JP4243762B2 - Preparation method of cell-free protein synthesis extract and silkworm tissue extraction kit - Google Patents
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- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
本発明は、無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法、ならびにカイコ組織用抽出キットに関する。 The present invention relates to a method for preparing an extract for cell-free protein synthesis and an extraction kit for silkworm tissue.
近年、ヒトゲノムを始め多くの生物の遺伝情報が解読されてきている。このような中、ポストゲノム研究として、これらの遺伝情報に対応するタンパク質の機能解析やゲノム創薬が注目を集めている。これらの遺伝情報に対応するタンパク質を医薬品などに応用、利用するには、莫大な種類のタンパク質を短時間で簡単に合成することが必要となってくる。 In recent years, genetic information of many organisms including the human genome has been decoded. Under such circumstances, functional analysis of proteins corresponding to these genetic information and genome drug discovery are attracting attention as post-genome research. In order to apply and use proteins corresponding to these genetic information in medicines, it is necessary to synthesize huge types of proteins easily in a short time.
現在、タンパク質の生産方法には、遺伝子組換え技術によって酵母や昆虫細胞などの生細胞を用いる発現系(以下、「細胞系」ということがある)が広く利用されている。しかし、生細胞は自己機能を維持するために外来タンパク質を排除する傾向があり、また生細胞で細胞毒タンパク質を発現すると細胞が生育しないなど発現が困難なタンパク質も多い。 At present, expression systems using living cells such as yeast and insect cells (hereinafter sometimes referred to as “cell systems”) are widely used as protein production methods by genetic recombination techniques. However, living cells tend to exclude foreign proteins in order to maintain self-function, and there are many proteins that are difficult to express, such as when cells express no cytotoxic proteins in living cells.
一方、細胞系を使用しないタンパク質の生産方法として、細胞破砕液や抽出液に基質や酵素などを加えるなどして生物の遺伝情報翻訳系を試験管内に取り揃え、目的のタンパク質をコードするmRNAを用いて、アミノ酸を望みの順番に必要な残基数結合させることのできる合成系を再構築する、無細胞系のタンパク質合成が知られている。このような無細胞系タンパク質合成では、上記細胞系のタンパク質合成のような制約を受けにくく、生物の命を断つことなくタンパク質の合成を行うことができ、またタンパク質の生産に培養などの操作を伴わないため細胞系と比較して短時間にタンパク質の合成を行うことができる。さらに無細胞系タンパク質合成では、生命体が利用していないアミノ酸配列からなるタンパク質の大量生産も可能となることから、有望な発現方法であると期待されている。このような無細胞系のタンパク質合成としては、たとえば、小麦胚芽の抽出液や大腸菌の抽出液を用いる方法が知られている。 On the other hand, as a protein production method that does not use a cell system, a genetic information translation system for organisms is prepared in a test tube by adding a substrate or an enzyme to a cell lysate or extract, and mRNA that encodes the target protein is used. Thus, cell-free protein synthesis is known in which a synthetic system capable of combining amino acids with the required number of residues in the desired order is reconstructed. Such cell-free protein synthesis is less subject to the limitations of the above-mentioned cell-based protein synthesis, and can synthesize proteins without losing the lives of living organisms. Since it is not accompanied, protein synthesis can be performed in a short time compared with the cell system. Furthermore, cell-free protein synthesis is expected to be a promising expression method because it enables mass production of proteins consisting of amino acid sequences that are not utilized by living organisms. As such cell-free protein synthesis, for example, a method using an extract of wheat germ or an extract of Escherichia coli is known.
しかし、小麦胚芽の抽出液を用いた無細胞系のタンパク質合成では、抽出液の抽出操作が一般に極めて煩雑であるという欠点がある。
小麦胚芽の抽出液の調製方法の一例として、たとえば、特許文献1には、以下のような手順が記載されている。小麦種子をミルに添加し、破砕した後、篩で粗胚芽画分を得、四塩化炭素とシクロヘキサン混液(四塩化炭素:シクロヘキサン=2.5:1)を用いた浮選によって、発芽能を有する胚芽を浮上する画分から回収し、室温乾燥によって有機溶媒を除去する。この胚芽画分に混在する種皮などの不純物を静電気帯電体を用いて吸着除去する。次に、この試料から小麦胚乳成分を完全に除去するため、非イオン性界面活性剤であるNP40の0.5%溶液に懸濁し、超音波洗浄器を用いて、洗浄液が白濁しなくなるまで洗浄を繰り返す。蒸留水の存在下に再度1回の超音波洗浄を行い、小麦胚芽を純化する。
このように小麦胚芽の抽出液を用いた無細胞系タンパク質合成では、抽出液の調製が煩雑であり、多大な時間と労力を要するという不具合がある。
However, cell-free protein synthesis using an extract of wheat germ has a drawback that the extraction operation of the extract is generally very complicated.
As an example of a method for preparing an extract of wheat germ, for example,
As described above, cell-free protein synthesis using an extract of wheat germ has a problem that the preparation of the extract is complicated and requires a lot of time and labor.
また大腸菌の抽出液を用いた無細胞系タンパク質合成では、大腸菌が原核生物であるため、タンパク質への糖鎖修飾を行うことができず、糖タンパク質を合成することができないという欠点がある。上記糖鎖修飾によりタンパク質に付加される糖鎖は、物質間や細胞間の認識や接着に関与するシグナルやリガンドとして、タンパク質自身の機能調節因子として、またはタンパク質の保護や安定化因子として機能しているものと考えられる。そのため、糖鎖修飾を受けるタンパク質について生体内の機能を解析するためには、糖鎖修飾を受けたタンパク質(糖タンパク質)を取得することが必要であり、タンパク質への翻訳の後に糖鎖修飾も行えるような無細胞系のタンパク質合成が望まれている。
また、無細胞系でのタンパク質の合成効率を可及的に向上させ得ることも望まれていることであり、そのような無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法、抽出用液の開発も望まれている。
In addition, it is desired that the efficiency of protein synthesis in a cell-free system can be improved as much as possible, and a method for preparing such an extract for cell-free protein synthesis and the development of an extraction solution have also been developed. It is desired.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、従来よりタンパク質の合成効率を向上できる無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a method for preparing an extract for cell-free protein synthesis that can improve the efficiency of protein synthesis compared to conventional methods. is there.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。
(1)多価アルコールを含有する抽出用液を用いてカイコ組織からの抽出を行う、無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法。
(2)多価アルコールが、グリセロール、ジグリセロール、エチレングリコール、ポリエリスリトール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、トレハロース、スクロース、ラクトース、キシロース、マルトースおよびイノシトールのうちから選ばれる少なくともいずれかである、上記(1)に記載の方法。
(3)抽出後に遠心分離して得られた上清と、該遠心分離後の沈殿からさらに上記抽出用液を用いて抽出を行った後に遠心分離して得られた上清とを混合して、抽出液を調製することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の方法。
(4)多価アルコールを含有する抽出用液を有するカイコ組織由来の無細胞系タンパク質合成用抽出液用抽出キット。
(5)多価アルコールが、グリセロール、ジグリセロール、エチレングリコール、ポリエリスリトール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、トレハロース、スクロース、ラクトース、キシロース、マルトースおよびイノシトールのうちから選ばれる少なくともいずれかである、上記(4)に記載のキット。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
(1) A method for preparing an extract for cell-free protein synthesis, wherein extraction from a silkworm tissue is performed using an extraction solution containing a polyhydric alcohol.
(2) The above (1), wherein the polyhydric alcohol is at least one selected from glycerol, diglycerol, ethylene glycol, polyerythritol, erythritol, xylitol, sorbitol, trehalose, sucrose, lactose, xylose, maltose, and inositol. ) Method.
(3) The supernatant obtained by centrifugation after extraction is mixed with the supernatant obtained by further centrifuging after extraction from the precipitate after centrifugation using the above extraction solution. The method according to (1) or (2) above, wherein an extract is prepared.
(4) An extraction kit for an extract for cell-free protein synthesis derived from a silkworm tissue having an extraction solution containing a polyhydric alcohol.
(5) The above (4), wherein the polyhydric alcohol is at least one selected from glycerol, diglycerol, ethylene glycol, polyerythritol, erythritol, xylitol, sorbitol, trehalose, sucrose, lactose, xylose, maltose, and inositol. ) Kit.
なお本明細書において「カイコ」は、カイコガ科に属する鱗翅目昆虫(絹糸昆虫)と同義であり、その一生において「卵(胚)」(産卵直後より孵化直前までの間)、「幼虫」(孵化直後から繭の形成終了直前(1齢期〜5齢期に分けられる))、「蛹」(繭の形成終了直前から羽化する直前までの間)、ならびに「成虫(蛾)」(羽化直後より死亡までの間)の各状態を経るものであり、その一生にわたる形態のいずれをも含むものとする。
カイコは、卵より孵化した後の幼虫の状態では、桑を食べて発育する期間(齢)と、食べずに脱皮の準備をする期間(眠)を交互に繰り返す。カイコの幼虫において、孵化してから1回目の脱皮までを1齢期、1回目の脱皮から2回目の脱皮までを2齢期といい、通常、4回脱皮して5齢期で成熟する(この成熟した状態のカイコ幼虫は「熟蚕」とも呼ばれる)。カイコの幼虫は、熟蚕になると体が透明になり絹糸を吐いて繭を形成し、蛹化する。蛹の後、羽化して成虫となる。
In the present specification, “silkworm” is synonymous with lepidopterous insects (silk insects) belonging to the family Bombycidae. In its lifetime, “egg (embryo)” (from just after spawning to just before hatching), “larva” ( Immediately after hatching, immediately before the end of wing formation (divided into 1st to 5th stage)), 蛹 (from the time immediately before wing formation to just before emergence), and "adult (wing)" (immediately after emergence) (Until death), and includes all of its life-long forms.
In the state of larvae after hatching from eggs, silkworms alternate between the period of growing by eating mulberry (age) and the period of preparing for molting without eating (sleeping). In the silkworm larvae, the period from hatching to the first molting is called the 1st instar period, and the period from the 1st molting to the 2nd molting is called the 2nd instar stage. This mature silkworm larva is also called "ripe". Silkworm larvae become transparent when they become mature and spit out silk to form cocoons and hatch. After the pupae, they emerge and become adults.
本明細書における「絹糸腺」は、カイコ幼虫の両体側において、頭部の下唇先端に位置する吐出口から盲管にまで連なる一対の管状の外分泌腺であり、前部絹糸腺、中部絹糸腺および後部絹糸腺に大きく分けられる。後部絹糸腺は、絹糸の中心部を為すフィブロインを分泌する。また中部絹糸腺は、セリシンを分泌する。フィブロインは中部絹糸腺に蓄積されるとともに、セリシンによってその外周を覆われて、ゲル状の絹物質となる。この絹物質は、前部絹糸腺を通って吐出口から排出され、固体化して絹糸となる。 The “silk gland” in the present specification is a pair of tubular exocrine glands that continue from the discharge port located at the tip of the lower lip of the head to the blind tube on both sides of the silkworm larvae. It is roughly divided into glands and posterior silk glands. The posterior silk gland secretes fibroin, which forms the center of the silk thread. The middle silk gland also secretes sericin. Fibroin accumulates in the middle silk gland, and its outer periphery is covered with sericin to form a gel-like silk substance. This silk substance is discharged from the outlet through the front silk gland and solidifies into a silk thread.
本明細書における「脂肪体」は、カイコ幼虫において、体内の至るところに分布し、白色の柔らかい扁平な帯状、ひも状あるいは葉状の組織である。脂肪体は、ヒトの肝臓に似て栄養、エネルギー源を貯蔵する役目を果たしているので、細胞内には脂肪球、タンパク質、グリコーゲンその他の新陳代謝に関係する種々の物質を含んでいる。 In the present specification, the “fatty body” is a white soft flat band-like, string-like or leaf-like tissue that is distributed throughout the body in the silkworm larva. The fat body plays a role of storing nutrients and energy sources similar to the human liver, and therefore contains fat globules, proteins, glycogen, and other substances involved in metabolism in the cells.
本明細書における「胚」は、カイコの卵の状態の組織を指すものとする。 As used herein, “embryo” refers to a tissue in a silkworm egg state.
本明細書における「無細胞系タンパク質合成」は、mRNAの情報を読み取ってタンパク質を合成する無細胞翻訳系のみによるタンパク質合成(翻訳系)、ならびに、外来鋳型DNAよりmRNAを転写する転写工程と、該転写工程で得られたmRNAの情報を読み取ってタンパク質を合成する翻訳工程とを含むタンパク質合成(転写/翻訳系)のいずれであってもよい。ここで、本発明の合成方法によって無細胞系で合成される「タンパク質」は、複数のアミノ酸残基から構成される任意の分子量のペプチド、すなわち低分子量のペプチドから高分子量のいずれをも包含するものとする。また本明細書でいう「タンパク質」は、糖鎖修飾されてなる糖タンパク質も含む。 In the present specification, “cell-free protein synthesis” refers to protein synthesis (translation system) only by a cell-free translation system that reads mRNA information and synthesizes the protein, and a transcription step that transcribes mRNA from foreign template DNA, Any of protein synthesis (transcription / translation system) including a translation step of reading the information of mRNA obtained in the transcription step to synthesize a protein. Here, the “protein” synthesized in a cell-free system by the synthesis method of the present invention encompasses any molecular weight peptide composed of a plurality of amino acid residues, that is, any of low molecular weight peptides to high molecular weights. Shall. The “protein” as used herein also includes glycoproteins that are modified with a sugar chain.
