JP2020041861A - DETERMINATION METHOD OF DETERMINING EXISTENCE STATE ON LIPID DOUBLE MEMBRANE OF PROTEIN ALLOWING AMYLOID FIBER TO BE PRODUCED, DETERMINATION DEVICE USING THE SAME, SCREENING METHOD, SYNTHESIS METHOD OF OLIGOMER OF PROTEIN ALLOWING AMYLOID FIBER TO BE PRODUCED, AND ARTIFICIAL β SHEET PROTEIN - Google Patents

DETERMINATION METHOD OF DETERMINING EXISTENCE STATE ON LIPID DOUBLE MEMBRANE OF PROTEIN ALLOWING AMYLOID FIBER TO BE PRODUCED, DETERMINATION DEVICE USING THE SAME, SCREENING METHOD, SYNTHESIS METHOD OF OLIGOMER OF PROTEIN ALLOWING AMYLOID FIBER TO BE PRODUCED, AND ARTIFICIAL β SHEET PROTEIN Download PDF

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竜司 川野
Ryuji Kawano
竜司 川野
一典 池袋
Kazunori Ikebukuro
一典 池袋
かおり 三村
Kaori Mimura
かおり 三村
啓佑 清水
Keisuke Shimizu
啓佑 清水
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Abstract

To provide a determination method of determining the existence state on a lipid double membrane in a protein allowing an amyloid fiber to be produced.SOLUTION: A determination method of determining the existence state on a lipid double membrane in a protein allowing an amyloid fiber to be produced includes: a first process of applying a voltage between a first solution and a second solution containing a measurement sample that are separated from each other using a lipid double membrane, measuring, with time, the current intensity of the current flowing between the first solution and the second solution over time, and acquiring current secular change data; and a second process of determining the existence state on a lipid double membrane in a protein allowing an amyloid fiber contained in the measurement sample to be produced on the basis of the waveform of the current secular change data.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定方法及びこれを用いた判定装置、スクリーニング方法、アミロイド線維を形成可能なタンパク質のオリゴマーの合成方法並びに人工βシートタンパク質に関する。   The present invention provides a method for determining the presence of a protein capable of forming amyloid fibrils on a lipid bilayer membrane, a determination apparatus and a screening method using the same, a method for synthesizing an oligomer of a protein capable of forming amyloid fibrils, and an artificial method. Regarding β-sheet protein.

タンパク質は、アミノ酸がペプチド結合で連結された高分子鎖である。この高分子鎖は、自発的に決められた形に折りたたまれ、立体構造を形成する。このタンパク質における立体構造が、タンパク質の機能や性質を左右することが多い。   A protein is a polymer chain in which amino acids are linked by peptide bonds. This polymer chain is spontaneously folded into a predetermined shape to form a three-dimensional structure. The three-dimensional structure of the protein often determines the function and properties of the protein.

タンパク質の立体構造の一例として、アミロイド線維が挙げられる。アミロイド線維は、βシート構造を有するタンパク質(以下、「βシートタンパク質」とも称す)によって、線維状に形成された立体構造を有する。アミロイド線維は、βシートタンパク質が、何らかの刺激をきっかけにコンフォメーションを変化させて凝集することで形成される線維である。この線維の形態は、オリゴマーの形態を経て形成される。このアミロイド線維の前駆体となるオリゴマーは、神経細胞に対し細胞毒性を示す可能性が示唆されている。   An example of the three-dimensional structure of a protein includes amyloid fibrils. Amyloid fibers have a three-dimensional structure formed into a fibrous shape by a protein having a β-sheet structure (hereinafter, also referred to as “β-sheet protein”). Amyloid fibrils are fibers formed by aggregation of β-sheet proteins that change their conformation in response to some stimulus. This fiber morphology is formed via oligomer morphology. It has been suggested that the oligomer serving as a precursor of amyloid fibrils may exhibit cytotoxicity to nerve cells.

このアミロイド線維の形成過程で現れるオリゴマーを検出することが、細胞毒性の原因究明の解明には必要である。また、オリゴマーの形成挙動が把握できれば、予防や診断にも有効である。   It is necessary to detect oligomers appearing in the process of amyloid fiber formation in order to elucidate the cause of cytotoxicity. In addition, if the oligomer formation behavior can be grasped, it is effective for prevention and diagnosis.

このため、アミロイド線維を形成するタンパク質におけるオリゴマー形態を特異的に検出するために種々の技術が開発されている。例えば、特許文献1及び特許文献2には、アミロイドβペプチドに対する抗体が開示されている。   For this reason, various techniques have been developed for specifically detecting the oligomer form of the protein that forms amyloid fibrils. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose antibodies against amyloid β peptide.

また、非特許文献1には、アミロイドβタンパク質の単量体、オリゴマー及び線維をそれぞれミセル化したものを予め調製し、これらと人工細胞膜である脂質二重膜との相互作用を電気化学的に検出する方法が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses that amyloid β protein monomers, oligomers, and fibers are each formed into micelles in advance, and the interaction between these and the lipid bilayer, which is an artificial cell membrane, is electrochemically determined. A method for detecting is disclosed.

特表2010−531992号公報JP 2010-531992 A 特表2010−530227号公報JP 2010-530227 A

Montserrat Serra-Batiste 他, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, (America) September 27, 2016. 113 (39) p.10866-10871Montserrat Serra-Batiste et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, (America) September 27, 2016.113 (39) p.10866-10871

しかしながら、アミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における種々の存在状態を電気化学的測定により識別しようとする試みは、これまでなかった。そこで、本発明の課題は、アミロイド線維を形成可能なタンパク質における脂質二重膜上の存在状態を判定する判定方法を提供することにある。   However, no attempt has been made so far to discriminate various existing states of proteins capable of forming amyloid fibrils on the lipid bilayer membrane by electrochemical measurement. Therefore, an object of the present invention is to provide a determination method for determining the presence state of a protein capable of forming amyloid fibrils on a lipid bilayer.

上記課題は、以下の手段により解決される。   The above problem is solved by the following means.

[1] 脂質二重膜により互いに分け隔てられる、測定試料を含む第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加し、前記第一の溶液と第二の溶液との間を流れる電流の電流強度を経時的に測定し電流経時変化データを得る第一の工程と、
前記電流経時変化データの波形から前記測定試料に含まれるアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する第二の工程と、
を含む、
アミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定方法。
[1] A voltage is applied between a first solution and a second solution containing a measurement sample, which are separated from each other by a lipid bilayer, and flow between the first solution and the second solution. A first step of measuring the current intensity of the current over time and obtaining current temporal change data,
A second step of determining the presence state of a protein capable of forming amyloid fibrils contained in the measurement sample on the lipid bilayer membrane from the waveform of the current temporal change data,
including,
A method for determining the presence of a protein capable of forming amyloid fibrils on a lipid bilayer membrane.

[2] 前記脂質二重膜は液滴接触法による脂質二重膜である、前記[1]に記載の判定方法。 [2] The determination method according to [1], wherein the lipid bilayer is a lipid bilayer obtained by a droplet contact method.

[3] 前記第一の工程において、前記第一の溶液及び第二の溶液の両方に、前記測定試料が含まれる、前記[1]又は[2]に記載の判定方法。 [3] The determination method according to [1] or [2], wherein in the first step, the measurement sample is contained in both the first solution and the second solution.

[4] 前記アミロイド線維を形成可能なタンパク質はアミロイドβである、前記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の判定方法。 [4] The determination method according to any one of [1] to [3], wherein the protein capable of forming amyloid fibrils is amyloid β.

[5] CPUと、メモリと、を備え、前記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の判定方法を含むプロセスによりアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定するように構成された判定装置。 [5] An existence state of a protein capable of forming amyloid fibrils by a process including the determination method according to any one of [1] to [4], comprising a CPU and a memory, on a lipid bilayer membrane. A determining device configured to determine

[6] 前記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の判定方法を用いて、アミロイド線維を形成するβシートタンパク質における凝集体の形成の有無を確認する工程を含む、アミロイド線維を形成するβシートタンパク質における凝集体の形成を制御する凝集制御剤のスクリーニング方法。 [6] An amyloid fiber, which comprises a step of confirming the presence or absence of formation of an aggregate in a β-sheet protein forming an amyloid fiber by using the determination method according to any one of the above [1] to [4]. A method for screening an aggregation controlling agent which controls the formation of an aggregate in a β-sheet protein to be formed.

[7] 脂質二重膜により互いに分け隔てられる第一の溶液及び第二の溶液において、前記第一の溶液に、アミロイド線維を形成可能なタンパク質の単量体を、混合する混合工程を含む、アミロイド線維を形成可能なタンパク質のオリゴマーの合成方法。 [7] In the first solution and the second solution separated from each other by the lipid bilayer, a mixing step of mixing a protein monomer capable of forming amyloid fibrils with the first solution is included. A method for synthesizing a protein oligomer capable of forming amyloid fibrils.

[8] 前記脂質二重膜は液滴接触法による脂質二重膜である、前記[7]に記載の合成方法。 [8] The synthesis method according to [7], wherein the lipid bilayer is a lipid bilayer obtained by a droplet contact method.

[9] 前記混合工程の後に、前記第一の溶液と前記第二の溶液との間に電圧を印加する工程を更に含む、前記[7]又は[8]に記載の合成方法。 [9] The synthesis method according to [7] or [8], further including a step of applying a voltage between the first solution and the second solution after the mixing step.

[10] 配列番号1又は配列番号2と配列同一性が80%以上であり、オリゴマー形成能を有するタンパク質である、人工βシートタンパク質。 [10] An artificial β-sheet protein that is a protein having 80% or more sequence identity to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and having oligomer-forming ability.

本発明の一実施形態によれば、アミロイド線維を形成可能なタンパク質における脂質二重膜上の存在状態を判定する判定方法が提供される。   According to one embodiment of the present invention, there is provided a determination method for determining the presence state of a protein capable of forming amyloid fibrils on a lipid bilayer membrane.

本開示に係る判定方法に用いる分析装置の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an analyzer used for a determination method according to the present disclosure. 本開示に係る特定タンパク質の脂質二重膜上における波形の例である。It is an example of the waveform on the lipid bilayer membrane of the specific protein according to the present disclosure. 本開示に係る脂質二重膜上における特定タンパク質の存在状態を判定する判定方法の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of a determination method for determining the presence state of a specific protein on a lipid bilayer membrane according to the present disclosure. 本開示に係る判定装置を構成に含む判定装置の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an example of a determination device including a determination device according to the present disclosure in a configuration. 配列番号1(SV14)のタンパク質の円偏光二色性スペクトルである。2 is a circular dichroism spectrum of the protein of SEQ ID NO: 1 (SV14). 配列番号2(SV28)のタンパク質の円偏光二色性スペクトルである。It is a circular dichroism spectrum of the protein of sequence number 2 (SV28). 実施例1における電流経時変化データである。4 is data of a change over time in current in Example 1. 実施例2における電流経時変化データである。10 is data of current change with time in Example 2. 実施例4における電流経時変化データである。13 is data of current change with time in Example 4. 実施例5における電流経時変化データである。13 is data of current change with time in Example 5.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。以下の実施形態は例示的なものであって、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。また、本開示に係る技術的思想の範囲内において、当業者による様々な変更及び修正が可能である。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率は、特に断らない限り、当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
また、本開示に記載された具体的かつ詳細な内容の一部又は全てを利用せずとも本発明を実施可能であることは、当業者には明らかである。また、本発明の側面をあいまいにすることを避けるべく、公知の点については詳細な説明又は図示を省略する場合もある。
また、図面における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに制限されない。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. The following embodiments are exemplifications, and the components (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and their ranges, and does not limit the present invention. Further, various changes and modifications by those skilled in the art are possible within the scope of the technical idea according to the present disclosure.
In the present disclosure, the numerical ranges indicated by using “to” include the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical ranges described in stages in the present disclosure, the upper limit or lower limit described in one numerical range may be replaced with the upper limit or lower limit of the numerical range described in other stages. . Further, in the numerical range described in the present disclosure, the upper limit or the lower limit of the numerical range may be replaced with the value shown in the embodiment.
In the present disclosure, the term "step" includes, in addition to a step independent of other steps, even if the purpose of the step is achieved even if it cannot be clearly distinguished from the other steps, the step is also included. .
In the present disclosure, each component may include a plurality of corresponding substances. When there are a plurality of substances corresponding to each component, the content of each component means a total content of the plurality of substances unless otherwise specified.
It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be implemented without using some or all of the specific and detailed contents described in the present disclosure. In other instances, well-known points are not described or illustrated in detail in order to avoid obscuring aspects of the present invention.
Also, the size of the members in the drawings is conceptual, and the relative relationship between the sizes of the members is not limited to this. In addition, members having substantially the same function are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and redundant description may be omitted.

[特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定方法]
本開示に係るアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定方法は、脂質二重膜により互いに分け隔てられる、測定試料を含む第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加し、前記第一の溶液と第二の溶液との間を流れる電流の電流強度を経時的に測定し電流経時変化データを得る第一の工程と、前記電流経時変化データの波形から前記測定試料に含まれるアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する第二の工程と、を含む。本開示に係る判定方法は、その他の工程を含んでいてもよい。
[Determination Method for Determining Existence State of Specific Protein on Lipid Bilayer Membrane]
The determination method for determining the presence state of the protein capable of forming amyloid fibrils according to the present disclosure on a lipid bilayer membrane is separated from each other by a lipid bilayer membrane, a first solution and a second solution each containing a measurement sample. A first step of applying a voltage between the first solution and the current solution flowing between the first solution and the second solution and measuring the current intensity over time to obtain current time-dependent change data; and A second step of determining the presence state of the protein capable of forming amyloid fibrils contained in the measurement sample on the lipid bilayer from the waveform of the data. The determination method according to the present disclosure may include other steps.

本開示に係る「アミロイド線維を形成可能なタンパク質」は、「特定タンパク質」とも称す。   The “protein capable of forming amyloid fibrils” according to the present disclosure is also referred to as “specific protein”.

本発明者らの知見によれば、特定タンパク質は、脂質二重膜の存在下でオリゴマー化する傾向がある。また、脂質二重膜の存在下における前記特定タンパク質の種々の存在状態(例えば、分枝間の相互作用の状態等)を電気化学的測定により識別できる。これらの知見に基づいて、上記判定方法が提供される。   According to the findings of the present inventors, a specific protein tends to oligomerize in the presence of a lipid bilayer. In addition, various existing states of the specific protein (for example, the state of interaction between branches) in the presence of the lipid bilayer membrane can be identified by electrochemical measurement. The above determination method is provided based on these findings.

