JP3705763B2 - Cholesterol measurement probe and cholesterol measurement method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の生体試料や食品中に含まれるコレステロールを簡便かつ高精度に検出することのできるコレステロール測定方法とそのための材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コレステロール(cholesterol)は典型的な動物性代謝産物である。副腎皮質ホルモン、性ホルモン、胆汁酸生合成の原料であり、また細胞膜等の生体膜や血漿リポタンパク質の構成成分である。
【0003】
人体におけるコレステロールは、ほとんどは体内で合成されるが(約1.5〜2.0g)、食物からも約0.3g程度供給される。食品中のコレステロールは他の脂肪とともに消化・吸収され、キロミクロンに取り込まれるが、吸収されたコレステロールの大部分(80〜90%)は長鎖脂肪酸でエステル化され、このコレステロールエステルはしばしば、他の脂肪とともに血管内壁に付着し、動脈硬化症等の重い疾患の原因となる。
【0004】
従って、生体中(例えば、生体膜や血中)のコレステロール、あるいは食品に含まれるコレステロール量を正確に把握することは、過剰コレステロールを原因とする各種疾患の予防や治療方法の方針決定にとって重要である。
【0005】
このため、コレステロールの測定方法やそのための試薬が様々に開発されている。特に、コレステロールとの結合活性に優れたコレステロール酸化酵素を用いた測定試薬として、特開平10-080300号公報、特開平10-311833号公報、特開2001-231597号公報等が知られている。また、コレステロール酸化酵素の変異体(特開平08-242860号公報)と、この酵素変異体を用いたコレステロール測定法(特開2000-224999号公報)も知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記のとおり、コレステロール測定のために、コレステロール酸化酵素を使用することが多く試みられている。このようなコレステロール酸化酵素やその変異体を使用したコレステロール測定は、コレステロール酸化酵素による基質(コレステロール)の分解、修飾などの変化を物理的な信号として検出することによって、コレステロールの測定を行うものである。
【0007】
一方、タンパク質等を簡便かつ高精度に測定する方法としては、そのタンパク質等に対して高い親和性を有するリガンドをプローブとしてターゲットタンパク質の有無を検出したり、あるいはその濃度を定量したりする方法が広くしられているが、コレステロールに関しては、そのようなプローブは知られていない。
【0008】
この発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであって、コレステロールに対して高い親和性を有するプローブと、このプローブを利用して簡便かつ高精度にコレステロールを測定するための新しい測定方法を提供することを課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この出願は、前記の課題を解決する発明として、コレステロール結合活性を有するが、コレステロールに対する酸化・異性化反応活性の低いコレステロール酸化酵素変異体と、レポーター物質とからなることを特徴とするコレステロール測定プローブを提供する。
【0010】
この発明の測定プローブにおいては、コレステロール酸化酵素変異体が、配列番号1のアミノ酸配列における1以上のアミノ酸残基の欠失または付加、もしくは1以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基に置換したアミノ酸配列を有すること、さらに詳しくは、コレステロール酸化酵素変異体が、配列番号1のアミノ酸配列における第145番バリン残基がグルタミン残基に置換されたアミノ酸配列を有することを好ましい態様としている。
【0011】
また、さらには、コレステロール酸化酵素変異体が、N末端アセチル化、糖鎖付加、ミリストイル化、イソプレニル化、またはリン酸化されたコレステロール酸化酵素であることを別の好ましい態様としている。
【0012】
さらに、このコレステロール測定プローブにおいては、レポーター物質が、酵素、蛍光タンパク質または蛍光物質であることをさらに別の態様としている。
この出願の発明は、また、前記いずれかのコレステロール測定プローブと被験物質とを反応させ、測定プローブに結合したレポーター物質から発せられる検出信号の変化量を測定することを特徴とするコレステロール測定方法と、前記いずれかのコレステロール測定プローブを必須として含むことを特徴とするコレステロール測定キットをそれぞれ提供する。
【0013】
以下、これら発明の実施形態を詳しく説明する。
【0014】
【発明の実施の形態】
発明において、コレステロールの測定とは、コレステロールの有無の検出と、コレステロール量(濃度)の定量を意味する。また、測定対象であるコレステロールは、コレステロールそれ自体のほか、コレステロールエステル、LDL-コレステロール、HDL-コレステロール等のコレステロール誘導体が含まれる。
【0015】
この発明のコレステロール測定プローブは、コレステロール酸化酵素変異体と、レポーター物質とからなることを特徴とする。
