JP2023043461A - Luminescence method using luminescent protein - Google Patents

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健治 永井
Kenji Nagai
エムディ ナディム ホサイン
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Abstract

To provide methods for allowing a substrate different from the original substrate 3-hydroxyhispidine to luminesce using a fungal luciferase.SOLUTION: The present invention relates to a luminescence method comprising contacting a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein derived from a fungal luciferase with coelenterazine.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、発光性タンパク質を用いた発光方法に関する。 The present disclosure relates to luminescence methods using luminescent proteins.

ホタル、ウミホタル、発光キノコ、など、多くの生物が化学的に光を放つ能力を有する。この化学発光反応は、発光性タンパク質の1つである化学発光タンパク質(ルシフェラーゼ)とその発光基質(ルシフェリン)によって起こり、これらの構造は生物種によって多種多様である。現在、さまざまな発光性タンパク質がレポーターやプローブとして生命科学研究に応用されている。ルシフェラーゼを細胞等に発現させてレポーターやプローブとして用いる場合、細胞等に対して発光基質の添加が必要である。ルシフェラーゼとその発光基質の組み合わせは非常に特異性が高い。 Many organisms, such as fireflies, sea fireflies, and luminescent mushrooms, have the ability to emit light chemically. This chemiluminescence reaction is caused by a chemiluminescent protein (luciferase), which is one of light-emitting proteins, and its luminescent substrate (luciferin), and these structures vary widely depending on species. Currently, various luminescent proteins are applied to life science research as reporters and probes. When luciferase is expressed in cells or the like and used as a reporter or probe, it is necessary to add a luminescent substrate to the cells or the like. The combination of luciferase and its luminescent substrate is highly specific.

ホタルルシフェラーゼの発光基質であるホタルルシフェリン、バクテリアルシフェラーゼの発光基質であるバクテリアルルシフェリン、渦鞭毛藻類ルシフェラーゼの発光基質である渦鞭毛藻類ルシフェリン、ウミホタルルシフェラーゼ(Vargula/Cypridinaルシフェラーゼ)の発光基質であるヴァルグリンの構造が判明している。
また、ウミシイタケルシフェラーゼ(Renillaルシフェラーゼ)、深海エビルシフェラーゼ(Oplophorusルシフェラーゼ)、カイアシルシフェラーゼ(Gaussiaルシフェラーゼ)、イクオリン、及びオベリン等の発光タンパク質の発光基質であるセレンテラジン(Coelenterazine)の構造が判明している。
さらに、近年、発光キノコ(発光菌類)のルシフェラーゼの発光基質が3-ヒドロキシヒスピジンであることが判明した(非特許文献1~3、特許文献1)。
Firefly luciferin, a luminescent substrate of firefly luciferase, bacterial luciferin, a luminescent substrate of bacterial luciferase, dinoflagellate luciferin, a luminescent substrate of dinoflagellate luciferase, Vargulin, a luminescent substrate of Cypridina luciferase (Vargula/Cypridina luciferase) structure is known.
Also, the structure of Coelenterazine, a luminescent substrate of photoproteins such as Renilla luciferase, Oplophorus luciferase, Gaussia luciferase, aequorin, and obelin, has been determined.
Furthermore, in recent years, it has been found that the luminescent substrate of luciferase in luminescent mushrooms (luminescent fungi) is 3-hydroxyhistidin (Non-Patent Documents 1 to 3, Patent Document 1).

Kotlobay et al., Genetically encodable bioluminescent system from fungi, 12728-12732, PNAS December 11, 2018 vol. 115 no. 50www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1803615115Kotlobay et al., Genetically encodable bioluminescent system from fungi, 12728-12732, PNAS December 11, 2018 vol. 115 no. 50www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1803615115 Khakhar et al., Building customizable auto-luminescent luciferase-based reporters in plants eLife 2020;9:e52786.https://doi.org/10.7554/eLife.52786Khakhar et al., Building customizable auto-luminescent luciferase-based reporters in plants eLife 2020;9:e52786.https://doi.org/10.7554/eLife.52786 Mitiouchkina et al., Plants with genetically encoded autoluminescence, NatureBiotechnology VOL 38 August 2020 944-946Mitiouchkina et al., Plants with genetically encoded autoluminescence, NatureBiotechnology VOL 38 August 2020 944-946

特表2020-505028号公報Japanese Patent Publication No. 2020-505028

ルシフェラーゼとその発光基質ルシフェリンとの組み合わせは非常に特異性が高く、これまで異種由来のルシフェラーゼとルシフェリンの化学発光が可能な組み合わせは報告されていない。ルシフェラーゼに対して複数の異なる発光基質が使用可能であれば、場面に応じた基質を使うことができるため、応用の幅が広がるものと期待される。 The combination of luciferase and its luminescent substrate, luciferin, is highly specific, and no combination of heterologous luciferase and luciferin capable of chemiluminescence has been reported so far. If a plurality of different luminescent substrates can be used for luciferase, it is expected that the range of applications will be broadened because the substrate can be used according to the situation.

