCTGTGGATCGA-3 '

この他、例えば(株)プロテインエクスプレスなどのペプチド合成を行う会社に、所望の拡張コドンに対するアンチコドンを含むtRNAの合成を委託し、さらに、これに所望の非天然アミノ酸が結合した、非天然アミノ酸アミノアシル化tRNAの合成を委託することもできる。   In addition, non-natural amino acid aminoacyl, which is entrusted to a company that synthesizes peptides, such as Protein Express Co., Ltd., to synthesize tRNA containing an anticodon for the desired extension codon, and to which the desired unnatural amino acid is bound. The synthesis of activated tRNA can also be outsourced.

上記(4)のcDNAディスプレイ分子作製工程では、mRNA-リンカー結合工程で得られたmRNA-リンカー連結体を、前記アミノアシル化工程で得られた非天然アミノ酸と結合したアミノアシルtRNAを用いて、所望の条件下、終結因子除去工程で得られた無細胞翻訳系で翻訳する。これにより、mRNA-リンカー連結体上のmRNAが翻訳され、mRNA-リンカー連結上のペプチド結合部位に、非天然アミノ酸が結合したペプチド配列がディスプレイされたcDNAディスプレイ分子を得ることができる。   In the cDNA display molecule preparation step (4) above, the mRNA-linker conjugate obtained in the mRNA-linker binding step is used with the aminoacyl tRNA bound to the non-natural amino acid obtained in the aminoacylation step, to obtain a desired Under the conditions, translation is performed with a cell-free translation system obtained in the termination factor removal step. As a result, a cDNA display molecule can be obtained in which the mRNA on the mRNA-linker conjugate is translated and a peptide sequence in which an unnatural amino acid is bound is displayed at the peptide binding site on the mRNA-linker linkage.

上記(5)の固相化工程では、上記で得られたcDNAディスプレイ分子を、リンカーを介して所望の固相に固定化することができる。リンカーとの固相との結合を形成する分子としては、例えば、固相にアビジン及びストレプトアビジン等が結合されている場合にはビオチン、マルトース結合タンパク質が結合されている場合にはマルトース、Gタンパク質が結合されている場合にはグアニンヌクレオチド、ポリヒスチジンペプチドが結合されている場合にはNi又はCo等の金属が好ましい。   In the solid phase immobilization step (5) above, the cDNA display molecule obtained above can be immobilized on a desired solid phase via a linker. Examples of molecules that form a bond with a solid phase with a linker include, for example, biotin when avidin and streptavidin are bound to the solid phase, maltose when a maltose binding protein is bound, and G protein. When is bound, a metal such as Ni or Co is preferred when a guanine nucleotide is bound and when a polyhistidine peptide is bound.

また、グルタチオン−S−トランスフェラーゼが結合されている場合にはグルタチオン、配列特異的なDNA又はRNA結合タンパク質が結合されている場合にはこれらに特異的な配列を有するDNA又はRNA、抗体又はアプタマーが結合されている場合には抗原又はエピトープペプチド、カルモジュリンが結合されている場合にはカルモジュリン結合ペプチド、ATP結合タンパク質が結合されている場合にはATP、エストラジオール受容体タンパク質が結合されている場合にはエストラジオール等を挙げることができる。これらの中でも、ビオチン、マルトース、Ni又はCo等の金属分子、グルタチオン、抗原分子及びエピトープペプチド等からなる群から選ばれる分子を使用することが好ましく、リンカー合成の容易さの面から、ビオチンを使用することが好ましい。   When glutathione-S-transferase is bound, glutathione, when sequence-specific DNA or RNA binding protein is bound, DNA or RNA, antibody or aptamer having a sequence specific to these When bound, antigen or epitope peptide, when calmodulin is bound, calmodulin binding peptide, when ATP binding protein is bound, ATP, when estradiol receptor protein is bound Examples include estradiol. Among these, it is preferable to use a molecule selected from the group consisting of metal molecules such as biotin, maltose, Ni or Co, glutathione, antigen molecules and epitope peptides, and biotin is used from the viewpoint of easy linker synthesis. It is preferable to do.

上記(6)の精製工程では、固相化したcDNAディスプレイ分子を、例えば、His-タグタンパク質精製用ビーズを用いて精製することができる。こうしたHis-タグタンパク質精製用ビーズとしては、His MagセファロースNi(GE healthcare社製)等を使用することができる。まず、His-タグタンパク質精製用ビーズを、予めHis-タグ洗浄バッファーで洗浄し、洗浄済の上記His-タグタンパク質精製用ビーズに、回収した上記cDNAディスプレイ分子を加え、所望の条件でインキュベートする。次いで、上記ビーズを上記His-タグ洗浄バッファーで洗浄した後に、His-タグタンパク質溶出バッファーを加えて所望の条件で撹拌し、精製したcDNAディスプレイ分子を得ることができる。   In the purification step (6) above, the immobilized cDNA display molecule can be purified using, for example, His-tag protein purification beads. As such a His-tag protein purification bead, His Mag Sepharose Ni (manufactured by GE healthcare) or the like can be used. First, the His-tag protein purification beads are washed in advance with a His-tag washing buffer, and the recovered cDNA display molecules are added to the washed His-tag protein purification beads, and incubated under desired conditions. Then, after washing the beads with the His-tag washing buffer, a His-tag protein elution buffer is added and stirred under desired conditions to obtain a purified cDNA display molecule.

上記(7)の修飾工程では、精製したcDNAディスプレイ分子中の非天然アミノ酸と、嵩高い官能基とを、金属錯体を使用しないヒュスゲン環化付加反応によって結合させ、cDNAディスプレイ上のペプチドを修飾する。ここで、嵩高い官能基は、一般式Iで表される分子を用いることが、穏やかな条件下でペプチドを修飾できる点で好ましい。
また、金属錯体が、金属錯体がCu(I)であることが、細胞に対して毒性を示す銅(I)イオンを使用しないことにより、DNAの安定性及びタンパク質等を標識でき、細胞内での利用も可能である点で好ましい。
In the modification step (7) above, the unnatural amino acid in the purified cDNA display molecule and a bulky functional group are bound by a Husgen cycloaddition reaction without using a metal complex to modify the peptide on the cDNA display. . Here, as the bulky functional group, it is preferable to use a molecule represented by the general formula I because the peptide can be modified under mild conditions.
In addition, the fact that the metal complex is Cu (I) can be used to label DNA stability and proteins, etc. by not using copper (I) ions that are toxic to cells. Is preferable in that it can be used.

上記(8)の切断工程では、エンドヌクレアーゼV、RNase T1、及びRNase A等の制限酵素を用いて、リンカーから固相結合部位ごと固相を切り離すことによって、cDNAディスプレイを得ることができる。   In the cleavage step (8) above, a cDNA display can be obtained by separating the solid phase from the linker together with the solid phase binding site using restriction enzymes such as endonuclease V, RNase T1, and RNase A.

以下に、非天然アミノ酸のN-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニンを使用する場合を例に挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。   In the following, the present invention will be described in more detail by taking as an example the case of using the unnatural amino acid N-Boc-4-azido-L-phenylalanine.

(I)mRNA-リンカー連結体の合成
(i)終止コドンを有するmRNAの調製
終止コドンを有するmRNAは、天然又は人工のペプチドやタンパク質をコードするDNA断片、終止コドンを有するmRNAに相補的なDNA断片及び所望のプライマーを用いて合成する。例えば、Aタンパク質のBドメイン(以下、BDAタンパク質ということがある)をコードするDNA配列(配列番号5)に、終止コドンUAG、UAA又はUGAを有するmRNAに相補的な、下記DNA断片(以下、BDA-UAG配列のようにいう)を導入する。
(I) Synthesis of mRNA-linker conjugate
(i) Preparation of mRNA having a stop codon mRNA having a stop codon is synthesized using a DNA fragment encoding a natural or artificial peptide or protein, a DNA fragment complementary to the mRNA having a stop codon, and a desired primer. . For example, in the DNA sequence (SEQ ID NO: 5) encoding the B domain of the A protein (hereinafter sometimes referred to as BDA protein), the following DNA fragment (hereinafter referred to as “complementary mRNA” having a termination codon UAG, UAA or UGA). Introducing BDA-UAG sequence).

[配列番号5]
5'-GATCCCGCGAAATTAATACGACTCACTATAGGGGAAGTATTTTTACAACAATTACCAACAACAACAACAAACAACAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACCATGGATAACAAATTCAACAAAGAACAACAAAATGCTTTCTATGAAATCTTACATTTACCTAACTTAAACGAAGAACAACGCAATGGTTTCATCCAAAGCCTAAAAGATGACCCAAGCCAAAGCGCTAACCTTTTAGCAGAAGCTAAAAAGCTAAATGATGCTCAAGCACCAAAAGCTGACAACAAATTCAACGGGGGAGGCAGCCATCATCATCATCATCACGGCGGAAGCAGGACGGGGGGCGGCGTGGAAA-3'
[SEQ ID NO: 5]
5'-GATCCCGCGAAATTAATACGACTCACTATAGGGGAAGTATTTTTACAACAATTACCAACAACAACAACAAACAACAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACCATGGATAACAAATTCAACAAAGAACAACAAAATGCTTTCTATGAAATCTTACATTTACCTAACTTAAACGAAGAACAACGCAATGGTTTCATCCAAAGCCTAAAAGATGACCCAAGCCAAAGCGCTAACCTTTTAGCAGAAGCTAAAAAGCTAAATGATGCTCAAGCACCAAAAGCTGACAACAAATTCAACGGGGGAGGCAGCCATCATCATCATCATCACGGCGGAAGCAGGACGGGGGGCGGCGTGGAAA-3 '

[配列番号6]
BDA-UAG配列:5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGCTAATGATGATGGCT-3'
[配列番号7]
BDA-UAA配列:5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGTTAATGATGATGGCT-3'
[配列番号8]
BDA-UGA配列:5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGTGAATGATGATGGCT-3'
[SEQ ID NO: 6]
BDA-UAG sequence: 5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGCTAATGATGATGGCT-3 '
[SEQ ID NO: 7]
BDA-UAA sequence: 5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGTTAATGATGATGGCT-3 '
[SEQ ID NO: 8]
BDA-UGA sequence: 5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGTGAATGATGATGGCT-3 '

これらのうち一つの配列を選択し、例えば、Newleft配列やHis-tagを有する配列とを含む、25〜75μLのPCR反応液(1xPrimeSTAR バッファー(Mg2+)、0.1〜0.4mMのdNTPs、0.01〜0.04U/μLのPrimeSTAR HS DNAポリメラーゼ(タカラバイオ(株)製))を調製し、以下のPCRプログラムを用いてPCRを行う。PCRプログラムは、例えば、(a)92〜96℃(30秒〜3分)、(b)92〜96℃(5〜45秒)、(c)50〜70℃(2〜30秒)、(d)65〜80℃(10〜40秒)、(e)65〜80℃(1〜3分)とし、ステップ(b)〜(d)を10〜40サイクル行うことが、十分な増幅産物を入手できる点から好ましい。 One of these sequences is selected, for example, a 25 to 75 μL PCR reaction solution (1 × PrimeSTAR buffer (Mg 2+ ), 0.1 to 0.4 mM dNTPs, 0.01 to 0.04 U / μL PrimeSTAR HS DNA polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.)) is prepared, and PCR is performed using the following PCR program. PCR programs include, for example, (a) 92-96 ° C. (30 seconds to 3 minutes), (b) 92-96 ° C. (5-45 seconds), (c) 50-70 ° C. (2-30 seconds), ( d) 65 to 80 ° C (10 to 40 seconds), (e) 65 to 80 ° C (1 to 3 minutes), and steps (b) to (d) are performed for 10 to 40 cycles. This is preferable from the viewpoint of availability.

次に、このPCR産物に、例えば、Newleft配列やNewYtag配列を含む、25〜75μLのPCR反応液(1xPrimeSTAR バッファー(Mg2+)、0.1〜0.4mMのdNTPs、0.01〜0.04U/μLのPrimeSTAR HS DNAポリメラーゼ(タカラバイオ(株)製))を調製し、以下のPCRプログラムを用いてPCRを行う。PCRプログラムは、例えば、(a)92〜96℃(30秒〜3分)、(b)92〜96℃(5〜45秒)、(c)50〜70℃(2〜30秒)、(d)65〜80℃(10〜40秒)、(e)65〜80℃(1〜3分)とし、ステップ(b)〜(d)を10〜40サイクル行うことが、十分な増幅産物を入手できる点から好ましい。 Next, the PCR product contains, for example, a 25 to 75 μL PCR reaction solution (1 × PrimeSTAR buffer (Mg 2+ ), 0.1 to 0.4 mM dNTPs, 0.01 to 0.04 U / μL PrimeSTAR HS containing Newleft and NewYtag sequences. DNA polymerase (Takara Bio Inc.) is prepared, and PCR is performed using the following PCR program. PCR programs include, for example, (a) 92-96 ° C. (30 seconds to 3 minutes), (b) 92-96 ° C. (5-45 seconds), (c) 50-70 ° C. (2-30 seconds), ( d) 65 to 80 ° C (10 to 40 seconds), (e) 65 to 80 ° C (1 to 3 minutes), and steps (b) to (d) are performed for 10 to 40 cycles. This is preferable from the viewpoint of availability.

以上のPCRによって得られた二本鎖DNAは、例えば、スピンカラムを用いて精製することができる。この溶出液から50〜100μLをとり、ここにNuclease-free waterを80〜180μLで加え、さらに共沈剤を1/20〜1/5倍量添加してエタノール沈殿させる。その後、10〜30μLのNuclease-free waterに溶解させ、−20℃でストックすることができる。   The double-stranded DNA obtained by the above PCR can be purified using, for example, a spin column. From this eluate, take 50 to 100 μL, add Nuclease-free water at 80 to 180 μL, add 1/20 to 1/5 times the amount of coprecipitate, and precipitate with ethanol. Thereafter, it can be dissolved in 10-30 μL of Nuclease-free water and stocked at −20 ° C.

上記精製には、例えば、FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit(Favorgen社製)を用いることができる。得られた溶出液に加えるNuclease-free waterは、例えば、上記Kitに付属している製品を使用することができる、また、共沈剤としては、例えば、Quick-Precip Plus Solution, EdgeBioを使用することができる。   For the purification, for example, FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit (manufactured by Favorgen) can be used. Nuclease-free water to be added to the obtained eluate can be, for example, the product attached to the kit, and the coprecipitation agent is, for example, Quick-Precip Plus Solution, EdgeBio. be able to.

(ii)転写
上記のようにして得た二本鎖DNAを市販のキットを用いて転写することができる。例えば、プロメガ社製のキット(RiboMAX(登録商標) Large Scale RNA Production Systems-T7)を使用して、付属のプロトコルに従い、1〜5pmolの二本鎖DNAを用いて、適当なスケール、例えば、20μLのスケールで転写を行う。例えば、35℃〜39℃で1〜3時間インキュベーションした後に、上記キットに付属するDNaseをこの系に0.5〜2μL加え、さらに35〜39℃で10分〜30分間インキュベートすることにより、mRNAを合成することができる。合成されたmRNAは、例えば、After Tri-Reagent RNA Clean-Up Kit(Favorgen社製)を使用して精製することができる。
(ii) Transcription The double-stranded DNA obtained as described above can be transcribed using a commercially available kit. For example, using a kit (RiboMAX® Large Scale RNA Production Systems-T7) manufactured by Promega, according to the attached protocol, using 1 to 5 pmol of double-stranded DNA, an appropriate scale, for example, 20 μL. Transfer with the scale of. For example, after incubation at 35 ° C to 39 ° C for 1 to 3 hours, add 0.5 to 2 μL of DNase supplied with the kit to this system, and further incubate at 35 to 39 ° C for 10 to 30 minutes to synthesize mRNA. can do. The synthesized mRNA can be purified using, for example, After Tri-Reagent RNA Clean-Up Kit (manufactured by Favorgen).

そのほか、ScriptMAX(R) Thermo T7 Transcription Kit(東洋紡(株)社製)やT7 Transcription Kit(コスモバイオ(株)社製)を用いて、付属のマニュアルに従って転写することもできる。   In addition, transcription can also be performed according to the attached manual using ScriptMAX® Thermo T7 Transcription Kit (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) or T7 Transcription Kit (manufactured by Cosmo Bio Co., Ltd.).

(iii)リンカーの調製
mRNA-リンカー連結体に使用するリンカーは、例えばUVを照射して合成する光架橋型リンカーや、リガーゼを用いて合成する酵素型リンカーを使用ことが出来る。本明細書において、「cDNAディスプレイ分子」とは、cDNAディスプレイ法における、mRNA-リンカー連結体を翻訳してペプチドをディスプレイした分子、その後当該分子を逆転写してcDNAを連結させた分子、及びさらにその後にmRNAを分解した分子を含む。また、本明細書において、「リンカー」とは、cDNAディスプレイ法で使用される、mRNA-リンカー連結体、cDNAディスプレイ分子の形成に使用されるリンカーのことをいう。
(iii) Preparation of linker
As the linker used in the mRNA-linker conjugate, for example, a photocrosslinking linker synthesized by irradiation with UV or an enzyme linker synthesized using ligase can be used. In the present specification, “cDNA display molecule” refers to a molecule in which an mRNA-linker conjugate is translated to display a peptide in the cDNA display method, a molecule in which the molecule is reverse-transcribed and cDNA is linked, and further thereafter Includes molecules that have degraded mRNA. In the present specification, the “linker” refers to a linker used for forming an mRNA-linker conjugate or a cDNA display molecule used in a cDNA display method.

