JP3934066B2 - Novel protein that forms spherical particles, and novel gene encoding the protein - Google Patents

Novel protein that forms spherical particles, and novel gene encoding the protein Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状粒子(ウイルス様粒子)を構成する新規タンパク質、及びそのタンパク質をコードする新規遺伝子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
地球上には大きく分けて3つの生物界、Eukarya(真核生物)、Bacteria(真正細菌)及びArchaea(古細菌、アーキア)が存在し、人間を含めた哺乳類は真核生物の頂点にある。
【0003】
古細菌は、外見の類似から20年ほど以前までは真正細菌に分類されていたけれども、遺伝子の構造解析の結果、真正細菌とは別の生物として認められ、真正細菌と真核生物との中間に位置付けられた。特殊な環境に棲んでいるのが特徴で、超高温や超高塩濃度で生育している。我々が生活しやすい環境と言える条件は、適当な温度、空気、日光、水、食物などが整った条件だが、そのような適当な温度、空気、日光、水、食物などがない条件が、古細菌の生育する条件である。
【0004】
古細菌は、真核生物に近いEuryarchaeotaと真正細菌に近いCrenarchaeotaのサブドメインに分かれる。古細菌のPyrococcus属はEuryarchaeotaに分類される超好熱菌である。Pyrococcus furiosus(以下適宜「P.furiosus」と記す)は、硫黄性火山という極限環境の中で見つかった。酸素が少ない状態で生育する嫌気性の菌であり、70℃〜103℃の高い温度と高いpHで生育する超好熱菌である(非特許文献1参照)。
【0005】
この特異な耐熱機構を研究対象として、超好熱菌P.furiosusは、数多く研究されている。現在までに理解されている耐熱機構の要因は、(1)極限環境の中でDNA(デオキシリボ核酸)の破壊がほとんどなく染色体が完全に維持されていること、(2)DNA修復酵素が関与する系のDNA修復システムが有能であることとされている(非特許文献2参照)。
【0006】
また、応用として、超好熱菌は耐熱性であるために、そのタンパク質も熱安定で変性しにくく結晶化しやすいので、タンパク質実験に有利であると言われている。他にも、超好熱菌P.furiosus由来のDNAポリメラーゼはPolymerase chain reaction(PCR)法で使用するために大量生産されるなど、工業的にも広く利用されている(非特許文献3参照)。
【0007】
ところで、近年の生物科学の急速な発展のおかげで、生命活動に必須な酵素反応、分子認識過程や触媒過程などに関わる重要な機能を持つタンパク質を、X線結晶構造解析法により、原子分解能で研究することが可能になっている。
【0008】
本願発明者は、超分子複合体リボソームによる蛋白質合成機構の解明についての研究を行っており、さらに、その研究において重要な、超好熱菌P.furiosus由来の70Sリボソームの原子構造解析を行った。そして、超好熱菌P.furiosusから高純度の70Sリボソームを抽出して、さらに、70Sリボソームと思われる結晶を得て、その結晶のX線結晶構造解析を行った。なお、そのときの結晶化条件を下記に示す。
(結晶化条件)
方法 ハンギングドロップ蒸気拡散法
バッファー 20mM Tris−HCl
タンパク質 40〜60mg/ml
沈殿剤 MPD
結晶化ドロップ中の沈殿剤濃度 0.5%(w/v)
結晶化リザーバー中の沈殿剤濃度 16%(w/v)
温度 25℃
しかし、その解析の途中で、結晶構造に70Sリボソームにはないシェル構造の存在が確認でき、結晶構造は、シェル構造をもつウイルス様粒子であることが判明した。この事から、上記結晶は、70Sリボソームの結晶ではなくウイルス様粒子の結晶であったことが示された。
【0009】
上記結果は、本願発明者にとって全く予期しないものであった。結晶化用の70Sリボソームサンプルは、SDS−PAGEの結果も活性測定の結果も70Sリボソームのものであったのだが、結晶化されたのはウイルス様粒子だったのである。なお、SDS−PAGEの「SDS」とは、ドデシル硫酸ナトリウム(dodecyl sulfate, sodium salt)のことである。また、SDS−PAGEの「PAGE」とは、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(polyacrylamide gel electrophoresis)のことである。
【0010】
上記のように、70Sリボソームの結晶は得られなかった。しかし、この予期しなかった超好熱菌由来のウイルス様粒子は、研究対象として興味深い点がある。一つは、真核生物に近いEuryarchaeotaのウイルスの報告例はまだなく、無論その構造、機能については全く知られていない点である(非特許文献4参照)。また、発明者は、このウイルス様粒子の構造解析を進め、重原子同型置換法によって構造決定を行った。その結果、上記ウイルス様粒子が、180個の殻タンパク質からなるT=3の正20面体の対称を持つ直径約30nmの球状粒子で、殻タンパク質のC末から250残基ほどがウイルス様粒子の骨格に関わっていることを確認した。また、その全体構造が、バクテリオファージHK97のCapsidの構造と類似性のあることが確認できた(非特許文献5参照)。
【0011】
【非特許文献1】
J Biol Chem 264(9) 5070-9(1989)
【0012】
【非特許文献2】
J Bacteriol 177(21) 6316-8(1995)
【0013】
【非特許文献3】
Gene 108(1) 1-6(1991)
【0014】
【非特許文献4】
FEMS Microbiology Reviews 18 225-236(1996)
【0015】
【非特許文献5】
Science 289 2129-2133(2000)
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ウイルス様粒子に関して、例えばウイルス様粒子の生化学的な性質などは、上記以外のことはほとんど分かっておらず、ウイルス様粒子(球状粒子)を利用することが極めて困難であるという問題点がある。なお、このウイルス様粒子の利用としては、例えば、熱安定な構造を有するウイルス様粒子の内部に、薬剤、遺伝子等を詰め込むことによる、ドラッグデリバリーシステム(Drug Delivery System:DDS)への利用などが挙げられる。
【0017】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、ウイルス様粒子(球状粒子)に関する生化学的な性質を解明して、その球状粒子の利用を容易にするために必要な遺伝子とタンパク質とを提供すること、および、これら遺伝子等を利用して得られる球状粒子を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題に鑑み、上記ウイルス様粒子について鋭意検討した。まず、なぜ超好熱菌にウイルス様粒子が存在したかということを明解し、ウイルス様粒子がどのような働きを持っているのかということについて調べた。そして、結晶化用の70Sリボソームサンプルの中に、ウィルス様粒子は存在するのかどうかを調べ、さらに、ウイルス様粒子の内部に核酸が入っているのかどうかを調べた。さらに、ウイルス様粒子の殻タンパク質と考えられるタンパク質のアミノ酸配列の解析と、DNA塩基配列の解析とを行い、様々な種の類似検索について検討した。その結果、本願発明者は、上記殻タンパク質のアミノ酸配列とそのタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列とを決定して、本願発明を完成させるに至った。
【0019】
本発明の遺伝子は、以下の(a)から(c)のいずれか1つのタンパク質をコードすることを特徴とする。
(a)配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質。
(b)配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、1個若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列を有し、集合することによって球状粒子を形成するタンパク質。
(c)配列番号6に記載のアミノ酸配列を有し、集合することによって球状粒子を形成するタンパク質。
【0020】
上記(a)のタンパク質は、P.furiosus由来の、球状粒子(ウイルス様粒子)を構成する殻タンパク質である。上記球状粒子(ウイルス様粒子)は、超好熱菌P.furiosus由来の粒子であり、正20面体対称性を持つ球状殻構造体(PfV)である。この球状粒子の直径は、図1に記載のように、直径30.5nm〜36.3nm(305〜363オングストローム)である。この球状粒子は、180本の単一のポリペプチド鎖(上記(a)のタンパク質)が、非共有結合で会合してできた粒子である。そして、この球状粒子は、超好熱菌P.furiosusという由来からも分かるように、90℃〜100℃といった高温条件下でも安定に存在する。さらに、この球状粒子には、その粒子内に存在する分子、例えばRNA(リボ核酸)などを、上記高温条件下でも安定に存在させる機能がある。
【0021】
上記球状粒子は、上記のように、高温条件下において安定であり、粒子内に存在する分子を安定に存在させる機能を有する。それゆえ、例えば、球状粒子の内部に薬剤、遺伝子などを詰め込むことにより、この球状粒子のドラッグデリバリーシステム(Drug Delivery System:DDS)への利用が期待できる。
【0022】
本発明の遺伝子は、上記殻タンパク質をコードする新規遺伝子である。その結果、球状粒子(ウイルス様粒子)の利用を容易にするための遺伝子を、提供することができる。
【0023】
また、本発明に係る遺伝子としては、例えば、下記(A)〜(F)の遺伝子が挙げられる。これら遺伝子を利用すれば、球状粒子(ウイルス様粒子)の利用が容易になる。
(A)配列番号1に記載の塩基配列を有することを特徴とする遺伝子。
(B)配列番号1に記載の塩基配列のうち、1個若しくは数個の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加された塩基配列を有し、集合することによって球状粒子を形成するタンパク質をコードしていることを特徴とする遺伝子。
(C)上記タンパク質は、配列番号3に記載のアミノ酸配列を有していることを特徴とする(B)に記載の遺伝子。
(D)上記タンパク質は、配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、1個若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列を有していることを特徴とする(B)に記載の遺伝子。
(E)配列番号4に記載の塩基配列を有し、集合することによって球状粒子を形成するタンパク質をコードしていることを特徴とする遺伝子。
(F)配列番号4に記載の塩基配列のうち、1個若しくは数個の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加された塩基配列を有し、集合することによって球状粒子を形成するタンパク質をコードしていることを特徴とする遺伝子。
【0024】
なお、「1個若しくは数個の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加された」とは、公知のDNA組換え技術、点変異導入方法などによって可能な程度の数の塩基が、置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたことを意味する。また、「1個若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加された」とは、部位特異的突然変異誘発法などの公知の変異タンパク質作製法などによって可能な程度の数(好ましくは10個以下、より好ましくは7個以下、さらに好ましくは5個以下)のアミノ酸が、置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたことを意味する。
【0025】
ところで、本発明の「遺伝子」には、DNA及びRNAが含まれる。ここに言うDNAには、もちろん、クローニング、化学合成技術又はそれらの組み合わせで得られるようなDNA(例えばcDNA(相補DNA:complementary DNA)、ゲノムDNAなど)が含まれる。また、DNAは二本鎖でも一本鎖でもよく、一本鎖DNAは、センス鎖となるコードDNAであっても、アンチセンス鎖となるアンチコード鎖であってもよい。このアンチセンス鎖は、プローブなどに利用できる。
【0026】
さらに、本発明の「遺伝子」は、上記(a)〜(c)のタンパク質をコードする配列以外に、非翻訳領域(UTR)の配列、ベクター配列(発現ベクター配列を含む)などの配列を含むものであってもよい。
【0027】
なお、上記のように、本発明の遺伝子を説明する上で、配列表を用いる場合がある。その配列表においては、説明の便宜上、DNAの塩基配列を示している。しかし、本発明の遺伝子がRNAを指す場合には、配列表に示す塩基の「T(チミン)」を、「U(ウラシル)」に読み替えて解釈するものとする。
【0028】
また、本発明のタンパク質は、配列番号3に記載のアミノ酸配列を有することを特徴としている。このタンパク質は、P.furiosus由来の球状粒子(ウイルス様粒子)を構成する殻タンパク質である。このタンパク質が有するアミノ酸配列は、本発明者が初めて決定したアミノ酸配列である。このことについては、下記に示す実施例で詳しく説明する。また、上記のように、本発明のタンパク質をコードする遺伝子は、本発明者が特定した新規遺伝子である。
【0029】
その結果、上記ウイルス様粒子に関する生化学的な性質を解明して、そのウイルス様粒子(球状粒子)の利用を容易にするタンパク質を、提供することができる。
【0030】
さらに、本発明に係るタンパク質としては、下記の(i)〜(ii)が挙げられる。(i)配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、1個若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列を有し、集合することによって球状粒子を形成することを特徴とするタンパク質。
(ii)配列番号6に記載のアミノ酸配列を有し、集合することによって球状粒子を形成することを特徴とするタンパク質。
【0031】
上記(ii)のタンパク質は、配列番号3に示すアミノ酸配列の前半100残基を除いた、245アミノ酸残基からなるタンパク質である。この245アミノ酸残基からなる部分は、球状粒子の殻部を構成している部分である。よって、この245アミノ酸残基からなる部分を有するタンパク質は、球状粒子を構成する可能性が極めて高い。前半100残基を除いた245(約250)アミノ酸残基からなる上記タンパク質については、後述の実施例で詳しく説明する。
【0032】
なお、本発明に係るタンパク質は、細胞などから単離精製された状態のものを主に指す。しかし、本発明に係るタンパク質は、タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞に導入して、そのタンパク質を細胞内発現させた状態のものであってもよい。さらに、本発明に係るタンパク質は、付加的なポリペプチドを含むものであってもよい。付加的なポリペプチドを含むタンパク質としては、例えば、HA、Myc、flagなどのエピトープで標識されたタンパク質などが挙げられる。
【0033】
また、本発明の球状粒子は、上記に記載のタンパク質を有することを特徴としている。
【0034】
本発明の球状粒子を構成するタンパク質は、上記のように、集合することによって、球状粒子(球状殻構造体:PfV)を形成する。さらに、発明者は、そのタンパク質をコードしている遺伝子を特定している。それゆえ、耐熱性を有する球状粒子を、容易に取得することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【0036】
(1)本実施の形態の遺伝子について
本実施の形態における遺伝子について説明する。本実施の形態の遺伝子は、超好熱菌P.furiosus由来の遺伝子であり、球状粒子(ウイルス様粒子)を構成するタンパク質をコードしている。
【0037】
本実施の形態における遺伝子の塩基配列の例を、配列番号1及び4に示している。配列番号1の塩基配列を有する遺伝子は、配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードしている。なお、配列番号1の塩基配列と配列番号3に示すアミノ酸配列とを併記したものを、配列番号2に示す。
【0038】
また、配列番号4の塩基配列を有する遺伝子は、配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードしている。なお、配列番号4の塩基配列と配列番号6に示すアミノ酸配列とを併記したものを、配列番号5に示す。
【0039】