本開示に係る判定方法に用いる分析装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本開示に係る判定方法に用いる分析装置の一例を示す概略断面図である。
図1に示されるように、本開示に係る判定方法に用いる分析装置は、例えば、第一の溶液10と、第二の溶液20と、脂質単分子膜30ML1及び30ML2と、脂質二重膜30BLと、電圧印加手段40と、測定試料に含まれる特定タンパク質のオリゴマー50及び60と、を有する。また、第一の溶液10及び第二の溶液20には、電解質が含まれている。第一の溶液及び第二の溶液は、容器内に収容されている。なお、本開示に係る判定方法に用いる分析装置としては、特開2012−81405、特開2014−100672等で開示されている分析装置が挙げられる。
An analyzer used for the determination method according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of an analyzer used for the determination method according to the present disclosure.
As shown in FIG. 1, for example, the analyzer used in the determination method according to the present disclosure includes a first solution 10, a second solution 20, lipid monolayers 30ML1 and 30ML2, and a lipid bilayer 30BL. And voltage application means 40, and specific protein oligomers 50 and 60 contained in the measurement sample. Further, the first solution 10 and the second solution 20 contain an electrolyte. The first solution and the second solution are contained in a container. Note that examples of the analyzer used in the determination method according to the present disclosure include analyzers disclosed in JP-A-2012-81405, JP-A-2014-100672, and the like.

脂質単分子膜30ML1は、第一の溶液10の中に含まれている。脂質単分子膜30ML2は、第二の溶液20の中に含まれている。脂質単分子膜30ML1と30ML2とが、接触した接触面に、脂質二重膜30BLが形成されている。第一の溶液10及び第二の溶液20は、脂質二重膜30BLによって互いに隔てられている。   The lipid monolayer 30ML1 is contained in the first solution 10. The lipid monolayer 30ML2 is contained in the second solution 20. A lipid bilayer membrane 30BL is formed on the contact surface where the lipid monolayers 30ML1 and 30ML2 contact each other. The first solution 10 and the second solution 20 are separated from each other by the lipid bilayer 30BL.

電圧印加手段40は、第一の溶液10及び第二の溶液20それぞれに連結し、第一の溶液10と第二の溶液20との間に(つまり、脂質二重膜30BLを介する)電圧を印加できるようになっている。図示はしていないが、電圧印加手段40における第一の溶液10及び第二の溶液20に連結しているそれぞれの先端には、電極が備えられている。また、電圧印加手段40は、電源と電気的に接続されていてもよい。電圧印加手段40は、電圧計と電気的に接続されていてもよい。   The voltage applying means 40 is connected to each of the first solution 10 and the second solution 20, and applies a voltage between the first solution 10 and the second solution 20 (that is, via the lipid bilayer 30BL). It can be applied. Although not shown, an electrode is provided at each tip of the voltage applying means 40 connected to the first solution 10 and the second solution 20. Further, the voltage applying unit 40 may be electrically connected to a power supply. The voltage applying means 40 may be electrically connected to a voltmeter.

以下、各工程について詳細に説明する。   Hereinafter, each step will be described in detail.

(第一の工程)
本開示に係る判定方法は、第一の工程を含む。
第一の工程では、脂質二重膜により互いに分け隔てられる、測定試料を含む第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加し、前記第一の溶液と第二の溶液との間を流れる電流の電流強度を経時的に測定し電流経時変化データを得る。
(First step)
The determination method according to the present disclosure includes a first step.
In the first step, a voltage is applied between the first solution and the second solution containing the measurement sample, which are separated from each other by the lipid bilayer, and the first solution and the second solution The current intensity of the current flowing therethrough is measured over time to obtain current time-dependent change data.

本開示に係る測定試料は、特定タンパク質を含む。
測定試料に対し、本開示に係る判定方法を用いると、測定試料における特定タンパク質の脂質二重膜上の存在状態を判定することができる。
The measurement sample according to the present disclosure includes a specific protein.
When the determination method according to the present disclosure is used for a measurement sample, the presence state of the specific protein on the lipid bilayer in the measurement sample can be determined.

測定試料は、固体であっても液体であってもよい。測定試料が固体の場合、例えば、該固体を溶液媒体に懸濁、分散又は溶解した希釈液を使用することが好ましい。溶液媒体としては、特に限定されず、例えば、水、緩衝液等が挙げられる。   The measurement sample may be a solid or a liquid. When the measurement sample is a solid, for example, it is preferable to use a diluent obtained by suspending, dispersing, or dissolving the solid in a solution medium. The solution medium is not particularly limited, and includes, for example, water, a buffer and the like.

測定試料としては、例えば、ヒト、非ヒト動物(ヒトを除く哺乳類等)等の検査対象に由来するサンプルが挙げられる。
上記検査対象に由来するサンプルとしては、例えば、生体由来の検体等が挙げられる。生体由来の検体としては、特に限定されず、尿、血液、唾液等が挙げられる。血液検体としては、例えば、赤血球、全血、血清、血漿等が挙げられる。
検査対象から得られたサンプルは、液体であってもよく、固体であってもよい。例えば、検査対象から得られたサンプルの未希釈液をそのまま使用してもよいし、該サンプルを媒体に、懸濁、分散又は溶解した希釈液を使用してもよい。検査対象から得られたサンプルが固体の場合、例えば、検体を溶液媒体に懸濁、分散又は溶解した希釈液を液体検体として使用することが好ましい。溶液媒体としては、特に限定されず、例えば、水、緩衝液等が挙げられる。このようにして得られた液体検体を、測定試料を含む第一の溶液として、又は第一の溶液に添加して上記の判定方法において用いることができる。なお、後述の様に、第一の溶液と同様な測定試料を含む溶液を、第二の溶液として用いてもよい。
Examples of the measurement sample include a sample derived from a test object such as a human or a non-human animal (a mammal other than a human).
Examples of the sample derived from the test object include a specimen derived from a living body. The specimen derived from a living body is not particularly limited, and includes urine, blood, saliva, and the like. Blood samples include, for example, red blood cells, whole blood, serum, plasma, and the like.
The sample obtained from the test object may be a liquid or a solid. For example, an undiluted liquid of a sample obtained from a test object may be used as it is, or a diluent obtained by suspending, dispersing, or dissolving the sample in a medium may be used. When the sample obtained from the test object is a solid, for example, it is preferable to use a diluent obtained by suspending, dispersing, or dissolving the sample in a solution medium as the liquid sample. The solution medium is not particularly limited, and includes, for example, water, a buffer and the like. The liquid sample thus obtained can be used as the first solution containing the measurement sample or added to the first solution in the above-described determination method. As described later, a solution containing a measurement sample similar to the first solution may be used as the second solution.

第一の溶液に含まれる特定タンパク質の濃度は、特に限定されず、適宜設定してよい。例えば、測定試料中に特定タンパク質が含まれている場合、前記特定タンパク質のオリゴマーを好適に形成させる観点から、特定タンパク質の濃度は、100nmol/L以上1000μmol/L以下であることが好ましく、100nmol/L以上500μmol/L以下であることがより好ましく、1μmol/L以上100μmol/L以下であることが更に好ましい。   The concentration of the specific protein contained in the first solution is not particularly limited, and may be appropriately set. For example, when the specific protein is contained in the measurement sample, the concentration of the specific protein is preferably 100 nmol / L or more and 1000 μmol / L or less, from the viewpoint of suitably forming the oligomer of the specific protein, and 100 nmol / L or less. It is more preferably at least L and at most 500 μmol / L, even more preferably at least 1 μmol / L and at most 100 μmol / L.

特定タンパク質の形態は、単量体であってもオリゴマーであっても線維であってもよい。   The form of the specific protein may be a monomer, an oligomer, or a fiber.

特定タンパク質の種類は、アミロイド線維を形成可能なタンパク質であれば、特に限定されない。特定タンパク質としては、例えば、アミロイドβ、タウ、プリオン、ポリグルタミンペプチド、ハンチンチン、α−シヌクレイン、インスリン、TDP−43(TAR DNA-binding protein 43)等のβシート構造を有するタンパク質が挙げられる。   The type of the specific protein is not particularly limited as long as it can form amyloid fibrils. Specific proteins include, for example, proteins having a β-sheet structure, such as amyloid β, tau, prion, polyglutamine peptide, huntingtin, α-synuclein, insulin, and TDP-43 (TAR DNA-binding protein 43).

例えばインスリンは、加熱等の処理により、アミロイド線維を形成する特定タンパク質の一例である。また、TDP−43は、筋萎縮性側索硬化症(ALS)に罹患した患者の脳に蓄積されるタンパク質であり、近年、アミロイド線維を形成可能であることが知られているタンパク質の一つである。   For example, insulin is an example of a specific protein that forms amyloid fibrils by a treatment such as heating. In addition, TDP-43 is a protein that is accumulated in the brain of patients suffering from amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and is one of the proteins that are known to be capable of forming amyloid fibrils in recent years. It is.

βシート構造を有するタンパク質とは、隣り合ったペプチド鎖の間で水素結合が形成される、二次構造がシート状の形態を有するタンパク質である。前記タンパク質が複数のサブユニットから形成されている場合、前記サブユニットの一部がβシート構造を有するものであればよい。なお、βシートタンパク質間、すなわち、隣り合うポリペプチド鎖の向きは特に制限されない。   The protein having a β-sheet structure is a protein having a sheet-like secondary structure in which hydrogen bonds are formed between adjacent peptide chains. When the protein is formed from a plurality of subunits, any part of the subunit may have a β-sheet structure. The direction between β-sheet proteins, that is, the direction of adjacent polypeptide chains is not particularly limited.

上記の中でも、特定タンパク質は、アミロイドβであることが好ましい。   Among the above, the specific protein is preferably amyloid β.

特定タンパク質は、人工βシートタンパク質であってもよい。
特定タンパク質としての人工βシートタンパク質は、オリゴマー化あるいはアミロイド線維形成におけるモデルタンパク質として、脂質二重膜上における特定タンパク質の存在状態の判定に使用することができる。また、特定タンパク質としての人工βシートタンパク質は、オリゴマー化等の分析のために使用することができる。
The specific protein may be an artificial β-sheet protein.
The artificial β-sheet protein as a specific protein can be used as a model protein in oligomerization or amyloid fibril formation to determine the presence state of the specific protein on the lipid bilayer. The artificial β-sheet protein as the specific protein can be used for analysis such as oligomerization.

前記人工βシートタンパク質は、オリゴマー形成能を有し、且つ、配列番号1又は配列番号2と配列同一性が80%以上であるタンパク質であってもよい。
前記人工βシートタンパク質が、配列番号1又は配列番号2と配列同一性が80%以上であると、オリゴマーを安定的に形成する傾向にある。
The artificial β-sheet protein may be a protein having oligomer-forming ability and having a sequence identity of 80% or more with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
When the artificial β-sheet protein has a sequence identity of 80% or more with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, it tends to form oligomers stably.

本明細書においてアミノ酸配列の配列同一性とは、対象とする2つのタンパク質間のアミノ酸配列の配列同一性をさし、当該技術分野において公知の数学的アルゴリズムを用いて作成されたアミノ酸配列の最適なアラインメントにおいて一致するアミノ酸残基の割合(%)によって表される。
アミノ酸配列の配列同一性は、同一性と同様に視覚的検査及び数学的計算により決定することができ、当業者に周知の配列同一性検索プログラム(例えば、BLAST、PSI−BLAST、HMMER)や、遺伝情報処理ソフトウェア(例えば、GENETYX[登録商標])などを用いて算出することができる。本明細書におけるアミノ酸配列の配列同一性は、具体的には、GENETYX[登録商標]ネットワーク版ver. 11.1.3(株式会社ゼネティックス)を用い、Protein vs Protein Global Homologyを初期設定の条件(Unit size to compareを2に設定する)で求めることができる。
As used herein, the term "sequence identity of an amino acid sequence" refers to the identity of the amino acid sequence between two proteins of interest, and the optimality of an amino acid sequence created using a mathematical algorithm known in the art. It is represented by the percentage (%) of amino acid residues that are identical in a perfect alignment.
The sequence identity of an amino acid sequence can be determined by visual inspection and mathematical calculation in the same manner as the identity, and a sequence identity search program (for example, BLAST, PSI-BLAST, HMMER) well known to those skilled in the art, It can be calculated using genetic information processing software (for example, GENETYX (registered trademark)) or the like. Specifically, the sequence identity of the amino acid sequence in the present specification can be determined by using GENETYX (registered trademark) network version ver. 11.1.3 (Genetics Co., Ltd.) and setting Protein vs Protein Global Homology to the initial setting conditions (Unit size to compare is set to 2).

本開示に係る脂質二重膜は、特に限定されず、適宜公知の製法により作製された脂質二重膜を適用してよい。例えば、脂質二重膜は、液滴接触法による脂質二重膜であることが好ましい。液滴接触法による脂質二重膜の作製方法としては、特開2012−81405、特開2014−100672等に記載された作製方法を適用してよい。   The lipid bilayer membrane according to the present disclosure is not particularly limited, and a lipid bilayer membrane appropriately manufactured by a known manufacturing method may be applied. For example, the lipid bilayer is preferably a lipid bilayer formed by a droplet contact method. As a method for producing a lipid bilayer membrane by a droplet contact method, a production method described in JP-A-2012-81405, JP-A-2014-100672, or the like may be applied.

液滴接触法は、脂質を含む液滴同士を接触させ、これにより前記液滴同士の接触面において脂質二重膜を形成する方法である。また、液滴同士が接触していない面には、脂質単分子膜が形成されている。そのため、液滴接触により作製される脂質二重膜は、電圧の印加により特定タンパク質のオリゴマーが、脂質二重膜に入り込み、脂質二重膜上に空孔部を形成したとしても、脂質単分子膜による支えがある分、他の製法により作製される脂質二重膜よりも、脂質二重膜がより安定的に存在し易い傾向にある。その結果、脂質二重膜に電圧を長時間(例えば、120分以上)印加しても、脂質二重膜は壊れ難く、より長時間の経時的測定が可能になると考えられる。例えば、長時間の測定が必要となりうる単量体の形態からオリゴマーの形態へと経時的に変化するまでの過程を判定すること;オリゴマーの形態から線維の形態へと経時的に変化するまでの過程を判定すること等ができると考えられる。   The droplet contact method is a method in which lipid-containing droplets are brought into contact with each other to form a lipid bilayer on the contact surface between the droplets. In addition, a lipid monomolecular film is formed on a surface where the droplets are not in contact with each other. For this reason, lipid bilayers formed by contact with droplets can be made into lipid monolayers even if oligomers of a specific protein enter the lipid bilayer by applying voltage and form pores on the lipid bilayer. Because of the support of the membrane, the lipid bilayer tends to be more stably present than the lipid bilayer produced by another manufacturing method. As a result, even if a voltage is applied to the lipid bilayer membrane for a long time (for example, 120 minutes or more), the lipid bilayer membrane is not easily broken, and longer time-lapse measurement can be performed. For example, determining the process over time from a monomeric form to an oligomeric form, which may require a long-term measurement; It is considered that the process can be determined.