リンカーは、主としてDNAで構成されるが、図4に示すcnvkを含む光架橋型リンカーを使用することが、mRNAと短時間で光架橋できることから好ましい。また、デオキシイノシン、ビオチン修飾デオキシチミン、フルオレセイン修飾デオキシチミン等の、DNAアナログを含んでいてもよく、全体として、柔軟性と親水性を有するように、設計することが好ましい。   The linker is mainly composed of DNA, but it is preferable to use a photocrosslinking linker containing cnvk shown in FIG. 4 because it can photocrosslink with mRNA in a short time. Moreover, it may contain DNA analogs such as deoxyinosine, biotin-modified deoxythymine, and fluorescein-modified deoxythymine, and is preferably designed so as to have flexibility and hydrophilicity as a whole.

光架橋型リンカーの主鎖は、(p1)前記リンカーを固相に結合する固相結合部位と、(p2)側鎖を結合する結合部位と、(p3)mRNA結合部位を有する主鎖と、(p4)前記固相から前記リンカーを切り離す切断部位とを備え、前記側鎖は、(s1)主鎖と結合する主鎖結合部位と、(s2)mRNA-リンカー連結体の検出用標識を結合する標識結合部位と、(s3)mRNAに対応して合成された配列を有するペプチドが結合するペプチド結合部位とを備えている。そして、上記側鎖の標識結合部位には、1以上のスペーサー配列で構成されていてもよく、蛍光標識が結合されている。さらに、上記ペプチド結合部位は、ピューロマイシン又はその類縁体で構成されていてもよい(図3参照)。   The main chain of the photocrosslinking linker is (p1) a solid phase binding site for binding the linker to the solid phase, (p2) a binding site for binding the side chain, and (p3) a main chain having an mRNA binding site; (p4) a cleavage site that cleaves the linker from the solid phase, and the side chain binds (s1) a main chain binding site that binds to the main chain and (s2) a detection label for the mRNA-linker conjugate And (s3) a peptide binding site to which a peptide having a sequence synthesized corresponding to mRNA binds. The side chain label binding site may be composed of one or more spacer sequences, and a fluorescent label is bound thereto. Furthermore, the peptide binding site may be composed of puromycin or an analog thereof (see FIG. 3).

前記固相結合部位(p1)は、上述したcDNAディスプレイ分子を、リンカーを介して固相に結合させるための部位であり、少なくとも1〜10塩基で構成されている。例えば、ビオチン修飾デオキシチミジン(dT)、ビオチン、ストレプトアビジンアルキン、クリックケミストリーによるアジ化物、アミノ基、N-ヒドロキシスクシンイミドエステル(NHS)、SH基、及びAuからなる群から選ばれるいずれかの化合物と、前記化合物に結合したポリAとで構成されていることが好ましい。上記ポリAは、少なくとも10個以上のアデニンが結合していることが、固相と適度な間隔を維持することができ、後述する固相からの切り離しがうまくできることから好ましく、約20個のアデニンが結合していることがさらに好ましい。   The solid phase binding site (p1) is a site for binding the cDNA display molecule described above to a solid phase via a linker, and is composed of at least 1 to 10 bases. For example, any compound selected from the group consisting of biotin-modified deoxythymidine (dT), biotin, streptavidin alkyne, azide by click chemistry, amino group, N-hydroxysuccinimide ester (NHS), SH group, and Au And poly A bonded to the compound. In the poly A, it is preferable that at least 10 adenines are bound to each other because it is possible to maintain an appropriate distance from the solid phase, and that separation from the solid phase described later can be performed well. Is more preferably bonded.

前記リンカーの3'末端側近傍に位置する側鎖結合部位(p2)は、後述する側鎖が結合する部位である。また、例えば、リンカーの側鎖結合部位(p2)が、Amino-Modifier C6 dTで構成されている場合には、前記側鎖の5'末端を5'-Thiol-Modifier C6として、EMCS(N-(6-マレイミドカプロイルオキシ)スクシンイミド)を用いて架橋させ、主鎖と側鎖と結合させることができる。   The side chain binding site (p2) located in the vicinity of the 3 ′ end side of the linker is a site to which a side chain described later binds. Further, for example, when the side chain binding site (p2) of the linker is composed of Amino-Modifier C6 dT, the 5 ′ end of the side chain is designated as 5′-Thiol-Modifier C6, and EMCS (N− (6-maleimidocaproyloxy) succinimide) can be crosslinked to bond the main and side chains.

プライマー領域(PR)は、前記リンカーの3'末端側に位置し、前記リンカー上で逆転写が行われる場合に逆転写用のプライマーとして機能する領域であり、前記側鎖結合部位(p2)の3'側に隣接している。この領域は、約1〜15塩基からなることが好ましく、特に3〜5塩基からなることが好ましい。15塩基を超えると、リンカーとしての結合効率が悪くなるため、リンカーとの結合効率及びプライマーとしの反応効率という面から、上記の塩基数とすることが好ましい。   The primer region (PR) is a region located on the 3 ′ end side of the linker, and functions as a primer for reverse transcription when reverse transcription is performed on the linker, and the side chain binding site (p2) Adjacent to the 3 'side. This region preferably consists of about 1 to 15 bases, particularly 3 to 5 bases. When the number of bases exceeds 15, the binding efficiency as a linker is deteriorated. Therefore, from the viewpoint of the binding efficiency with a linker and the reaction efficiency as a primer, the above base number is preferable.

前記ペプチド結合部位は、ピューロマイシン又はその類縁化合物で構成されていることが好ましい。前記ピューロマイシンの類縁体としては、3'-N-アミノアシルピューロマイシン(PANS-アミノ酸)及び3'-N-アミノアシルアデノシンアミノ酸のヌクレオシド(AANS-アミノ酸)等を使用することができ、PANS-アミノ酸のアミノ酸部分がグリシンである場合、PANS-Gly、バリンであるPANS-Val、アラニンであるPANS-Ala、PANSアミノ酸の混合物、AANSのアミノ酸部分がグリシンであるAANS-Gly、バリンであるAANS-Val、アラニンであるAANS-Ala、AANSアミノ酸の混合物からなる群から選ばれるいずれかの化合物であることがさらに好ましい。   The peptide binding site is preferably composed of puromycin or an analogous compound thereof. Examples of the puromycin analogs include 3'-N-aminoacylpuromycin (PANS-amino acid) and 3'-N-aminoacyl adenosine amino acid nucleoside (AANS-amino acid). When the amino acid part is glycine, PANS-Gly, PANS-Val that is valine, PANS-Ala that is alanine, a mixture of PANS amino acids, AANS-Gly that the amino acid part of AANS is glycine, AANS-Val that is valine, More preferably, it is any compound selected from the group consisting of AANS-Ala, which is alanine, and a mixture of AANS amino acids.

前記側鎖が、前記ペプチド結合部位と、前記側鎖結合部位との間に、蛍光基を有することで、cDNAディスプレイ法においてリンカーとの結合の有無を容易に検出することが可能となる。蛍光基としては、例えば、活性エステルに変換可能なカルボキシル基、ホスホアミダイドに変換可能な水酸基、又はアミノ基等のフリーの官能基を融資、標識された塩基としてリンカーに結合することができる蛍光化合物を使用することが好ましい。このような化合物としては、例えば、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、ローダミン、Cy dye、AlexaR Fluor等を挙げることができ、FITCを使用することがコストの面から好ましい。   When the side chain has a fluorescent group between the peptide binding site and the side chain binding site, the presence or absence of binding to the linker can be easily detected in the cDNA display method. As the fluorescent group, for example, a free functional group such as a carboxyl group that can be converted into an active ester, a hydroxyl group that can be converted into a phosphoramidide, or an amino group, and a fluorescent compound that can be bound to a linker as a labeled base are used. It is preferable to use it. Examples of such a compound include fluorescein isothiocyanate (FITC), rhodamine, Cy dye, AlexaR Fluor, etc., and it is preferable to use FITC from the viewpoint of cost.

以上のような、光架橋型リンカーは、以下のようにして作製することができる。
まず、cnvkが固相結合部位と、主鎖と側鎖が結合する部位との間の所望の位置になるように、リンカーの主鎖(以下、「poly A + cnvk セグメント」ということがある。)を設計し、DNAの化学合成を常法に従って行う。このようなDNA鎖の化学合成は、合成を行う会社に委託して得ることもできる。
The photocrosslinking linker as described above can be produced as follows.
First, the main chain of the linker (hereinafter referred to as “poly A + cnvk segment”) may be used so that cnvk is in a desired position between the solid-phase binding site and the site where the main chain and the side chain are bonded. ) And perform chemical synthesis of DNA according to conventional methods. Such chemical synthesis of DNA strands can also be obtained by consigning to a synthesis company.

このような主鎖としては、例えば、図3に示すような逆転写開始部位と、側鎖連結部位と、cnvkからなる高速光架橋部位と、固相結合部位とを含むように設計することができる。図3に示す主鎖のうち、修飾された部位を除く主鎖の塩基配列を、下記の配列(配列番号9)に示す。下記の主鎖は、5'末端にBioTEGが付加されている。また、下記の塩基配列中、Rはイノシンを表し、YはアミノC6-dTを表す。   Such a main chain may be designed to include, for example, a reverse transcription initiation site, a side chain linking site, a high-speed photocrosslinking site consisting of cnvk, and a solid phase binding site as shown in FIG. it can. Of the main chain shown in FIG. 3, the base sequence of the main chain excluding the modified site is shown in the following sequence (SEQ ID NO: 9). The following main chain has BioTEG added to the 5 ′ end. In the following base sequences, R represents inosine, and Y represents amino C6-dT.

5'-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAARTTCCAGCCGCCCCCCGYCCT-3'・・・・・[配列番号9]   5'-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAARTTCCAGCCGCCCCCCGYCCT-3 '... [SEQ ID NO: 9]

リンカーの側鎖(以下、「ピューロマイシン−セグメント」ということがある。)も、所望の配列となるように設計し、Poly A + cnvk セグメントと同様に、DNAの化学合成を常法に従って行う。このようなDNA鎖の化学合成は、合成を行う会社に委託して得ることもできる。   The side chain of the linker (hereinafter sometimes referred to as “puromycin-segment”) is also designed to have a desired sequence, and the chemical synthesis of DNA is performed according to a conventional method in the same manner as the Poly A + cnvk segment. Such chemical synthesis of DNA strands can also be obtained by consigning to a synthesis company.

このような側鎖としては、例えば、図3に示すように、側鎖連結部位と、蛍光標識と、ペプチド結合部位とを含むように設計することが好ましい。上記側鎖のうち、修飾された部位を除く塩基配列(配列番号10)は、下記の通りである。下記側鎖のうち、遊離末端となるP(下記配列のK)は、ペプチド結合部位としてのピューロマイシンである。また、下記の塩基配列中、Rは5'Thiol C6を、YはFITC-dTを、そしてMはSpacer18をそれぞれ表す。   Such a side chain is preferably designed to include a side chain linking site, a fluorescent label, and a peptide binding site, for example, as shown in FIG. Of the side chain, the base sequence (SEQ ID NO: 10) excluding the modified site is as follows. Among the following side chains, P (K in the following sequence) serving as a free end is puromycin as a peptide binding site. In the following base sequences, R represents 5'Thiol C6, Y represents FITC-dT, and M represents Spacer18.

5' RTCTYMMCCK・・・・・・・[配列番号10]   5 'RTCTYMMCCK ... [SEQ ID NO: 10]

例えば、上記のような配列を有する主鎖を10〜20nmol含む、0.1〜0.3Mのリン酸ナトリウム(pH7.0〜7.4)に、EMCS((株)同仁化学研究所製)を終濃度が15〜18mMとなるように加えて、約37℃で20〜40分インキュベートし、その後、エタノール沈殿させる。好ましくは、10〜20nmolの上記主鎖を含む0.1〜0.3Mのリン酸ナトリウム溶液(pH7.0〜7.4)に、EMCSを終濃度約16.7mMとなるように加え、約37℃で20〜40分インキュベートし、その後、例えば、Quick-Precip Plus Solution(Edge BioSystems社製)等を用いてエタノール沈殿させて、修飾する。   For example, 10 to 20 nmol of the main chain having the above sequence is contained in 0.1 to 0.3 M sodium phosphate (pH 7.0 to 7.4), and EMCS (manufactured by Dojindo Laboratories Co., Ltd.) at a final concentration of 15 Add to ˜18 mM and incubate at about 37 ° C. for 20-40 minutes, followed by ethanol precipitation. Preferably, EMCS is added to a 0.1 to 0.3 M sodium phosphate solution (pH 7.0 to 7.4) containing 10 to 20 nmol of the main chain to a final concentration of about 16.7 mM, and 20 to 40 at about 37 ° C. Incubate for a minute, and then modify by ethanol precipitation using, for example, Quick-Precip Plus Solution (Edge BioSystems).

次に、30〜45nmol分の側鎖を40〜60mMのDTTを含む0.8〜1.5Mのリン酸水素ナトリウム水溶液に溶解し、シェーカを用いて、室温で0.75〜1.5時間撹拌する。引き続き、この溶液についてバッファー交換を行う。例えば、NAPカラム等を用いて、0.1〜0.2MのNaClを含む0.1〜0.2Mのリン酸ナトリウム(pH7.0〜7.4)にバッファー交換し、還元側鎖を得る。   Next, the side chain of 30 to 45 nmol is dissolved in 0.8 to 1.5 M sodium hydrogenphosphate aqueous solution containing 40 to 60 mM DTT, and stirred at room temperature for 0.75 to 1.5 hours using a shaker. Subsequently, buffer exchange is performed on this solution. For example, using a NAP column or the like, the buffer is exchanged with 0.1 to 0.2 M sodium phosphate (pH 7.0 to 7.4) containing 0.1 to 0.2 M NaCl to obtain a reduced side chain.

続いて、上記のようにバッファー交換を行った還元側鎖を含む溶液を、上記のEMCS修飾済みの主鎖のエタノール沈殿産物と混合し、2〜6℃で一晩放置する。その後、終濃度が40〜60mMとなるようにDTTを、上記反応液に投入し、室温で15〜60分間撹拌する。その後、エタノール沈殿を行い、得られたエタノール沈殿産物を50〜200μLのヌクレアーゼフリー水に溶解して精製を行う。   Subsequently, the solution containing the reduced side chain that has undergone buffer exchange as described above is mixed with the ethanol precipitation product of the above-mentioned EMCS-modified main chain and left at 2 to 6 ° C. overnight. Thereafter, DTT is added to the reaction solution so that the final concentration is 40 to 60 mM, and the mixture is stirred at room temperature for 15 to 60 minutes. Thereafter, ethanol precipitation is performed, and the obtained ethanol precipitate is dissolved in 50 to 200 μL of nuclease-free water for purification.

好ましくは、上記のバッファー中にて、バッファー交換した還元側鎖を含む溶液を、上記のEMCS修飾済み主鎖のエタノール沈殿産物と混合し、3〜5℃で一晩放置する。その後、終濃度が40〜60mMとなるようにDTTを上記の反応液中に加え、室温で20分〜40分間撹拌し、その後、例えば、Quick-Precip Plus Solution(Edge BioSystems社製)を用いて、エタノール沈殿を行なう。得られたエタノール沈殿産物を、約100μLのヌクレオチドフリー水に溶解し、例えば、以下の条件でC18カラムを用いたグラジエント溶出によりHPLCで精製を行い、光架橋型リンカーを得ることができる。   Preferably, the solution containing the reduced side chain subjected to buffer exchange in the above-mentioned buffer is mixed with the ethanol precipitation product of the above-mentioned EMCS-modified main chain and left at 3 to 5 ° C. overnight. Thereafter, DTT is added to the above reaction solution so that the final concentration is 40 to 60 mM, and the mixture is stirred at room temperature for 20 to 40 minutes. Then, for example, using Quick-Precip Plus Solution (manufactured by Edge BioSystems) Perform ethanol precipitation. The obtained ethanol precipitation product can be dissolved in about 100 μL of nucleotide-free water and purified by HPLC by gradient elution using a C18 column under the following conditions to obtain a photocrosslinkable linker.

グラジエント溶出に使用する溶出液は、例えば、A液を0.05〜0.2Mの酢酸トリメチルアンモニウム(超純水中)、B液を75〜85%アセトニトリルとし、開始時の溶出期中のA液の割合を、40〜50分かけて、20%ほど低下させるようにしてもよい。流速は0.5〜1.5ml/分とし、画分は0.5〜1.5mLとすることができる。好ましくは、A液を0.1〜0.3Mの酢酸トリメチルアンモニウム(超純水中)、B液を70〜90%アセトニトリルとし、開始時の溶出期中のA液の割合(80〜90%)を、40〜50分かけて、60〜70%に低下させるようにする。流速は1.0〜1.5ml/分、画分は1.0〜1.5mLとすることが好ましい。   The eluent used for the gradient elution is, for example, 0.05 to 0.2M trimethylammonium acetate (ultra pure water) for solution A, 75 to 85% acetonitrile for solution B, and the ratio of solution A during the starting elution period. , It may be reduced by about 20% over 40 to 50 minutes. The flow rate can be 0.5-1.5 ml / min and the fraction can be 0.5-1.5 mL. Preferably, liquid A is 0.1 to 0.3M trimethylammonium acetate (ultra pure water), liquid B is 70 to 90% acetonitrile, and the ratio of liquid A during the elution period at the start (80 to 90%) is 40 Reduce to 60-70% over -50 minutes. The flow rate is preferably 1.0 to 1.5 ml / min, and the fraction is preferably 1.0 to 1.5 mL.