次に、本実施の形態における遺伝子の取得方法について説明する。本実施の形態の遺伝子を取得する方法は、特に限定されるものではない。例えば、配列表(配列番号1〜2及び4〜5)に記載されている塩基配列のデータとP.furiosusデータベース(http://www.genome.utah.edu/sequence.html)に格納されている塩基配列のデータとに基づいて、種々の方法により、本実施の形態の遺伝子を含むDNA断片を、単離及びクローニングすることができる。
【0040】
具体的に言えば、本実施の形態の遺伝子は、PCR等の増幅手段を用いれば、容易に得ることができる。まず、配列表に記載のDNA配列とP.furiosusデータベースに格納されているデータとを比較して、得たいタンパク質をコードしている領域が増幅されるように、5’側及び3’側の非翻訳領域の配列(又はその相補配列)の中から、それぞれプライマーを調製する。次に、これらプライマーと、鋳型としてのP.furiosusのDNA(ゲノムDNA、cDNA等)とを用いてPCRを行えば、両プライマー間に挟まれるDNAが増幅される。これにより、本実施の形態の遺伝子を含むDNA断片を、大量に取得することができる。
【0041】
なお、配列番号1又は配列番号4に記載の塩基配列のうち、1個若しくは数個の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加された塩基配列を取得する方法としては、例えば、部位特異的突然変異誘発法(Hashimoto-Gotoh,Gene 152,271-275(1995)他)、トランスポゾンの挿入による突然変異、PCR法等を利用することが挙げられる。
【0042】
(2)本実施の形態のタンパク質及び球状粒子について
本実施の形態のタンパク質は、球状粒子(ウイルス様粒子)を構成する殻タンパク質である。また、本実施の形態の球状粒子は、180本の単一のポリペプチド鎖(つまり本実施の形態のタンパク質)が、非共有結合で会合してできた粒子である。
【0043】
次に、本実施の形態におけるタンパク質の取得方法について説明する。本実施の形態におけるタンパク質の取得方法は、特に限定されるものではない。例えば、まず、本実施の形態の遺伝子を、周知の方法で宿主に組み入れる。なお、ここで言う宿主としては、例えば、微生物(大腸菌、酵母など)、動物細胞などが挙げられる。次に、組み入れた遺伝子を発現させて、その遺伝子がコードするタンパク質を取得及び精製すれば、本実施の形態のタンパク質を容易に取得することができる。
【0044】
なお、本実施の形態の遺伝子を宿主に組み入れる場合には、ホスト細胞の種類に応じて、確実に遺伝子を発現させるために適宜プロモーター配列を選択し、これと本発明に係る遺伝子を各種プラスミド等に組み込んだものを発現ベクターとして用いればよい。
【0045】
また、上記発現ベクターをホスト細胞に導入する方法、すなわち形質転換方法も特に限定されるものではなく、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソーム法、DEAEデキストラン法等の従来公知の方法を好適に用いることができる。
【0046】
本実施の形態の遺伝子がホスト細胞に導入されたか否か、さらにはホスト細胞中で確実に発現しているか否かを確認するために、各種マーカーを用いてもよい。例えば、ホスト細胞中で欠失している遺伝子をマーカーとして用い、このマーカーと本実施の形態の遺伝子とを含むプラスミド等を発現ベクターとしてホスト細胞に導入する。これによってマーカー遺伝子の発現から本実施の形態の遺伝子の導入を確認することができる。あるいは、本発明に係るタンパク質を融合タンパク質として発現させてもよく、例えば、オワンクラゲ由来の緑色蛍光タンパク質GFP(Green Fluorescent Protein)をマーカーとして用い、本発明に係るタンパク質をGFP融合タンパク質として発現させてもよい。
【0047】
なお、上記のように、宿主に外来遺伝子を導入する場合、外来遺伝子の組換え領域に宿主内で機能するプロモーターを組み入れた発現ベクター及び宿主には様々なものがあるので、目的に応じたものを選択すればよい。産生されたタンパク質を取り出す方法は、用いた宿主、タンパク質の性質によって異なるが、例えばタグの利用等により、比較的容易に目的のタンパク質を精製することが可能である。
【0048】
また、変異タンパク質を作製する方法についても、特に限定されるものではない。例えば、部位特異的突然変異誘発法(Hashimoto-Gotoh,Gene 152,271-275(1995)他)、PCR法等を利用して塩基配列に点変異を導入し、変異タンパク質を作製してもよい。あるいは、トランスポゾンの挿入による突然変異株作製法などの、周知の変異タンパク質作製法を用いてもよい。このように、上述の方法で取得された遺伝子の塩基配列に、1またはそれ以上の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されるように改変を加えれば、容易に変異タンパク質を作製することができる。さらに、変異タンパク質の作製には、市販のキット(例えば、QuikChange Site-Directed Mutagenesis Kit ストラタジーン社製)を利用してもよい。
【0049】
さらには、本発明のタンパク質、またはその部分ペプチドを抗原として抗体を作製することもできる。抗体の作製方法は特に限定されるものではなく、公知の方法によりポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体を作製すればよい。公知の方法としては、例えば、文献(Harlowらの「Antibodies : A laboratory manual(Cold Spring Harbor Laboratory, New York(1988))、岩崎らの「単クローン抗体 ハイブリドーマとELISA,講談社(1991)」」に記載の方法が挙げられる。こうして作製した抗体は、本発明のタンパク質の検出に有効である。
【0050】
(3)本実施の形態の球状粒子について
本実施の形態の球状粒子は、超好熱菌P.furiosus由来の粒子であり、上記タンパク質より構成されている。
【0051】
次に、本実施の形態における球状粒子の取得方法について説明する。下記の実施例で詳しく述べるが、P.furiosusの培養し、菌体を破砕して、遠心分離と疎水性クロマトグラフィーとによって、球状粒子を得ることができる。
【0052】
上記取得方法は、P.furiosusの培養による方法である。しかし、本実施の形態の遺伝子を利用してタンパク質を合成し、その合成したタンパク質を集合させることによっても、球状粒子を取得することができる。例えば、大腸菌などを用いた大量発現系により本実施の形態のタンパク質を合成すれば、自己会合により、容易に高次構造を形成させることができる。
【0053】
(4)有用性
本実施の形態の遺伝子、タンパク質、及び球状粒子、は、超好熱菌P.furiosus由来の粒子である。また、本実施の形態の球状粒子は、本実施の形態のタンパク質(タンパク質粒子)180個を集合させることによって、製造することができる。
【0054】
超好熱菌P.furiosus由来であることからも分かるように、本実施の形態の球状粒子(球状殻構造体:PfV)は、90℃〜100℃といった高温条件下でも安定に存在する。さらに、この球状粒子には、その粒子内に存在する分子、例えばRNAなどを、上記高温条件下でも安定に存在させる機能がある。
【0055】
例えば、球状粒子の内部に薬剤、遺伝子などを詰め込むなどにより、本実施の形態の球状粒子を、DDS(ドラッグデリバリーシステム)の基材として利用することが可能である。さらに、本実施の形態における球状粒子の利用としては、例えば、高温条件下において、球状粒子の内部に詰め込んだ物を安定に保存する耐熱性カプセルとしての利用、ケージ化合物としての利用などが挙げられる。そして、球状粒子の粒子内に存在する分子を熱から保護する機能を利用すれば、ナノレベルの大きさの分子のプロテクターへの応用も考えられる。
【0056】
上記DDSへの利用や保存カプセルとしての利用において、複数のタンパク質の非共有結合により球状粒子が構成されていることも、球状粒子の利用価値を高める要因となり得る。例えば、適当な条件下(例えば、塩濃度を上げた条件下)において、球状粒子を容易に解離させることも可能であると考えられるからである。
【0057】
また、本実施の形態における球状粒子の立体構造に基づいて、例えば、ポリペプチド鎖の任意の領域に分子を特異的に結合させることにより、目的分子を球状粒子の内部に閉じ込めるといったことも容易であると考えられる。さらに、球状粒子の外側に適当な修飾を行うことにより、粒子全体の性質を容易に制御することが可能である。そして、配列番号3に示すアミノ酸配列における、前半100残基と後半約250残基との役割の相違が分かっていることは、上記のように立体構造に基づいて球状粒子の利用を考えるという側面において、貴重な情報である。なお、エピトープ又は特異的結合機能の付加も可能であるため、本実施の形態の球状粒子は、様々な用途に利用できると考えられる。
【0058】
さらに、本実施の形態のタンパク質をコードする遺伝子が特定されていることから、球状粒子を構成するタンパク質を改変又は修飾することは容易である。つまり、改変又は修飾されたそのタンパク質を利用することも、容易である。さらに、特定の部位のアミノ酸を変異又は修飾することにより、立体構造特異的に機能を制御することも容易である。
【0059】
従来の合成高分子を用いた類似の構造体とは異なり、ポリペプチド鎖を用いた球状粒子は、サブユニット間、形成された球殻構造間、あるいはターゲット分子間との相互作用の特異性が高く、その利用価値は高いと考えられる。
【0060】
【実施例】
本発明の実施例を下記に示す。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【0061】
(実施例1 ウイルス様粒子の分離及び精製)
まず、結晶構造で見られたウイルス様粒子が、結晶化前のリボソームサンプルの中に存在するのかどうかを検証するために、上記サンプルをさらに精製し、リボソームとウイルス様粒子との分離を試みた。
【0062】
P.furiosus由来70Sリボソームの結晶化用サンプルの入手及び精製は、以下のように行った。まず、P.furiosusを培養した。P.furiosusの培養は、98℃で行い、O.D.(550nm)が約0.7となったときに集菌した。その後、洗浄溶液で菌体を洗った。
【0063】
次に、石英砂の入った乳鉢で菌体を破砕し、遠心分離(8000rpm、20分)後、上清を得た。その上清を、さらに遠心分離(18000rpm、1時間)し、再度、上清を得た。次に、その上清を遠心分離(40000rpm、3時間)して、沈殿を得た。
【0064】
次に、上記沈殿を塩化カリウムバッファーに溶解させて、その溶解液を、スクロース不連続密度勾配遠心分離(1.6Mスクロース、40000rpm、20時間)にかけた。そのスクロース不連続密度勾配遠心分離により得られた沈殿は、再度バッファーに溶解させた後、ピューロマイシンバッファーで反応させた。その反応の後、グリセロール不連続密度勾配遠心分離(25%(v/v)グリセロール、40000rpm、15時間)で沈殿を得ることにより、70Sリボソームの結晶化用サンプルを得た。なお、上記操作により、96リットルの培地から、70Sリボソームの結晶化用サンプルを、約300mg得た。
【0065】
次に、上記操作で得られた70Sリボソームの結晶化用サンプルにウイルス様粒子が混入しているかどうかを調べるために、その結晶化用サンプルを、さらに疎水性クロマトグラフィーにかけた。この疎水性クロマトグラフィーでは、高イオン強度下において、タンパク質の疎水結合が強くなることを利用している。具体的に言えば、まず、濃い硫酸アンモニウムの存在下において、タンパク質をカラムに吸着させる。そして、塩濃度が下降するように調製されている溶出グラジエントを用いて、タンパク質をカラムから溶出させる。
【0066】
次に、その疎水性クロマトグラフィーの方法について説明する。まず、上記方法により得たリボソーム結晶化用サンプルに、硫酸アンモニウム濃度を終濃度1.7Mになるまで加えた。次に、遠心分離(1000rpm、10分間)により、変性物を除去した。
【0067】
次に、担体TSKgel Butyl−トヨパール650(東ソー社製)を、カラム体積の2倍の平衡化バッファー300mlで平衡化した後、タンパク質溶液を吸着させた。そして、50ml平衡化バッファーで洗浄した後に、溶出バッファー150mlと平衡化バッファー150mlとの直線型濃度勾配(硫酸アンモニウム濃度1.5Mから0M)の逆相クロマトグラフィーによって溶出を行った。取得した溶出液は、フラクションコレクターにかけ、SDS−PAGEを行った。なお、分画サイズは、1本あたり5mlとした。
【0068】
上記平衡化バッファーの組成は、Tris−HCl pH7.5(20mM)、塩化アンモニウム(75mM)、塩化マグネシウム(30mM)、塩化カリウム(0.2M)、EDTA(エチレンジアミン四酢酸:ethylenediamine-N,N,N',N'-tetraacetic acid)(0.25mM)、メルカプトエタノール(5mM)、硫酸アンモニウム(1.5M)とした。上記溶出バッファーの組成は、Tris−HCl pH7.5(20mM)、塩化アンモニウム(75mM)、塩化マグネシウム(30mM)、塩化カリウム(0.2M)、EDTA(0.25mM)、メルカプトエタノール(5mM)とした。なお、濃度の単位である「M」は、mol/lを示すものとする。なお、上記「Tris」は、(トリスヒドロキシメチルアミノメタン:tris(hydroxymethyl)aminomethane)のことである。
【0069】
上記疎水性クロマトグラフィーにおける、溶出分画番号と吸光度との関係を示すグラフを図2に示す。また、溶出分画液をSDS−PAGEにかけたときの結果を、図3に示す。
【0070】
図3に示すように、溶出分画液をSDS−PAGEにかけたところ、ウイルス様粒子のコートプロテインと考えられる40kDaのメインバンドが先に現れ(分画番号54〜62)、後からリボソームのリボソームタンパク質と考えられる多数のバンド(分画番号70〜78)が続いている。このことは、疎水性カラムクロマトグラフィーの操作により、リボソームとウイルス様粒子が分離したことを示している。よって、ウイルス様粒子と考えられる分画番号54〜62のサンプルを濃縮し、カラムで分けたサンプルとした。
【0071】
(実施例2 ウイルス様粒子の形態)
実施例1における疎水性カラムクロマトグラフィーで分けた40kDaのサンプルが、結晶と同じウイルス様粒子である事を確認するために、以下の実験を行った。まず、結晶化前のサンプル、カラムクロマトグラフィーで分けたサンプル、結晶溶解液のサンプルの3つを用意し、SDS−PAGEと電子顕微鏡で確認をした。なお、結晶溶解液は、ハンギングドロップ蒸気拡散法により析出した結晶を、エッペンドルフチューブに集め、ガラス棒でつぶし、沈殿剤を抜いたバッファーで溶解したものである。
【0072】
上記3つのサンプルをSDS−PAGEで確認した結果を、図4に示す。なお、図4において、レーン1は分子量マーカー、レーン2は結晶化前のサンプル、レーン3は疎水性カラムクロマトグラフィーで分けたサンプル、レーン4は結晶溶解液の結果を示している。
【0073】
図4によれば、結晶化前のサンプル(レーン2)は、多数のリボソームタンパク質のバンドが確認できる。結晶溶解液(レーン4)は、カラムクロマトグラフィーで分離したサンプル(レーン3)と同様、ウイルス様粒子の殻タンパク質と考えられる40kDaのバンドが現れている。
【0074】
また、上記3つのサンプルの電子顕微鏡観察は、次のように行った。まず、3つのサンプルを10秒間電子顕微鏡用のマイクログリッドにのせ、過量のサンプルを紙で吸収した。次に、ネガティブ染色用の2%(w/v)の酢酸ウラニル溶液を、グリッドに1分間乗せた。この酢酸ウラニル溶液は、電子散乱能の強い重金属原子が試料の表面を被い、繊細な隙間に浸透する結果、微細構造が明瞭に染め出されるために加えている。過量の溶液を紙で吸収し風乾した後、グリッドを電子顕微鏡に取り付けて観察した。
【0075】
この電子顕微鏡による観察結果を、図5〜7に示す。なお、図5は結晶化前のサンプルの観察結果を、図6は疎水性カラムクロマトグラフィーで分けたサンプルの観察結果を、図7は結晶溶解液のサンプルの観察結果を示している。図5に示すように、結晶化前のサンプルでは、多数のリボソーム粒子を観察することができた。そして、一部、ウイルス様粒子も観察できた。それに対して、図6及び図7に示すように、カラムクロマトグラフィーで分けたサンプル及び結晶溶解液のサンプルの顕微鏡観察では、直径約30nmの粒子(ウイルス様粒子)を、多数観察できた。
【0076】
上記結果は、P.furiosusの培養から70Sリボソームを精製した結晶化前のサンプルを、さらに疎水性クロマトグラフィーにかけると、結晶化しなくともウイルス様粒子のみを精製することができることを示している。
【0077】
これらの実験結果から、結晶化前のサンプルには多量のリボソーム粒子の中に少量のウイルス様粒子が混入されており、結晶化すると、その少量のウイルス様粒子が結晶となって析出したことが理解できた。そもそも、タンパク質の結晶化はそのタンパク質が高純度に存在していなくては結晶化しないことが周知の事実として言われているが、今回の例では完全に異なる結果が得られたと言えよう。