発光キノコ等の菌類のルシフェラーゼは、通常、3-ヒドロキシヒスピジンを基質とし、その発光反応を触媒する。
そこで、本開示は、一態様において、菌類ルシフェラーゼを用いて、上記基質とは異なる発光基質を光らせる方法を提供する。
Luciferases of fungi such as luminescent mushrooms usually use 3-hydroxyhistidine as a substrate and catalyze the luminescent reaction.
Thus, in one aspect, the disclosure provides a method of using a fungal luciferase to illuminate a luminescent substrate that is different from the substrates described above.

本開示は、一態様において、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質に、セレンテラジンを接触させることを含む発光方法(以下、「本開示に係る発光方法」ともいう。)に関する。 In one aspect, the present disclosure provides a luminescence method comprising contacting a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase with coelenterazine (hereinafter also referred to as a “luminescence method according to the present disclosure”). ) related.

本開示は、一態様において、菌類ルシフェラーゼ若しくは菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質、その核酸、又はその発現カセットと、セレンテラジンを含むキット(以下、「本開示に係るキット」ともいう。)に関する。 In one aspect, the present disclosure provides a kit comprising a fungal luciferase or a fusion protein having a fungal luciferase-derived chemiluminescent protein portion, a nucleic acid thereof, or an expression cassette thereof, and coelenterazine (hereinafter also referred to as a "kit according to the present disclosure") ) related.

本開示によれば、一態様において、発光キノコ等の菌類に由来するルシフェラーゼを用いて、本来の(内因性の)基質である3-ヒドロキシヒスピジンとは異なる発光基質を光らせることができる。 According to the present disclosure, in one aspect, luciferases from fungi, such as luminescent mushrooms, can be used to illuminate luminescent substrates that differ from the native (endogenous) substrate, 3-hydroxyhistpidine.

図1は、各ルシフェラーゼにセレンテラジンを接触させた場合の発光強度を示したグラフである。FIG. 1 is a graph showing the luminescence intensity when coelenterazine was brought into contact with each luciferase. 図2は、図1からNlucのデータの除いて示したグラフである。FIG. 2 is a graph of FIG. 1 excluding Nluc data. 図3は、各ルシフェラーゼにホタルルシフェリンを接触させた場合の発光強度を示したグラフである。FIG. 3 is a graph showing the luminescence intensity when firefly luciferin was brought into contact with each luciferase. 図4は、各ルシフェラーゼに3-ヒドロキシヒスピジンを接触させた場合の発光強度を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing the luminescence intensity when each luciferase was brought into contact with 3-hydroxyhistidine.

本開示は、ルシフェラーゼとルシフェリンの組み合わせは特異性が高いと考えられているところ、発光キノコのルシフェラーゼが、内因性ルシフェリンである3-ヒドロキシヒスピジンとは構造が大きく異なるセレンテラジンを基質として発光反応を触媒しうるという知見に基づく。 In the present disclosure, the combination of luciferase and luciferin is believed to have high specificity, and the luciferase of the luminous mushroom uses coelenterazine, which has a structure that is significantly different from that of endogenous luciferin, 3-hydroxyhistidine, as a substrate to cause a luminescence reaction. Based on the knowledge that it can catalyze.

本開示によれば、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質を用いて、その内因性ルシフェリンである3-ヒドロキシヒスピジンとは異なるセレンテラジンの発光反応を触媒させることができる。
菌類ルシフェラーゼを用いて内因性ルシフェリンと異なるルシフェリン(セレンテラジン)を発光させることができることにより、あるいは、セレンレラジンを発光させることができるルシフェラーゼとして新たに菌類ルシフェラーゼが増えることにより、発光性タンパク質を利用した技術のさらなる拡大及び促進が期待できる。
According to the present disclosure, a fungal luciferase, or a fusion protein having a chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase, is used to catalyze a luminescence reaction of coelenterazine distinct from its endogenous luciferin, 3-hydroxyhistidine. be able to.
By using a fungal luciferase to make a luciferin (coelenterazine) different from endogenous luciferin emit light, or by newly increasing fungal luciferase as a luciferase capable of making selenrelazine emit light, the technology using a luminescent protein has been developed. Further expansion and promotion can be expected.

[光らせる発光性タンパク質]
本開示に係る発光方法において、光らせる発光性タンパク質は、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質である。
[Luminous luminescent protein]
In the luminescence method of the present disclosure, the luminescent protein that emits light is a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase.