コレステロール酸化酵素変異体は、コレステロール結合活性は野生型酵素と同程度であるが、コレステロールに対する酸化・異性化反応活性(触媒活性)が低下するように人為的に改変した酵素変異体である。このような変異体は、例えば、野生型コレステロール酸化酵素のアミノ酸配列(配列番号1)における1以上のアミノ酸残基の欠失、または付加、もしくは1以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基に置換したアミノ酸配列を有するものを使用することができる。このようなコレステロール酸化酵素変異体は、コレステロール酸化酵素をコードするポリヌクレオチド(例えば、GenBank Accession No. M31939として登録されているDNA)に変異を導入して適当な宿主−ベクター系により発現させ、得られた変異酵素のコレステロールとの結合活性および触媒活性を評価し、必要に応じてこれを繰り返し、より好ましい(すなわち、高いコレステロール結合活性と低い触媒活性を有する)変異酵素を選択することによって得られる。
【0016】
ポリヌクレオチドへの変異導入法としては多くの方法が知られており、例えば、トランスポゾンや変異剤(mutagen)を利用する古典的な方法(Science, 229:1193-1201, 1985)、Error-prone PCR法(Technique, 1:11-15, 1985)、DNAのランダム化学合成により特定の領域をランダム配列に置き換える方法(Nature Struct. Biol. 3:446-451, 1996; Proc.Natl. Acad. Sci. USA. 93:5590-5594, 1996)、セクシャルPCR法(Nature 370:389-391, 1994)などが挙げられる。
【0017】
この発明は、配列番号1のアミノ酸配列の第145番バリン残基がグルタミン残基に置換されたコレステロール酸化酵素変異体を特に好ましい態様として提供する。
【0018】
また、このコレステロール酸化酵素変異体には、N末端アセチル化、糖鎖付加、ミリストイル化、イソプレニル化、またはリン酸化等の各種修飾を受けたコレステロール酸化酵素も含まれる。このような変異体は、それぞれの修飾に応じた公知の方法によって作成することができる。また、例えばコレステロール酸化酵素をコードするDNA配列を宿主−ベクター系で発現させた場合に、宿主細胞内での翻訳後のタンパク質修飾によっても得ることができる。
【0019】
この発明のコレステロール測定プローブに結合一体化するレポーター物質としては、具体的には、酵素、蛍光タンパク質、蛍光物質等である。さらに具体的には、酵素としては、例えば、基質と特異的に結合して反応を触媒する能力を有するものであれば特に制限はないが、例えば、プロテアーゼ、ヌクレアーゼ、アルカリホスファターゼ、β-ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼ、グルコースオキシダーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ等が挙げられる。これらの酵素活性による基質の分解、修飾などの変化を物理的な信号として検出することができる。
【0020】
また、蛍光タンパク質としては、例えば緑色蛍光タンパク質(GFP)やその変異体(EGFP)等が挙げられる。外来性の蛍光物質としては、フルオレセイン系列、ローダミン系列、エオシン系列、NBD(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole)系列などの蛍光色素が挙げられる。これらの蛍光が周囲の環境によって敏感に変化するため、その変化を物理学的手法で検出することができる。
【0021】
なお、この発明のコレステロール測定プローブは、前記のコレステロール酸化酵素変異体とレポーター物質とが結合一体化したものであってもよい。レポーター物質として前記の標識酵素や蛍光タンパク質を用いる場合には、例えばそれぞれのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを連結して、変異酵素−標識酵素の融合タンパク質、あるいは変異酵素−蛍光タンパク質融合タンパク質として発現させるようにすればよい。蛍光色素をレポーター物質とする場合には、例えば、ヘモグロビンのヘムを蛍光色素で修飾するなどの方法による非共有結合を介した方法や、変異酵素のシステイン残基を蛍光色素で化学的に修飾するなどの方法による共有結合を介した方法等により両者を結合一体化することができる。あるいはまた、コレステロール酸化酵素変異体とレポーター物質とは別体であって、コレステロール測定時に一体化するような形態であってもよい。例えば、コレステロール酸化酵素変異体に特異的に結合するリガンド(例えば、抗体)をレポーター物質で標識化し、コレステロール測定の際に、コレステロール酸化酵素変異体と標識抗体とを混合させるようにしてもよい。
【0022】
この発明のコレステロール測定方法は、前記のコレステロール測定プローブと被験物質とを反応させ、測定プローブのレポーター物質から発せられる検出信号の変化量を測定することによって、被験物質に含まれるコレステロールを検出、定量することを特徴とする。
【0023】
被験物質としては、各種の生体由来の試料(細胞、血液)、あるいは各種食品等である。また、測定されるコレステロールは、コレステロールそれ自体のほか、コレステロールエステル、LDL-コレステロール、HDL-コレステロール等が含まれる。
【0024】
この測定方法の一つの態様は、前記のコレステロール酸化酵素変異体と被験物質とを反応させ、さらにコレステロール酸化酵素変異体に対するリガンドを結合させ、この抗体に標識化されたレポーター物質から発せられる検出信号(蛍光強度や酵素活性)の変化を公知の手段で測定することである。コレステロール酸化酵素変異体に対するリガンドは例えば、野生型コレステロール酸化酵素またはその変異体を抗原として公知の方法により作製されたポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体である。