【0078】
今回の例と同様に、リボソームの結晶化を目指し結晶を析出させたけれども、リボソーム自身ではなく他のタンパク質が結晶化したことを、以前にも確認していた。このように偶然の結晶化が起こった背景として、リボソームの親水性が高いという性質があると思われる。結晶化に使う沈殿剤であるPEG(ポリエチレングリコール)のようなタンパク質の溶解度を下げる役割を、リボソームが果たしていると考えられる。
【0079】
また、ウイルス様粒子の形態としては、X線構造解析の結果から、粒子の直径が約30nmということが判明していた。このウイルス様粒子を電子顕微鏡で見た結果、粒子直径は一致していたことが確認できた。
【0080】
現在、既存のウイルスは、細菌ウイルス(バクテリオファージ)、動物ウイルス、植物ウイルスの3つに分類できる。このウイルス様粒子が、P.furiosusを宿主として感染している成熟したウイルスと仮定すると、まず細菌ウイルスに分類できる。
【0081】
細菌ウイルスの形態は、頭部と尾部をもつ形態と尾部をもたない頭部をもつ形態があり、このウイルス様粒子は、電子顕微鏡で見る限り、尾部は存在せず、細菌ウイルスの分類でE型(Levivirus)を表す。図8に、細菌ウイルスの形態を示す。図8に示すように、細菌ウイルスの形態は、A型〜F型に分類することができ、E型はRNAを持つ。
【0082】
しかし、現在明らかにされているE型の他のバクテリオファージは、直径が25nm以下もので、全て殻タンパク質の分子量が約14000である(Bacteriological reviews 31 230-311(1967))。ウイルス様粒子の殻タンパク質の分子量は、40kDaと非常に大きい事から、この分類にあてはまらなく、発見したウイルス様粒子に特に類似したウイルスはないといえる。ただし、発明者が構造解析した上でモデル分子としたバクテリオファージHK97は、尾部をもつDNAウイルス(A型)で、頭部分が直径60nmと大きい粒子である。しかし、殻タンパク質の一つの構造や粒子の外殻部分が薄い特徴的な構造などは、バクテリオファージHK97とウイルス様粒子とは類似している。
【0083】
以上の事から、発明者が発見したウイルス様粒子は、形態上からでも既知のウイルスの分類にあてはまらず、真核生物に近いEuryarchaeotaの初めてのウイルスである可能性がある。このため、詳細な生化学的解明が必要であるので、まず、ウイルス様粒子を構成する殻タンパク質のアミノ酸配列を決定し、さらに、他種との相同性について比較を行った。
【0084】
(実施例3 殻タンパク質のアミノ酸配列の解析)
ウイルス様粒子の生化学的性質を検証するために、ウイルス様粒子を構成する殻タンパク質のアミノ酸配列の解析、さらにDNA塩基配列の解析を行った。
【0085】
4−1 アミノ酸配列における部分配列の決定
ウイルス様粒子の殻タンパク質と考えられる40kDaのタンパク質の生理機能を解析する上で必要となるものが、構造上の情報である。目的タンパク質の全アミノ酸配列と全塩基配列とを決定することによって、他種タンパク質との相同性をもとに生理機能を大まかに推測することができる。タンパク質の立体構造解析においても、得られた電子密度に目的タンパク質のアミノ酸側鎖構造を1残基ずつフィットさせるので、アミノ酸配列の情報は欠かせない情報である。
【0086】
実際にアミノ酸配列を決定するには、部分的なアミノ酸配列をまず決定し、その情報に基づいてcDNAをクローニングし、その塩基配列から全アミノ酸配列を演繹する方法が定法となっている。発明者はこの方法に従い、まず部分アミノ酸配列を決定するために、プロテインシークエンサーを使用したN末シーケンス法と質量分析器を使用したマススペクトル法とを行った。
【0087】
ここで、プロテインシークエンサーを用いたN末シーケンス法について、簡単に説明する。プロテインシークエンサーの原理は、タンパク質のN末端アミノ基にPITC(イソチオシアン酸フェニル:phenyl isothiocyanate)をカップリング反応させ、N末端アミノ酸をトリフルオロ酢酸で切り出すEdman分解を利用したものである。そして、順次、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分離同定し、この反応を繰り返すことでN末端からのアミノ酸配列(10〜20残基)が決定されるというものである。
【0088】
それでは、プロテインシークエンサーを用いたN末シーケンス法の操作について説明する。結晶の溶解液のSDS−PAGEを行った後、そのゲルと前処理したPVDF膜をろ紙にはさんで、セミブロッティング装置に取り付けた。次に、定電流(0.5mA/cm2)を60分間流して、タンパク質をPVDF膜に転写させた。次に、転写後のPVDF膜をCBB染色液で染色して、プロテインシークエンサーにセットし、解析を行った。なお、上記PVDF膜の「PVDF」とは、ポリビニリジンフルオライドのことである。
【0089】
上記部分アミノ酸配列の解析の結果、MLKIXPXLIXYDKPL(Xは解析不能)という、15残基中12残基のN末端の部分アミノ酸配列を同定することができた。図9は、5残基目(Xを含めると6残基目)のP(プロリン)が見つかったときの、N末シークエンス法によるHPLCの結果を示している。
【0090】
次に、質量分析法による部分配列の決定について説明する。具体的には、SDS−PAGEで分離した約40KDaのバンドを、質量分析法によって解析した。
【0091】
タンパク質やそのペプチドなどの正確な分子量を測定する質量分析は、アミノ酸配列の分析に利用することもできる。質量分析計は、VoygerTMElite XL(PerSeptive Biosystems社製)を用いた。試料をイオン化するイオン源には、レーザー照射によって励起されたマトリックス分子からのエネルギーによって二次元的にイオン化するMALDI法を取り入れた。質量分析には、TOFMSと呼ばれる飛行時間型を用いた。このTOFMSを用いることによって、準安定イオンを読み取り、アミノ酸配列の分析も可能にしている。
【0092】
操作は、まず、SDS−PAGEを行った後の目的タンパク質部分のゲルをメスで切り取り、洗浄した後、ジスルフィド結合を切断するため、還元アルキル化をした。そして、リシルエンドペプチダーゼによる酵素消化を行い、ゲル部分からトリフルオロ酢酸とアセトニトリル溶液とを用いて、消化ペプチドの抽出をして、脱塩した。得られた消化ペプチドサンプルをマトリックス分子の溶液と混合し、質量分析計にセットして、解析を行った。その解析結果を図10に示す。
【0093】
上記解析で得られたアミノ酸配列分析の結果は、種々のタンパク質のアミノ酸データベースで検索し、さらに解析値との詳細な検討を行った。この結果、特徴的な部分ペプチドが解析され、P.furiosusデータベース(http://www.genome.utah.edu/sequence.html)にある2つのタンパク質PF1191とPF1192に合致した(図11参照)。
【0094】
図11には、PF1192の96アミノ酸残基と、PF1191の261アミノ酸残基とを示している。そして、太字かつ斜体(図中「太斜」と記す)で示しさらに下線を引いている箇所は、N末シークエンス法で得られた結果及びマススペクトル法で得られた結果という両方の結果と、P.furiosusデータベースにあるアミノ酸残基とが一致した箇所を示している。また、太字で示す箇所は、マススペクトル法で得られた結果と、P.furiosusデータベースにあるアミノ酸残基とが一致した箇所を示している。
【0095】
データベースにあるPF1192のN末端配列(15アミノ酸残基)は、図11にあるように「MLSINPTLINRDKPY」である。一方、N末シークエンス法で得られた結果は、上記のように「MLKIXPXLIXYDKPL」である。これらを比較すれば、1〜2番目、4番目、6番目、8〜9番目、12〜14番目の計9残基が一致している。そして、一致していない6残基(3番目、5番目、7番目、10〜11番目及び15番目)については、N末シークエンス法で得られた結果について、若干、解釈にあいまいな点があった。そのため、HPLCの結果を考慮しつつ再度検討したところ、N末シークエンス法の結果は、HPLCの結果と矛盾しないデータであることが分かった。その結果、N末シークエンス法による結果及びマススペクトル法による結果は、一致すると結論づけた。このことから、ウイルス様粒子の殻タンパク質は、P.furiosusのPF1191及びPF1192のタンパク質であるという結果となった。
【0096】
この実験結果は、当初、解析上の誤りであると思われた。なぜなら、約40kDaのバンド部分を抽出したにもかかわらず、2つのタンパク質と合致したからである。
【0097】
しかしながら、下記に示す(1)(2)の理由により、単に誤った結果であるとは言い切れなかった。
(1)2つの96残基と261残基のタンパク質の予想分子量である約12kDa、28kDaを足し合わせると、目的の約40kDaになる。
(2)膨大な数のデータベースで見つかった2つのタンパク質は、DNAの配列上すぐ隣同士であった。
【0098】
上記(1)及び(2)の2点から推測すると、タンパク質が発現するRNAの翻訳過程で翻訳の誤りが起こり、この2つのタンパク質の中間にあたるRNAの1塩基が読みとばされ、この1つのタンパク質が生まれたという仮説が考えられた。そのため、さらに実験を続けた。
【0099】
(実施例4 DNA塩基配列及びアミノ酸配列の確定)
タンパク質の発現には、(I)DNAの複製、(II)RNAへの転写、(III)RNAからタンパク質への翻訳、という3つの過程がある。翻訳過程では、RNAの塩基配列が順に3つずつ読まれ、この塩基のトリプレットが1つのアミノ酸に対応し、タンパク質が合成される。したがって、タンパク質のアミノ酸配列は、遺伝子の塩基配列で決定される。さらに、遺伝子の塩基配列が決定できれば、アミノ酸配列は確定する。
【0100】
上記に、遺伝子の塩基配列が決定できればアミノ酸配列は確定する、と記載した。しかし、原理的には、どこから翻訳が始まるかによって、RNAの配列は3通りの読み枠で翻訳でき、3つのタンパク質が合成されることになる(図12参照)。このように、原理的には、3通りの読み枠とその読み枠による3つのタンパク質の合成とが考えられるけれども、ほとんどの場合、途中で終止コドンが入るなどの理由により、機能をもつタンパク質が合成できるのは1通りだけであると言われている。
【0101】
翻訳の過程を説明すれば、上記のようになる。しかし、翻訳の過程において何らかの原因で、RNAの1塩基を読みとばされる、又は1塩基を2回読むことが起きて、フレームシフトの現象が起こることもある。
【0102】
そこで、上記2つのタンパク質の間にあるRNA部分の1塩基が読みとばされたことによって、+1のフレームシフトの現象が起こっていると考えた(図13及び図14参照)。また、そのフレームシフトは、2つのタンパク質が重なる250〜290塩基あたりで起こっていると予測した。
【0103】
一方、データベースに保存されているデータに誤りがある、という可能性もある。そこで、P.furiosusのDNAの全塩基配列を確認した。具体的には、P.furiosusの菌からゲノムDNAを採取し、採取したゲノムDNAから目的部分の塩基配列を読むことにした(図15参照)。
【0104】
P.furiosusの菌からゲノムDNAを採取する操作は、次のように行った。まず、5mlの菌(P.furiosus)を集菌し、ProteinaseKが入ったDNA抽出バッファーで穏やかに混合した。次に、37℃で1時間インキュベート後、NaCl、CTAB/NaCl溶液を混合し、さらにインキュベート(65℃、10分間)した。次に、フェノール・クロロホルム処理をし、エタノールにより沈殿物(ゲノムDNA)を得た。なお、上記「CTAB」とは、cetyltrimethylammonium bromideの略である。
【0105】
次に、上記ゲノムDNAを用いて、部分DNAの増幅を行った。具体的には、フレームシフトがあると思われる部分の遺伝子を含むDNA断片を、PCR(Polymerase chain reaction)法により増幅した。
【0106】
ここで、PCR法の原理について、簡単に説明する。PCR法の原理は、下記の3段階からなるDNA合成反応を、繰り返して行うことにある。
(段階1)加熱して変性することにより、鋳型となるDNAを1本鎖にする。
(段階2)増幅したいDNA鎖の両端に相補的な2種類のオリゴヌクレオチドプライマー(以下、適宜「プライマー」と記す)を、反応系に過剰に加えた状態で温度を下げる。この操作により、プライマーが、鋳型のDNA鎖と相補的な部分と2本鎖を形成する。
(段階3)段階2の状態で合成基質のdNTP(デオキシリボヌクレオチド3リン酸)とDNAポリメラーゼとを作用させる。この操作により、プライマーが2本鎖を形成した部分から、DNAの相補鎖が合成される。
【0107】
なお、1サイクル目で合成されたDNAは、次の反応の鋳型となる。それゆえ、次のサイクル以降において、DNAは連鎖反応的に合成される。そして、30サイクルの反応後には、莫大なDNA分子が得られることとなる。
【0108】
次に、具体的な操作方法について説明する。まず、下記に示す反応液を混合した。次に、それをサーマルサイクラーにセットし、DNAを増幅させた。鋳型のDNAは、抽出したP.furiosusのゲノムDNAを用いた。プライマーは、データベース上にあるP.furiosusの塩基配列をもとに、得られるDNAがフレームシフト部分を含む約240塩基になるように作製した。なお、この反応(PCR)には、Takara TaqTM(宝酒造社製)を用いた。
【0109】
上記PCR反応における反応液の組成は、ゲノムDNA(1μl)、プライマー(1μl)、LATaq(1μl)、バッファー(5μl)、dNTP(5μl)、及びH2O(36μl)である。また、上記PCR反応に用いたプライマーを下記に示す。
(プライマー)
5' AAGGGAGGAGAAGGCTCACG 3'
3' TTCTCGTTACTGGCAAGTGC 5'
上記PCR反応における温度条件を、下記ステップ1〜5に示す。なお、PCR反応の温度条件は、ステップ1からスタートして、ステップ2〜4を30サイクル行った後、ステップ5に進んだ。
ステップ1 95℃(2分)
ステップ2 94℃(30秒)
ステップ3 55℃(1分)
ステップ4 72℃(2分)
ステップ5 72℃(10分)
上記の操作により得られたPCR産物は、0.7%アガロースゲルで電気泳動にかけられた。その結果を図16に示す。図16に示すように、目的部分である約230〜240塩基の部分を有するDNAの増幅を、電気泳動により確認した。
【0110】
次に、増幅したDNAの塩基配列の確認を行った。その確認には、DNAシークエンサーを用いた。DNAシークエンサーは、PCRで増殖した4色の蛍光で標識されたDNAフラグメントを、4色の波長で解析する。蛍光標識された目的のDNAフラグメントは、プライマーと蛍光試薬とを加え、PCRをすることにより作製される。本実施例では、BigDye-Terminator Cycle Sequencing kit(Applied Biosystems社製)を用い、DNAの塩基配列の確認を行った。
【0111】
DNAの塩基配列の確認をするためのPCRにおける反応液の組成は、Premix(4μl)、バッファー(4μl)、プライマー(3.2pmol)、鋳型DNA(300ng)である。また、そのPCRの反応条件(温度条件)は、下記のステップ1〜3(25サイクル)である。
ステップ1 96℃(20秒)
ステップ2 50℃(10秒)
ステップ3 60℃(4分)
次に、エタノールを用いた沈殿によって、PCR産物を得た。そしてTemplate Suppression Reagentを加えて95℃に2分間加熱した後、氷上で冷やした。そして、DNAシークエンサー(ABI PRISM(登録商標) 310 Gentetic Analyzer(Applied Biosystems社製))にセットして、解析を行った。
【0112】
上記確認により得られたDNAの塩基配列とデータベースにある塩基配列とを一塩基ずつ比較することにより、データベースの塩基配列の1つ(271番目の塩基「c」)が欠落していることを確認した(図17参照)。これは、データベースに格納されているP.furiosusの遺伝子のデータが、間違いであったことを示している。つまり、翻訳の途中でフレームシフトが行われているのではなく、データベースのデータの方が1塩基余分にあるため、本来なら1つのタンパク質が、データベース上では2つのタンパク質が存在するものとして解釈されていたのである(図18参照)。図18には、修正した塩基配列と対応するアミノ酸配列の一部とを記載している。なお、太字で示されている「TELKGGFEEV」は、P.furiosusデータベースにあるタンパク質PF1192を示している。また、太字かつ斜字で示されている「KELTGIEAH」は、P.furiosusデータベースにあるタンパク質PF1191を示している。
【0113】
上記のように、データベースのデータと実際のDNAの塩基配列との間には違いがあることが分かった。よって、プライマーの設計を変えて、殻タンパク質をコードする全1038塩基をクローニングし、塩基配列を確認した。
【0114】
なお、塩基配列の確認は、まず、P.furiosusのゲノムDNAからPCRで目的部分を増幅させて、目的部分の配列の増幅を電気泳動で確認した。そして、増幅させたものをベクター(pTA)に組み込んだ後、DNAの塩基配列を確認した。