上記の画分中の成分を蛍光及び紫外吸収(例えば、280nm)で確認し、双方の検出手段でピークが見られる画分を集めて、溶媒を真空エバポレターを用いて蒸発させ、その後、エタノール沈殿を行ない、ヌクレオチドフリー水に溶解することによって、本発明のリンカーを製造することができる。例えば、30〜32分までの画分で、蛍光とUVの両方でピークが見られる場合には、30〜32分までの画分を集め、溶媒を例えば真空エバポレターを用いて留去させる。その後、例えば、Quick-Precip Plus Solutionを用いてエタノール沈殿を行ない、光架橋リンカーを得る。得られた光架橋リンカーは、ヌクレアーゼフリー水に溶解させて約−20℃で保存すればよい。   The components in the above fractions are confirmed by fluorescence and ultraviolet absorption (for example, 280 nm), the fractions in which peaks are observed by both detection means are collected, the solvent is evaporated using a vacuum evaporator, and then ethanol precipitation is performed. And the linker of the present invention can be produced by dissolving in nucleotide-free water. For example, when peaks are observed in both the fluorescence and UV in the fraction from 30 to 32 minutes, the fractions from 30 to 32 minutes are collected, and the solvent is distilled off using, for example, a vacuum evaporator. Thereafter, for example, ethanol precipitation is performed using Quick-Precip Plus Solution to obtain a photocrosslinking linker. The obtained photocrosslinking linker may be dissolved in nuclease-free water and stored at about −20 ° C.

また、本発明では、酵素型リンカーを使用することもできる。酵素型リンカーは、例えば、ピューロマイシンセグメント(PS)と短いビオチンセグメント(SBS)の2つのセグメントを、EMCSを用いて、化学架橋により結合させ合成する。最終的なコンストラクトは、リガーゼを用いてmRNAの連結させる連結部位、逆転写用のプライマー領域、固相の表面へビオチン−ストレプトアビジンの結合を利用して固定するためのビオチン部位、及び固相からmRNA/cDNAタンパク質融合体を遊離させるためのRNase T1用の切断部位という、4つの部分を含む(図5参照)。さらに、このリンカーは、発現されたタンパク質をmRNAに共有結合させるためのピューロマイシン及び検出と定量のためのFITCとを含む。   In the present invention, an enzyme-type linker can also be used. The enzymatic linker is synthesized, for example, by joining two segments of a puromycin segment (PS) and a short biotin segment (SBS) by chemical crosslinking using EMCS. The final construct consists of a ligase-linked mRNA ligation site, a reverse transcription primer region, a biotin site for immobilization on the surface of the solid phase using biotin-streptavidin binding, and a solid phase. It contains four parts, the cleavage site for RNase T1 to release the mRNA / cDNA protein fusion (see FIG. 5). In addition, the linker includes puromycin for covalently binding the expressed protein to the mRNA and FITC for detection and quantification.

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

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

(iv)ライゲーション
光架橋型リンカーの場合は、上記転写によって得られたmRNAと光架橋型リンカーを300〜400nmの長波長のUVを0.5〜5分間照射してライゲーションを行い、mRNA−リンカー連結体を得ることができる。長波長でしかも照射時間も短いことから、合成されたcDNA中でチミンダイマーが形成されるといった障害が発生することもなく、使用したmRNAに対応する所望のペプチドを得ることができるという利点がある。
(iv) Ligation In the case of a photocrosslinkable linker, the mRNA obtained by the above transcription and the photocrosslinkable linker are ligated by irradiating UV of 300 to 400 nm with a long wavelength UV for 0.5 to 5 minutes, and the mRNA-linker conjugate Can be obtained. Since it has a long wavelength and a short irradiation time, there is an advantage that a desired peptide corresponding to the used mRNA can be obtained without causing a problem that a thymine dimer is formed in the synthesized cDNA. .

酵素型リンカーの場合は、上記転写によって得られたmRNAに、所定の量の酵素型リンカーと、所定の濃度のバッファー、例えば、10xT4 RNAリガーゼバッファ、及び0.05〜2% BSAとを加え、さらにNuclease-free waterを加えて、所望の合計量となるように調製する。85〜95℃で0.5〜2分間インキュベートした後に、65〜75℃で0.5〜2分間インキュベートし、0.02〜0.06℃/秒の速さで約20〜27℃まで降温させる。所望量のT4ポリヌクレオチドキナーゼ及びT4 RNAリガーゼ、例えば、4〜6μlのT4 ポリヌクレオチドキナーゼ及び8〜12μlのT4 RNAリガーゼを加えて、約23〜27℃で、0.5〜2時間インキュベートしてリンカー−mRNA連結体を得ることができる。   In the case of an enzymatic linker, a predetermined amount of an enzymatic linker, a predetermined concentration of buffer, for example, 10xT4 RNA ligase buffer, and 0.05-2% BSA are added to the mRNA obtained by the above transcription, and further Nuclease Add -free water to prepare the desired total volume. After incubating at 85-95 ° C. for 0.5-2 minutes, incubate at 65-75 ° C. for 0.5-2 minutes, and decrease the temperature to about 20-27 ° C. at a rate of 0.02-0.06 ° C./second. Add desired amount of T4 polynucleotide kinase and T4 RNA ligase, e.g. 4-6 μl T4 polynucleotide kinase and 8-12 μl T4 RNA ligase and incubate at about 23-27 ° C. for 0.5-2 hours to linker- mRNA conjugates can be obtained.

(II)終結因子の除去
終結因子を除去した無細胞翻訳用の混合液の調製は、まず、大腸菌から得た20種のアミノアシルtRNA合成酵素(ARS)、メチオニルtRNAフォルミル転移酵素(MTF)、T7 RNAポリメラーゼ、ヌクレオシド2リン酸キナーゼ、開始因子(IF1、IF2及びIF3)、伸長因子(EF-Tu、EF-Ts及びEF-G)、リボソーム再生因子(RRF)の遺伝子を常法に従って、PCRにより増幅させる。次いで、得られた遺伝子を例えば、pET21a(Novagen社製)、pQE30又はpQE60(Qiagen社製)の各ベクターに挿入し、Hisタグ付きのプラスミドを構築する。続いて、このプラスミドを用いて例えば、大腸菌株BL21/pREP4(pQEシリーズ)又はBL21/DE3(pETシリーズ)を形質転換する。
(II) Removal of terminator The preparation of the cell-free translation mixture from which terminator was removed was carried out by first preparing 20 aminoacyl-tRNA synthetases (ARS), methionyl-tRNA formyltransferase (MTF), T7 PCR of RNA polymerase, nucleoside diphosphate kinase, initiation factors (IF1, IF2 and IF3), elongation factors (EF-Tu, EF-Ts and EF-G), and ribosome regeneration factor (RRF) according to conventional methods Amplify. Next, the obtained gene is inserted into, for example, each vector of pET21a (Novagen), pQE30 or pQE60 (Qiagen) to construct a His-tagged plasmid. Subsequently, for example, E. coli strains BL21 / pREP4 (pQE series) or BL21 / DE3 (pET series) are transformed with this plasmid.

形質転換したBL21は、LB培地中で0.5〜0.9xOD600になるまで培養する。次いで、最終濃度が0.1〜0.3mMになるようにイソプロピル-β-チオガラクトピラノシドを加え、37℃で3〜5時間培養する。続いて、回収した細胞を、40〜60mM HEPES-KOH (pH 7.6)、0.5〜1.5M NH4Cl、5〜15mM MgCl2、0.2〜0.4mg/ml リゾチーム、0.1〜0.3% Triton X-100、0.1〜0.3mM フッ化フェニルメチルスルフォニル(PMSF)、及び6〜8mM β-メルカプトエタノールを含むバッファーで再懸濁し、超音波処理して溶解させる。夾雑物を遠心分離で除去した後、上清を10mlのNi2+固定化His Trap Chelating カラム(アマシャムファルマシアバイオテック(株)製)に通して精製する。次いで、8〜12mM イミダゾールを含むHTバッファー(45〜55mM HEPES-KOH Buffer (pH 7.5)、0.8〜1.2M NH4Cl、8〜12mM MgCl2、6〜8mM β-メルカプトエタノール)で洗浄する。 BL21 transformed are cultured until 0.5~0.9xOD 600 in LB medium. Next, isopropyl-β-thiogalactopyranoside is added to a final concentration of 0.1 to 0.3 mM, and the cells are cultured at 37 ° C. for 3 to 5 hours. Subsequently, the collected cells were treated with 40-60 mM HEPES-KOH (pH 7.6), 0.5-1.5 M NH 4 Cl, 5-15 mM MgCl 2 , 0.2-0.4 mg / ml lysozyme, 0.1-0.3% Triton X-100, Resuspend in buffer containing 0.1-0.3 mM phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) and 6-8 mM β-mercaptoethanol and dissolve by sonication. After removing contaminants by centrifugation, the supernatant is purified by passing through a 10 ml Ni 2+ immobilized His Trap Chelating column (Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.). Subsequently, it is washed with HT buffer (45-55 mM HEPES-KOH Buffer (pH 7.5), 0.8-1.2 M NH 4 Cl, 8-12 mM MgCl 2 , 6-8 mM β-mercaptoethanol) containing 8-12 mM imidazole.

各因子は、HTバッファー中のイミダゾールから、リニアグラジエント溶出により分離し、Hisタグ付きのタンパク質を含むフラクションは、透析によりストックバッファーで保存する。また、リボソームは例えば大腸菌A19細胞から、ショ糖密度勾配遠心により得ることができる。   Each factor is separated from imidazole in HT buffer by linear gradient elution and the fraction containing His-tagged protein is stored in stock buffer by dialysis. Ribosomes can be obtained from, for example, E. coli A19 cells by sucrose density gradient centrifugation.

上記で得られた各因子等から、12 pmolのリボソーム、1〜3μgのIF1、1〜3μgのIF2、1〜2μgのIF3、1〜3μgのEF-G、1〜3μgのEF-Tu、1〜3μgのEF-Ts、0.5〜1.5μgのRRF、30〜300ユニットの各ARSとMTF、0.1〜0.3μgのクレアチンキナーゼ(ロシュ社製)、0.10〜0.20μgのミオキナーゼ、0.03〜0.07μgのヌクレオシド2リン酸キナーゼ、0.05〜0.15Uのピロフォスファターゼ(いずれもシグマアルドリッチ社製)及び0.1〜1μgのT7 RNAポリメラーゼを含むファクターミックスを調製する。   From each of the factors obtained above, 12 pmol ribosome, 1-3 μg IF1, 1-3 μg IF2, 1-2 μg IF3, 1-3 μg EF-G, 1-3 μg EF-Tu, 1 ~ 3μg EF-Ts, 0.5 ~ 1.5μg RRF, 30 ~ 300 units of each ARS and MTF, 0.1 ~ 0.3μg creatine kinase (Roche), 0.10 ~ 0.20μg myokinase, 0.03 ~ 0.07μg nucleoside Prepare a factor mix containing 2-phosphate kinase, 0.05-0.15 U pyrophosphatase (both from Sigma-Aldrich) and 0.1-1 μg T7 RNA polymerase.

上記調製したファクターミックス、8〜10mM 酢酸マグネシウム、4〜6mM リン酸カリウム(pH 7.3)、90〜100mM グルタミン酸カリウム、4〜6mM 塩化アンモニウム、0.5〜1.5mM スペルミジン、6〜10mM プトレシン、0.5〜1.5mM DTT、1〜3mM ATP、1〜3mM GTP、0.5〜1.5mM CTP、0.5〜1.5mM UTP、8〜12mM クレアチンリン酸、2.8 A280 Unit tRNA mix (ロシュ社製)、0.5〜1μgの 10-ホルミル-5,6,7,8-テトラヒドロ葉酸及び0.1〜0.3mMの各アミノ酸からなる、終結因子を除去した無細胞翻訳用の混合液を調製することができる。
また、PUREfrex(登録商標)(ジーンフロンティア(株)製)から、終結因子のみを除去した無細胞翻訳系を購入して使用することもできる。
Factor mix prepared above, 8-10 mM magnesium acetate, 4-6 mM potassium phosphate (pH 7.3), 90-100 mM potassium glutamate, 4-6 mM ammonium chloride, 0.5-1.5 mM spermidine, 6-10 mM putrescine, 0.5-1.5 mM DTT, 1-3 mM ATP, 1-3 mM GTP, 0.5-1.5 mM CTP, 0.5-1.5 mM UTP, 8-12 mM creatine phosphate, 2.8 A280 Unit tRNA mix (Roche), 0.5-1 μg of 10-formyl- A mixed solution for cell-free translation consisting of 5,6,7,8-tetrahydrofolic acid and 0.1 to 0.3 mM of each amino acid from which the termination factor is removed can be prepared.
It is also possible to purchase and use a cell-free translation system in which only the termination factor is removed from PUREfrex (registered trademark) (manufactured by Gene Frontier Co., Ltd.).

(III)アミノアシル化工程
(i)アミノ酸基質の調製
嵩高い官能基とヒュスゲン環化付加反応するアジド基を有する非天然アミノ酸として、N-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニンを選択した場合のアミノ酸基質の調製について以下に説明する。
(III) Aminoacylation step (i) Preparation of amino acid substrate Amino acid when N-Boc-4-azido-L-phenylalanine is selected as an unnatural amino acid having a bulky functional group and an azide group that undergoes a Husgen cycloaddition reaction The preparation of the substrate is described below.

N-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニンは、dFxの認識部位の3,5‐ジニトロベンジル基及び基質部位のジニトロベンジルエステル基を持たない。そこで、dFxによるアミノアシル化を可能とするため、ジニトロベンジルエステル基を有するよう基質部位を以下のように調製する。
まず、8〜10mgのN-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニン、4〜6mgの3,5‐ジニトロベンジルクロリド、6〜8μLトリエチルアミン及び4〜6μLのジメチルホルムアルデヒドをエッペンドルフチューブに入れ、室温で10〜14時間撹拌する。
N-Boc-4-azido-L-phenylalanine does not have a 3,5-dinitrobenzyl group at the recognition site of dFx and a dinitrobenzyl ester group at the substrate site. Therefore, in order to enable aminoacylation with dFx, a substrate site is prepared as follows so as to have a dinitrobenzyl ester group.
First, 8-10 mg N-Boc-4-azido-L-phenylalanine, 4-6 mg 3,5-dinitrobenzyl chloride, 6-8 μL triethylamine and 4-6 μL dimethylformaldehyde are placed in an eppendorf tube at room temperature. Stir for ~ 14 hours.

次いで、400〜500μLのジメチルエーテルを加え、100〜200μLの0.5M 塩酸で2〜4回、100〜200μLの5% 炭酸水素ナトリウム水溶液で2〜4回洗浄した後、50〜150μLの4M塩酸/酢酸エチルを加え、室温で10〜30分間静置する。続いて、200〜400μLのジエチルエーテルを加え、減圧留去した。この操作を3〜5回繰り返した後濾過することで、カルボキシ末端に3,5‐ジニトロベンジル基を有する非天然アミノ酸基質を得ることができる。   Next, add 400-500 μL of dimethyl ether, wash 2-4 times with 100-200 μL of 0.5 M hydrochloric acid, 2-4 times with 100-200 μL of 5% aqueous sodium bicarbonate, and then add 50-150 μL of 4 M hydrochloric acid / acetic acid. Add ethyl and let stand at room temperature for 10-30 minutes. Subsequently, 200 to 400 μL of diethyl ether was added and distilled off under reduced pressure. By repeating this operation 3 to 5 times and then filtering, an unnatural amino acid substrate having a 3,5-dinitrobenzyl group at the carboxy terminus can be obtained.

また、N-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニンは、eFxの認識部位であるベンゼン環を有するものの、基質部位のシアノメチル基を持たない。そこで、eFxによるアミノアシル化を可能とするため、シアノメチル基を有する基質部位を以下のように調製する。
まず、8〜10mgのN-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニン、1〜4mgのシアノメチルエステル、6〜8μLトリエチルアミン及び4〜6μLのジメチルホルムアルデヒドをエッペンドルフチューブに入れ、室温で4〜6時間撹拌する。
N-Boc-4-azido-L-phenylalanine has a benzene ring, which is a recognition site for eFx, but does not have a cyanomethyl group as a substrate site. Therefore, in order to enable aminoacylation with eFx, a substrate site having a cyanomethyl group is prepared as follows.
First, put 8-10 mg N-Boc-4-azido-L-phenylalanine, 1-4 mg cyanomethyl ester, 6-8 μL triethylamine and 4-6 μL dimethylformaldehyde into an Eppendorf tube and stir at room temperature for 4-6 hours To do.

次いで、常法に従ってHPLCによる精製し、精製物を凍結乾燥させた後、50〜150μLの4M塩酸/酢酸エチルを加え、室温で10〜30分間反応させることで、カルボキシ末端にシアノメチル基有するの非天然アミノ酸基質を得ることができる。   Next, purify by HPLC according to a conventional method, freeze-dry the purified product, add 50-150 μL of 4M hydrochloric acid / ethyl acetate, and react at room temperature for 10-30 minutes, so that the carboxy terminal has a cyanomethyl group. Natural amino acid substrates can be obtained.