脂質二重膜を形成する脂質としては、室温において安定的に脂質二重膜を形成可能であれば特に限定されず、適宜好適な脂質を用いてもよい。脂質二重膜を形成する脂質としては、例えば、ジフタノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DPhPC)、1,2―ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DPPC)、1,2―ジミリストイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DMPC)、ジフィタノイルホスファチジルエタノールアミン(DPhPE)、1,2―ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC)、1,2―ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン(DPPE)、1,2―ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン(DOPE)等のリン脂質が挙げられる。上記の中でも、脂質二重膜を形成する脂質としては、室温においてより安定な脂質二重膜を得る観点から、相転移温度の高いジフタノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DPhPC)が好ましい。なお、脂質二重膜は、必要に応じてコレステロール等のステロイド化合物を含んで構成されていてもよい。   The lipid forming the lipid bilayer is not particularly limited as long as it can form a lipid bilayer stably at room temperature, and a suitable lipid may be used as appropriate. Examples of lipids forming a lipid bilayer membrane include diphthanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPhPC), 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC), and 1,2-dimyristoyl. -Sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC), diphytanoylphosphatidylethanolamine (DPhPE), 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC), 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero And phospholipids such as -3-phosphoethanolamine (DPPE) and 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE). Among the above, as the lipid forming the lipid bilayer, diphthanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPhPC) having a high phase transition temperature is preferable from the viewpoint of obtaining a more stable lipid bilayer at room temperature. In addition, the lipid bilayer membrane may be configured to include a steroid compound such as cholesterol, if necessary.

第一の溶液は、測定試料を含む。より効率的にオリゴマー化を観測する観点から、第二の溶液も測定試料を含んでいてもよい。   The first solution contains a measurement sample. From the viewpoint of observing oligomerization more efficiently, the second solution may also include a measurement sample.

第一の溶液及び第二の溶液は、第一の溶液と第二の溶液との間に流れる電流を観測することができれば、特に限定されず、適宜好適な電解液を適用してよい。電解液に含まれる電解質の種類としては、KCl、NaCl等が挙げられる。電解質は1種単独であっても2種以上の併用であってもよい。
電解液を用いる場合、電解質の濃度は、十分な電流強度を得る観点から、例えば、10μM以上10M以下であることが好ましく、50μM以上1M以下であることがより好ましく、100μM以上300mM以下であることが更に好ましい。なお、電解質が2種以上存在する場合、上記電解質の濃度は、2種以上の電解質における濃度の和を指す。
The first solution and the second solution are not particularly limited as long as a current flowing between the first solution and the second solution can be observed, and a suitable electrolytic solution may be applied as appropriate. Examples of the type of the electrolyte contained in the electrolyte include KCl, NaCl, and the like. The electrolyte may be used alone or in combination of two or more.
When an electrolytic solution is used, the concentration of the electrolyte is, for example, preferably 10 μM or more and 10 M or less, more preferably 50 μM or more and 1 M or less, and more preferably 100 μM or more and 300 mM or less from the viewpoint of obtaining a sufficient current intensity. Is more preferred. When two or more electrolytes are present, the concentration of the electrolyte indicates the sum of the concentrations of the two or more electrolytes.

第一の溶液及び第二の溶液の種類は、特定タンパク質の分析が可能であれば、特に限定されず、適宜好適な溶液を用いてよい。第一の溶液及び第二の溶液は、測定試料の含有の有無以外については同じ溶液であることが好ましく、どちらも測定試料を含む同じ溶液であることがより好ましい。   The type of the first solution and the second solution is not particularly limited as long as the specific protein can be analyzed, and a suitable solution may be used as appropriate. The first solution and the second solution are preferably the same solution except for the presence or absence of the measurement sample, and more preferably both are the same solution containing the measurement sample.

例えば、特定タンパク質がアミロイドβである場合、第一の溶液及び第二の溶液としては、pHを6.0以上8.0以下に調整するpH緩衝溶液を用いてもよい。pH緩衝溶液に含まれるpH緩衝剤としては、特に限定されないが、例えば、りん酸(りん酸水素二ナトリウム、りん酸水素カリウム等、PBS)、2−モルホリノエタンスルホン酸(MES)、3−モルホリノプロパンスルホン酸(MOPS)、ピペラジン−N,N'−ビス(2−エタンスルホン酸)(PIPES)、2−〔4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル〕エタンスルホン酸(HEPES)、2−ヒドロキシ−3−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル]プロパンスルホン酸(HEPPSO)、及び3−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル]プロパンスルホン酸(EPPS)などが挙げられる。上記の中でも、りん酸水素二ナトリウム、りん酸水素カリウム等のりん酸を用いたPBS緩衝溶液であることが好ましい。   For example, when the specific protein is amyloid β, a pH buffer solution that adjusts the pH to 6.0 or more and 8.0 or less may be used as the first solution and the second solution. The pH buffer contained in the pH buffer solution is not particularly limited, and examples thereof include phosphoric acid (eg, disodium hydrogen phosphate and potassium hydrogen phosphate, PBS), 2-morpholinoethanesulfonic acid (MES), and 3-morpholino. Propanesulfonic acid (MOPS), piperazine-N, N'-bis (2-ethanesulfonic acid) (PIPES), 2- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] ethanesulfonic acid (HEPES), 2 -Hydroxy-3- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] propanesulfonic acid (HEPPSO) and 3- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] propanesulfonic acid (EPPS) Is mentioned. Among them, a PBS buffer solution using phosphoric acid such as disodium hydrogen phosphate and potassium hydrogen phosphate is preferable.

第一の溶液及び第二の溶液は、容器又はウェル等に収容されていることが好ましい。   It is preferable that the first solution and the second solution are contained in a container or a well.

第一の溶液及び第二の溶液の間に電圧を印加する方法は、第一の溶液及び第二の溶液の間に電圧を経時的に印加することができれば、特に限定されない。例えば、第一の溶液及び第二の溶液それぞれに電極を設け、これら2つの電極を通じて電圧を印加していてもよい。また、該電極は、電源及び電圧を制御する制御装置と電気的に接続されていてもよい。該電極は、電流経時変化データを得るモニタリング装置と電気的に接続されていてもよい。   The method of applying a voltage between the first solution and the second solution is not particularly limited as long as a voltage can be applied with time between the first solution and the second solution. For example, an electrode may be provided for each of the first solution and the second solution, and a voltage may be applied through these two electrodes. Further, the electrode may be electrically connected to a control device that controls a power supply and a voltage. The electrode may be electrically connected to a monitoring device that obtains current aging data.

第一の溶液及び第二の溶液の間に印加する電圧は、特定タンパク質の分析が可能であれば、特に限定されない。例えば、特定タンパク質の単量体(特に、人工βシートタンパク質の単量体)がオリゴマー化する過程を短くしつつも、オリゴマー化を判定しやすくする観点から、第一の溶液及び第二の溶液の間に印加する電圧は、10mV以上400mV以下であることが好ましく、30mV以上300mV以下であることがより好ましく、50mV以上250mV以下であることが更に好ましい。   The voltage applied between the first solution and the second solution is not particularly limited as long as a specific protein can be analyzed. For example, from the viewpoint of shortening the process of oligomerization of a monomer of a specific protein (particularly, a monomer of an artificial β-sheet protein), it is easy to determine the oligomerization. Is preferably 10 mV or more and 400 mV or less, more preferably 30 mV or more and 300 mV or less, further preferably 50 mV or more and 250 mV or less.

(第二の工程)
本開示に係る判定方法は、第二の工程を含む。
第二の工程では、前記電流経時変化データの波形から前記測定試料に含まれるアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する。
(Second step)
The determination method according to the present disclosure includes a second step.
In the second step, the existence state of the protein capable of forming amyloid fibrils contained in the measurement sample on the lipid bilayer is determined from the waveform of the current temporal change data.

「電流経時変化データの波形から前記測定試料に含まれる脂質二重膜上における特定タンパク質の存在状態を判定する」とは、脂質二重膜上において、特定タンパク質が、単量体の形態、オリゴマーの形態及び線維の形態の、どの形態をとっているかを判定することを表す(以下、単に「特定タンパク質の形態の判定」とも称す)。   "Determining the presence state of a specific protein on a lipid bilayer contained in the measurement sample from the waveform of the current temporal change data" means that the specific protein is a monomeric form, an oligomer on the lipid bilayer. (Hereinafter, simply referred to as “determination of specific protein morphology”).

本開示に係る判定方法では、電流経時変化データの波形に基づいて、単量体の形態、オリゴマーの形態、及び線維の形態を判定できる。また、単量体における特定の形態同士を判別できる。   In the determination method according to the present disclosure, a morphology of a monomer, a morphology of an oligomer, and a morphology of a fiber can be determined based on a waveform of current temporal change data. Further, specific forms of the monomer can be distinguished from each other.

図2に、本開示に係る特定タンパク質の脂質二重膜上における単量体の形態、オリゴマーの形態及び線維の形態における波形の例を示す。特定タンパク質が、脂質二重膜上において単量体の形態をとる場合、電流経時変化データの波形としては、例えば、脂質二重膜上における単量体の存在する形態に応じてErratic、Spike、Multi-level、Flicker及びSquare-topの少なくとも5種類の波形をとる。   FIG. 2 shows examples of waveforms of the specific protein according to the present disclosure in the form of a monomer, the form of an oligomer, and the form of a fiber on a lipid bilayer membrane. When the specific protein takes the form of a monomer on the lipid bilayer membrane, the waveform of the current temporal change data includes, for example, Erratic, Spike, Take at least 5 types of waveforms: Multi-level, Flicker, and Square-top.

特定タンパク質を含む前の第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加した際に観測される電流強度を、ベースラインと称す。   The current intensity observed when a voltage is applied between the first solution and the second solution before containing the specific protein is referred to as a baseline.

図2(1)に示すように、Erraticである波形とは、電流強度が、ベースラインにおける電流強度から細かい振動を繰り返しながらも徐々に上昇し、その後、細かい振動を繰り返しながらも徐々に減少していく波形を表す。   As shown in FIG. 2A, the waveform that is Erratic means that the current intensity gradually increases while repeating fine oscillation from the current intensity at the baseline, and then gradually decreases while repeating fine oscillation. Represents a moving waveform.

図2(1)に示すように、Spikeである波形とは、ベースラインにおける電流強度から、電流強度が急激に上昇し、その後すぐにベースライン近辺へと、電流強度が急激に減少する波形を表す。   As shown in FIG. 2A, a waveform that is Spike is a waveform in which the current intensity sharply rises from the current intensity at the baseline, and then immediately decreases to near the baseline. Represent.

図2(1)に示すように、Multi-levelである波形とは、ベースラインにおける電流強度から、電流強度が急激に上昇し、上昇した状態のまま、電流値が不規則なノイズ状に変動し、その後、ベースラインにおける電流強度と同範囲まで急激に減少する波形を表す。   As shown in FIG. 2A, a multi-level waveform means that the current intensity sharply increases from the current intensity at the baseline, and the current value fluctuates in an irregular noise state while the current intensity is increased. Thereafter, a waveform that sharply decreases to the same range as the current intensity at the baseline is shown.

「電流強度が急激に上昇又は低下する」とは、例えば、前記ベースラインの電流強度に対して、電流強度の変化量が、予め定められた閾値を上回る又は下回る場合、電流強度が急激に上昇又は低下している、と判定してよい。前記閾値は、任意の値であってよく、好ましくはベースラインにおける電流強度の50%以上、より好ましくは100%以上である。   "The current intensity sharply increases or decreases" means, for example, that when the amount of change in the current intensity exceeds or falls below a predetermined threshold with respect to the current intensity of the baseline, the current intensity sharply increases. Alternatively, it may be determined that the temperature has decreased. The threshold value may be an arbitrary value, and is preferably 50% or more, more preferably 100% or more of the current intensity at the baseline.

図2(1)に示すように、Flickerである波形とは、電流強度の高低が同程度の範囲である複数の矩形状の波形を表す。   As shown in FIG. 2A, the Flicker waveform represents a plurality of rectangular waveforms in which the magnitude of the current intensity is in the same range.

「複数の矩形上の波形における電流強度の高低が同程度の範囲である」とは、例えば、それぞれの矩形状の波形同士における、電流強度の最高値及び最低値の差の絶対値における変動幅が、予め定めた閾値を下回る場合、複数の矩形状の波形における電流強度の高低が同程度の範囲である、と判定してよい。前記閾値は、任意の値であってよく、好ましくは電流強度の最高値及び最低値の差の絶対値における変動幅の算術平均値の±10%以下、より好ましくは±5%以下である。   "The magnitude of the current intensity in the waveforms on the plurality of rectangles is in the same range" means, for example, the variation width in the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the current intensity between the respective rectangular waveforms. Is smaller than a predetermined threshold value, it may be determined that the magnitudes of the current intensities in the plurality of rectangular waveforms are in the same range. The threshold value may be any value, and is preferably ± 10% or less, more preferably ± 5% or less, of the arithmetic mean value of the fluctuation range in the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the current intensity.

図2(1)に示すように、Square-topである波形とは、電流強度の高低が無作為である複数の矩形状の波形を表す。   As shown in FIG. 2A, the square-top waveform refers to a plurality of rectangular waveforms in which the magnitude of the current intensity is random.

「複数の矩形状の波形における電流強度の高低が無作為である」とは、例えば、それぞれの矩形状の波形同士における、電流強度の最高値及び最低値の差の絶対値における変動幅が、予め定めた閾値を上回る場合、複数の矩形状の波形における電流強度の高低が無作為である、と判定してよい。前記閾値は、任意の値であってよく、好ましくは電流強度の最高値及び最低値の差の絶対値における変動幅の算術平均値の±10%以下、より好ましくは±5%以下である。   `` The magnitude of the current intensity in the plurality of rectangular waveforms is random '' means, for example, that in each of the rectangular waveforms, the fluctuation range in the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the current intensity is If the value exceeds a predetermined threshold, it may be determined that the magnitude of the current intensity in the plurality of rectangular waveforms is random. The threshold value may be any value, and is preferably ± 10% or less, more preferably ± 5% or less, of the arithmetic mean value of the fluctuation range in the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the current intensity.

