JP3671245B2 - Inositol polyphosphate binding peptide - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はイノシトール(以下、Insと称する)ポリリン酸に対して結合性を有するペプチドに関する。より詳細には、特定のアミノ酸配列を有するペプチドからなるイノシトールポリリン酸結合性ペプチド及びその用途に関する。
【0002】
【従来の技術】
細胞はホルモン、神経伝達物質、成長因子等の細胞外の情報(ファーストメッセンジャー)に反応して、的確な細胞応答を示す機構をもっている。細胞外情報のあるものは、生理的な作用によって細胞膜上の受容体(G蛋白連関型)を活性化して、次いでエフェクターであるホスホリパーゼ(PLC)を活性化してホスファチジルイノシトール(PI)の代謝回転を促進する。
Ins 1,4,5−トリスホスフェート(IP3)は、このPI代謝回転で産生される細胞内で情報を伝える物質(セカンドメッセンジャー)の一つである。IP3シグナルは細胞内のカルシウム貯蔵部位(小胞体等)に存在するIP3受容体に作用してカルシウムの放出を誘導し、細胞質内のカルシウムの一過性の上昇を導き、種々のカルシウム依存性の蛋白質や酵素等の機能を調節して多様な細胞応答を誘導する。
上記のIP3受容体は既に、マウスやラットの小脳から単離されており特にプルキンエ細胞においてその存在の豊富さが報告されている。
【0003】
本発明者等も上記IP3受容体について研究を続けており、マウスの小脳におけるcDNAのクローニングやその一次構造を決定し、その作用を明らかにしてきた。更に、この精製した当該蛋白質を平面二重膜やリポソーム上で再構成することによってIP3感受性のカルシウムチャンネルの機能について検討を重ねてきている。
このIP3は急速に代謝され、リン酸が一つ脱離することによって、Ins 1,4−ビスホスフェート或いは一つのリン酸が付加されIns 1,3,4,5−テトラキスホスフェート(IP4)に代謝される。
また、このリン酸化反応に関与する酵素としてはInsP3 3−キナーゼが関与している。
これらホスホイノシチドカスケードの種々の代謝物について、細胞伝達におけるセカンドメッセンジャーとして働いているという仮説は下記の論文に示されているが、上記IP3以外は直接的な証明はなされていなかった(Nature 341, 197-205, 1989)。
とりわけ上述のIP4に関してはカルシウムの細胞内への流入を介するホメオスタシスや種々の細胞内のカルシウムのプールの調節に関与しているという仮説が提出されているが、IP4に対する特異的な受容体がまだ見出されていないためIP4の機能については未だ詳細なことは分かっていない。
【0004】
一連の研究の中で、1991年にブタの小脳からIP4の高親和性の結合蛋白質の可溶化及び精製が報告され、Theibertらはラットの小脳から2種のIP4結合蛋白質を単離したと報告している(Proc. Natl. Acad. Sci., 88, 3165-3169, 1991)。しかしながら、それらの報告の中においては、そのIP4結合蛋白質の生理的機能については全く不明であった。
同様に、Ins 1,2,3,4,5,6−ヘキサキスホスフェート(IP6)結合蛋白質も2つのグループより報告されており、そのアミノ酸の部分配列としてクラスリンアッセンブリー蛋白質であるAP2であることが明らかにされている。このAP2はおそらくはシナプス小胞のエンドサイトーシスやリサイクルの経路に関与する蛋白質と考えられている(Biochme. Biopys. Res. Common., 187, 158-163, 1992; Proc. Natl. Acad. Sci., 89, 8976-8980, 1992)。
【0005】
一方、シナプス伝達は、神経終末から神経伝達物質が遊離することによって引き起こされる。神経伝達物質の遊離はシナプス小胞膜とシナプス前膜との融合を伴ういわゆる開口放出によって行われると考えられているが、その分子機構はほとんど明らかにされていない。
この開口放出に関与する蛋白質としてシナプトタグミン(synaptotagmin)がある。上記蛋白質は元々、シナプス小胞膜蛋白質として1981年に同定された蛋白質であるが、分子量からp65蛋白質としても知られている(J. Cell Biol., 91, 257-269, 1981)。モノクローナル抗体を用いて調べた結果、本蛋白質は中枢から末梢にわたる広い範囲の神経細胞と副腎髄質細胞や脳下垂体細胞等のある種の内分泌細胞にのみ特異的に見出された。更に細胞分画法や電子顕微鏡観察の結果、この蛋白質は神経においてはシナプス小胞膜や細胞膜の一部に局在することが明らかになっている。
1990年には、ラットのcDNAライブラリーから本蛋白質のcDNAがクローニングされ、その一次構造が明らかになっている(Nature 345, 260-263, 1990)。このとき、この蛋白質がシナプス小胞をシナプス前膜へ結合させる役割をもっているのではとの仮説が提唱されている。
【0006】
シナプトタグミンの分子構造は分子中に1ヶ所の膜貫通部分を有し、アミノ基側がシナプス小胞内もしくは細胞外に露出している。この部分には糖鎖が結合しており、アミノ酸配列は動物種間で大きく異なっている。
細胞質側の部分には、プロテイン キナーゼC(PKC)の活性制御部位であるC2ドメインと相同な2回の繰返し構造がある。このドメインは動物種間で極めて良く保持されており、Ca/ホスホリピッドの結合能力がある。このなかでもC2Bドメインは、従来良く研究されているC2Aドメインと異なり、未だ特徴が良く判明していない。すなわち、上記Ca/ホスホリピッドの結合についてはシナプトタグミンIのC2Aドメインでしか知られていない。またPKCやCa/カルモジュリン依存性キナーゼIIによってリン酸化されうるアミノ酸配列が見出されている。
細胞質側のアミノ酸配列は進化の過程で非常に良く保存されており、シナプス機能におけるこの部分の重要性を示唆している(J. Biol. Chem., 266, 263, 1991; Neuron 6, 993-1007, 1991; J. Biol. Chem., 266, 13548-13552, 1991)。また、ラットには2種類、シビレエイでは3種の異なる遺伝子にてコードされるアイソフォームがあることが明らかにされた。脳内のシナプトタグミンの発現分布はアイソフォーム間で異なっており、その生理的意味は未だ不明であるが、細胞膜蛋白質であるニューレキシン(neurexin)、シンタキシン(syntaxin)やN型のカルシウムチャネルと相互作用をしてシナプス小胞と細胞膜との結合や融合に関与する蛋白質と考えられている(Neuron 6, 993-1007, 1991; J. Biol. Chem., 266, 13548, 1991; Science 256, 1820-1823, 1992)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、イノシトールポリリン酸は細胞内におけるセカンドメッセンジャーとして重要な役割をはたしている。IP3はその受容体が明らかにされており、その結果IP3の作用はかなり明らかになっている。しかし、IP4、Ins 1,3,4,5,6−ペンタキスホスフェート(IP5)、IP6等のイノシトールポリリン酸については受容体又は結合蛋白が見出されていない。そのため、IP4等のイノシトールポリリン酸の作用・機能は十分に解明されていない。従って、IP4等のイノシトールポリリン酸に特異的に結合する蛋白の探索が多くの研究者により行われている。かかる蛋白が見出されれば、IP4等のイノシトールポリリン酸の作用・機能の解明に利用できるとともに、医薬品、診断薬等として有用であり、さらにカルシウム阻害剤、神経伝達物質、ホルモン放出制御物質等のスクリーニングに利用することができる。
【0008】
かかる問題から、本発明者等は、IP4の結合蛋白質を鋭意研究した結果、この蛋白質が上述のシナプトタグミンと同一であることを見出し、またIP5及びIP6も本蛋白質と結合することを見出し、既存の蛋白質であるシナプトタグミンが種々のポリイノシトール類の結合蛋白質であることを見出した。
更に、本発明者等は、シナプトタグミンにおけるIP4の結合サイトについて検討した結果、IP4はシナプトタグミンのC2Bドメインに結合すること;更に詳細には結合サイトはC2Bドメインの中の特定のアミノ酸配列を有する部分であることを見出した。また、この結合はシナプトタグミンI及びIIに特異的であり、上述したC2Bドメインと同様なドメインを有する蛋白質であるPKCαやrabphilin等はIP4に結合しないことも併せて見出した。
本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、本発明の目的はIP4、IP5、IP6等のイノシトールポリリン酸に結合し得るポリペプチド、当該ペプチドを用いたスクリーニング法及び当該ペプチドを含有する薬剤を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解消するためになされた本発明は、
(a)下記の式(1)で示されるアミノ酸配列からなるペプチドであり、イノシトールテトラキスホスフェート、イノシトールペンタキスホスフェート又はイノシトールヘキサキスホスフェート(以下、便宜上、これらをイノシトールポリリン酸と称する)に対して結合性を有するペプチド;
Gly-Lys-Arg-X-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-X-X-Lys-Lys (1)
(式中、XはLeu又はIle、XはThr又はSer、XはIle又はValを示す)
(b) ペプチドが、シナプトタグミンI又はIIのC2Bドメインを構成するペプチドである上記 (a) 記載のペプチド
(c) 上記 (a) 又は (b) に記載されるペプチドを用いることを特徴とするイノシトールポリリン酸様物質又はイノシトールポリリン酸拮抗物質のスクリーニング方法;
(d) 上記 (a) 又は (b) に記載されるペプチドを有効成分として含有するイノシトールポリリン酸阻害剤
である。
【0010】
本発明のペプチドは、イノシトールポリリン酸に対して結合性を有し、且つ前記式(1)で示されるアミノ酸配列からなるペプチドからなる。前述のように、本発明者らは、イノシトールポリリン酸に対する結合蛋白を探索してきたが、後記実施例に示されるように、当該結合蛋白はシナプトタグミンであることが判明した。そして、更に検討を重ねた結果、イノシトールポリリン酸との結合部位は、シナプトタグミンのC2Bドメインにあり、より詳細には前記式(1)で示されるペプチド部分であることが明らかになった。即ち、前記式(1)のアミノ酸配列からなるペプチドは、イノシトールポリリン酸と結合することができる。
【0011】
上記の前記式(1)のアミノ酸配列からなるペプチドは、固相合成法などの慣用のペプチド合成法により調製できる。また、当該ペプチドを含有する天然物から得ることもでき、かかる天然ペプチドとしては、例えば、ヒト、マウス、ラット、ウシ、イカ、シビレ エイ、ショウジョウバエ、線虫などのシナプトタグミンI及びII、これらのシナプトタグミン類のC2Bドメイン等を例示することができる。
また、上記の目的とするペプチドをコードするDNAを調製し、適当な発現ベクターに組み込み、当該発現ベクターで適当な宿主(例えば、大腸菌、枯草菌、酵母、糸状菌、植物細胞、動物細胞等)を形質転換し、次いで形質転換体を培養し、その培養上清(及び培養細胞を破砕した後の上清)を、常法に準じて精製することにより目的とするペプチドを得ることもできる。
なお、本発明のペプチドは、糖鎖を含有していてもよい。
【0012】
本発明のペプチドは、イノシトールポリリン酸に対して結合性を有する。従って、本発明のペプチドを用いることにより、イノシトールポリリン酸と類似した生理活性を有する物質又はイノシトールポリリン酸と拮抗する物質のスクリーニングを行うことができる。例えば、[3H]などで標識したイノシトールポリリン酸の存在下、試験物質と本発明のペプチドを反応させ(競合反応法)、本発明ペプチドへの標識イノシトールポリリン酸の結合量が減少すれば、試験物質はイノシトールポリリン酸と類似の生理活性を有する物質であることが推察される。前述のように、イノシトールポリリン酸は細胞内で受容体と結合し、カルシウムの放出、神経伝達物質の放出、ホルモンや酵素の調節などの作用を果たしていると推定される。従って、本発明のスクリーニング法によれば、細胞内におけるカルシウム放出物質、神経伝達物質放出物質などのスクリーニングを行うことができる。
【0013】
また、本発明のペプチドはイノシトールポリリン酸と結合することから、イノシトールポリリン酸の阻害剤として作用する。本発明のイノシトールポリリン酸阻害剤はかかる作用を利用したもので、本発明のペプチドを有効成分として含有することからなるイノシトールポリリン酸阻害剤である。イノシトールポリリン酸は、上述の作用を有すると考えられるので、本発明のイノシトールポリリン酸阻害剤は、カルシウム阻害剤、神経伝達物質放出阻害剤、ホルモン遊離阻害剤などとして利用することができる。
上記の阻害剤は、種々の製剤形態(例えば、液剤、固形剤、カプセル剤等)で投与し得るが、一般的には有効成分である本発明ペプチドのみ又はそれと慣用の担体と共に注射剤又は経口剤とされる。当該注射剤は常法により調製することができ、例えば、本発明ペプチドを適切な溶剤(例えば、滅菌された水、緩衝液、生理食塩水等)に溶解した後、フィルター等で濾過して滅菌し、次いで無菌的な容器に充填することにより調製することができる。また、経口薬としては、例えば、錠剤、顆粒剤、細粒剤、散剤、軟又は硬カプセル剤、液剤、乳剤、懸濁剤、シロップ剤などの剤形に製剤化され、これらの製剤は製剤化の常法に準じて調製することができる。
製剤中の本発明ペプチド含量は、剤形、適用疾患などに応じて適宜調整することができる。
【0014】
製剤化に際して、好ましくは安定化剤が添加され、安定化剤としては、例えば、アルブミン、グロブリン、ゼラチン、グリシン、マンニトール、グルコース、デキストラン、ソルビトール、エチレングリコールなどが挙げられる。さらに、本発明の製剤は製剤化に必要な添加物、例えば、賦形剤、溶解補助剤、酸化防止剤、無痛化剤、等張化剤等を含んでいてもよい。液状製剤とした場合は凍結保存、または凍結乾燥等により水分を除去して保存するのが望ましい。凍結乾燥製剤は、用時に注射用蒸留水などを加え、再溶解して使用される。
本発明の阻害剤は、その製剤形態に応じた適当な投与経路により投与され得る。その投与量は、患者の症状、年齢、体重などにより適宜調整される。
【0015】
