JP2727216B2 - メタロチオネイン類似タンパク - Google Patents

メタロチオネイン類似タンパク

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、メタロチオネインと類似な性質を有する新
規なタンパク質に関し、更に詳細には豆科植物の種子、
根端から抽出処理により得ることのできるメタロチオネ
イン類似タンパクに関する。
[従来の技術及びその課題] 重金属イオンは生体内において毒性を示すことが知ら
れているが、この毒性は、一般に重金属イオンがキレー
ト形成することにより遊離の場合よりも低下するとされ
ている。
動物の生体内では、重金属の存在によりメタロチオネ
インが誘導合成され、そのキレート作用により重金属無
毒化の役割を果たすといわれている。
メタロチオネインは、Cd、Zn、Cu、Co、Ag、Hgなど種
々の金属を強固に結合することのできるアポタンパク質
で、分子量約6,000の誘導性タンパク質である。
メタロチオネインは組成アミノ酸の13がシステインで
あり、かつ芳香族のアミノ酸を含まないという特徴を有
する。
このメタロチオネインは、哺乳類、鳥類、甲殻類、魚
類、軟体動物、藻類、菌類など広範囲の真核生物から分
離されているが、こればかりでなく藍藻等の一部原核生
物からも見出されている。しかしながら、高等植物から
は全く見出されていない。
メタロチオネインの物性等については現在まで種々報
告されており、重金属と結合して安定で可溶性の化合物
を形成する能力を有し、またシステインの−SH基による
還元能力や反応性に富む等その特性に着目して、生体内
で有害重金属やフリーラジカル等有害物質の解毒剤、ま
た生体内への亜鉛等有用金属の供給源等としての応用が
期待されている。
しかしながら、メタロチオネインの工業的な利用に
は、動物中に存在するメタロチオネインが極めて微量で
あり、かつその精製、分離が難しいという量的及び質的
の両面からの難点があり、その実現を困難なものとして
いる。
そこで、メタロチオネイン若しくはこれと同等な作用
を有するタンパク質を、工業的に利用できる規模で提供
されることが望まれていた。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行な
った結果、大量に栽培されている大豆等の豆科植物の種
子及び根端中には、メタロチオネインと免疫的に交叉
し、かつ、亜鉛に対する親和性、耐熱性等メタロチオネ
インと極めて類似するタンパク質が含まれていることを
見出した。
また、このタンパク質は抽出により容易に豆科植物中
から分離できることを見出した。
すなわち本発明は、豆科植物の種子または根端より抽
出されるメタロチオネイン類似タンパクを提供するもの
である。
本発明のメタロチオネイン類似タンパクを調製するた
めに用いられる豆科植物としては、特に限定はなく一般
の豆科植物を利用することができる。具体的には、大
豆、小豆、インゲン豆等を例示することができるが、量
的及び原原料の入手性等の点から大豆が特に好ましい。
また、より多くのメタロチオネイン類似タンパクを得る
ためには、Cu蓄積性の豆科植物を用いることが好まし
く、更に、本発明メタロチオネイン類似タンパクをより
効率良く誘導するためには、一定濃度のCu等重金属イオ
ンの存在下で栽培したものを用いることが好ましい。重
金属イオンは、経時的に順次加えていくことが好ましい
が、例えばCu蓄積性の大豆に銅イオンを添加する場合、
最終的にその濃度として400ppb程度とすればよい。
原材料である豆科植物からメタロチオネイン類似タン
パクを得るには、まず、当該植物の種子または根端を細
断し、適当量の還元剤とCu2+等重金属イオンの存在下、
適当な緩衝液中でホモジュネートする。
好ましい還元剤としては、2−メルカプトエタノール
等が挙げられ、また、Cu2+は、例えば硫酸銅として添加
すれば良い。これらの還元剤、重金属イオンの添加量は
それぞれ2−メルカプトエタノールは0.035%(w/v)及
びCu2+は100mg/程度である。また、緩衝液としては、
リン酸緩衝液、トリス−HCl(pH8.0)等を例示すること
ができる。
次いで、ホモジュネートにより得られた均質物を濾過
し、濾液を遠心分離する。遠心分離は、10,000〜15,000
rpmで10〜20分程度行なうことが好ましい。
メタロチオネイン類似タンパクは、遠心分離により得
られる上清に含まれているので、得られた上清をそのま
ま用いることもできるが、必要に応じて上清をタンパク
質分離の常法で処理し、精製されたメタロチオネイン類
似タンパクを得ることもできる。
かくして得られた本発明のメタロチオネイン類似タン