(ii)フレキシザイムの調製
フレキシザイムは、必要なプライマーを合成しPCRによって調製する。プライマーの合成は、合成を行う会社に委託して得ることもできる。
例えば、eFxは以下の4つのプライマーを用いて調製する。
(ii) Preparation of flexizyme Flexizyme is prepared by synthesizing necessary primers and by PCR. Primer synthesis can also be obtained by consigning to a synthesis company.
For example, eFx is prepared using the following four primers.

[配列番号11]
Fx-Fプライマー:5'-GTAATACGACTCACTATAGGATCGAAAGATTTCCGC-3'
[配列番号12]
eFx-R1プライマー:5'-ACCTAACGCTAATCCCCTTTCGGGGCCGCGGAAATCTTTCGATCC-3'
[配列番号13]
eFx-R2プライマー:5'-ACCTAACGCTAATCCCCT-3'
[配列番号14]
T7-Fプライマー:5'-GGCGTAATACGACTCACTATAG-3'
[SEQ ID NO: 11]
Fx-F primer: 5'-GTAATACGACTCACTATAGGATCGAAAGATTTCCGC-3 '
[SEQ ID NO: 12]
eFx-R1 primer: 5'-ACCTAACGCTAATCCCCTTTCGGGGCCGCGGAAATCTTTCGATCC-3 '
[SEQ ID NO: 13]
eFx-R2 primer: 5'-ACCTAACGCTAATCCCCT-3 '
[SEQ ID NO: 14]
T7-F primer: 5'-GGCGTAATACGACTCACTATAG-3 '

まず、dFx用鋳型DNAを調製する。PCRチューブに、0.25〜0.75μLの200μM Fx‐Fプライマー、0.25〜0.75μLの200μM eFx-R1プライマー及び100〜150μLのPCR反応液(200〜300mM MgCl2、2〜3mM dNTP混合物、DNAポリメラーゼ)を入れて撹拌し、以下のプログラムを用いてPCRを行う。PCRプログラムは、(a)90〜95℃(30秒〜1分30秒) 、(b)48〜55℃(10秒〜1分)、及び(c)68〜75℃(30秒〜1.5分) とし、ステップ(b)〜(c)を3〜15サイクル行う。 First, a template DNA for dFx is prepared. In a PCR tube, add 0.25-0.75 μL of 200 μM Fx-F primer, 0.25-0.75 μL of 200 μM eFx-R1 primer and 100-150 μL of PCR reaction solution (200-300 mM MgCl 2 , 2-3 mM dNTP mixture, DNA polymerase) Add and agitate and perform PCR using the following program. The PCR program consists of (a) 90-95 ° C (30 seconds-1 minute 30 seconds), (b) 48-55 ° C (10 seconds-1 minute), and (c) 68-75 ° C (30 seconds-1.5 minutes) Steps (b) to (c) are performed for 3 to 15 cycles.

次いで、PCR産物と、0.5〜1.0μLの200μM T7-Fプライマー、0.5〜1.0μLの200μM eFx-R2プライマー、300μLのPCR反応液及びPCR産物1.5μLを入れて撹拌した後、以下のプログラムを用いてPCRを行い、フレキシザイムeFx用鋳型DNAを得ることができる。PCRプログラムは、(a)90〜95℃(30秒〜1分30秒)、(b)93〜95℃(20〜1分)、(c)48〜55℃(10秒〜1分)、及び(d)68〜75℃(30秒〜1.5分) とし、ステップ(b)〜(d)を5〜15サイクル行う。   Next, after stirring the PCR product, 0.5-1.0 μL of 200 μM T7-F primer, 0.5-1.0 μL of 200 μM eFx-R2 primer, 300 μL of the PCR reaction solution and 1.5 μL of the PCR product, the following program was used. The template DNA for flexizyme eFx can be obtained by PCR. PCR program is (a) 90-95 ° C (30 seconds-1 minute 30 seconds), (b) 93-95 ° C (20-1 minutes), (c) 48-55 ° C (10 seconds-1 minute), And (d) 68 to 75 ° C. (30 seconds to 1.5 minutes), and steps (b) to (d) are performed for 5 to 15 cycles.

また、dFx用鋳型DNAも上記と同様に調製することができる。この場合、eFx-R1プライマーに代えて下記配列のdFx-R1プライマーを、またeFx-R2プライマーに代えて下記配列のdFx-R2プライマーをそれぞれ使用する。   A template DNA for dFx can also be prepared in the same manner as described above. In this case, a dFx-R1 primer having the following sequence is used instead of the eFx-R1 primer, and a dFx-R2 primer having the following sequence is used instead of the eFx-R2 primer.

[配列番号15]
dFx-R1プライマー:5'-ACCTAACGCCATGTACCCTTTCGGGGATGCGGAAATCTTTCGATCC-3'
[配列番号16]
dFx-R2プライマー:5'-ACCTAACGCCATGTACCCT-3'
[SEQ ID NO: 15]
dFx-R1 primer: 5'-ACCTAACGCCATGTACCCTTTCGGGGATGCGGAAATCTTTCGATCC-3 '
[SEQ ID NO: 16]
dFx-R2 primer: 5'-ACCTAACGCCATGTACCCT-3 '

上記で調製したeFx用鋳型DNA又はdFx用鋳型DNAの転写は、常法に従って行うことができる。まず、10〜100μLのT7バッファー、50〜150μLの100mM DTT、60〜120μLの250mM MgCl2、100〜200μLの25mM NTPs、10〜15μLの2M KOH、25〜75μLの100mM GMP、75〜125μLのフレキシザイムeFx用鋳型DNA又はdFx用鋳型DNA及び10〜30μLのT7 RNAポリメラーゼを240〜350μLのRNasae free水に溶解させ、転写用混合液を調製する。次いで、当該混合液を37℃で3〜6時間インキュベートした後、10〜30μLの100mM MnCl2及び3〜5μLのDNaseIを加え、37℃で20〜40分間インキュベートする。 Transcription of the template DNA for eFx or the template DNA for dFx prepared above can be performed according to a conventional method. First, 10-100 μL T7 buffer, 50-150 μL 100 mM DTT, 60-120 μL 250 mM MgCl 2 , 100-200 μL 25 mM NTPs, 10-15 μL 2 M KOH, 25-75 μL 100 mM GMP, 75-125 μL flexi The template DNA for zyme eFx or the template DNA for dFx and 10 to 30 μL of T7 RNA polymerase are dissolved in 240 to 350 μL of RNasae free water to prepare a mixture for transcription. The mixture is then incubated at 37 ° C. for 3-6 hours, after which 10-30 μL of 100 mM MnCl 2 and 3-5 μL of DNaseI are added and incubated at 37 ° C. for 20-40 minutes.

その後、50〜100μLの500mM EDTA(pH 8)、75〜125μLの3M NaCl及び0.5〜1.5mL,のイソプロパノールを加えて良く撹拌し、室温で1〜10分間静置する。静置後、室温下で5〜15分間15,000xgで遠心分離する。上清を完全に取り除き、蓋を開けて、室温で10分間乾燥させて、フレキシザイムeFx又はdFxを得ることができる。   Thereafter, 50 to 100 μL of 500 mM EDTA (pH 8), 75 to 125 μL of 3M NaCl and 0.5 to 1.5 mL of isopropanol are added and stirred well, and the mixture is allowed to stand at room temperature for 1 to 10 minutes. After standing, centrifuge at 15,000 xg for 5-15 minutes at room temperature. The supernatant can be completely removed, the lid opened, and dried at room temperature for 10 minutes to obtain flexizyme eFx or dFx.

(iii)tRNAの調製
UAG、UAA及びUGAの各終止コドンに相補的なアンチコドンを有するtRNAは、それぞれに必要なプライマーを合成してPCRにより調製する。例えば、UAGに相補的名アンチコドンを有するtRNAを合成する際は、まず、以下のプライマーを合成する。プライマーの合成は、合成を行う会社に委託して得ることもできる。
(iii) Preparation of tRNA
A tRNA having an anticodon complementary to each stop codon of UAG, UAA, and UGA is prepared by PCR by synthesizing necessary primers for each. For example, when synthesizing a tRNA having an anticodon complementary to UAG, first, the following primers are synthesized. Primer synthesis can also be obtained by consigning to a synthesis company.

[配列番号17]
UAG-Fプライマー:5'-GTAATACGACTCACTATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3'
[配列番号18]
UAG-T7-Fプライマー:5'-GGCGTAATACGACTCACTATAG-3'
[配列番号19]
R1プライマー:5'-GAACCAGTGACATACGGATTTAGAGTCCGCCGTTCTACCGACT-3'
[配列番号20]
R2プライマー:5'-TGGCGGCTCTGACTGGACTCGAACCAGTGACATACGGA-3'
[配列番号21]
R3プライマー:5'-TGGCGGCTCTGACTGGACTC-3'
[SEQ ID NO: 17]
UAG-F primer: 5'-GTAATACGACTCACTATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3 '
[SEQ ID NO: 18]
UAG-T7-F primer: 5'-GGCGTAATACGACTCACTATAG-3 '
[SEQ ID NO: 19]
R1 primer: 5'-GAACCAGTGACATACGGATTTAGAGTCCGCCGTTCTACCGACT-3 '
[SEQ ID NO: 20]
R2 primer: 5'-TGGCGGCTCTGACTGGACTCGAACCAGTGACATACGGA-3 '
[SEQ ID NO: 21]
R3 primer: 5'-TGGCGGCTCTGACTGGACTC-3 '

次いで、PCRチューブに、0.3〜0.7μLの20μM UAG-Fプライマー、0.3〜0.7μLの20μM R1プライマーと及び90〜130μLのPCR用反応液(200〜300mM MgCl2、2〜3mM dNTP混合物、DNAポリメラーゼ)を入れて撹拌し、以下のプログラムを用いてPCRを行う。PCRプログラムは、(a)93〜95℃(30秒〜1分30秒)、(b)47〜53℃(30秒〜1分30秒)、及び(c)70〜74℃(30秒〜1分30秒) とし、ステップ(b)〜(c)を3〜10サイクル行う。 Next, in a PCR tube, 0.3-0.7 μL of 20 μM UAG-F primer, 0.3-0.7 μL of 20 μM R1 primer and 90-130 μL of PCR reaction solution (200-300 mM MgCl 2 , 2-3 mM dNTP mixture, DNA polymerase) ) And agitate and perform PCR using the following program. The PCR program consists of (a) 93-95 ° C (30 seconds-1 minute 30 seconds), (b) 47-53 ° C (30 seconds-1 minute 30 seconds), and (c) 70-74 ° C (30 seconds- 1 minute and 30 seconds), and steps (b) to (c) are performed for 3 to 10 cycles.

続いて、0.3〜0.7μLの200μM UAG-T7-Fプライマー、0.3〜0.7μLの200μM R2プライマー、150〜250μLのPCR用反応液及び5〜15μLのPCR産物を入れて撹拌し、以下のプログラムを用いてPCRを行う。PCRプログラムは、(a)93〜95℃(30秒〜1分30秒)、(b)93〜95℃(30秒〜1分)、(c)47〜53℃(30秒〜1分30秒)、及び(d)70〜74℃(30秒〜1分30秒)とし、ステップ(b)〜(d)を3〜10サイクル行う。   Next, add 0.3-0.7 μL of 200 μM UAG-T7-F primer, 0.3-0.7 μL of 200 μM R2 primer, 150-250 μL of PCR reaction solution and 5-15 μL of PCR product, and stir the following program. PCR is performed. PCR programs are (a) 93-95 ° C (30 seconds-1 minute 30 seconds), (b) 93-95 ° C (30 seconds-1 minute), (c) 47-53 ° C (30 seconds-1 minute 30) Seconds), and (d) 70 to 74 ° C. (30 seconds to 1 minute 30 seconds), and steps (b) to (d) are performed for 3 to 10 cycles.

次いで、2.0〜3.0μLの200μM UAG-T7-Fプライマー、2.0〜3.0μLの200μM R3プライマー、800〜1200μLのPCR混合液Aを及びPCR産物3〜10μLを入れて撹拌した後、以下のプログラムを用いてPCRを行い、tRNA用鋳型DNAを得ることができる。PCRプログラムは、
(a)93〜95℃(30秒〜1分30秒)、(b)93〜95℃(30秒〜1分)、(c)47〜53℃(30秒〜1分30秒)、及び(d)70〜74℃(30秒〜1分30秒) とし、ステップ(b)〜(d)を5〜15サイクル行う。
Next, after adding 2.0 to 3.0 μL of 200 μM UAG-T7-F primer, 2.0 to 3.0 μL of 200 μM R3 primer, 800 to 1200 μL of PCR mixture A and 3 to 10 μL of PCR product, the following program was performed. PCR can be performed to obtain a template DNA for tRNA. The PCR program
(a) 93 to 95 ° C. (30 seconds to 1 minute 30 seconds), (b) 93 to 95 ° C. (30 seconds to 1 minute), (c) 47 to 53 ° C. (30 seconds to 1 minute 30 seconds), and (d) 70-74 ° C. (30 seconds to 1 minute 30 seconds), and steps (b) to (d) are performed for 5 to 15 cycles.

tRNA用鋳型DNAは、例えばFavorgen社製のFavorPrep PCR Clean-Up Mini Kitを用いてマニュアルに従って精製することができる。得られたtRNA用鋳型DNAを転写することで目的のtRNAを得る。
転写は以下のようにして行うことができる。まず、50〜150μLの10xT7バッファー、50〜150μLの100mM DTT、60〜120μLの250mM MgCl2、100〜200μLの25mM NTPs、5〜15μLの2M KOH、25〜75μLの100mM GMP、50〜150μLのtRNA用鋳型DNA及び10〜30μLのT7 RNAポリメラーゼを250〜350μLのRNasae free水に溶解させ、転写用混合液を調製する。
The template DNA for tRNA can be purified according to the manual using, for example, the FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit manufactured by Favorgen. The target tRNA is obtained by transcribing the obtained template DNA for tRNA.
The transfer can be performed as follows. First, 50-150 μL 10 × T7 buffer, 50-150 μL 100 mM DTT, 60-120 μL 250 mM MgCl 2 , 100-200 μL 25 mM NTPs, 5-15 μL 2 M KOH, 25-75 μL 100 mM GMP, 50-150 μL tRNA A template mixture for transcription and 10-30 μL of T7 RNA polymerase are dissolved in 250-350 μL of RNasae free water to prepare a transcription mixture.

次いで、上記転写用混合液を37℃で2〜8時間インキュベートし、10〜30μLの100mM MnCl2及び2〜6μLのDNaseIを加え、37℃で15〜45分間インキュベートする。
その後、50〜100μLの500mM EDTA(pH 8)、75〜125μLの3M NaCl及び1mL,のイソプロパノールを加えて良く撹拌し、室温で1〜10分間静置する。静置後、室温下で3〜10分間15,000xgで遠心分離し、上清を完全に取り除いた後、蓋を開け、室温で5〜15分間乾燥させて、終止コドンのUAGに相補的なアンチコドンを有するtRNAを得ることができる。
Next, the transcription mixture is incubated at 37 ° C. for 2-8 hours, 10-30 μL of 100 mM MnCl 2 and 2-6 μL of DNase I are added, and incubated at 37 ° C. for 15-45 minutes.
Thereafter, 50 to 100 μL of 500 mM EDTA (pH 8), 75 to 125 μL of 3M NaCl and 1 mL of isopropanol are added and stirred well, and the mixture is allowed to stand at room temperature for 1 to 10 minutes. After standing, centrifuge at 15,000 xg for 3-10 minutes at room temperature, remove the supernatant completely, open the lid, dry at room temperature for 5-15 minutes, and anticodon complementary to UAG of stop codon Can be obtained.

終止コドンのUAAに相補的なアンチコドンを有するtRNAは、下記2つのプライマーと、所望のプライマーを用いて、同様に調製することができる。   A tRNA having an anticodon complementary to the stop codon UAA can be similarly prepared using the following two primers and a desired primer.

[配列番号22]
UAA-Fプライマー:5'-GTAATACGACTCATTATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3'
[配列番号23]
UAA-T7-Fプライマー:5'-GGCGTAATACGACTCATTATAG-3'
[SEQ ID NO: 22]
UAA-F primer: 5'-GTAATACGACTCATTATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3 '
[SEQ ID NO: 23]
UAA-T7-F primer: 5'-GGCGTAATACGACTCATTATAG-3 '

同様に、終止コドンのUGAに相補的なアンチコドンを有するtRNAは、下記2つのプライマーと、所望のプライマーを用いて調製することができる。   Similarly, a tRNA having an anticodon complementary to the stop codon UGA can be prepared using the following two primers and a desired primer.

[配列番号24]
UGA-Fプライマー:5'-GTAATACGACTCATGATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3'
[配列番号25]
UGA-T7-Fプライマー:5'-GGCGTAATACGACTCATGATAG-3'
[SEQ ID NO: 24]
UGA-F primer: 5'-GTAATACGACTCATGATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3 '
[SEQ ID NO: 25]
UGA-T7-F primer: 5'-GGCGTAATACGACTCATGATAG-3 '

(iv)アミノアシル化
上記で調製した非天然アミノ酸及びそれに対応するフレキシザイムを用いて、tRNAをアミノアシル化する。tRNAは、mRNA-リンカー連結体上のmRNAに配列された終止コドンと対応するアンチコドンを有するtRNAを選択する。
(iv) Aminoacylation tRNA is aminoacylated using the unnatural amino acid prepared above and the corresponding flexizyme. As the tRNA, a tRNA having an anticodon corresponding to the stop codon arranged in the mRNA on the mRNA-linker conjugate is selected.