本発明によれば、従来よりタンパク質の合成効率を向上できる無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法、ならびにそのためのカイコ組織抽出用キットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the preparation method of the extract for cell-free protein synthesis which can improve the synthetic | combination efficiency of protein conventionally, and the kit for silkworm tissue extraction for that can be provided.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、多価アルコールを含有する抽出用液を用いてカイコ組織からの抽出を行うことを特徴とする、無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法である。かかる抽出用液を用いて調製されたカイコ組織由来の抽出物を含有する抽出液を用いて無細胞系タンパク質合成反応を行うことで、多価アルコールを含有しない抽出用液を用いて調製されたカイコ組織由来の抽出物を含有する抽出液を用いて無細胞系タンパク質合成反応を行った場合と比較して、格段にタンパク質合成量が向上される。これは、その詳細は不明ではあるが、タンパク質合成に関与する成分が効率的に抽出され且つ安定化されること、ならびに多価アルコールを含有することで抽出液自体の粘性が低下するためタンパク質合成反応が進行しやすくなるなどの理由によるものと考えられる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention is a method for preparing an extract for cell-free protein synthesis, wherein extraction from a silkworm tissue is performed using an extraction solution containing a polyhydric alcohol. By using a cell-free protein synthesis reaction using an extract containing a silkworm tissue-derived extract prepared using such an extract, the extract was prepared using an extract containing no polyhydric alcohol. Compared with the case where a cell-free protein synthesis reaction is performed using an extract containing an extract derived from silkworm tissue, the amount of protein synthesis is significantly improved. Although the details are unknown, protein synthesis is because the components involved in protein synthesis are efficiently extracted and stabilized, and the viscosity of the extract itself is reduced by containing polyhydric alcohol. This is thought to be because the reaction is likely to proceed.
本発明の方法に用いる抽出用液に含有される多価アルコールとしては、同一分子内に水酸基を2個以上有するアルコールであれば特に制限はないが、タンパク質合成効率及び取扱い性の観点から、同一分子内に水酸基を2個〜50個有するものを用いるのが好ましく、同一分子内に水酸基を2個〜30個有するものを用いるのがより好ましい。
本発明の方法に使用できる多価アルコールとしては、たとえば、グリセロール、ジグリセロール、ポリグリセロール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、エリスリトール、ポリエリスリトール、キシリトール、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、リボース、イノシトール、スクロース、ラクトース、マルトース、セロビオース、ソルビトール、トレハロース、キシロースなどが挙げられるが、タンパク質合成効率の観点からは、グリセロール、ジグリセロール、エチレングリコール、ポリエリスリトール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、トレハロース、スクロース、ラクトース、キシロース、マルトースおよびイノシトールのうちから選ばれる少なくともいずれかが好ましい。
The polyhydric alcohol contained in the extraction liquid used in the method of the present invention is not particularly limited as long as it is an alcohol having two or more hydroxyl groups in the same molecule, but is the same from the viewpoint of protein synthesis efficiency and handleability. Those having 2 to 50 hydroxyl groups in the molecule are preferred, and those having 2 to 30 hydroxyl groups in the same molecule are more preferred.
Examples of the polyhydric alcohol that can be used in the method of the present invention include glycerol, diglycerol, polyglycerol, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, erythritol, polyerythritol, xylitol, glucose, mannose, and galactose. , Fructose, ribose, inositol, sucrose, lactose, maltose, cellobiose, sorbitol, trehalose, xylose, etc. , Trehalose, sucrose, lactose, xylose, maltose and At least one selected from among the inositol is preferred.
上記多価アルコールのうち、ポリエリスリトール以外のものについては、従来公知の種々の方法で製造することができるし、また市販のものを適宜使用すればよい。またポリエリスリトールは、本出願人らの一人が独自に開発したエリスリトールの2量体〜6量体である。後述する製造例1に、4量体のポリエリスリトールの製造方法を例示する。4量体以外のポリエリスリトールについては、当業者であれば製造例1の記載に基づき適宜製造することが可能である。 Among the polyhydric alcohols, those other than polyerythritol can be produced by various conventionally known methods, and commercially available ones may be used as appropriate. Polyerythritol is a dimer to hexamer of erythritol originally developed by one of the present applicants. A production method of tetramer polyerythritol is illustrated in Production Example 1 described later. Polyerythritol other than the tetramer can be appropriately produced by those skilled in the art based on the description in Production Example 1.
本発明に用いる抽出用液中における多価アルコールの濃度(混合物の場合には、それら全体の濃度)は、タンパク質合成効率の観点から、1(v/v)%〜60(v/v)%であるのが好ましく、2(v/v)%〜50(v/v)%であるのがより好ましい。 From the viewpoint of protein synthesis efficiency, the concentration of polyhydric alcohol in the extraction liquid used in the present invention (in the case of a mixture, the total concentration thereof) is 1 (v / v)% to 60 (v / v)%. It is preferable that it is 2 (v / v)%-50 (v / v)%.
本発明の方法に用いる抽出用液は、上述のように多価アルコールを含有しているならば、その他の成分については特に制限はないが、プロテアーゼインヒビターをさらに含有するのが好ましい。プロテアーゼインヒビターを含有する抽出用液を用いると、カイコ組織由来の抽出物に含有されるプロテアーゼの活性が阻害され、当該プロテアーゼによる抽出物中の活性タンパクの不所望な分解を防止でき、結果としてカイコ組織由来の抽出物が有するタンパク質合成能を有効に引き出すことができるようになるという利点がある。 The extraction solution used in the method of the present invention is not particularly limited as long as it contains a polyhydric alcohol as described above, but preferably further contains a protease inhibitor. When an extraction solution containing a protease inhibitor is used, the activity of the protease contained in the silkworm tissue-derived extract is inhibited, and unwanted decomposition of the active protein in the extract by the protease can be prevented. There is an advantage that the protein synthesis ability of the tissue-derived extract can be effectively extracted.
上記プロテアーゼインヒビターとしては、プロテアーゼの活性を阻害し得るものであるならば特に制限はなく、たとえば、フェニルメタンスルホニルフルオリド(以下、「PMSF」ということがある。)、アプロチニン、ベスタチン、ロイペプチン、ペプスタチンA、E−64(L−trans−エポキシスクシニルロイシルアミド−4−グアニジノブタン)、エチレンジアミン四酢酸、ホスホラミドンなどを使用することができるが、カイコ組織より抽出した後の抽出液にはセリンプロテアーゼ活性が強いと推定されることから、セリンプロテアーゼに対して特異性の高いPMSFを使用するのが好ましい。また、一種類のプロテアーゼインヒビターのみならず、数種類の混合物(プロテアーゼインヒビターカクテル)を用いてもよい。 The protease inhibitor is not particularly limited as long as it can inhibit the activity of the protease. For example, phenylmethanesulfonyl fluoride (hereinafter sometimes referred to as “PMSF”), aprotinin, bestatin, leupeptin, pepstatin A, E-64 (L-trans-epoxysuccinyl leucylamide-4-guanidinobutane), ethylenediaminetetraacetic acid, phosphoramidon, etc. can be used, but the extract after extraction from silkworm tissue has serine protease activity. Therefore, it is preferable to use PMSF having high specificity for serine protease. Further, not only one type of protease inhibitor but also several types of mixtures (protease inhibitor cocktail) may be used.
当該抽出用液中におけるプロテアーゼインヒビターの含有量に特に制限はないが、本発明の作用に必須な酵素類の分解阻害能を好適に発揮できる観点から、1μM〜50mM含有されることが好ましく、0.01mM〜5mM含有されることがより好ましい。プロテアーゼインヒビターが1μM未満であると、プロテアーゼの分解活性を充分抑えることができない傾向にあるためであり、またプロテアーゼインヒビターが50mMを超えると、タンパク質合成反応を阻害する傾向にあるためである。 The content of the protease inhibitor in the extraction solution is not particularly limited, but is preferably 1 μM to 50 mM from the viewpoint of suitably exhibiting the ability to inhibit the degradation of enzymes essential for the action of the present invention. More preferably, it is contained in an amount of 0.01 mM to 5 mM. This is because if the protease inhibitor is less than 1 μM, the protease degradation activity tends not to be sufficiently suppressed, and if the protease inhibitor exceeds 50 mM, the protein synthesis reaction tends to be inhibited.
また本発明に用いる抽出用液は、上記多価アルコールおよびプロテアーゼインヒビターに加えて、カリウム塩、マグネシウム塩、ジチオトレイトール(以下、「DTT」ということがある。)および緩衝剤をさらに含有するのが好ましい。 The extraction solution used in the present invention further contains a potassium salt, a magnesium salt, dithiothreitol (hereinafter sometimes referred to as “DTT”) and a buffer in addition to the polyhydric alcohol and protease inhibitor. Is preferred.
上記カリウム塩としては、本発明の作用を阻害するようなものでなければ特に制限はなく、たとえば酢酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、塩化カリウム、リン酸水素二カリウム、クエン酸水素二カリウム、硫酸カリウム、リン酸二水素カリウム、ヨウ化カリウム、フタル酸カリウムなど一般的な形態で使用することができ、中でも酢酸カリウムを使用するのが好ましい。カリウム塩は、タンパク質合成反応における補助因子として作用する。 The potassium salt is not particularly limited as long as it does not inhibit the action of the present invention. For example, potassium acetate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium chloride, dipotassium hydrogen phosphate, dipotassium hydrogen citrate, It can be used in a general form such as potassium sulfate, potassium dihydrogen phosphate, potassium iodide, potassium phthalate, etc. Among them, potassium acetate is preferably used. Potassium salts act as cofactors in protein synthesis reactions.
当該抽出用液中におけるカリウム塩の含有量に特に制限はないが、保存安定性の観点から、たとえば酢酸カリウムなど1価のカリウム塩である場合、10mM〜500mM含有されることが好ましく、50mM〜200mM含有されることがより好ましい。カリウム塩が10mM未満または500mMを超えると、タンパク質合成に必須な成分が不安定になる傾向にあるためである。 Although there is no restriction | limiting in particular in content of the potassium salt in the said liquid for extraction, From a viewpoint of storage stability, when it is monovalent potassium salts, such as potassium acetate, for example, it is preferable that 10 mM-500 mM are contained, 50 mM- More preferably, it contains 200 mM. This is because if the potassium salt is less than 10 mM or more than 500 mM, components essential for protein synthesis tend to become unstable.
上記マグネシウム塩としては、本発明の作用を阻害するようなものでなければ特に制限はなく、たとえば酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、クエン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、乳酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウムなど一般的な形態で使用することができ、中でも酢酸マグネシウムを使用するのが好ましい。マグネシウム塩も、タンパク質合成反応における補助因子として作用する。 The magnesium salt is not particularly limited as long as it does not inhibit the action of the present invention. For example, magnesium acetate, magnesium sulfate, magnesium chloride, magnesium citrate, magnesium hydrogen phosphate, magnesium iodide, magnesium lactate, It can be used in a general form such as magnesium nitrate and magnesium oxalate, and it is preferable to use magnesium acetate. Magnesium salts also act as cofactors in protein synthesis reactions.
当該抽出用液中におけるマグネシウム塩の含有量に特に制限はないが、保存安定性の観点から、たとえば酢酸マグネシウムなど2価の塩である場合、0.1mM〜10mM含有されることが好ましく、0.5mM〜5mM含有されることがより好ましい。マグネシウム塩が0.1mM未満または10mMを超えると、タンパク質の合成に必須な成分が不安定になる傾向にあるためである。 Although there is no restriction | limiting in particular in content of the magnesium salt in the said liquid for extraction, From a viewpoint of storage stability, when it is bivalent salt, such as magnesium acetate, it is preferable that 0.1-10 mM is contained, More preferably, 5 mM to 5 mM is contained. This is because when the magnesium salt is less than 0.1 mM or more than 10 mM, components essential for protein synthesis tend to become unstable.
上記DTTは、酸化防止の目的で配合されるものであり、当該抽出用液中において0.1mM〜10mM含有されることが好ましく、0.5mM〜5mM含有されることがより好ましい。DTTが0.1mM未満または10mMを超えると、タンパク質の合成に必須な成分が不安定になる傾向にあるためである。 The DTT is blended for the purpose of preventing oxidation, and is preferably contained in the extraction liquid at a concentration of 0.1 mM to 10 mM, more preferably 0.5 mM to 5 mM. This is because when DTT is less than 0.1 mM or more than 10 mM, components essential for protein synthesis tend to become unstable.