【0025】
この測定方法の別の態様は、コレステロール酸化酵素変異体とレポーター物質とが一体化したコレステロール測定プローブを被験物質に反応させ、このプローブのレポーター物質が発する信号の変化を公知の手段で測定する。
【0026】
なお、この測定方法において、「検出信号の変化」は信号「強度」の増大・減少の他に、信号の「性質」の変化も含まれる。具体的には、吸光度、蛍光強度などの増大・減少以外に、蛍光波長のシフトなどが挙げられる。
【0027】
この発明のコレステロール測定キットは、前記のコレステロール測定プローブを必須として含むことを特徴とするものであり、上記のコレステロール測定方法に使用することができる。この様な測定キットは、通常のレセプタータンパク質とリガンドとの反応を利用した測定キットと同様の構成によって提供される。すなわち、この発明の測定キットは、少なくとも前記のコレステロール測定プローブを含み、さらに任意の要素として、希釈液、洗浄液、陽性コントロール用のコレステロールを含んでいてもよい。
【0028】
この測定キットを用いてコレステロールの有無を検出する場合には、例えば被験物質にプローブを添加した時としない時でそのレポーター物質の信号強度を比較するか、必要に応じて陽性コントロールを用いた場合のレポーター物質の信号強度等と比較すればよい。また、コレステロールの濃度を定量する場合には、例えば適当な試料により検量線を作成し、これに基づき定量すればよい。
【0029】
以下、実施例を示してこの出願の発明についてさらに詳細かつ具体的に説明するが、この出願の発明は以下の例によって限定されるものではない。
【0030】
【実施例】
1. 材料と方法
1.1. 変異型コレステロール酸化酵素およびその抗体
Streptomyces sp. SA-COO(J. Bacteriol. 171(1):596-601, 1989 )に由来するコレステロール酸化酵素遺伝子を、文献(Protein Eng. 11(11):1075-1081, 1998)の記載と同様の方法により変異させ、コレステロール酸化酵素のアミノ酸配列(配列番号1)における第145番バリン残基をグルタミン残基に置換した変異型酵素V145Qを作成した。野生型およびV145Q酵素の発現および精製は文献(Protein Eng. 11(11):1075-1081, 1998)記載の方法により行ったが、Escherichia coliの培養のみ18℃15時間の条件下で、最終濃度10mMのisopropyl-β-D-thiogalactopyranoside(IPTG)を用いた誘導後に発現、精製を行った。酵素純度の評価は、Laemmli(Nature 227:680-685, 1970)の方法により10%(w/v)アクリルアミドを含むゲル上でSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動により行い、CoomassieブリリアントブルーR-250を用いて染色した。抗コレステロール酸化酵素ポリクローナル抗体は、オスウサギに対し、Freundの完全アジュバント(Calbiochem社)中で乳化した精製野生型酵素200mgを用いた免疫を行うことにより産生した。2週間後、このウサギにFreundの不完全アジュバント(Calbiochem)中で乳化した200mgの精製コレステロール酸化酵素を追加免疫した。その2週間後に、このウサギから採血を行い、5時間37℃で凝固させることによって血清を得た。標準ウエスタンブロッティングを行い、この酵素に対する抗コレステロール酸化酵素抗体の免疫反応を確認した(Antibodies: A laboratory manual. Cold Spring Harbor laboratoriy, Cold Spring Harbor, New York, 1988)。
1.2. リポソームの調製
巨大リポソーム(Giant liposome)の調製は基本的には文献(Biophys. J. 64:676-685, 1993; Biophys. J. 71:3242-3250, 1996)の記載に従った。すなわち、ホスファチジルコリンおよびホスファチジルセリンをクロロフォルム中で重量比19:1となるよう混合し、10mg/mlの対照脂質溶液を調製した。ホスファチジルコリン、ホスファチジルセリンおよびコレステロールをクロロフォルム中で重量比15:1:4となるよう混合し、10mg/mlのコレステロール含有脂質溶液を調製した。ガラス試験管中に入れた脂質混合液100mlをN2ガス流で乾燥させてクロロフォルムを除去した。試験管底部に形成された脂質薄層に、室温で0.1Mスクロースを4ml穏やかに添加した。37℃2時間のインキュベーション後、巨大リポソームを含むこの溶液を0.1Mグルコースで希釈し、フルオレセインニソチオシアネート(FITC)で標識した変異酵素V145Qを用いた反応に適用した。
1.3. 免疫染色
高張条件:10%胎仔ウシ血清を含むDMEM中で育成したECV304細胞と1%ペニシリン/ストレプトマイシンを、最終濃度が0.45Mスクロースとなる高張条件下で37℃5分インキュベーションした。この媒質に精製コレステロール酸化酵素を最終濃度が10ng/mlとなるように5分37℃条件で添加した。リン酸緩衝生理食塩水(PBS)を用いて洗浄した後、カバーグラス上の細胞を4%パラホルムアルデヒドを用いて室温・1時間の条件で固定し、PBSで3回洗浄(各10分)、そして0.1Mグリシンで15分間処置した。細胞はPBSで2回洗浄し(各5分)、PBSに溶解した5%スキムミルクを用いてブロックした。