まず、1〜5μLの500mM HEPES-KOH Buffer (pH 7.5)、1〜5μLのフレキシザイムeFx又はdFx(50pmol)、1〜5μLのtRNA(50pmol)及び1〜5μLの超純水をエッペンドルフチューブに入れて95℃で1〜5分間加熱した後、室温まで放冷しtRNAの3次元構造を形成させる。次いで、1〜5μLの0.6M MgCl2を加え、1〜10分間室温で反応させる。次いで、1〜5μLの5mM eFx又dFxと反応するように基質を調整したN-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニンを加え、氷上で2〜5時間反応させる。続いて、20〜60μLの0.3M酢酸ナトリウム(pH5.2)及び75〜125μLのエタノールを加え、室温下、15,000xgで10〜20分間遠心分離する。 First, 1-5 μL of 500 mM HEPES-KOH Buffer (pH 7.5), 1-5 μL of flexizyme eFx or dFx (50 pmol), 1-5 μL of tRNA (50 pmol) and 1-5 μL of ultrapure water are put into an Eppendorf tube. After heating at 95 ° C. for 1-5 minutes, the mixture is allowed to cool to room temperature to form a three-dimensional structure of tRNA. Then 1-5 μL of 0.6M MgCl 2 is added and allowed to react for 1-10 minutes at room temperature. Next, N-Boc-4-azido-L-phenylalanine prepared by adjusting the substrate so as to react with 1 to 5 μL of 5 mM eFx or dFx is added and reacted on ice for 2 to 5 hours. Subsequently, 20 to 60 μL of 0.3 M sodium acetate (pH 5.2) and 75 to 125 μL of ethanol are added and centrifuged at 15,000 × g for 10 to 20 minutes at room temperature.

遠心後、上清を完全に取り除いた後、0.1M酢酸ナトリウム(pH5.2)を含んだ70%エタノールを25〜75μL加え、室温下、15,000xgで1〜10分間遠心分離する。次いで上清を完全に取り除いた後、再度、0.1M酢酸ナトリウム(pH5.2)を含んだ70%エタノールを25〜75μL加え、室温下、15,000xgで1〜10分間遠心分離する。続いて、70%エタノールを25〜75μL加え、室温下、15,000xgで1〜10分間遠心分離し、上清を除いた後、室温で1〜10分間乾燥させて、アミノアシル化tRNAを得ることができる。   After centrifugation, the supernatant is completely removed, and 25-75 μL of 70% ethanol containing 0.1 M sodium acetate (pH 5.2) is added, followed by centrifugation at 15,000 × g for 1-10 minutes at room temperature. Next, after completely removing the supernatant, 25-75 μL of 70% ethanol containing 0.1 M sodium acetate (pH 5.2) is added again and centrifuged at 15,000 × g for 1-10 minutes at room temperature. Subsequently, 25-75 μL of 70% ethanol is added, centrifuged at 15,000 xg for 1-10 minutes at room temperature, the supernatant is removed, and then dried at room temperature for 1-10 minutes to obtain aminoacylated tRNA. it can.

(IV)cDNAディスプレイ分子の調製
上記で得られたmRNA-リンカー連結体を、終結因子を除いた無細胞翻訳系により翻訳し、mRNA-リンカー連結体上のペプチド結合部位に、mRNAに対応した非天然アミノ酸を含むペプチド配列をディスプレイする。翻訳は、mRNA-リンカー連結体、終結因子を除いた無細胞翻訳用の混合液及びアミノアシル化tRNAを含む反応液を調製し、37℃で20〜40分間反応させて行う。例えば、無細胞翻訳用の混合液に、PUREflex(登録商標)を使用する場合、製品マニュアルに従って、反応液を調製する。次いで、この反応液に、5〜15μLの3M KCl及び1〜5μLの1M MgCl2を加え、を更に37℃で45分間反応させ、cDNAディスプレイ分子を得ることができる。
(IV) Preparation of cDNA display molecule The mRNA-linker conjugate obtained above is translated by a cell-free translation system excluding the termination factor, and the peptide binding site on the mRNA-linker conjugate is translated into a non-corresponding mRNA. Display peptide sequences containing natural amino acids. Translation is performed by preparing a reaction solution containing an mRNA-linker conjugate, a cell-free translation mixture excluding the termination factor, and an aminoacylated tRNA, and reacting at 37 ° C. for 20 to 40 minutes. For example, when PUREflex (registered trademark) is used in a mixed solution for cell-free translation, a reaction solution is prepared according to the product manual. Next, 5 to 15 μL of 3M KCl and 1 to 5 μL of 1M MgCl 2 are added to the reaction solution, and the mixture is further reacted at 37 ° C. for 45 minutes to obtain a cDNA display molecule.

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

(V)固相化
上記で得られたcDNAディスプレイ分子は、所望の固相を使用して固定化することができる。固相としては、例えば、スチレンビーズ、ガラスビーズ、アガロースビーズ、セファロースビーズ、磁性体ビーズ等のビーズ;ガラス基板、シリコン(石英)基板、プラスチック基板、金属基板(例えば、金箔基板)等の基板;ガラス容器、プラスチック容器等の容器;ニトロシュルロース、ポリビニリデンフロリド等の材料からなるメンブレンなどが挙げられる。
(V) Solid phase immobilization The cDNA display molecule obtained above can be immobilized using a desired solid phase. Examples of the solid phase include beads such as styrene beads, glass beads, agarose beads, sepharose beads, and magnetic beads; substrates such as glass substrates, silicon (quartz) substrates, plastic substrates, and metal substrates (for example, gold foil substrates); Examples thereof include containers such as glass containers and plastic containers; membranes made of materials such as nitrosulrose and polyvinylidene fluoride.

固相がスチレンビーズ、スチレン基板などのプラスチック材料で構成されている場合には、必要に応じて、公知の手法を用いてリンカーの一部を直接それらの固相に共有結合させてもよい(Qiagen社製、LiquiChip Applications Handbook等参照)。cDNAディスプレイ分子にビオチン又はその類縁体が結合されている場合には、固相にアビジンを結合させておけば、上記cDNAディスプレイを容易に固相に結合させることができる。   When the solid phase is composed of a plastic material such as styrene beads or a styrene substrate, a part of the linker may be directly covalently bonded to the solid phase using a known method, if necessary ( (See Qiagen, LiquidChip Applications Handbook, etc.) When biotin or an analog thereof is bound to the cDNA display molecule, the cDNA display can be easily bound to the solid phase by binding avidin to the solid phase.

例えば、固相に磁性体ビーズのStreptavidin(SA) Magnetic beadsを使用する場合、cDNAディスプレイの濃度の8〜15倍容の当該磁性体ビーズを、所望の大きさのProtein LoBindチューブ(Eppendorf社製)に入れ、磁気スタンド上に静置して上澄みを捨てる。ここに、結合バッファーを加えて再懸濁し、磁気スタンド上に静置して上澄みを捨てることにより、磁性体ビーズを洗浄し、RNaseフリーとすることができる。   For example, when using Streptavidin (SA) Magnetic beads, which are magnetic beads, as the solid phase, 8 to 15 times the volume of the cDNA display concentration of the magnetic beads is used for a Protein LoBind tube (Eppendorf) of the desired size. Place on a magnetic stand and discard the supernatant. Here, the binding buffer is added and resuspended, and then left on a magnetic stand and the supernatant is discarded, whereby the magnetic beads can be washed and made RNase-free.

次いで、cDNAディスプレイ分子を加え、20〜30℃で75〜135分間、ローテーターで撹拌しながらインキュベートし、磁性体ビーズをcDNAディスプレイに結合させる。   The cDNA display molecule is then added and incubated at 20-30 ° C. for 75-135 minutes with rotator agitation to bind the magnetic beads to the cDNA display.

また、固相化後に、cDNAディスプレイ分子を逆転写して、mRNAに対応するcDNAをcDNAディスプレイ分子に結合させることも出来る。まず、上記で得られた固定化されたcDNAディスプレイ分子が入ったチューブを、磁気スタンド上で静置して上澄みを捨てる。このチューブに、所望量、例えば50〜150μLの結合バッファーを加えて磁性体ビーズを再懸濁させ、上澄みを捨てるという操作を所望の回数繰り返す。   In addition, after the immobilization, the cDNA display molecule can be reverse-transcribed to bind the cDNA corresponding to the mRNA to the cDNA display molecule. First, the tube containing the immobilized cDNA display molecule obtained above is allowed to stand on a magnetic stand and the supernatant is discarded. The operation of adding a desired amount, for example, 50 to 150 μL of binding buffer, resuspending the magnetic beads in this tube, and discarding the supernatant is repeated a desired number of times.

その後、所望の溶液を用いてcDNAを合成し、cDNAディスプレイ分子にcDNAを結合させる。こうしたcDNA合成には、例えば、例えば、ReverTra Ace(東洋紡(株)製)等の市販品を使用することができる。例えば、ReverTra Ace付属バッファー、dNTP混合液、Rever Tra Ace (100U/μL)、及び超純水を含むcDNA合成用反応溶液を、上記の洗浄済のmRNA-ペプチド連結体を固定化した磁性体ビーズ入りのチューブに加え、約40〜45℃で約60〜120分間ローテーターで攪拌しながらインキュベートすることにより、磁性体ビーズ上に固定されたcDNAディスプレイを(以下、「磁性体結合cDNAディスプレイ分子」ということがある)を得ることができる。   Thereafter, cDNA is synthesized using a desired solution, and the cDNA is bound to the cDNA display molecule. For such cDNA synthesis, for example, commercially available products such as ReverTra Ace (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) can be used. For example, a reaction solution for cDNA synthesis containing ReverTra Ace attached buffer, dNTP mixture, Rever Tra Ace (100 U / μL), and ultrapure water is used as a magnetic bead on which the washed mRNA-peptide conjugate is immobilized. In addition to the contained tube, the cDNA display fixed on the magnetic beads is referred to as “magnetic substance-bound cDNA display molecule” by incubating with a rotator at about 40 to 45 ° C. for about 60 to 120 minutes. Sometimes).

(VI)精製
磁性体結合cDNAディスプレイ分子は、例えば、His-タグタンパク質精製用ビーズを用いて精製する。こうしたHis-タグタンパク質精製用ビーズとしては、His Mag セファロースNi (GE healthcare社製)等を使用することができる。まず、His-タグタンパク質精製用ビーズを、予め1xHis-タグ洗浄バッファー(10〜30mM リン酸ナトリウム(pH7.4), 0.25〜0.75M NaCl, 10〜30mM イミダゾール, 0.025〜0.1%Tween-20を含む)で洗浄する。
(VI) Purification The magnetic substance-bound cDNA display molecule is purified using, for example, His-tag protein purification beads. As such beads for purifying His-tag protein, His Mag Sepharose Ni (manufactured by GE healthcare) and the like can be used. First, the His-tag protein purification beads previously contain 1xHis-tag wash buffer (10-30 mM sodium phosphate (pH 7.4), 0.25-0.75 M NaCl, 10-30 mM imidazole, 0.025-0.1% Tween-20. ).

次に、洗浄済みの上記His-タグタンパク質精製用ビーズに、回収した上記cDNAディスプレイ分子を加え、所望の条件でインキュベートし、上記ビーズを上記His-タグ洗浄バッファーで洗浄した後に、His-タグタンパク質溶出バッファーを加えて所望の条件で撹拌し、精製cDNAディスプレイ分子を得ることができる。His-タグタンパク質溶出バッファーとしては、10〜30mM リン酸ナトリウム(pH7.4)、0.25〜0.75M NaCl、100〜500mM イミダゾール、0.025〜0.1%Tween20を含む組成のものを使用することができる。   Next, the recovered cDNA display molecule is added to the washed His-tag protein purification beads, incubated under desired conditions, and the beads are washed with the His-tag washing buffer. Elution buffer can be added and stirred under desired conditions to obtain purified cDNA display molecules. As the His-tag protein elution buffer, a composition containing 10-30 mM sodium phosphate (pH 7.4), 0.25-0.75 M NaCl, 100-500 mM imidazole, 0.025-0.1% Tween 20 can be used.

続いて、1xHis-タグ洗浄バッファーで洗浄したHis Mag セファロースNiに、回収した上記磁性体結合cDNAディスプレイ分子のうちの1/5程度、例えば、回収量が50〜200μLであった場合には、10〜40μLを加え、冷却サーモブロックローテーター等を使用して、20〜30℃で0.5〜2時間撹拌する。その後、例えば、50〜200μLの1xHis-タグ洗浄バッファーを用いて2〜4回洗浄し、5〜20μLのHis-タグタンパク質溶出バッファーを加えて、マイクロチューブミキサー(MT-360、(株)トミー精工製)を使用し、室温で10〜20分撹拌する。以上の操作によって、精製された磁性体結合cDNAディスプレイ分子を得ることができる。   Subsequently, to His Mag Sepharose Ni washed with 1 × His-tag washing buffer, about 1/5 of the collected magnetic substance-bound cDNA display molecules, for example, when the collected amount was 50 to 200 μL, Add ~ 40 μL and stir at 20-30 ° C for 0.5-2 hours using a cooled thermoblock rotator. Then, for example, it is washed 2 to 4 times using 50 to 200 μL of 1 × His-tag washing buffer, 5 to 20 μL of His-tag protein elution buffer is added, and a microtube mixer (MT-360, Tommy Seiko Co., Ltd.) And stirred at room temperature for 10-20 minutes. By the above operation, a purified magnetic substance-bound cDNA display molecule can be obtained.

(VII)嵩高い官能基の導入
ヒュスゲン環化付加反応を利用して、磁性体結合cDNAディスプレイ分子上の非天然アミノ酸のアジド基と、嵩高い官能基を反応させ、ペプチドを修飾する。嵩高い官能基の例を図2A〜図2Dに示す。
(VII) Introduction of bulky functional group Using the Huesgen cycloaddition reaction, the azide group of the unnatural amino acid on the magnetic substance-bound cDNA display molecule is reacted with the bulky functional group to modify the peptide. Examples of bulky functional groups are shown in FIGS.

ヒュスゲン環化付加反応は、例えば、磁性体結合cDNAディスプレイ分子を入れたチューブに、例えばメタノールやDMSO等の溶媒に溶かした嵩高い官能基を加え、例えば4℃〜室温で30分〜24時間反応させることで、嵩高い官能基と結合した非天然アミノ酸を含むペプチドを有する磁性体結合cDNAディスプレイ分子(以下、「官能基-磁性体結合cDNAディスプレイ分子」ということがある)を得ることができる。   The Husgen cycloaddition reaction is performed, for example, by adding a bulky functional group dissolved in a solvent such as methanol or DMSO to a tube containing magnetic substance-bound cDNA display molecules, and reacting at 4 ° C. to room temperature for 30 minutes to 24 hours, for example. By doing so, a magnetic substance-bound cDNA display molecule having a peptide containing an unnatural amino acid bound to a bulky functional group (hereinafter sometimes referred to as “functional group-magnetic substance-bound cDNA display molecule”) can be obtained.

(VIII)固相からの切断
上記で得られた、官能基-磁性体結合cDNAディスプレイ分子から、磁性体ビーズを除去した、cDNAディスプレイ分子(以下、「官能基結合cDNAディスプレイ分子」ということがある)を回収する。まず、所望のバッファーで洗浄し、次いで遊離剤を加えてインキュベートし、リンカー中の切断部位から切断された官能基結合cDNAディスプレイ分子を遊離させる。こうした洗浄バッファーとしては、例えば、上記1xHis-タグ洗浄バッファーを使用することができる。また、遊離剤としては、所定の濃度のRNA分解酵素、例えば、500〜1,500 UのRNase T1を含む1xHis-タグ洗浄バッファーや5〜15 Uのエンドヌクレアーゼ V (ニューイングランドラボ社製)を含む、1xNEバッファーを使用することができる。
(VIII) Cleavage from the solid phase A cDNA display molecule obtained by removing the magnetic beads from the functional group-magnetic substance-bound cDNA display molecule obtained above (hereinafter sometimes referred to as “functional group-bound cDNA display molecule”). ). First, it is washed with a desired buffer, and then a release agent is added and incubated to release the cleaved functional group-bound cDNA display molecule from the cleavage site in the linker. As such a washing buffer, for example, the above 1 × His-tag washing buffer can be used. The release agent includes a predetermined concentration of RNase, for example, 1 × His-tag washing buffer containing 500 to 1,500 U RNase T1, and 5 to 15 U endonuclease V (manufactured by New England Laboratories). A 1 × NE buffer can be used.

例えば、官能基-磁性体結合cDNAディスプレイ分子を、1xNEバッファーで1回洗浄したのち、10 Uのエンドヌクレアーゼを含む40μLの1xNEバッファーを加え、37℃で60分インキュベートすることで、官能基結合cDNAディスプレイ分子を得ることができる。   For example, after washing the functional group-magnetic substance-bound cDNA display molecule once with 1 × NE buffer, add 40 μL of 1 × NE buffer containing 10 U endonuclease, and incubate at 37 ° C. for 60 minutes. Display molecules can be obtained.