なお、本発明のペプチドは、イノシトールポリリン酸の測定(定量又は定性)試薬、慣用の不溶性担体に本発明のペプチドを固定化したアフィニティー担体等とすることによりイノシトールポリリン酸の精製試薬などとしても利用することができる。
【0016】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明者等は、ホスホイノシチドカスケードが小脳の機能に大変密接な働きをもっていることから、小脳を用いてIP4結合蛋白質の精製単離を行った。すなわち、IP3受容体がプルキンエ細胞に豊富にあること、同様にInsP3 3キナーゼも同様にプルキンエ細胞に局在化していることから、これらの細胞においてはIP4も生成していることが推察された。
また、従来の報告においては、イノシトールリン酸の結合活性が比較的高くみられていることから、プルキンエ細胞の神経的な機能においてポリイノシトールホスフェートの関与が強く示唆されている。
【0017】
そこで、本発明者等は、まず界面活性剤にて可溶化を行った。この操作によってIP4結合能に影響を与えるIP3受容体、イノシトールポリホスフェイトホスファターゼやキナーゼ類が抽出されるが、これらの蛋白質はヘパリンアガロースクロマトグラフィーにて除去した。すなわち、ホスファターゼやキナーゼ類は流出液中もしくは0.5Mの画分に除去され、IP3受容体は0.5M NaCl中へ除去される。従来報告のあったIP4結合蛋白質の精製法との違いはおそらく界面活性剤の種類の違い、ヘパリンアガロースゲルの挙動の違い、イオン交換カラムの違いによるものである。
このとき若干のIP4活性が流出液中に見られたが、これはおそらくIP4結合蛋白質の重合体によるものと考えられた。
【0018】
次にイオン交換クロマトグラフィーDE−52にて残る夾雑物を除去した。このとき、目的とする蛋白の他に低分子化合物が残ったため二回目のゲル濾過にて除去した。各クロマトグラフィーにおける溶出パターンを図1に示す。
最後のSepharose CL6Bによる分離をした後、目的画分をSDS−PAGEにより分析したところ、分子量140kと65kの蛋白質のバンドが得られた(図2参照)。またCBB染色をしたところ、目的とするIP4結合活性の強度と非常に良く一致した。2回目のゲル濾過のとき、界面活性剤の存在下で140kを示したことから、この分子量の蛋白質は65kの蛋白質の二量体と考えられた。
以上述べてきたように、本発明者等はマウスの小脳150gから0.45mgの目的とするIP4の結合蛋白質を単離することに成功した。
【0019】
こうして得られた蛋白質のアミノ酸配列を決定するために、本発明者等は以下の方法を用いた。すなわち、140kと65kの蛋白質をPVDF膜に移しかえ、0.05%のSDS存在下にてリジルエンドペプチダーゼにて加水分解を行った。次に残ったペプチドを逆相クロマトグラフィーにて分離した。
この結果、140kの蛋白質はマイナー蛋白であったにもかかわらず、この140k由来のペプチドがこの分離においては多く回収された。こうして得られた140k由来のペプチドの内、7種についてアミノ酸配列を決定し、SWISS PROTデータベースを用いて検索したところ、ラットのシナプトタグミンIIのアミノ酸配列と完全に一致した(図3参照)。
従来技術にて述べたように、シナプトタグミンは前シナプスにおけるシナプス小胞の結合と融合に役割を果たす蛋白質であると考えられている(Science 259, 780-785, 1993; Neuron 6, 665-677, 1991)。ネイティブのラットのシナプトタグミンは二重体を形成し、前シナプス蛋白質と高分子量の複合体を形成することが知られている。
【0020】
また、cDNA解析によれば、2種のシナプトタグミン(I,II)の存在が知られており、RNAブロッティング分析では異なった分布が知られている(J. Biol. Chem., 266, 13548-13552, 1991)。すなわち、シナプトタグミンIIは脳内においては系統的に古い部分に存在する。例えば、脊髄、脳幹、小脳等である。一方、シナプトタグミンIは比較的新しい領域、すなわち、大脳皮質や海馬などに存在する。本発明においては、シナプトタグミンIIしか得られなかったのは、上述のように小脳においてはシナプトタグミンIIの方が大部分を示すことに他ならない。
【0021】
本発明者等は、さらに上述のごとく得られた蛋白質がラットシナプトタグミンIIであることを、以下の方法にて証明した。
通常の方法にて合成したラットシナプトタグミンIIのc末端(409−422)とPKCの調節領域と相同性のあるC2ドメインに相当するペプチドに対する抗体で、本発明の界面活性剤にて抽出されたサンプル及び最終段階にて得られたサンプルとをウエスタンブロット法によって試験したところ、それぞれ140k及び65kの蛋白質が反応しクロスリアクトした(図4参照)。
また、C2Aの抗体により用量依存的にIP4結合活性をもつ蛋白質は免疫沈降した(図5参照)。
これらのことをもって、本発明者等は上述のように、精製純化した蛋白質はまさにマウスのシナプトタグミンIIであることを見出した。
【0022】
次に本発明者等は、この精製したIP4結合蛋白/シナプトタグミンの特徴を調べるために以下の方法を用いた。
まず、常法に基づき、IP4結合に対するpH依存性を研究した(図6参照)。4.8μMの非標識のIP4の存在下では、標識したIP4の最大結合能はおよそpH5.0あたりに見られている。
【0023】
精製したサンプルにおける標識化したIP4の非標識のIP4による置換をpH5.0、6.2、7.4で行ったところ、pH6.2のとき30nMで、pH7.4のとき40nMで、pH5.0のとき170nMで約半減した。スカッチャド分析(Scatchard analysis)を行った結果、KdはpH6.2及び7.4のとき約30nMであり、pH5.0のとき160nMであった(図7参照)。BmaxはpH6.2、7.4、5.0のとき、それぞれ2.7pmol、2.4pmol、35pmol/蛋白であった。Hill係数はそれぞれのpHには依存しないで、ほぼ1.0であった。
【0024】
次に、IP4結合部位における特異性を種々のイノシトール誘導体を用いることによって検討した。その結果を図8に示す。図示したとおり、IP5は高い強度にて標識したIP4の結合を置換した。この置換能力の強さはIP4に比較して強かった。
イノシトール 3,4,5,6−テトラキスホスフェートやイノシトール ヘキサキスホスフェートは、100nMでIP4の結合を約半分抑制した。
しかし、イノシトール ヘキサキスホスフェートの場合には置換曲線の勾配は比較的鋭く、併せて10nMで標識IP4の結合を増加させた。また、300nMのとき、IP4と同様に強い標識したIP4結合の抑制が見られた。
このことはアロステリックな影響を示していた。他の用いたイノシトールの誘導体では比較的親和性が低かった。
以上のように、本発明者等はマウスの小脳から高親和性のIP4結合蛋白質の単離精製に成功し、その結合蛋白質であることの確認及び特徴づけを行った。
【0025】
次に、本発明者等は、上記IP4が結合蛋白質のどの部分と結合し、ドメインの機能がいかなるものか研究した。
まず、IP4結合ドメインを知るためにマウスIP4結合蛋白/シナプトタグミン(IP4BP/syt II)のcDNAのクローニングを行った。マウスの小脳のcDNAライブラリーから、前述した部分アミノ酸配列に相当するPCRプライマーによって作成したcDNAを用いることによってスクリーニングした。
一つの翻訳部分を含んだcDNAの配列は5つの重複するクローンによって決定した。こうして得られたマウスのIP4BP/syt IIの塩基配列を配列番号1に示す。また、当該塩基配列から推定されるアミノ酸配列を配列番号2に示すが、予想されるように、前述したIP4結合蛋白質の配列と同一であった。イニシエーションコドンも公知のKozak配列と同一であった。ラットのシナプトタグミンIIと比較すると4種のアミノ酸配列がN末にて異なっているのみであった。すなわち、12番目のIleがAsn、27番目がAlaからVal、39番がThrからPro、52番目がAspからGluへ変化していた。3’の非翻訳領域はラットのcDNAでも同一であり、TGジヌクレオチドの繰返し構造を含んでいた。
【0026】
次に、遺伝子発現IP4BP/syt IIの結合活性を確認するために、以下の実験を行った。
こうして得られたcDNAをもつ発現プラスミドを作成し、通常のCOS細胞にトランスフェクトした。こうして発現させた細胞のホモジェネートは通常のSDS−PAGEにかけ、その後抗IP4BP/syt II抗体にてイムノブロット分析を行った(図9A参照)。その結果、分子量約60kであり、小脳から得たIP4BP/syt IIに比較して若干低かったが、これは糖鎖の違いに帰するものである。この発現化した蛋白質を次に可溶化して、ヘパリンアガロースカラムにて部分純化した。こうして精製したIP4BP/syt IIを、前述した方法でIP4活性を調べたところ、小脳由来のIP4BP/syt IIと同一であった(図9B参照)。
【0027】
次に、IP4BP/syt IIのIP4結合ドメインを解析するために、膜貫通領域を除いたIP4BP/syt IIとGSTの融合蛋白を発現した。IP4結合能をマップした結果、C2Bドメインのアミノ酸番号315−346(IHLMQNGKRLKKKKTTVKKKTLNPYFNESFSF;即ちIle-His-Leu-Met-Gln-Asn-Gly-Lys-Arg-Leu-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-Thr-Val-Lys-Lys-Lys-Thr-Leu-Asn-Pro-Tyr-Phe-Asn-Glu-Ser-Phe-Ser-Phe-)が結合に重要であることが判明した(図10参照)。しかも、その領域はリジンリッチであることが判明した。また、驚くべきことに、この結合領域は、イカ シナプトタグミンのPep2ペプチドと極めて似ていることが明らかとなった(Nature 363, 163-165, 1993)。
更に、シナプトタグミンのC2Aドメイン、PKCα及びrabphilin 3AのC2ドメインのアミノ酸配列並びにこれらのドメインとIP4との結合性を詳細に検討した結果、IP4の結合部位は上記配列の内のGKRLKKKKTTVKK(即ち、Gly-Lys-Arg-Leu-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-Thr-Val-Lys-Lys-)部位であることが明らかになった。そして、マウス以外の動物のシナプトタグミンC2Bドメインについても検討した結果、前記式(1)で示されるペプチド部分がIP4との結合に不可欠であることが判明した。
【0028】
また、精製GST−fに対するIP4結合のスカッチャド分析をしたところ、Kdは165nM、Bmaxは3.8pmol/μg蛋白であった(図11A参照)。このKd値は、精製した小脳由来IP4BP/syt IIより高いことも分かった。また、そのIP4に対する親和性の低さはGSTとの融合に起因すると予想される。
当該GST−syt II−C2Bに対するIP4結合能を比較すると、Ins 1,2,3,4,5,6−P6(IP6)>Ins 1,3,4,5,6−P5(IP5)>Ins 1,3,4,5−P4(IP4)>Ins 2,4,5−P3>Ins 1,4,5−P3(IP3)>Ins 1,4−P2であった(図11B参照)。つまり、IP6及びIP5はIP4に競合的であった。これらのことか、IP4BP/syt IIのC2BドメインはIP4だけでなく、IP6及びIP5とも結合することが判明した。
【0029】
精製小脳由来IP4BP/syt IIに対しても、IP6を除いて同様の結果が得られた。また、ヘパリンはIP4のIP4BP/syt IIへの結合阻害を示すが、GST−syt II−C2Bでも同様であった。
C2ドメインは、シナプトタグミンI、PKCαやrabphilin 3Aにも存在することが知られている(Mol. Cell Biol., 13, 2061-2068)。そこで、C2Bドメインに対するIP4結合が、IP4BP/syt IIにユニークであるかどうかを確認したところ、IP4の結合はシナプトタグミンI及びIIのC2Bドメインに特異的であることが判明した(図12参照)。
【0030】
最近、シナプトタグミンIのC2Aドメインが、Ca2+依存性ホスホリピッド結合に十分であるとの報告があった。シナプトタグミンのC2Bドメインも同様であると考えられるが、その詳細は不明である。シナプトタグミンのC2Bドメインに対するイノシトールホスフェートとホスホリピッド結合の関係を明らかにすべく、GST融合蛋白でホスホリピッド結合試験を実施した(図14参照)。その結果、GST−syt I−C2AとGST−syt II−C2AはCa2+依存的にリポソーム(1:1(W/W)ホスファチジルセリン:ホスファチジルエタノールアミン)に結合したが、GST−syt I−C2BとGST−syt II−C2BはCa2+非依存的に結合することが判明した。また、GST−rabphilin 3A(rph)−C2AはCa2+依存性にホスホリピッド結合活性を有するが、GST−rph−C2Bは、Ca2+存在下でも結合しないことが判明した。すなわち、シナプトタグミンやrabphilin 3AのC2Aドメインは、PKCαのC2ドメインにその機能が類似してCa2+依存性であるが、C2Bドメインは異なることが示唆される。
GST−syt II−C2Bの327番目のアミノ酸をリジンからグルタミンに変えるとホスホリピッド結合活性が失われるが、IP4結合活性は50%維持された。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、イノシトールポリリン酸と結合するペプチドが提供される。本発明ペプチドはイノシトールポリリン酸と特異的に結合するので、イノシトールポリリン酸の作用・機能を研究する際の試薬やイノシトールポリリン酸の精製試薬として有用である。また、上記ペプチドを用いる本発明のスクリーニング法によれば、イノシトールポリリン酸と同様な生理活性を有する物質又はイノシトールポリリン酸と拮抗する物質のスクリーニングが可能となる。更に、上記ペプチドを有効成分として含有する本発明のイノシトールポリリン酸阻害剤によれば、イノシトールポリリン酸の作用を阻害することができるので、カルシウム阻害剤、神経伝達物質放出阻害剤、ホルモン遊離阻害剤などとして有用である。
このように、本発明のペプチドは、イノシトールポリリン酸の作用を研究する上での試薬や精製試薬、イノシトールポリリン酸様物質のスクリーニング試薬、イノシトールポリリン酸が関与する各種疾患の診断試薬、治療(予防)用薬剤などとして広く利用することができる。
【0032】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例1
▲1▼IP4結合蛋白(IP4BP)の精製