正常条件:ECV304細胞は10%胎仔ウシ血清および1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含むDMEM中で育成し、4%パラホルムアルデヒドを用いて1時間・室温条件で固定、PBSで3回洗浄し(各10分)、0.1Mグリシンを用いて15分間処理を行った。カバーグラス上の細胞はPBSを用いて2回洗浄し(各5分)、精製コレステロール酸化酵素を最終濃度が30ng/mlとなるように加えて60分37℃の条件でインキュベーションした。PBSを用いてリンスした後、細胞を冷却メタノールで3分-20℃の条件で固定し、PBSを用いて3回洗浄し(各5分)、PBSに溶解した5%スキムミルクを用いてブロックした。
【0031】
細胞は抗コレステロール酸化酵素抗体を用いて15時間4℃の条件下で反応を行い、PBSで3回洗浄し(各10分)、ローダミン結合二次抗体(Cappel)を加えて3時間室温条件下でインキュベーションした。3回のPBSによる洗浄後(各5分)、試料をPermaFluor(Themo Shandon)を用いて包埋した。蛍光映像の撮影はAxiophot顕微鏡(Carl Zeiss)上の冷却CCDカメラ(MetaView)あるいはLMS410共焦点レーザスキャニング顕微鏡(Carl Zeiss)を用いて行った。
2.結果
2.1. リポソームのコレステロール測定
変異体コレステロールオキシダーゼは巨大リポソーム内部のコレステロールに対し特異的に結合した。この実施例では、アミノ酸置換(V145Q)を有するコレステロール酸化酵素変異体を用いた。この変異型V145Qを選択した理由は、野生型酵素と比べて酸化-異性化活性のレベルが低く(1/4)、それにも関わらずコレステロールに対する正常な結合活性を保持しているためである。このため、V145Qはコレステロールにいったん結合するとすぐには解離しない。アフィニティーカラムクロマトグラフィーで精製した野生型およびV145Q酵素には、硫酸ドデシルナトリウム(SDS)ポリアクリルアミドゲル中で分子量約55kDaとなる単一バンドが含まれ、これは野生型酵素に対し作成した抗体を用いて特異的に検出された(図1)。精製V145Qの膜上コレステロールに対する結合能力を調べるために、単層リポソームを調整し、FITCラベルしたV145Qと共にインキュベートした。図2に示すように、変異型酵素はコレステロール含有巨大リポソームに結合するが、コレステロール非含有リポソームには結合しない。これらの結果から、V145Qを用いて単層リポソーム上のコレステロールを特異的に検出できることが確認された。
2.2. 細胞膜のコレステロール測定
コレステロール酸化酵素変異体は、原形質膜上コレステロールに安定結合するが、膜コレステロールは急速に細胞内オルガネラ中に内在化されるため、細胞内への取り込みにより検出シグナルが増加する可能性がある。従って、エンドサイトーシスによる取り込みを抑えることが、原形質膜上コレステロールのみを特異的に検出するためには必要になる。そこで、ECV304細胞を高張溶媒中でインキュベートし、細胞内への取り込みを抑えた状態でコレステロール酸化酵素変異体と反応させた。その結果、原形質膜中コレステロールに対して変異酵素V145が安定結合することが確認された(図3)。
【0032】
さらに、コレステロール特異的な試薬であるmethyl-β-cyclodextrinは、コレステロールを原形質膜から除去する(J. Biol. Chem. 270:17250-17256, 1995; J. Biol. Chem. 271:16026-16034, 1996)が、このmethyl-b-cyclodextrinを用いて細胞膜よりコレステロールを除去すると、変異酵素V145Qおよびその抗体の組み合わせにより検出されるシグナルが減衰した(図3)。これらの結果からも、V145Qが原形質膜上コレステロールに特異的に結合することが確認された。
【0033】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、生体試料や食品中に含まれるコレステロールを簡便かつ高精度に測定することが可能となる。この発明は、コレステロールが原因となる疾患の予防や診断、治療法の方針決定等に有用である。
【0034】
【配列表】

Figure 0003705763
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【図面の簡単な説明】
【図1】野生型コレステロール酸化酵素(pCO117)とコレステロール酸化酵素変異体(V145)のSDS-PAGEおよびウエスタンブロッティング分析の結果である。
【図2】巨大リポソームに含まれるコレステロールにコレステロール酸化酵素変異体が結合することを示した顕微鏡写真である。
【図3】高張および低張条件下で、それぞれmethyl-β-cyclodextrinで処理した場合と処理しない場合の免疫染色の結果を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cholesterol measuring method capable of easily and accurately detecting cholesterol contained in various biological samples and foods and a material therefor.
[0002]
[Prior art]
Cholesterol is a typical animal metabolite. It is a raw material for the biosynthesis of adrenocortical hormones, sex hormones and bile acids, and is a constituent of biological membranes such as cell membranes and plasma lipoproteins.