(実施例1)mRNA-リンカー連結体の調製
(1)DNAライブラリの作製
終止コドンのUAGに対応するアンチコドンのAUCを有するmRNAと相補的なDNAを、Aタンパク質のBドメイン(配列番号5)を用いて、以下のようにして調整した。
(Example 1) Preparation of mRNA-linker conjugate (1) Preparation of DNA library DNA complementary to mRNA having anticodon AUC corresponding to UAG of stop codon was converted to B domain (SEQ ID NO: 5) of A protein. And adjusted as follows.

[配列番号5]
5'-GATCCCGCGAAATTAATACGACTCACTATAGGGGAAGTATTTTTACAACAATTACCAACAACAACAACAAACAACAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACCATGGATAACAAATTCAACAAAGAACAACAAAATGCTTTCTATGAAATCTTACATTTACCTAACTTAAACGAAGAACAACGCAATGGTTTCATCCAAAGCCTAAAAGATGACCCAAGCCAAAGCGCTAACCTTTTAGCAGAAGCTAAAAAGCTAAATGATGCTCAAGCACCAAAAGCTGACAACAAATTCAACGGGGGAGGCAGCCATCATCATCATCATCACGGCGGAAGCAGGACGGGGGGCGGCGTGGAAA-3'
[SEQ ID NO: 5]
5'-GATCCCGCGAAATTAATACGACTCACTATAGGGGAAGTATTTTTACAACAATTACCAACAACAACAACAAACAACAACAACATTACATTTTACATTCTACAACTACAAGCCACCATGGATAACAAATTCAACAAAGAACAACAAAATGCTTTCTATGAAATCTTACATTTACCTAACTTAAACGAAGAACAACGCAATGGTTTCATCCAAAGCCTAAAAGATGACCCAAGCCAAAGCGCTAACCTTTTAGCAGAAGCTAAAAAGCTAAATGATGCTCAAGCACCAAAAGCTGACAACAAATTCAACGGGGGAGGCAGCCATCATCATCATCATCACGGCGGAAGCAGGACGGGGGGCGGCGTGGAAA-3 '

まず、下記配列のDNA断片(以下、BDA-UAG断片という)を、ユーロフィンジェノミクス(株)に依頼して合成した。   First, a DNA fragment having the following sequence (hereinafter referred to as BDA-UAG fragment) was synthesized by commissioning Eurofin Genomics.

[配列番号6]
5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGCTAATGATGATGGCT-3'
[SEQ ID NO: 6]
5'-TTTCCCCGCCGCCCCCCGTCCTGCTTCCGCCGTGATGCTAATGATGATGGCT-3 '

次に、下記表1のPCR用反応液1を調製し、以下のプログラムを用いてPCRを行った。PCRプログラムは、(a)95℃(30秒)、(b)95℃(10秒)、(c)63℃(5秒)、及び(d)72℃(10秒)とし、ステップ(b)〜(d)を30サイクル行った。   Next, PCR reaction solution 1 shown in Table 1 below was prepared, and PCR was performed using the following program. The PCR program was (a) 95 ° C (30 seconds), (b) 95 ° C (10 seconds), (c) 63 ° C (5 seconds), and (d) 72 ° C (10 seconds), step (b) ˜ (d) was performed 30 cycles.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

得られたPCR産物を、Favorgen社製のFavorPrep PCR Clean-Up Mini Kitを使用して、付属のマニュアルに従って精製した。その後、下記表2のPCR用反応液2を調製し、以下のプログラムを用いてPCRを行った。PCRプログラムは、(a)95℃(30秒)、(b)95℃(10秒)、(c)69℃(5秒)、及び(d)72℃(10秒)とし、ステップ(b)〜(d)を25サイクル行った。   The resulting PCR product was purified using the FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit manufactured by Favorgen according to the attached manual. Thereafter, a PCR reaction solution 2 shown in Table 2 below was prepared, and PCR was performed using the following program. The PCR program was (a) 95 ° C (30 seconds), (b) 95 ° C (10 seconds), (c) 69 ° C (5 seconds), and (d) 72 ° C (10 seconds), step (b) ˜ (d) was performed 25 cycles.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

得られたPCR産物をFavorgen社製のFavorPrep PCR Clean-Up Mini Kitを使用して、付属のマニュアルに従って精製した。
(2)DNAライブラリの転写
上記で得られたDNAライブラリの転写は、プロメガのキット (RiboMAX(登録商標) Large Scale RNA Production Systems―T7) に付属するプロトコルに従い、11.8 μmolのDNAを、50μLスケールで行った。アルミブロック恒温槽(Anatech社製、Cool Stat 5200)を使用して、37℃で2時間インキューベションした後、キット付属のDNase (RQ1 DNase) を2μL加え、さらに37℃で15分間インキュベートした。合成されたmRNAはFavorgen社製のAfter Tri-Reagent RNA Clean-Up Kitを使用して精製した。
The obtained PCR product was purified using the FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit manufactured by Favorgen according to the attached manual.
(2) Transcription of DNA library Transcription of the DNA library obtained above was carried out in accordance with the protocol attached to the Promega kit (RiboMAX (registered trademark) Large Scale RNA Production Systems-T7). went. After incubation at 37 ° C. for 2 hours using an aluminum block thermostat (Anatech, Cool Stat 5200), 2 μL of DNase (RQ1 DNase) included in the kit was added, and further incubated at 37 ° C. for 15 minutes. The synthesized mRNA was purified using the After Tri-Reagent RNA Clean-Up Kit manufactured by Favorgen.

(3)リンカーの調製
ピューロマイシンリンカー(図5参照)は、下記の文献に記載の方法により作製した。
Mochizuki Y, Biyani M, Tsuji-Ueno S, Suzuki M, Nishigaki K, Husimi Y, and Nemoto N. (2011) One-pot preparation of mRNA/cDNA display by a novel and versatile puromycin-linker DNA. ACS Comb. Sci., 13, 478-485
(3) Preparation of linker Puromycin linker (see Fig. 5) was prepared by the method described in the following literature.
Mochizuki Y, Biyani M, Tsuji-Ueno S, Suzuki M, Nishigaki K, Husimi Y, and Nemoto N. (2011) One-pot preparation of mRNA / cDNA display by a novel and versatile puromycin-linker DNA.ACS Comb. Sci ., 13, 478-485

まず、短いビオチン−セグメント・ピューロマイシンリンカー(Short Biotin-segment Puromycin (SBP)-linker)の作製に使用する修飾されたオリゴヌクレオチドである、「ピューロマイシンセグメント(PS)」、及び「短いビオチンセグメント(SBS)」は、ジーンワールド社より入手した。このPSは、以下の構造を有する。
5'-(S)-TC(F)-((Spc18) x 4)-CC-(Puro)-3'
First, “Puromycin Segment (PS)”, which is a modified oligonucleotide used to make a short biotin-segment Puromycin (SBP) -linker, and “Short Biotin-segment Puromycin (SBP) -linker” SBS) "was obtained from Gene World. This PS has the following structure.
5 '-(S) -TC (F)-((Spc18) x 4) -CC- (Puro) -3'

ここで、(S)は5'-チオールモディファイヤーC6を表し、(F)はフルオレセイン-dTを表す。(Puro)はピューロマイシンCPGを表し、(Spc18)はスペーサー・ホスホロアミダイト18を表す。また、上記SBSは以下の構造を有する。   Here, (S) represents 5′-thiol modifier C6, and (F) represents fluorescein-dT. (Puro) represents puromycin CPG, and (Spc18) represents spacer phosphoramidite 18. The SBS has the following structure.

[配列番号28]
5'-CCRCYCRACCCCGCCGCCCCCCGMCCT-3'
[SEQ ID NO: 28]
5'-CCRCYCRACCCCGCCGCCCCCCGMCCT-3 '

ここで、MはアミノモディファイヤーC6 dTを表し、Yは、ビオチン−dTを表す。
RはリボGを表す。EMCSは、(株)同仁化学研究所(熊本、日本国)より購入した。プロテインAのBドメインは、pEZZ 18 プロテインA遺伝子融合ベクター(GEヘルスケア社製)より得た。フォワードプライマーは、T7プロモーター、タバコモザイクウイルスの「オメガ」5'-未翻訳領域、コザック配列、及びATG開始コドンを含んでいた。リバースプライマーは、ヘキサヒスチジンtag、スペーサー配列(GGGGGAGGCAGC:配列番号29)、及びピューロマイシンリンカーDNAの3'末端で、mRNA とピューロマイシンリンカーDNAとの間にライゲーション可能な相補的配列(AGGACGGGGGGCGGGGAAA:配列番号30)を含んでいた。Oct-1のPou特異的DNA結合ドメインof Oct-1 (PDO)の場合には、鋳型はPDOでBドメインが置き換えられて生成された。
Here, M represents the amino modifier C6 dT, and Y represents biotin-dT.
R represents riboG. EMCS was purchased from Dojindo Laboratories (Kumamoto, Japan). The B domain of protein A was obtained from pEZZ 18 protein A gene fusion vector (GE Healthcare). The forward primer included the T7 promoter, the “omega” 5′-untranslated region of tobacco mosaic virus, the Kozak sequence, and the ATG start codon. The reverse primer is a hexahistidine tag, a spacer sequence (GGGGGAGGCAGC: SEQ ID NO: 29), and a complementary sequence (AGGACGGGGGGCGGGGAAA: SEQ ID NO: 3) that can be ligated between mRNA and puromycin linker DNA at the 3 ′ end of puromycin linker DNA. 30). In the case of Oct-1 Pou-specific DNA binding domain of Oct-1 (PDO), the template was generated by replacing the B domain with PDO.

(4)mRNAとリンカーのライゲーション
転写によって得られた5μLの5.9μM mRNAに、2μLの10μM SBPピューロマイシンリンカー、2μLの10xT4 RNAリガーゼバッファ(タカラバイオ(株)製)、1.2μLの0.1%BSA及び8.3μLのNuclease-free water(プロメガ社製)を加えて、ライゲーション溶液を調製した。90℃で2分間インキュベートした後に、70℃で1分間インキュベートし、0.02℃/秒のスピードで25℃まで降温させた。次いで、0.5μLのT4 ポリヌクレオチドキナーゼ(タカラバイオ(株)製)及び1μLのT4 RNAリガーゼ(タカラバイオ(株)製)を加え、25℃で1時間インキュベートし、mRNA-リンカー連結体を得た。
(4) Ligation of mRNA and linker To 5 μL of 5.9 μM mRNA obtained by transcription, 2 μL of 10 μM SBP puromycin linker, 2 μL of 10 × T4 RNA ligase buffer (Takara Bio Inc.), 1.2 μL of 0.1% BSA and A ligation solution was prepared by adding 8.3 μL of Nuclease-free water (Promega). After incubating at 90 ° C for 2 minutes, it was incubated at 70 ° C for 1 minute, and the temperature was lowered to 25 ° C at a speed of 0.02 ° C / second. Subsequently, 0.5 μL of T4 polynucleotide kinase (manufactured by Takara Bio Inc.) and 1 μL of T4 RNA ligase (manufactured by Takara Bio Inc.) were added and incubated at 25 ° C. for 1 hour to obtain an mRNA-linker conjugate. .

(実施例2)tRNAのフレキシザイムによるアミノアシル化
(1)終止コドンUAGに相補的なアンチコドンAUCを有するtRNAの調製
下記の5つの配列のプライマーを、ユーロフィンジェノミクス(株)に依頼して合成した。
(Example 2) Aminoacylation of tRNA by flexizyme (1) Preparation of tRNA having anticodon AUC complementary to stop codon UAG The following five sequences of primers were synthesized by commissioning Eurofin Genomics Co., Ltd. .

[配列番号17]
UAG-Fプライマー:5'-GTAATACGACTCACTATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3'
[配列番号19]
R1プライマー:5'-GAACCAGTGACATACGGATTTAGAGTCCGCCGTTCTACCGACT-3'
[配列番号20]
R2プライマー:5'- TGGCGGCTCTGACTGGACTCGAACCAGTGACATACGGA -3'
[配列番号21]
R3プライマー:5'-TGGCGGCTCTGACTGGACTC-3'
[配列番号18]
UAG-T7-Fプライマー:5'-GGCGTAATACGACTCACTATAG-3'
[SEQ ID NO: 17]
UAG-F primer: 5'-GTAATACGACTCACTATAGGCTCTGTAGTTCAGTCGGTAGAACGGCGGA-3 '
[SEQ ID NO: 19]
R1 primer: 5'-GAACCAGTGACATACGGATTTAGAGTCCGCCGTTCTACCGACT-3 '
[SEQ ID NO: 20]
R2 primer: 5'- TGGCGGCTCTGACTGGACTCGAACCAGTGACATACGGA -3 '
[SEQ ID NO: 21]
R3 primer: 5'-TGGCGGCTCTGACTGGACTC-3 '
[SEQ ID NO: 18]
UAG-T7-F primer: 5'-GGCGTAATACGACTCACTATAG-3 '

200μLのPCRチューブ2本に、それぞれ0.5μLの20μM Fプライマー、0.5μLの20μM R1プライマーと及び10μLの下記表3のPCR用混合液Aを入れて撹拌し、以下のプログラムを用いてPCRを行った。PCRプログラムは、(a)95℃(30秒)、(b)60℃(5秒)及び(c)72℃(10秒)とし、ステップ(b)〜(c)を5サイクル行った。その後、2本のチューブを1本にまとめ、伸長産物とした。   Place 2 μL of 20 μM F primer, 0.5 μL of 20 μM R1 primer, and 10 μL of PCR mixture A in Table 3 below into two 200 μL PCR tubes, stir, and perform PCR using the following program. It was. The PCR program was (a) 95 ° C. (30 seconds), (b) 60 ° C. (5 seconds), and (c) 72 ° C. (10 seconds), and steps (b) to (c) were performed for 5 cycles. Thereafter, the two tubes were combined into a single extension product.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

次いで、200μLのPCRチューブ2本に、それぞれ0.3μLの200μM T7-Fプライマー、0.3μLの200μM R2プライマー、95μLの表3のPCR用混合液A及び伸長産物5μLを入れて撹拌し、以下のプログラムを用いてPCRを行った。PCRプログラムは、(a)95℃(30秒)、(b)95℃(10秒)、(c)60℃(5秒)、及び(d)72℃(10秒)とし、ステップ(b)〜(d)を5サイクル行った。その後、2本のチューブを1本にまとめ、PCR産物とした。   Next, in each 200 μL PCR tube, add 0.3 μL of 200 μM T7-F primer, 0.3 μL of 200 μM R2 primer, 95 μL of PCR mixture A in Table 3 and 5 μL of the extension product, and stir. PCR was performed using. The PCR program was (a) 95 ° C (30 seconds), (b) 95 ° C (10 seconds), (c) 60 ° C (5 seconds), and (d) 72 ° C (10 seconds), step (b) ˜ (d) was performed 5 cycles. Thereafter, the two tubes were combined into one PCR product.

0.75μLの200μM T7-Fプライマー、0.75μLの200μM R3プライマー、300μLの表3のPCR混合液Aを及びPCR産物1.5μLを入れて撹拌した後3本の200μLのPCRチューブ分注し、以下のプログラムを用いてPCRを行い、tRNA用鋳型DNAを得た。PCRプログラムは、(a)95℃(30秒)、(b)95℃(10秒)、(c)60℃(5秒)、及び(d)72℃(10秒) とし、ステップ(b)〜(d)を22サイクル行った。
tRNA用鋳型DNAは、Favorgen社製のFavorPrep PCR Clean-Up Mini Kitを用いて、マニュアルに従いエタノール沈殿により精製した。
0.75 μL of 200 μM T7-F primer, 0.75 μL of 200 μM R3 primer, 300 μL of PCR mixture A in Table 3 and 1.5 μL of PCR product were stirred and then dispensed into three 200 μL PCR tubes. PCR was performed using the program to obtain template DNA for tRNA. The PCR program was (a) 95 ° C (30 seconds), (b) 95 ° C (10 seconds), (c) 60 ° C (5 seconds), and (d) 72 ° C (10 seconds), step (b) ˜ (d) was performed 22 cycles.
The template DNA for tRNA was purified by ethanol precipitation according to the manual using the FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit manufactured by Favorgen.

得られたtRNA用鋳型DNAの転写は以下のように行った。まず、100μLの10xT7バッファー、100mMの100mM DTT、90μLの250mM MgCl2、150μLの25mM NTPs、11.25μLの2M KOH、50μLの100mM GMP、100μLのtRNA用鋳型DNA及び20μLのT7 RNAポリメラーゼを303μLのRNasae free水に溶解させ、転写用混合液Iを調製した。
次いで、調製した転写用混合液Iを37℃で5時間インキュベートした後、20μLの100mM MnCl2及び4μLのDNaseIを加え、37℃で30分間インキュベートした。
Transcription of the obtained template DNA for tRNA was performed as follows. First, 100 μL 10 × T7 buffer, 100 mM 100 mM DTT, 90 μL 250 mM MgCl 2 , 150 μL 25 mM NTPs, 11.25 μL 2 M KOH, 50 μL 100 mM GMP, 100 μL tRNA template DNA and 20 μL T7 RNA polymerase in 303 μL RNasae A mixture I for transfer was prepared by dissolving in free water.
Subsequently, the prepared mixture I for transcription was incubated at 37 ° C. for 5 hours, 20 μL of 100 mM MnCl 2 and 4 μL of DNase I were added, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 30 minutes.