ddYマウス由来小脳150gを9容量の緩衝液[0.32M スクロース、1mM EDTA、0.1mM PMSF(フェニルメチルスルホニル フルオリド)、10μM ロイペプチン、10μM ペプスタチン、1mM 2−ME、5mM トリス塩酸、pH7.4]と混合し、ポッターホモゲナイザーでホモゲナイズした。ホモゲネートは、2℃、1000×gで5分間遠心し、ペレットは同条件で洗浄した。上清及び洗浄液を合わせ、2℃、10万gで60分間遠心し、P3+P4膜画分を沈殿させた。
【0033】
膜画分を緩衝液(1mM EDTA、0.1mM PMSF、10μM ロイペプチン、10μM ペプスタチンA、1mM 2−ME、50mM トリス塩酸、pH8.0)で懸濁し、20%(w/w)トリトン X−100を加え蛋白濃度を3.0mg/ml、トリトン X−100濃度を1%に調製した。更にその10万g遠心上清をヘパリン−アガロースカラム(2×13.7cm)にアプライした。なお、当該カラムは、0.2%トリトン X−100、10% グリセロール、10μM ペプスタチンA、10μM ロイペプチン、0.1mM PMSF、1mM 2−ME、50mM トリス塩酸、pH8.0(緩衝液1と称する)に0.25M NaClを含む緩衝液で予め平衡化したものである。次に、カラムを0.25M NaCl/緩衝液1及び0.5M NaCl/緩衝液1で洗浄し、IP4BPを30mlの1M NaCl/緩衝液1で溶出した。
【0034】
更に、溶出画分を濃縮し、セファロースカラムCL−6B(1.0×60cm、0.2M NaCl/1mM/緩衝液1で平衡化)にアプライし、IP4BP画分を回収した(図1a参照)。なお、回収した画分は、図中にバーを付して示した(図b及びcにおいても同様)。
回収した画分を、1mM EDTA/緩衝液1に対して透析し、次いでDE52カラム(1.0×7.6cm)にアプライした。IP4BP画分を、1mM EDTAを含む緩衝液1を用い、0−0.3M NaClグラディエントで溶出した(図1b参照)。
更に、溶出画分を、再度セファロースCL−6Bでリクロマトすることにより精製し(図1c参照)、精製物を−80℃で保存した。また、当該精製工程における回収率等を表1に示す。
【0035】
【表1】

Figure 0003671245
【0036】
実施例2
SDS−PAGEによる分析
上記の精製工程におけるIP4BP画分をそれぞれSDS−PAGE(3.75−12.5%のグラディエントゲルによるLaemmli法)に供した。なお、ゲル染色にはCBBを用いた。その結果を図2Aに示す。図において、レーンb:界面活性剤による可溶化画分80μg;レーンc:ヘパリンアガロース画分30μg;レーンd:セファロースCL−6B画分10μg;レーンe:DE−52画分2μg;レーンf:セファロースCL−6Bリクロマト画分2μgのSDS−PAGEパターンを示す。なお、レーンaは分子量マーカー(×103)であり、200:ミオシン;116:β−ガラクトシダーゼ;92:ホスホリラーゼ;66:ウシ血清アルブミン;45:オボアルブミンを示す。
また、図2Bに、セファロースCL−6Bリクロマトの63〜81画分のSDS−PAGEパターンを示す。
上記SDS−PAGEによるIP4BPの分子量測定値は、140K及び65Kであった(図2C参照)。また、140K分子は65K分子の2量体であることも判明した。
【0037】
実施例3
3 H]IP4結合性の測定
IP4結合測定は、PEG沈殿法によった(Maeda, N. ENBO. J., 9, 61-67, 1990)。クロマト各画分測定は、[3H]IP4を各画分50μlに9.6nMになるように添加した。そのサンプルは、0℃で10分間インキュベート、2μlのウシ−ガンマーグロブリン(50mg/ml)と混合し、50μlの30%PEG6000/50mMトリス塩酸(pH8.0)をサンプルに加え、0℃で5分間インキュベートした。次に、1万g遠心上清を除去し、沈殿を500μlのSOLVABLEに溶解させた。ラジオアクティビティは、液体シンチレーション試薬として5mlのアクアゾルII(Aquasol II)を加えて測定した。非特異結合は10μMの非ラベルIP4存在下で測定した。
更に、生化学的性状解析のために、別のIP4結合測定法も用いた。10μl[3H]IP4(最終濃度4.8nM)、10μlガンマーグロブリン(最終濃度50μg)、10μlの0.5Mグッド緩衝液、10μlのイノシトールリン酸液(50mM Hepes−NaOH、pH7.4で希釈)、サンプル及び蒸留水で全100μlに調整した。0℃で10分インキュベートした後、30%PEG溶液を100μl加え、上記のように測定した。
【0038】
実施例4
IP4BPペプチドの同定
実施例1で得た精製IP4BP(約0.3mg)をSDS−PAGE(3.75−12.5%のグラディエントゲル)に供し、分離した蛋白をPVDF膜にトランスファーして140Kと65K蛋白相当バンドをブロットから切り出し、0.5mM NaOH処理し、microfuge-tube中で還元、アルキル化した。2%アセトニトリルで洗浄後、膜片をリジルエンドペプチダーゼで24時間、37℃で処理した。その濃度は、7.5%アセトニトリルと0.05%SDSを含む100mMトリス塩酸(pH8.5)の300μl中で、IP4BPが1/50モル濃度になるように調整した。膜片は1万gで5分間遠心して除去し、上清を凍結乾燥後、0.1%TFAに溶解しHPLCカラム[Waters 600E、C8(μBONDASPHERE 300A Waters)、カラム形状0.39×15cm]にアプライした。0−30% 2−プロパノール/アセトニトリル(7:3)(含0.1%TFA)のグラディエントを45ml以上になるように実施した(0.5ml/分)。ペプチドピークは215nmでモニターし回収した(図3A参照)。図に示されるように、140Kが65Kの2量体であることが確認された。
次いで、140Kの主ピーク(図3Aに示した、1−7の7つのピーク)を100μl以下に濃縮し、ガス−フェーズ シークエンサー(Applied Biosystem)に供し、それぞれのアミノ酸配列を決定した。各ペプチドフラグメントのアミノ酸配列をラット由来シナプトタグミンII配列と比較した(図3B参照)。その結果、当該アミノ酸配列は、ラット由来シナプトタグミンII配列と一致した。
【0039】
実施例5
シナプトタグミンIIのC2Aドメイン及びC末端領域ペプチドに対する抗体の作製
(1) ラット由来シナプトタグミンIIのC2Aドメイン(アミノ酸配列番号:139−267)とグルタチオン S−トランスフェラーゼ(GSTと称する)の融合蛋白を大腸菌で発現させて精製した(Smithらの方法による;Gene 67, 31-40, 1988)。即ち、ラット由来シナプトタグミンIIのC2AドメインをコードするcDNAを常法に準じてPCR法により増幅・調製し、pGEX−2Tベクターにサブクローニングし、融合蛋白を大腸菌JM109で発現させた。菌体をソニケーションし、トリトン X−100で最終濃度が1%になるように処理した。更に、1万g遠心上清をグルタチオン−セファロースCL−6Bによるアフィニティカラムに付し、当該融合蛋白を精製した。
精製品は10%SDS−PAGEで分析確認後、リン酸緩衝液(生理食塩含)に透析し、ニュージーランドホワイトウサギの背中に皮下注した。なお、蛋白溶液1mg/mlとフロイントコンプリートアジュバント1mlを混合し免疫した。また、2種間後にブースターした後、常法に準じて抗体を得た。
【0040】
(2) ラット由来シナプトタグミンIIのC末端領域ペプチド(アミノ酸配列番号:409−422)のアミノ末端にシステインを付加し、ウシ血清アルブミンに結合させた。当該アルブミンは、フリーのスルヒドリル基と反応し得るマレイミド基を有するヘテロビファンクショナル−クロスリンカーに結合したものである(sulfo-SMCC-cBSA)。5mgのC末端ペプチドと5mgのsulfo-SMCC-cBSAを、1mlの0.1Mリン酸緩衝液pH7.2(0.1M EDTA、0.15M NaClを含)中で混合し、室温で3時間撹拌させながら反応させた。未反応物はセファデックスG−25カラムでゲル濾過で除去した(0.083Mリン酸緩衝液pH7.2及び0.15M NaCl条件下)。ペプチド−cBSA複合体を含有するボイド画分を、アジュバントとして水酸化アルミニウムを用い、上記と同様にニュージーランドホワイトウサギに免疫し、常法に準じて抗体を得た。
【0041】
実施例6
イムノブロット法及び免疫沈降法による分析
(1)イムノブロット法
実施例1における可溶化画分(粗精製蛋白)及びセファロースCL−6Bリクロマト画分(精製蛋白)をSDS−PAGE(3.75−12.5%のLaemmli系)に供し、蛋白をPVDF膜にトランスファーした後、上記の抗体と反応させた。その結果を図4に示す。同図において、レーンaは可溶化上清50μg;レーンbはセファロースCL−6Bリクロマト画分3μgであり、アミノブラックで染色したもの(A)、C2A領域に対する抗体で反応させたもの(B)、C末端領域に対する抗体で反応させたもの(C)、コントロール抗体で反応させたもの(D)を示す。なお、検出に用いるペルオキシダーゼ活性は、Vectastain ABCキットでDAB染色を行った。
図に示されるように、ラット由来シナプトタグミンIIのC末端アミノ酸配列(409−422)及びC2A領域(139−267)に対する抗体は、140K及び65Kの何れとも反応することが判明した。
【0042】
(2)免疫沈降法
抗C2A抗体10μl(抗体濃度はIgGとして、2、5、10μg/10μl・50mM Hepes−NaOH、pH7.4、0.1M NaCl。また、当該抗体はAmersham製プロテインAカラムで精製したもの)を精製IP4BP(0.35μg)に添加し、0.1M NaClを含むHepes−NaOH(pH7.4)緩衝液中で室温30分間インキュベートした。次に、同緩衝液で懸濁させたプロテインA−セファロースCL−6B懸濁液30μl(プロテインAパウダー0.3mg)を加え、当該チューブを4℃で30分間ゆるやかに振盪させた。更に、プロテインA−セファロースCL−6B粒子を1万g遠心することにより沈殿させ、上清25μlの残存[3H]IP4結合活性を前述のPEG沈降法で測定した。なお、コントロール実験はウサギ免疫前のIgG画分を用いて同様に実施した。その結果を、図5に示す。同図において、○は抗C2A抗体を、●はコントロール抗体を示す。また、%阻害(▲)は、コントロールIgGでの活性から抗C2A抗体での活性を差し引いた残存活性を示す。
図に示されるように、抗C2A抗体は用量依存的に精製IP4BPのIP4結合活性を低下させた。
上記(1)及び(2)この結果は、実施例4に示した部分アミノ酸配列の分析結果とあわせて、マウス由来精製IP4BPは、明きらかにマウス由来シナプトタグミンであることを説得せしめる。
【0043】
実施例7
精製IP4BPのIP4結合活性の性状解析
精製IP4BPのIP4結合におけるpH依存性を図6に示した。結合活性は、4.8nM[3H]IP4と0.35μgの精製蛋白を50mM Mes−NaOH(pH4.5−6.7;○)、50mM Hepes−NaOH(pH6.2−7.6;□)、50mM Epps−NaOH(pH7.3−8.3;△)緩衝液で検討した。非特異的結合は4.8μMのラベルIP4存在下で測定した。サンプルは、0℃で10分間インキュベートし、結合はPEG沈降法により測定した。その結果、至適pHは5.0であることが判明した。
【0044】
次に、精製IP4BPに対する[3H]IP4の結合の飽和性について検討した(図7参照)。結合測定には、0.35μgの精製蛋白でpH6.2(△)及びpH7.4(○)、あるいは0.1μgの精製蛋白でpH5.0(□)、4.8nM [3H]IP4、各種濃度のコールドIP4、及び50μgガンマグロブリンを、100μlの50mM Mes−NaOH(pH5.0)、50mM Hepes−NaOH(pH6.2及び7.4)下で使用した。サンプルは、0℃で10分間インキュベートし、結合はPEG沈降法により測定した。
その結果、結合のHalf-maximal reductionは、pH6.2では30nM、pH7.4では40nM、pH5.0では170nMであった。また、スカッチャード分析では、シングル結合であることを示し、pH6.2と7.4ではKd値が30nM、pH5.0では、160nM、Bmaxは、pH6.2で2.7pmol、pH7.4で2.4pmol、pH5.0で35pmol/μg蛋白であることが判明した。
【0045】
次に、IP4結合サイトの特異性を、5種類のイノシトールポリリン酸を加えることによって検討した。精製蛋白0.35μgを種々の濃度のIP3(▲)、IP4(●)、Ins 3,4,5,6−P4(○)、IP5(■)及びIP6(□)の存在下で、4.8nM[3H]IP4とインキュベートした。結合測定はPEG沈降法で実施した。その結果を図8に示す。図に示されるように、IP5はIP4よりも[3H]IP4を強く置換した。Ins 3,4,5,6−P4とIP6は、100nMでIP4の結合を半分抑制した。しかし、IP6の場合には、置換曲線の勾配は比較的鋭く、また10nMで[3H]IP4の結合を増加させた。また、300nMの時、IP4と同様に[3H]IP4の結合を強く抑制した。このことは、[3H]IP4結合におけるIP6のアロステリック様効果を意味する。他のイノシトール誘導体では親和性は低かった。
【0046】
実施例8
マウスIP4BPの遺伝子クローニング
実施例4で決定した、IP4BPの一部アミノ酸配列K−3ペプチド(VPYQELG;即ち、Val-Pro-Tyr-Gln-Glu-Leu-Gly)及びK−2ペプチド(IHLMQ;即ち、Ile-His-Leu-Met-Gln)に相当する5’GTICCITA(TC)CA(AG)GA(AG)(TC)TIGG3’及び5’(TC)TGCATIA(AG)(AG)TG(AGT)AT3’をPCRのプライマーとして合成した。全RNAはChomczynskiとSacchiの方法(Anal. Biochem., 162, 156-159, 1987)によりマウス小脳より調製し、またポリ(A)+RNAはoligotex-dT30(日本ロシュ)により選択した。
【0047】