[0003]
Cholesterol in the human body is mostly synthesized in the body (about 1.5 to 2.0 g), but about 0.3 g is also supplied from food. Cholesterol in food is digested and absorbed along with other fats and taken up into kilomicrons, but most of the absorbed cholesterol (80-90%) is esterified with long chain fatty acids, and this cholesterol ester is often It adheres to the inner wall of blood vessels together with fat and causes severe diseases such as arteriosclerosis.
[0004]
Therefore, accurately grasping the amount of cholesterol in living organisms (for example, biological membranes and blood) or cholesterol contained in foods is important for the prevention of various diseases caused by excess cholesterol and the determination of strategies for treatment. is there.
[0005]
For this reason, various methods for measuring cholesterol and reagents therefor have been developed. In particular, JP-A-10-080300, JP-A-10-311833, JP-A-2001-231597, and the like are known as measuring reagents using cholesterol oxidase having excellent binding activity to cholesterol. In addition, a mutant of cholesterol oxidase (Japanese Patent Laid-Open No. 08-242860) and a method for measuring cholesterol using this enzyme mutant (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-224999) are also known.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, many attempts have been made to use cholesterol oxidase for cholesterol measurement. Cholesterol measurement using such cholesterol oxidase and its variants measures cholesterol by detecting changes such as degradation and modification of the substrate (cholesterol) by cholesterol oxidase as physical signals. is there.
[0007]
On the other hand, as a method for measuring proteins and the like simply and with high accuracy, there is a method for detecting the presence or absence of a target protein or quantifying its concentration using a ligand having a high affinity for the protein or the like as a probe. Although widespread, no such probe is known for cholesterol.
[0008]
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and has a probe having high affinity for cholesterol and a new measurement for easily and accurately measuring cholesterol using this probe. The challenge is to provide a method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As an invention for solving the above-mentioned problems, this application is a cholesterol measurement probe comprising a cholesterol oxidase mutant having cholesterol binding activity but low oxidation / isomerization reaction activity for cholesterol, and a reporter substance I will provide a.
[0010]
In the measurement probe of the present invention, the cholesterol oxidase mutant has a deletion or addition of one or more amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, or one or more amino acid residues substituted with other amino acid residues. It has a preferred embodiment that it has an amino acid sequence, more specifically, a cholesterol oxidase variant has an amino acid sequence in which the 145th valine residue in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with a glutamine residue.
[0011]
Furthermore, another preferable aspect is that the cholesterol oxidase mutant is an N-terminal acetylated, glycosylated, myristoylated, isoprenylated, or phosphorylated cholesterol oxidase.
[0012]
Furthermore, in this cholesterol measurement probe, another embodiment is that the reporter substance is an enzyme, a fluorescent protein or a fluorescent substance.
The invention of this application also comprises a method for measuring cholesterol, comprising: reacting any one of the cholesterol measurement probes with a test substance, and measuring a change amount of a detection signal emitted from a reporter substance bound to the measurement probe; Each of the cholesterol measurement kits including any of the cholesterol measurement probes as an essential component is provided.
[0013]
Hereinafter, embodiments of these inventions will be described in detail.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the invention, the measurement of cholesterol means detection of the presence or absence of cholesterol and quantification of the amount (concentration) of cholesterol. The cholesterol to be measured includes cholesterol derivatives such as cholesterol ester, LDL-cholesterol, and HDL-cholesterol in addition to cholesterol itself.
[0015]
The cholesterol measuring probe of the present invention is characterized by comprising a cholesterol oxidase mutant and a reporter substance.
The cholesterol oxidase mutant is an enzyme mutant that is artificially modified so that its cholesterol binding activity is similar to that of the wild-type enzyme, but its oxidation / isomerization reaction activity (catalytic activity) to cholesterol is reduced. Such mutants are, for example, deletion or addition of one or more amino acid residues in the amino acid sequence of wild-type cholesterol oxidase (SEQ ID NO: 1), or one or more amino acid residues as other amino acid residues. Those having a substituted amino acid sequence can be used. Such a cholesterol oxidase mutant is obtained by introducing a mutation into a polynucleotide encoding cholesterol oxidase (for example, DNA registered as GenBank Accession No. M31939) and expressing it by an appropriate host-vector system. It is obtained by evaluating the binding activity and catalytic activity of the obtained mutant enzyme with cholesterol, repeating this as necessary, and selecting a more preferable mutant enzyme (ie, having high cholesterol binding activity and low catalytic activity). .
[0016]
Many methods are known for introducing mutations into polynucleotides. For example, the classical method using a transposon or a mutagen (Science, 229: 1193-1201, 1985), Error-prone PCR (Technique, 1: 11-15, 1985), a method of replacing specific regions with random sequences by random chemical synthesis of DNA (Nature Struct. Biol. 3: 446-451, 1996; Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93: 5590-5594, 1996) and sexual PCR method (Nature 370: 389-391, 1994).
[0017]
This invention provides a cholesterol oxidase variant in which the 145th valine residue of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with a glutamine residue as a particularly preferred embodiment.