パクは以下のような性質を有する。
(1)免疫学的性質 RIA法を用いて、本発明タンパク質と、ラット肝に存
在するメタロチオネインポリクローナル抗体[MT−1
(大塚製薬(株)]との交叉反応性を検討した。
すなわち、予めフェリチン、α−フェトプロテイン、
グルタチオン、マウスのメタロチオネインの一部配列
(6〜10a・a配列)等との間で交叉反応性が認められ
ず、ラット肝メタロチオネイン以外の抗原に対して交叉
反応性がないことが確認されているMT−1を標準希釈液
に溶解して1次抗体とした。
この1次抗体と、標準のラットのメタロチオネインお
よび放射標識を施したメタロチオネインとをインキュベ
ートし、これに2次抗体液としてメタロチオネイン類似
タンパクを加え、生成した沈澱の放射活性を計測した。
この結果、本発明のメタロチオネイン類似タンパクはラ
ット肝メタロチオネインとの交叉反応性が明らかに認め
られた。
(2)SDS−PAGEによる分子量決定 ラエムリの方法[Laemmli,U.K.Nature(London),22
7,680−685(1970)]に従ってSDS−PAGEを行なった。
常法により染色した後、本発明のメタロチオネイン類似
タンパクの分子量を求めたところ、約17,000であった。
(3)EIA法による染色及びウエスタンブロッティング
法による分子量測定 本発明のメタロチオネイン類似タンパクのSH基をカル
ボキシメチル化し、結合膜として2フッ化ポリビニルを
用い、電気泳動によりその分子量を測定したところ約1
7,000であった。
(4)亜鉛に対する親和性 亜鉛に対する親和性をZnブロティングの手法(Leslie
A.Schiff,Max L.Nibert,and Bernord N.Fields;Proc.N
atl.Acad.Sci.USA 85.4195−4199,June(1988)Biochem
istry)により評価した。この結果、本発明のメタロチ
オネイン類似タンパクは、亜鉛に対し高い親和性を示し
た。
(5)耐熱性 本発明のメタロチオネイン類似タンパクを100℃で5
分間処理したときの活性の低下はなく、熱処理によって
夾雑タンパクの一部が沈殿するために全タンパクあたり
のメタロチオネイン量は40%増大した。
[発明の効果] 本発明のタンパクは、メタロチオネインと同様に生体
内において有害重金属やフリーラジカル等の有害物質の
解毒剤あるいは生体内への亜鉛等の有用金属の供給源と
して有用である。そして、本発明タンパクは食品として
供されているダイズなどのマメ科植物から効率的に単離
することができる。
[実施例] 以下実施例を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
実施例1 (1) タンパク質の抽出: 抽出材料としてイネ根、各種ダイズ根及びダイズトヨ
スズ種子を用い、メタロチオネイン類似タンパクの抽出
試験を行なった。
根からメタロチオネイン類似タンパクを抽出するため
に、まず、Cu蓄積性のイネ(品種:統一)及びCu蓄積性
のダイズ(品種:トヨスズ)を発芽させ、発芽3日後に
これらの幼植物を水耕栽培液(春日井氏液)に移した。
水耕栽培の初めの1週間は基本培養液組成の1/4濃度で
育て、2週間目からは200ppbのCu2+を加えた基本組成に
換え、2週間培養した。その後、イネはそのまま、ダイ
ズはCu濃度を400ppbとして更に1週間培養し、それらの
根を根部試料とした。
上記で得た根部試料及びダイズ(トヨスズ)の種子試
料のそれぞれを生重量で2.0g量り取り、細断後、氷冷下
で4mlの20mMトリス−HCl緩衝液(pH8.8)、5mMβ−メル
カプトエタノール、100ppmのCu2+(CuSO4として)と混
合してホモジュナイズした。この均質物を濾過したの
ち、濾液を100,000gで1時間超遠心し、その上清として
タンパク抽出液4mlを得た。
(2)耐熱性試験: タンパク抽出液のうち、根部試料からのものは2等分
しその一方について耐熱性試験を行なった。すなわち、
一方のタンパク抽出液を100℃で5分間保持し、熱処理
しないタンパク抽出液との間でそのタンパク含量、メタ
ロチオネイン類似タンパク(以下、「TM様タンパク」と
いう)含量を比較した。
タンパク質含量はプロテインアッセイキット(バイオ
ラッド社製)を用い、MT様タンパク含量はポリクローナ
ル抗体であるMT−1を用いるRIA法により測定した。こ
の結果を第1表に示す。
第1表から明らかなように、イネ根からはMT様タンパ
ク質が検出されなかったがダイズの根部試料及び種子か
らはMT様タンパク質が得られた。また、ダイズ根試料で
は、加熱後の全タンパク中のMT様タンパク質量割合は0.