PCR増幅はAMV逆転写酵素で35サイクル行い、94℃2分間変性し、48℃でアニーリング、72℃3分間鎖伸長を行った。PCR生成物はアガロースゲル電気泳動とGeneclean II kit(Biol 01)で抽出し、マウス小脳由来cDNAライブラリーからの2×106プラークをスクリーニングするのに用いた。ハイブリダイゼーションは、50%ホルムアミド、2×SCC、0.1%SDS、100μg/mlサケ精子DNA、32P−ラベルプローブ(5×105cpm/ml)で42℃12時間の条件で実施した。ハイブリダイズフィルターは0.1×SCCと0.1%SDSで42℃にて2回洗浄した。5つの陽性クローンを選択し、それらのcDNAをpBluescript KS(−)(Stratagene)にクローン化した。さらに、そのクローンを、BcaBEST Dideoxy Sequencing Kit(Takara Shuzo)で配列決定をした。5つの重複するクローンからシングルオープンリーディングフレームを含む全DNA配列を決定した。当該塩基配列を配列番号1に示す。また、その配列から予想されるアミノ酸配列を配列番号2に示す。この配列は、前述の部分アミノ酸配列と一致した。配列番号1において、実線を付した部分が既に決定された部分アミノ酸配列を示す。
【0048】
実施例9
IP4BPの発現と機能確認
IP4BPのIP4結合活性を確認するために発現プラスミド(pEF−IP4BP)を調製し、COS7にトランスフェクトし、形質転換体を培養することにより、発現IP4BP/syt II(pEF−IP4BP/syt II)を調製した。
即ち、pEF−BOS(Nucleic Acids Res., 18, 5322, 1990)をXbaIで消化し、クレノーフラグメントで平滑化し、NotIリンカーを結合させた。NotIリンカーを結合させた全IP4BP/syt II cDNA(1−1590塩基対)を、pEF−BOSのNotIサイトに挿入した。生成したプラスミド(pEF−IP4BP)は、ヒトEF1−αプロモーターとヒトG−CSFポリアデニル化配列の間に全長のIP4BP/syt IIcDNAを有する。
DEAE−デキストラン法を用い、プラスミドpEF−IP4BP及び対照としてのpEF−BOSをCOS7にトランスフェクトした。トランスフェクト後、48時間培養した。
【0049】
培養後、細胞をホモゲナイズし、ホモゲネートをSDS−PAGEに供し、抗IP4BP抗体でイムノブロットした。その結果を図9Aに示す。同図において、レーン1はコントロール(pEF−BOSトランスフェクトCOS7のヘパリン結合画分)、レーン2はpEF−IP4BP/syt II、レーン3はマウス小脳ミクロゾーマル画分を示す。
図に示されるように、イムノリアクティブバンドは、pEF−IP4BPでトランスフェクトした細胞では検出されるが、コントロール細胞では検出されなかった。検出されたバンドは60Kと低分子量であった。この分子量は、N−グリコシダーゼFで処理した小脳由来IP4BP/syt IIと同一であることから、上記の分子量の相違は糖鎖の違いによることが証明された。
また、コントロール(pEF−BOSトランスフェクトCOS7のヘパリン結合画分)、ヘパリン-アガロースで部分精製したpEF−IP4BP/syt II及び小脳由来IP4BP/syt II(各5.5μg)の[3H]IP4結合を比較した。その結果を図9Bに示した。図に示されるように、pEF−IP4BP/syt IIのIP4結合活性は小脳由来のものと比べて遜色なかった。
【0050】
実施例10
IP4BPのIP4結合領域同定
IP4BPのIP4結合領域を同定するために、膜貫通領域を除いたIP4BPとGSTの融合蛋白を9種類作製した。
即ち、IP4BP/syt IIの種々のドメインをコードするcDNA(図10A参照)をPCR法で増殖した。増殖したフラグメントは、pGEX−2Tにサブクローニングし、DNA配列を確認した。IP4BP/syt IIの種々のドメインとGST(グルタチオン S−トランスフェラーゼ)との融合蛋白の調製は文献(Gene 67, 31-40, 1988)記載の方法に準じて行い、大腸菌JM109で発現させた。次いで、生成融合蛋白を、グルタチオン-セファロース 4B(Pharmacia)クロマトグラフィーで精製し、SDS−PAGEで分析した。
【0051】
9種類の融合蛋白において、GSTに結合させたドメインの違いは図10Aのようにマップされる。また、9種類の融合蛋白をGST−a〜GST−iで表し、例えば、GST−aはGSTとドメインaとの融合蛋白を示す。
これらの融合蛋白のIP4結合性を、前述の方法で試験した。その結果を図10Bに示す。
図に示されるように、IP4結合活性はC2B領域の中央部に存在することが判明した。そのアミノ酸配列は、アミノ酸番号315−346のIHLMQNGKRLKKKKTTVKKKTLNPYFNESFSF、即ち、下記式(2)に相当した。
Ile-His-Leu-Met-Gln-Asn-Gly-Lys-Arg-Leu-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-Thr-Val- Lys-Lys-Lys-Thr-Leu-Asn-Pro-Tyr-Phe-Asn-Glu-Ser-Phe-Ser-Phe- (2)
この領域はリジンリッチであり、マイナスにチャージしたIP4の結合に重要であると推測される。
なお、他のリジンリッチ領域、例えばC2A領域或いはカゼインキナーゼIIの内在性ポリリジン刺激シグナルは、IP4結合活性は示さなかった。また、このIP4結合領域はイカシナプトタグミンのPep20ペプチド(IKKKKTTVKKCTLNPYYNESF;即ち、Ile-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-Thr-Val-Lys-Lys-Cys-Thr-Leu-Asn-Pro-Tyr-Tyr-Asn-Glu-Ser-Phe)に相当することも判明した。また、このペプチドを、イカ巨大シナプス前終末に注入すると、神経伝達物質の放出が可逆的に抑制されることが示された。
【0052】
実施例11
GST−IP4BPのIP4結合性質
精製GST−f(GST−STII−C2B)に対するIP4結合のスカチャード分析を行った。その結果を図11Aに示す。この結果から、Kdは165nM、Bmaxは3.8pmol/μg蛋白であった。このKd値は、小脳由来IP4BP(Kd=40nM)よりも4倍も高い値を示した。当該GST−STII−C2Bはアフィニティが低いが、その理由は、GSTと融合蛋白を形成しているためと推定される。
【0053】
当該GST−STII−C2Bに対する各種イノシトールポリリン酸の結合脳を測定した。その結果を図11Bに示す。図に示されるように、結合能は、Ins−1,2,3,4,5,6−P6(IP6)>Ins−1,3,4,5,6−P5(IP5)>Ins−1,3,4,5−P4(IP4)>Ins−2、4,5−P3>Ins−1、4,5−P3(IP3)>Ins−1,4−P2であった。つまり、Ins−1,2、3,4,5,6−P6とIns−1,3,4,5,6−P5はIns−1,3,4,5−P4より効果的な競合物質であった。このことから、IP4BP/sty IIのC2B領域は、IP4だけでなくIP5及びIP6にも結合することを示している。
精製小脳由来IP4BP/sty IIに対しても、IP6を除いて同様の結果が得られた。また、ヘパリンはIP4のIP4BP/sty IIへの結合阻害を示すが、GST−STII−C2Bでも同様であった。
【0054】
実施例12
IP4の結合部位についての検討
C2ドメインはシナプトタグミンI、PKCαやrabphilin 3Aにも存在することが知られている(Rose John et al. Gene 74, 465-471, 1988)。そこで、C2Bドメインに対するIP4結合が、IP4BP/sty IIにユニークであるかどうかを確認した。即ち、実施例10に記載した方法に準じて、シナプトタグミンI、rabphilin 3A(rph)及びPKCαの蛋白とGSTとの融合蛋白を調製し、IP4結合能を測定した。その結果を図12に示す。なお、同図において、例えば、GST−STI−C2Aは、GSTとシナプトタグミンC2Aドメインとの融合蛋白を意味する。
図に示されるように、IP4の結合はシナプトタグミンI、IIのC2Bドメインに特異的であることが判明した。
そこで、種々の生物由来シナプトタグミンC2Bドメインの前記式(2)に相当するアミノ酸配列を比較した(図13参照)。そして、IP4の結合部位は、GKR(L/I)KKKKT(T/S)(V/I)KK、即ち前記式(1)に存在すると推察された。
即ち、図13の配列において、C末端側の配列はよく保存されており、シナプトタグミンC2Aドメインでも見られる配列であるが、シナプトタグミンC2AドメインはIP4に結合しないこと;PKCα及びrabphilin 3AのC2ドメインもIP4には結合しないが、これらのドメインには上記式(1)のアミノ酸配列が存在しないことなどから、式(1)で示されるペプチドがIP4の結合部位であると判断した。
【0055】
実施例13
C2ドメインのホスホリピッド結合性質
シナプトタグミンIのC2Aドメインがあれば、Ca2+依存性ホスホリピドの結合に十分であるとの報告があるが、その詳細は不明である。シナプトタグミンのC2Bドメインに対するイノシトールホスフェートとホスホリピド結合の関係を明らかにすべく、GST融合蛋白でホスホリピド結合試験を実施した。
即ち、リポソーム(ホスファチジルセリン/ホスファチジルエタノールアミン(1:1、w/w))とGST融合蛋白を、50mM Hepes−NaOH(pH7.4)、室温で15分間インキュベートした。1200gで10分間遠心後、ペレット(ホスホリピド結合画分)と上清(非結合画分)を分画した。次に、両画分を10%SDS−PAGEに供した。その結果を図14に示す。同図において、レーン1:上清−Ca2+、レーン2:ペレット−Ca2+、レーン3:上清+1mM Ca2+、レーン4:ペレット+Ca2+;a)GST−STII−C2A、b)GST−STII−C2B、c)GST−STII−C2B(327番目のLysをGlnに)、d)GST−STI−C2A、e)GST−STI−C2B、f)GST−C2A+C2B、g)GST−rph−C2A、h)GST−rph−C2B、i)GSTを示す。
【0056】
つまり、GST−STI−C2AとGST−STII−C2Aは、Ca2+依存性にリポソーム(1:1(w/w)ホスファチジルセリン:ホスファチジルエタノールアミン)に結合したが、GST−STI−C2BとGST−STII−C2BはCa2+非依存性に結合することが判明した。また、GST−rabphilin3A(rph)−C2AはCa2+依存性にホスホリピド結合活性を有するが、GST−rph−C2BはCa2+存在下でも結合しないことが判明した。すなわち、シナプトタグミンやrabphilin3AのC2Aドメインは、PKCαのC2ドメインにその機能が類似してCa2+依存性であるが、C2Bドメインは異なることが示唆される。GST−STII−C2Bの327番目のアミノ酸をリジンからグルタミンに変えるとホスホリピド結合活性は失われるが、IP4結合活性は50%維持された。すなわち、IP4とホスファチジルセリンはC2Bドメインの似た領域に結合するものの、認識サイトは若干異なることが判明した。
【0057】
【配列表】
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【0058】
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【図面の簡単な説明】
【図1】各クロマトグラフィーによるIP4BPの精製工程を示す図である。
【図2】IP4BP精製工程における各画分のSDS−PAGE分析の結果を示す図(A,B)である。なお、CはSDS−PAGE分析による分子量の測定を示す図である。
【図3】SDS−PAGEで分離したIP4BP(140k及び65k)のリジルエンドペプチダーゼ分解物のHPLC分析を示す図(A)、及び分離した画分(1−7)のアミノ酸配列とラットシナプトタグミンIIのアミノ酸配列の比較を示す図(B)である。図Aにおいて、(a)は140kの分解物、(b)は65k分解物を示す。
【図4】粗及び精製IP4BPのイムノブロット分析の結果を示す図である。図において、aは粗IP4BP、bは精製IP4BPを示す。また、Aはアミノブラックで染色したもの、BはシナプトタグミンC2A領域に対する抗体で反応させたもの、CはシナプトタグミンC末端領域に対する抗体で反応させたもの、Dはコントロール抗体で反応させたものを示す。
【図5】抗体存在下におけるIP4BPのIP4結合特性を示す図である。図において、○はシナプトタグミンC2A領域に対する抗体の存在下、●はコントロール抗体存在下を示す。
【図6】IP4BPのIP4結合に対するpH依存性を示す図である。
【図7】IP4BPに対する[3H]IP4の結合の飽和性及びスカッチャド分析を示す図である。
【図8】IP4BPと種々のイノシトールポリリン酸との結合特性を示す図である。図において、▲はIP3、●はIP4、○はIns 3,4,5,6−P4、■はIP5、□はIP6を示す。
【図9】遺伝子組換技術により発現したIP4BP/syt II(pEF−IP4BP/syt II)のイムノブロット分析の結果(A)、及び[3H]IP4結合能(B)を示す図である。
なお、図Aにおいて、レーン1はコントロール、レーン2はpEF−IP4BP/syt II、レーン3はマウス小脳ミクロゾーマル画分を示す。
【図10】実施例10で調製した、GSTと各種シナプトタグミンドメインとの融合蛋白において、GSTに結合させたシナプトタグミンドメインの位置を示す図(A)、及び当該融合蛋白のIP4結合能を示す図(B)である。
【図11】融合蛋白GST−STII−C2Bのスカッチャド分析の結果を示す図(A)、及び種々のイノシトールポリリン酸との結合能を示す図(B)である。
【図12】GSTと種々のC2ドメインとの融合蛋白のIP4結合能を示す図である。
【図13】種々の生物由来シナプトタグミンC2Bドメインの式(2)相当領域のアミノ酸配列を比較した図である。図において、MIIはマウスシナプトタグミンII、MIはマウスシナプトタグミンI、HIはヒトシナプトタグミンI、BIはウシシナプトタグミンI、RAはシビレ エイ シナプトタグミンA、RBはシビレエイ シナプトタグミンB、SIはイカシナプトタグミンI、DIはショウジョウバエ シナプトタグミンI、CIは線虫シナプトタグミンIを示す。
【図14】GST−各種C2ドメイン融合蛋白についてのホスホリピッド結合性を示す図である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a peptide having a binding property to inositol (hereinafter referred to as Ins) polyphosphate. More specifically, the present invention relates to an inositol polyphosphate-binding peptide comprising a peptide having a specific amino acid sequence and use thereof.