本開示において「菌類ルシフェラーゼ」は、一又は複数の実施形態において、菌類の本来の(天然の)ルシフェラーゼ、それらの誘導体、それらの組換え体、それらの機能的断片が含まれうる。
本開示において「ルシフェラーゼ」は、ルシフェリンを酸化することができる酵素を意味し、酸化反応には発光(ルミネセンス)を伴い、酸化ルシフェリンが放出される。
本開示において「誘導体」は、一又は複数の実施形態において、元となるタンパク質のN末端、及び/又はC末端で、並びに/あるいは天然アミノ酸配列内で、1つ又は複数のアミノ酸が付加される、及び/又は置換される、及び/又は欠失される、及び/又は挿入されるタンパク質を指す。
天然型菌類ルシフェラーゼの誘導体の一又は複数の実施形態として、発光特性が天然型よりも向上した菌類ルシフェラーゼが挙げられ、例えば、発光強度が天然型よりも向上した菌類ルシフェラーゼ、発光量子収率が天然型よりも向上した菌類ルシフェラーゼ等が挙げられる。
本開示において、ルシフェラーゼに関して「機能的断片」とは、一又は複数の実施形態において、ルシフェラーゼの一部(断片)であって、ルミネセンスを伴うルシフェリン酸化反応を触媒できる機能を有する断片のことをいう。例えば、ルシフェラーゼAの機能的断片とは、ルシフェラーゼAの一部であって、ルシフェラーゼAと同様のルシフェラーゼ活性(化学発光酵素活性)を有するものをいう。
本開示において「菌類」とは、一又は複数の実施形態において、生物発光を行いうる菌類であり、一又は複数の実施形態において、生物発光を行いうる担子菌であり、いわゆる発光キノコが含まれうる。
本開示において「菌類(fungi)」とは、一又は複数の実施形態において、キノコ類(muchurooms)でありる。
A “fungal luciferase” in the present disclosure may, in one or more embodiments, include native (natural) luciferases of fungi, derivatives thereof, recombinants thereof, and functional fragments thereof.
In the present disclosure, "luciferase" means an enzyme capable of oxidizing luciferin, and the oxidation reaction is accompanied by luminescence and release of oxidized luciferin.
In the present disclosure, a "derivative" is, in one or more embodiments, one or more amino acids added at the N-terminus and/or C-terminus of the original protein and/or within the native amino acid sequence. , and/or substituted and/or deleted and/or inserted proteins.
One or more embodiments of derivatives of naturally occurring fungal luciferases include fungal luciferases with improved luminescence properties over the native form, e.g., fungal luciferases with enhanced luminescence intensity over the native form, luminescence quantum yield Fungal luciferases, which are improved over types, and the like.
In the present disclosure, "functional fragment" with respect to luciferase, in one or more embodiments, refers to a fragment that is a part (fragment) of luciferase and has a function capable of catalyzing a luciferase phosphorylation reaction accompanied by luminescence. say. For example, a functional fragment of luciferase A refers to a portion of luciferase A that has the same luciferase activity (chemiluminescent enzyme activity) as luciferase A.
In the present disclosure, the term “fungi” refers to, in one or more embodiments, fungi capable of bioluminescence, and in one or more embodiments, basidiomycetes capable of bioluminescence, including so-called luminescent mushrooms. sell.
As used herein, "fungi" are, in one or more embodiments, muchurooms.

本開示において「菌類ルシフェラーゼ」は、一又は複数の実施形態において、3-ヒドロキシヒスピジンの発光反応を触媒しうるルシフェラーゼということができる。
本開示において「菌類ルシフェラーゼ」は、一又は複数の実施形態において、WO2018/139956(あるいは、特許文献1)に開示されるルシフェラーゼが挙げられ、当該文献の内容は本開示の一部を構成するものとして援用される。
“Fungal luciferase” in the present disclosure, in one or more embodiments, can be referred to as a luciferase that can catalyze the luminescence reaction of 3-hydroxyhistidin.
In the present disclosure, "fungal luciferase" includes, in one or more embodiments, luciferase disclosed in WO2018/139956 (or Patent Document 1), and the content of the document constitutes a part of the present disclosure. Incorporated as