上記緩衝剤は、抽出用液に緩衝能を付与し、たとえば酸性または塩基性物質の添加などによって起こるpHの急激な変化による抽出物の変性を防止する目的で配合される。このような緩衝剤としては、特に制限はなく、たとえば、HEPES−KOH、Tris−HCl、酢酸−酢酸ナトリウム、クエン酸−クエン酸ナトリウム、リン酸、ホウ酸、MES、PIPESなどを使用することができる。
緩衝剤は、当該抽出用液のpHが4〜10に保持されるようなものを使用するのが好ましく、pHが6〜8に保持されるようなものを使用するのがより好ましい。抽出用液のpHが4未満またはpHが10を超えると、本発明の反応に必須な成分が変性する虞があるためである。このような観点より、上記中でもHEPES−KOH(pH6〜8)を使用するのが特に好ましい。
The buffering agent is blended for the purpose of imparting buffering capacity to the extraction solution and preventing the denaturation of the extract due to a rapid change in pH caused by the addition of an acidic or basic substance. Such a buffer is not particularly limited, and for example, HEPES-KOH, Tris-HCl, acetic acid-sodium acetate, citric acid-sodium citrate, phosphoric acid, boric acid, MES, PIPES, etc. may be used. it can.
It is preferable to use a buffering agent whose pH of the extraction liquid is maintained at 4 to 10, and more preferably a buffering agent whose pH is maintained at 6 to 8. This is because if the pH of the extraction liquid is less than 4 or exceeds 10, the components essential for the reaction of the present invention may be denatured. From such a viewpoint, it is particularly preferable to use HEPES-KOH (
当該抽出液中における緩衝剤の含有量に特に制限はないが、好適な緩衝能を保持する観点から、5mM〜200mM含有されることが好ましく、10mM〜50mM含有されることがより好ましい。緩衝剤が5mM未満であると、酸性または塩基性物質の添加によりpHの急激な変動を引き起こし、調製後の抽出液において抽出物が変性する傾向にあるためであり、また緩衝剤が200mMを超えると、塩濃度が高くなり過ぎ、タンパク質合成に必須な成分が不安定になる傾向にあるためである。 Although there is no restriction | limiting in particular in content of the buffer in the said extract, From a viewpoint of hold | maintaining suitable buffer capacity, it is preferable to contain 5 mM-200 mM, and it is more preferable that 10 mM-50 mM are contained. This is because when the buffer is less than 5 mM, the pH tends to fluctuate due to the addition of an acidic or basic substance, and the extract tends to denature in the extract after preparation, and the buffer exceeds 200 mM. This is because the salt concentration becomes too high and components essential for protein synthesis tend to become unstable.
すなわち、本発明に用いる抽出用液は、2(v/v)%〜50(v/v)%の上記多価アルコールを含有するとともに、0.01mM〜5mMのPMSF、50mM〜200mMの酢酸カリウム、0.5mM〜5mMの酢酸マグネシウム、0.5mM〜5mMのDTT、10mM〜50mMのHEPES−KOH(pH6〜8)を含有するように実現されるのが好ましい。
That is, the extraction liquid used in the present invention contains 2 (v / v)% to 50 (v / v)% of the polyhydric alcohol, 0.01 mM to 5 mM PMSF, and 50 mM to 200 mM potassium acetate. It is preferably realized to contain 0.5 mM to 5 mM magnesium acetate, 0.5 mM to 5 mM DTT, 10 mM to 50 mM HEPES-KOH (
本発明における抽出対象であるカイコ組織は、カイコの一生のうちのどの状態(卵、幼虫(1齢期〜5齢期)、蛹、成虫)のいずれの組織であってよい。またカイコ組織は、単一の状態における単一の組織(たとえば、5齢期のカイコ幼虫における後部絹糸腺のみ)に限らず、単一の状態における複数の組織(たとえば、5齢期のカイコ幼虫における後部絹糸腺および脂肪体)であってもよく、複数の状態における単一の組織(たとえば、3齢期、4齢期、5齢期の各カイコ幼虫における後部絹糸腺)であってもよいものとする。無論、複数の状態における複数の組織であってもよい。
なおカイコ組織は、カイコ組織の全体(たとえば、後部絹糸腺全体)である必要はない。
The silkworm tissue to be extracted in the present invention may be any tissue in any state (egg, larva (1st to 5th instar), pupa, adult) during the lifetime of the silkworm. The silkworm tissue is not limited to a single tissue in a single state (for example, only the posterior silk gland in the silkworm larvae at the age of 5 years), but a plurality of tissues in the single state (eg, silkworm larvae at the age of 5 years of age). Posterior silk gland and fat body), or a single tissue in a plurality of states (eg, posterior silk gland in each silkworm larvae in 3rd, 4th, and 5th stages) Shall. Of course, it may be a plurality of organizations in a plurality of states.
The silkworm tissue need not be the entire silkworm tissue (for example, the entire posterior silk gland).
上記カイコ組織としては、カイコ幼虫の後部絹糸腺、脂肪体およびカイコの胚から選ばれる少なくともいずれかであることが望ましい。本発明の方法により調製された抽出液中にカイコ幼虫由来の後部絹糸腺、脂肪体およびカイコの胚から選ばれる少なくともいずれか由来の抽出物が含有されているか否かは、たとえばアルドラーゼについてのアイソザイム解析を行うことによって判別することができる(Nagaokaら(1995)、Insect Biochem Mol Biol. 25, 819-825)。 The silkworm tissue is preferably at least one selected from the posterior silk gland of the silkworm larva, the fat body, and the silkworm embryo. Whether or not the extract prepared by the method of the present invention contains an extract derived from at least one of silkworm larvae-derived posterior silk gland, fat body and silkworm embryo is determined by, for example, an isozyme for aldolase It can be discriminated by performing an analysis (Nagaoka et al. (1995), Insect Biochem Mol Biol. 25, 819-825).
カイコ幼虫の後部絹糸腺から本発明の方法にて調製を行うと、短時間で大量のタンパク質が合成可能な特に優れた利点を有する無細胞系タンパク質合成用抽出液を得ることができ、好ましい。 Preparation by the method of the present invention from the posterior silk gland of the silkworm larvae is preferable because an extract for cell-free protein synthesis having particularly excellent advantages capable of synthesizing a large amount of protein in a short time can be obtained.
またカイコ幼虫の脂肪体から本発明の方法にて調製を行うと、脂肪体が柔らかい組織であるために、すり潰す作業が短時間で済み、結果として容易に抽出液を調製でき、好ましい。
なお、5齢期の脂肪体については、上記アイソザイム解析以外に、抽出液をドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)にかけて脂肪体由来のタンパク質であるSP−1、SP−2などを検出することによっても、本発明の方法で調製された抽出液中に含有されているか否かを判別することができる。
Further, it is preferable to prepare from the fat body of the silkworm larva by the method of the present invention, because the fat body is a soft tissue, the work of grinding is completed in a short time, and as a result, the extract can be easily prepared.
In addition to the above isozyme analysis, the 5-year-old fat pad is subjected to sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) in addition to the above isozyme analysis, such as SP-1, SP-2 which are fat pad-derived proteins. Whether or not it is contained in the extract prepared by the method of the present invention can also be determined.
カイコの胚から本発明の方法にて調製を行うと、胚が1つの個体であるために他の組織とは異なり摘出する作業を要さず、結果として容易に抽出液を調製でき、好ましい。
なおカイコの胚については、上記アイソザイム解析以外に、抽出液をSDS−PAGEにかけて胚由来のタンパク質である30K、ESP、Vitellin(H)、Vitellin(L)などを検出することによっても、本発明の方法で調製された抽出液中に含有されているか否かを判別することができる。
Preparation from silkworm embryos by the method of the present invention is preferable because the embryo is a single individual and, unlike other tissues, does not require excision and can easily prepare an extract.
For silkworm embryos, in addition to the above isozyme analysis, the extract is subjected to SDS-PAGE to detect embryo-derived proteins such as 30K, ESP, Vitellin (H), Vitellin (L), etc. It can be determined whether or not it is contained in the extract prepared by the method.
カイコ幼虫の後部絹糸腺または脂肪体の場合、カイコ幼虫の1齢期〜5齢期のものであれば、特に制限なく本発明の方法にて調製できるが、当該後部絹糸腺または脂肪体は、5齢期のカイコ幼虫由来であるのが好ましい。これは、5齢期のカイコ幼虫においては、後部絹糸腺および脂肪体が1齢期〜5齢期のうちで最も成熟しており、これを用いることで他の齢期のものと比べて短時間で大量のタンパク質が合成可能な無細胞系タンパク質合成用抽出液が得られるためである。
中でも特に、絹糸の主成分である絹フィブロインを活発につくり、高いタンパク質合成能を有しているという観点から、5齢期のカイコ幼虫の後部絹糸腺、中でも5齢期の3日〜7日のカイコ幼虫の後部絹糸腺から抽出を行うことが好ましい。
In the case of silkworm larvae posterior silk gland or fat body, silkworm larvae can be prepared by the method of the present invention without any particular limitation as long as they are from the 1st to 5th instar stages of silkworm larvae. It is preferably derived from silkworm larvae at the age of 5 years. In the silkworm larvae at the 5th instar stage, the posterior silk gland and the fat body are most matured among the 1st to 5th instar stages. This is because an extract for cell-free protein synthesis capable of synthesizing a large amount of protein in a time can be obtained.
In particular, from the viewpoint of actively producing silk fibroin, which is the main component of silk thread, and having a high protein synthesis ability, the silk gland of the silkworm larvae at the 5th instar stage, especially 3-7 days in the 5th instar stage. It is preferable to perform extraction from the posterior silk gland of the silkworm larvae.
所望の量の上記抽出物を含有する抽出液を得るためには、通常、複数体のカイコより抽出する必要がある。抽出に供するカイコの数は、使用するカイコの状態や個体差によっても異なるが、カイコ幼虫については、繭の形成期に近づくにつれて組織の成熟に伴って、同量の抽出物を得るために要する数は少なくて済む。特に絹糸腺は、5齢期のカイコ幼虫において日を追うごとに著しく成熟するため、たとえば、5齢期の1日で30匹程度のカイコ幼虫からと同程度の量を5齢期の7日では6匹〜7匹程度のカイコ幼虫から得ることができる。 In order to obtain an extract containing a desired amount of the above extract, it is usually necessary to extract from a plurality of silkworms. The number of silkworms used for extraction varies depending on the condition of silkworms used and individual differences, but for silkworm larvae, it is necessary to obtain the same amount of extract as the tissue matures as it approaches the stage of silkworm formation. The number is small. In particular, since the silk gland matures significantly every day in the 5th instar silkworm larvae, for example, the same amount as about 30 silkworm larvae in 1st day in the 5th infancy, Then, it can be obtained from about 6 to 7 silkworm larvae.
本発明の無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法においては、多価アルコールを含有する抽出用液を用いてカイコ組織より抽出を行うならば、その他の手順には特に制限されるものではないが、たとえば、以下の手順により行うことができる。
まず、常法にしたがって、たとえばハサミ、ピンセット、メスなどの器具を使用して、カイコより所望の組織を摘出する。この摘出によって得る後述の抽出に使用する組織量としては、特に制限はないが、通常、1g〜100gの範囲内である。
次に摘出した組織を、液体窒素で凍結させた後、予め液体窒素で冷却させた乳鉢を用いてすり潰す。これに抽出用液を添加し、一旦抽出用液も凍結させた後、シャーベット状になるまで(具体的には、ウェットな黄色いシャリシャリ状態の氷になるまで)、薬さじで攪拌しながら溶解する。その後、再度液体窒素で完全に凍結させた後、シャーベット状になるまで(具体的には、ウェットな黄色いシャリシャリ状態の氷になるまで)薬さじで攪拌しながら溶解するという操作を行うことで、カイコ組織からの抽出を行う。
かかる抽出操作は、摘出したカイコ組織を、たとえば液体窒素で凍結させた後、−80℃で凍結させた乳鉢中ですり潰し、これに抽出用液を添加して抽出を行うようにしてもよいが、上記のような抽出操作を行うことで、多価アルコールを含有しており粘性の低い抽出用液を用いているためタンパク質合成反応が進行しやすくなる、ならびにタンパク質合成に関与する成分が効率的に抽出され且つ安定化されるという利点がある。
In the method for preparing an extract for cell-free protein synthesis of the present invention, other procedures are not particularly limited as long as extraction is performed from a silkworm tissue using an extraction solution containing a polyhydric alcohol. However, it can be performed by the following procedure, for example.
First, according to a conventional method, a desired tissue is extracted from a silkworm using instruments such as scissors, tweezers, and a scalpel. Although there is no restriction | limiting in particular as a tissue quantity used for the below-mentioned extraction obtained by this extraction, Usually, it exists in the range of 1g-100g.