【0115】
上記PCRの反応液は、ゲノムDNA(1μl)、バッファー(5μl)、プライマー(1μl)、dNTP(5μl)、LATaq(1μl)、Mgバッファー(5μl)である。上記PCRに用いた反応条件(温度条件)は、下記ステップ1〜5に示す。なお、そのPCR反応の反応条件は、ステップ1からスタートして、ステップ2〜4を30サイクル行った後、ステップ5に進んだ。
ステップ1 95℃(2分)
ステップ2 94℃(30秒)
ステップ3 56℃(1分)
ステップ4 72℃(2分)
ステップ5 72℃(10分)
また、上記PCR反応に用いたプライマーを下記に示す。
(プライマー)
N: 5' GATCCATATGCTCTCAATAAATCC 3'
C: 5' ATGCACATATGGCCGTGAAC 3'
また、上記のように、pTAベクターに組み込んだ後に、塩基配列を確認した。その塩基配列の確認(シーケンス)時におけるPCR反応は、DNAの長さが1000塩基を超えるため、プライマーは2つに分け、さらに、相補鎖の塩基配列の確認も行った。このプライマーの設計においては、pTAのベクターのインサート前後を、プライマーN及びCとした。そして、目的部分のおおよそ半分くらいに位置するDNAを、プライマーM1及びM2とした。つまり、プライマーN及びM1とプライマーC及びM2との計4つのプライマーを用いて、塩基配列の確認を行った。それらプライマーを下記に示す。
(プライマー)
N: 5’ GATCCATATGCTCTCAATAA 3’
C: 5’ ATGCACATATGGCCGTGAA 3’
M1: 5’ GAAGAAGAAATTCTATGTGG 3’
M2: 5’ CCACATAGAATTTCTTCTTC 3’
また、塩基配列の確認時におけるPCR反応の反応条件(温度条件)を、下記のステップ1〜ステップ3に示す。なお、このPCR反応の反応条件は、ステップ1〜3を25サイクル行った。
ステップ1 96℃(20秒)
ステップ2 50℃(10秒)
ステップ3 60℃(4分)
塩基配列の確認時におけるPCR反応の反応液は、DNAを組み込んだ環状DNA(4μl)、バッファー(4μl)、プライマー(4μl)、H2O(6μl)である。
【0116】
その結果、他の配列は、データベースと同様の配列であった。以上のことから、ウイルス様粒子の殻タンパク質の全塩基配列と全アミノ酸配列とを確定した。それら全塩基配列と全アミノ酸配列とを図19に示す。なお、ウイルス様粒子の殻タンパク質の全アミノ酸配列は、配列表の配列番号3にも示している。さらに、その殻タンパク質の全アミノ酸配列をコードする全塩基配列は、配列表の配列番号1にも示している。なお、配列番号2に示す配列は、配列番号1に示す塩基配列と配列番号3のアミノ酸配列とを併記した配列である。
【0117】
当初、ウイルス様粒子は、外来種由来のものであると考えていたので、アミノ酸配列、塩基配列のデータベースで合致するものがあればP.furiosusのデータベースではなく、他のウイルスのデータベースに合致することを想定していた。もしくは、まだ発見されていない新種のウイルスならば、データベースにも登録されていないはずで、検索合致はないであろうと考えていた。
【0118】
しかし、上記結果によれば、ウイルス様粒子の由来はP.furiosus自身の種にあることが判明した。これは、ウイルス様粒子を構成する殻タンパク質のアミノ酸配列が、P.furiosusの遺伝子上でコードされているという、新たな事実であった。すなわち、このウイルス様粒子は、もともとP.furiosus内で発現されている可能性がある。
【0119】
(実施例5 アミノ酸配列の相同性)
次に、このウイルス様粒子がどのような働きをもって宿主であるP.furiosusに存在しているのか、及び、ウイルス様粒子は他の生物種に存在するのかについて、決定したアミノ酸配列の相同性から検証した。
【0120】
相同性(ホモロジー)とは、共通の祖先遺伝子から種分化や遺伝子重複によって分岐してきた子孫遺伝子あるいはその産物に見られる類似性のことである。また、特定の塩基配列又はアミノ酸配列(問い合わせ配列)を、データベースに登録されている全ての配列と比較して類似配列を探すことを、ホモロジー検索という。そのホモロジー検索において、既知のタンパク質のアミノ酸配列との有意な類似性(約20%以上)が検出された場合には、同様の構造・機能を持つものと考えられる。
【0121】
まず、Web上のClustalW 配列解析(http://clustalw.genome.ad.jp)を用いて、構造の類似性があるバクテリオファージHK97殻タンパク質とのマルチプルアライメントを行うことにより、配列の解析を行った(Nucleic Acids Res 22 4673-4680.(1994)参照)。そして、40kDaのタンパク質(ウイルス様粒子を構成する殻タンパク質)のアミノ酸配列と類似したタンパク質があるかどうかを、FASTAデータベース(http://www.fasta.genome.ad.jp)を用いて調べた(Proc Natl Acad Sci U S A 85(8)2444-8(1988)参照)。
【0122】
上記マルチプルアライメントによる配列の解析によれば、バクテリオファージHK97との類似性は、19%であった。また、FASTAデータベースを用いた調査により見つかった類似性が高いと考えられるタンパク質は、次の表1に示す4つのタンパク質(表中の2番〜5番のタンパク質)、つまり類似性が20%以上のタンパク質である。
【0123】
【表1】

Figure 0003934066
【0124】
表1の2番及び3番に示すSulfolobus属のタンパク質では、アミノ酸配列の長さ(アミノ酸残基数)がほとんど変わらず(約340アミノ酸残基)、類似性は約30%であった。表1の4番及び5番に示すタンパク質は、同じPyrococcus属のタンパク質であり、タンパク質の長さが101残基と短いものの、50%以上という高い類似性を示した。なお、上記4種以外のタンパク質は、タンパク質の長さが異なり、類似性も20%を切るので、相同性があるとは言えないと判断した。
【0125】
図20には、表1の2番に示すSulfolobus tokodaii ST 0992のアミノ酸配列と、P.furiosusのアミノ酸配列との比較結果を示している。表1に示すように類似性は30%であるが、図20によれば、前半部分の類似性のほうが、後半部分の類似性よりも高いことが分かる。
【0126】
なお、図20と後述の図21とにおいて、相同性を示す記号として、「*」と「:」と「.」と「 」(空白)とを用いている。「*」は、生物種間において、完全にアミノ酸配列が保存されていることを示している。「:」は、生物種間において、性質が非常に近いアミノ酸残基間の変異が起きていることを示している。「.」は、生物種間において、性質が近いアミノ酸残基間の変異が起きていることを示している。「 」(空白)は、生物種間において、「:」及び「.」で表すことができない変異が起きていることを示している。
【0127】
バクテリオファージHK97の場合は、立体構造が類似している部分があるので、類似性は相当高いと予想された。しかし、実際は、表1に示すように、アミノ酸配列の類似性が19%とそれほど高くなかった。このことから、殻タンパク質は、それほど類似性がなくとも、ウイルス様粒子となる可能性が十分にあるということが推測される。
【0128】
相同性配列で見つかった4つのタンパク質(表1における番号2〜5のタンパク質)は、いずれも機能未知なタンパク質である。表1の番号2〜3に示すタンパク質の種であるSulfolobus属は、Crenarchaeota(古細菌のサブドメインの一つ)に分類される好酸性好熱菌で、100℃以上でも生育する超好熱菌ではなく、P.furiosusと近い関係ではない。しかし、この目的のタンパク質(表1の番号2〜3に示すタンパク質)の類似性は、全体の約30%の類似性をもつ。この数字は、表1に示すように、HK97の殻タンパク質との類似性より高い。さらに、表1の番号2〜3に示すタンパク質のアミノ酸残基数は、どちらも、発明者の解析したウイルス様粒子を構成する殻タンパク質のアミノ酸の数(345残基)に極めて近い。このことから、表1の番号2〜3に示すタンパク質は、P.furiosusの殻タンパク質と同じ機能・構造をもつタンパク質であることが推測され、この発明者の解析したウイルス様粒子が、Sulfolobus属にも存在する可能性もあるといえる。
【0129】
表1の番号4〜5に示すタンパク質の種であるPyrococcus abyssiとPyrococcus horikoshiiは、P.furiosusと同じPyrococcus属で、菌の生育条件も似ており、各々のタンパク質の類似性も非常に高い。この類似検索で見つかったタンパク質は、どちらも101残基であり、発明者の発見したウイルス様粒子を構成するタンパク質の345残基と異なっている。しかし、N末から前半約100残基の部分に限り、類似性が50%を超えているという結果であった。図21には、P.furiosusの殻タンパク質のアミノ酸配列と、Pyrococcus horikoshii PH1734のアミノ酸配列との相同性を示しており、53%の類似性があることが分かる。Pyrococcus属で後半約250残基の類似性の高い部分が存在しないことは、進化の過程上で何らかの原因で淘汰され、失われた可能性があるといえよう。
【0130】
また、解析したウイルス様粒子の立体構造の結果とこの相同性検索の結果とから、ウイルス様粒子を構成する殻タンパク質の前半部分と後半部分とが、まるで異なるタンパク質であるかのように、機能・構造が分離されていると考えられる。このように考えられるのは、次の理由による。
【0131】
(理由1:構造上の理由)ウイルス様粒子のモノマー構造において、ウイルス様粒子の殻部を構成している部分は、後半の約250残基だけであり、前半のN末から100残基ほどは、粒子の内部にありタンパク質構造がゆらいでいると考えられる。そのため、前半の100残基は電子密度図で確認できていない。図22は、ウイルス様粒子のモノマー構造を示しており、後半の250残基のリボン図で前半の100残基は確認できないことを示している。
【0132】
(理由2:相同性検索結果による理由)相同性の検索において、Sulfolobus属のタンパク質のアミノ酸配列との比較を注意深く見ると、前半100残基の配列の類似性が37%で、後半250残基の配列の類似性は20%であり、前半と後半との相同性が異なっている。さらに、P.abysii及びP.horikoshiiは、表1に記載したように、前半100残基の配列の類似性が50%を超えているけれども、後半250残基の類似配列はない。つまり、類似性からも、前半と後半とが分離されている。
【0133】
よって、後半の250残基部分が、ウイルス様粒子の殻部を構成している部分であって、前半の100残基部分は、ウイルス内部で核酸などを認識している機能部分である可能性が強い。このことから、同じPyrococcus属でも、P.furiosus由来のタンパク質だけがウイルス様粒子となり、前半100残基部分のタンパク質しかないP.abysii及びP.horikoshii由来のタンパク質では粒子とならないことが考えられる。
(実施例6 大腸菌を用いた発現系)
この熱安定のウイルス様粒子の応用として、大腸菌を用いた発現系を構築した。まず、発現ベクターとしてpET9及びpET11を、ホストとしてBL211(DE3)pLysS及びBL21(DE3)Codon+を用いて、ウイルス様粒子を構成するタンパク質を発現させた。次に、SDS−PAGEにより、目的タンパク質の発現を確認した。さらに、タンパク質を遠心分離により精製した。その精製は、まず、超音波により細胞を破砕後、加熱処理(80℃、1時間)を行った。次に、Sephadex200によるゲルろ過後、スクロース不連続密度勾配遠心分離(40−10%、20000rpm、10時間)により、タンパク質を精製した。そして、タンパク質の精製後、電子顕微鏡により、球殻構造の形成を確認した。
【0134】
なお、大腸菌を用いた発現系の条件下でも、球殻構造が形成していることを確認している。その条件とは、Tris-HCl(pH7.5)(20mM)、グリセロール(10%)、EDTA(5mM)、NaCl(100mM)である。
【0135】
このように、大腸菌を用いて殻タンパク質を発現することと、球殻構造が形成することとを確認した。これは、本発明の遺伝子及びタンパク質を用いれば、ウイルス様粒子(球状粒子)を大量に生産できるという可能性を示すものである。
【0136】
上記実施例1〜6により、次のことが言える。
(1)ウイルス様粒子は、直径30nmである。
(2)ウイルス様粒子は、超好熱菌P.furiosusの中に共生しながら存在している。
(3)ウイルス様粒子の殻タンパク質は、2つの機能、構造をもっている。
(4)大腸菌を用いた発現系により、球状構造を形成させることができる。
【0137】
また、相同性検索から、Sulfolobus属の2種で同様なウイルス様粒子が存在する可能性があり、同じPyrococcus属の中においては、P.furiosus由来のものだけがウイルス様粒子となることが予想される。そのため、ウイルス様粒子は、進化の上でも興味深い対象であることが分かった。
【0138】
【発明の効果】
本発明の遺伝子は、以上のように、球状粒子を構成するタンパク質をコードしている。それゆえ、この遺伝子により、球状粒子を構成するタンパク質を容易に合成して、さらに、そのタンパク質を利用して、ウイルス様粒子(球状粒子)を容易に製造することができる、という効果を奏する。
【0139】
また、本発明のタンパク質は、以上のように、集合することによって球状粒子を形成するタンパク質である。さらに、そのタンパク質をコードしている遺伝子は特定されている。それゆえ、球状粒子(ウイルス様粒子)の製造及び利用が容易になるという効果を奏する。
【0140】
また、本発明の球状粒子は、上記タンパク質を有することを特徴としている。それゆえ、上記タンパク質を集合させるといった方法により、容易に球状粒子を製造して利用することができるという効果を奏する。
【0141】
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
【図1】構造解析により得られた、ウイルス様粒子(球状粒子)の構造を示す模式図及び断面図である。
【図2】本発明の実施例の疎水性クロマトグラフィーにおける、溶出分画番号と吸光度との関係を示すグラフである。
【図3】本発明の実施例の疎水性クロマトグラフィーで得られた溶出分画液を、SDS−PAGEにかけたときの結果を示す模式図である。
【図4】結晶化前のサンプル、カラムクロマトグラフィーで分けたサンプル、及び結晶溶解液のサンプルの3つを、SDS−PAGEにかけたときの結果を示す模式図である。
【図5】結晶化前のサンプルの観察結果を示す電子顕微鏡写真である。
【図6】疎水性カラムクロマトグラフィーで分けたサンプルの観察結果を示す電子顕微鏡写真である。
【図7】結晶溶解液のサンプルの観察結果を示す電子顕微鏡写真である。
【図8】細菌ウイルスの形態を説明する説明図である。
【図9】部分アミノ酸配列の解析の結果、5残基目のP(プロリン)が見つかったときの、N末シークエンス法のHPLCの結果を示す模式図である。
【図10】SDS−PAGEを行った後の目的タンパク質を、質量分析計で解析した結果を示す模式図である。
【図11】 P.furiosusデータベースで見つかったタンパク質(PF1191及びPF1192)のアミノ酸配列を示す模式図である。
【図12】タンパク質合成における可能な3通りの読み枠を示す模式図である。
【図13】本発明の実施例において、データベースのデータ及び解析結果をもとに、目的部分の塩基配列と対応するアミノ酸配列とを示した模式図である。
【図14】図13の続きを示す模式図である。
【図15】 P.furiosusのゲノムDNAからPCRで目的DNAを増幅させ、目的アミノ酸配列を読むことを示す模式図である。
【図16】データベース上にあるP.furiosusの塩基配列をもとに、得られるDNAがフレームシフト部分を含む約240塩基になるように作製したプライマーと、P.furiosusのゲノムDNAとを用いてPCRを行い、そのPCR産物を電気泳動にかけたときの結果を示す模式図である。
【図17】解析により得られたDNAの塩基配列と、データベースにある塩基配列とを一塩基ずつ比較したときの結果を示す模式図である。
【図18】修正した塩基配列と対応するアミノ酸配列の一部とを併記して、2つのタンパク質(PF1191及びPF1192)がつながることを説明する説明図である。
【図19】修正した1038塩基の全塩基配列と、それに対応する345残基の全アミノ酸配列とを示す図である。
【図20】 Sulfolobus tokodaii ST 0992のアミノ酸配列とP.furiosusのアミノ酸配列との相同性を示す模式図である。
【図21】 P.furiosusの殻タンパク質のアミノ酸配列と、Pyrococcus horikoshii PH1734のアミノ酸配列との相同性を示す模式図である。
【図22】ウイルス様粒子のモノマー構造(ウイルス様粒子の殻タンパク質の構造)を示す立体構造図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel protein constituting a spherical particle (virus-like particle) and a novel gene encoding the protein.