特定タンパク質が、脂質二重膜上においてオリゴマーの形態をとる場合、電流経時変化データの波形としては、図2(2)に示すように、Step-upの波形をとる。Step-upである波形とは、電流強度が階段状に上昇する波形を表す。   When the specific protein takes the form of an oligomer on the lipid bilayer membrane, the waveform of the current temporal change data has a Step-up waveform as shown in FIG. 2 (2). The step-up waveform indicates a waveform in which the current intensity rises stepwise.

特定タンパク質が、脂質二重膜上において線維の形態をとる場合、電流経時変化データの波形としては、図2(3)に示すように、No-signalの波形をとる。No-signalである波形とは、電流強度が前記ベースラインにおける電流強度と同範囲である波形を表す。   When the specific protein takes the form of a fiber on the lipid bilayer membrane, the waveform of the current temporal change data has a No-signal waveform as shown in FIG. 2 (3). The waveform that is a No-signal indicates a waveform in which the current intensity is in the same range as the current intensity in the baseline.

以下、図3に示すフローチャートに基づいて、脂質二重膜上における特定タンパク質の存在状態を判定する方法の一例について説明する。図3に示すように、まず、ステップS00で電流経時変化データを得る。次に、ステップS10において、「電流強度が急激に上昇又は低下するか否か」を判断する。ステップS10が否定される場合、ステップS11に進む。ステップS10が肯定される場合、ステップS12に進む。   Hereinafter, an example of a method for determining the presence state of the specific protein on the lipid bilayer will be described based on the flowchart shown in FIG. As shown in FIG. 3, first, current time-dependent change data is obtained in step S00. Next, in step S10, it is determined whether or not the current intensity increases or decreases rapidly. When step S10 is denied, it progresses to step S11. When step S10 is affirmed, it progresses to step S12.

ステップS11では、「電流強度が、ベースラインの電流強度と同程度の範囲であるか否か」を判断する。ステップS11が肯定される場合、ベースラインの波形を有すると判定する。ステップS11が否定される場合、単量体における第一の形態に特徴的な波形の一つであるErraticな波形を有すると判定してよい。   In step S11, it is determined whether or not the current intensity is in the same range as the baseline current intensity. If step S11 is affirmative, it is determined that the waveform has a baseline waveform. If step S11 is negative, it may be determined that the monomer has an Erratic waveform that is one of the waveforms characteristic of the first embodiment.

ステップS12では、「電流強度と測定時間との関係を表すグラフにおいて、近似直線の傾きが20ms以内で正から負に変化するか否か」を判断する。ステップS12が肯定される場合、単量体における第二の形態に特徴的な波形の一つであるSpikeな波形を有すると判定してよい。ステップS12が否定されると、ステップS13に進む。   In step S12, it is determined whether “in the graph representing the relationship between the current intensity and the measurement time, the slope of the approximate straight line changes from positive to negative within 20 ms”. When step S12 is affirmed, it may be determined that the monomer has a Spike waveform which is one of the waveforms characteristic of the second embodiment. If step S12 is denied, the process proceeds to step S13.

ステップS13では、電流強度が急激に上昇し、上昇した状態のまま、電流値が不規則なノイズ状に変動し、その後、ベースラインにおける電流強度と同範囲まで急激に減少するまでの電流経時変化データにおいて、「電流値の分布がガウス分布を示すか否か」を判断する。ステップS13が否定される場合、単量体における第三の形態に特徴的な波形の一つであるMulti-levelな波形を有すると判定してよい。ステップS13が肯定される場合、ステップS14に進む。   In step S13, the current intensity rises sharply, and the current value fluctuates in an irregular noise state while maintaining the increased state, and thereafter, the temporal change in current until the current intensity sharply falls to the same range as the current intensity in the baseline. In the data, it is determined whether or not the current value distribution indicates a Gaussian distribution. If step S13 is negative, it may be determined that the monomer has a multi-level waveform which is one of the waveforms characteristic of the third embodiment. When step S13 is affirmed, it progresses to step S14.

ステップS14では、「1s以上経過しても電流強度が低下しないか否か」を判断する。ステップS14が肯定される場合、オリゴマーの形態において特徴的なStep-upの波形を有すると判定してよい。ステップS14が否定される場合、ステップS15に進む。   In step S14, it is determined whether or not the current intensity does not decrease even after 1 s has elapsed. When step S14 is affirmed, it may be determined to have a characteristic step-up waveform in the oligomer form. When step S14 is denied, it progresses to step S15.

ステップS15では、「電流強度の2状態遷移が繰り返されているか否か」を判断する。ステップS15が肯定される場合、単量体において第四の形態に特徴的な波形の一つであるFlickerの波形を有すると判定してよい。ステップS15が否定される場合、単量体における第五の形態に特徴的な波形の一つであるSquare-topの波形を有すると判定してよい。   In step S15, it is determined whether or not the two-state transition of the current intensity is repeated. If step S15 is affirmative, it may be determined that the monomer has a Flicker waveform, which is one of the waveforms characteristic of the fourth embodiment. When step S15 is denied, it may be determined that the monomer has a Square-top waveform which is one of the waveforms characteristic of the fifth embodiment.

電流経時変化データにおいて、例えば、オリゴマーの形態に由来するStep-upの波形が観測された後、Step-upの波形における電流強度から、一定時間(例えば、300s以上)以上経過しても電流強度が変化しない場合、特定タンパク質は、脂質二重膜上において線維の形態をとっていると判定してもよい。   In the current aging data, for example, after the waveform of the step-up derived from the oligomer form is observed, the current intensity in the waveform of the step-up is not changed even after a certain period of time (for example, 300 s or more). If does not change, it may be determined that the specific protein is in the form of a fiber on the lipid bilayer.

単量体における第一の形態〜第五の形態は、脂質二重膜上における単量体の存在状態という点で異なると考えられる。本開示に係る特定タンパク質の判定方法によれば、電流経時変化データの波形に基づいて、単量体が、脂質二重膜上においてどの形態をとるかを判定することができる。   It is considered that the first to fifth forms of the monomer are different in the state of the presence of the monomer on the lipid bilayer. According to the method for determining a specific protein according to the present disclosure, it is possible to determine which form the monomer takes on the lipid bilayer membrane based on the waveform of the current temporal change data.

なお、本開示において「単量体の形態」とは、「オリゴマーの形態」となるまで過程において、複数の1量体が不安定的に集合し2量体以上の形態をとっている形態も含める。   In the present disclosure, the “monomer form” also refers to a form in which a plurality of monomers are unstablely aggregated to form a dimer or more in the process of becoming an “oligomer form”. include.

例えば、神経細胞に対する細胞毒性の機構に資する観点から、特定タンパク質の単量体を測定試料として選択し、単量体における第一の形態〜第五の形態に特徴的な波形から、オリゴマーの形態に特徴的な波形へと経時的に変化するまでの過程をモニターしてもよい。このようなモニタリングのためには、前記脂質二重膜として液滴接触法による脂質二重膜を用いることが好ましい。これは、長時間の電圧の印加に対しても脂質二重膜がより安定的であるためである。   For example, from the viewpoint of contributing to the mechanism of cytotoxicity to nerve cells, a monomer of a specific protein is selected as a measurement sample, and the form of the oligomer is determined from waveforms characteristic of the first to fifth forms of the monomer. A process until the waveform changes to a characteristic waveform over time may be monitored. For such monitoring, it is preferable to use a lipid bilayer by the droplet contact method as the lipid bilayer. This is because the lipid bilayer membrane is more stable even when voltage is applied for a long time.

前記電流経時変化データの波形から特定タンパク質の形態を判定する方法は、特に限定されず、予め形態が既知である特定タンパク質を標準試料として用いて波形の形状を直接比較する方法であってもよく、フローチャート式で波形を帰属する方法であってもよい。   The method of determining the form of the specific protein from the waveform of the current temporal change data is not particularly limited, and may be a method of directly comparing the shape of the waveform using a specific protein whose form is known in advance as a standard sample. Alternatively, a method of assigning waveforms in a flowchart manner may be used.

特定タンパク質の形態の判定方法は、特定タンパク質の単量体、オリゴマー及び線維のそれぞれを判定することができれば、特に限定されず、目視による波形の識別であっても、後述するCPUとメモリとを備える判定装置による波形の識別であってもよい。   The method for determining the form of the specific protein is not particularly limited as long as it can determine each of the monomer, oligomer, and fiber of the specific protein. The waveform may be identified by a determination device provided.

[特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定するように構成された判定装置]
本開示に係る特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定するように構成された判定装置は、CPUと、メモリと、を備え、脂質二重膜により互いに分け隔てられる、測定試料を含む第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加し、前記第一の溶液と第二の溶液との間を流れる電流の電流強度を経時的に測定して得られる電流経時変化データにおける波形から、アミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定すること、を含むプロセスにより特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定するように構成されている。
[Determination device configured to determine presence state of specific protein on lipid bilayer membrane]
A determination device configured to determine the presence state of a specific protein on a lipid bilayer according to the present disclosure includes a measurement sample, which includes a CPU and a memory, and is separated from each other by the lipid bilayer. A voltage is applied between the first solution and the second solution, and current temporal change data obtained by measuring the current intensity of the current flowing between the first solution and the second solution over time. Determining the state of presence of a protein capable of forming amyloid fibrils on the lipid bilayer from the waveform in the above.

図4には、本開示に係る判定装置の一例としての判定装置100のブロック図を示す。図4に示すように、判定装置100は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、不揮発性メモリ104、及び入出力インターフェース(I/O)106がバス105を介して互いに接続された構成を有している。I/O106は、イントラネット110を介して電流強度経時変化測定機器120に接続されている。   FIG. 4 is a block diagram of a determination device 100 as an example of the determination device according to the present disclosure. As shown in FIG. 4, the determination device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a ROM (Read Only Memory) 102, a RAM (Random Access Memory) 103, a nonvolatile memory 104, and an input / output interface (I / O). 106 are connected to each other via a bus 105. The I / O 106 is connected via the intranet 110 to a current intensity change measuring device 120.

特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態の判定処理を実行させるプログラムは、例えば、不揮発性メモリ104にあらかじめ記憶させておくことができる。その場合、CPU101は、不揮発性メモリ104に記憶された特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態の判定処理を実行させるプログラムを読み込んで実行する。また、CD−ROM等の記憶媒体に、特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態の判定処理を実行させるプログラムを記録し、これをCD−ROMドライブ等で読み込んで実行してもよい。   A program for executing the process of determining the existence state of the specific protein on the lipid bilayer can be stored in advance in, for example, the nonvolatile memory 104. In this case, the CPU 101 reads and executes a program for executing the process of determining the presence state of the specific protein on the lipid bilayer stored in the nonvolatile memory 104. Further, a program for executing the process of determining the presence state of the specific protein on the lipid bilayer may be recorded in a storage medium such as a CD-ROM, and the program may be read and executed by a CD-ROM drive or the like.

電流強度経時変化測定機器120としては、図1に示された分析装置を用いることができる。また、特開2012−81405、特開2014−100672等に記載の分析装置を用いることもできる。
電流強度経時変化測定機器120で得られた電流強度経時変化データは、イントラネット110を介して判定装置100に送信される。前記電流強度経時変化データに対してCPU101により、図3に示すフローチャートに従い、脂質二重膜上における特定タンパク質の存在状態を判定する。なお、図3に示すフローチャートにおける分岐内容及び判定基準は、単なる例示であって、特定タンパク質の種類及び濃度、第一の溶液及び第二の溶液に含まれる電解液の濃度などに基づいて、適宜設定してよい。
The analyzer shown in FIG. 1 can be used as the current intensity change measuring device 120. In addition, an analyzer described in JP-A-2012-81405, JP-A-2014-100672, or the like can also be used.
The current intensity temporal change data obtained by the current intensity temporal change measuring device 120 is transmitted to the determination device 100 via the intranet 110. The CPU 101 determines the presence state of the specific protein on the lipid bilayer membrane in accordance with the flow chart shown in FIG. Note that the branch contents and determination criteria in the flowchart shown in FIG. 3 are merely examples, and may be appropriately determined based on the type and concentration of the specific protein, the concentration of the electrolyte contained in the first solution and the second solution, and the like. May be set.

得られた電流経時変化データにおける波形は、不揮発性メモリ104にあらかじめ記憶された、特定タンパク質の特定の形態を示す所与のデータと照合することにより、測定試料内に存在する特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定してもよい。   The waveform of the obtained current aging data is compared with given data indicating a specific form of the specific protein, which is stored in the nonvolatile memory 104 in advance, so that lipids of the specific protein present in the measurement sample can be obtained. The existence state on the multilayer film may be determined.

上記の判定結果は、I/O106に接続したモニター等の表示装置130に出力して表示してもよい。なお、判定する対象は、特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態に限定されず、特定タンパク質の存在量を含むものであってもよい。例えば、各形態に特徴的な波形の頻度などを基にして、このような判定が可能となる。   The above determination result may be output to and displayed on a display device 130 such as a monitor connected to the I / O 106. The target to be determined is not limited to the state of the specific protein existing on the lipid bilayer membrane, and may include the amount of the specific protein. For example, such a determination can be made based on the frequency of a waveform characteristic of each mode.

図4においては、電流強度経時変化データは、イントラネット110を介して送信されているが、判定装置100は電流強度経時変化測定機器120に直結して一つの装置を形成していてもよい。あるいは、判定装置100は、電流強度経時変化測定機器120と共に、特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定システムを構成していてもよい。   In FIG. 4, the current intensity change data is transmitted via the intranet 110, but the determination device 100 may be directly connected to the current intensity change measurement device 120 to form one device. Alternatively, the determination device 100 may constitute a determination system that determines the presence state of the specific protein on the lipid bilayer together with the current intensity temporal change measurement device 120.

また、本開示によれば、特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、前記処理が、以下を含むコンピュータプログラムが提供される:
脂質二重膜により互いに分け隔てられる、測定試料を含む第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加し、前記第一の溶液と第二の溶液との間を流れる電流の電流強度を経時的に測定して得られる電流経時変化データにおける波形から、アミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する工程。
Further, according to the present disclosure, there is provided a computer program for causing a computer to execute a process of determining a presence state of a specific protein on a lipid bilayer membrane, wherein the process includes the following:
A voltage is applied between the first solution and the second solution containing the measurement sample, which are separated from each other by the lipid bilayer, and the current of the current flowing between the first solution and the second solution A step of determining the presence state of a protein capable of forming amyloid fibrils on a lipid bilayer membrane from a waveform in current temporal change data obtained by measuring intensity over time.