038%であるのに対し非加熱試料中の割合は0.026%であ
り、MT様タンパク質は加熱に対して安定であることが示
された。なお、得られた試料はいずれも−80℃で凍結乾
燥した。
(3)SDS−PAGEによる分子量測定: 実施例1で得られたタンパク抽出液(ダイズ根からの
もの;非加熱)10μに、60mM DTE(2,3−ジハイドロ
キシ−1,4−ジチオールブタン)、40mM EDTA、4%SD
S、25%グリセロールを含む100mMトリス−HCl(pH8.8)
溶液を10μ加え、5分間煮沸した。12,000rpmで2分
間遠心し、これに1.0mMヨード酢酸を含む1.25mM NaOH溶
液を4μ加え、50℃で15分間インキュベートした。こ
れをふたたび12,000rpmの遠心に2分間付し、得られた
上清をカルボキシメチル化タンパク抽出液とした。
SDS−PAGEはラエムリの方法(Laemmli,U.K.Nature(L
ondon),227,680−685(1970))に従い行なった。また
ゲルは、その組成が全アクリルアミド17.5%、ビスアク
リルアミド2.23%、分離ゲルサイズが縦13×横15cmのも
のを用いた。
なお、ゲル厚は0.5、1及び2mmのものを目的に応じて
使い分けた。
ブロッティングは、次の様にして行なった。すなわ
ち、ブロッティング装置としてザルトリウス社、ザルト
ブロットII(セミドライ式)を、ブロッティング溶液と
して緩衝液A(0.3Mトリス−HCl、20%メタノール(pH1
0.4))、緩衝液B(25mMトリス−HCl、20%メタノール
(pH9.5)および緩衝液C(25mMトリス−ほう酸、20%
メタノール(pH9.5))を、ブロッティングフィルター
としてはポリビニリデンジフルオライド(PVDF)膜(ミ
リポアーイモビロン)をゲルの大きさに切断し、メタノ
ールに数秒間浸した後、上記緩衝液Cに5分以上振盪し
て用いた。ブロッティングは、前処理として泳動後、ゲ
ルを緩衝液Cに浸し、15分間振盪せしめ、陰極電極上に
緩衝液Cに浸した濾紙2枚、緩衝液Aに浸した濾紙2
枚、陽極電極を順に重ね2.5mA/cm2の電流密度で20分行
なった(ゲル厚2mmの時は40分)。
ブロッティング後は、PVDF膜を、25mM塩化ナトリウム
を含む10mMほう酸ナトリウム緩衝液(pH8.0)に浸し、
5分間振盪した後、蒸留水に浸し5分間振盪した。
タンパク質の検出は、PVDF膜を0.1%CBB−G250(Coom
assie Brilliant Blue G250)を含む蒸留水−メタノー
ル−酢酸(5:5:2(v/v))混液に5分間浸した後、50%
メタノール(vmv)に1分間浸してバックグランドを脱
色し、蒸留水で軽く洗った後風乾して行なった。またブ
ロッティング後のゲルは、2.5%CCB−G250を含む蒸留水
−エタノール−酢酸(650:250:80(V/V))混液に数時
間浸し、バックグランドを脱色し乾燥した。
(5)エンザイム イムノ アッセイ(EIA): 上記(4)のブロッティングの終わったPVDF膜をTBS
(20mMトリス、500mM NaCl(pH7.5))に10分間浸し、
振盪する。ブロッキング液(TBSに3%ゼラチンを加え
たもの)に膜を浸し、5分間振盪する。これをもう一度
繰り返した後、TTBSに1%ゼラチンを加えた抗体希釈液
で3,000倍に希釈した一次抗体液(抗ラットMTウサギIgG
抗体の抗体希釈液)に膜を浸し一晩振盪した。TTBS液
(TBSに0.05%Tween−20を加えたもの)に膜を浸し、5
分間振盪した。この操作をもう一度繰返した後、GAR−H