[0002]
[Prior art]
There are roughly three living worlds on the earth: Eukarya (Eukaryotes), Bacteria (Archaea) and Archea (Archaea), and mammals including humans are at the apex of eukaryotes.
[0003]
Although archaea were classified as eubacteria until about 20 years ago due to their similar appearance, as a result of structural analysis of genes, they were recognized as organisms that are different from eubacteria, and are intermediate between eubacteria and eukaryotes. Was positioned. It is characterized by being in a special environment and grows at very high temperatures and very high salt concentrations. The conditions that make it easy for us to live are those that have adequate temperature, air, sunlight, water, food, etc., but those that do not have such appropriate temperature, air, sunlight, water, food, etc. This is the condition for the growth of bacteria.
[0004]
Archaea are divided into subdomains of Euryarchaeota close to eukaryotes and Crenarchaeota close to eubacteria. Archaeal Pyrococcus is a hyperthermophilic bacterium classified as Euryarchaeota. Pyrococcus furiosus (hereinafter referred to as “P.furiosus” where appropriate) was found in the extreme environment of a sulfurous volcano. It is an anaerobic bacterium that grows in a state of low oxygen, and is a hyperthermophilic bacterium that grows at a high temperature of 70 ° C. to 103 ° C. and a high pH (see Non-Patent Document 1).
[0005]
Many researches have been made on the hyperthermophilic bacterium P. furiosus with this unique heat-resistant mechanism as a research target. Factors of the heat-resistant mechanism understood to date are (1) the fact that DNA (deoxyribonucleic acid) is hardly destroyed in the extreme environment and the chromosome is completely maintained, and (2) the DNA repair enzyme is involved. It is said that the DNA repair system of the system is capable (see Non-Patent Document 2).
[0006]
Also, as an application, since hyperthermophilic bacteria are heat-resistant, the protein is also heat-stable, hardly denatured and easily crystallized, and is said to be advantageous for protein experiments. In addition, DNA polymerase derived from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus is widely used industrially, such as being mass-produced for use in the Polymerase chain reaction (PCR) method (see Non-Patent Document 3). .
[0007]
By the way, thanks to the rapid development of biological science in recent years, proteins with important functions related to enzyme reactions, molecular recognition processes and catalytic processes essential for life activities can be analyzed at the atomic resolution by X-ray crystal structure analysis. It is possible to study.
[0008]
The inventor of the present application has been studying the elucidation of the protein synthesis mechanism by the supramolecular complex ribosome, and has also performed an atomic structure analysis of the 70S ribosome derived from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus, which is important in the research. . Then, 70S ribosome of high purity was extracted from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus, and further a crystal thought to be 70S ribosome was obtained, and X-ray crystal structure analysis of the crystal was performed. The crystallization conditions at that time are shown below.
(Crystallization conditions)
Method Hanging drop vapor diffusion method
Buffer 20 mM Tris-HCl
Protein 40-60mg / ml
Precipitant MPD
Precipitant concentration in crystallization drop 0.5% (w / v)
Precipitant concentration in the crystallization reservoir 16% (w / v)
Temperature 25 ° C
However, during the analysis, the presence of a shell structure not found in the 70S ribosome was confirmed in the crystal structure, and the crystal structure was found to be a virus-like particle having a shell structure. This indicates that the crystals were not 70S ribosome crystals but virus-like particle crystals.
[0009]
The above results were completely unexpected for the inventors. The 70S ribosome sample for crystallization was from the 70S ribosome as a result of SDS-PAGE and activity measurement, but it was virus-like particles that were crystallized. In addition, “SDS” of SDS-PAGE means sodium dodecyl sulfate (dodecyl sulfate, sodium salt). In addition, “PAGE” in SDS-PAGE is polyacrylamide gel electrophoresis.
[0010]
As described above, 70S ribosome crystals were not obtained. However, this unexpected virus-like particle derived from hyperthermophilic bacteria has an interesting point as a research object. One is that there are no reports of Euryarchaeota virus close to eukaryotes, and of course, its structure and function are not known at all (see Non-Patent Document 4). In addition, the inventors proceeded with the structural analysis of this virus-like particle and determined the structure by the heavy atom isomorphous substitution method. As a result, the above virus-like particle is a spherical particle with a diameter of about 30 nm having 180 = shell protein and T = 3 icosahedral symmetry, and about 250 residues from the C-terminal of the shell protein are virus-like particles. I confirmed that I was involved in the skeleton. Moreover, it has confirmed that the whole structure was similar to the structure of Capsid of bacteriophage HK97 (refer nonpatent literature 5).
[0011]
[Non-Patent Document 1]
J Biol Chem 264 (9) 5070-9 (1989)
[0012]
[Non-Patent Document 2]
J Bacteriol 177 (21) 6316-8 (1995)
[0013]
[Non-Patent Document 3]
Gene 108 (1) 1-6 (1991)
[0014]
[Non-Patent Document 4]
FEMS Microbiology Reviews 18 225-236 (1996)
[0015]
[Non-Patent Document 5]
Science 289 2129-2133 (2000)
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, with regard to the above virus-like particles, for example, the biochemical properties of virus-like particles are hardly known other than the above, and it is extremely difficult to use virus-like particles (spherical particles). There is a point. The virus-like particles can be used, for example, for drug delivery systems (DDS) by packing drugs, genes, etc. inside virus-like particles having a heat-stable structure. Can be mentioned.
[0017]
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and its purpose is to elucidate the biochemical properties of virus-like particles (spherical particles) and to facilitate the use of the spherical particles. It is to provide a gene and a protein necessary for the preparation, and to provide spherical particles obtained by using these genes and the like.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the present inventor has intensively studied the virus-like particles. First of all, we clarified why virus-like particles existed in hyperthermophilic bacteria, and investigated what kind of function virus-like particles have. Then, it was examined whether or not virus-like particles were present in the 70S ribosome sample for crystallization, and further, whether or not nucleic acids were contained inside the virus-like particles was examined. Furthermore, the analysis of the amino acid sequence of the protein considered to be the shell protein of the virus-like particle and the analysis of the DNA base sequence were performed, and the similarity search of various species was examined. As a result, the present inventor has determined the amino acid sequence of the shell protein and the base sequence of the gene encoding the protein, and has completed the present invention.
[0019]
The gene of the present invention encodes any one of the following proteins (a) to (c).
(A) a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3;
(B) The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 has an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and aggregates to form a spherical particle protein.
(C) A protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 and forming a spherical particle by assembling.
[0020]
The protein (a) is a shell protein that constitutes spherical particles (virus-like particles) derived from P. furiosus. The spherical particles (virus-like particles) are particles derived from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus and are spherical shell structures (PfV) having regular icosahedral symmetry. The spherical particles have a diameter of 30.5 nm to 36.3 nm (305 to 363 angstroms) as shown in FIG. The spherical particles are particles obtained by associating 180 single polypeptide chains (the protein of (a) above) with non-covalent bonds. And this spherical particle exists stably also in high temperature conditions, such as 90 to 100 degreeC so that the origin called hyperthermophilic P.furiosus may show. Further, the spherical particles have a function of allowing molecules present in the particles, such as RNA (ribonucleic acid), to exist stably even under the high temperature conditions.
[0021]
As described above, the spherical particles are stable under high-temperature conditions, and have a function of allowing molecules present in the particles to exist stably. Therefore, for example, by packing drugs, genes, and the like inside the spherical particles, use of the spherical particles in a drug delivery system (Drug Delivery System: DDS) can be expected.
[0022]
The gene of the present invention is a novel gene encoding the shell protein. As a result, a gene for facilitating the use of spherical particles (virus-like particles) can be provided.
[0023]
In addition, examples of the gene according to the present invention include the following genes (A) to (F). Use of these genes facilitates the use of spherical particles (virus-like particles).
(A) A gene having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
(B) Of the base sequence described in SEQ ID NO: 1, one or several bases have a base sequence substituted, deleted, inserted, and / or added, and form a spherical particle by assembling. A gene characterized by encoding a protein.
(C) The gene according to (B), wherein the protein has the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 3.
(D) The protein has an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. The gene according to (B).
(E) A gene having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4 and encoding a protein that forms a spherical particle by assembling.
(F) Of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4, one or several bases have a base sequence substituted, deleted, inserted and / or added, and form spherical particles by assembling. A gene characterized by encoding a protein.
[0024]
Note that “one or several bases are substituted, deleted, inserted, and / or added” means that the number of bases that are possible by a known DNA recombination technique, a point mutation introduction method, etc. Means a substitution, deletion, insertion, and / or addition. In addition, “one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added” is as many as possible by a known mutant protein production method such as site-directed mutagenesis. It means that (preferably 10 or less, more preferably 7 or less, more preferably 5 or less) amino acids have been substituted, deleted, inserted and / or added.
[0025]
By the way, “gene” of the present invention includes DNA and RNA. The DNA referred to herein includes, of course, DNA (for example, cDNA (complementary DNA), genomic DNA, etc.) obtained by cloning, chemical synthesis techniques, or a combination thereof. The DNA may be double-stranded or single-stranded, and the single-stranded DNA may be a coding DNA that serves as a sense strand or an anti-coding strand that serves as an antisense strand. This antisense strand can be used for probes and the like.
[0026]
Furthermore, the “gene” of the present invention includes sequences such as untranslated region (UTR) sequences and vector sequences (including expression vector sequences) in addition to the sequences encoding the proteins (a) to (c) above. It may be a thing.
[0027]
As described above, a sequence listing may be used in describing the gene of the present invention. In the sequence table, the base sequence of DNA is shown for convenience of explanation. However, when the gene of the present invention refers to RNA, the base “T (thymine)” shown in the sequence listing is interpreted as “U (uracil)”.
[0028]
The protein of the present invention is characterized by having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3. This protein is a shell protein constituting spherical particles (virus-like particles) derived from P. furiosus. The amino acid sequence of this protein is the amino acid sequence determined by the present inventors for the first time. This will be described in detail in the examples shown below. As described above, the gene encoding the protein of the present invention is a novel gene identified by the present inventors.
[0029]
As a result, it is possible to provide a protein that elucidates the biochemical properties of the virus-like particles and facilitates the utilization of the virus-like particles (spherical particles).
[0030]
Furthermore, examples of the protein according to the present invention include the following (i) to (ii). (i) The amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 has an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and aggregates to form a spherical particle Protein characterized by this.
(ii) A protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 and forming a spherical particle by assembling.
[0031]
The protein (ii) is a protein consisting of 245 amino acid residues excluding the first 100 residues of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. This part consisting of 245 amino acid residues is the part constituting the shell of spherical particles. Therefore, a protein having a portion consisting of 245 amino acid residues is very likely to constitute a spherical particle. The above protein consisting of 245 (about 250) amino acid residues excluding the first 100 residues will be described in detail in Examples below.
[0032]
The protein according to the present invention mainly refers to a protein isolated and purified from cells or the like. However, the protein according to the present invention may be in a state where a gene encoding the protein is introduced into a host cell and the protein is expressed in the cell. Furthermore, the protein according to the present invention may contain an additional polypeptide. Examples of the protein containing an additional polypeptide include proteins labeled with epitopes such as HA, Myc, and flag.
[0033]
The spherical particles of the present invention are characterized by having the protein described above.
[0034]
As described above, the proteins constituting the spherical particles of the present invention aggregate to form spherical particles (spherical shell structure: PfV). Furthermore, the inventor has specified a gene encoding the protein. Therefore, spherical particles having heat resistance can be easily obtained.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described as follows. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A various change is possible within the scope of the present invention.
[0036]
(1) About the gene of this embodiment
The gene in this Embodiment is demonstrated. The gene of the present embodiment is a gene derived from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus and encodes a protein constituting a spherical particle (virus-like particle).
[0037]
Examples of the base sequence of the gene in the present embodiment are shown in SEQ ID NOS: 1 and 4. The gene having the base sequence of SEQ ID NO: 1 encodes a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. A combination of the base sequence of SEQ ID NO: 1 and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is shown in SEQ ID NO: 2.
[0038]
The gene having the base sequence of SEQ ID NO: 4 encodes a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6. A combination of the base sequence of SEQ ID NO: 4 and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 is shown in SEQ ID NO: 5.