菌類ルシフェラーゼを天然に有する菌類としては、一又は複数の実施形態において、WO2018/139956(あるいは、特許文献1)に記載されるものが挙げられる。
また、菌類ルシフェラーゼを天然に有する菌類としては、一又は複数の実施形態において、Terashima et al., Mushroom Science and Biotechnology, Vol. 24(4) 176-181, 2017に記載されるものが挙げられ、当該文献の内容は本開示の一部を構成するものとして援用される。
菌類ルシフェラーゼを天然に有する菌類としては、一又は複数の実施形態において、以下のものが挙げられるが、これらに限定されない。
Mycena lux-coeli(シイノトモシビタケ)
Armillaria mellea(ナラタケ)
Armillaria tabescens(ナラタケモドキ)
Dictyopanus gloeocystidiatus(スズメタケ)
Favolaschia pezizaeformis(エナシラスタケ)
Mycena chlorophos(ヤコウタケ)
Mycena manipularis(アミヒカリタケ)
Omphalotus guepiniformis(ツキヨタケ)
Pleurotus nitidus(シロヒカリタケ)
Neonothpanus nambi(シロヒカリタケ)、
Armillaria gallica
Armillaria ostoyae
Mycena citricolor
Omphalotus olearius
Panellus stipticus
Roridomyces phyllostachydis
Armillaria calvescens
Armillaria cepistipes
Armillaria fuscipes
Armillaria gemina
Armillaria nabsnona
Armillaria sinapina
Collybia tuberosa
Dictyopanus foliicolus
Flammulina velutipes
Favolaschia manipularis
Filoboletus hanedae
Filoboletus pallescens
Filoboletus yunnanensis
Gerronema viridilucens
Mycena asterina
Mycena cahaya
Mycena coralliformis
Mycena daisyogunensis
Kobayasi
Mycena deeptha
Aravind. & Manim.
Mycena discobasis
Mycena epipterygia
Mycena fera
Mycena galopus
Mycena gombakensis
Mycena haematopus
Mycena illuminans
Mycena inclinata
Mycena kentingensis
Mycena lacrimans
Mycena lazulina
Mycena lucentipes
Mycena lux-coeli
Mycena luxaeterna
Mycena luxarboricola
Mycena luxperpetua
Mycena maculata
Mycena Nocticaelum
Mycena Noctilucens
Mycena olivaceomarginata
Mycena polygramma
Mycena pruinosoviscida
Mycena pseudostylobates
Mycena pura
Mycena rosea
Mycena sanguinolenta
Mycena seminau
Mycena silvaelucens
Mycena sinar
Mycena sinar var. tangkaisinar
Mycena singeri
Mycena stylobates
Mycena sublucens
Mycena tintinnabulum
Mycena zephirus
Neonothopanus gardneri
Neonothopanus nambi
Nothopanus eugrammus
Nothopanus Noctilucens
Omphalotus flagelliformis
Omphalotus illudens
Omphalotus japonicus
Omphalotus mangensis
Omphalotus nidiformis
Omphalotus olearius
Omphalotus olivascens
Panellus luminescens
Panellus luxfilamentus
Panellus pusillus
Pleurotus decipiens
Roridomyces irritans
Roridomyces pruinosoviscidus
Roridomyces lamprosporus
Roridomyces roridus
Tricholoma margarita
Tricholoma sciodes
Xylaria hypoxylon
本開示における「菌類ルシフェラーゼ」は、当業者は上記の菌類から通常の技術を用いた遺伝子クローニングや精製によりその遺伝子やタンパク質を得ることができる。遺伝子クローニングには、例えば、WO2018/139956(あるいは、特許文献1)に記載される遺伝子配列情報を利用できる。あるいは、既存のルシフェラーゼにおいて相同性の高い領域に基づき設計される縮重プライマーを用いて遺伝子増幅する「degenerate PCR」により遺伝子クローニングをしてもよい。
Fungi that naturally have fungal luciferases, in one or more embodiments, include those described in WO2018/139956 (or Patent Document 1).
In addition, in one or more embodiments, fungi naturally having fungal luciferase include those described in Terashima et al., Mushroom Science and Biotechnology, Vol. 24(4) 176-181, 2017, The contents of this document are incorporated by reference as forming part of the present disclosure.
Fungi that naturally have fungal luciferases, in one or more embodiments, include, but are not limited to:
Mycena lux-coeli
Armillaria mellea
Armillaria tabescens
Dictyopanus gloeocystidiatus
Favolaschia pezizaeformis
Mycena chlorophos
Mycena manipularis
Omphalotus guepiniformis
Pleurotus nitidus
Neonothpanus nambi (Shirohikaritake),
Armillaria gallica
Armillaria ostoyae
Mycena citricolor
Omphalotus olearius
Panellus stipticus
Roridomyces phyllostachydis
Armillaria calvescens
Armillaria cepistipes
Armillaria fuscipes
Armillaria gemina
Armillaria nabsnona
Armillaria sinapina
Collybia tuberosa
Dictyopanus foliicolus
Flammulina velutipes
Favolaschia manipularis
Filoboletus hanedae
Filoboletus pallescens
Filoboletus yunnanensis
Gerronema viridilucens
Mycena asterina
Mycena cahaya
Mycena coralliformis
Mycena daisyogunensis
Kobayashi
Mycena deepha
Aravind. & Manim.
Mycena discobasis
Mycena epipterygia
Mycenae fera
Mycena galopus
Mycena gombakensis
Mycena haematopus
Mycena luminans
Mycena inclinata
Mycena kentingensis
Mycena lacrimans
Mycena lazulina
Mycena lucentipes
Mycena lux-coeli
Mycena luxaeterna
Mycena luxarboricola
Mycena luxperpetua
Mycena maculata
Mycena nocticaeum
Mycena Noctilucens
Mycena olivaceo marginata
Mycena polygram
Mycena pruinosoviscida
Mycena pseudostylobates
Mycena pura
Mycena rosea
Mycena sanguinolenta
Mycenae seminar
Mycena silvaelucens
Mycena sinar
Mycena sinar var. tang kaisinar
Mycena singeri
Mycena stylobates
Mycena sublucens
Mycena tintinnabulum
Mycena zephirus
Neonothopanus gardneri
Neonothopanus nambi
Nothopanus eugrammus
Nothopanus noctilucens
Omphalotus flagelliformis
Omphalotus illustens
Omphalotus japonicus
Omphalotus mangensis
Omphalothus nidiformis
Omphalotus olearius
Omphalotus olivascens
Panellus luminescence
Panellus luxfilamentus
Panelus pusillus
Pleurotus decipiens
Roridomyces irritans
Roridomyces pruinosoviscidus
Roridomyces lamprosporus
Roridomyces roridus
Tricholoma margarita
Tricholoma sciodes
Xylaria hypoxylon
For the “fungal luciferase” in the present disclosure, a person skilled in the art can obtain the gene or protein from the above-described fungi by gene cloning or purification using conventional techniques. For gene cloning, for example, gene sequence information described in WO2018/139956 (or Patent Document 1) can be used. Alternatively, gene cloning may be performed by "degenerate PCR" in which degenerate primers designed based on regions of high homology in existing luciferases are used to amplify the gene.