本開示に係る判定装置におけるメモリ及びCPUとしては、特に限定されず、適宜好適な公知のものを適用してよい。   The memory and CPU in the determination device according to the present disclosure are not particularly limited, and a suitable known memory may be applied as appropriate.

[特定タンパク質における凝集体の形成を制御する凝集制御剤のスクリーニング方法]
本開示に係る特定タンパク質における凝集体の形成を制御する凝集制御剤のスクリーニング方法は、先述の特定タンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定方法を用いて、アミロイド線維を形成するβシートタンパク質における凝集体の形成を確認する工程を含む。本開示に係る凝集制御剤のスクリーニング方法は、その他の工程を含んでいてもよい。
[Screening Method for Aggregation Control Agent that Controls Aggregate Formation in Specific Protein]
The screening method for an aggregation controlling agent that controls the formation of an aggregate in a specific protein according to the present disclosure is performed by using the above-described determination method for determining the presence state of a specific protein on a lipid bilayer membrane. Confirming the formation of aggregates in the sheet protein. The method for screening an aggregation controlling agent according to the present disclosure may include other steps.

本開示に係る判定方法を、凝集制御剤のスクリーニング方法に用いることで、特定タンパク質における凝集体の形成を、単量体の形態から経時的に追跡することができるため、凝集制御能の高い凝集制御剤のスクリーニングを効率的に行うことができる。   By using the determination method according to the present disclosure in a screening method for an aggregation controlling agent, the formation of an aggregate in a specific protein can be tracked over time from the form of the monomer, so that the aggregation controlling ability is high. The screening of the control agent can be performed efficiently.

前記凝集制御剤のスクリーニング方法としては、本開示に係る判定方法を用いること以外は、公知の方法をそのまま適用してよい。   As a method for screening the aggregation controlling agent, a known method may be applied as it is, except that the determination method according to the present disclosure is used.

前記凝集制御剤のスクリーニング方法としては、例えば以下の工程を含んでなることができる。
(a)候補化合物と、特定タンパク質とを接触させる接触工程、
(b)前記接触工程後に、特定タンパク質の凝集状態を本開示に係る判定方法により判定する判定工程、
(c)前記判定工程の結果に基づいて、前記候補化合物が存在しない場合と比べて特定タンパク質の凝集が抑制されている場合に、前記候補化合物を特定蛋白質の凝集制御剤として選択する選択工程。
The screening method for the aggregation controlling agent can include, for example, the following steps.
(A) a contacting step of bringing a candidate compound into contact with a specific protein;
(B) after the contacting step, a determining step of determining the aggregation state of the specific protein by the determining method according to the present disclosure;
(C) a selection step of selecting the candidate compound as a specific protein aggregation controlling agent, based on the result of the determination step, when aggregation of the specific protein is suppressed as compared with the case where the candidate compound is not present.

前記候補化合物は、天然由来の化合物、天然由来の化合物の誘導体、有機合成化合物、無機化合物等のいずれであってもよい。   The candidate compound may be any of a naturally occurring compound, a derivative of a naturally occurring compound, an organic synthetic compound, an inorganic compound, and the like.

なお、本開示に係る特定タンパク質における凝集体の形成を制御する凝集制御剤のスクリーニング方法は、オリゴマー化のみに限らず、単量体の形態(第一の形態〜第五の形態)に基づいて凝集状態を判定してもよい。また、この場合、凝集の前段階となる前凝集状態の判定を含んでいてもよい。   In addition, the screening method of the aggregation controlling agent for controlling the formation of the aggregate in the specific protein according to the present disclosure is not limited to oligomerization, but may be based on a monomer form (first to fifth forms). The state of aggregation may be determined. Further, in this case, a determination of a pre-aggregation state which is a stage before the aggregation may be included.

上記工程(c)において、例えば、所定時間内(例えば、60分)に、オリゴマーの形態に由来する波形が観測される頻度が、前記候補化合物が存在しない場合と比べて予め定められた割合以下となる場合、前記候補化合物が存在しない場合と比べて特定タンパク質の凝集が抑制されていると判定してもよい。前記割合は、100%未満の任意の値であってよく、好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下である。   In the step (c), for example, the frequency at which a waveform derived from the oligomer form is observed within a predetermined time (for example, 60 minutes) is equal to or less than a predetermined ratio as compared with the case where the candidate compound is not present. In this case, it may be determined that the aggregation of the specific protein is suppressed as compared with the case where the candidate compound is not present. The ratio may be any value less than 100%, preferably 90% or less, more preferably 80% or less.

[人工βシートタンパク質]
(人工βシートタンパク質の設計方法)
本開示によれば、配列番号1「DGSYSVSVSVSYGR」又は配列番号2「RGSYSVSVSVSYDSDGSYSVSVSVSYGR」と配列同一性が80%以上であり、オリゴマー形成能を有する人工βシートタンパク質が提供される。
[Artificial β-sheet protein]
(Design method of artificial β-sheet protein)
According to the present disclosure, there is provided an artificial β-sheet protein having a sequence identity of 80% or more with SEQ ID NO: 1 “DGSYSVSVSVSYGR” or SEQ ID NO: 2 “RGSYSVSVSSYDSDGSYSVSVSVSYGR” and having oligomer-forming ability.

以下、配列番号1又は配列番号2と配列同一性が80%以上であり、オリゴマー形成能を有する人工βシートタンパク質を、合わせて、単に「人工βシートタンパク質」とも称す。   Hereinafter, an artificial β-sheet protein having a sequence identity of 80% or more with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and having an oligomer-forming ability is also simply referred to as “artificial β-sheet protein”.

人工βシートタンパク質は、例えば、以下の判定方法に使用することができる。すなわち、脂質二重膜により互いに分け隔てられる、測定試料を含む第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加し、前記第一の溶液と第二の溶液との間を流れる電流の電流強度を経時的に測定し電流経時変化データを得る第一の工程と、前記電流経時変化データの波形から前記測定試料に含まれるアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する第二の工程と、を含む、アミロイドオリゴマーを形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定方法。このような判定方法により、アミロイド線維を形成する前段階となるオリゴマーを形成するまでの形態を判定することもできる。   The artificial β-sheet protein can be used, for example, in the following determination method. That is, a voltage is applied between the first solution and the second solution containing the measurement sample, which are separated from each other by the lipid bilayer, and the current flowing between the first solution and the second solution is applied. A first step of measuring current intensity over time to obtain current temporal change data, and the presence of a protein capable of forming amyloid fibrils contained in the measurement sample from the waveform of the current temporal change data on a lipid bilayer membrane. And a second step of determining the state. A method for determining the presence state of a protein capable of forming an amyloid oligomer on a lipid bilayer membrane. By such a determination method, it is also possible to determine the morphology up to the formation of the oligomer, which is the stage before the formation of amyloid fibrils.

配列番号1の人工βシートタンパク質(以下、「SV14」とも称す)に対する配列同一性は、80%以上であり、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、100%(すなわち、配列番号1のタンパク質)であることが更に好ましい。   The sequence identity of SEQ ID NO: 1 to an artificial β-sheet protein (hereinafter also referred to as “SV14”) is 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and more preferably 100% (Ie, the protein of SEQ ID NO: 1).

配列番号2の人工βシートタンパク質(以下、「SV28」とも称す)に対する配列同一性は、80%以上であり、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、100%(すなわち、配列番号2のタンパク質)であることが更に好ましい。   The sequence identity of SEQ ID NO: 2 to the artificial β-sheet protein (hereinafter also referred to as “SV28”) is 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and more preferably 100% (Ie, the protein of SEQ ID NO: 2).

人工βシートタンパク質は、例えば、アミロイドβ等のアミロイド線維を形成する天然のタンパク質の代わりに、モデルタンパク質として用いることができる。   The artificial β-sheet protein can be used as a model protein instead of, for example, a natural protein that forms amyloid fibrils such as amyloid β.

人工βシートタンパク質の設計方法は、配列番号1又は配列番号2に対する配列同一性が80%以上であれば、特に限定されず、適宜公知のアミノ酸配列を有していてもよい。   The method for designing the artificial β-sheet protein is not particularly limited as long as the sequence identity to SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is 80% or more, and may have a known amino acid sequence as appropriate.

人工βシートタンパク質の設計方法は、例えば、オリゴマーを効率的に形成するよう設計する観点から、
(1)芳香族アミノ酸残基及び正電荷のアミノ酸残基を含む一方の末端部位と、
(2)芳香族アミノ酸残基及び負電荷のアミノ酸残基を含む他方の末端部位と、
(3)親水性アミノ酸残基と疎水性アミノ酸残基とが交互に配置された主骨格と、
を有するように設計されることが好ましい。
The method for designing an artificial β-sheet protein is, for example, from the viewpoint of designing to efficiently form an oligomer,
(1) one terminal site containing an aromatic amino acid residue and a positively charged amino acid residue;
(2) the other terminal site containing an aromatic amino acid residue and a negatively charged amino acid residue;
(3) a main skeleton in which hydrophilic amino acid residues and hydrophobic amino acid residues are alternately arranged;
Is preferably designed to have

人工βシートタンパク質が、両末端に、芳香族アミノ酸残基を有すると、人工βシートタンパク質間でπ−πスタッキング等の相互作用が生じ易くなる傾向にある。その結果、人工βシートタンパク質が凝集した際に、βバレル構造が安定的に形成され易くなると考えられる。   When the artificial β-sheet protein has aromatic amino acid residues at both ends, an interaction such as π-π stacking between the artificial β-sheet proteins tends to occur easily. As a result, it is considered that when the artificial β-sheet protein aggregates, the β-barrel structure is easily formed stably.

人工βシートタンパク質が、一方の末端部位に正電荷のアミノ酸残基を有し、且つ、他方の末端部位に負電荷のアミノ酸残基を有すると、人工βシートタンパク質を含む溶液系に電圧を印加した場合、人工βシートタンパク質の配向性がそろう傾向にある。その結果、βバレル構造が安定的に形成され易くなると考えられる。   When the artificial β-sheet protein has a positively charged amino acid residue at one end and a negatively charged amino acid residue at the other end, a voltage is applied to the solution system containing the artificial β-sheet protein. In this case, the orientation of the artificial β-sheet protein tends to be aligned. As a result, it is considered that the β barrel structure is easily formed stably.

人工βシートタンパク質が、親水性アミノ酸残基と疎水性アミノ酸残基とが交互に配置された主骨格を有すると、設計したタンパク質が分子内水素結合によりβシート構造を効率的に形成し易くなると考えられる。また、人工βシートタンパク質の分子構造において、疎水性のアミノ酸残基が表面に露出した面が内側に配向し、且つ、親水性のアミノ酸残基が表面に露出した面が外側に配向し易くなる傾向にある。その結果、βバレル構造が形成され易くなると考えられる。   When the artificial β-sheet protein has a main skeleton in which hydrophilic amino acid residues and hydrophobic amino acid residues are alternately arranged, it becomes easier for the designed protein to efficiently form a β-sheet structure by intramolecular hydrogen bonding. Conceivable. Further, in the molecular structure of the artificial β-sheet protein, the surface where hydrophobic amino acid residues are exposed on the surface is oriented inward, and the surface where hydrophilic amino acid residues are exposed on the surface is easily oriented outward. There is a tendency. As a result, it is considered that the β barrel structure is easily formed.

人工βシートタンパク質における末端部位とは、タンパク質の1次構造における3’末端又は5’末端側から5残基以下を表す。   The terminal site in the artificial β-sheet protein refers to 5 or less residues from the 3 ′ end or 5 ′ end in the primary structure of the protein.

人工βシートタンパク質における主骨格とは、タンパク質の1次構造における3’末端又は5’末端側から5残基以下のアミノ酸残基を除いたアミノ酸の配列を表す。   The main skeleton in the artificial β-sheet protein refers to an amino acid sequence obtained by removing 5 or less amino acid residues from the 3 ′ terminal or 5 ′ terminal in the primary structure of the protein.

芳香族アミノ酸残基の数は、人工βシートタンパク質間でπ−πスタッキング等の相互作用が生じるならば、特に限定されず、設計する人工βシートの長径に応じて適宜設計してよい。例えば、アミノ酸残基の数が10以上30以下の人工βシートタンパク質を設計する場合、末端部位に有する芳香族アミノ酸残基の数は、1以上3以下であることが好ましく、1以上2以下であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。   The number of aromatic amino acid residues is not particularly limited as long as interaction such as π-π stacking occurs between the artificial β-sheet proteins, and may be appropriately designed according to the length of the artificial β-sheet to be designed. For example, when designing an artificial β-sheet protein having 10 to 30 amino acid residues, the number of aromatic amino acid residues at the terminal site is preferably 1 to 3 and more preferably 1 to 2. More preferably, it is more preferably 1.

芳香族アミノ酸残基と電荷を有するアミノ酸残基との互いの位置関係は特に限定されない。例えば、電圧の印加により人工βシートタンパク質の配向性を好適にそろえる観点から、芳香族アミノ酸残基と電荷を有するアミノ酸残基とでは、電荷を有するアミノ酸残基の方が、より末端部位に位置することが好ましい。   The positional relationship between the aromatic amino acid residue and the charged amino acid residue is not particularly limited. For example, from the viewpoint of appropriately aligning the orientation of the artificial β-sheet protein by applying a voltage, between the aromatic amino acid residue and the charged amino acid residue, the charged amino acid residue is located at a more terminal site. Is preferred.

芳香族アミノ酸の種類は、例えば、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン等が挙げられる。上記の中でも、芳香族アミノ酸の種類としては、チロシンが好ましい。   Examples of the type of aromatic amino acid include tyrosine, phenylalanine, tryptophan, histidine and the like. Among them, tyrosine is preferable as the kind of the aromatic amino acid.

正電荷のアミノ酸は、βシート構造を作製する溶液のpHよりも等電点が高い(塩基性側の)アミノ酸であればよい。例えば、前記βシート構造を作製する溶液が中性(pH7)である場合、正電荷のアミノ酸の種類としては、アルギニン、ヒスチジン、リシン
等が挙げられる。上記の中でも、正電荷のアミノ酸の種類としては、アルギニンが好ましい。
The positively charged amino acid may be any amino acid having a higher isoelectric point (basic side) than the pH of the solution for producing the β-sheet structure. For example, when the solution for preparing the β-sheet structure is neutral (pH 7), examples of the positively charged amino acid include arginine, histidine, and lysine. Among the above, arginine is preferable as the type of the positively charged amino acid.