[0018]
The cholesterol oxidase mutants also include cholesterol oxidase that has undergone various modifications such as N-terminal acetylation, glycosylation, myristoylation, isoprenylation, or phosphorylation. Such a mutant can be prepared by a known method according to each modification. Further, for example, when a DNA sequence encoding cholesterol oxidase is expressed in a host-vector system, it can also be obtained by post-translational protein modification in the host cell.
[0019]
Specific examples of the reporter substance that binds and integrates with the cholesterol measurement probe of the present invention include enzymes, fluorescent proteins, fluorescent substances, and the like. More specifically, the enzyme is not particularly limited as long as it has an ability to specifically bind to a substrate and catalyze a reaction, for example, protease, nuclease, alkaline phosphatase, β-galactosidase, Examples include luciferase, glucose oxidase, chloramphenicol acetyltransferase, and the like. Changes such as degradation and modification of the substrate due to these enzyme activities can be detected as physical signals.
[0020]
Examples of the fluorescent protein include green fluorescent protein (GFP) and its mutant (EGFP). Examples of the exogenous fluorescent substance include fluorescent dyes such as fluorescein series, rhodamine series, eosin series, NBD (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole) series. Since these fluorescence changes sensitively according to the surrounding environment, the change can be detected by a physical method.
[0021]
The cholesterol measuring probe of the present invention may be one in which the cholesterol oxidase mutant and the reporter substance are combined and integrated. When the above-described labeling enzyme or fluorescent protein is used as a reporter substance, for example, a polynucleotide encoding each protein is linked and expressed as a mutant enzyme-labeling enzyme fusion protein or a mutant enzyme-fluorescent protein fusion protein. What should I do? When a fluorescent dye is used as a reporter substance, for example, a method through non-covalent bonding such as modification of hemoglobin heme with a fluorescent dye, or a cysteine residue of a mutant enzyme is chemically modified with a fluorescent dye. The two can be combined and integrated by a method such as through a covalent bond. Alternatively, the cholesterol oxidase mutant and the reporter substance may be separate and may be integrated at the time of cholesterol measurement. For example, a ligand (for example, an antibody) that specifically binds to a cholesterol oxidase variant may be labeled with a reporter substance, and the cholesterol oxidase variant and the labeled antibody may be mixed when measuring cholesterol.
[0022]
The cholesterol measurement method of the present invention detects and quantifies cholesterol contained in a test substance by reacting the cholesterol measurement probe with the test substance and measuring the amount of change in the detection signal emitted from the reporter substance of the measurement probe. It is characterized by doing.
[0023]
Examples of test substances include various biological samples (cells, blood), various foods, and the like. The cholesterol to be measured includes cholesterol ester, LDL-cholesterol, HDL-cholesterol and the like in addition to cholesterol itself.
[0024]
One embodiment of this measuring method is a detection signal generated from a reporter substance labeled with this antibody by reacting the above-mentioned cholesterol oxidase mutant with a test substance, further binding a ligand to the cholesterol oxidase mutant. A change in (fluorescence intensity or enzyme activity) is measured by a known means. The ligand for the cholesterol oxidase mutant is, for example, a polyclonal antibody or a monoclonal antibody prepared by a known method using wild-type cholesterol oxidase or a mutant thereof as an antigen.
[0025]
In another embodiment of this measurement method, a cholesterol measurement probe in which a cholesterol oxidase mutant and a reporter substance are integrated is reacted with a test substance, and a change in a signal generated by the reporter substance of this probe is measured by a known means.
[0026]
In this measurement method, “change in detection signal” includes not only increase / decrease in signal “intensity” but also change in “property” of signal. Specifically, in addition to the increase / decrease in absorbance, fluorescence intensity, etc., there is a shift in fluorescence wavelength.
[0027]
The cholesterol measurement kit of the present invention comprises the above-described cholesterol measurement probe as an essential component, and can be used in the above cholesterol measurement method. Such a measurement kit is provided with the same configuration as a measurement kit using a reaction between a normal receptor protein and a ligand. That is, the measurement kit of the present invention includes at least the above-described cholesterol measurement probe, and may further include a diluent, a washing solution, and positive control cholesterol as optional elements.
[0028]
When detecting the presence or absence of cholesterol using this measurement kit, for example, when comparing the signal intensity of the reporter substance with or without adding a probe to the test substance, or using a positive control if necessary And the signal intensity of the reporter substance. In addition, when quantifying the cholesterol concentration, for example, a calibration curve may be prepared using an appropriate sample and quantified based on this.
[0029]
Hereinafter, the invention of this application will be described in more detail and specifically with reference to examples, but the invention of this application is not limited by the following examples.