本開示において「菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分」とは、一又は複数の実施形態において、菌類ルシフェラーゼそのもの又は菌類ルシフェラーゼの機能的断片であってよい。
本開示において融合タンパク質における、「菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分」以外の融合されるタンパク質・ペプチドとしては特に制限されない。
A "chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase" in the present disclosure may, in one or more embodiments, be the fungal luciferase itself or a functional fragment of the fungal luciferase.
In the present disclosure, the fused protein/peptide other than the "fungi luciferase-derived chemiluminescent protein portion" in the fusion protein is not particularly limited.

[光らせる工程]
本開示に係る発光方法は、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質に、セレンテラジンを接触させる工程を含む。
前記接触は、セレンテラジンを菌類ルシフェラーゼ又は前記融合タンパク質に発光するために適切な量で接触させることができればその方法は特に制限されない。
[Lighting process]
A luminescence method according to the present disclosure comprises contacting a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase with coelenterazine.
The contact method is not particularly limited as long as coelenterazine is brought into contact with the fungal luciferase or the fusion protein in an amount appropriate for luminescence.

本開示において「セレンテラジン」は、特に言及がない場合、天然のセレンテラジン並びにその類似体を意味する。
セレンテラジンとしては、一又は複数の実施形態において、米国出願第12/056073号(段落[0086])で開示されるもの、例えば、セレンテラジン-n、セレンテラジン-f、セレンテラジン-h、セレンテラジン-hcp、セレンテラジン-cp、セレンテラジン-c、セレンテラジン-e、セレンテラジン-fcp、ビス-デオキシセレンテラジン(「セレンテラジン-hh」)、セレンテラジン-i、セレンテラジン-icp、セレンテラジン-v、及び2-メチルセレンテラジンが含まれうる。また、「セレンテラジン」としては、その他の一又は複数の実施形態において、WO2012/061529で開示されるものが含まれうる。
米国出願第12/056073号(段落[0086])及びWO2012/061529の内容は本開示の一部を構成するものとして援用される。
In the present disclosure, "coelenterazine" means naturally occurring coelenterazine as well as analogues thereof unless otherwise specified.
Coelenterazine, in one or more embodiments, is disclosed in US Application No. 12/056073 (paragraph [0086]), for example, coelenterazine-n, coelenterazine-f, coelenterazine-h, coelenterazine-hcp, coelenterazine -cp, coelenterazine-c, coelenterazine-e, coelenterazine-fcp, bis-deoxycoelenterazine (“coelenterazine-hh”), coelenterazine-i, coelenterazine-icp, coelenterazine-v, and 2-methylcoelenterazine. In addition, "coelenterazine" may include those disclosed in WO2012/061529 in one or more other embodiments.
The contents of US Application No. 12/056073 (paragraph [0086]) and WO2012/061529 are incorporated as part of this disclosure.

本開示に係る発光方法は、一又は複数の実施形態において、レポーターシステム、分析、及び/又は、観察等に応用できる。 The luminescence method according to the present disclosure can be applied to reporter systems, analysis, and/or observation, etc., in one or more embodiments.

本開示に係る発光方法は、一又は複数の実施形態において、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分を有する融合タンパク質がレポーターとして使用されることを含み、その他の一又は複数の実施形態において、該レポーターの発現を確認するために発光を検出することを含む。 A luminescence method according to the present disclosure, in one or more embodiments, comprises using a fusion protein having a fungal luciferase or a chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase as a reporter, and one or more other In embodiments, detecting luminescence to confirm expression of the reporter.

本開示に係る発光方法は、一又は複数の実施形態において、共鳴エネルギー移動のために菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分を有する融合タンパク質に発光反応を触媒させることを含み、その他の一又は複数の実施形態において、フェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)のドナーとして発光反応を触媒させることを含む。 The luminescence method according to the present disclosure, in one or more embodiments, comprises catalyzing a luminescence reaction with a fungal luciferase or a fusion protein having a fungal luciferase-derived chemiluminescent protein moiety for resonance energy transfer, Another embodiment or embodiments includes catalyzing a luminescent reaction as a Forster Resonance Energy Transfer (FRET) donor.

本開示に係る発光方法は、一又は複数の実施形態において、鑑賞のために菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分に発光反応を触媒させることを含む。 A luminescence method according to the present disclosure, in one or more embodiments, comprises catalyzing a luminescence reaction for viewing by a fungal luciferase or a chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase.