Next, the extracted tissue is frozen with liquid nitrogen and then ground using a mortar previously cooled with liquid nitrogen. Add the extraction liquid to this, freeze the extraction liquid once, and then dissolve with stirring with a spoonful until it becomes a sherbet (specifically, until it becomes wet yellow crispy ice) . Then, after completely freezing again with liquid nitrogen, until it becomes a sherbet (specifically, until it becomes wet yellow crispy ice), it is melted while stirring with a chemical spoon. Extraction from silkworm tissue.
In this extraction operation, the extracted silkworm tissue may be frozen in, for example, liquid nitrogen and then ground in a mortar frozen at −80 ° C., and an extraction liquid may be added thereto for extraction. By performing the extraction operation as described above, a polyhydric alcohol-containing extraction solution with low viscosity is used, so that the protein synthesis reaction is likely to proceed, and the components involved in protein synthesis are efficient. This has the advantage of being extracted and stabilized.
次に、上記抽出処理で得られた液状物を遠心分離にかける。該遠心分離は、当分野において通常行われている条件(10000×g〜50000×g、0℃〜10℃、10分間〜60分間)で行う。本発明の調製方法においては、該遠心分離を1回行った後の上清をそのまま抽出液としてもよいが、好ましくは、当該上清(第一の上清)と、上記遠心分離(1回目の遠心分離)後の沈殿からさらに上記抽出用液を用いて抽出を行った後に遠心分離(2回目の遠心分離)して得られた上清(第二の上清)とを混合して、抽出液として調製することが好ましい。上記2回目の遠心分離は、上述した1回目の遠心分離と同様の条件で行えばよい。このように第一の上清と第二の上清とを混合して抽出液を調製することで、第一の上清、第二の上清を単独で抽出液とする場合と比較して、タンパク質合成効率が向上するという利点がある。これは、タンパク質合成反応に関与する成分が第一の上清だけでなく第二の上清にも多量に存在しているため、両者を混合し抽出液とすることで、単独の場合では得られない成分を補い合うことができるためであると考えられる。
また、上記第一の上清をさらに遠心分離して(上記と同様の条件であればよい)得られた上清(第三の上清)を、上記第二の上清と混合するようにすると、上記効果はさらに増強され、より好ましい。これは、1回の遠心分離では除去しきれなかった第一の上清に含まれる不純物を除去できることによるものと考えられる。なお、上記第一〜第三の上清を混合して、抽出液を調製するようにしてもよい。
Next, the liquid obtained by the extraction process is centrifuged. The centrifugation is carried out under conditions usually performed in the art (10000 × g to 50000 × g, 0 ° C. to 10 ° C., 10 minutes to 60 minutes). In the preparation method of the present invention, the supernatant after one centrifugation may be used as an extract as it is, but preferably the supernatant (first supernatant) and the above-mentioned centrifugation (first time) After further extraction using the above-mentioned extraction liquid from the precipitate after the centrifugation), and then mixing with the supernatant (second supernatant) obtained by centrifugation (second centrifugation), It is preferable to prepare it as an extract. The second centrifugation may be performed under the same conditions as the first centrifugation described above. By preparing the extract by mixing the first supernatant and the second supernatant in this way, compared with the case where the first supernatant and the second supernatant are used as the extract alone. There is an advantage that the protein synthesis efficiency is improved. This is because the components involved in the protein synthesis reaction are present in a large amount not only in the first supernatant but also in the second supernatant. It is thought that it is because the component which cannot be supplemented can be complemented.
In addition, the supernatant (third supernatant) obtained by further centrifuging the first supernatant (same conditions as described above) may be mixed with the second supernatant. Then, the said effect is further strengthened and is more preferable. This is considered to be because impurities contained in the first supernatant that could not be removed by one centrifugation can be removed. In addition, you may make it prepare the extract by mixing the said 1st-3rd supernatant.
この場合、調製される混合物(抽出液)における第一の上清および/または第三の上清(両方混合する場合には、その総量)と第二の上清との混合割合に特に制限はないが、タンパク質の合成効率の観点からは、体積比で10:90〜90:10であるのが好ましく、20:80〜80:20であるのがより好ましい。 In this case, there is no particular limitation on the mixing ratio of the first supernatant and / or the third supernatant (total amount when both are mixed) and the second supernatant in the prepared mixture (extract). However, from the viewpoint of protein synthesis efficiency, the volume ratio is preferably 10:90 to 90:10, and more preferably 20:80 to 80:20.
上記第一の上清〜第三の上清、ならびに上記混合物を精製する目的で、これらにゲル濾過を施し、ゲル濾過後の濾液より280nmにおける吸光度が最も高い画分付近を分取して抽出液として調製するようにしてもよいが、タンパク質の合成効率の観点からは、当該ゲル濾過および画分の分取を経ずに抽出液として調製するのが好ましい。これは、上記ゲル濾過および画分の分取を経ることによって、反応に必要な成分まで減少してしまうためであると考えられる。 In order to purify the first to third supernatants and the mixture, they are subjected to gel filtration, and the vicinity of the fraction having the highest absorbance at 280 nm is extracted from the filtrate after gel filtration. Although it may be prepared as a liquid, from the viewpoint of protein synthesis efficiency, it is preferably prepared as an extract without undergoing gel filtration and fractionation. This is considered to be because the components necessary for the reaction are reduced by the gel filtration and fraction fractionation.
なお、上記ゲル濾過を施し、ゲル濾過後の濾液より280nmにおける吸光度が最も高い画分付近を分取する場合には、具体的には以下の手順にて行えばよい。
たとえば脱塩カラム PD−10(アマシャム バイオサイエンス社製)によりゲル濾過を行い、常法にしたがって、ゲル濾過用緩衝液にてカラムを平衡化した後、試料を供給し、上記抽出用液にて溶出する、というような条件にて行う。上記ゲル濾過用緩衝液は、上記抽出用液に、グリセロールをさらに添加したものであることが好ましい。グリセロールは、通常、5(v/v)%〜40(v/v)%(好ましくは、20(v/v)%)となるように添加すればよい。ゲル濾過して得られる濾液は、通常のゲル濾過で行われているように、0.1mL〜1mLを1画分とすればよく、高いタンパク質合成能を有する画分を効率よく分取するという観点より、0.4mL〜0.6mLを1画分とするのが好ましい。
次に、ゲル濾過後の濾液より280nmにおける吸光度が10以上の画分を分取する。当該処理は、たとえばUltrospec3300pro(アマシャムバイオサイエンス社製)などの機器を用いて、各画分について上記280nmにおける吸光度を測定し、この吸光度が最も高い画分付近を分取する。
In addition, what is necessary is just to perform in the following procedures, when performing the said gel filtration and fractionating the vicinity of a fraction with the highest light absorbency in 280 nm from the filtrate after gel filtration.
For example, gel filtration is performed using a desalting column PD-10 (manufactured by Amersham Biosciences), and the column is equilibrated with a gel filtration buffer according to a conventional method. Elution is performed under such conditions as elution. The gel filtration buffer is preferably a solution obtained by further adding glycerol to the extraction solution. Glycerol is usually added so as to be 5 (v / v)% to 40 (v / v)% (preferably 20 (v / v)%). The filtrate obtained by gel filtration should be 0.1 mL to 1 mL as one fraction, as is done by normal gel filtration, and efficiently fractions having a high protein synthesis ability. From a viewpoint, it is preferable to make 0.4 mL-0.6 mL into 1 fraction.
Next, a fraction having an absorbance at 280 nm of 10 or more is collected from the filtrate after gel filtration. In the treatment, for example, the absorbance at 280 nm is measured for each fraction using an instrument such as Ultraspec 3300pro (manufactured by Amersham Bioscience), and the vicinity of the fraction having the highest absorbance is fractionated.
本発明は、また、上述した多価アルコールを含有する抽出用液を有するカイコ組織用抽出キットをも提供する。当該カイコ組織用抽出キットにおける抽出用液中の好適な多価アルコールの種類、濃度、その他の好適な組成については、上述したとおりである。かかるカイコ組織用抽出キットは、抽出用液を収容した適宜の容器と、その他の適当な要素で構成されていればよく、特には制限されるものではない。上記抽出用液以外の他の構成要素にも特に制限はないが、たとえば、カイコ組織の摘出に用いるハサミ、ピンセット、メスなど、また、その他カイコ用解剖台、組織洗浄液などを有していてよい。 The present invention also provides an extraction kit for silkworm tissue having an extraction liquid containing the polyhydric alcohol described above. The types, concentrations, and other suitable compositions of the suitable polyhydric alcohol in the extraction liquid in the silkworm tissue extraction kit are as described above. The silkworm tissue extraction kit is not particularly limited as long as it is composed of an appropriate container containing the extraction liquid and other appropriate elements. There are no particular restrictions on other components other than the extraction liquid, but for example, scissors, tweezers, and scalpels used for extracting silkworm tissue, and other silkworm dissection tables, tissue washing liquid, and the like may be included. .
上記のように本発明の方法にて得られた抽出液を用いてタンパク質合成反応を行うことによって、如何なるタンパク質、例えば生細胞で細胞毒となるタンパク質であっても、短時間にて合成することが可能となる。また、真核生物であるカイコの組織由来の抽出物を用いているため、糖タンパク質を無細胞系で合成することも可能であり、特に制限されることなく多くの種類のタンパク質を合成することができる。なお上記タンパク質合成反応は、mRNAの情報を読み取ってタンパク質を合成する無細胞翻訳系のみによるタンパク質合成反応(翻訳系合成反応)、外来鋳型DNAよりmRNAを転写する転写工程と、該転写工程で得られたmRNAの情報を読み取ってタンパク質を合成する翻訳工程とを含むタンパク質合成反応(転写/翻訳系合成反応)のいずれであってもよい。
さらに、このような抽出液は、後述するように従来の小麦胚芽からの抽出液の調製と比較して、無細胞系タンパク質合成に供することのできる抽出液を、格段に容易に調製することができ、効率的な無細胞系タンパク質合成を実現できる。
As described above, by performing a protein synthesis reaction using the extract obtained by the method of the present invention, any protein, for example, a protein that becomes a cytotoxic agent in living cells, can be synthesized in a short time. Is possible. In addition, because it uses an extract derived from the tissue of the silkworm, a eukaryote, it is possible to synthesize glycoproteins in a cell-free system and to synthesize many types of proteins without any particular restrictions. Can do. The protein synthesis reaction described above is obtained by a protein synthesis reaction (translation system synthesis reaction) using only a cell-free translation system that reads mRNA information and synthesizes a protein, a transcription step that transcribes mRNA from a foreign template DNA, and the transcription step. Any of the protein synthesis reactions (transcription / translation system synthesis reaction) including a translation step of synthesizing the protein by reading the information of the obtained mRNA.
Further, as described later, such an extract can be prepared much more easily as an extract that can be used for cell-free protein synthesis as compared with the conventional preparation of an extract from wheat germ. Efficient cell-free protein synthesis.
本発明の方法で得られた抽出液中におけるカイコ組織由来の抽出物の含有量に特に制限はないが、タンパク質濃度で1mg/mL〜200mg/mLであるのが好ましく、中でも10mg/mL〜100mg/mLであるのがより好ましい。当該抽出物の含有量がタンパク質濃度で1mg/mL未満であると、本発明の作用に必須な成分の濃度が低くなり、充分な合成反応が行えなくなる虞があるためであり、また当該抽出物の含有量がタンパク質濃度で200mg/mLを超えると、抽出液自体が高い粘性を有し、操作しづらい虞があるためである。 The content of the silkworm tissue-derived extract in the extract obtained by the method of the present invention is not particularly limited, but the protein concentration is preferably 1 mg / mL to 200 mg / mL, and more preferably 10 mg / mL to 100 mg. More preferably, it is / mL. This is because if the content of the extract is less than 1 mg / mL in terms of protein concentration, the concentration of components essential for the action of the present invention will be low, and a sufficient synthesis reaction may not be possible. This is because if the content of the protein exceeds 200 mg / mL in protein concentration, the extract itself has a high viscosity and may be difficult to operate.
なお上記範囲の量のカイコ組織由来の抽出物を含有する抽出液は、抽出液のタンパク質濃度測定を利用して、調製できる。当該タンパク質濃度測定は、当分野において通常行われているように、たとえばBCA Protein assay Kit(PIERCE社製)を使用し、反応試薬2mLに対してサンプルを0.1mL加え、37℃で30分間反応させ、562nmにおける吸光度を測定する、といった手順によって行う。コントロールとしては、通常、ウシ血清アルブミン(BSA)を使用する。 An extract containing the silkworm tissue-derived extract in an amount within the above range can be prepared by measuring the protein concentration of the extract. The protein concentration is measured using, for example, BCA Protein assay Kit (manufactured by PIERCE), 0.1 mL of the sample is added to 2 mL of the reaction reagent, and the reaction is performed at 37 ° C. for 30 minutes. And measuring the absorbance at 562 nm. As a control, bovine serum albumin (BSA) is usually used.