[0030]
【Example】
1. Materials and methods
1.1. Mutant cholesterol oxidase and its antibody
Cholesterol oxidase gene derived from Streptomyces sp. SA-COO (J. Bacteriol. 171 (1): 596-601, 1989) is described in the literature (Protein Eng. 11 (11): 1075-1081, 1998). Mutation was carried out in the same manner to prepare mutant enzyme V145Q in which the 145th valine residue in the amino acid sequence of cholesterol oxidase (SEQ ID NO: 1) was replaced with a glutamine residue. Expression and purification of wild-type and V145Q enzymes were carried out according to the method described in the literature (Protein Eng. 11 (11): 1075-1081, 1998), but only Escherichia coli culture was carried out at the final concentration under conditions of 18 ° C for 15 hours. Expression and purification were carried out after induction with 10 mM isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG). Enzyme purity was evaluated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis on a gel containing 10% (w / v) acrylamide by the method of Laemmli (Nature 227: 680-685, 1970), and Coomassie Brilliant Blue R-250 was used. Stained. Anti-cholesterol oxidase polyclonal antibody was produced by immunizing male rabbits with 200 mg of purified wild-type enzyme emulsified in Freund's complete adjuvant (Calbiochem). Two weeks later, the rabbits were boosted with 200 mg of purified cholesterol oxidase emulsified in Freund's incomplete adjuvant (Calbiochem). Two weeks later, blood was collected from this rabbit, and serum was obtained by clotting at 37 ° C. for 5 hours. Standard Western blotting was performed to confirm the immune response of the anti-cholesterol oxidase antibody to this enzyme (Antibodies: A laboratory manual. Cold Spring Harbor laboratories, Cold Spring Harbor, New York, 1988).
1.2. Preparation of liposomes The preparation of giant liposomes was basically as described in the literature (Biophys. J. 64: 676-685, 1993; Biophys. J. 71: 3242-3250, 1996). That is, phosphatidylcholine and phosphatidylserine were mixed in chloroform to a weight ratio of 19: 1 to prepare a 10 mg / ml control lipid solution. Phosphatidylcholine, phosphatidylserine and cholesterol were mixed in chloroform to a weight ratio of 15: 1: 4 to prepare a 10 mg / ml cholesterol-containing lipid solution. 100 ml of the lipid mixture placed in a glass test tube was dried with a stream of N 2 gas to remove chloroform. 4 ml of 0.1M sucrose was gently added to the thin lipid layer formed at the bottom of the test tube at room temperature. After incubation at 37 ° C. for 2 hours, this solution containing giant liposomes was diluted with 0.1 M glucose and applied to the reaction with the mutant enzyme V145Q labeled with fluorescein nisothiocyanate (FITC).
1.3. Immunostaining hypertonic conditions: ECV304 cells grown in DMEM containing 10% fetal calf serum and 1% penicillin / streptomycin were incubated at 37 ° C. for 5 minutes under hypertonic conditions at a final concentration of 0.45 M sucrose. Purified cholesterol oxidase was added to this medium at 37 ° C. for 5 minutes so that the final concentration was 10 ng / ml. After washing with phosphate buffered saline (PBS), the cells on the cover glass were fixed with 4% paraformaldehyde at room temperature for 1 hour, and washed 3 times with PBS (10 minutes each). Then, it was treated with 0.1 M glycine for 15 minutes. Cells were washed twice with PBS (5 minutes each) and blocked with 5% skim milk dissolved in PBS.
Normal conditions: ECV304 cells were grown in DMEM containing 10% fetal calf serum and 1% penicillin / streptomycin, fixed with 4% paraformaldehyde for 1 hour at room temperature, and washed 3 times with PBS (10 minutes each) ), And treated with 0.1 M glycine for 15 minutes. Cells on the cover glass were washed twice with PBS (5 minutes each), purified cholesterol oxidase was added to a final concentration of 30 ng / ml, and incubated at 37 ° C. for 60 minutes. After rinsing with PBS, cells were fixed with chilled methanol for 3 minutes at -20 ° C, washed 3 times with PBS (5 minutes each), and blocked with 5% skim milk dissolved in PBS .
[0031]
Cells are reacted with anti-cholesterol oxidase antibody for 15 hours at 4 ° C, washed 3 times with PBS (10 minutes each), and added with rhodamine-conjugated secondary antibody (Cappel) for 3 hours at room temperature. Incubated with After 3 washes with PBS (5 minutes each), the samples were embedded using PermaFluor (Themo Shandon). Fluorescence images were taken using a cooled CCD camera (MetaView) on an Axiophot microscope (Carl Zeiss) or an LMS410 confocal laser scanning microscope (Carl Zeiss).