負電荷のアミノ酸は、βシート構造を作製する溶液のpHよりも等電点が低い(酸性側の)アミノ酸であればよい。例えば、前記βシート構造を作製する溶液が中性(pH7)である場合、負電荷のアミノ酸の種類としては、アスパラギン酸、グルタミン酸等が挙げられる。上記の中でも、負電荷のアミノ酸の種類としては、アスパラギン酸が好ましい。   The negatively charged amino acid may be any amino acid whose isoelectric point is lower (on the acidic side) than the pH of the solution for producing the β-sheet structure. For example, when the solution for producing the β-sheet structure is neutral (pH 7), examples of the negatively charged amino acid include aspartic acid and glutamic acid. Among the above, aspartic acid is preferable as the kind of the negatively charged amino acid.

疎水性のアミノ酸の種類としては、例えば、バリン、メチオニン、トリプトファン、プロライン、ロイシン、フェニルアラニン、イソロイシン、アラニン、グリシン等が挙げられる。上記の中でも、疎水性のアミノ酸の種類としては、バリンが好ましい。   Examples of hydrophobic amino acids include valine, methionine, tryptophan, proline, leucine, phenylalanine, isoleucine, alanine, glycine, and the like. Among the above, valine is preferable as the type of the hydrophobic amino acid.

親水性のアミノ酸の種類としては、例えば、セリン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、リジン、スレオニン、ヒスチジン、チロシン、システイン等が挙げられる。上記の中でも、親水性のアミノ酸の種類としては、セリンが好ましい。   Examples of the types of hydrophilic amino acids include serine, arginine, aspartic acid, glutamic acid, asparagine, glutamine, lysine, threonine, histidine, tyrosine, cysteine, and the like. Among the above, serine is preferred as the type of hydrophilic amino acid.

(人工βシートタンパク質の合成方法)
本開示に係る人工βシートタンパク質の合成方法は、特に限定されず、設計するアミノ酸配列に応じて、適宜公的な合成方法を選択してよい。
(Method of synthesizing artificial β-sheet protein)
The method for synthesizing the artificial β-sheet protein according to the present disclosure is not particularly limited, and a public synthesis method may be appropriately selected depending on the amino acid sequence to be designed.

例えば、合成途中に線維状態を形成させずに単量体のみを効率的に得る観点から、(1)アミノ酸配列の主鎖中に1つ以上のイソアシルジペプチド基を含む人工βシートタンパク質の前駆体を合成し、次に、(2)前記前駆体のエステル結合を、塩基性条件下においてペプチド結合へと転移させることで、目的とする人工βシートタンパク質を合成してもよい。   For example, from the viewpoint of efficiently obtaining only a monomer without forming a fibrous state during synthesis, (1) a precursor of an artificial β-sheet protein containing one or more isoacyl dipeptide groups in the main chain of the amino acid sequence; The target artificial β-sheet protein may be synthesized by synthesizing a precursor, and then (2) transferring the ester bond of the precursor to a peptide bond under basic conditions.

人工βシートタンパク質の生成を確認する方法としては、円偏光二色性スペクトルを用いる。円偏光二色性スペクトルは、日本分光株式会社製の製品番号:J−820を用いて、MOPS溶液(濃度1mM、25℃)において測定する。このとき、人工βシートタンパク質は、リポソーム(リン脂質:DOPC)中に含ませ、測定する。なお、リポソームを調製における、配列番号1と配列同一性が80%以上である前記人工βシートタンパク質の濃度は、30μg/mLである。また、リポソームを調製における、配列番号2と配列同一性が80%以上である前記人工βシートタンパク質の濃度は、75μg/mLである。   As a method for confirming the generation of the artificial β-sheet protein, a circular dichroism spectrum is used. The circular dichroism spectrum is measured in a MOPS solution (concentration: 1 mM, 25 ° C.) using a product number: J-820 manufactured by JASCO Corporation. At this time, the artificial β-sheet protein is contained in a liposome (phospholipid: DOPC) and measured. In the preparation of the liposome, the concentration of the artificial β-sheet protein having a sequence identity of 80% or more to SEQ ID NO: 1 is 30 μg / mL. In preparing a liposome, the concentration of the artificial β-sheet protein having a sequence identity of 80% or more with SEQ ID NO: 2 is 75 μg / mL.

人工βシートタンパク質における単量体の形態、オリゴマーの形態、線維の形態それぞれを判定する方法としては、本開示に係る判定方法を適用してよい。   As a method for determining each of the form of the monomer, the form of the oligomer, and the form of the fiber in the artificial β-sheet protein, the determination method according to the present disclosure may be applied.

[特定タンパク質におけるオリゴマーの合成方法]
本開示によれば、脂質二重膜により互いに分け隔てられる第一の溶液及び第二の溶液において、前記第一の溶液に、アミロイド線維を形成可能なタンパク質の単量体を、混合する混合工程を含む(以下、単に「混合工程」と称す)、アミロイド線維を形成可能なタンパク質におけるオリゴマーの合成方法が提供される。本開示に係る特定タンパク質におけるオリゴマーの合成方法は、その他の工程を含んでいてもよい。
[Method of synthesizing oligomer in specific protein]
According to the present disclosure, in a first solution and a second solution separated from each other by a lipid bilayer, a mixing step of mixing a protein monomer capable of forming amyloid fibrils with the first solution. (Hereinafter, simply referred to as “mixing step”), the method for synthesizing an oligomer of a protein capable of forming amyloid fibrils is provided. The method for synthesizing the oligomer of the specific protein according to the present disclosure may include other steps.

本開示に係るオリゴマーの合成方法における第一の溶液、第二の溶液及び脂質二重膜は、先述した脂質二重膜上における特定タンパク質の存在状態を判定する方法において記載した第一の溶液、第二の溶液及び脂質二重膜と同様のものを適用してよい。特に、脂質二重膜は、オリゴマーをより効率的に合成する観点から、先述の液滴接触法による脂質二重膜であることが好ましい。   The first solution, the second solution, and the lipid bilayer in the method for synthesizing an oligomer according to the present disclosure are the first solution described in the method for determining the presence state of a specific protein on the lipid bilayer described above, Similar to the second solution and the lipid bilayer may be applied. In particular, the lipid bilayer is preferably a lipid bilayer formed by the above-described droplet contact method from the viewpoint of more efficiently synthesizing the oligomer.

第一の溶液に特定タンパク質の単量体を混合する混合工程を含むと、前記単量体が脂質二重膜に入りこみ、この脂質二重膜において、前記単量体が経時的に凝集される傾向にある。その結果、特定タンパク質におけるオリゴマーが形成されると考えられる。   When a mixing step of mixing the monomer of the specific protein into the first solution is included, the monomer enters the lipid bilayer, and the monomer is aggregated with time in the lipid bilayer. There is a tendency. As a result, it is considered that an oligomer of the specific protein is formed.

混合工程では、溶液に特定タンパク質の単量体を混合する。   In the mixing step, a monomer of the specific protein is mixed into the solution.

前記溶液に混合する特定タンパク質の単量体は、固体であっても、前記単量体を緩衝溶液等に溶解させた溶液であってもよい。   The monomer of the specific protein mixed in the solution may be a solid or a solution in which the monomer is dissolved in a buffer solution or the like.

前記溶液における特定タンパク質の濃度は、特に限定されず、合成したい特定タンパク質におけるオリゴマーの量に応じて適宜設定してよい。例えば、特定タンパク質におけるオリゴマーを効率的に合成する観点から、1μmol/L以上40μmol/L以下であることが好ましく、5μmol/L以上20μmol/L以下であることがより好ましく、5μmol/L以上15μmol/L以下であることが更に好ましい。   The concentration of the specific protein in the solution is not particularly limited, and may be appropriately set according to the amount of the oligomer in the specific protein to be synthesized. For example, from the viewpoint of efficiently synthesizing an oligomer of a specific protein, the concentration is preferably 1 μmol / L or more and 40 μmol / L or less, more preferably 5 μmol / L or more and 20 μmol / L or less, and 5 μmol / L or more and 15 μmol / L. More preferably, it is L or less.

混合工程では、オリゴマーをより効率的に合成する観点から、第一の溶液に加えて、第二の溶液に、特定タンパク質の単量体を混合してもよい。   In the mixing step, from the viewpoint of synthesizing the oligomer more efficiently, the monomer of the specific protein may be mixed in the second solution in addition to the first solution.

本開示に係る特定タンパク質におけるオリゴマーの合成方法は、合成する特定タンパク質の種類に応じて、前記混合工程の後に、前記第一の溶液と前記第二の溶液との間に電圧を印加する工程を更に含んでいてもよい。   The method for synthesizing the oligomer in the specific protein according to the present disclosure includes, after the mixing step, a step of applying a voltage between the first solution and the second solution according to the type of the specific protein to be synthesized. Further, it may be included.

混合工程の後に、前記第一の溶液と前記第二の溶液との間に電圧を印加すると、特定タンパク質の単量体が効率的に凝集し、オリゴマーを形成する傾向にある。 When a voltage is applied between the first solution and the second solution after the mixing step, monomers of the specific protein tend to aggregate efficiently and form oligomers.

第一の溶液及び第二の溶液の間に印加する電圧は、50mV以上400mV以下であることが好ましく、50mV以上300mV以下であることがより好ましく、50mV以上250mV以下であることが更に好ましい。   The voltage applied between the first solution and the second solution is preferably from 50 mV to 400 mV, more preferably from 50 mV to 300 mV, even more preferably from 50 mV to 250 mV.

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。なお、特に断りがない限り「部」は「質量部」を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. Unless otherwise specified, “parts” means “parts by mass”.

−判定方法/特定タンパク質のオリゴマーの合成方法− -Judgment method / Synthesis method of oligomer of specific protein-

(材料の準備)
(1)アミロイド線維を形成可能なタンパク質
・アミロイドβ1−42(ペプチド研究所株式会社製、製品番号:4307−v)
10μM、pH7.4のPBS緩衝溶液(NaHPO:8.1mM、KHPO:1.4mM、KCl:2.7mM、NaCl:137mM)
配列番号3:DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA
(Preparation of materials)
(1) Amyloid β1-42 protein capable of forming amyloid fibrils (Peptide Research Institute Co., Ltd., product number: 4307-v)
10 μM, pH 7.4 PBS buffer solution (Na 2 HPO 4 : 8.1 mM, KH 2 PO 4 : 1.4 mM, KCl: 2.7 mM, NaCl: 137 mM)
SEQ ID NO: 3: DAEFFRHDSGYEVHHQKLVFFAAEDVSNKGAIIGLMVGGVVIA

(2)人工βシートタンパク質:配列番号1のタンパク質の合成(SV14)
人工βシートタンパク質として、配列番号1のタンパク質(以下、「SV14」と称す)を合成した。
まず、固相合成法により、N’末端が9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基(以下、「Fmoc」と称す)で保護された各アミノ酸を、順次C’末端側のアミノ酸から1個ずつ、(A)縮合反応により連結させる(工程(A))。次に、(B)連結されたペプチド鎖におけるN’末端のFmocを脱保護する(工程(B))。この工程(A)及び(B)を順次繰り返し、C’末端側から5残基目のアミノ酸残基までのペプチド鎖を合成した。次に、C’末端側から6残基目のセリンと7残基目のバリンとがエステル結合を介して連結したアミノ酸2量体であるイソアシルジペプチド化合物を挿入するために、C’末端側から5残基目のアミノ酸残基におけるN’末端のFmocを脱保護する工程(B)の後に、(C)イソアシルジペプチド化合物を挿入する工程を経た。その後、工程(B)を経た後、再び工程(A)及び(B)を順次繰り返し、残りのペプチド鎖を合成していく。全てのペプチド鎖を合成した後、最後に、(D)アセチル化する工程と、工程(B)と、(E)合成したペプチド鎖を樹脂から切断する工程と、を経て、SV14の前駆体を得た。
得られたSV14の前駆体について、(F)塩基性条件下によりペプチド結合を形成する工程を行うことにより、目的とするSV14を合成した。各工程(A)〜(F)の詳細を下記に示す。
(2) Artificial β-sheet protein: Synthesis of protein of SEQ ID NO: 1 (SV14)
The protein of SEQ ID NO: 1 (hereinafter referred to as “SV14”) was synthesized as an artificial β-sheet protein.
First, by solid-phase synthesis, each amino acid whose N ′ terminal is protected with a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group (hereinafter, referred to as “Fmoc”) is sequentially added one by one from the amino acid on the C ′ terminal side, (A) Linkage is performed by a condensation reaction (step (A)). Next, (B) Fmoc at the N ′ end of the connected peptide chain is deprotected (step (B)). Steps (A) and (B) were sequentially repeated to synthesize a peptide chain from the C ′ terminal to the fifth amino acid residue. Next, in order to insert an isoacyl dipeptide compound which is an amino acid dimer in which serine at the sixth residue and valine at the seventh residue from the C ′ terminal are inserted through an ester bond, After the step (B) of deprotecting the N'-terminal Fmoc at the fifth amino acid residue from (B), a step (C) of inserting an isoacyl dipeptide compound was performed. Thereafter, after the step (B), the steps (A) and (B) are sequentially repeated again to synthesize the remaining peptide chains. After synthesizing all peptide chains, finally, the precursor of SV14 is subjected to the steps of (D) acetylation, step (B), and (E) cleavage of the synthesized peptide chain from the resin. Obtained.
The obtained SV14 precursor was subjected to (F) a step of forming a peptide bond under basic conditions to synthesize the desired SV14. Details of each of the steps (A) to (F) are shown below.