本発明の方法で得られる抽出液を用いて、上記翻訳系合成反応、転写/翻訳系合成反応を行うために調製する反応液(それぞれ、「翻訳系用反応液」、「転写/翻訳系用反応液」と呼ぶ。)の組成に特に制限はなく、それぞれ従来公知の組成を適宜選択すればよい。
翻訳系用反応液、転写/翻訳系用反応液のいずれの場合であっても、本発明の方法で得られた抽出液を10(v/v)%〜80(v/v)%、特には30(v/v)%〜60(v/v)%含有するように調製されたものであるのが好ましい。すなわち、反応液の全体において、カイコ組織由来の抽出物の含有量が、タンパク質濃度で0.1mg/mL〜160mg/mLとなるように調製されるのが好ましく、3mg/mL〜60mg/mLとなるように調製されるのがより好ましい。当該抽出物の含有量がタンパク質濃度で0.1mg/mL未満または160mg/mLを超えると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。
以下、(1)翻訳系用反応液、(2)転写/翻訳系用反応液について、それぞれ説明する。
Reaction solutions prepared for carrying out the above-mentioned translation system synthesis reaction and transcription / translation system synthesis reaction using the extract obtained by the method of the present invention (respectively “translation system reaction solution”, “transcription / translation system use”) The composition of the “reaction solution” is not particularly limited, and a conventionally known composition may be appropriately selected.
In either case of the translation system reaction solution or the transcription / translation system reaction solution, the extract obtained by the method of the present invention is 10 (v / v)% to 80 (v / v)%, particularly Is preferably prepared so as to contain 30 (v / v)% to 60 (v / v)%. That is, it is preferable that the content of the silkworm tissue-derived extract is preferably 0.1 mg / mL to 160 mg / mL in terms of protein concentration in the whole reaction solution, and 3 mg / mL to 60 mg / mL. More preferably, it is prepared as follows. This is because when the content of the extract is less than 0.1 mg / mL or exceeds 160 mg / mL in protein concentration, the protein synthesis rate tends to decrease.
Hereinafter, (1) the translation system reaction solution and (2) the transcription / translation system reaction solution will be described.
(1)翻訳系用反応液
翻訳系用反応液は、本発明の方法で得られた抽出液を除く成分として、外来mRNA、カリウム塩、マグネシウム塩、DTT、アデノシン三リン酸、グアノシン三リン酸、クレアチンリン酸、クレアチンキナーゼ、アミノ酸成分、RNaseインヒビター、tRNA、緩衝剤を少なくとも含有するのが好ましい。かかる翻訳系用反応液を使用して翻訳系合成反応を行うことで、短時間で大量のタンパク質の合成が可能である。
(1) Translation system reaction solution The translation system reaction solution is a component excluding the extract obtained by the method of the present invention, exogenous mRNA, potassium salt, magnesium salt, DTT, adenosine triphosphate, guanosine triphosphate. Creatine phosphate, creatine kinase, amino acid component, RNase inhibitor, tRNA, and buffer. By carrying out a translation system synthesis reaction using such a translation system reaction solution, a large amount of protein can be synthesized in a short time.
上記翻訳系用反応液に用いる外来mRNAとは、カイコ組織に由来しないmRNAを指し、カイコ組織に由来しないmRNAであるならば、コードするタンパク質(ペプチドを含む)に特に制限はなく、毒性を有するタンパク質をコードするものであってもよいし、また糖タンパク質をコードするものであってもよい。なお、翻訳系用反応液に含有されるmRNAが外来mRNAであるかカイコ組織に由来するmRNAであるかは、まず、翻訳系用反応液中より、mRNAを単離精製後、逆転写酵素によりcDNAを合成し、得られたcDNAの塩基配列を解析し、既知の外来mRNAの塩基配列と比較することで判別することができる。 The foreign mRNA used in the reaction solution for translation system refers to mRNA that does not originate from silkworm tissue. If it is mRNA that does not originate from silkworm tissue, there is no particular limitation on the encoded protein (including peptides) and it is toxic. It may be one that encodes a protein or one that encodes a glycoprotein. Whether mRNA contained in the reaction solution for translation system is foreign mRNA or mRNA derived from silkworm tissue is determined by first isolating and purifying mRNA from the reaction solution for translation system and then using reverse transcriptase. It can be determined by synthesizing cDNA, analyzing the base sequence of the obtained cDNA, and comparing it with the base sequence of a known foreign mRNA.
なお翻訳系用反応液に用いる外来mRNAは、その塩基数に特に制限はなく、目的とするタンパク質を合成し得るならばmRNA全てが同じ塩基数でなくともよい。また、目的とするタンパク質を合成し得る程度に相同な配列であれば、各mRNAは、複数個の塩基が欠失、置換、挿入または付加されたものであってよい。 The foreign mRNA used in the reaction solution for translation system is not particularly limited in the number of bases, and all mRNAs may not have the same number of bases as long as the target protein can be synthesized. In addition, each mRNA may have a plurality of bases deleted, substituted, inserted or added as long as the sequences are homologous enough to synthesize the target protein.
翻訳系用反応液中において、外来mRNAは、タンパク質合成の速度の観点から、1μg/mL〜1000μg/mL含有されることが好ましく、10μg/mL〜500μg/mL含有されることがより好ましい。mRNAが1μg/mL未満または1000μg/mLを超えると、タンパク質合成の速度が低下する傾向にあるためである。 In the translation reaction solution, the foreign mRNA is preferably contained at 1 μg / mL to 1000 μg / mL, more preferably 10 μg / mL to 500 μg / mL, from the viewpoint of the rate of protein synthesis. This is because if the mRNA is less than 1 μg / mL or exceeds 1000 μg / mL, the rate of protein synthesis tends to decrease.
翻訳系用反応液中におけるカリウム塩としては、抽出用液の成分として上述した各種のカリウム塩、好適には酢酸カリウム、を好ましく使用できる。カリウム塩は、上述した抽出用液におけるカリウム塩の場合と同様の観点から、当該翻訳系用反応液中において、10mM〜500mM含有されることが好ましく、50mM〜150mM含有されることがより好ましい。 As the potassium salt in the translation reaction solution, the various potassium salts described above as the components of the extraction solution, preferably potassium acetate, can be preferably used. From the same viewpoint as the case of the potassium salt in the extraction solution described above, the potassium salt is preferably contained in the translation reaction solution in an amount of 10 mM to 500 mM, more preferably 50 mM to 150 mM.
翻訳系用反応液中におけるマグネシウム塩としては、抽出用液の成分として上述した各種のマグネシウム塩、好適には酢酸マグネシウム、を好ましく使用できる。マグネシウム塩は、上述した抽出用液におけるマグネシウム塩の場合と同様の観点から、当該翻訳系用反応液中において、0.1mM〜10mM含有されることが好ましく、0.5mM〜3mM含有されることがより好ましい。 As the magnesium salt in the translation reaction solution, the above-mentioned various magnesium salts, preferably magnesium acetate, can be preferably used as components of the extraction solution. From the same viewpoint as the case of the magnesium salt in the extraction solution described above, the magnesium salt is preferably contained in the translation system reaction solution in an amount of 0.1 mM to 10 mM, and preferably 0.5 mM to 3 mM. Is more preferable.
翻訳系用反応液中におけるDTTは、上述した抽出用液におけるDTTの場合と同様の観点から、0.1mM〜10mM含有されることが好ましく、0.2mM〜5mM含有されることがより好ましい。 The DTT in the translation system reaction solution is preferably contained in an amount of 0.1 mM to 10 mM, more preferably 0.2 mM to 5 mM, from the same viewpoint as in the case of the DTT in the extraction solution described above.
翻訳系用反応液中におけるアデノシン三リン酸(以下、「ATP」ということがある。)は、タンパク質合成の速度の観点から、0.01mM〜10mM含有されることが好ましく、0.1mM〜5mM含有されることがより好ましい。ATPが0.01mM未満または10mMを超えると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。 Adenosine triphosphate (hereinafter sometimes referred to as “ATP”) in the translation system reaction solution is preferably contained in an amount of 0.01 mM to 10 mM, and preferably 0.1 mM to 5 mM, from the viewpoint of the rate of protein synthesis. More preferably it is contained. This is because when ATP is less than 0.01 mM or more than 10 mM, the protein synthesis rate tends to decrease.
翻訳系用反応液中におけるグアノシン三リン酸(以下、「GTP」ということがある。)は、タンパク質合成の速度の観点から、0.01mM〜10mM含有されることが好ましく、0.1mM〜5mM含有されることがより好ましい。GTPが0.01mM未満または10mMを超えると、タンパク質合成の速度が低下する傾向にあるためである。 The guanosine triphosphate (hereinafter sometimes referred to as “GTP”) in the reaction solution for translation system is preferably contained in an amount of 0.01 mM to 10 mM, preferably 0.1 mM to 5 mM, from the viewpoint of the rate of protein synthesis. More preferably it is contained. This is because when GTP is less than 0.01 mM or more than 10 mM, the rate of protein synthesis tends to decrease.
翻訳系用反応液中におけるクレアチンリン酸は、タンパク質を継続的に合成するための成分であって、ATPとGTPを再生する目的で配合される。クレアチンリン酸は、タンパク質合成の速度の観点から、当該反応液中において1mM〜200mM含有されることが好ましく、10mM〜100mM含有されることがより好ましい。クレアチンリン酸が1mM未満であると、充分な量のATPとGTPが再生されにくく、結果としてタンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためであり、またクレアチンリン酸が200mMを超えると、阻害物質として働き、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。 Creatine phosphate in the reaction solution for translation system is a component for continuously synthesizing proteins, and is blended for the purpose of regenerating ATP and GTP. From the viewpoint of protein synthesis rate, creatine phosphate is preferably contained in the reaction solution in an amount of 1 mM to 200 mM, more preferably 10 mM to 100 mM. This is because if creatine phosphate is less than 1 mM, sufficient amounts of ATP and GTP are difficult to regenerate, resulting in a tendency for the protein synthesis rate to decrease, and if creatine phosphate exceeds 200 mM, an inhibitory substance. This is because the protein synthesis rate tends to decrease.
翻訳系用反応液中におけるクレアチンキナーゼは、タンパク質を継続的に合成するための成分であって、クレアチンリン酸と共にATPとGTPを再生する目的で配合される。クレアチンキナーゼは、タンパク質合成の速度の観点から、当該反応液中において1μg/mL〜1000μg/mL含有されることが好ましく、10μg/mL〜500μg/mL含有されることがより好ましい。クレアチンキナーゼが1μg/mL未満であると、充分な量のATPとGTPが再生されにくく、結果としてタンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためであり、またクレアチンキナーゼが1000μg/mLを超えると、阻害物質として働き、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。 Creatine kinase in the reaction solution for translation system is a component for continuously synthesizing proteins and is formulated for the purpose of regenerating ATP and GTP together with creatine phosphate. From the viewpoint of protein synthesis rate, creatine kinase is preferably contained in the reaction solution in an amount of 1 μg / mL to 1000 μg / mL, and more preferably 10 μg / mL to 500 μg / mL. This is because when creatine kinase is less than 1 μg / mL, sufficient amounts of ATP and GTP are difficult to be regenerated, and as a result, the protein synthesis rate tends to decrease, and when creatine kinase exceeds 1000 μg / mL, This is because it acts as an inhibitor and tends to decrease the rate of protein synthesis.
翻訳系用反応液中におけるアミノ酸成分は、20種類のアミノ酸、すなわち、バリン、メチオニン、グルタミン酸、アラニン、ロイシン、フェニルアラニン、グリシン、プロリン、イソロイシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、ヒスチジン、アスパラギン酸、チロシン、リシン、グルタミン、シスチン、アルギニン、の20種類のアミノ酸を少なくとも含有する。このアミノ酸には、ラジオアイソトープ標識されたアミノ酸も含まれる。さらに、必要に応じて、修飾アミノ酸を含有していてもよい。当該アミノ酸成分は、通常、各種類のアミノ酸を概ね等量ずつ含有してなる。
本発明においては、タンパク質合成の速度の観点から、当該反応液中において上記のアミノ酸成分が1μM〜1000μM含有されることが好ましく、10μM〜200μM含有されることがより好ましい。アミノ酸成分が1μM未満または1000μMを超えると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。
The amino acid component in the reaction solution for translation system is 20 kinds of amino acids, that is, valine, methionine, glutamic acid, alanine, leucine, phenylalanine, glycine, proline, isoleucine, tryptophan, asparagine, serine, threonine, histidine, aspartic acid, tyrosine , Lysine, glutamine, cystine and arginine. This amino acid also includes radioisotope labeled amino acids. Furthermore, you may contain the modified amino acid as needed. The amino acid component usually contains approximately equal amounts of each type of amino acid.
In the present invention, from the viewpoint of protein synthesis speed, the amino acid component is preferably contained in the reaction solution in an amount of 1 μM to 1000 μM, more preferably 10 μM to 200 μM. This is because if the amino acid component is less than 1 μM or exceeds 1000 μM, the protein synthesis rate tends to decrease.