[0039]
Next, a method for obtaining a gene in the present embodiment will be described. The method for obtaining the gene of the present embodiment is not particularly limited. For example, it is stored in the P.furiosus database (http://www.genome.utah.edu/sequence.html) and the nucleotide sequence data described in the sequence listing (SEQ ID NOs: 1-2 and 4-5). The DNA fragment containing the gene of this embodiment can be isolated and cloned by various methods based on the data of the nucleotide sequence present.
[0040]
Specifically, the gene of the present embodiment can be easily obtained by using amplification means such as PCR. First, the DNA sequence described in the sequence listing is compared with the data stored in the P. furiosus database, so that the region encoding the protein to be obtained is amplified. Primers are prepared from the sequence of the untranslated region (or its complementary sequence). Next, when PCR is performed using these primers and P. furiosus DNA (genomic DNA, cDNA, etc.) as a template, the DNA sandwiched between the two primers is amplified. Thereby, a large amount of DNA fragments containing the gene of the present embodiment can be obtained.
[0041]
In addition, as a method for obtaining a base sequence in which one or several bases are substituted, deleted, inserted, and / or added in the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 4, for example, a site Specific mutagenesis (Hashimoto-Gotoh, Gene 152, 271-275 (1995), etc.), mutation by transposon insertion, PCR method and the like can be mentioned.
[0042]
(2) Proteins and spherical particles of this embodiment
The protein of the present embodiment is a shell protein constituting a spherical particle (virus-like particle). In addition, the spherical particle of the present embodiment is a particle formed by associating 180 single polypeptide chains (that is, the protein of the present embodiment) with a non-covalent bond.
[0043]
Next, the protein acquisition method in the present embodiment will be described. The method for obtaining a protein in the present embodiment is not particularly limited. For example, first, the gene of the present embodiment is incorporated into a host by a well-known method. In addition, as a host said here, microorganisms (E. coli, yeast, etc.), an animal cell, etc. are mentioned, for example. Next, the protein of the present embodiment can be easily obtained by expressing the incorporated gene and obtaining and purifying the protein encoded by the gene.
[0044]
In addition, when the gene of the present embodiment is incorporated into a host, a promoter sequence is appropriately selected according to the type of host cell in order to reliably express the gene, and this and the gene according to the present invention can be used for various plasmids, etc. What has been incorporated into may be used as an expression vector.
[0045]
Further, the method of introducing the expression vector into the host cell, that is, the transformation method is not particularly limited, and a conventionally known method such as electroporation, calcium phosphate method, liposome method, DEAE dextran method is preferably used. Can do.
[0046]
Various markers may be used to confirm whether or not the gene of the present embodiment has been introduced into the host cell, and whether or not the gene is surely expressed in the host cell. For example, a gene deleted in the host cell is used as a marker, and a plasmid or the like containing this marker and the gene of this embodiment is introduced into the host cell as an expression vector. Thus, the introduction of the gene of the present embodiment can be confirmed from the expression of the marker gene. Alternatively, the protein according to the present invention may be expressed as a fusion protein. For example, the green fluorescent protein GFP (Green Fluorescent Protein) derived from Aequorea jellyfish may be used as a marker, and the protein according to the present invention may be expressed as a GFP fusion protein. Good.
[0047]
As described above, when a foreign gene is introduced into a host, there are various expression vectors and hosts that incorporate a promoter that functions in the host in the recombination region of the foreign gene. Should be selected. The method for extracting the produced protein varies depending on the host used and the nature of the protein, but the target protein can be purified relatively easily by using, for example, a tag.
[0048]
Further, the method for producing the mutant protein is not particularly limited. For example, a site-directed mutagenesis method (Hashimoto-Gotoh, Gene 152, 271-275 (1995), etc.), a PCR method or the like may be used to introduce a point mutation into a base sequence to produce a mutant protein. Alternatively, a well-known mutant protein production method such as a mutant strain production method by inserting a transposon may be used. Thus, a mutant protein can be easily produced by modifying the base sequence of the gene obtained by the above-described method so that one or more bases are substituted, deleted, inserted, and / or added. can do. Furthermore, a commercially available kit (for example, QuikChange Site-Directed Mutagenesis Kit manufactured by Stratagene) may be used for the production of the mutant protein.
[0049]
Furthermore, an antibody can be prepared using the protein of the present invention or a partial peptide thereof as an antigen. The method for producing the antibody is not particularly limited, and a polyclonal antibody or a monoclonal antibody may be produced by a known method. Known methods include, for example, the literature (Harlow et al., “Antibodies: A laboratory manual (Cold Spring Harbor Laboratory, New York (1988)), Iwasaki et al.,“ Monoclonal antibody hybridoma and ELISA, Kodansha (1991) ””. The antibody prepared in this way is effective for detecting the protein of the present invention.
[0050]
(3) About the spherical particles of the present embodiment
The spherical particles of the present embodiment are particles derived from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus and are composed of the above protein.
[0051]
Next, a method for obtaining spherical particles in the present embodiment will be described. As will be described in detail in the following Examples, spherical particles can be obtained by culturing P. furiosus, disrupting the cells, and centrifuging and hydrophobic chromatography.
[0052]
The acquisition method is a method by culturing P. furiosus. However, spherical particles can also be obtained by synthesizing proteins using the genes of this embodiment and assembling the synthesized proteins. For example, if the protein of this embodiment is synthesized by a large-scale expression system using Escherichia coli or the like, a higher-order structure can be easily formed by self-association.
[0053]
(4) Usefulness
The gene, protein, and spherical particle of the present embodiment are particles derived from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus. Moreover, the spherical particles of the present embodiment can be manufactured by assembling 180 proteins (protein particles) of the present embodiment.
[0054]
As can be seen from the fact that it is derived from the hyperthermophilic bacterium P. furiosus, the spherical particles (spherical shell structure: PfV) of the present embodiment exist stably even under high temperature conditions such as 90 ° C. to 100 ° C. Further, the spherical particles have a function of allowing molecules existing in the particles, such as RNA, to stably exist even under the high temperature conditions.
[0055]
For example, the spherical particles of the present embodiment can be used as a base material for DDS (drug delivery system) by packing drugs, genes, and the like inside the spherical particles. Further, the use of the spherical particles in the present embodiment includes, for example, use as a heat-resistant capsule that stably stores the material packed inside the spherical particles under high temperature conditions, use as a cage compound, and the like. . And if the function which protects the molecule | numerator which exists in the particle | grains of a spherical particle from a heat | fever is utilized, the application to the protector of the molecule | numerator of a nano level magnitude | size is also considered.
[0056]
In the use for the DDS or the storage capsule, the spherical particles are constituted by non-covalent bonds of a plurality of proteins, which can be a factor for increasing the utility value of the spherical particles. For example, it is considered that spherical particles can be easily dissociated under appropriate conditions (for example, conditions where the salt concentration is increased).
[0057]
Further, based on the three-dimensional structure of the spherical particles in the present embodiment, for example, it is easy to confine the target molecule inside the spherical particle by specifically binding the molecule to an arbitrary region of the polypeptide chain. It is believed that there is. Furthermore, by appropriately modifying the outside of the spherical particles, the properties of the entire particles can be easily controlled. The fact that the role difference between the first half 100 residues and the second half about 250 residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is known is that the use of spherical particles is considered based on the three-dimensional structure as described above. This is valuable information. In addition, since the addition of an epitope or a specific binding function is also possible, it is thought that the spherical particle of this Embodiment can be utilized for various uses.
[0058]
Furthermore, since the gene encoding the protein of the present embodiment has been specified, it is easy to alter or modify the protein constituting the spherical particle. That is, it is also easy to use the modified or modified protein. Furthermore, it is easy to control the function in a three-dimensional structure-specific manner by mutating or modifying amino acids at specific sites.
[0059]
Unlike similar structures using conventional synthetic polymers, spherical particles using polypeptide chains have specific interactions between subunits, formed spherical shell structures, or between target molecules. It is high and its utility value is considered high.
[0060]
【Example】
Examples of the present invention are shown below. In addition, this invention is not limited to the following Example, A various change is possible within the scope of the present invention.
[0061]
(Example 1 Separation and purification of virus-like particles)
First, in order to verify whether the virus-like particles found in the crystal structure exist in the ribosome sample before crystallization, the above sample was further purified to try to separate the ribosome and virus-like particles. .
[0062]
A sample for crystallization of P. furiosus-derived 70S ribosome was obtained and purified as follows. First, P. furiosus was cultured. P. furiosus is cultured at 98 ° C. D. Bacteria were collected when (550 nm) was about 0.7. Thereafter, the cells were washed with a washing solution.
[0063]
Next, the cells were crushed with a mortar containing quartz sand, and centrifuged (8000 rpm, 20 minutes) to obtain a supernatant. The supernatant was further centrifuged (18000 rpm, 1 hour) to obtain a supernatant again. Next, the supernatant was centrifuged (40000 rpm, 3 hours) to obtain a precipitate.
[0064]
Next, the precipitate was dissolved in a potassium chloride buffer, and the lysate was subjected to sucrose discontinuous density gradient centrifugation (1.6 M sucrose, 40000 rpm, 20 hours). The precipitate obtained by the sucrose discontinuous density gradient centrifugation was dissolved again in the buffer and then reacted with puromycin buffer. After the reaction, a sample for crystallization of 70S ribosome was obtained by obtaining a precipitate by glycerol discontinuous density gradient centrifugation (25% (v / v) glycerol, 40000 rpm, 15 hours). By the above operation, about 300 mg of a sample for crystallization of 70S ribosome was obtained from 96 liters of medium.
[0065]
Next, in order to examine whether or not virus-like particles were mixed in the sample for crystallization of 70S ribosome obtained by the above operation, the sample for crystallization was further subjected to hydrophobic chromatography. This hydrophobic chromatography utilizes the fact that the hydrophobic bond of a protein becomes strong under high ionic strength. Specifically, the protein is first adsorbed onto the column in the presence of concentrated ammonium sulfate. Then, the protein is eluted from the column using an elution gradient prepared so that the salt concentration decreases.
[0066]
Next, the hydrophobic chromatography method will be described. First, the ammonium sulfate concentration was added to the final concentration of 1.7 M to the ribosome crystallization sample obtained by the above method. Next, the denatured product was removed by centrifugation (1000 rpm, 10 minutes).
[0067]
Next, the carrier TSKgel Butyl-Toyopearl 650 (manufactured by Tosoh Corporation) was equilibrated with 300 ml of equilibration buffer twice the column volume, and then the protein solution was adsorbed. Then, after washing with 50 ml equilibration buffer, elution was performed by reverse phase chromatography with a linear concentration gradient (ammonium sulfate concentration 1.5 M to 0 M) of 150 ml elution buffer and 150 ml equilibration buffer. The obtained eluate was applied to a fraction collector and subjected to SDS-PAGE. The fraction size was 5 ml per bottle.
[0068]
The composition of the equilibration buffer was Tris-HCl pH 7.5 (20 mM), ammonium chloride (75 mM), magnesium chloride (30 mM), potassium chloride (0.2 M), EDTA (ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid) (0.25 mM), mercaptoethanol (5 mM), and ammonium sulfate (1.5 M). The composition of the elution buffer was Tris-HCl pH 7.5 (20 mM), ammonium chloride (75 mM), magnesium chloride (30 mM), potassium chloride (0.2 M), EDTA (0.25 mM), mercaptoethanol (5 mM) did. Note that “M” which is a unit of concentration indicates mol / l. The above “Tris” means (tris (hydroxymethyl) aminomethane).
[0069]
A graph showing the relationship between the elution fraction number and the absorbance in the hydrophobic chromatography is shown in FIG. In addition, FIG. 3 shows the results when the eluted fraction was subjected to SDS-PAGE.
[0070]
As shown in FIG. 3, when the elution fraction was subjected to SDS-PAGE, a 40 kDa main band considered to be a coat protein of virus-like particles appeared first (fraction Nos. 54 to 62), and later ribosomal ribosomes. A number of bands (fraction numbers 70-78) that are considered proteins are followed. This indicates that ribosome and virus-like particles were separated by hydrophobic column chromatography. Therefore, the samples of fraction numbers 54 to 62 considered to be virus-like particles were concentrated and used as samples separated by columns.
[0071]
(Example 2 Form of virus-like particles)
In order to confirm that the 40 kDa sample separated by hydrophobic column chromatography in Example 1 was the same virus-like particle as the crystal, the following experiment was conducted. First, a sample before crystallization, a sample separated by column chromatography, and a sample of a crystal solution were prepared, and confirmed by SDS-PAGE and an electron microscope. The crystal solution is a solution in which crystals precipitated by the hanging drop vapor diffusion method are collected in an Eppendorf tube, crushed with a glass rod, and dissolved in a buffer from which the precipitant has been removed.
[0072]
The results of confirming the above three samples by SDS-PAGE are shown in FIG. In FIG. 4, lane 1 shows the molecular weight marker, lane 2 shows the sample before crystallization, lane 3 shows the sample separated by hydrophobic column chromatography, and lane 4 shows the result of the crystal solution.
[0073]
According to FIG. 4, a large number of ribosomal protein bands can be confirmed in the sample before crystallization (lane 2). In the crystal lysate (lane 4), a 40 kDa band that appears to be a shell protein of virus-like particles appears, as in the sample separated by column chromatography (lane 3).
[0074]
Moreover, the electron microscope observation of the three samples was performed as follows. First, three samples were placed on a microgrid for an electron microscope for 10 seconds, and an excessive amount of sample was absorbed with paper. Next, a 2% (w / v) uranyl acetate solution for negative staining was placed on the grid for 1 minute. This uranyl acetate solution is added because a fine structure is clearly dyed as a result of heavy metal atoms having a strong electron scattering ability covering the surface of the sample and penetrating into the fine gaps. An excess amount of the solution was absorbed with paper and air-dried, and the grid was attached to an electron microscope and observed.
[0075]
The observation result by this electron microscope is shown in FIGS. 5 shows the observation result of the sample before crystallization, FIG. 6 shows the observation result of the sample separated by hydrophobic column chromatography, and FIG. 7 shows the observation result of the sample of the crystal solution. As shown in FIG. 5, many ribosome particles could be observed in the sample before crystallization. And some virus-like particles could be observed. On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 7, in the microscopic observation of the sample separated by column chromatography and the sample of the crystal lysate, many particles (virus-like particles) having a diameter of about 30 nm could be observed.
[0076]
The above results indicate that when the sample before crystallization obtained by purifying 70S ribosome from P. furiosus culture is further subjected to hydrophobic chromatography, only virus-like particles can be purified without crystallization.
[0077]
From these experimental results, it can be seen that a small amount of virus-like particles are mixed in a large amount of ribosome particles in the sample before crystallization, and the small amount of virus-like particles precipitated as crystals when crystallized. I understand. In the first place, it is said as a well-known fact that protein crystallization does not crystallize unless the protein is present in high purity, but it can be said that completely different results were obtained in this example.
[0078]
Similar to this example, crystals were deposited aiming to crystallize the ribosome, but it was confirmed before that other proteins were crystallized instead of the ribosome itself. As a background to this accidental crystallization, the ribosome has a high hydrophilicity. The ribosome is thought to play a role in reducing the solubility of proteins such as PEG (polyethylene glycol), which is a precipitant used for crystallization.
[0079]
Moreover, as a form of virus-like particle | grains, it turned out that the diameter of particle | grains is about 30 nm from the result of X-ray structural analysis. As a result of viewing the virus-like particles with an electron microscope, it was confirmed that the particle diameters were consistent.