本開示に係る発光方法で発光反応を触媒させる菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分を有する融合タンパク質は、一又は複数の実施形態において、生体内で局所又は全体で発現している状態、細胞内外で局所又は全体で発現している状態、植物の細胞壁で発現している状態、精製された状態、及び単離された状態等が挙げられる。 A fungal luciferase that catalyzes a luminescence reaction in the luminescence method according to the present disclosure, or a fusion protein having a chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase, in one or more embodiments, is expressed locally or globally in vivo. state of expression locally or throughout the cell, state of expression in the cell wall of a plant, state of purification, state of isolation, and the like.

本開示に係る発光方法は、一又は複数の実施形態において、本開示に係る発光方法で発光させた発光シグナルを検出することを含んでもよい。前記検出は、目視でもよく、光学装置を用いてもよい。 A luminescence method according to the present disclosure, in one or more embodiments, may include detecting a luminescence signal emitted by the luminescence method according to the present disclosure. The detection may be performed visually or using an optical device.

[対象を光らせる方法]
本開示は、その他の態様において、対象を光らせる方法であって、前記対象は、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質を備え、本開示に係る発光方法により発光させることを含む方法に関する。
[Method of making the target glow]
The present disclosure provides, in another aspect, a method of illuminating a subject, the subject comprising a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase, wherein the method of luminescence according to the present disclosure provides It relates to a method comprising emitting light.

前記「対象」としては、一又は複数の実施形態において、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質を発現する若しくはする可能性のある細胞、組織、生体が挙げられる。
前記「対象」としては、その他の一又は複数の実施形態において、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質を含有する若しくは含有する可能性のある非細胞系組成物、液体、及び/又は物品が挙げられる。
In one or more embodiments, the "subject" includes cells, tissues, and organisms that express or are likely to express a fungal luciferase or a fusion protein having a fungal luciferase-derived chemiluminescent protein moiety. be done.
In another one or more embodiments, the "subject" is a non-cell-based composition containing or potentially containing a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein moiety derived from a fungal luciferase. Matters, liquids, and/or articles may be included.

[キット]
本開示は、その他の態様において、菌類ルシフェラーゼ若しくは菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質、その核酸、又はその発現カセット、及びセレンテラジンを含むキットに関する。
[kit]
The disclosure relates, in another aspect, to a kit comprising a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase, its nucleic acid, or its expression cassette, and coelenterazine.

本開示に係るキットにおける菌類ルシフェラーゼ若しくは菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質及びセレンテラジンは上述と同様である。 The fusion protein and coelenterazine having a fungal luciferase or fungal luciferase-derived chemiluminescent protein portion in the kits of the present disclosure are the same as described above.

本開示に係るキットにおける核酸は、一又は複数の実施形態において、菌類ルシフェラーゼ若しくは菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質をコードする核酸である。本開示において、核酸は、合成DNA,cDNA、ゲノムDNA及びプラスミドDNAから選択される一本鎖又は二本鎖DNA、並びにこれらのDNAの転写生成物が挙げられる。 A nucleic acid in a kit of the present disclosure, in one or more embodiments, is a nucleic acid encoding a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase. In the present disclosure, nucleic acids include single- or double-stranded DNAs selected from synthetic DNAs, cDNAs, genomic DNAs and plasmid DNAs, and transcription products of these DNAs.

本開示に係るキットにおける発現カセットは、一又は複数の実施形態において、菌類ルシフェラーゼ若しくは菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質をコードする核酸を含む発現カセットである。該発現カセットにおいて、前記核酸は、導入される宿主細胞又は無細胞発現システムに応じた発現調節配列が作動的に連結されている。発現調節配列としては、プロモーター、エンハンサー、転写ターミネーター等が挙げられ、その他には、開始コドン、イントロンのスプライシングシグナル、及び停止コドンなどが挙げられる。 An expression cassette in a kit of the present disclosure, in one or more embodiments, is an expression cassette comprising a nucleic acid encoding a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase. In the expression cassette, the nucleic acid is operatively linked with expression control sequences depending on the host cell or cell-free expression system into which it is introduced. Expression control sequences include promoters, enhancers, transcription terminators, etc. Others include initiation codons, intronic splicing signals, and stop codons.

本開示はさらに以下の限定されない一又は複数の実施形態に関する。
〔1〕 菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分を有する融合タンパク質に、セレンテラジンを接触させることを含む、発光方法。
〔2〕 対象を光らせる方法であって、
前記対象は、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分を有する融合タンパク質を備え、
〔1〕に記載の方法により発光させることを含む、方法。
〔3〕 〔1〕又は〔2〕に記載の方法で発光させた発光シグナルを検出することを含む、検出方法。
〔4〕 菌類ルシフェラーゼが、3-ヒドロキシヒスピジンを基質として発光するルシフェラーゼである、〔1〕から〔3〕のいずれかに記載の方法。
〔5〕 菌類ルシフェラーゼ若しくは菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質、その核酸、又はその発現カセット、及び、セレンテラジンを含むキット。
The present disclosure further relates to one or more of the following non-limiting embodiments.
[1] A luminescence method comprising contacting a fungal luciferase or a fusion protein having a fungal luciferase-derived chemiluminescent protein portion with coelenterazine.
[2] A method for illuminating an object,
the subject comprises a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase;
A method comprising emitting light by the method according to [1].
[3] A detection method comprising detecting a luminescence signal emitted by the method of [1] or [2].
[4] The method of any one of [1] to [3], wherein the fungal luciferase is a luciferase that emits light using 3-hydroxyhistidine as a substrate.
[5] a kit comprising fungal luciferase or a fusion protein having a fungal luciferase-derived chemiluminescent protein moiety, its nucleic acid, or its expression cassette, and coelenterazine;