翻訳系用反応液中におけるRNaseインヒビターは、抽出液に混在するカイコ由来のRNaseによって、本発明の無細胞系タンパク質合成の際にmRNAやtRNAが不所望に消化されて、タンパク質の合成を妨げるのを防ぐ目的で配合されるものであり、当該反応液中において0.1U/μL〜100U/μL含有されることが好ましく、1U/μL〜10U/μL含有されることがより好ましい。RNaseインヒビターが0.1U/μL未満であると、RNaseの分解活性を充分抑えることができない傾向にあるためであり、またRNaseインヒビターが100U/μLを超えると、タンパク質合成反応を阻害する傾向にあるためである。 The RNase inhibitor in the reaction solution for the translation system interferes with protein synthesis by undesirably digesting mRNA and tRNA during the cell-free protein synthesis of the present invention by the silkworm-derived RNase mixed in the extract. In the reaction solution, it is preferably contained in an amount of 0.1 U / μL to 100 U / μL, and more preferably 1 U / μL to 10 U / μL. This is because if the RNase inhibitor is less than 0.1 U / μL, the degradation activity of RNase tends not to be sufficiently suppressed, and if the RNase inhibitor exceeds 100 U / μL, the protein synthesis reaction tends to be inhibited. Because.
翻訳系用反応液中におけるtRNAは、上記20種類のアミノ酸に対応した種類のtRNAを概ね等量ずつ含有してなる。本発明においては、タンパク質合成の速度の観点から、当該反応液中において1μg/mL〜1000μg/mL含有されることが好ましく、10μg/mL〜500μg/mL含有されることがより好ましい。tRNAが1μg/mL未満または1000μg/mLを超えると、タンパク質合成の速度が低下する傾向にあるためである。 The tRNA in the translation reaction solution contains approximately equal amounts of the tRNAs corresponding to the 20 amino acids. In the present invention, from the viewpoint of the rate of protein synthesis, the reaction solution preferably contains 1 μg / mL to 1000 μg / mL, more preferably 10 μg / mL to 500 μg / mL. This is because if the tRNA is less than 1 μg / mL or exceeds 1000 μg / mL, the rate of protein synthesis tends to decrease.
翻訳系用反応液に含有される緩衝剤としては、上述した抽出用液に用いたものと同様のものが好適に使用でき、同様の理由から、HEPES−KOH(pH6〜8)を使用するのが好ましい。また、緩衝剤は、上述した抽出用液における緩衝剤の場合と同様の観点から、5mM〜200mM含有されることが好ましく、10mM〜50mM含有されることがより好ましい。 As the buffering agent contained in the translation system reaction solution, the same one as that used in the extraction solution described above can be suitably used. For the same reason, HEPES-KOH (pH 6-8) is used. Is preferred. Moreover, it is preferable that 5 to 200 mM is contained, and it is more preferable that 10 to 50 mM is contained for a buffering agent from the viewpoint similar to the case of the buffering agent in the liquid for extraction mentioned above.
また翻訳系用反応液は、さらに上記多価アルコールを添加されたものであるのがより好ましい。多価アルコールを添加すると、翻訳系合成反応においてタンパク質合成に必須な成分を安定化できるという利点があるためである。多価アルコールを添加する場合、通常、5(v/v)%〜20(v/v)%となるように添加する。 The translation system reaction solution is more preferably one to which the polyhydric alcohol is further added. This is because the addition of a polyhydric alcohol has an advantage that components essential for protein synthesis can be stabilized in the translation system synthesis reaction. When polyhydric alcohol is added, it is usually added so as to be 5 (v / v)% to 20 (v / v)%.
さらに、翻訳系用反応液は、エチレングリコールビス(2−アミノエチルエーテル)四酢酸(以下、「EGTA」ということがある。)を含有するのが好ましい。EGTAを含有すると、EGTAが抽出液中の金属イオンとキレートを形成することでリボヌクレアーゼ、プロテアーゼなどを不活化させることにより、本発明のタンパク質合成に必須な成分の分解を阻害することができるためである。該EGTAは、上記反応液中において、上記分解阻害能を好適に発揮し得る観点から0.01mM〜10mM含有されることが好ましく、0.1mM〜5mM含有されることがより好ましい。EGTAが0.01mM未満であると必須な成分の分解活性を充分に抑えることができない傾向にあるためであり、また、10mMを超えるとタンパク質合成反応を阻害する傾向にあるためである。 Further, the translation system reaction solution preferably contains ethylene glycol bis (2-aminoethyl ether) tetraacetic acid (hereinafter sometimes referred to as “EGTA”). When EGTA is contained, EGTA forms a chelate with a metal ion in the extract to inactivate ribonuclease, protease, etc., thereby inhibiting degradation of components essential for protein synthesis of the present invention. is there. The EGTA is preferably contained in the reaction solution in an amount of 0.01 mM to 10 mM, more preferably 0.1 mM to 5 mM, from the viewpoint of suitably exhibiting the above-described degradation inhibitory ability. This is because if EGTA is less than 0.01 mM, the degradation activity of essential components tends not to be sufficiently suppressed, and if it exceeds 10 mM, the protein synthesis reaction tends to be inhibited.
すなわち、本発明の方法で得られた抽出液を使用した翻訳系用反応液としては、当該抽出液を30(v/v)%〜60(v/v)%含有するとともに、50mM〜150mMの酢酸カリウム、0.5mM〜3mMの酢酸マグネシウム、0.2mM〜5mMのDTT、5(v/v)%〜20(v/v)%の多価アルコール、0.1mM〜5mMのATP、0.1mM〜5mMのGTP、10mM〜100mMのクレアチンリン酸、10μg/mL〜500μg/mLのクレアチンキナーゼ、10μM〜200μMのアミノ酸成分、1U/μL〜10U/μLのRNaseインヒビター、10μg/mL〜500μg/mLのtRNA、10μg/mL〜500μg/mLの外来mRNA、10mM〜50mMのHEPES−KOH(pH6〜8)を含有するように実現されるのが好ましい。また、上記に加えてさらに0.1mM〜5mMのEGTAを含有するように実現されるのがより好ましい。
That is, as a translation system reaction solution using the extract obtained by the method of the present invention, the extract contains 30 (v / v)% to 60 (v / v)% and 50 mM to 150 mM. Potassium acetate, 0.5 mM to 3 mM magnesium acetate, 0.2 mM to 5 mM DTT, 5 (v / v)% to 20 (v / v)% polyhydric alcohol, 0.1 mM to 5 mM ATP, 0. 1 mM to 5 mM GTP, 10 mM to 100 mM creatine phosphate, 10 μg / mL to 500 μg / mL creatine kinase, 10 μM to 200 μM amino acid component, 1 U / μL to 10 U / μL RNase inhibitor, 10 μg / mL to 500 μg / mL TRNA, 10 μg / mL to 500 μg / mL foreign mRNA, 10 mM to 50 mM HEPES-KOH (
上記翻訳系用反応液を用いた無細胞系タンパク質合成反応(翻訳系合成反応)は、従来公知のたとえば低温恒温槽にて行う。反応温度は、通常、10℃〜40℃、好ましくは20℃〜30℃の範囲内である。反応温度が10℃未満であると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあり、また反応温度が40℃を超えると、必須な成分が変性する傾向にあるためである。反応の時間は、通常、1時間〜72時間、好ましくは3時間〜24時間である。 The cell-free protein synthesis reaction (translation system synthesis reaction) using the translation reaction solution is carried out in a conventionally known low temperature thermostat. The reaction temperature is usually in the range of 10 ° C to 40 ° C, preferably 20 ° C to 30 ° C. This is because if the reaction temperature is less than 10 ° C, the protein synthesis rate tends to decrease, and if the reaction temperature exceeds 40 ° C, essential components tend to denature. The reaction time is usually 1 hour to 72 hours, preferably 3 hours to 24 hours.
(2)転写/翻訳系用反応液
転写/翻訳系用反応液は、本発明の方法で得られた抽出液を除く成分として、外来鋳型DNA、RNAポリメラーゼ、アデノシン三リン酸、グアノシン三リン酸、シチジン5'−三リン酸、ウリジン5'−三リン酸、クレアチンリン酸、クレアチンキナーゼ、アミノ酸成分およびtRNAを少なくとも含有するのが好ましい。かかる転写/翻訳系用反応液を使用して転写/翻訳系合成反応を行うことで、短時間で大量のタンパク質の合成が可能である。
(2) Reaction solution for transcription / translation system The reaction solution for transcription / translation system is a component excluding the extract obtained by the method of the present invention, and includes exogenous template DNA, RNA polymerase, adenosine triphosphate, guanosine triphosphate. It preferably contains at
上記転写/翻訳系用反応液に用いる外来鋳型DNAは、プラスミドDNAなどの環状DNAであってもよいし、PCR産物などの直鎖状DNAであってもよい。上記外来鋳型DNAは、カイコ組織に由来しない鋳型DNAを指し、目的タンパク質をコードする塩基配列と、その5'上流側に位置するプロモーター配列とを少なくとも有する。本発明に用いる外来鋳型DNAは、カイコ組織に由来しない鋳型DNAであるならば、コードするタンパク質(ペプチドを含む)に特に制限はなく、生細胞で細胞毒となるタンパク質をコードする塩基配列を有するものであってもよいし、また糖タンパク質をコードする塩基配列を有するものであってもよい。また本発明に用いる外来鋳型DNAにおけるプロモーター配列としては、特に制限されるものではないが、たとえば、従来公知のT7プロモーター配列、SP6プロモーター配列、T3プロモーター配列などが挙げられる。
なお本発明に用いる外来鋳型DNAは、塩基数に特に制限はなく、目的とするタンパク質を合成し得るならば鋳型DNA全てが同じ塩基数でなくともよい。また、目的とするタンパク質を合成し得る程度に相同な配列であれば、各外来鋳型DNAは、複数個の塩基が欠失、置換、挿入または付加されたものであってよい。なお、抽出液において、含有される鋳型DNAが外来鋳型DNAであるかカイコ組織に由来する鋳型DNAであるかは、抽出液中より、フェノール−クロロホルム抽出を行ってその鋳型DNAを抽出し、その塩基配列を解析することによって判別することができる。
The exogenous template DNA used in the reaction solution for transcription / translation system may be a circular DNA such as a plasmid DNA or a linear DNA such as a PCR product. The foreign template DNA refers to a template DNA not derived from silkworm tissue, and has at least a base sequence encoding the target protein and a promoter sequence located 5 ′ upstream thereof. The foreign template DNA used in the present invention is not particularly limited as long as it is a template DNA not derived from silkworm tissue, and has a base sequence that encodes a protein that becomes a cytotoxic agent in a living cell. It may be one having a base sequence encoding a glycoprotein. Further, the promoter sequence in the exogenous template DNA used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include conventionally known T7 promoter sequence, SP6 promoter sequence, T3 promoter sequence and the like.
The foreign template DNA used in the present invention is not particularly limited in the number of bases, and all template DNAs may not have the same number of bases as long as the target protein can be synthesized. In addition, each foreign template DNA may have a plurality of bases deleted, substituted, inserted or added as long as the sequences are homologous to the extent that the target protein can be synthesized. In the extract, whether the template DNA contained is a foreign template DNA or a template DNA derived from silkworm tissue is extracted from the extract by phenol-chloroform extraction, and the template DNA is extracted. It can be determined by analyzing the base sequence.
また、本発明に用いる外来鋳型DNAは、上記目的タンパク質をコードする塩基配列の3'下流側に転写を終結させる機能を有するターミネーター配列、および/または、合成されたmRNAの安定性などの観点からポリA配列を有しているのが好ましい。上記ターミネーター配列としては、たとえば、従来公知のT7ターミネーター配列、SP6ターミネーター配列、T3ターミネーター配列などが挙げられる。 Further, the exogenous template DNA used in the present invention is a terminator sequence having a function of terminating transcription at the 3 ′ downstream side of the base sequence encoding the target protein and / or the stability of the synthesized mRNA. It preferably has a poly A sequence. Examples of the terminator sequence include conventionally known T7 terminator sequences, SP6 terminator sequences, T3 terminator sequences, and the like.
外来鋳型DNAは、転写/翻訳系用反応液中において、0.1μg/mL〜8000μg/mL含有されることが好ましく、3μg/mL〜600μg/mL含有されることがより好ましい。外来鋳型DNAが0.1μg/mL未満または8000μg/mLを超えると、タンパク質合成の速度が低下する傾向にあるためである。 The exogenous template DNA is preferably contained in the reaction solution for transcription / translation system in an amount of 0.1 μg / mL to 8000 μg / mL, more preferably 3 μg / mL to 600 μg / mL. This is because if the exogenous template DNA is less than 0.1 μg / mL or exceeds 8000 μg / mL, the rate of protein synthesis tends to decrease.