[0080]
Currently, existing viruses can be classified into three categories: bacterial viruses (bacteriophages), animal viruses, and plant viruses. Assuming that this virus-like particle is a mature virus infected with P. furiosus as a host, it can first be classified as a bacterial virus.
[0081]
There are two types of bacterial viruses: one with a head and tail and one without a tail. This virus-like particle does not have a tail as seen with an electron microscope. Represents type E (Levivirus). FIG. 8 shows the form of the bacterial virus. As shown in FIG. 8, bacterial virus forms can be classified into types A to F, and type E has RNA.
[0082]
However, other E-type bacteriophages that are currently identified have a diameter of 25 nm or less and all have a shell protein molecular weight of about 14,000 (Bacteriological reviews 31 230-311 (1967)). Since the molecular weight of the shell protein of the virus-like particle is as large as 40 kDa, it does not fall under this classification, and it can be said that there is no virus that is particularly similar to the virus-like particle that was found. However, the bacteriophage HK97 used as a model molecule after structural analysis by the inventor is a DNA virus having a tail (type A), and is a particle having a large head part with a diameter of 60 nm. However, bacteriophage HK97 and virus-like particles are similar in the structure of one shell protein and the characteristic structure in which the outer shell of the particle is thin.
[0083]
From the above, the virus-like particle discovered by the inventor may not be classified as a known virus even in terms of morphology, and may be the first virus of Euryarchaeota close to eukaryotes. For this reason, since detailed biochemical elucidation is necessary, the amino acid sequence of the shell protein constituting the virus-like particle was first determined, and the homology with other species was compared.
[0084]
(Example 3 Analysis of amino acid sequence of shell protein)
In order to verify the biochemical properties of the virus-like particle, the amino acid sequence of the shell protein constituting the virus-like particle was analyzed, and further the DNA base sequence was analyzed.
[0085]
4-1 Determination of partial sequence in amino acid sequence
What is necessary for analyzing the physiological function of a 40 kDa protein considered to be a shell protein of virus-like particles is structural information. By determining the entire amino acid sequence and the entire base sequence of the target protein, physiological functions can be roughly estimated based on homology with other proteins. Also in the three-dimensional structure analysis of proteins, the amino acid sequence information is indispensable information because the amino acid side chain structure of the target protein is fitted to the obtained electron density one by one.
[0086]
In order to actually determine the amino acid sequence, a standard method is to first determine a partial amino acid sequence, clone cDNA based on the information, and deduct the entire amino acid sequence from the base sequence. According to this method, the inventor first performed an N-terminal sequencing method using a protein sequencer and a mass spectrum method using a mass analyzer in order to determine a partial amino acid sequence.
[0087]
Here, the N-terminal sequencing method using a protein sequencer will be briefly described. The principle of the protein sequencer utilizes Edman degradation in which PITC (phenyl isothiocyanate) is coupled to the N-terminal amino group of the protein and the N-terminal amino acid is cleaved with trifluoroacetic acid. And it isolate | separates and identifies sequentially by a high performance liquid chromatography (HPLC), The amino acid sequence (10-20 residues) from N terminal is determined by repeating this reaction.
[0088]
The operation of the N-terminal sequencing method using a protein sequencer will now be described. After SDS-PAGE of the crystal solution, the gel and the pretreated PVDF membrane were sandwiched between filter papers and attached to a semi-blotting apparatus. Next, constant current (0.5 mA / cm 2 ) For 60 minutes to transfer the protein to the PVDF membrane. Next, the transferred PVDF membrane was stained with a CBB staining solution, set in a protein sequencer, and analyzed. The “PVDF” of the PVDF membrane is polyvinylidin fluoride.
[0089]
As a result of the analysis of the partial amino acid sequence, it was possible to identify the N-terminal partial amino acid sequence of 12 residues out of 15 called MLKIXPXLIXYDKPL (X cannot be analyzed). FIG. 9 shows the results of HPLC by N-terminal sequencing when P (proline) at the fifth residue (the sixth residue when X is included) is found.
[0090]
Next, determination of a partial sequence by mass spectrometry will be described. Specifically, a band of about 40 KDa separated by SDS-PAGE was analyzed by mass spectrometry.
[0091]
Mass spectrometry that measures the exact molecular weight of proteins and their peptides can also be used for analysis of amino acid sequences. Mass spectrometer, Voyger TM Elite XL (PerSeptive Biosystems) was used. As an ion source for ionizing a sample, a MALDI method was adopted in which ionization is performed two-dimensionally by energy from matrix molecules excited by laser irradiation. A time-of-flight type called TOFMS was used for mass spectrometry. By using this TOFMS, metastable ions are read and amino acid sequences can be analyzed.
[0092]
In the operation, first, the gel of the target protein portion after performing SDS-PAGE was cut out with a scalpel, washed, and then subjected to reductive alkylation to cleave the disulfide bond. Then, enzymatic digestion with lysyl endopeptidase was performed, and the digested peptide was extracted from the gel portion using trifluoroacetic acid and acetonitrile solution, and desalted. The obtained digested peptide sample was mixed with a solution of matrix molecules, set in a mass spectrometer, and analyzed. The analysis result is shown in FIG.
[0093]
The results of amino acid sequence analysis obtained by the above analysis were searched in amino acid databases of various proteins, and further detailed investigations were made with the analysis values. As a result, characteristic partial peptides were analyzed and matched with the two proteins PF1191 and PF1192 in the P.furiosus database (http://www.genome.utah.edu/sequence.html) (see FIG. 11).
[0094]
FIG. 11 shows 96 amino acid residues of PF1192 and 261 amino acid residues of PF1191. And the bold and italic type (indicated as “bold” in the figure) and the underlined portion are both the results obtained by the N-end sequence method and the results obtained by the mass spectrum method, The part where the amino acid residue in P.furiosus database matched is shown. Moreover, the location shown in bold indicates the location where the result obtained by the mass spectrum method and the amino acid residue in the P. furiosus database match.
[0095]
The N terminal sequence (15 amino acid residues) of PF1192 in the database is “MLISPNTPLINRKPY” as shown in FIG. On the other hand, the result obtained by the N-terminal sequencing method is “MLKIXPXLIXYDKPL” as described above. When these are compared, a total of 9 residues of 1st to 2nd, 4th, 6th, 8th to 9th, and 12th to 14th match. And for the 6 mismatched residues (3rd, 5th, 7th, 10th to 11th and 15th), the results obtained by the N-terminal sequencing method are somewhat ambiguous in interpretation. It was. Therefore, when it examined again considering the result of HPLC, it turned out that the result of the N-terminal sequencing method is data consistent with the result of HPLC. As a result, it was concluded that the results by the N-terminal sequence method and the results by the mass spectrum method were in agreement. From this, it was concluded that the shell protein of the virus-like particle was P. furiosus PF1191 and PF1192 protein.
[0096]
This experimental result initially seemed to be an analytical error. This is because, even though the band portion of about 40 kDa was extracted, it matched with the two proteins.
[0097]
However, for the reasons (1) and (2) shown below, it could not be said that the result was merely an incorrect result.
(1) Add about 12 kDa and 28 kDa, which are the expected molecular weights of the two 96-residue and 261-residue proteins, to obtain the target of about 40 kDa.
(2) Two proteins found in a huge number of databases were immediately adjacent to each other in the DNA sequence.
[0098]
Presuming from the two points (1) and (2) above, a translation error occurs in the translation process of RNA expressed by the protein, and one base of RNA in the middle of the two proteins is read out. The hypothesis that protein was born was considered. Therefore, further experiments were continued.
[0099]
(Example 4 Determination of DNA base sequence and amino acid sequence)
There are three processes for protein expression: (I) DNA replication, (II) transcription into RNA, and (III) translation from RNA to protein. In the translation process, three base sequences of RNA are read in order, and a triplet of this base corresponds to one amino acid, and a protein is synthesized. Therefore, the amino acid sequence of the protein is determined by the base sequence of the gene. Furthermore, if the base sequence of the gene can be determined, the amino acid sequence is determined.
[0100]
As described above, the amino acid sequence is determined if the base sequence of the gene can be determined. However, in principle, RNA sequences can be translated in three reading frames depending on where translation begins, and three proteins are synthesized (see FIG. 12). In this way, in principle, three reading frames and the synthesis of three proteins based on the reading frames can be considered. However, in most cases, a functional protein is inserted due to a stop codon in the middle. It is said that only one way can be synthesized.
[0101]
The translation process is explained above. However, for some reason in the translation process, one base of RNA may be skipped, or one base may be read twice, resulting in a frame shift phenomenon.
[0102]
Therefore, it was considered that a phenomenon of +1 frame shift occurred due to the skipping of one base of the RNA portion between the two proteins (see FIGS. 13 and 14). The frame shift was predicted to occur around 250-290 bases where the two proteins overlap.
[0103]
On the other hand, there is a possibility that there is an error in the data stored in the database. Therefore, the entire base sequence of P. furiosus DNA was confirmed. Specifically, genomic DNA was collected from P. furiosus bacteria, and the base sequence of the target portion was read from the collected genomic DNA (see FIG. 15).
[0104]
The operation of collecting genomic DNA from P. furiosus bacteria was performed as follows. First, 5 ml of bacteria (P. furiosus) was collected and gently mixed with a DNA extraction buffer containing Proteinase K. Next, after incubation at 37 ° C. for 1 hour, NaCl and CTAB / NaCl solutions were mixed, and further incubated (65 ° C., 10 minutes). Next, it was treated with phenol / chloroform and a precipitate (genomic DNA) was obtained with ethanol. The “CTAB” is an abbreviation for cetyltrimethylammonium bromide.
[0105]
Next, partial DNA was amplified using the genomic DNA. Specifically, a DNA fragment containing a portion of a gene that seems to have a frame shift was amplified by a PCR (Polymerase chain reaction) method.
[0106]
Here, the principle of the PCR method will be briefly described. The principle of the PCR method is to repeatedly perform a DNA synthesis reaction consisting of the following three steps.
(Step 1) The template DNA is converted to a single strand by denaturation by heating.
(Step 2) The temperature is lowered in a state where two kinds of oligonucleotide primers complementary to both ends of the DNA strand to be amplified (hereinafter, appropriately referred to as “primers”) are added excessively to the reaction system. By this operation, the primer forms a double strand with a portion complementary to the template DNA strand.
(Step 3) In the state of Step 2, the synthetic substrate dNTP (deoxyribonucleotide triphosphate) and DNA polymerase are allowed to act. By this operation, a complementary strand of DNA is synthesized from the portion where the primer forms a double strand.
[0107]
The DNA synthesized in the first cycle serves as a template for the next reaction. Therefore, DNA is synthesized in a chain reaction after the next cycle. Then, after 30 cycles of reaction, enormous DNA molecules are obtained.
[0108]
Next, a specific operation method will be described. First, the reaction liquid shown below was mixed. Next, it was set in a thermal cycler to amplify the DNA. As the template DNA, the extracted genomic DNA of P. furiosus was used. Primers were prepared based on the base sequence of P. furiosus on the database so that the obtained DNA would be about 240 bases including the frameshift portion. In this reaction (PCR), Takara Taq TM (Takara Shuzo) was used.
[0109]
The composition of the reaction solution in the PCR reaction is genomic DNA (1 μl), primer (1 μl), LATaq (1 μl), buffer (5 μl), dNTP (5 μl), and H 2 O (36 μl). The primers used for the PCR reaction are shown below.
(Primer)
5 'AAGGGAGGAGAAGGCTCACG 3'
3 'TTCTCGTTACTGGCAAGTGC 5'
The temperature conditions in the PCR reaction are shown in Steps 1 to 5 below. The temperature condition of the PCR reaction started from Step 1, and after Steps 2 to 4 were performed for 30 cycles, proceeded to Step 5.
Step 1 95 ° C (2 minutes)
Step 2 94 ° C (30 seconds)
Step 3 55 ° C (1 minute)
Step 4 72 ° C (2 minutes)
Step 5 72 ° C (10 minutes)
The PCR product obtained by the above operation was subjected to electrophoresis on a 0.7% agarose gel. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 16, amplification of DNA having a target portion of about 230 to 240 bases was confirmed by electrophoresis.
[0110]
Next, the base sequence of the amplified DNA was confirmed. A DNA sequencer was used for the confirmation. The DNA sequencer analyzes four-color fluorescence-labeled DNA fragments grown by PCR at four-color wavelengths. A fluorescently labeled target DNA fragment is prepared by adding a primer and a fluorescent reagent and performing PCR. In this example, the DNA base sequence was confirmed using a BigDye-Terminator Cycle Sequencing kit (Applied Biosystems).
[0111]
The composition of the reaction solution in PCR for confirming the base sequence of DNA is Premix (4 μl), buffer (4 μl), primer (3.2 pmol), and template DNA (300 ng). The PCR reaction conditions (temperature conditions) are the following steps 1 to 3 (25 cycles).
Step 1 96 ° C (20 seconds)
Step 2 50 ° C (10 seconds)
Step 3 60 ℃ (4 minutes)
Next, a PCR product was obtained by precipitation with ethanol. Then, Template Suppression Reagent was added and heated to 95 ° C. for 2 minutes, and then cooled on ice. The DNA sequencer (ABI PRISM (registered trademark) 310 Gentetic Analyzer (Applied Biosystems)) was set and analyzed.
[0112]
By comparing the base sequence of the DNA obtained by the above confirmation with the base sequence in the database one by one, it is confirmed that one of the base sequences in the database (the 271st base “c”) is missing. (See FIG. 17). This indicates that the P. furiosus gene data stored in the database was incorrect. In other words, the frame shift is not performed in the middle of translation, but the database data has an extra base, so one protein is originally interpreted as having two proteins on the database. (See FIG. 18). FIG. 18 shows a corrected base sequence and a part of the corresponding amino acid sequence. Note that “TELKGGFEEV” shown in bold indicates the protein PF1192 in the P. furiosus database. Further, “KELTGIEAH” shown in bold and italic letters indicates the protein PF1191 in the P. furiosus database.
[0113]
As described above, it was found that there is a difference between the data in the database and the actual DNA base sequence. Therefore, the primer design was changed, and all 1038 bases encoding the shell protein were cloned to confirm the base sequence.
[0114]
The base sequence was confirmed by first amplifying the target portion from the genomic DNA of P. furiosus by PCR and confirming the amplification of the sequence of the target portion by electrophoresis. Then, after the amplified product was incorporated into a vector (pTA), the DNA base sequence was confirmed.
[0115]
The PCR reaction solution is genomic DNA (1 μl), buffer (5 μl), primer (1 μl), dNTP (5 μl), LATaq (1 μl), and Mg buffer (5 μl). The reaction conditions (temperature conditions) used for the PCR are shown in Steps 1 to 5 below. The reaction conditions for the PCR reaction started from Step 1, and after Steps 2 to 4 were performed 30 cycles, proceeded to Step 5.
Step 1 95 ° C (2 minutes)
Step 2 94 ° C (30 seconds)
Step 3 56 ° C (1 minute)
Step 4 72 ° C (2 minutes)
Step 5 72 ° C (10 minutes)
The primers used for the PCR reaction are shown below.