[0002]
[Prior art]
Cells have a mechanism that shows an accurate cellular response in response to extracellular information (first messengers) such as hormones, neurotransmitters, and growth factors. Some extracellular information activates receptors (G protein-linked) on cell membranes by physiological action, and then activates phospholipase (PLC), which is an effector, to turn on phosphatidylinositol (PI) turnover. Facilitate.
Ins 1,4,5-trisphosphate (IP3) is one of the substances (second messengers) that transmit information in cells produced by this PI turnover. The IP3 signal acts on the IP3 receptor present in the intracellular calcium storage site (such as the endoplasmic reticulum) to induce the release of calcium, leading to a transient increase in calcium in the cytoplasm, and various calcium-dependent It regulates the functions of proteins and enzymes to induce various cellular responses.
The above-mentioned IP3 receptor has already been isolated from mouse and rat cerebellum, and its abundance has been reported particularly in Purkinje cells.
[0003]
The present inventors have also continued research on the IP3 receptor, and have determined the cloning and primary structure of cDNA in the mouse cerebellum and clarified its action. Furthermore, the function of the IP3-sensitive calcium channel has been repeatedly studied by reconstituting the purified protein on a planar bilayer membrane or liposome.
This IP3 is rapidly metabolized. When one phosphate is eliminated, Ins 1,4-bisphosphate or one phosphate is added to metabolize Ins 1,3,4,5-tetrakisphosphate (IP4). Is done.
InsP3 3-kinase is involved as an enzyme involved in this phosphorylation reaction.
The hypothesis that various metabolites of these phosphoinositide cascades act as second messengers in cell transmission is shown in the following paper, but no direct proof has been made except for IP3 (Nature).341, 197-205, 1989).
In particular, the hypothesis that IP4 is involved in homeostasis through the influx of calcium into cells and the regulation of various intracellular calcium pools has been submitted. Since it has not been found, the details of the function of IP4 are not yet known.
[0004]
In a series of studies, the solubilization and purification of IP4 high-affinity binding protein from porcine cerebellum was reported in 1991, and Theibert et al. Reported that two IP4 binding proteins were isolated from rat cerebellum. (Proc. Natl. Acad. Sci.,88, 3165-3169, 1991). However, in those reports, the physiological function of the IP4 binding protein was completely unknown.
Similarly, Ins 1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate (IP6) binding protein has also been reported by two groups, and its partial amino acid sequence is AP2 which is a clathrin assembly protein. Has been revealed. This AP2 is probably considered to be a protein involved in endocytic and recycling pathways of synaptic vesicles (Biochme. Biopys. Res. Common.,187, 158-163, 1992; Proc. Natl. Acad. Sci.,89, 8976-8980, 1992).
[0005]
On the other hand, synaptic transmission is triggered by the release of neurotransmitters from nerve endings. The release of neurotransmitters is thought to be performed by so-called opening release accompanied by fusion of synaptic vesicle membranes and presynaptic membranes, but the molecular mechanism is hardly clarified.
Synaptotagmin is a protein involved in the opening release. The protein was originally identified in 1981 as a synaptic vesicle membrane protein, but is also known as a p65 protein due to its molecular weight (J. Cell Biol.,91, 257-269, 1981). As a result of investigation using a monoclonal antibody, this protein was specifically found only in certain endocrine cells such as a wide range of neurons ranging from the central to the peripheral, adrenal medullary cells and pituitary cells. Furthermore, as a result of cell fractionation and electron microscopic observation, it has been found that this protein is localized in synaptic vesicle membranes and part of cell membranes in nerves.
In 1990, the cDNA of this protein was cloned from a rat cDNA library, and its primary structure was revealed (Nature345, 260-263, 1990). At this time, a hypothesis has been proposed that this protein has a role of binding synaptic vesicles to the presynaptic membrane.
[0006]
The molecular structure of synaptotagmin has one transmembrane portion in the molecule, and the amino group side is exposed inside or outside the synaptic vesicle. A sugar chain is bonded to this part, and the amino acid sequence varies greatly between animal species.
In the cytoplasmic part, there is a double repeat structure that is homologous to the C2 domain that is the activity control site of protein kinase C (PKC). This domain is very well retained among animal species and has the ability to bind Ca / phospholipids. Among these, the C2B domain has not been well-characterized yet, unlike the C2A domain that has been well studied. That is, the Ca / phospholipid binding is known only in the C2A domain of synaptotagmin I. In addition, amino acid sequences that can be phosphorylated by PKC or Ca / calmodulin-dependent kinase II have been found.
The cytoplasmic amino acid sequence is very well conserved during evolution, suggesting the importance of this part in synaptic function (J. Biol. Chem.,266, 263, 1991; Neuron6, 993-1007, 1991; J. Biol. Chem.,266, 13548-13552, 1991). In addition, it has been clarified that there are isoforms encoded by two different genes in rat and three different genes in Shibirei. The distribution of synaptotagmin expression in the brain varies between isoforms, and its physiological meaning is still unclear, but it interacts with the cell membrane proteins neurexin, syntaxin, and N-type calcium channels. It is considered to be a protein involved in the binding and fusion of synaptic vesicles with cell membranes (Neuron6, 993-1007, 1991; J. Biol. Chem.,266, 13548, 1991; Science256, 1820-1823, 1992).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, inositol polyphosphate plays an important role as a second messenger in cells. The receptor of IP3 has been clarified, and as a result, the action of IP3 has become quite clear. However, no receptor or binding protein has been found for inositol polyphosphates such as IP4, Ins 1,3,4,5,6-pentakisphosphate (IP5) and IP6. Therefore, the action / function of inositol polyphosphate such as IP4 has not been fully elucidated. Therefore, many researchers have searched for proteins that specifically bind to inositol polyphosphate such as IP4. If such a protein is found, it can be used to elucidate the action / function of inositol polyphosphate such as IP4, and is useful as a pharmaceutical, a diagnostic agent, etc., and further screens for calcium inhibitors, neurotransmitters, hormone release regulators, etc. Can be used.
[0008]
From these problems, the present inventors have intensively studied the binding protein of IP4 and found that this protein is identical to the above-mentioned synaptotagmin, and found that IP5 and IP6 also bind to this protein. We found that synaptotagmin, a protein, is a binding protein of various polyinositols.
Furthermore, the present inventors have examined the binding site of IP4 in synaptotagmin. As a result, IP4 binds to the C2B domain of synaptotagmin; more specifically, the binding site is a portion having a specific amino acid sequence in the C2B domain. I found out. It was also found that this binding is specific to synaptotagmins I and II, and PKCα, labfilin and the like, which are proteins having the same domain as the C2B domain described above, do not bind to IP4.
The present invention has been made on the basis of the above findings, and the object of the present invention is a polypeptide capable of binding to inositol polyphosphate such as IP4, IP5, and IP6, a screening method using the peptide, and a drug containing the peptide Is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention made to solve the above problems
(a) Peptides having an amino acid sequence represented by the following formula (1)InA peptide having a binding property to inositol tetrakisphosphate, inositol pentakisphosphate or inositol hexakisphosphate (hereinafter referred to as inositol polyphosphate for convenience);
    Gly-Lys-Arg-X1-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-X2-X3-Lys-Lys (1)
  (Where X1Is Leu or Ile, X2Is Thr or Ser, X3Represents Ile or Val)
(b) The above peptide, wherein the peptide is a peptide constituting the C2B domain of synaptotagmin I or II (a) Peptides described;
(c) the above (a) Or (b) A method for screening an inositol polyphosphate-like substance or an inositol polyphosphate antagonist, which comprises using the peptide described in 1);
(d) the above (a) Or (b) Inositol Polyphosphate Inhibitor Containing Peptide Described as an Active Ingredient;
It is.
[0010]
  The peptide of the present invention has a binding property to inositol polyphosphate and has a peptide having the amino acid sequence represented by the formula (1).DoIt becomes. As described above, the present inventors have searched for a binding protein for inositol polyphosphate, and as shown in Examples described later, the binding protein was found to be synaptotagmin. As a result of further studies, it was revealed that the binding site with inositol polyphosphate is in the C2B domain of synaptotagmin, more specifically, the peptide portion represented by the formula (1). That is, a peptide comprising the amino acid sequence of the formula (1)DoCan bind to inositol polyphosphate.
[0011]
  Peptide comprising the amino acid sequence of the above formula (1)DoThe peptide can be prepared by a conventional peptide synthesis method such as a solid phase synthesis method. In addition, it can also be obtained from natural products containing the peptide. Examples of such natural peptides include synaptotagmins I and II of humans, mice, rats, cows, squids, millet, Drosophila, nematodes, etc., and these synaptotagmins Examples of the C2B domain can be exemplified.
  In addition, DNA encoding the above-mentioned target peptide is prepared, incorporated into an appropriate expression vector, and an appropriate host (for example, E. coli, Bacillus subtilis, yeast, filamentous fungus, plant cell, animal cell, etc.) Then, the transformant is cultured, and the culture supernatant (and the supernatant after disrupting the cultured cells) is purified according to a conventional method to obtain the target peptide.
  The peptide of the present invention may contain a sugar chain.
[0012]
The peptide of the present invention has binding properties to inositol polyphosphate. Therefore, by using the peptide of the present invention, it is possible to screen for a substance having physiological activity similar to inositol polyphosphate or a substance that antagonizes inositol polyphosphate. For example, [ThreeH] and the like, in the presence of inositol polyphosphate, the test substance reacts with the peptide of the present invention (competitive reaction method), and if the amount of labeled inositol polyphosphate bound to the peptide of the present invention decreases, the test substance becomes inositol. It is presumed that the substance has a physiological activity similar to that of polyphosphoric acid. As described above, inositol polyphosphate is presumed to bind to a receptor in the cell and to perform actions such as calcium release, neurotransmitter release, and regulation of hormones and enzymes. Therefore, according to the screening method of the present invention, it is possible to perform screening for intracellular calcium release substances, neurotransmitter release substances, and the like.
[0013]
Moreover, since the peptide of this invention couple | bonds with inositol polyphosphate, it acts as an inhibitor of inositol polyphosphate. The inositol polyphosphate inhibitor of the present invention utilizes such an action and is an inositol polyphosphate inhibitor comprising the peptide of the present invention as an active ingredient. Since inositol polyphosphate is considered to have the above-described action, the inositol polyphosphate inhibitor of the present invention can be used as a calcium inhibitor, a neurotransmitter release inhibitor, a hormone release inhibitor, and the like.
The above-mentioned inhibitors can be administered in various preparation forms (for example, liquids, solids, capsules, etc.), but in general, only the peptide of the present invention, which is an active ingredient, or a conventional carrier and an injection or oral It is used as an agent. The injection can be prepared by a conventional method. For example, the peptide of the present invention is dissolved in an appropriate solvent (for example, sterilized water, buffer solution, physiological saline, etc.) and then filtered and sterilized. And then filling by filling into a sterile container. Oral medicines are formulated into dosage forms such as tablets, granules, fine granules, powders, soft or hard capsules, solutions, emulsions, suspensions, syrups, etc. It can be prepared according to the conventional method of chemical conversion.
The content of the peptide of the present invention in the preparation can be appropriately adjusted according to the dosage form, applicable disease and the like.
[0014]
In formulating, a stabilizer is preferably added, and examples of the stabilizer include albumin, globulin, gelatin, glycine, mannitol, glucose, dextran, sorbitol, ethylene glycol and the like. Furthermore, the preparation of the present invention may contain additives necessary for formulation, such as excipients, solubilizers, antioxidants, soothing agents, tonicity agents and the like. In the case of a liquid preparation, it is desirable to store it after removing moisture by freeze storage or freeze drying. The freeze-dried preparation is used by re-dissolving and adding distilled water for injection at the time of use.
The inhibitor of the present invention can be administered by an appropriate administration route depending on the preparation form. The dosage is appropriately adjusted according to the patient's symptoms, age, weight, and the like.
[0015]
The peptide of the present invention can also be used as a reagent for measuring inositol polyphosphate by using it as a measurement (quantitative or qualitative) reagent for inositol polyphosphate, an affinity carrier in which the peptide of the present invention is immobilized on a conventional insoluble carrier, and the like. can do.
[0016]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
Since the phosphoinositide cascade has a very close function to the function of the cerebellum, the present inventors purified and isolated the IP4 binding protein using the cerebellum. That is, since IP3 receptors are abundant in Purkinje cells, and InsP3 3 kinase is also localized in Purkinje cells, it was speculated that IP4 was also produced in these cells.