以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであって、本開示はこれら実施例に制限されるものではない。 EXAMPLES The present disclosure will be described in more detail below with reference to examples, but these are examples and the present disclosure is not limited to these examples.

菌類ルシフェラーゼがセレンテレジンを基質として発光反応を触媒することを確認するため以下の実験を行った。 The following experiments were performed to confirm that fungal luciferase catalyzes the luminescence reaction using coelenterezin as a substrate.

[使用したルシフェラーゼ]
(1)mcLuz:ヤコウタケ(Mycena chlorophos)の菌類ルシフェラーゼ。入手方法:WO2018/139956(あるいは、特許文献1)に基づきヤコウタケから遺伝子クローニング(塩基配列は、配列番号:01)
(2)mlLuz: シイノトモシビタケ(Mycena lux-coeli)の菌類ルシフェラーゼ。入手方法:和歌山県宇久井にて採取し、degenerate PCRを用いて遺伝子クローニング(塩基配列は、配列番号:02)
(3)nnLuz:シロヒカリタケ(Neonothopanus nambi)の菌類ルシフェラーゼ。入手方法:Addgene(Plasmid#139695)より購入
(4)Nluc:トゲオキヒオドシエビ(Oplophorus gracilirostris)由来のルシフェラーゼ。入手方法:NanoLuc(商品名、プロメガ社製)
(5)Rluc8:ウミシイタケ(Renilla reniformis)由来のルシフェラーゼ。入手方法:Rluc8_S257G、先行論文により発表(Saito et al., Nat. Commun., 3, 2012)
(6)Fluc2:ホタル(Photinus lyralis)由来のルシフェラーゼ。入手方法:luc2(商品名、プロメガ社製)
[Luciferase used]
(1) mcLuz: fungal luciferase of Mycena chlorophos. Acquisition method: Gene cloning from Yakotake mushroom based on WO2018/139956 (or Patent Document 1) (nucleotide sequence is SEQ ID NO: 01)
(2) mlLuz: fungal luciferase of Mycena lux-coeli. Acquisition method: Collected in Ukui, Wakayama Prefecture, gene cloning using degenerate PCR (nucleotide sequence is SEQ ID NO: 02)
(3) nnLuz: fungal luciferase of Neonothopanus nambi. Acquisition method: Purchased from Addgene (Plasmid #139695) (4) Nluc: luciferase derived from Oplophorus gracilirostris. How to obtain: NanoLuc (trade name, manufactured by Promega)
(5) Rluc8: luciferase from Renilla reniformis. Acquisition method: Rluc8_S257G, published by previous paper (Saito et al., Nat. Commun., 3, 2012)
(6) Fluc2: luciferase from firefly (Photinus lyralis). How to obtain: luc2 (trade name, manufactured by Promega)

[使用したルシフェリン]
(1)セレンテラジン:セレンテラジンh(富士フイルム和光純薬株式会社製)
(2)ホタルルシフェリン:D-ルシフェリン(富士フイルム和光純薬株式会社製)
(3)3-ヒドロキシヒスピジン(論文(Kaskova et al.,Sci.Adv.,3(4),2017)に従った。ただし、同文献補足図12の有機化合物17合成時に、Sigma-Aldrichから購入したMg(OMe)2 in MeOH(Catalog No.335657-500ML)を用い、60℃で15時間反応を行った。)
[Luciferin used]
(1) Coelenterazine: Coelenterazine h (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(2) Firefly luciferin: D-luciferin (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(3) 3-hydroxyhistidine (according to the paper (Kaskova et al., Sci. Adv., 3 (4), 2017). However, when synthesizing organic compound 17 in Supplementary Figure 12 of the same document, Sigma-Aldrich Using purchased Mg(OMe) 2 in MeOH (Catalog No. 335657-500ML), the reaction was carried out at 60° C. for 15 hours.)