(A)縮合反応により連結させる工程
N’末端が9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基(以下、「Fmoc」と称す)で保護されたアミノ酸10当量と、1−[ビス(ジメチルアミノ)メチレン]−1H−ベンゾトリアゾリウム3−オキシドヘキサフルオロホスファート(HBTU)10当量と、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)10当量と、N,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)15当量と、を溶媒NMPに溶解させ、前記溶液を、ポリエチレングリコール鎖を有する樹脂(渡辺化学社製、Fmoc−NH―SAL−PEG Resin)681.82mgと混合し、室温(25℃)で30分間反応させた。その後、前記樹脂を溶媒NMPで洗浄した。この縮合反応により、Fmocで保護されたアミノ酸を連結させる工程を、2回繰り返し行った。
なお、2残基目以降については、既にアミノ酸又はペプチド鎖が結合した前記ポリエチレングリコール鎖を有する樹脂を用いて、同様にしてFmoc保護アミノ酸の連結を行った。
(A) Step of Linking by Condensation Reaction 10 equivalents of an amino acid whose N ′ terminal is protected by a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group (hereinafter referred to as “Fmoc”) and 1- [bis (dimethylamino) methylene] 10 equivalents of -1H-benzotriazolium 3-oxidehexafluorophosphate (HBTU), 10 equivalents of 1-hydroxybenzotriazole (HOBt), and 15 equivalents of N, N-diisopropylethylamine (DIPEA) were added to the solvent NMP. After dissolving, the solution was mixed with 681.82 mg of a resin having a polyethylene glycol chain (Fmoc-NH-SAL-PEG Resin, manufactured by Watanabe Chemical Co., Ltd.), and reacted at room temperature (25 ° C.) for 30 minutes. Thereafter, the resin was washed with a solvent NMP. The step of linking amino acids protected by Fmoc by this condensation reaction was repeated twice.
For the second and subsequent residues, Fmoc-protected amino acids were similarly linked using a resin having the polyethylene glycol chain to which an amino acid or peptide chain had already been bonded.

(B)連結されたペプチド鎖におけるN’末端のFmocを脱保護する工程
C’末端側から5残基目までのペプチド鎖合成におけるFmocの脱保護では、工程(B−1)を用いた。工程(C)で樹脂−ペプチド鎖に連結したイソアシルジペプチド化合物におけるFmocの脱保護は、工程(B−2)を用いた。上記以外のアミノ酸残基におけるFmocを脱保護する工程では、前記工程(B−3)を用いた。
(B) Step of Deprotecting Fmoc at N ′ Terminal in Linked Peptide Chain In the deprotection of Fmoc in peptide chain synthesis from the C ′ terminal to the fifth residue, step (B-1) was used. Deprotection of Fmoc in the isoacyl dipeptide compound linked to the resin-peptide chain in step (C) used step (B-2). In the step of deprotecting Fmoc at amino acid residues other than those described above, the above step (B-3) was used.

(B−1):前記樹脂をNMPで洗浄し、前記樹脂を25%ピペリジンのNMP溶液に懸濁させ、室温(25℃)で4分間反応させることで、Fmocを除去した。このFmoc脱保護の工程を、2回繰り返し行った。 (B-1): The resin was washed with NMP, the resin was suspended in an NMP solution of 25% piperidine, and reacted at room temperature (25 ° C.) for 4 minutes to remove Fmoc. This step of Fmoc deprotection was repeated twice.

(B−2):前記樹脂をNMP/DMSOの1/1溶液で洗浄し、前記樹脂を、2v/v%のヘキサメチレンイミン、25%1−メチルピペリジン及び3w/v%HOBtのNMP/DMSOの1/1溶液に懸濁させ、室温(25℃)で4分間反応させることで、Fmocを除去した。このFmoc脱保護の工程を、2回繰り返し行った。 (B-2): The resin was washed with a 1/1 solution of NMP / DMSO, and the resin was washed with 2 v / v% hexamethyleneimine, 25% 1-methylpiperidine and 3 w / v% HOBt in NMP / DMSO. The Fmoc was removed by suspending in a 1/1 solution of the above and reacting at room temperature (25 ° C.) for 4 minutes. This step of Fmoc deprotection was repeated twice.

(B−3):前記樹脂をNMP溶液で洗浄し、前記樹脂を、25%1−メチルピペリジン及び1w/v%HOBtのNMP溶液に懸濁させ、室温(25℃)で4分間反応させることで、Fmocを除去した。このFmoc脱保護の工程を、2回繰り返し行った。 (B-3): washing the resin with an NMP solution, suspending the resin in an NMP solution of 25% 1-methylpiperidine and 1 w / v% HOBt, and reacting at room temperature (25 ° C.) for 4 minutes. Then, Fmoc was removed. This step of Fmoc deprotection was repeated twice.

(C)イソアシルジペプチド結合を挿入する工程
SV14では、C’末端側から6残基目のセリンと7残基目のバリンとがエステル結合を介して連結したアミノ酸2量体であるイソアシルジペプチド化合物「NH−CH(i−C)−C(=O)−O−CH−CH(NH)−C(=O)−OH」を挿入させた。具体的に、前記樹脂を、イソアシルジペプチド化合物4当量、HOBtのクロロホルム溶液4当量、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド(DIPCDI)4.4当量及びクロロホルムの混合溶液に懸濁させ、室温(25℃)で2時間反応させた。なお、DIPCDIは、モレキュラーシーブ(3Å)により脱水したものを使用した。
(C) Step of inserting an isoacyl dipeptide bond In SV14, an isoacyl dipeptide which is an amino acid dimer in which serine at the sixth residue and valine at the seventh residue from the C 'terminal side are linked via an ester bond compound "NH 2 -CH (i-C 3 H 7) -C (= O) -O-CH 2 -CH (NH 2) -C (= O) -OH " were inserts. Specifically, the resin is suspended in a mixed solution of 4 equivalents of an isoacyl dipeptide compound, 4 equivalents of a HOBt solution in chloroform, 4.4 equivalents of N, N'-diisopropylcarbodiimide (DIPCDI) and chloroform, and room temperature (25 ° C.). ) For 2 hours. The DIPCDI used was dehydrated with a molecular sieve (3 °).

(D)アセチル化する工程
上記工程(B)又は(C)を経た前記樹脂を、無水酢酸のNMP溶液20当量と、N,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)10当量とを混合した混合液に懸濁させ、室温(25℃)で30分間反応させた。
(D) Acetylation Step The resin obtained through the above step (B) or (C) is suspended in a mixed solution obtained by mixing 20 equivalents of an acetic anhydride NMP solution and 10 equivalents of N, N-diisopropylethylamine (DIPEA). It was made cloudy and reacted at room temperature (25 ° C.) for 30 minutes.

(E)合成したペプチド鎖を樹脂から切断する工程
上記工程を経た前記樹脂を、トリフルオロ酢酸(TFA)12mLと、m-cresol0.3mL、thioanisol0.3mL、蒸留水(milliQ)0.3mLとを混合した混合液に懸濁させ、室温(25℃)で30分間反応させた。その後、前記樹脂をろ過により除去し、ろ液を濃縮することで、SV14の前駆体を得た。
(E) Step of Cleaving Synthesized Peptide Chain from Resin The resin having undergone the above steps was treated with 12 mL of trifluoroacetic acid (TFA), 0.3 mL of m-cresol, 0.3 mL of thioanisol, and 0.3 mL of distilled water (milliQ). The mixture was suspended in the mixed liquid and reacted at room temperature (25 ° C.) for 30 minutes. Thereafter, the resin was removed by filtration, and the filtrate was concentrated to obtain a precursor of SV14.

(F)塩基性条件下によりペプチド結合を形成する工程
上記で得られたSV14の前駆体と、終濃度100mM水酸化ナトリウム水溶液と、を混合し、室温(25℃)で5分間反応させた。その後、HClで前記反応液を中和させることで、目的とするSV14を得た。
(F) Step of Forming a Peptide Bond Under Basic Conditions The precursor of SV14 obtained above and an aqueous solution of 100 mM final sodium hydroxide were mixed and reacted at room temperature (25 ° C.) for 5 minutes. Then, the target SV14 was obtained by neutralizing the reaction solution with HCl.

得られたSV14は、円偏光二色性スペクトルにより、リポソーム(リン脂質:DOPC)のMOPS溶液(濃度1mM、25℃)存在下で、ペプチドの二次構造がβシート構造であることを確認した(図5参照)。なお、リポソーム溶液中におけるSV14の濃度等は、30μg/mLとした。   The obtained SV14 was confirmed from the circular dichroism spectrum that the secondary structure of the peptide was a β-sheet structure in the presence of a liposome (phospholipid: DOPC) MOPS solution (concentration 1 mM, 25 ° C.). (See FIG. 5). The concentration of SV14 in the liposome solution was 30 μg / mL.

(3)人工βシートタンパク質:配列番号2のタンパク質の合成(SV28)
前記工程(A)及び(B)を順次繰り返し、C’末端側から5残基目のアミノ酸残基までのペプチド鎖を合成した。次に、C’末端側から6残基目のバリン及び7残基目のセリンとして、先述のアミノ酸2量体であるイソアシルジペプチド化合物を挿入するために、C’末端側から5残基目のアミノ酸残基におけるN’末端のFmocを脱保護する工程(B)の後に、工程(C)を経た。その後、工程(B)を経た後、再び工程(A)及び(B)を順次繰り返し、C’末端側から19残基目のアミノ酸残基までのペプチド鎖を合成した。
次に、C’末端側から20残基目のセリン及び21残基目のバリンとして、先述のアミノ酸2量体であるイソアシルジペプチド化合物を挿入するために、C’末端側から19残基目のアミノ酸残基におけるN’末端のFmocを脱保護する工程(B)の後に、工程(C)を経た。その後、工程(B)を経た後、再び工程(A)及び(B)を順次繰り返し、全てのペプチド鎖を合成した。全てのペプチド鎖を合成した後、最後に、(D)アセチル化する工程と、工程(B)と、(E)合成したペプチド鎖を樹脂から切断する工程と、を経て、SV28の前駆体を得た。
得られたSV28の前駆体について、(F)塩基性条件下によりペプチド結合を形成する工程を行うことにより、目的とするSV28を合成した。各工程(A)〜(F)の詳細は上記の通りである。
(3) Artificial β-sheet protein: Synthesis of protein of SEQ ID NO: 2 (SV28)
The above steps (A) and (B) were sequentially repeated to synthesize a peptide chain from the C ′ terminal to the fifth amino acid residue. Next, in order to insert the isoacyl dipeptide compound which is the amino acid dimer described above as the valine at the sixth residue and the serine at the seventh residue from the C ′ terminal, the fifth residue from the C ′ terminal was inserted. After the step (B) of deprotecting the N'-terminal Fmoc in the amino acid residue of (a), the step (C) was performed. Then, after the step (B), the steps (A) and (B) were sequentially repeated again to synthesize a peptide chain from the C ′ terminal to the 19th amino acid residue.
Next, in order to insert the above-mentioned isoacyl dipeptide compound which is an amino acid dimer as serine at the 20th residue and valine at the 21st residue from the C 'terminal, the 19th residue from the C' terminal was inserted. After the step (B) of deprotecting the N'-terminal Fmoc in the amino acid residue of (a), the step (C) was performed. Then, after the step (B), the steps (A) and (B) were sequentially repeated again to synthesize all the peptide chains. After synthesizing all the peptide chains, finally, the precursor of SV28 is subjected to the steps of (D) acetylation, step (B), and (E) cleavage of the synthesized peptide chain from the resin. Obtained.
The obtained SV28 precursor was subjected to (F) a step of forming a peptide bond under basic conditions to synthesize a target SV28. Details of each of the steps (A) to (F) are as described above.

なお、SV28の前駆体の固相合成における工程(B)では、C’末端側から5残基目までのペプチド鎖合成におけるFmocの脱保護では、前記工程(B−1)を用いた。C’末端側から6〜7残基目及び20〜21残基目の前記アミノ酸2量体におけるFmocを脱保護する工程では、前記工程(B−2)を用いた。上記以外のアミノ酸残基におけるFmocを脱保護する工程では、前記工程(B−3)を用いた。   In the step (B) in the solid phase synthesis of the precursor of SV28, the step (B-1) was used in the deprotection of Fmoc in the synthesis of the peptide chain from the C 'terminal to the fifth residue. The step (B-2) was used in the step of deprotecting Fmoc of the amino acid dimer at the 6th to 7th residues and the 20th to 21st residues from the C 'terminal side. In the step of deprotecting Fmoc at amino acid residues other than those described above, the above step (B-3) was used.

SV28の前駆体の固相合成における1回目の工程(C)では、まず、C’末端側から6〜7残基目のアミノ酸残基として、先述のアミノ酸2量体であるイソアシルジペプチド化合物を挿入させた。
SV28の前駆体の固相合成における2回目の工程(C)では、C’末端側から20〜21残基目のアミノ酸残基として、先述のアミノ酸2量体であるイソアシルジペプチド化合物を挿入させた。
In the first step (C) in the solid phase synthesis of the precursor of SV28, first, the aminoacyl residue at the 6th to 7th residues from the C ′ terminal is replaced with the above-mentioned isoacyl dipeptide compound which is an amino acid dimer. Inserted.
In the second step (C) in the solid phase synthesis of the precursor of SV28, the above-mentioned isoacyl dipeptide compound, which is an amino acid dimer, is inserted as the 20th to 21st amino acid residues from the C 'terminal side. Was.

得られたSV28は、円偏光二色性スペクトルにより、リポソーム(リン脂質:DOPC)のMOPS溶液(濃度1mM、25℃)存在下で、ペプチドの二次構造がβシート構造であることを確認した(図6参照)。なお、リポソーム溶液中におけるSV28の濃度等は、75μg/mLとした。   The obtained SV28 was confirmed from the circular dichroism spectrum that the secondary structure of the peptide was a β-sheet structure in the presence of a MOPS solution (concentration: 1 mM, 25 ° C.) of liposome (phospholipid: DOPC). (See FIG. 6). The concentration of SV28 in the liposome solution was 75 μg / mL.

(液滴接触法による脂質二重膜の作製)
特開2012−81405号公報を参照し、2つのウェルが微小な空孔部により連結しているチャンバーを作製した。次に、脂質であるジフタノイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DPhPC、Avanti Polar Lipids, Inc.)を溶解させたデカン溶液(20mg/mL)2.3μLずつを、各ウェルに加えた。次に、各ウェルに、4.7μLのリン酸緩衝液(PBS緩衝溶液、NaHPO:8.1mM、KHPO:1.4mM、KCl:2.7mM、NaCl:137mM)をマイクロピペットで加え、液滴を形成した。この状態で放置することにより、空孔部に脂質二重膜を形成した。形成した脂質二重膜により互いに隔てられたウェル中の溶液を、それぞれ第一の溶液及び第二の溶液とした。
(Preparation of lipid bilayer membrane by droplet contact method)
With reference to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-81405, a chamber in which two wells are connected by a minute hole was prepared. Next, 2.3 μL of a decane solution (20 mg / mL) in which diphthanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPhPC, Avanti Polar Lipids, Inc.) as a lipid was dissolved was added to each well. Then, to each well, phosphate buffer 4.7μL (PBS buffer solution, Na 2 HPO 4: 8.1mM, KH 2 PO 4: 1.4mM, KCl: 2.7mM, NaCl: 137mM) Micro the Pipette added to form droplets. By leaving it in this state, a lipid bilayer membrane was formed in the pores. The solutions in the wells separated from each other by the formed lipid bilayer were used as a first solution and a second solution, respectively.