Further, in the conventional reports, since the binding activity of inositol phosphate is relatively high, it is strongly suggested that polyinositol phosphate is involved in the neurological function of Purkinje cells.
[0017]
Therefore, the present inventors first solubilized with a surfactant. By this operation, the IP3 receptor, inositol polyphosphate phosphatase and kinases that affect the IP4 binding ability are extracted, and these proteins were removed by heparin agarose chromatography. That is, phosphatases and kinases are removed in the effluent or 0.5M fraction, and IP3 receptor is removed in 0.5M NaCl. Differences from the previously reported methods for purifying IP4 binding proteins are probably due to differences in the type of surfactant, differences in the behavior of heparin agarose gels, and differences in ion exchange columns.
At this time, some IP4 activity was found in the effluent, but this was probably due to the polymer of the IP4 binding protein.
[0018]
Next, the remaining impurities were removed by ion exchange chromatography DE-52. At this time, in addition to the target protein, low molecular weight compounds remained and were removed by the second gel filtration. The elution pattern in each chromatography is shown in FIG.
After separation by the final Sepharose CL6B, the target fraction was analyzed by SDS-PAGE, and protein bands with molecular weights of 140 k and 65 k were obtained (see FIG. 2). When CBB staining was performed, the strength of the target IP4 binding activity was very well matched. The second gel filtration showed 140 k in the presence of a surfactant, and this molecular weight protein was considered to be a 65 k protein dimer.
As described above, the present inventors have succeeded in isolating a target IP4 binding protein of 0.45 mg from 150 g of mouse cerebellum.
[0019]
In order to determine the amino acid sequence of the protein thus obtained, the present inventors used the following method. That is, 140 k and 65 k proteins were transferred to a PVDF membrane and hydrolyzed with lysyl endopeptidase in the presence of 0.05% SDS. The remaining peptides were then separated by reverse phase chromatography.
As a result, although the 140 k protein was a minor protein, a large amount of this 140 k-derived peptide was recovered in this separation. Among the 140k-derived peptides thus obtained, amino acid sequences were determined for 7 species and searched using the SWISS PROT database, which revealed complete agreement with the amino acid sequence of rat synaptotagmin II (see FIG. 3).
As mentioned in the prior art, synaptotagmin is thought to be a protein that plays a role in the binding and fusion of presynaptic vesicles (Science259, 780-785, 1993; Neuron6, 665-677, 1991). Native rat synaptotagmin is known to form duplexes and to form high molecular weight complexes with presynaptic proteins.
[0020]
Moreover, according to cDNA analysis, the presence of two types of synaptotagmins (I, II) is known, and RNA blotting analysis has a different distribution (J. Biol. Chem.,266, 13548-13552, 1991). That is, synaptotagmin II exists systematically in the old part in the brain. For example, the spinal cord, brain stem, cerebellum and the like. On the other hand, synaptotagmin I exists in a relatively new region, that is, in the cerebral cortex, hippocampus and the like. In the present invention, only synaptotagmin II was obtained, but as described above, synaptotagmin II shows a greater part in the cerebellum.
[0021]
The present inventors further proved that the protein obtained as described above is rat synaptotagmin II by the following method.
A sample extracted with the surfactant of the present invention, which is an antibody against a peptide corresponding to the C-domain homologous to the c-terminal (409-422) of rat synaptotagmin II and PKC regulatory region synthesized by a conventional method When the samples obtained in the final stage were tested by Western blotting, 140 k and 65 k proteins reacted and crossreacted (see FIG. 4).
In addition, a protein having IP4 binding activity was immunoprecipitated in a dose-dependent manner by the C2A antibody (see FIG. 5).
Based on these facts, the present inventors have found that the purified and purified protein is exactly mouse synaptotagmin II as described above.
[0022]
Next, the present inventors used the following method in order to investigate the characteristics of the purified IP4 binding protein / synaptotagmin.
First, based on a conventional method, the pH dependence on IP4 binding was studied (see FIG. 6). In the presence of 4.8 μM unlabeled IP4, the maximum binding capacity of labeled IP4 is seen around pH 5.0.
[0023]
Replacement of labeled IP4 with unlabeled IP4 in the purified sample was carried out at pH 5.0, 6.2, 7.4, 30 nM at pH 6.2, 40 nM at pH 7.4, pH 5. When 0, it was reduced by about half at 170 nM. As a result of Scatchard analysis, Kd was about 30 nM at pH 6.2 and 7.4, and 160 nM at pH 5.0 (see FIG. 7). Bmax was 2.7 pmol, 2.4 pmol, and 35 pmol / protein at pH 6.2, 7.4, and 5.0, respectively. The Hill coefficient was approximately 1.0 without depending on each pH.
[0024]
Next, the specificity at the IP4 binding site was examined by using various inositol derivatives. The result is shown in FIG. As shown, IP5 displaced the binding of IP4 labeled with high intensity. The strength of this substitution ability was stronger than IP4.
Inositol 3,4,5,6-tetrakisphosphate and inositol hexakisphosphate inhibited IP4 binding by about half at 100 nM.
However, in the case of inositol hexakisphosphate, the slope of the displacement curve was relatively sharp, together increasing the binding of labeled IP4 at 10 nM. In addition, at 300 nM, suppression of strongly labeled IP4 binding was observed as with IP4.
This indicated an allosteric effect. Other inositol derivatives used had a relatively low affinity.
As described above, the present inventors have succeeded in isolating and purifying a high-affinity IP4 binding protein from mouse cerebellum, and confirming and characterizing the binding protein.
[0025]
Next, the present inventors studied what part of the binding protein the IP4 binds to and what the function of the domain is.
First, mouse IP4 binding protein / synaptotagmin (IP4BP / syt II) cDNA was cloned in order to know the IP4 binding domain. Screening was carried out by using cDNA prepared by PCR primers corresponding to the partial amino acid sequences described above from a mouse cerebellar cDNA library.
The sequence of the cDNA containing one translation part was determined by five overlapping clones. The thus obtained mouse IP4BP / syt II nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1. The amino acid sequence deduced from the base sequence is shown in SEQ ID NO: 2, and as expected, it was the same as the sequence of the IP4 binding protein described above. The initiation codon was also identical to the known Kozak sequence. Compared to rat synaptotagmin II, the four amino acid sequences differed only at the N-terminus. That is, the 12th Ile changed from Asn, the 27th changed from Ala to Val, the 39th changed from Thr to Pro, and the 52nd changed from Asp to Glu. The 3 'untranslated region was identical in rat cDNA and contained a repeating structure of TG dinucleotides.
[0026]
Next, in order to confirm the binding activity of gene expression IP4BP / syt II, the following experiment was performed.
An expression plasmid having the cDNA thus obtained was prepared and transfected into normal COS cells. The homogenate of the cells thus expressed was subjected to normal SDS-PAGE, and then immunoblot analysis was performed with an anti-IP4BP / syt II antibody (see FIG. 9A). As a result, the molecular weight was about 60 k, which was slightly lower than IP4BP / syt II obtained from the cerebellum, but this was attributed to the difference in sugar chains. This expressed protein was then solubilized and partially purified on a heparin agarose column. When the purified IP4BP / syt II was examined for IP4 activity by the method described above, it was the same as the cerebellum-derived IP4BP / syt II (see FIG. 9B).
[0027]
Next, in order to analyze the IP4 binding domain of IP4BP / syt II, a fusion protein of IP4BP / syt II and GST excluding the transmembrane region was expressed. As a result of mapping the IP4 binding ability, the amino acid number 315-346 of the C2B domain (IHLMQNGKRRLKKKKTTTVKKKTNLNPYFNESFSF; ie, Ile-His-Leu-Met-Gln-Asn-Gly-Lys-Arg-Leu-Lys-Lys-Lys-Lys-Lys-Lys Thr-Val-Lys-Lys-Lys-Thr-Leu-Asn-Pro-Tyr-Phe-Asn-Glu-Ser-Phe-Ser-Phe-) was found to be important for binding (see FIG. 10). . Moreover, the region was found to be rich in lysine. Surprisingly, this binding region was found to be very similar to the Pep2 peptide of squid synaptotagmin (Nature363, 163-165, 1993).
Furthermore, as a result of detailed examination of the amino acid sequence of the C2A domain of synaptotagmin, the C2 domain of PKCα and rabphilin 3A, and the binding property between these domains and IP4, the binding site of IP4 is GKRLKKKKTTVKK (ie, Gly- Lys-Arg-Leu-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-Thr-Val-Lys-Lys-) site was revealed. As a result of examining the synaptotagmin C2B domain of animals other than mice, it was found that the peptide moiety represented by the formula (1) is essential for binding to IP4.
[0028]
Further, when a Scatchard analysis of IP4 binding to purified GST-f was performed, Kd was 165 nM and Bmax was 3.8 pmol / μg protein (see FIG. 11A). This Kd value was also found to be higher than purified cerebellar derived IP4BP / syt II. In addition, the low affinity for IP4 is expected due to the fusion with GST.
When the IP4 binding ability to the GST-syt II-C2B is compared, Ins 1,2,3,4,5,6-P6 (IP6)> Ins 1,3,4,5,6-P5 (IP5)> Ins 1,3,4,5-P4 (IP4)> Ins 2,4,5-P3> Ins 1,4,5-P3 (IP3)> Ins 1,4-P2 (see FIG. 11B). That is, IP6 and IP5 were competitive with IP4. From these facts, it was found that the C2B domain of IP4BP / syt II binds not only to IP4 but also to IP6 and IP5.
[0029]
Similar results were obtained for purified cerebellum-derived IP4BP / syt II except for IP6. Heparin also showed inhibition of binding of IP4 to IP4BP / syt II, but the same was true for GST-syt II-C2B.
The C2 domain is also known to be present in synaptotagmin I, PKCα and labfilin 3A (Mol. Cell Biol.,13, 2061-2068). Therefore, when it was confirmed whether the IP4 binding to the C2B domain is unique to IP4BP / syt II, it was found that the binding of IP4 is specific to the C2B domains of synaptotagmin I and II (see FIG. 12).
[0030]
Recently, the C2A domain of synaptotagmin I has been2+There were reports that it was sufficient for dependent phospholipid binding. The C2B domain of synaptotagmin is considered to be similar, but the details are unknown. In order to clarify the relationship between inositol phosphate and phospholipid binding to the C2B domain of synaptotagmin, a phospholipid binding test was performed with the GST fusion protein (see FIG. 14). As a result, GST-syt I-C2A and GST-syt II-C2A are Ca2+Dependently bound to liposomes (1: 1 (W / W) phosphatidylserine: phosphatidylethanolamine), GST-syt I-C2B and GST-syt II-C2B are Ca2+It was found to bind independently. In addition, GST-labfilin 3A (rph) -C2A is Ca2+Dependent on phospholipid binding activity, GST-rph-C2B is Ca2+It was found that it does not bind even in the presence. That is, the C2A domain of synaptotagmin and labfilin 3A is similar in function to the C2 domain of PKCα,2+Although dependent, it is suggested that the C2B domains are different.
When the 327th amino acid of GST-syt II-C2B was changed from lysine to glutamine, phospholipid binding activity was lost, but IP4 binding activity was maintained at 50%.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, a peptide that binds to inositol polyphosphate is provided. Since the peptide of the present invention specifically binds to inositol polyphosphate, it is useful as a reagent for studying the action / function of inositol polyphosphate or a purification reagent for inositol polyphosphate. Moreover, according to the screening method of the present invention using the above peptide, it is possible to screen for a substance having physiological activity similar to inositol polyphosphate or a substance that antagonizes inositol polyphosphate. Furthermore, according to the inositol polyphosphate inhibitor of the present invention containing the peptide as an active ingredient, it is possible to inhibit the action of inositol polyphosphate, so that calcium inhibitors, neurotransmitter release inhibitors, hormone release inhibitors It is useful as such.
As described above, the peptide of the present invention is a reagent or purification reagent for studying the action of inositol polyphosphate, a screening reagent for inositol polyphosphate-like substance, a diagnostic reagent for various diseases involving inositol polyphosphate, and treatment (prevention). ) Can be widely used as a drug.
[0032]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to an Example.
Example 1
(1) Purification of IP4 binding protein (IP4BP)
ddY mouse-derived cerebellum 150 g 9 volumes of buffer [0.32 M sucrose, 1 mM EDTA, 0.1 mM PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride), 10 μM leupeptin, 10 μM pepstatin, 1 mM 2-ME, 5 mM Tris-HCl, pH 7.4] And homogenized with a potter homogenizer. The homogenate was centrifuged at 1000 × g for 5 minutes at 2 ° C., and the pellet was washed under the same conditions. The supernatant and the washing solution were combined and centrifuged at 2 ° C. and 100,000 g for 60 minutes to precipitate the P3 + P4 membrane fraction.
[0033]
The membrane fraction was suspended in a buffer (1 mM EDTA, 0.1 mM PMSF, 10 μM leupeptin, 10 μM pepstatin A, 1 mM 2-ME, 50 mM Tris-HCl, pH 8.0), and 20% (w / w) Triton X-100. Was added to adjust the protein concentration to 3.0 mg / ml and the Triton X-100 concentration to 1%. Further, the 100,000 g centrifugal supernatant was applied to a heparin-agarose column (2 × 13.7 cm). The column was 0.2% Triton X-100, 10% glycerol, 10 μM pepstatin A, 10 μM leupeptin, 0.1 mM PMSF, 1 mM 2-ME, 50 mM Tris-HCl, pH 8.0 (referred to as buffer 1). Previously equilibrated with a buffer containing 0.25 M NaCl. The column was then washed with 0.25 M NaCl / Buffer 1 and 0.5 M NaCl / Buffer 1 and IP4BP was eluted with 30 ml of 1 M NaCl / Buffer 1.