[発光測定方法]
ルシフェラーゼの発光測定は以下の条件で行った。その結果を図1~4に示す。
mcLuz、mlLuz、nnLuz、Nluc、Rluc8、Fluc2の遺伝子をそれぞれ大腸菌発現用ベクター(pRSETb)にクローニング、大腸菌(JM109(DE3))に形質転換、それぞれの遺伝子を導入した大腸菌を23℃で69時間液体培養した。Nluc、Rluc8、Fluc2は凍結融解法によりタンパク質を抽出しNi-NTAカラムにより精製を行った。mcLuz、mlLuz、nnLuzは先行論文に従い大腸菌からタンパク質を精製した(Kotlobay et al.,PNAS,115 (50), 2018)。発光測定にはマイクロプレートリーダー(SH-9000、Corona electric)を使用し、2nMの精製タンパク質を100μl入れ、5μMのセレンテラジンhを10μl添加した。セレンテラジンhとD-ルシフェリンでは1秒、3-ヒドロキシヒスピジンでは10秒の露光時間で発光測定した。
[Luminescence measurement method]
The luminescence measurement of luciferase was performed under the following conditions. The results are shown in FIGS. 1-4.
The genes mcLuz, mlLuz, nnLuz, Nluc, Rluc8, and Fluc2 were each cloned into an E. coli expression vector (pRSETb), transformed into E. coli (JM109 (DE3)), and the E. coli into which each gene was introduced was placed in liquid at 23°C for 69 hours. cultured. Nluc, Rluc8 and Fluc2 proteins were extracted by freeze-thaw method and purified by Ni-NTA column. mcLuz, mlLuz, and nnLuz purified proteins from E. coli according to previous papers (Kotlobay et al., PNAS, 115 (50), 2018). A microplate reader (SH-9000, Corona electric) was used for luminescence measurement, 100 μl of 2 nM purified protein was added, and 10 μl of 5 μM coelenterazine h was added. Luminescence was measured with an exposure time of 1 second for coelenterazine h and D-luciferin, and 10 seconds for 3-hydroxyhistidine.

図1は、各ルシフェラーゼにセレンテラジンを接触させた場合の発光強度を示したグラフである。セレンテラジンのルシフェラーゼとして知られているNlucとRluc8とともに、3種類の菌類ルシフェラーゼ(mcLuz,mlLuz,及びnnLuz)も発光が認められた。
図2は、図1からNlucのデータの除いて示したグラフである。菌類ルシフェラーゼは、Rluc8の約1/4~約1/2の発光強度があることが認められた。
FIG. 1 is a graph showing the luminescence intensity when coelenterazine was brought into contact with each luciferase. Along with Nluc and Rluc8, which are known coelenterazine luciferases, three fungal luciferases (mcLuz, mlLuz, and nnLuz) were also luminescent.
FIG. 2 is a graph of FIG. 1 excluding Nluc data. Fungal luciferases were found to have luminescence intensities about 1/4 to about 1/2 that of Rluc8.

図3は、各ルシフェラーゼにホタルルシフェリンであるD-luciferinを接触させた場合の発光強度を示したグラフである。ホタルルシフェラーゼFluc2以外の発光は認められなかった。
図4は、各ルシフェラーゼに菌類ルシフェラーゼのルシフェリンである3-ヒドロキシヒスピジンを接触させた場合の発光強度を示したグラフである。3種類の菌類ルシフェラーゼ(mcLuz,mlLuz,及びnnLuz)以外の発光は認められなかった。
FIG. 3 is a graph showing the luminescence intensity when each luciferase was brought into contact with D-luciferin, which is firefly luciferin. No luminescence other than firefly luciferase Fluc2 was observed.
FIG. 4 is a graph showing the luminescence intensity when each luciferase was brought into contact with 3-hydroxyhistidin, which is the luciferin of fungal luciferase. No luminescence was observed except for the three fungal luciferases (mcLuz, mlLuz, and nnLuz).

図3及び4に示すとおり、従来、ルシフェラーゼとルシフェリンとの組み合わせは非常に特異性が高いものであるが、図1及び2に示すとおり、菌類ルシフェラーゼとセレンテラジンの組み合わせは、従来の技術常識を超えて、発光を示した。 As shown in FIGS. 3 and 4, conventionally, the combination of luciferase and luciferin has a very high specificity, but as shown in FIGS. showed luminescence.

Claims (5)

菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分を有する融合タンパク質に、セレンテラジンを接触させることを含む、発光方法。 A method of luminescence comprising contacting a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase with coelenterazine. 対象を光らせる方法であって、
前記対象は、菌類ルシフェラーゼ、又は、菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光タンパク質部分を有する融合タンパク質を備え、
請求項1に記載の方法により発光させることを含む、方法。
A method of illuminating an object, comprising:
the subject comprises a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase;
A method comprising emitting light according to the method of claim 1 .
請求項1又は2に記載の方法で発光させた発光シグナルを検出することを含む、検出方法。 A detection method comprising detecting a luminescence signal emitted by the method according to claim 1 or 2. 菌類ルシフェラーゼが、3-ヒドロキシヒスピジンを基質として発光するルシフェラーゼである、請求項1から3のいずれかに記載の方法。 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the fungal luciferase is a luciferase that emits light using 3-hydroxyhistidine as a substrate. 菌類ルシフェラーゼ若しくは菌類ルシフェラーゼに由来する化学発光性タンパク質部分を有する融合タンパク質、その核酸、又はその発現カセット、及び、セレンテラジンを含むキット。 A kit comprising a fungal luciferase or a fusion protein having a chemiluminescent protein portion derived from a fungal luciferase, its nucleic acid, or its expression cassette, and coelenterazine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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