2.Result
2.1. Liposomes for measuring cholesterol in cholesterol Variant cholesterol oxidase bound specifically to cholesterol inside giant liposomes. In this example, a cholesterol oxidase mutant having an amino acid substitution (V145Q) was used. The reason for selecting this mutant V145Q is that the level of oxidative-isomerization activity is low (1/4) compared to the wild-type enzyme and nevertheless retains normal binding activity to cholesterol. For this reason, V145Q does not dissociate as soon as it binds to cholesterol. The wild-type and V145Q enzymes purified by affinity column chromatography contain a single band with a molecular weight of approximately 55 kDa in sodium dodecyl sulfate (SDS) polyacrylamide gel, which uses an antibody prepared against the wild-type enzyme. Were specifically detected (FIG. 1). To examine the ability of purified V145Q to bind to cholesterol on membranes, unilamellar liposomes were prepared and incubated with FITC-labeled V145Q. As shown in FIG. 2, the mutant enzyme binds to the cholesterol-containing giant liposome, but does not bind to the cholesterol-free liposome. From these results, it was confirmed that cholesterol on unilamellar liposomes can be specifically detected using V145Q.
2.2. Cholesterol measurement of cell membrane Cholesterol oxidase mutants stably bind to cholesterol on the plasma membrane, but membrane cholesterol is rapidly internalized in intracellular organelles, so that the detection signal increases due to cellular uptake. there's a possibility that. Therefore, it is necessary to suppress uptake by endocytosis in order to specifically detect only cholesterol on the plasma membrane. Therefore, ECV304 cells were incubated in a hypertonic solvent and reacted with a cholesterol oxidase mutant in a state in which uptake into cells was suppressed. As a result, it was confirmed that the mutant enzyme V145 stably binds to cholesterol in the plasma membrane (FIG. 3).
[0032]
In addition, methyl-β-cyclodextrin, a cholesterol-specific reagent, removes cholesterol from the plasma membrane (J. Biol. Chem. 270: 17250-17256, 1995; J. Biol. Chem. 271: 16026-16034). 1996), when cholesterol was removed from the cell membrane using this methyl-b-cyclodextrin, the signal detected by the combination of the mutant enzyme V145Q and its antibody was attenuated (FIG. 3). These results also confirmed that V145Q specifically binds to cholesterol on the plasma membrane.
[0033]
【The invention's effect】
As explained in detail above, the invention of this application makes it possible to easily and accurately measure cholesterol contained in biological samples and foods. The present invention is useful for preventing or diagnosing diseases caused by cholesterol, determining a therapeutic strategy, and the like.
[0034]
[Sequence Listing]
Figure 0003705763
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the results of SDS-PAGE and Western blotting analysis of wild-type cholesterol oxidase (pCO117) and cholesterol oxidase mutant (V145).
FIG. 2 is a photomicrograph showing that a cholesterol oxidase mutant binds to cholesterol contained in giant liposomes.
FIG. 3 shows the results of immunostaining with and without treatment with methyl-β-cyclodextrin under hypertonic and hypotonic conditions, respectively.

Claims (7)

コレステロール結合活性を有するが、コレステロールに対する酸化・異性化反応活性の低いコレステロール酸化酵素変異体と、レポーター物質とからなることを特徴とするコレステロール測定プローブ。A cholesterol measurement probe comprising a cholesterol oxidase mutant having cholesterol binding activity but low activity in oxidizing and isomerizing cholesterol, and a reporter substance. コレステロール酸化酵素変異体が、配列番号1のアミノ酸配列における1以上のアミノ酸残基の欠失または付加、もしくは1以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基に置換したアミノ酸配列を有する請求項1のコレステロール測定プローブ。The cholesterol oxidase variant has a deletion or addition of one or more amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, or an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are substituted with other amino acid residues. Cholesterol measurement probe. コレステロール酸化酵素変異体が、配列番号1のアミノ酸配列における第145番バリン残基がグルタミン残基に置換されたアミノ酸配列を有する請求項2のコレステロール測定プローブ。The cholesterol measurement probe according to claim 2, wherein the cholesterol oxidase mutant has an amino acid sequence in which the 145th valine residue in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is substituted with a glutamine residue. コレステロール酸化酵素変異体が、N末端アセチル化、糖鎖付加、ミリストイル化、イソプレニル化、またはリン酸化されたコレステロール酸化酵素である請求項1のコレステロール測定プローブ。The cholesterol measuring probe according to claim 1, wherein the cholesterol oxidase variant is N-terminal acetylated, glycosylated, myristoylated, isoprenylated, or phosphorylated cholesterol oxidase. レポーター物質が、酵素、蛍光タンパク質または蛍光物質である請求項1から4のいずれかのコレステロール測定プローブ。5. The cholesterol measurement probe according to claim 1, wherein the reporter substance is an enzyme, a fluorescent protein, or a fluorescent substance. 請求項1から5のいずれかのコレステロール測定プローブと被験物質とを反応させ、測定プローブに結合したレポーター物質から発せられる検出信号の変化量を測定することを特徴とするコレステロール測定方法。6. A method for measuring cholesterol, comprising reacting the cholesterol measurement probe according to any one of claims 1 to 5 with a test substance, and measuring a change amount of a detection signal emitted from a reporter substance bound to the measurement probe. 請求項1から5のコレステロール測定プローブを必須として含むことを特徴とするコレステロール測定キット。A cholesterol measurement kit comprising the cholesterol measurement probe according to claim 1 as an essential component.
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