[0034]
Further, the eluted fraction was concentrated and applied to a Sepharose column CL-6B (1.0 × 60 cm, equilibrated with 0.2 M NaCl / 1 mM / buffer 1), and the IP4BP fraction was recovered (see FIG. 1a). . The collected fractions are indicated by bars in the figure (the same applies to FIGS. B and c).
The collected fractions were dialyzed against 1 mM EDTA / buffer 1 and then applied to a DE52 column (1.0 × 7.6 cm). The IP4BP fraction was eluted with a 0-0.3M NaCl gradient using buffer 1 containing 1 mM EDTA (see FIG. 1b).
Further, the eluted fraction was purified by rechromatography with Sepharose CL-6B again (see FIG. 1c), and the purified product was stored at −80 ° C. In addition, Table 1 shows the recovery rate in the purification step.
[0035]
[Table 1]
Figure 0003671245
[0036]
Example 2
Analysis by SDS-PAGE
The IP4BP fractions in the above purification step were each subjected to SDS-PAGE (Laemmli method with 3.75-12.5% gradient gel). CBB was used for gel staining. The result is shown in FIG. 2A. In the figure, lane b: 80 μg of solubilized fraction by surfactant; lane c: 30 μg of heparin agarose fraction; lane d: 10 μg of Sepharose CL-6B fraction; lane e: 2 μg of DE-52 fraction; lane f: sepharose The SDS-PAGE pattern of 2 μg of CL-6B rechromatographic fraction is shown. Lane a is a molecular weight marker (× 10Three200: myosin; 116: β-galactosidase; 92: phosphorylase; 66: bovine serum albumin; 45: ovalbumin.
FIG. 2B shows an SDS-PAGE pattern of 63 to 81 fractions of Sepharose CL-6B rechromatography.
The molecular weight measurement values of IP4BP by SDS-PAGE were 140K and 65K (see FIG. 2C). It was also found that 140K molecules are dimers of 65K molecules.
[0037]
Example 3
[ Three H] Measurement of IP4 binding
IP4 binding was measured by PEG precipitation (Maeda, N. ENBO. J.,9, 61-67, 1990). Chromatographic fraction measurement is [ThreeH] IP4 was added to 50 μl of each fraction to 9.6 nM. The sample was incubated at 0 ° C. for 10 minutes, mixed with 2 μl bovine-gamma globulin (50 mg / ml), 50 μl 30% PEG6000 / 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) was added to the sample, and 5 minutes at 0 ° C. Incubated. Next, the 10,000 g centrifugal supernatant was removed, and the precipitate was dissolved in 500 μl of SOLVABLE. Radioactivity was measured by adding 5 ml Aquasol II as a liquid scintillation reagent. Nonspecific binding was measured in the presence of 10 μM unlabeled IP4.
In addition, another IP4 binding assay was used for biochemical characterization. 10 μl [ThreeH] IP4 (final concentration 4.8 nM), 10 μl gamma globulin (final concentration 50 μg), 10 μl 0.5 M Good buffer, 10 μl inositol phosphate solution (diluted with 50 mM Hepes-NaOH, pH 7.4), sample and The total volume was adjusted to 100 μl with distilled water. After 10 minutes of incubation at 0 ° C., 100 μl of 30% PEG solution was added and measured as described above.
[0038]
Example 4
Identification of IP4BP peptide
Purified IP4BP (about 0.3 mg) obtained in Example 1 was subjected to SDS-PAGE (3.75-12.5% gradient gel), and the separated proteins were transferred to a PVDF membrane to obtain 140K and 65K protein equivalent bands. Was excised from the blot, treated with 0.5 mM NaOH, reduced and alkylated in a microfuge-tube. After washing with 2% acetonitrile, the membrane pieces were treated with lysyl endopeptidase for 24 hours at 37 ° C. The concentration was adjusted such that IP4BP was 1/50 molar in 300 μl of 100 mM Tris-HCl (pH 8.5) containing 7.5% acetonitrile and 0.05% SDS. The membrane piece was removed by centrifugation at 10,000 g for 5 minutes, and the supernatant was lyophilized, dissolved in 0.1% TFA, and HPLC column [Waters 600E, C8 (μBONDASPHERE 300A Waters), column shape 0.39 × 15 cm]. Applied. The gradient of 0-30% 2-propanol / acetonitrile (7: 3) (containing 0.1% TFA) was adjusted to 45 ml or more (0.5 ml / min). The peptide peak was monitored and collected at 215 nm (see FIG. 3A). As shown in the figure, 140K was confirmed to be a 65K dimer.
Next, the main peak of 140K (seven peaks of 1-7 shown in FIG. 3A) was concentrated to 100 μl or less and subjected to a gas-phase sequencer (Applied Biosystem) to determine the amino acid sequence of each. The amino acid sequence of each peptide fragment was compared with the rat-derived synaptotagmin II sequence (see FIG. 3B). As a result, the amino acid sequence matched the rat-derived synaptotagmin II sequence.
[0039]
Example 5
Production of antibodies against C2A domain and C-terminal region peptides of synaptotagmin II
(1) A rat-derived synaptotagmin II C2A domain (amino acid SEQ ID NO: 139-267) and glutathione S-transferase (referred to as GST) fusion protein was expressed in E. coli and purified (by the method of Smith et al .; Gene67, 31-40, 1988). That is, cDNA encoding the C2A domain of rat-derived synaptotagmin II was amplified and prepared by PCR according to a conventional method, subcloned into the pGEX-2T vector, and the fusion protein was expressed in E. coli JM109. The cells were sonicated and treated with Triton X-100 to a final concentration of 1%. Further, the 10,000 g centrifugal supernatant was applied to an affinity column with glutathione-Sepharose CL-6B to purify the fusion protein.
The purified product was analyzed and confirmed by 10% SDS-PAGE, dialyzed into a phosphate buffer (including physiological saline), and injected subcutaneously on the back of a New Zealand white rabbit. The protein solution 1 mg / ml and Freund's complete adjuvant 1 ml were mixed and immunized. Moreover, after boosting between 2 types, the antibody was obtained according to the conventional method.
[0040]
(2) Cysteine was added to the amino terminus of the rat terminal synaptotagmin II C-terminal region peptide (amino acid SEQ ID NO: 409-422) and bound to bovine serum albumin. The albumin is bound to a heterobifunctional crosslinker having a maleimide group that can react with a free sulfhydryl group (sulfo-SMCC-cBSA). 5 mg of C-terminal peptide and 5 mg of sulfo-SMCC-cBSA were mixed in 1 ml of 0.1 M phosphate buffer pH 7.2 (containing 0.1 M EDTA and 0.15 M NaCl) and stirred at room temperature for 3 hours. The reaction was carried out. Unreacted material was removed by gel filtration on a Sephadex G-25 column (under 0.083 M phosphate buffer pH 7.2 and 0.15 M NaCl). The void fraction containing the peptide-cBSA complex was immunized to New Zealand white rabbits in the same manner as described above using aluminum hydroxide as an adjuvant, and antibodies were obtained according to a conventional method.
[0041]
Example 6
Analysis by immunoblotting and immunoprecipitation
(1) Immunoblot method
The solubilized fraction (crude purified protein) and Sepharose CL-6B rechromatographic fraction (purified protein) in Example 1 were subjected to SDS-PAGE (3.75-12.5% Laemmli system), and the protein was applied to a PVDF membrane. After the transfer, it was reacted with the above antibody. The result is shown in FIG. In this figure, lane a is 50 μg of solubilized supernatant; lane b is 3 μg of Sepharose CL-6B rechromatographic fraction (A) stained with amino black (A), reacted with an antibody against the C2A region (B), A reaction with an antibody against the C-terminal region (C) and a reaction with a control antibody (D) are shown. The peroxidase activity used for detection was stained with DAB using the Vectastain ABC kit.
As shown in the figure, it was found that the antibodies against rat C-terminal amino acid sequence (409-422) and C2A region (139-267) of synaptotagmin II derived from rat react with both 140K and 65K.
[0042]
(2) Immunoprecipitation method
Purification of 10 μl of anti-C2A antibody (antibody concentration is IgG, 2, 5, 10 μg / 10 μl / 50 mM Hepes-NaOH, pH 7.4, 0.1 M NaCl, and the antibody was purified with Amersham Protein A column) IP4BP (0.35 μg) was added and incubated in Hepes-NaOH (pH 7.4) buffer containing 0.1 M NaCl for 30 minutes at room temperature. Next, 30 μl of protein A-Sepharose CL-6B suspension (protein A powder 0.3 mg) suspended in the same buffer was added, and the tube was gently shaken at 4 ° C. for 30 minutes. Furthermore, protein A-Sepharose CL-6B particles were precipitated by centrifuging 10,000 g, and 25 μl of the remaining supernatant [ThreeH] IP4 binding activity was measured by the PEG precipitation method described above. The control experiment was similarly performed using the IgG fraction before rabbit immunization. The result is shown in FIG. In the figure, ○ indicates an anti-C2A antibody, and ● indicates a control antibody. Further,% inhibition (() indicates the residual activity obtained by subtracting the activity with the anti-C2A antibody from the activity with the control IgG.
As shown in the figure, anti-C2A antibody decreased the IP4 binding activity of purified IP4BP in a dose-dependent manner.
The above results (1) and (2) together with the analysis result of the partial amino acid sequence shown in Example 4, clearly convince that mouse-derived purified IP4BP is a mouse-derived synaptotagmin.
[0043]
Example 7
Characterization of IP4 binding activity of purified IP4BP
FIG. 6 shows the pH dependency of purified IP4BP in IP4 binding. The binding activity is 4.8 nM [ThreeH] IP4 and 0.35 μg of purified protein were added to 50 mM Mes-NaOH (pH 4.5-6.7; ○), 50 mM Hepes-NaOH (pH 6.2-7.6; □), 50 mM Epps-NaOH (pH 7. 3-8.3; (triangle | delta)) It examined by the buffer solution. Nonspecific binding was determined in the presence of 4.8 μM of label IP4. Samples were incubated at 0 ° C. for 10 minutes and binding was measured by PEG precipitation. As a result, the optimum pH was found to be 5.0.
[0044]
Next, for purified IP4BP [ThreeH] The saturation of IP4 binding was examined (see FIG. 7). For binding measurement, pH 6.2 (Δ) and pH 7.4 (◯) with 0.35 μg purified protein, or pH 5.0 (□) with 4.8 nM [0.1 μg purified protein].ThreeH] IP4, various concentrations of cold IP4, and 50 μg gamma globulin were used under 100 μl of 50 mM Mes-NaOH (pH 5.0), 50 mM Hepes-NaOH (pH 6.2 and 7.4). Samples were incubated at 0 ° C. for 10 minutes and binding was measured by PEG precipitation.
As a result, the binding half-maximal reduction was 30 nM at pH 6.2, 40 nM at pH 7.4, and 170 nM at pH 5.0. Scatchard analysis indicates a single bond, with Kd values of 30 nM at pH 6.2 and 7.4, 160 nM at pH 5.0, and Bmax of 2.7 pmol at pH 6.2 and pH 7.4. It was found to be 35 pmol / μg protein at 2.4 pmol and pH 5.0.
[0045]
Next, the specificity of the IP4 binding site was examined by adding five types of inositol polyphosphates. In the presence of various concentrations of IP3 (▲), IP4 (●), Ins 3,4,5,6-P4 (◯), IP5 (■) and IP6 (□), 8nM [ThreeH] Incubated with IP4. Binding measurements were performed by the PEG precipitation method. The result is shown in FIG. As shown in the figure, IP5 is better than IP4 [ThreeH] IP4 was strongly replaced. Ins 3,4,5,6-P4 and IP6 inhibited the binding of IP4 by half at 100 nM. However, in the case of IP6, the slope of the replacement curve is relatively sharp and at 10 nM [ThreeH] Increased binding of IP4. In addition, at 300 nM, [ThreeH] IP4 binding was strongly suppressed. This means that [ThreeH] refers to the allosteric-like effect of IP6 on IP4 binding. Other inositol derivatives had low affinity.
[0046]
Example 8
Gene cloning of mouse IP4BP
IP4BP partial amino acid sequence K-3 peptide (VPYQELG; ie, Val-Pro-Tyr-Gln-Glu-Leu-Gly) and K-2 peptide (IHLMQ; ie, Ile-His-) determined in Example 4 5'GTICCITA (TC) CA (AG) GA (AG) (TC) TIGG3 'and 5' (TC) TGCATIA (AG) (AG) TG (AGT) AT3 'corresponding to Leu-Met-Gln) Synthesized as a primer. Total RNA was obtained from Chomczynski and Sacchi (Anal. Biochem.,162, 156-159, 1987), prepared from mouse cerebellum, and poly (A)+RNA was selected by oligotex-dT30 (Nippon Roche).
[0047]
PCR amplification was performed for 35 cycles with AMV reverse transcriptase, denatured at 94 ° C. for 2 minutes, annealed at 48 ° C., and subjected to chain extension at 72 ° C. for 3 minutes. The PCR product was extracted with agarose gel electrophoresis and Geneclean II kit (Biol 01), and 2 × 10 2 from a mouse cerebellum-derived cDNA library.6Used to screen plaques. Hybridization consists of 50% formamide, 2 × SCC, 0.1% SDS, 100 μg / ml salmon sperm DNA,32P-label probe (5 × 10Fivecpm / ml) at 42 ° C. for 12 hours. The hybridizing filter was washed twice at 42 ° C. with 0.1 × SCC and 0.1% SDS. Five positive clones were selected and their cDNAs were cloned into pBluescript KS (-) (Stratagene). Furthermore, the clone was sequenced with BcaBEST Dideoxy Sequencing Kit (Takara Shuzo). The total DNA sequence including a single open reading frame was determined from 5 overlapping clones. The base sequence is shown in SEQ ID NO: 1. The amino acid sequence predicted from the sequence is shown in SEQ ID NO: 2. This sequence was consistent with the partial amino acid sequence described above. In SEQ ID NO: 1, the part with a solid line indicates a partial amino acid sequence that has already been determined.