転写用混合液Iを12%PAGEにアプライして電気泳動した後、tRNAのバンドをゲルから切り出した。その後、75μLの500mM EDTA(pH 8)、100μLの3M NaCl及び1mL,のイソプロパノールを加えて良く撹拌し、室温で5分間静置した。静置後、室温下で5分間15,000xgで遠心分離した。上清を完全に取り除いたと、蓋を開け、室温で10分間tRNAを乾燥させた。得られたtRNAペレットは−20℃で保存した。   The transcription mixture I was applied to 12% PAGE and electrophoresed, and then the tRNA band was excised from the gel. Thereafter, 75 μL of 500 mM EDTA (pH 8), 100 μL of 3M NaCl and 1 mL of isopropanol were added and stirred well, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 5 minutes. After standing, it was centrifuged at 15,000 xg for 5 minutes at room temperature. When the supernatant was completely removed, the lid was opened and the tRNA was dried at room temperature for 10 minutes. The obtained tRNA pellet was stored at −20 ° C.

(2)フレキシザイムeFxの調製
下記の3つの配列のプライマーをユーロフィンジェノミクス(株)に依頼して合成した。
[配列番号11]
Fx-Fプライマー:5'-GTAATACGACTCACTATAGGATCGAAAGATTTCCGC-3'
[配列番号12]
eFx-R1プライマー:5'-ACCTAACGCTAATCCCCTTTCGGGGCCGCGGAAATCTTTCGATCC-3'
[配列番号13]
eFx-R2プライマー:5'-ACCTAACGCTAATCCCCT-3'
(2) Preparation of flexizyme eFx Primers having the following three sequences were synthesized by commissioning Eurofin Genomics.
[SEQ ID NO: 11]
Fx-F primer: 5'-GTAATACGACTCACTATAGGATCGAAAGATTTCCGC-3 '
[SEQ ID NO: 12]
eFx-R1 primer: 5'-ACCTAACGCTAATCCCCTTTCGGGGCCGCGGAAATCTTTCGATCC-3 '
[SEQ ID NO: 13]
eFx-R2 primer: 5'-ACCTAACGCTAATCCCCT-3 '

200μLのPCRチューブに、0.5μLの200μM Fx‐Fプライマー、0.5μLの200μM eFx-R1プライマーと及び100μLの下記表4のPCR用混合液Bを入れて撹拌し、以下のプログラムを用いてPCRを行った。PCRプログラムは、(a)95℃(30秒)、(b)60℃(5秒)、及び(c)72℃(10秒)とし、ステップ(b)〜(c)を5サイクル行った。   In a 200 μL PCR tube, add 0.5 μL of 200 μM Fx-F primer, 0.5 μL of 200 μM eFx-R1 primer, and 100 μL of PCR mixture B shown in Table 4 below, stir, and perform PCR using the following program. went. The PCR program was (a) 95 ° C. (30 seconds), (b) 60 ° C. (5 seconds), and (c) 72 ° C. (10 seconds), and steps (b) to (c) were performed for 5 cycles.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

0.75μLの200μM T7-Fプライマー、0.75μLの200μM eFx-R2プライマー、300μLの表4のPCR用混合液B及びPCR産物1.5μLを入れて撹拌した後、2本の200μLのPCRチューブ分注し、以下のプログラムを用いてPCRを行い、フレキシザイムeFx用鋳型DNAを得た。PCRプログラムは、(a)95℃(30秒)、(b)95℃(10秒)、(c)50℃(5秒)、及び(d)72℃(10秒) とし、ステップ(b)〜(d)を12サイクル行った。
フレキシザイムeFx用鋳型DNAは、Favorgen社製のFavorPrep PCR Clean-Up Mini Kitを用いて、マニュアルに従ってエタノール沈殿により精製した。
Add 0.75 μL of 200 μM T7-F primer, 0.75 μL of 200 μM eFx-R2 primer, 300 μL of PCR mixture B in Table 4 and 1.5 μL of PCR product, and then dispense two 200 μL PCR tubes. PCR was performed using the following program to obtain a template DNA for flexizyme eFx. The PCR program was (a) 95 ° C (30 seconds), (b) 95 ° C (10 seconds), (c) 50 ° C (5 seconds), and (d) 72 ° C (10 seconds), step (b) ˜ (d) was performed 12 cycles.
The template DNA for flexizyme eFx was purified by ethanol precipitation according to the manual using the FavorPrep PCR Clean-Up Mini Kit manufactured by Favorgen.

得られたフレキシザイムeFx用鋳型DNAの転写は以下のように行った。まず、100μLの10xT7バッファー、100mMの100mM DTT、90μLの250mM MgCl2、150μLの25mM NTPs、11.25μLの2M KOH、50μLの100mM GMP、100μLのフレキシザイムeFx用鋳型DNA及び20μLのT7 RNAポリメラーゼを303μLのRNasae free水に溶解させ、転写用混合液2を調製した。
次いで、調製した転写用混合液2を37℃で5時間インキュベートした後、20μLの100mM MnCl2及び4μLのDNaseIを加え、37℃で30分間インキュベートした。
Transcription of the obtained template DNA for flexizyme eFx was performed as follows. First, 303 μL of 100 μL 10 × T7 buffer, 100 mM 100 mM DTT, 90 μL 250 mM MgCl 2 , 150 μL 25 mM NTPs, 11.25 μL 2 M KOH, 50 μL 100 mM GMP, 100 μL flexizyme eFx template DNA and 20 μL T7 RNA polymerase Was dissolved in RNasae free water to prepare a mixture 2 for transcription.
Next, the prepared transcription mixture 2 was incubated at 37 ° C. for 5 hours, 20 μL of 100 mM MnCl 2 and 4 μL of DNase I were added, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 30 minutes.

転写用混合液Iを12%PAGEにアプライして電気泳動した後、tRNAのバンドをゲルから切り出した。その後、75μLの500mM EDTA(pH 8)、100μLの3M NaCl及び1mL,のイソプロパノールを加えて良く撹拌し、室温で5分間静置した。静置後、室温下で5分間15,000xgで遠心分離した。上清を完全に取り除いたと、蓋を開け、室温で10分間フレキシザイムeFxを乾燥させた。得られたフレキシザイムeFxペレットは−20℃で保存した。   The transcription mixture I was applied to 12% PAGE and electrophoresed, and then the tRNA band was excised from the gel. Thereafter, 75 μL of 500 mM EDTA (pH 8), 100 μL of 3M NaCl and 1 mL of isopropanol were added and stirred well, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 5 minutes. After standing, it was centrifuged at 15,000 xg for 5 minutes at room temperature. When the supernatant was completely removed, the lid was opened and flexizyme eFx was dried at room temperature for 10 minutes. The resulting flexizyme eFx pellet was stored at −20 ° C.

(3)アミノ酸基質の調製
エッペンドルフチューブに、9.4gのBoc-4-azido-Phe-OH(SIGMA-ALDRICH社製)、1.8mgのシアノメチルエステル、7μLのトリエチルアミン、5μLのジメチルホルムアミドを入れて、室温で5時間撹拌した。この反応液を常法に従ってHPLCで精製し、凍結乾燥した後、100μLの4M 塩酸/酢酸エチルを加え、室温で20分インキュベートして、フレキシザイムeFx用のアミノ酸基質を調製した。
(3) Preparation of amino acid substrate In an Eppendorf tube, 9.4 g of Boc-4-azido-Phe-OH (manufactured by SIGMA-ALDRICH), 1.8 mg of cyanomethyl ester, 7 μL of triethylamine, and 5 μL of dimethylformamide were added. Stir at room temperature for 5 hours. This reaction solution was purified by HPLC according to a conventional method, freeze-dried, 100 μL of 4M hydrochloric acid / ethyl acetate was added, and the mixture was incubated at room temperature for 20 minutes to prepare an amino acid substrate for flexizyme eFx.

(4)tRNAのアミノアシル化
まず、1μLの500mM HEPES-KOH Buffer (pH 7.5)、1μLのフレキシザイムeFx(50pmol)、1μLのtRNA(50pmol)及び3μLの超純水をエッペンドルフチューブに入れて95℃で2分間加熱した後、室温まで放冷しtRNAの3次元構造を形成させた。次いで、2μLの0.6M MgCl2を加え、5分間室温で反応させた。さらに、氷上で3分間反応させた後、2μLの5mM フレキシザイムeFx用アミノ酸を加え、氷上で3時間反応させた。続いて、40μLの0.3M酢酸ナトリウム(pH5.2)及び100μL エタノールを加え、室温下、15,000xgで15分間遠心分離した。
(4) Aminoacylation of tRNA First, 1 μL of 500 mM HEPES-KOH Buffer (pH 7.5), 1 μL of flexizyme eFx (50 pmol), 1 μL of tRNA (50 pmol) and 3 μL of ultrapure water were placed in an Eppendorf tube at 95 ° C. Then, the mixture was allowed to cool to room temperature to form a three-dimensional structure of tRNA. Next, 2 μL of 0.6M MgCl 2 was added and allowed to react for 5 minutes at room temperature. Furthermore, after reacting on ice for 3 minutes, 2 μL of 5 mM flexizyme eFx amino acid was added and reacted on ice for 3 hours. Subsequently, 40 μL of 0.3 M sodium acetate (pH 5.2) and 100 μL ethanol were added, and the mixture was centrifuged at 15,000 × g for 15 minutes at room temperature.

上清を完全に取り除いた後、0.1M酢酸ナトリウム(pH5.2)を含んだ70%エタノールを50μL加え、室温下、15,000xgで5分間遠心分離した。上清を完全に取り除いた後、再度、0.1M酢酸ナトリウム(pH5.2)を含んだ70%エタノールを50μL加え、室温下、15,000xgで5分間遠心分離した。さらに、70%エタノールを50μL加え、室温下、15,000xgで3分間遠心分離した。上清を除いた後、室温で5分間乾燥させ、アミノアシル化tRNAを得た。   After completely removing the supernatant, 50 μL of 70% ethanol containing 0.1 M sodium acetate (pH 5.2) was added, and the mixture was centrifuged at 15,000 × g for 5 minutes at room temperature. After completely removing the supernatant, 50 μL of 70% ethanol containing 0.1 M sodium acetate (pH 5.2) was added again, followed by centrifugation at 15,000 × g for 5 minutes at room temperature. Further, 50 μL of 70% ethanol was added, and the mixture was centrifuged at 15,000 × g for 3 minutes at room temperature. After removing the supernatant, it was dried at room temperature for 5 minutes to obtain aminoacylated tRNA.

(5)電気泳動によるアシル化の確認
上記で得られたアミノアシル化tRNAに、3.5μLの7.5mg/mL スルホスクシンチミジル-D-ビオチン(in 0.4M HEPES-K (pH 8.0))溶液を加え、氷上で1時間反応させ、アミノアシル化tRNAを選択的にビオチン化させた。次いで、常法に従ってエタノール沈殿を行ったあと、10mMの酢酸ナトリウム(pH5.2)を用いてRNAペレットを溶解させた。
(5) Confirmation of acylation by electrophoresis To the aminoacylated tRNA obtained above, add 3.5 μL of 7.5 mg / mL sulfosuccinimidyl-D-biotin (in 0.4 M HEPES-K (pH 8.0)) solution. The mixture was reacted on ice for 1 hour to selectively biotinylate the aminoacylated tRNA. Subsequently, ethanol precipitation was performed according to a conventional method, and then the RNA pellet was dissolved using 10 mM sodium acetate (pH 5.2).

エッペンドルフチューブに、上記で得られた0.5μLのビオチン化したtRNAを、1.5μLの0.2mg/mLのストレプトアビジン溶液(37mM ピペラジン(pH6.1)、37mM EDTA及び6M 尿素)に溶かし、12%のPAGEで電気泳動を行った(200V、印加時間1.5時間)。RNA染色を、Syber Green II(Molecular Probe)で行い、非天然アミノ酸でアシル化したtRNAを示すバンドが確認された(図6参照)。   In an Eppendorf tube, dissolve 0.5 μL of the biotinylated tRNA obtained above in 1.5 μL of 0.2 mg / mL streptavidin solution (37 mM piperazine (pH 6.1), 37 mM EDTA and 6 M urea). Electrophoresis was performed by PAGE (200 V, application time 1.5 hours). RNA staining was performed with Syber Green II (Molecular Probe), and a band indicating tRNA acylated with an unnatural amino acid was confirmed (see FIG. 6).

(実施例3)非天然アミノ酸によるペプチド修飾
(1)翻訳
実施例1で調製したmRNA−リンカー連結体を、終結因子を含まない無細胞翻訳系により以下のように翻訳した。下記表5に示す組成の反応液を調製し、37℃で25分間反応させた。この反応液に、10μLの3M KCl及び3μLの1M MgCl2を加えた。その後、この溶液を更に37℃で45分間反応させ、cDNAディスプレイ分子を得た。
(Example 3) Peptide modification with unnatural amino acid (1) Translation The mRNA-linker conjugate prepared in Example 1 was translated as follows using a cell-free translation system containing no termination factor. Reaction solutions having the compositions shown in Table 5 below were prepared and reacted at 37 ° C. for 25 minutes. To this reaction solution, 10 μL of 3M KCl and 3 μL of 1M MgCl 2 were added. Thereafter, this solution was further reacted at 37 ° C. for 45 minutes to obtain a cDNA display molecule.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

(2)固相化
ストレプトアビジン(SA)磁性粒子(Dynabeads MyOne Streptavidin C1:Invitrogen社製)を説明書に従って洗浄し、上記cDNAディスプレイ分子を固定するのに必要な量を、エッペンドルフチューブにとり、磁気スタンド上に1分間静置した。その後、上清を除去し、溶液A(100mM NaOH, 50mM NaCl)で再懸濁した。タッピングを1〜2分間行った後、磁気スタンド上に1分間静置した。その後、溶液Aでもう1回、同様の操作を行い、溶液B(100mM NaCl)で1回、同様の操作を行った。
(2) Immobilization Streptavidin (SA) magnetic particles (Dynabeads MyOne Streptavidin C1: manufactured by Invitrogen) were washed according to the instructions, and an amount necessary for immobilizing the cDNA display molecule was placed in an Eppendorf tube, and the magnetic stand Let stand on top for 1 minute. The supernatant was then removed and resuspended in solution A (100 mM NaOH, 50 mM NaCl). After tapping for 1-2 minutes, the sample was left on a magnetic stand for 1 minute. Thereafter, the same operation was performed once again with the solution A, and the same operation was performed once with the solution B (100 mM NaCl).

cDNAディスプレイに、7.6μLの0.5M EDTAを加え、室温で5分間インキュベートした。その後、30μL上記ストレプトアビジン磁性粒子、15.2μLの4x結合バッファー(20mMのTris-HCl(pH 7.5), 2MのNaCl、2mMのEDTA、0.2%のTween-20を含む)及び1x結合バッファーを適量加え、室温で45分間撹拌し、固相化された磁性体結合cDNAディスプレイ分子を得た。   7.6 μL of 0.5 M EDTA was added to the cDNA display and incubated at room temperature for 5 minutes. Then add 30 μL of the above streptavidin magnetic particles, 15.2 μL of 4x binding buffer (containing 20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 2M NaCl, 2 mM EDTA, 0.2% Tween-20) and 1x binding buffer. The mixture was stirred at room temperature for 45 minutes to obtain a solid-bound magnetic substance-bound cDNA display molecule.

(3)逆転写反応
上記磁性体結合cDNAディスプレイ分子に、下記表6の逆転写用反応液を入れ、42℃で30分間ローテーターで撹拌しながらインキュベートし、cDNAが結合した磁性体結合cDNAディスプレイ分子を調製した。
(3) Reverse transcription reaction The above magnetic substance-bound cDNA display molecule is mixed with the reaction solution for reverse transcription shown in Table 6 below, and incubated at 42 ° C for 30 minutes with stirring using a rotator. Was prepared.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

(4)銅触媒を使用しない場合のヒュスゲン環化付加反応による蛍光修飾
上記(3)で得られた、磁性体結合cDNAディスプレイ分子に、表7の蛍光修飾用反応液1を加え、室温で一晩反応させた。
(4) Fluorescence modification by Husgen cycloaddition reaction without using a copper catalyst To the magnetic substance-bound cDNA display molecule obtained in (3) above, the reaction solution 1 for fluorescence modification shown in Table 7 is added, and the reaction is performed at room temperature. Reacted overnight.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

以上のようにして得られた修飾後の官能基‐磁性体結合cDNAディスプレイ分子入りのチューブに、下記表8のRnase溶液を加え、37℃にて15分間インキュベートし、磁性体ビーズからcDNAディスプレイ分子を切り離して官能基結合cDNAディスプレイ分子を得るとともに、官能基結合cDNAディスプレイ分子上のmRNAを分解した。得られた官能基結合cDNAディスプレイ分子を、電気泳動用サンプルに供した。   To the tube containing the modified functional group-magnetic substance-bound cDNA display molecule obtained as described above, add the Rnase solution shown in Table 8 below, and incubate at 37 ° C. for 15 minutes. And a functional group-bound cDNA display molecule was obtained, and mRNA on the functional group-bound cDNA display molecule was degraded. The obtained functional group-bound cDNA display molecule was subjected to a sample for electrophoresis.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

(5)銅触媒を使用しない場合のヒュスゲン環化付加反応によるビオチン修飾
上記(3)で得られた、磁性体結合cDNAディスプレイに、表9のビオチン修飾用反応液を加え、室温で一晩反応させた。
(5) Biotin modification by Husgen cycloaddition reaction when copper catalyst is not used The biotin modification reaction solution shown in Table 9 is added to the magnetic substance-bound cDNA display obtained in (3) above, and the reaction is carried out overnight at room temperature. I let you.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

以上のようにして得られた修飾後の官能基‐磁性体結合cDNAディスプレイ分子入りのチューブに、上記表8のRnase溶液を加え、37℃にて15分間インキュベートし、磁性体ビーズからcDNAディスプレイ分子を切り離して官能基結合cDNAディスプレイ分子を得るとともに、官能基結合cDNAディスプレイ分子上のmRNAを分解した。
その後、1μLの4M NaCl及び1.5μLの0.2mg/mLのストレプトアビジン溶液(37mM ピペラジン(pH6.1)、37mM EDTA及び6M 尿素)を加え、ビオチンとストレプトアビジンを結合させ、得られた官能基結合cDNAディスプレイ分子を電気泳動用サンプルに供した。
Add the Rnase solution shown in Table 8 above to the tube containing the modified functional group-magnetic substance-bound cDNA display molecule obtained as described above, and incubate at 37 ° C. for 15 minutes. And a functional group-bound cDNA display molecule was obtained, and mRNA on the functional group-bound cDNA display molecule was degraded.
Then, add 1μL of 4M NaCl and 1.5μL of 0.2mg / mL streptavidin solution (37mM piperazine (pH6.1), 37mM EDTA and 6M urea) to bind biotin and streptavidin, resulting in functional group binding The cDNA display molecule was subjected to electrophoresis samples.