RP二次抗体液(山羊抗ウサギIgG抗体,ホースラディシ
ュペルオキシダーゼコンジュゲートの抗体希釈液による
3,000倍希釈液)に膜を浸し、1時間以上振盪した。TTB
Sに膜を浸し、5分間振盪する操作を2回繰返した後、T
BS液に膜を浸し、5分間振盪する操作を1回繰返した。
基質液(60mgの基質を含む20ml氷冷メタノールと、30%
H2O2を60μ含む100ml TBSを使用直前に混合して調
製)に膜を浸し、45分間振盪した。蒸留水に膜を浸し、
軽く洗い、風乾した後写真をとり、イムノアッセイを行
なった。
(6)ドットプロットは、ダイズ(トヨスズツルコガ
ネ)根タンパク粗抽出液とラットメタロチオネイン溶液
とを前記に従い各々カルボキシメチル化し、1、0.1、
0.01μg/μにそれぞれ希釈し、これらをニトロセルロ
ース膜(ポアサイズは0.2μm)に各1μのせ、1時
間風乾の後EIA法によりMT様タンパクの存在を認めた。
一次抗体は1,000倍希釈液を用いた。
タンパク質のバンドは、銀染色法により染色した。染
色試薬は、第一化学薬品社製銀染色試薬「第一」を用
い、De Morenoらの方法(De Moreno M.R.,Smith J.F.an
d Smith R.V.,Anal.Biochem.,151,466−470(1985))
に準じて、クマシーブリリアントブルーで染色した。
なお、標準タンパク質としては、分子量2510、6210、
8160、14,400及び16,950のものを用いた。その結果、分
子量16,950付近にバンドが検出されたことより、本発明
タンパクの分子量は約17,000と判断した。
(7)亜鉛親和性の判定 Zn2+ブロッティングはレスリ−シッフの方法(Leslie
A.Schiff,Max L.Nibert and Bernord N.Fields;Proc.N
atl.Acad.Sci.USA,85,4195−4199,June(1988)Biochem
istry)に従い行なった。すなわち、ブロッティングの
終わったPVDF膜を還元液(10mMトリス−HCl、0.5%2−
ME Tween20(pH6.8))に浸し、1時間振盪した。膜を
緩衝液(10mMトリス−HCl(pH6.8))に浸し、1時間振
盪した。更に、膜上に65ZnCl2溶液(10mMトリス−HCl
(pH6.8)、1μCi/ml65ZnCl2、2.5mM MgCl2、2.5mM Ca
Cl2、0.1M KCl)を15mlのせ、10分間静置した。膜を洗
液(10mMトリス−HCl(pH6.8)、0.1mM KCl)に浸し、
1分間振盪した後、膜を2度洗った。当該膜を間接法に
よるオートラジオグラフィー(コダックXOmat AR又はP
R)に−70℃で10時間かけた。その結果、分子量17,000
に相当する部分に強いバンドが検出され、本発明タンパ
クが亜鉛に対し親和性を有することが判った。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】豆科植物の種子または根端より抽出され、
    以下に示す性質を有するメタロチオネイン類似タンパ
    ク。 ラットの肝に存在するメタロチオネインに特異性を
    有するポリクロナール抗体と交叉反応性を有する。 SDS−PAGEにより測定した分子量は約17,000であ
    る。 亜鉛に対して親和性を有する。 100℃5分間の加熱処理に対しても安定である。
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