[0048]
Example 9
Confirmation of IP4BP expression and function
In order to confirm the IP4 binding activity of IP4BP, an expression plasmid (pEF-IP4BP) is prepared, transfected into COS7, and the transformant is cultured to obtain the expression IP4BP / syt II (pEF-IP4BP / syt II). Prepared.
That is, pEF-BOS (Nucleic Acids Res.,18, 5322, 1990) were digested with XbaI, blunted with Klenow fragment and ligated with NotI linkers. All IP4BP / syt II cDNA (1-1590 base pairs) to which NotI linkers were bound was inserted into the NotI site of pEF-BOS. The resulting plasmid (pEF-IP4BP) has the full length IP4BP / syt II cDNA between the human EF1-α promoter and the human G-CSF polyadenylation sequence.
Using the DEAE-dextran method, plasmid pEF-IP4BP and pEF-BOS as a control were transfected into COS7. After transfection, the cells were cultured for 48 hours.
[0049]
After culturing, the cells were homogenized, the homogenate was subjected to SDS-PAGE, and immunoblotted with an anti-IP4BP antibody. The result is shown in FIG. 9A. In the figure, lane 1 is a control (heparin-binding fraction of pEF-BOS-transfected COS7), lane 2 is pEF-IP4BP / syt II, and lane 3 is a mouse cerebellar microsomal fraction.
As shown in the figure, an immunoreactive band was detected in cells transfected with pEF-IP4BP, but not in control cells. The detected band was as low as 60K. Since this molecular weight is the same as that of cerebellum-derived IP4BP / syt II treated with N-glycosidase F, it was proved that the difference in molecular weight was due to the difference in sugar chain.
In addition, control (heparin-binding fraction of pEF-BOS-transfected COS7), pEF-IP4BP / syt II partially purified with heparin-agarose, and cerebellar-derived IP4BP / syt II (each 5.5 μg) [ThreeH] IP4 binding was compared. The result is shown in FIG. 9B. As shown in the figure, the IP4 binding activity of pEF-IP4BP / syt II was comparable to that derived from the cerebellum.
[0050]
Example 10
Identification of IP4 binding region of IP4BP
In order to identify the IP4 binding region of IP4BP, nine types of fusion proteins of IP4BP and GST excluding the transmembrane region were prepared.
That is, cDNAs encoding various domains of IP4BP / syt II (see FIG. 10A) were grown by PCR. The propagated fragment was subcloned into pGEX-2T and the DNA sequence was confirmed. Preparation of fusion proteins of various domains of IP4BP / syt II and GST (glutathione S-transferase) is described in the literature (Gene67, 31-40, 1988) and expressed in E. coli JM109. The resulting fusion protein was then purified by glutathione-Sepharose 4B (Pharmacia) chromatography and analyzed by SDS-PAGE.
[0051]
In nine types of fusion proteins, the difference in the domain bound to GST is mapped as shown in FIG. 10A. Nine types of fusion proteins are represented by GST-a to GST-i. For example, GST-a represents a fusion protein of GST and domain a.
The IP4 binding properties of these fusion proteins were tested by the method described above. The result is shown in FIG. 10B.
As shown in the figure, it was found that IP4 binding activity exists in the central part of the C2B region. The amino acid sequence corresponded to IHLMQNGKRRLKKKKTTVKKKKTLNPYFNESSFSF of amino acid numbers 315 to 346, that is, the following formula (2).
Ile-His-Leu-Met-Gln-Asn-Gly-Lys-Arg-Leu-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-Thr-Val- Lys-Lys-Lys-Thr-Leu-Asn-Pro-Tyr- Phe-Asn-Glu-Ser-Phe-Ser-Phe- (2)
This region is rich in lysine and is presumed to be important for binding of negatively charged IP4.
In addition, other lysine-rich regions such as C2A region or endogenous polylysine stimulating signal of casein kinase II did not show IP4 binding activity. In addition, this IP4 binding region is a Pep20 peptide (IKKKKTTVKKCTLNPNPYYNESF; ie, Ile-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-Thr-Val-Lys-Lys-Cys-Thr-Leu-Asn-Pro-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr -Asn-Glu-Ser-Phe). Moreover, when this peptide was injected into the squid giant presynaptic terminal, it was shown that the release of neurotransmitters was reversibly suppressed.
[0052]
Example 11
IP4 binding properties of GST-IP4BP
A Scatchard analysis of IP4 binding to purified GST-f (GST-STII-C2B) was performed. The result is shown in FIG. 11A. From this result, Kd was 165 nM and Bmax was 3.8 pmol / μg protein. This Kd value was 4 times higher than that of cerebellum-derived IP4BP (Kd = 40 nM). The GST-STII-C2B has a low affinity, which is presumably because it forms a fusion protein with GST.
[0053]
The binding brain of various inositol polyphosphates to the GST-STII-C2B was measured. The result is shown in FIG. 11B. As shown in the figure, the binding ability is Ins-1,2,3,4,5,6-P6 (IP6)> Ins-1,3,4,5,6-P5 (IP5)> Ins-1. 3, 4, 5-P4 (IP4)> Ins-2, 4,5-P3> Ins-1, 4,5-P3 (IP3)> Ins-1,4-P2. In other words, Ins-1,2,3,4,5,6-P6 and Ins-1,3,4,5,6-P5 are more effective competitors than Ins-1,3,4,5-P4. there were. This indicates that the C2B region of IP4BP / sty II binds not only to IP4 but also to IP5 and IP6.
Similar results were obtained for purified cerebellum-derived IP4BP / sty II except for IP6. Heparin also showed inhibition of binding of IP4 to IP4BP / sty II, but the same was true for GST-STII-C2B.
[0054]
Example 12
Examination of IP4 binding sites
The C2 domain is also known to exist in synaptotagmin I, PKCα and labfilin 3A (Rose John et al. Gene74, 465-471, 1988). Therefore, it was confirmed whether the IP4 binding to the C2B domain is unique to IP4BP / sty II. That is, according to the method described in Example 10, synaptotagmin I, labfilin 3A (rph) and a fusion protein of PKCα protein and GST were prepared, and IP4 binding ability was measured. The result is shown in FIG. In the figure, for example, GST-STI-C2A means a fusion protein of GST and synaptotagmin C2A domain.
As shown in the figure, IP4 binding was found to be specific for the C2B domain of synaptotagmin I, II.
Therefore, amino acid sequences corresponding to the above formula (2) of various organism-derived synaptotagmin C2B domains were compared (see FIG. 13). And it was guessed that the binding site of IP4 exists in GKR (L / I) KKKKKT (T / S) (V / I) KK, that is, in the above formula (1).
That is, in the sequence of FIG. 13, the C-terminal sequence is well conserved and is also found in the synaptotagmin C2A domain, but the synaptotagmin C2A domain does not bind to IP4; the C2 domains of PKCα and labfilin 3A are also IP4 However, since the amino acid sequence of the above formula (1) does not exist in these domains, the peptide represented by the formula (1) was determined to be the IP4 binding site.
[0055]
Example 13
Phospholipid binding properties of C2 domain
If there is a C2A domain of synaptotagmin I,2+There are reports that it is sufficient for the binding of dependent phospholipids, but the details are unknown. To elucidate the relationship between inositol phosphate and phospholipid binding to the C2B domain of synaptotagmin, a phospholipid binding test was performed with the GST fusion protein.
That is, liposomes (phosphatidylserine / phosphatidylethanolamine (1: 1, w / w)) and GST fusion protein were incubated for 15 minutes at room temperature in 50 mM Hepes-NaOH (pH 7.4). After centrifugation at 1200 g for 10 minutes, the pellet (phospholipid-binding fraction) and the supernatant (non-binding fraction) were fractionated. Next, both fractions were subjected to 10% SDS-PAGE. The result is shown in FIG. In the figure, lane 1: supernatant-Ca2+, Lane 2: Pellet-Ca2+, Lane 3: supernatant + 1 mM Ca2+, Lane 4: pellet + Ca2+A) GST-STII-C2A, b) GST-STII-C2B, c) GST-STII-C2B (327th Lys to Gln), d) GST-STI-C2A, e) GST-STI-C2B, f) GST-C2A + C2B, g) GST-rph-C2A, h) GST-rph-C2B, i) GST.
[0056]
That is, GST-STI-C2A and GST-STII-C2A are Ca2+Dependently bound to liposomes (1: 1 (w / w) phosphatidylserine: phosphatidylethanolamine), GST-STI-C2B and GST-STII-C2B are Ca2+It has been found to bind to independence. GST-labophilin3A (rph) -C2A is Ca2+It has phospholipid binding activity in a dependent manner, but GST-rph-C2B is Ca2+It was found that it does not bind even in the presence. That is, the C2A domain of synaptotagmin and labfilin3A is similar in function to the C2 domain of PKCα,2+Although dependent, it is suggested that the C2B domains are different. When the 327th amino acid of GST-STII-C2B was changed from lysine to glutamine, phospholipid binding activity was lost, but IP4 binding activity was maintained at 50%. That is, it was found that although IP4 and phosphatidylserine bind to similar regions of the C2B domain, the recognition sites are slightly different.
[0057]
[Sequence Listing]
Figure 0003671245
Figure 0003671245
Figure 0003671245
Figure 0003671245
[0058]
Figure 0003671245
Figure 0003671245
Figure 0003671245

[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing purification steps of IP4BP by each chromatography.
FIG. 2 is a diagram (A, B) showing the results of SDS-PAGE analysis of each fraction in the IP4BP purification step. In addition, C is a figure which shows the measurement of the molecular weight by SDS-PAGE analysis.
FIG. 3A is a diagram showing HPLC analysis of lysyl endopeptidase degradation products of IP4BP (140k and 65k) separated by SDS-PAGE, and the amino acid sequence of separated fraction (1-7) and rat synaptotagmin II. It is a figure (B) which shows a comparison of an amino acid sequence. In FIG. A, (a) shows a 140k decomposition product, and (b) shows a 65k decomposition product.
FIG. 4 shows the results of immunoblot analysis of crude and purified IP4BP. In the figure, a represents crude IP4BP and b represents purified IP4BP. A is stained with amino black, B is reacted with an antibody against the synaptotagmin C2A region, C is reacted with an antibody against the synaptotagmin C-terminal region, and D is reacted with a control antibody.
FIG. 5 shows the IP4 binding characteristics of IP4BP in the presence of antibodies. In the figure, ◯ indicates the presence of an antibody against the synaptotagmin C2A region, and ● indicates the presence of a control antibody.
FIG. 6 shows the pH dependence of IP4BP on IP4 binding.
[Fig. 7] [IP4BPThreeH] IP4 binding saturation and Scatchard analysis.
FIG. 8 is a diagram showing binding characteristics between IP4BP and various inositol polyphosphates. In the figure, ▲ indicates IP3, ● indicates IP4, ◯ indicates Ins 3, 4, 5, 6-P4, ■ indicates IP5, and □ indicates IP6.
FIG. 9 shows the result of immunoblot analysis of IP4BP / syt II (pEF-IP4BP / syt II) expressed by the gene recombination technique (A), and [ThreeH] IP4 binding ability (B).
In FIG. A, lane 1 is a control, lane 2 is pEF-IP4BP / syt II, and lane 3 is a mouse cerebellar microsomal fraction.
FIG. 10 is a diagram showing the position of the synaptotagmin domain bound to GST in the fusion protein of GST and various synaptotagmin domains prepared in Example 10, and a diagram showing the IP4 binding ability of the fusion protein (FIG. 10). B).
FIG. 11 is a diagram (A) showing the results of Scatchard analysis of the fusion protein GST-STII-C2B, and a diagram (B) showing the binding ability to various inositol polyphosphates.
FIG. 12 is a diagram showing IP4 binding ability of fusion proteins of GST and various C2 domains.
FIG. 13 is a diagram comparing amino acid sequences of regions corresponding to formula (2) of synaptotagmin C2B domains derived from various organisms. In the figure, MII is mouse synaptotagmin II, MI is mouse synaptotagmin I, HI is human synaptotagmin I, BI is bovine synaptotagmin I, RA is shibiraei synaptotagmin A, RB is shibirae synaptotagmin B, SI is ikasynaptotagmin I, DI is Drosophila synaptotagmin I and CI indicate nematode synaptotagmin I.
FIG. 14 shows phospholipid binding properties for GST-various C2 domain fusion proteins.

Claims (4)

下記のアミノ酸配列からなるペプチドであり、イノシトールテトラキスホスフェート、イノシトールペンタキスホスフェート又はイノシトールヘキサキスホスフェートに対して結合性を有するペプチド。
Gly-Lys-Arg-X-Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-X-X-Lys-Lys
(式中、XはLeu又はIle、XはThr又はSer、XはIle又はValを示す)
A peptide having the following amino acid sequence, peptides having binding inositol tetrakis phosphate, against inositol pentakis phosphate or inositol hexakis phosphate.
Gly-Lys-Arg-X 1 -Lys-Lys-Lys-Lys-Thr-X 2 -X 3 -Lys-Lys
(Wherein X 1 represents Leu or Ile, X 2 represents Thr or Ser, and X 3 represents Ile or Val)
ペプチドが、シナプトタグミンI又はIIのC2Bドメインを構成するペプチドである請求項1記載のペプチド。Peptide, a peptide according to claim 1, wherein the peptide constituting the C2B domain of synaptotagmin I or II. 請求項1又は2に記載されるペプチドを用いることを特徴とするイノシトールポリリン酸様物質又はイノシトールポリリン酸拮抗物質のスクリーニング方法。A method for screening an inositol polyphosphate-like substance or an inositol polyphosphate antagonist, comprising using the peptide according to claim 1 or 2. 請求項1又は2に記載されるペプチドを有効成分として含有するイノシトールポリリン酸阻害剤。An inositol polyphosphate inhibitor containing the peptide according to claim 1 or 2 as an active ingredient.
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