転写/翻訳系用反応液に用いるRNAポリメラーゼは、外来鋳型DNAが有するプロモーター配列に応じて適宜選択することができる。たとえば、外来鋳型DNAがT7プロモーター配列を有している場合は、その配列を認識するT7 RNAポリメラーゼを使用することが好ましい。また、外来鋳型DNAが、SP6またはT3プロモーター配列を有している場合は、それぞれ、SP6 RNAポリメラーゼまたはT3 RNAポリメラーゼを使用することが好ましい。 The RNA polymerase used in the transcription / translation system reaction solution can be appropriately selected according to the promoter sequence of the foreign template DNA. For example, when the foreign template DNA has a T7 promoter sequence, it is preferable to use T7 RNA polymerase that recognizes the sequence. In addition, when the foreign template DNA has an SP6 or T3 promoter sequence, it is preferable to use SP6 RNA polymerase or T3 RNA polymerase, respectively.
RNAポリメラーゼは、mRNA合成の速度およびタンパク質合成の速度の観点から、転写/翻訳系用反応液中に0.01U/μL〜100U/μL含有されることが好ましく、0.1U/μL〜10U/μL含有されることがより好ましい。RNAポリメラーゼが0.01U/μL未満であると、mRNAの合成量が少なくなり、結果としてタンパク質合成の速度が低下する傾向にあるためであり、またRNAポリメラーゼが100U/μLを超えると、タンパク質合成反応を阻害する傾向にあるためである。 From the viewpoint of the rate of mRNA synthesis and the rate of protein synthesis, RNA polymerase is preferably contained in the reaction solution for transcription / translation system in an amount of 0.01 U / μL to 100 U / μL, preferably 0.1 U / μL to 10 U / μl. More preferably, μL is contained. This is because if RNA polymerase is less than 0.01 U / μL, the amount of mRNA synthesis decreases, and as a result, the rate of protein synthesis tends to decrease, and if RNA polymerase exceeds 100 U / μL, protein synthesis. This is because the reaction tends to be inhibited.
転写/翻訳系用反応液中におけるアデノシン三リン酸(以下、「ATP」ということがある。)は、タンパク質合成の速度の観点から、0.01mM〜10mM含有されることが好ましく、0.1mM〜5mM含有されることがより好ましい。ATPが0.01mM未満または10mMを超えると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。 Adenosine triphosphate (hereinafter sometimes referred to as “ATP”) in the reaction solution for transcription / translation system is preferably contained in an amount of 0.01 mM to 10 mM from the viewpoint of the rate of protein synthesis. More preferably, it is contained at -5 mM. This is because when ATP is less than 0.01 mM or more than 10 mM, the protein synthesis rate tends to decrease.
転写/翻訳系用反応液中におけるグアノシン三リン酸(以下、「GTP」ということがある。)は、タンパク質合成の速度の観点から、0.01mM〜10mM含有されることが好ましく、0.1mM〜5mM含有されることがより好ましい。GTPが0.01mM未満または10mMを超えると、タンパク質合成の速度が低下する傾向にあるためである。 The guanosine triphosphate (hereinafter sometimes referred to as “GTP”) in the reaction solution for transcription / translation system is preferably contained in an amount of 0.01 mM to 10 mM, from the viewpoint of the rate of protein synthesis. More preferably, it is contained at -5 mM. This is because when GTP is less than 0.01 mM or more than 10 mM, the rate of protein synthesis tends to decrease.
転写/翻訳系用反応液中におけるシチジン5'−三リン酸(以下、「CTP」ということがある。)は、タンパク質合成の速度の観点から、0.01mM〜10mM含有されることが好ましく、0.1mM〜5mM含有されることがより好ましい。CTPが0.01mM未満または10mMを超えると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。
The
転写/翻訳系用反応液中におけるウリジン5'−三リン酸(以下、「UTP」ということがある。)は、タンパク質合成の速度の観点から、0.01mM〜10mM含有されることが好ましく、0.1mM〜5mM含有されることがより好ましい。UTPが0.01mM未満または10mMを超えると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。
転写/翻訳系用反応液中におけるクレアチンリン酸は、タンパク質を継続的に合成するための成分であって、ATPとGTPを再生する目的で配合される。クレアチンリン酸は、タンパク質合成の速度の観点から、転写/翻訳系用反応液中において1mM〜200mM含有されることが好ましく、10mM〜100mM含有されることがより好ましい。クレアチンリン酸が1mM未満であると、充分な量のATPとGTPが再生されにくく、結果としてタンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためであり、またクレアチンリン酸が200mMを超えると、阻害物質として働き、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。 Creatine phosphate in the reaction solution for transcription / translation system is a component for continuously synthesizing proteins, and is blended for the purpose of regenerating ATP and GTP. From the viewpoint of protein synthesis rate, creatine phosphate is preferably contained in an amount of 1 mM to 200 mM, more preferably 10 mM to 100 mM, in the transcription / translation system reaction solution. This is because if creatine phosphate is less than 1 mM, sufficient amounts of ATP and GTP are difficult to regenerate, resulting in a tendency for the protein synthesis rate to decrease, and if creatine phosphate exceeds 200 mM, an inhibitory substance. This is because the protein synthesis rate tends to decrease.
転写/翻訳系用反応液中におけるクレアチンキナーゼは、タンパク質を継続的に合成するための成分であって、クレアチンリン酸と共にATPとGTPを再生する目的で配合される。クレアチンキナーゼは、タンパク質合成の速度の観点から、転写/翻訳系用反応液中において1μg/mL〜1000μg/mL含有されることが好ましく、10μg/mL〜500μg/mL含有されることがより好ましい。クレアチンキナーゼが1μg/mL未満であると、充分な量のATPとGTPが再生されにくく、結果としてタンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためであり、またクレアチンキナーゼが1000μg/mLを超えると、阻害物質として働き、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。 Creatine kinase in the reaction solution for transcription / translation system is a component for continuously synthesizing proteins, and is formulated for the purpose of regenerating ATP and GTP together with creatine phosphate. From the viewpoint of protein synthesis rate, creatine kinase is preferably contained in the reaction solution for transcription / translation system in an amount of 1 μg / mL to 1000 μg / mL, and more preferably 10 μg / mL to 500 μg / mL. This is because when creatine kinase is less than 1 μg / mL, sufficient amounts of ATP and GTP are difficult to be regenerated, and as a result, the protein synthesis rate tends to decrease, and when creatine kinase exceeds 1000 μg / mL, This is because it acts as an inhibitor and tends to decrease the rate of protein synthesis.
転写/翻訳系用反応液中におけるアミノ酸成分は、20種類のアミノ酸、すなわち、バリン、メチオニン、グルタミン酸、アラニン、ロイシン、フェニルアラニン、グリシン、プロリン、イソロイシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、ヒスチジン、アスパラギン酸、チロシン、リシン、グルタミン、シスチン、アルギニン、の20種類のアミノ酸を少なくとも含有する。このアミノ酸には、ラジオアイソトープ標識されたアミノ酸も含まれる。さらに、必要に応じて、修飾アミノ酸を含有していてもよい。当該アミノ酸成分は、通常、各種類のアミノ酸を概ね等量ずつ含有してなる。
タンパク質合成の速度の観点からは、転写/翻訳系用反応液中において上記のアミノ酸成分が1μM〜1000μM含有されることが好ましく、10μM〜500μM含有されることがより好ましい。アミノ酸成分が1μM未満または1000μMを超えると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあるためである。
The amino acid component in the reaction solution for transcription / translation system is 20 kinds of amino acids, that is, valine, methionine, glutamic acid, alanine, leucine, phenylalanine, glycine, proline, isoleucine, tryptophan, asparagine, serine, threonine, histidine, aspartic acid , Tyrosine, lysine, glutamine, cystine, arginine at least. This amino acid also includes radioisotope labeled amino acids. Furthermore, you may contain the modified amino acid as needed. The amino acid component usually contains approximately equal amounts of each type of amino acid.
From the viewpoint of the speed of protein synthesis, the amino acid component is preferably contained in the reaction solution for transcription / translation system in an amount of 1 μM to 1000 μM, more preferably 10 μM to 500 μM. This is because if the amino acid component is less than 1 μM or exceeds 1000 μM, the protein synthesis rate tends to decrease.
転写/翻訳系用反応液中におけるtRNAは、上記20種類のアミノ酸に対応した種類のtRNAを概ね等量ずつ含有してなる。tRNAは、タンパク質合成の速度の観点からは、転写/翻訳系用反応液中において1μg/mL〜1000μg/mL含有されることが好ましく、10μg/mL〜500μg/mL含有されることがより好ましい。tRNAが1μg/mL未満または1000μg/mLを超えると、タンパク質合成の速度が低下する傾向にあるためである。 The tRNA in the reaction solution for transcription / translation system contains approximately the same amount of tRNA of the types corresponding to the 20 types of amino acids. From the viewpoint of the speed of protein synthesis, tRNA is preferably contained in the transcription / translation system reaction solution in an amount of 1 μg / mL to 1000 μg / mL, and more preferably 10 μg / mL to 500 μg / mL. This is because if the tRNA is less than 1 μg / mL or exceeds 1000 μg / mL, the rate of protein synthesis tends to decrease.
転写/翻訳系用反応液は、さらに、カリウム塩、マグネシウム塩、DTT、RNaseインヒビター、スペルミジンおよび緩衝剤を含有するのが好ましい。 The reaction solution for transcription / translation system preferably further contains potassium salt, magnesium salt, DTT, RNase inhibitor, spermidine and buffer.
転写/翻訳系用反応液中におけるカリウム塩としては、抽出用液の成分として上述した各種のカリウム塩、好適には酢酸カリウム、を好ましく使用できる。カリウム塩は、上述した抽出用液におけるカリウム塩の場合と同様の観点から、当該転写/翻訳系用反応液中において、10mM〜500mM含有されることが好ましく、50mM〜150mM含有されることがより好ましい。 As the potassium salt in the transcription / translation system reaction solution, the various potassium salts described above as the components of the extraction solution, preferably potassium acetate, can be preferably used. From the same viewpoint as the potassium salt in the extraction solution described above, the potassium salt is preferably contained in the transcription / translation system reaction solution in an amount of 10 mM to 500 mM, more preferably 50 mM to 150 mM. preferable.
転写/翻訳系用反応液中におけるマグネシウム塩としては、抽出用液の成分として上述した各種のマグネシウム塩、好適には酢酸マグネシウム、を好ましく使用できる。マグネシウム塩は、上述した抽出用液におけるマグネシウム塩の場合と同様の観点から、当該転写/翻訳系用反応液中において、0.1mM〜10mM含有されることが好ましく、0.5mM〜3mM含有されることがより好ましい。 As the magnesium salt in the transcription / translation system reaction solution, the above-described various magnesium salts, preferably magnesium acetate, can be preferably used as components of the extraction solution. From the same viewpoint as the case of the magnesium salt in the extraction solution described above, the magnesium salt is preferably contained in the transcription / translation system reaction solution in an amount of 0.1 mM to 10 mM, preferably 0.5 mM to 3 mM. More preferably.
転写/翻訳系用反応液中におけるDTTは、酸化防止の目的で配合されるものであり、当該反応液中において0.1mM〜100mM含有されることが好ましく、0.2mM〜20mM含有されることがより好ましい。DTTが0.1mM未満または100mMを超えると、タンパク質の合成に必須な成分が不安定になる傾向にあるためである。 DTT in the reaction solution for transcription / translation system is blended for the purpose of preventing oxidation, and is preferably contained in the reaction solution at a concentration of 0.1 mM to 100 mM, and preferably 0.2 mM to 20 mM. Is more preferable. This is because when DTT is less than 0.1 mM or more than 100 mM, components essential for protein synthesis tend to become unstable.
転写/翻訳系用反応液中におけるRNaseインヒビターは、抽出液に混在するカイコ由来のRNaseによって、転写/翻訳系合成反応の際にmRNAやtRNAが不所望に消化されて、タンパク質の合成を妨げるのを防ぐ目的で添加されるものであり、当該反応液中において0.1U/μL〜100U/μL含有されることが好ましく、1U/μL〜10U/μL含有されることがより好ましい。RNaseインヒビターが0.1U/μL未満であると、RNaseの分解活性を充分抑えることができない傾向にあるためであり、またRNaseインヒビターが100U/μLを超えると、タンパク質合成反応を阻害する傾向にあるためである。 The RNase inhibitor in the transcription / translation system reaction solution interferes with protein synthesis by undesirably digesting mRNA and tRNA during the transcription / translation system synthesis reaction by the silkworm-derived RNase mixed in the extract. In the reaction solution, it is preferably contained in an amount of 0.1 U / μL to 100 U / μL, and more preferably 1 U / μL to 10 U / μL. This is because if the RNase inhibitor is less than 0.1 U / μL, the degradation activity of RNase tends not to be sufficiently suppressed, and if the RNase inhibitor exceeds 100 U / μL, the protein synthesis reaction tends to be inhibited. Because.