(Primer)
N: 5 'GATCCATATGCTCTCAATAAATCC 3'
C: 5 'ATGCACATATGGCCGTGAAC 3'
Further, as described above, the nucleotide sequence was confirmed after incorporation into the pTA vector. In the PCR reaction at the time of confirmation (sequence) of the base sequence, since the DNA length exceeds 1000 bases, the primer was divided into two, and the base sequence of the complementary strand was also confirmed. In this primer design, primers N and C were used before and after insertion of the pTA vector. Then, DNAs located about half of the target portion were used as primers M1 and M2. That is, the base sequence was confirmed using a total of four primers, primers N and M1 and primers C and M2. These primers are shown below.
(Primer)
N: 5 'GATCCATATGCTCTCAATAA 3'
C: 5 'ATGCACATATGGCCGTGAA 3'
M1: 5 'GAAGAAGAAATTCTATGTGG 3'
M2: 5 'CCACATAGAATTTCTTCTTC 3'
The reaction conditions (temperature conditions) of the PCR reaction at the time of confirming the base sequence are shown in the following Step 1 to Step 3. In addition, the reaction conditions of this PCR reaction performed 25 cycles of steps 1-3.
Step 1 96 ° C (20 seconds)
Step 2 50 ° C (10 seconds)
Step 3 60 ℃ (4 minutes)
The reaction solution of the PCR reaction at the time of confirming the base sequence is a circular DNA (4 μl) incorporating DNA, a buffer (4 μl), a primer (4 μl), H 2 O (6 μl).
[0116]
As a result, the other sequences were the same as those in the database. From the above, the entire nucleotide sequence and the entire amino acid sequence of the shell protein of the virus-like particle were determined. The complete nucleotide sequence and the entire amino acid sequence are shown in FIG. The entire amino acid sequence of the virus-like particle shell protein is also shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing. Further, the entire base sequence encoding the entire amino acid sequence of the shell protein is also shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. The sequence shown in SEQ ID NO: 2 is a sequence in which the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 are written together.
[0117]
Initially, virus-like particles were thought to be derived from foreign species, so if there is a match in the database of amino acid sequences and nucleotide sequences, it matches the database of other viruses, not the database of P. furiosus I was expecting that. Or he thought that a new virus that had not yet been discovered would not have been registered in the database and would not have a search match.
[0118]
However, according to the above results, it was found that the origin of the virus-like particles is in the species of P. furiosus itself. This was a new fact that the amino acid sequence of the shell protein constituting the virus-like particle was encoded on the gene of P. furiosus. That is, this virus-like particle may be originally expressed in P. furiosus.
[0119]
Example 5 Amino Acid Sequence Homology
Next, from the homology of the determined amino acid sequence, how this virus-like particle exists in the host P. furiosus and whether the virus-like particle exists in other species. Verified.
[0120]
Homology is the similarity found in a progeny gene branched from a common ancestor gene by speciation or gene duplication or its product. Searching for similar sequences by comparing a specific base sequence or amino acid sequence (query sequence) with all sequences registered in the database is called homology search. In the homology search, when a significant similarity (about 20% or more) with the amino acid sequence of a known protein is detected, it is considered that the structure / function is the same.
[0121]
First, using ClustalW sequence analysis on the web (http://clustalw.genome.ad.jp), sequence analysis is performed by performing multiple alignment with bacteriophage HK97 shell protein having structural similarity. (See Nucleic Acids Res 22 4673-4680. (1994)). And it was investigated using the FASTA database (http://www.fasta.genome.ad.jp) whether there was a protein similar to the amino acid sequence of 40 kDa protein (shell protein which comprises virus-like particle | grains). (See Proc Natl Acad Sci USA 85 (8) 2444-8 (1988)).
[0122]
According to the analysis of the sequence by the multiple alignment, the similarity to bacteriophage HK97 was 19%. In addition, the proteins that are considered to have high similarity found by the investigation using the FASTA database are the four proteins shown in the following Table 1 (No. 2 to 5 proteins in the table), that is, the similarity is 20% or more. It is a protein.
[0123]
[Table 1]
Figure 0003934066
[0124]
In the proteins of the genus Sulfolobus shown in No. 2 and No. 3 in Table 1, the length (number of amino acid residues) of the amino acid sequence hardly changed (about 340 amino acid residues), and the similarity was about 30%. The proteins shown in No. 4 and No. 5 in Table 1 are proteins of the same Pyrococcus genus, and although the length of the protein is as short as 101 residues, it showed a high similarity of 50% or more. Since the proteins other than the above four types have different protein lengths and a similarity of less than 20%, it was judged that there is no homology.
[0125]
FIG. 20 shows a comparison result between the amino acid sequence of Sulfolobus tokodaii ST 0992 shown in No. 2 of Table 1 and the amino acid sequence of P. furiosus. As shown in Table 1, the similarity is 30%, but according to FIG. 20, it can be seen that the similarity in the first half is higher than the similarity in the second half.
[0126]
In FIG. 20 and FIG. 21 described later, “*”, “:”, “.”, And “” (blank) are used as symbols indicating homology. “*” Indicates that the amino acid sequence is completely conserved between species. “:” Indicates that a mutation between amino acid residues having very close properties occurs between species. “.” Indicates that variation between amino acid residues having similar properties occurs between species. “” (Blank) indicates that a mutation that cannot be represented by “:” and “.” Occurs between species.
[0127]
In the case of bacteriophage HK97, the similarity was expected to be considerably high because there is a portion where the steric structure is similar. However, actually, as shown in Table 1, the similarity of amino acid sequences was not so high as 19%. From this, it is presumed that the shell protein has a sufficient possibility of becoming a virus-like particle even if it is not so similar.
[0128]
All of the four proteins found in the homologous sequence (proteins of numbers 2 to 5 in Table 1) are proteins whose functions are unknown. The genus Sulfolobus, which is a species of the protein shown in numbers 1 to 3 in Table 1, is a thermophilic thermophile classified as Crenarchaeota (one of archaeal subdomains) and grows even at 100 ° C or higher. But not close to P.furiosus. However, the similarity of the protein of interest (the proteins shown in Tables 1 and 2) has about 30% similarity. This number is higher than the similarity of HK97 to the shell protein, as shown in Table 1. Furthermore, the number of amino acid residues of the proteins shown in Nos. 2 to 3 in Table 1 is very close to the number of amino acids of the shell protein (345 residues) constituting the virus-like particle analyzed by the inventors. From this, it is presumed that the proteins shown in Nos. 2 to 3 in Table 1 are proteins having the same function and structure as the P. furiosus shell protein, and the virus-like particles analyzed by this inventor are of the genus Sulfolobus. It can be said that there is also a possibility.
[0129]
Pyrococcus abyssi and Pyrococcus horikoshii, which are protein species shown in numbers 4 to 5 in Table 1, are the same Pyrococcus genus as P. furiosus, have similar fungal growth conditions, and the similarity of each protein is also very high. Both of the proteins found by this similarity search are 101 residues, which are different from the 345 residues of the protein constituting the virus-like particle discovered by the inventors. However, the result was that the similarity was more than 50% only in the first half from the N-terminal. FIG. 21 shows the homology between the amino acid sequence of the P. furiosus shell protein and the amino acid sequence of Pyrococcus horikoshii PH1734, showing that there is a similarity of 53%. The absence of a highly similar portion of about 250 residues in the latter half of the genus Pyrococcus can be said to have been deceived and lost for some reason during the evolution process.
[0130]
Moreover, from the result of the analyzed three-dimensional structure of the virus-like particle and the result of this homology search, the first half and the second half of the shell protein constituting the virus-like particle function as if they are different proteins.・ The structure is considered to be separated. This is considered for the following reason.
[0131]
(Reason 1: structural reason) In the monomer structure of virus-like particles, the portion constituting the shell of virus-like particles is only about 250 residues in the latter half, and about 100 residues from the N-terminal in the first half. Is considered to be swayed in the protein structure inside the particle. Therefore, the first 100 residues cannot be confirmed by the electron density map. FIG. 22 shows the monomer structure of the virus-like particle, indicating that the first 100 residues cannot be confirmed in the latter 250-residue ribbon diagram.
[0132]
(Reason 2: Reasons based on homology search results) In the homology search, when comparing carefully with the amino acid sequence of the protein of the genus Sulfolobus, the similarity of the sequence of the first 100 residues is 37%, the latter 250 residues The sequence similarity is 20%, and the homology is different between the first half and the second half. Furthermore, as described in Table 1, P. abysii and P. horikoshii do not have a similar sequence of the latter 250 residues, although the sequence similarity of the first 100 residues exceeds 50%. In other words, the first half and the second half are also separated from the similarity.
[0133]
Therefore, there is a possibility that the latter 250-residue part constitutes the shell of the virus-like particle, and the first 100-residue part is a functional part that recognizes nucleic acids and the like inside the virus. Is strong. From this, it is considered that even in the same genus Pyrococcus, only a protein derived from P. furiosus becomes a virus-like particle, and a protein derived from P. abysii and P. horikoshii, which has only a protein in the first half, does not become a particle.
Example 6 Expression System Using E. coli
As an application of this thermostable virus-like particle, an expression system using E. coli was constructed. First, proteins constituting virus-like particles were expressed using pET9 and pET11 as expression vectors and BL211 (DE3) pLysS and BL21 (DE3) Codon + as hosts. Next, the expression of the target protein was confirmed by SDS-PAGE. In addition, the protein was purified by centrifugation. The purification was performed by first crushing the cells with ultrasonic waves, followed by heat treatment (80 ° C., 1 hour). Next, after gel filtration with Sephadex200, the protein was purified by sucrose discontinuous density gradient centrifugation (40-10%, 20000 rpm, 10 hours). Then, after protein purification, the formation of a spherical shell structure was confirmed by an electron microscope.
[0134]
It has been confirmed that a spherical shell structure is formed even under conditions of an expression system using E. coli. The conditions are Tris-HCl (pH 7.5) (20 mM), glycerol (10%), EDTA (5 mM), NaCl (100 mM).
[0135]
Thus, it was confirmed that the shell protein was expressed using E. coli and that a spherical shell structure was formed. This shows the possibility that virus-like particles (spherical particles) can be produced in large quantities using the gene and protein of the present invention.
[0136]
The following can be said by Examples 1-6.
(1) The virus-like particle has a diameter of 30 nm.
(2) Virus-like particles exist in a hyperthermophilic bacterium P. furiosus while symbiotic.
(3) The shell protein of virus-like particles has two functions and structures.
(4) A spherical structure can be formed by an expression system using Escherichia coli.
[0137]
From homology search, similar virus-like particles may exist in two species of the genus Sulfolobus, and only those derived from P. furiosus are expected to be virus-like particles in the same genus Pyrococcus. Is done. Therefore, it turned out that virus-like particles are also interesting objects in evolution.
[0138]
【The invention's effect】
As described above, the gene of the present invention encodes a protein constituting a spherical particle. Therefore, it is possible to easily synthesize a protein constituting the spherical particle by this gene, and further to produce a virus-like particle (spherical particle) using the protein.
[0139]
Moreover, the protein of this invention is a protein which forms a spherical particle by gathering as mentioned above. In addition, the gene encoding the protein has been identified. Therefore, there is an effect that the production and use of spherical particles (virus-like particles) becomes easy.
[0140]
The spherical particles of the present invention are characterized by having the above protein. Therefore, there is an effect that spherical particles can be easily produced and used by a method of assembling the proteins.
[0141]
[Sequence Listing]
Figure 0003934066
Figure 0003934066
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Figure 0003934066
Figure 0003934066

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view and a cross-sectional view showing the structure of virus-like particles (spherical particles) obtained by structural analysis.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the eluted fraction number and the absorbance in hydrophobic chromatography according to an example of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the results when SDS-PAGE was performed on the eluted fraction obtained by hydrophobic chromatography in the examples of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the results when SDS-PAGE is performed on a sample before crystallization, a sample separated by column chromatography, and a sample of a crystal solution.
FIG. 5 is an electron micrograph showing an observation result of a sample before crystallization.
FIG. 6 is an electron micrograph showing the observation results of a sample separated by hydrophobic column chromatography.
FIG. 7 is an electron micrograph showing an observation result of a sample of a crystal solution.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating the form of a bacterial virus.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the results of HPLC of the N-terminal sequencing method when P (proline) at the fifth residue is found as a result of analysis of the partial amino acid sequence.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a result of analyzing a target protein after performing SDS-PAGE using a mass spectrometer.
FIG. 11 is a schematic diagram showing the amino acid sequences of proteins (PF1191 and PF1192) found in the P. furiosus database.
FIG. 12 is a schematic diagram showing three possible reading frames in protein synthesis.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a base sequence of a target portion and a corresponding amino acid sequence based on database data and analysis results in an example of the present invention.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a continuation of FIG. 13;
FIG. 15 is a schematic diagram showing that target DNA is amplified by PCR from genomic DNA of P. furiosus and the target amino acid sequence is read.
[Fig. 16] A primer prepared based on the base sequence of P. furiosus in the database so that the obtained DNA has about 240 bases including a frameshift portion, and genomic DNA of P. furiosus. It is a schematic diagram which shows the result when PCR is performed and the PCR product is subjected to electrophoresis.
FIG. 17 is a schematic diagram showing the results when comparing the base sequence of DNA obtained by analysis and the base sequence in the database one by one.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining that two proteins (PF1191 and PF1192) are connected together with the corrected base sequence and a part of the corresponding amino acid sequence.
FIG. 19 is a diagram showing a corrected total base sequence of 1038 bases and a corresponding total amino acid sequence of 345 residues.
FIG. 20 is a schematic diagram showing homology between the amino acid sequence of Sulfolobus tokodaii ST 0992 and the amino acid sequence of P. furiosus.
FIG. 21 is a schematic view showing the homology between the amino acid sequence of P. furiosus shell protein and the amino acid sequence of Pyrococcus horikoshii PH1734.
FIG. 22 is a three-dimensional structural diagram showing the monomer structure of virus-like particles (the structure of the shell protein of virus-like particles).

Claims (7)

以下の(a)又は(b)のタンパク質をコードすることを特徴とする遺伝子。
(a)配列番号3に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b)配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、1個若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、集合することによって球状粒子を形成するタンパク質。
A gene encoding the following protein (a) or (b) :
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3.
(B) of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, one or several amino acids substitution, deletion, insertion, and / or added in the amino acid sequence, a protein which forms spherical particles by aggregation .
配列番号1に記載の塩基配列からなることを特徴とする遺伝子。 Gene, comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 配列番号1に記載の塩基配列のうち、1個若しくは数個の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加された塩基配列からなり
集合することによって球状粒子を形成するタンパク質をコードしていることを特徴とする遺伝子。
Of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, consists of one or several bases are substituted, deleted, inserted, and / or added in the nucleotide sequence,
A gene that encodes a protein that forms a spherical particle when assembled.
上記タンパク質は、配列番号3に記載のアミノ酸配列からなることを特徴とする請求項3に記載の遺伝子。The protein, the gene of claim 3, characterized in that the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3. 上記タンパク質は、配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、1個若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなることを特徴とする請求項3に記載の遺伝子。The protein is the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or claim 3, characterized in that it consists added in the amino acid sequence Genes. 配列番号3に記載のアミノ酸配列からなることを特徴とするタンパク質。Proteins comprising an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3. 配列番号3に記載のアミノ酸配列のうち、1個若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり
集合することによって球状粒子を形成することを特徴とするタンパク質。
Of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, made of one or several amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence,
A protein characterized by forming spherical particles by assembling.
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