[実施例1]
測定試料として、10μLのアミロイドβ1−42のオリゴマーを含む溶液を、第一の溶液及び第二の溶液の両方に4.7μLずつ加えた。次に、第一の溶液から第二の溶液の方向へ+100mVの一定電圧を印加し、120分間の電流経時変化データを、Digidata 1440Aアナログ−デジタル変換器(Molecular Devices)を備えたClampex 9.0(Molecular Devices)を用いて、取得した。なお、サンプルレートは40Hz、ベッセルフィルターは7.9kHz、ゲイン値は3.3Gとし、Axopatch 200B Amplifier(Molecular Devices、San Jose、CA、USA)を用いて印加している電流を記録した。なお、アミロイドβのオリゴマーを含む溶液は、前記アミロイドβの単量体を含む溶液を、37℃4時間でインキュベートすることにより、オリゴマー化したものを使用した(図7)。なお、前記インキュベートされたアミロイドβは、ウエスタンブロッティング法によりオリゴマー化されていることを予め確認した。
[Example 1]
As a measurement sample, 4.7 μL of a solution containing 10 μL of an oligomer of amyloid β1-42 was added to both the first solution and the second solution. Next, a constant voltage of +100 mV was applied in the direction from the first solution to the second solution, and the current aging data for 120 minutes was converted to Clampex 9.0 (Molecular) equipped with a Digidata 1440A analog-digital converter (Molecular Devices). Devices). The sample rate was 40 Hz, the Bessel filter was 7.9 kHz, the gain value was 3.3 G, and the applied current was recorded using an Axopatch 200B Amplifier (Molecular Devices, San Jose, CA, USA). As the solution containing the amyloid β oligomer, a solution obtained by incubating the solution containing the amyloid β monomer at 37 ° C. for 4 hours was used (FIG. 7). In addition, it was previously confirmed that the incubated amyloid β was oligomerized by Western blotting.

[実施例2]
測定試料として10μLのアミロイドβ1−42の単量体を含む溶液を用いて、オリゴマーの形態が認められるまで測定を継続した以外は、実施例1と同様の操作により、電流経時変化データを得た(図8)。
[Example 2]
Current time-dependent change data was obtained by the same operation as in Example 1 except that the measurement was continued using a solution containing a monomer of amyloid β1-42 as a measurement sample until the oligomer form was recognized. (FIG. 8).

[実施例3]
線維の形態が認められるまで測定を継続した以外は、実施例2と同様の操作により、電流経時変化データを得た。
[Example 3]
The current time-dependent change data was obtained by the same operation as in Example 2 except that the measurement was continued until the fiber morphology was recognized.

[実施例4]
測定試料を、10μLの配列番号1のタンパク質(人工βシートタンパク質:SV14)の単量体を含む溶液とし、且つ、第一の溶液から第二の溶液の方向へ印加する電圧を+200mVとした以外は、実施例1と同様の操作により、電流経時変化データを得た(図9)。
[Example 4]
The measurement sample was 10 μL of a solution containing a monomer of the protein of SEQ ID NO: 1 (artificial β-sheet protein: SV14), and the voltage applied from the first solution to the second solution was +200 mV. In the same manner as in Example 1, current time-dependent change data was obtained (FIG. 9).

[実施例5]
測定試料を、10μLの配列番号2のタンパク質(人工βシートタンパク質:SV28)の単量体を含む溶液とし、且つ、第一の溶液から第二の溶液の方向へ印加する電圧を+200mVとした以外は、実施例2と同様の操作により、電流経時変化データを得た(図10)。
[Example 5]
Except that the measurement sample was 10 μL of a solution containing a monomer of the protein of SEQ ID NO: 2 (artificial β-sheet protein: SV28) and the voltage applied from the first solution to the second solution was +200 mV. Obtained current aging data by the same operation as in Example 2 (FIG. 10).

図7に示すように、実施例1における電流経時変化データでは、測定が2分程度経過した地点から、電流強度が階段状に上昇する波形、即ち、Step-upである波形が観測された。そのため、本波形から測定試料は、脂質二重膜上において、オリゴマーの形態であると判定した。   As shown in FIG. 7, in the current aging data in Example 1, a waveform in which the current intensity rises in a stepwise manner, that is, a waveform that is Step-up, was observed from the point where the measurement had elapsed for about 2 minutes. Therefore, it was determined from this waveform that the measurement sample was in the form of an oligomer on the lipid bilayer membrane.

図8に示すように、実施例2における電流経時変化データでは、測定が4分程度経過した地点から、電流強度の高低が同程度の範囲である複数の矩形状の波形、即ち、Flickerである波形が観測された。そのため、本波形から測定試料は、脂質二重膜上において単量体の形態が含まれると判定した。その後、測定が14分程度経過した地点からは、電流強度が階段状に上昇する波形、即ち、Step-upである波形が観測された。そのため、本波形から測定試料は、脂質二重膜上において、単量体の形態からオリゴマーの形態へと変化したと判定した。   As illustrated in FIG. 8, the current temporal change data in the second example is a plurality of rectangular waveforms in which the magnitude of the current intensity is in the same range from the point where the measurement has elapsed for about 4 minutes, that is, Flicker. A waveform was observed. Therefore, it was determined from this waveform that the measurement sample contained a monomer form on the lipid bilayer membrane. Thereafter, from the point where the measurement has been performed for about 14 minutes, a waveform in which the current intensity rises stepwise, that is, a waveform of Step-up is observed. Therefore, from this waveform, it was determined that the measurement sample changed from the monomer form to the oligomer form on the lipid bilayer membrane.

また、図示は省略するが、実施例3における電流経時変化データでは、測定開始直後から、Erratic、Spike及びMulti-levelである波形が観測された。そのため、本波形から測定試料は、脂質二重膜上において、複数の単量体の形態をとっていると判定した。また、測定が18分程度経過した地点で、前記複数の単量体の形態に由来する波形に加えて、Step-upである波形も、観測された。そのため、本測定試料は、脂質二重膜上において、複数の単量体の形態から、オリゴマーの形態へと経時的に変化したと判定した。その後、測定が23分程度経過した地点では、Step-upの波形における電流強度から、300秒以上経過しても電流強度が変化しない状態が観測された。そのため、本測定試料は、脂質二重膜上において、オリゴマーの形態から線維の形態へと更に変化したと判定した。   Although not shown, waveforms of Erratic, Spike, and Multi-level were observed immediately after the start of measurement in the current temporal change data in Example 3. Therefore, from this waveform, it was determined that the measurement sample was in the form of a plurality of monomers on the lipid bilayer. In addition, at the point where the measurement has been performed for about 18 minutes, in addition to the waveforms derived from the forms of the plurality of monomers, a waveform that is a step-up was also observed. Therefore, it was determined that the present measurement sample changed over time from the form of a plurality of monomers to the form of an oligomer on the lipid bilayer membrane. Thereafter, at a point where the measurement has been performed for about 23 minutes, a state where the current intensity does not change even after 300 seconds or more has been observed from the current intensity in the waveform of Step-up. Therefore, it was determined that the measurement sample further changed from the oligomer form to the fiber form on the lipid bilayer membrane.

また、図9に示すように、人工βシートタンパク質であるSV14を測定試料として用いた実施例4における電流経時変化データにおいても、測定開始直後から、ベースラインにおける電流強度から、電流強度が急激に上昇し、その後すぐにベースライン近辺へと、電流強度が急激に減少する波形、即ち、Spikeである波形が観測された。さらに、測定が9分程度経過した地点からは、電流強度が、ベースラインにおける電流強度から細かい振動を繰り返しながらも徐々に上昇し、その後、細かい振動を繰り返しながらも徐々に減少していく波形、即ち、Erraticである波形が観測された。そのため、本波形から測定試料は、脂質二重膜上において、単量体の形態であると判定した。   Further, as shown in FIG. 9, in the current time-dependent change data in Example 4 in which SV14 which is an artificial β-sheet protein was used as a measurement sample, the current intensity rapidly increased from the current intensity in the baseline immediately after the start of measurement. A waveform in which the current intensity sharply decreased, and immediately thereafter increased to the vicinity of the baseline, that is, a waveform of Spike was observed. Furthermore, from the point where the measurement has been performed for about 9 minutes, the current intensity gradually increases while repeating fine oscillation from the current intensity at the baseline, and then gradually decreases while repeating fine oscillation, That is, an Erratic waveform was observed. Therefore, it was determined from this waveform that the measurement sample was in the form of a monomer on the lipid bilayer membrane.

同様に、図10に示すように、人工βシートタンパク質であるSV28を測定試料として用いた実施例5における電流経時変化データにおいても、測定が3分程度経過した地点で、電流強度が階段状に上昇する波形、即ち、Step-upである波形が観測された。そのため、本波形から測定試料は、脂質二重膜上において、オリゴマーの形態であると判定した。   Similarly, as shown in FIG. 10, in the current time-dependent change data in Example 5 using SV28, which is an artificial β-sheet protein, as a measurement sample, the current intensity changes stepwise at a point where the measurement has elapsed for about 3 minutes. A rising waveform, that is, a step-up waveform was observed. Therefore, it was determined from this waveform that the measurement sample was in the form of an oligomer on the lipid bilayer membrane.

以上、図7〜図10に示すように、本開示に係る判定方法によれば、脂質二重膜上における特定タンパク質の存在状態を、電流経時変化データから判定することができる。特に、液滴接触法による脂質二重膜を用いることで、より安定的に長時間の電圧印加が可能となり、脂質二重膜上における単量体の形態からオリゴマーの形態へと凝集する過程、及びオリゴマーの形態から線維の形態へと凝集する過程を、継時的に観測することができた。   As described above, according to the determination method according to the present disclosure, as shown in FIGS. 7 to 10, it is possible to determine the presence state of the specific protein on the lipid bilayer from the current temporal change data. In particular, by using a lipid bilayer membrane by the droplet contact method, it is possible to apply voltage more stably for a long time, and the process of aggregation from the monomer form to the oligomer form on the lipid bilayer membrane, And the process of aggregation from the oligomer form to the fiber form could be observed over time.

10 第一の溶液
20 第二の溶液
30BL 脂質二重膜
30ML1、30ML2 脂質単分子膜
40 電圧印加手段
50、60 特定タンパク質のオリゴマー
100 判定装置
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 不揮発性メモリ
105 バス
106 入出力インターフェース(I/O)
110 イントラネット
120 電流強度経時変化測定機器
130 表示装置
Reference Signs List 10 first solution 20 second solution 30BL lipid bilayer 30ML1, 30ML2 lipid monolayer 40 voltage application means 50, 60 oligomer of specific protein 100 determination device 101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 Non-volatile memory 105 Bus 106 Input / output interface (I / O)
110 Intranet 120 Current intensity temporal change measuring instrument 130 Display device

Claims (10)

脂質二重膜により互いに分け隔てられる、測定試料を含む第一の溶液と第二の溶液との間に電圧を印加し、前記第一の溶液と第二の溶液との間を流れる電流の電流強度を経時的に測定し電流経時変化データを得る第一の工程と、
前記電流経時変化データの波形から前記測定試料に含まれるアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する第二の工程と、
を含む、
アミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定する判定方法。
A voltage is applied between the first solution and the second solution containing the measurement sample, which are separated from each other by the lipid bilayer, and the current of the current flowing between the first solution and the second solution A first step of measuring the intensity over time and obtaining current temporal change data,
A second step of determining the presence state of a protein capable of forming amyloid fibrils contained in the measurement sample on the lipid bilayer membrane from the waveform of the current temporal change data,
including,
A method for determining the presence of a protein capable of forming amyloid fibrils on a lipid bilayer membrane.
前記脂質二重膜は液滴接触法による脂質二重膜である、請求項1に記載の判定方法。   The determination method according to claim 1, wherein the lipid bilayer is a lipid bilayer obtained by a droplet contact method. 前記第一の工程において、前記第一の溶液及び第二の溶液の両方に、前記測定試料が含まれる、請求項1又は請求項2に記載の判定方法。   The method according to claim 1, wherein in the first step, the measurement sample is included in both the first solution and the second solution. 前記アミロイド線維を形成可能なタンパク質はアミロイドβである、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の判定方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the protein capable of forming amyloid fibrils is amyloid β. CPUと、メモリと、を備え、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の判定方法を含むプロセスによりアミロイド線維を形成可能なタンパク質の脂質二重膜上における存在状態を判定するように構成された判定装置。   It is provided with a CPU and a memory, and a presence state of a protein capable of forming amyloid fibrils on a lipid bilayer membrane is determined by a process including the determination method according to any one of claims 1 to 4. The determination device configured as described above. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の判定方法を用いて、アミロイド線維を形成するβシートタンパク質における凝集体の形成の有無を確認する工程を含む、アミロイド線維を形成するβシートタンパク質における凝集体の形成を制御する凝集制御剤のスクリーニング方法。   A β-sheet forming an amyloid fiber, comprising a step of confirming the presence or absence of formation of an aggregate in a β-sheet protein forming an amyloid fiber using the determination method according to any one of claims 1 to 4. A method for screening an aggregation controlling agent that controls formation of an aggregate in a protein. 脂質二重膜により互いに分け隔てられる第一の溶液及び第二の溶液において、前記第一の溶液に、アミロイド線維を形成可能なタンパク質の単量体を、混合する混合工程を含む、アミロイド線維を形成可能なタンパク質のオリゴマーの合成方法。   In the first solution and the second solution separated from each other by the lipid bilayer, the first solution, a monomer of a protein capable of forming amyloid fibrils, including a mixing step of mixing, amyloid fibrils, A method for synthesizing a formable protein oligomer. 前記脂質二重膜は液滴接触法による脂質二重膜である、請求項7に記載の合成方法。   The synthesis method according to claim 7, wherein the lipid bilayer is a lipid bilayer formed by a droplet contact method. 前記混合工程の後に、前記第一の溶液と前記第二の溶液との間に電圧を印加する工程を更に含む、請求項7又は請求項8に記載の合成方法。   The method according to claim 7 or 8, further comprising a step of applying a voltage between the first solution and the second solution after the mixing step. 配列番号1又は配列番号2と配列同一性が80%以上であり、オリゴマー形成能を有するタンパク質である、人工βシートタンパク質。   An artificial β-sheet protein having a sequence identity of 80% or more with SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and having oligomer formation ability.
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