(6)銅触媒を使用する場合のヒュスゲン環化付加反応による蛍光修飾
上記(3)で得られた、磁性体結合cDNAディスプレイ分子に、表10の蛍光修飾用反応液2を加え、室温で一晩反応させた。
(6) Fluorescence modification by Husgen cycloaddition reaction when using a copper catalyst To the magnetic substance-bound cDNA display molecule obtained in (3) above, the reaction solution 2 for fluorescence modification shown in Table 10 is added, and the reaction is performed at room temperature. Reacted overnight.

Figure 2017216961
Figure 2017216961

以上のようにして得られた修飾後の官能基‐磁性体結合cDNAディスプレイ分子入りのチューブに、上記表8のRnase溶液を加え、37℃にて15分間インキュベートし、磁性体ビーズからcDNAディスプレイ分子を切り離して官能基結合cDNAディスプレイ分子を得るとともに、官能基結合cDNAディスプレイ分子上のmRNAを分解した。得られた官能基結合cDNAディスプレイ分子を、電気泳動用サンプルに供した。   Add the Rnase solution shown in Table 8 above to the tube containing the modified functional group-magnetic substance-bound cDNA display molecule obtained as described above, and incubate at 37 ° C. for 15 minutes. And a functional group-bound cDNA display molecule was obtained, and mRNA on the functional group-bound cDNA display molecule was degraded. The obtained functional group-bound cDNA display molecule was subjected to a sample for electrophoresis.

(7)銅触媒の有無による化学修飾の成否
上記(4)で調製した、官能基結合cDNAディスプレイ分子を、常法に従い、4%スタッキングゲル−6%分離ゲルのSDS-PAGEにより、フルオレセイン及びSYBR Goldで染色して確認した。フルオレセイン染色はヒュスゲン環化付加反応産物を、SYBR Gold染色はmRNA-リンカー連結体及びcDNAディスプレイ分子を、それぞれ確認するために行った。ここで例えば、フルオレセイン染色した電気泳動のバンドと、SYBR Gold染色した電気泳動のcDNAディスプレイのバンドが同じ位置であった場合、cDNAディスプレイ上の非天然アミノ酸の側鎖上で、ヒュスゲン環化付加反応による修飾が行われていることを意味している。
(7) Success or failure of chemical modification with or without copper catalyst The functional group-bound cDNA display molecule prepared in (4) above was subjected to fluorescein and SYBR by SDS-PAGE of 4% stacking gel-6% separation gel according to a conventional method. Confirmed by staining with Gold. Fluorescein staining was performed to confirm the Husgen cycloaddition reaction product, and SYBR Gold staining was performed to confirm the mRNA-linker conjugate and the cDNA display molecule. Here, for example, if the fluorescein-stained electrophoresis band and the SYBR Gold-stained electrophoresis cDNA display band are in the same position, the Husgen cycloaddition reaction occurs on the side chain of the unnatural amino acid on the cDNA display. It means that the modification by is done.

電気泳動の結果、銅触媒を使用しない反応系では、フルオレセイン染色及びSYBR Gold染色をした場合おいて、ヒュスゲン環化付加反応によって出現したcDNAディスプレイ分子のバンドが確認された(図7参照)。一方、アジド基を含むアミノ酸が存在しない場合、フルオレセイン染色をした場合では、cDNAディスプレイ分子のバンドが確認できなかった。   As a result of electrophoresis, in the reaction system not using a copper catalyst, a band of a cDNA display molecule that appeared due to the Huesgen cycloaddition reaction was confirmed when fluorescein staining and SYBR Gold staining were performed (see FIG. 7). On the other hand, when no amino acid containing an azide group was present, the band of the cDNA display molecule could not be confirmed when stained with fluorescein.

このことから、アジド基を有する非天然アミノ酸のN-Boc-4-アジド-L-フェニルアラニンを、cDNAディスプレイのペプチド配列上に発現させておくことで、cDNA上の非天然アミノ酸上でヒュスゲン環化付加反応による化学修飾が行われることが確認された。   From this, the N-Boc-4-azido-L-phenylalanine, an unnatural amino acid having an azide group, is expressed on the peptide sequence of the cDNA display, so that Heusgen cyclization is performed on the unnatural amino acid on the cDNA. It was confirmed that chemical modification by addition reaction was performed.

同様に、上記(6)で調製した、官能基結合cDNAディスプレイ分子上で、化学修飾が行われているかを、SDS-PAGEによりフルオレセイン及びSYBR Goldで染色して確認した。
その結果、銅触媒を使用した反応系では、フルオレセイン染色及びSYBR Gold染色の両方において、cDNAディスプレイ、及び修飾反応前のcDNAディスプレイを示したライゲーション産物の両方のバンドが確認できなかった(図8参照)。これは、cDNAディスプレイ上のcDNAが、銅(I)の存在により分解されたため、バンドが消失したものと推測された。
Similarly, whether or not chemical modification was performed on the functional group-bound cDNA display molecule prepared in (6) above was confirmed by staining with fluorescein and SYBR Gold by SDS-PAGE.
As a result, in the reaction system using the copper catalyst, both bands of the cDNA display and the ligation product showing the cDNA display before the modification reaction could not be confirmed in both fluorescein staining and SYBR Gold staining (see FIG. 8). ). This was presumed that the band disappeared because the cDNA on the cDNA display was degraded by the presence of copper (I).

(8)化学修飾の効率検討
銅触媒を使用しない場合の、ヒュスゲン環化付加反応による修飾効率を検討した。
上記(5)で得られた、ストレプトアビジン‐ビオチン結合cDNAディスプレイ、HEPES-Buffer及びDMSOを、図9中の表に示した各配合量になるように調製した。この調製液1μLを1μLのローディングバッファー(50mM 酢酸ナトリウム、8M 尿素)と混合し、6M 尿素変性ゲル(50mM 酢酸ナトリウム)を用いたゲルシフトアッセイを行った。エチジウムブロマイド(SYBR Gold)で染色し、修飾効率は、バンドの濃さの比較により算出した。
(8) Examination of efficiency of chemical modification The efficiency of modification by the Husgen cycloaddition reaction when a copper catalyst was not used was examined.
The streptavidin-biotin-binding cDNA display, HEPES-Buffer and DMSO obtained in (5) above were prepared so as to have the respective compounding amounts shown in the table of FIG. 1 μL of this preparation was mixed with 1 μL of loading buffer (50 mM sodium acetate, 8M urea), and a gel shift assay using 6M urea-denaturing gel (50 mM sodium acetate) was performed. Staining was performed with ethidium bromide (SYBR Gold), and the modification efficiency was calculated by comparing the intensity of the bands.

ゲルシフトアッセイの結果、DMSOの配合量が0μLから9μLと増加するにつれて、修飾効率が11%から40%と増大した。HEPES Bufferと比較すると、DMSOの配合量が多いほど化学修飾効率が高まることが確認された(図9参照)   As a result of the gel shift assay, the modification efficiency increased from 11% to 40% as the amount of DMSO increased from 0 μL to 9 μL. Compared with HEPES Buffer, it was confirmed that the chemical modification efficiency increases as the blending amount of DMSO increases (see Fig. 9).

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

配列番号1:tRNA調製用プライマー
配列番号2:tRNA調製用プライマー
配列番号3:tRNA調製用プライマー
配列番号4:tRNA調製用プライマー
配列番号5:Aタンパク質のBドメインをコードする塩基配列
配列番号6:終止コドンを有するmRNAに相補的な塩基配列
配列番号7:終止コドンを有するmRNAに相補的な塩基配列
配列番号8:終止コドンを有するmRNAに相補的な塩基配列
配列番号9:光架橋型リンカーの主鎖の塩基配列
配列番号10:光架橋型リンカーの側鎖の塩基配列
配列番号11:フレキシザイム調製用プライマー
配列番号12:フレキシザイム調製用プライマー
配列番号13:フレキシザイム調製用プライマー
配列番号14:フレキシザイム調製用プライマー
配列番号15:フレキシザイム調製用プライマー
配列番号16:フレキシザイム調製用プライマー
配列番号17:tRNA調製用プライマー
配列番号18:tRNA調製用プライマー
配列番号19:tRNA調製用プライマー
配列番号20:tRNA調製用プライマー
配列番号21:tRNA調製用プライマー
配列番号22:tRNA調製用プライマー
配列番号23:tRNA調製用プライマー
配列番号24:tRNA調製用プライマー
配列番号25:tRNA調製用プライマー
配列番号26:PCR用フォワードプライマー
配列番号27:PCR用リバースプライマー
配列番号28:ビオチン−セグメント・ピューロマイシンリンカーの塩基配列
配列番号29:スペーサー配列
配列番号30:SBPリンカー配列
SEQ ID NO: 1: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 2: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 3: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 4: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 5: nucleotide sequence encoding B domain of A protein SEQ ID NO: 6 Base sequence complementary to mRNA having stop codon SEQ ID NO: 7: Base sequence complementary to mRNA having stop codon SEQ ID NO: 8: Base sequence complementary to mRNA having stop codon SEQ ID NO: 9: photocrosslinkable linker Base sequence of the main chain SEQ ID NO: 10: Base sequence of the side chain of the photocrosslinking linker SEQ ID NO: 11: Primer for preparing flexizyme SEQ ID NO: 12: Primer for preparing flexizyme SEQ ID NO: 13: Primer sequence for preparing flexizyme SEQ ID NO: 14: Primer for preparing flexizyme SEQ ID NO: 15: Primer for preparing flexizyme SEQ ID NO: 16: Flexizyme Production primer SEQ ID NO: 17: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 18: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 19: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 20: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 21: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 22: tRNA preparation Primer SEQ ID NO: 23: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 24: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 25: tRNA preparation primer SEQ ID NO: 26: PCR forward primer SEQ ID NO: 27: PCR reverse primer SEQ ID NO: 28: Biotin-segment Puro Base sequence of mycin linker SEQ ID NO: 29: Spacer sequence SEQ ID NO: 30: SBP linker sequence

Claims (8)

(1)所定の配列を有するmRNAをリンカーと結合させてmRNA−リンカー連結体を得るリンカー結合工程と;
(2)無細胞翻訳系から終結因子を除去する終結因子除去工程と;
(3)非天然アミノ酸とtRNAを結合させ、アミノアシル化tRNAを調製するアミノアシル化工程と;
(4)前記mRNA−リンカー連結体を、前記アミノアシル化tRNAを含む、前記終結因子を除去した無細胞翻訳系で翻訳し、前記非天然アミノ酸を含むペプチドを、前記mRNA−リンカー連結体にディスプレイする、cDNAディスプレイ分子作製工程と;
(5)前記cDNAディスプレイ分子を固相と結合させる固相化工程と;
(6)前記固相化工程で固相化されたcDNAディスプレイ分子を精製する精製工程と;
(7)前記精製工程で得られたcDNAディスプレイ分子に結合されているペプチドに、金属錯体を使用しないヒュスゲン環化付加反応を利用して嵩高い官能基を導入し、前記非天然アミノ酸を含むペプチドを修飾する修飾工程と;
(8)前記修飾されたcDNAディスプレイ分子を固相から切り離す切断工程と;
を備えることを特徴とする、ペプチドの翻訳後修飾方法。
(1) a linker binding step of binding mRNA having a predetermined sequence to a linker to obtain an mRNA-linker conjugate;
(2) a termination factor removing step of removing the termination factor from the cell-free translation system;
(3) an aminoacylation step of preparing an aminoacylated tRNA by binding an unnatural amino acid and tRNA;
(4) The mRNA-linker conjugate is translated in a cell-free translation system containing the aminoacylated tRNA and the termination factor is removed, and the peptide containing the unnatural amino acid is displayed on the mRNA-linker conjugate. A cDNA display molecule production step;
(5) an immobilization step of binding the cDNA display molecule to a solid phase;
(6) a purification step for purifying the cDNA display molecule immobilized in the solid phase step;
(7) A peptide containing the unnatural amino acid by introducing a bulky functional group into the peptide bound to the cDNA display molecule obtained in the purification step using a Husgen cycloaddition reaction without using a metal complex. A modification step of modifying
(8) a cleavage step of cleaving the modified cDNA display molecule from the solid phase;
A method for post-translational modification of a peptide, comprising:
前記tRNAは、終始コドンを認識するアンチコドン、又は4〜6塩基の拡張コドンに対するアンチコドンを有することを特徴とする、請求項1に記載のペプチドの翻訳後修飾方法。   The method for post-translational modification of a peptide according to claim 1, wherein the tRNA has an anticodon that recognizes a termination codon or an anticodon for an extended codon of 4 to 6 bases. 前記アミノアシル化工程は、非天然アミノ酸アミノアシル化酵素を使用することを特徴とする、請求項1又は2に記載のペプチドの翻訳後修飾方法。   The method for post-translational modification of a peptide according to claim 1 or 2, wherein the aminoacylation step uses an unnatural amino acid aminoacylating enzyme. 前記非天然アミノ酸アミノアシル化酵素は、チロシルtRNA合成酵素、ピロリシルtRNA合成酵素、トリプトファニルtRNA合成酵素、フェニルアラニルtRNA合成酵素、ロイシルtRNA合成酵素、リシルtRNA合成酵素、グルタミルtRNA合成酵素及びこれらの変異体、及びフレキシザイムからなる群から選ばれるいずれかであることを特徴とする、請求項1〜3にいずれかに記載のペプチドの翻訳後修飾方法。   The non-natural amino acid aminoacylating enzyme is tyrosyl tRNA synthetase, pyrrolyl tRNA synthetase, tryptophanyl tRNA synthetase, phenylalanyl tRNA synthetase, leucyl tRNA synthetase, lysyl tRNA synthetase, glutamyl tRNA synthetase and variants thereof. And the post-translational modification method for peptides according to any one of claims 1 to 3, wherein the peptide is any one selected from the group consisting of flexizyme. 前記金属錯体は、Cu(I)であることを特徴とする、請求項1〜4にいずれかに記載のペプチドの翻訳後修飾方法。   The method for post-translational modification of a peptide according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal complex is Cu (I). 前記嵩高い官能基は、一般式Iで表される化合物に含まれることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のペプチドの翻訳後修飾方法。
Figure 2017216961
式中、
−Xは、炭素鎖又は少なくとも酸素原子を含む炭素鎖で構成される側鎖と、その末端に結合した、ビオチン、蛍光色素、蛍光タンパク質、薬剤候補となる低分子化合物、及び錯体金属を含む環状化合物からなる群から選ばれるいずれかの分子を備える前記嵩高い官能基である。
The method for post-translational modification of a peptide according to any one of claims 1 to 5, wherein the bulky functional group is contained in the compound represented by the general formula I.
Figure 2017216961
Where
-X is a cyclic containing a carbon chain or a side chain composed of a carbon chain containing at least an oxygen atom, and biotin, a fluorescent dye, a fluorescent protein, a low-molecular compound serving as a drug candidate, and a complex metal bonded to the terminal. The bulky functional group comprising any molecule selected from the group consisting of compounds.
前記非天然アミノ酸は、側鎖にアジドを有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載のペプチドの翻訳後修飾方法   The method for post-translational modification of a peptide according to any one of claims 1 to 6, wherein the unnatural amino acid has an azide in the side chain. 前記非天然アミノ酸は、化学式II〜Vで表される化合物からなる群から選ばれるいずれかであることを特徴とする、請求項1〜7にいずれかに記載のペプチドの翻訳後修飾方法。
Figure 2017216961
Figure 2017216961
Figure 2017216961
Figure 2017216961
The method for post-translational modification of a peptide according to any one of claims 1 to 7, wherein the unnatural amino acid is any one selected from the group consisting of compounds represented by chemical formulas II to V.
Figure 2017216961
Figure 2017216961
Figure 2017216961
Figure 2017216961
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US11814621B2 (en) 2018-06-01 2023-11-14 Northwestern University Expanding the chemical substrates for genetic code reprogramming

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