上記スペルミジンは、転写における伸張反応を促進する目的で添加されるものであり、転写/翻訳系用反応液中において0.01mM〜100mM含有されることが好ましく、0.05mM〜10mM含有されることがより好ましい。スペルミジンが0.01mM未満であると、mRNAの合成速度が低下し生成するmRNAの量が少なくなり、結果としてタンパク質合成の速度が低下するというような傾向にあるためであり、またスペルミジンが100mMを超えると、タンパク質合成反応を阻害する傾向にあるためである。 The spermidine is added for the purpose of promoting an extension reaction in transcription, and is preferably contained in the reaction solution for transcription / translation system in an amount of 0.01 mM to 100 mM, and 0.05 mM to 10 mM. Is more preferable. This is because when the spermidine is less than 0.01 mM, the mRNA synthesis rate decreases and the amount of mRNA produced decreases, and as a result, the protein synthesis rate tends to decrease, and spermidine reduces 100 mM. It is because it tends to inhibit the protein synthesis reaction.
転写/翻訳系用反応液に含有される緩衝剤としては、上述した抽出用液に用いたものと同様のものが好適に使用でき、同様の理由から、HEPES−KOH(pH6〜8)を使用するのが好ましい。また、緩衝剤は、上述した抽出用液における緩衝剤の場合と同様の観点から、1mM〜200mM含有されることが好ましく、5mM〜50mM含有されることがより好ましい。 As the buffer contained in the reaction solution for transcription / translation system, those similar to those used in the extraction solution described above can be suitably used. For the same reason, HEPES-KOH (pH 6-8) is used. It is preferable to do this. In addition, the buffer is preferably contained in an amount of 1 mM to 200 mM, more preferably 5 mM to 50 mM, from the same viewpoint as that of the buffer in the extraction liquid described above.
また転写/翻訳系用反応液は、さらに上記多価アルコールを添加されたものであるのがより好ましい。多価アルコールを添加すると、転写/翻訳系合成反応においてタンパク質合成に必須な成分を安定化できるという利点があるためである。多価アルコールを添加する場合、通常、5(v/v)%〜20(v/v)%となるように添加する。 The reaction solution for transcription / translation system is more preferably one to which the above polyhydric alcohol is further added. This is because the addition of polyhydric alcohol has the advantage that components essential for protein synthesis can be stabilized in the transcription / translation system synthesis reaction. When polyhydric alcohol is added, it is usually added so as to be 5 (v / v)% to 20 (v / v)%.
すなわち、本発明の方法で得られた抽出液を使用した転写/翻訳系用反応液としては、当該抽出液を30(v/v)%〜60(v/v)%含有するとともに、さらに0.1U/μL〜10U/μLのRNAポリメラーゼ、0.1mM〜5mMのATP、0.1mM〜5mMのGTP、0.1mM〜5mMのCTP、0.1mM〜5mMのUTP、10mM〜100mMのクレアチンリン酸、10μg/mL〜500μg/mLのクレアチンキナーゼ、10μM〜500μMのアミノ酸成分、10μg/mL〜500μg/mLのtRNAを含有するのが好ましい。さらには、50mM〜150mMの酢酸カリウム、0.5mM〜3mMの酢酸マグネシウム、0.2mM〜20mMのDTT、1U/μL〜10U/μLのRNaseインヒビター、0.05mM〜10mMのスペルミジン、5mM〜50mMのHEPES−KOH(pH7.4)、5(v/v)%〜20(v/v)%の多価アルコールを含有するように実現されるのが好ましい。 That is, the transcription / translation system reaction solution using the extract obtained by the method of the present invention contains 30 (v / v)% to 60 (v / v)% of the extract, and further contains 0 1 U / μL to 10 U / μL RNA polymerase, 0.1 mM to 5 mM ATP, 0.1 mM to 5 mM GTP, 0.1 mM to 5 mM CTP, 0.1 mM to 5 mM UTP, 10 mM to 100 mM creatine phosphorus It preferably contains an acid, 10 μg / mL to 500 μg / mL creatine kinase, 10 μM to 500 μM amino acid component, 10 μg / mL to 500 μg / mL tRNA. Furthermore, 50 mM to 150 mM potassium acetate, 0.5 mM to 3 mM magnesium acetate, 0.2 mM to 20 mM DTT, 1 U / μL to 10 U / μL RNase inhibitor, 0.05 mM to 10 mM spermidine, 5 mM to 50 mM It is preferably realized to contain HEPES-KOH (pH 7.4), 5 (v / v)% to 20 (v / v)% polyhydric alcohol.
上記転写/翻訳系用反応液を用いた無細胞系タンパク質合成反応(転写/翻訳系合成反応)についても、上記翻訳系合成反応の場合と同様、従来公知のたとえば低温恒温槽にて行えばよい。転写工程の反応温度は、通常、10℃〜60℃、好ましくは20℃〜50℃の範囲内である。転写工程の反応温度が10℃未満であると、転写の速度が低下する傾向にあり、また転写工程の反応温度が60℃を越えると、反応に必須な成分が変性する傾向にあるためである。また翻訳工程の温度は、通常、10℃〜40℃、好ましくは20℃〜30℃の範囲内である。翻訳工程の反応温度が10℃未満であると、タンパク質の合成速度が低下する傾向にあり、また翻訳工程の反応温度が40℃を越えると、反応に必須な成分が変性する傾向にあるためである。
転写/翻訳系合成反応では、転写、翻訳工程を連続して実施し得るという観点から両工程に好適な20℃〜30℃の範囲で反応を行うことが特に好ましい。反応の時間は、全工程あわせて、通常、1時間〜72時間、好ましくは3時間〜24時間である。
The cell-free protein synthesis reaction (transcription / translation system synthesis reaction) using the reaction solution for transcription / translation system may be carried out in a conventionally known low-temperature thermostatic chamber as in the case of the translation system synthesis reaction. . The reaction temperature in the transfer step is usually in the range of 10 ° C to 60 ° C, preferably 20 ° C to 50 ° C. This is because if the reaction temperature in the transfer step is less than 10 ° C., the transfer speed tends to decrease, and if the reaction temperature in the transfer step exceeds 60 ° C., components essential for the reaction tend to denature. . Moreover, the temperature of a translation process is 10 to 40 degreeC normally, Preferably it exists in the range of 20 to 30 degreeC. If the reaction temperature of the translation process is less than 10 ° C, the protein synthesis rate tends to decrease, and if the reaction temperature of the translation process exceeds 40 ° C, components essential for the reaction tend to denature. is there.
In the transcription / translation system synthesis reaction, it is particularly preferable to perform the reaction in a range of 20 ° C. to 30 ° C. suitable for both steps from the viewpoint that the transcription and translation steps can be carried out continuously. The reaction time is usually 1 hour to 72 hours, preferably 3 hours to 24 hours, in total for all steps.
上記翻訳系用反応液、転写/翻訳系用反応液を使用して合成できるタンパク質に特に制限はない。合成されたタンパク質の量は、酵素の活性の測定、SDS−PAGE、免疫検定法などによって測定できる。 There is no particular limitation on the protein that can be synthesized using the above translation system reaction solution and transcription / translation system reaction solution. The amount of the synthesized protein can be measured by measuring enzyme activity, SDS-PAGE, immunoassay, and the like.
以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、これらは単なる例示であって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but these are merely illustrative and do not limit the scope of the present invention.
実施例1
5齢期の6日に達したカイコ幼虫をサンプリングした。サンプリングしたカイコから、ハサミ、ピンセット、メスを使用して、後部絹糸腺を摘出し、以下の手順に従って後部絹糸腺について抽出を行った。
抽出は、まず、5齢期の6日に達したカイコ幼虫より摘出した後部絹糸腺を、液体窒素で凍結させた後、予め液体窒素で冷却された乳鉢を用いてすり潰した。これに下記組成の抽出用液を添加し、一旦抽出液も凍結させた後、シャーベット状になるまで薬さじで攪拌しながら溶解した。その後、液体窒素で完全に凍結させた後、シャーベット状になるまで再度薬さじで攪拌しながら溶解するという操作を行うことで、カイコ組織からの抽出を行った。
〔抽出用液の組成〕
・20mM HEPES−KOH(pH7.4)
・100mM 酢酸カリウム
・2mM 酢酸マグネシウム
・19.3(v/v)% グリセロール
・1mM DTT
・0.5mM PMSF
抽出後、得られた液状物を遠心分離機(himacCR20B3(日立工機社製))にて、30000×g、30分間、4℃の条件にて遠心分離を行った。遠心分離後、上清(第一の上清)のみを単離し、再び30000×g、30分間、4℃の条件にて遠心分離を行い、上清(第三の上清)を単離した。一方、上記1回目の遠心分離後の沈殿に、上記組成の抽出用液を添加し、上述したのと同様の抽出操作を行った後、30000×g、30分間、4℃の条件にて遠心分離を行い、上清(第二の上清)を単離した。こうして得られた6.25μlの第二の上清と6.25μlの第三の上清とを混合し、抽出液を調製した。
Example 1
The silkworm larvae that reached the 6th day of the 5th age were sampled. The posterior silk gland was extracted from the sampled silkworm using scissors, tweezers and a scalpel, and the posterior silk gland was extracted according to the following procedure.
In the extraction, first, the rear silk gland extracted from the silkworm larvae that reached the 6th day of the fifth infancy was frozen with liquid nitrogen and then ground using a mortar previously cooled with liquid nitrogen. An extraction solution having the following composition was added thereto, the extract was once frozen, and then dissolved with stirring with a spoon until it became a sherbet. Then, after completely freezing with liquid nitrogen, extraction from a silkworm tissue was performed by performing an operation of dissolving with stirring with a spoon again until it became a sherbet shape.
[Composition of extraction liquid]
・ 20 mM HEPES-KOH (pH 7.4)
100
・ 0.5 mM PMSF
After extraction, the obtained liquid substance was centrifuged with a centrifuge (himacCR20B3 (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.)) at 30000 × g for 30 minutes at 4 ° C. After centrifugation, only the supernatant (first supernatant) was isolated and centrifuged again at 30000 × g for 30 minutes at 4 ° C. to isolate the supernatant (third supernatant). . On the other hand, after adding the extraction liquid having the above composition to the precipitate after the first centrifugation and performing the same extraction operation as described above, the mixture was centrifuged at 30000 × g for 30 minutes at 4 ° C. Separation was performed and the supernatant (second supernatant) was isolated. 6.25 μl of the second supernatant thus obtained and 6.25 μl of the third supernatant were mixed to prepare an extract.
実施例2
上記実施例1で得られた12.5μlの第三の上清をそのまま抽出液として調製した以外は、実施例1と同様にして行った。
Example 2
The same procedure as in Example 1 was performed except that 12.5 μl of the third supernatant obtained in Example 1 was directly prepared as an extract.
実施例3
上記実施例1で得られた12.5μlの第二の上清をそのまま抽出液として調製した以外は、実施例1と同様にして行った。
Example 3
The same procedure as in Example 1 was performed except that 12.5 μl of the second supernatant obtained in Example 1 was directly prepared as an extract.
実験例1
:実施例1〜3の各抽出液を用いた無細胞系でのタンパク質合成
上記実施例1〜3で得られた各抽出液を用いて、下記の組成の反応液を調製した。
〔反応液の組成〕
・50(v/v)% 抽出液
・40μg/mL 外来mRNA
・30mM HEPES−KOH(pH7.4)
・100mM 酢酸カリウム
・1.0mM 酢酸マグネシウム
・0.5mM DTT
・10(v/v)% グリセロール
・0.5mM ATP
・0.5mM GTP
・0.25mM EGTA
・25mM クレアチンリン酸
・200μg/mL クレアチンキナーゼ
・40μM アミノ酸(20種)
・2U/μL RNaseインヒビター
・200μg/mL tRNA
ATP(シグマ社製)、GTP(シグマ社製)、アミノ酸(20種)(シグマ社製)、RNaseインヒビター(宝酒造社製)、tRNA(ロシュ・ダイアグノスティックス社製)をそれぞれ用いた。外来mRNAとしては、ルシフェラーゼをコードするmRNA(ルシフェラーゼコントロールRNA、プロメガ社製)を用いた。
各々調製した反応液を用いて、反応装置として低温アルミブロック恒温槽MG−1000(東京理化器械社製)を用い、無細胞系のタンパク質(ルシフェラーゼ)の合成反応を行った。反応液量は25μLとした。反応温度は25℃とし、反応時間ごとにサンプリングを行い、合成されたルシフェラーゼ量を測定した。
合成されたルシフェラーゼは、ルシフェラーゼアッセイキット(E−1500、プロメガ社製)を用いて各々定量した。ルシフェラーゼアッセイ試薬50μLに反応液2.5μLを添加し、ルミノメーター(Luminescencer−JNR AB−2100、アトー社製)を用いて、ルシフェラーゼによる発光を測定した。
図1は、実験例1の結果を示すグラフである。図1において、縦軸はルシフェラーゼ発光積算量を示し、横軸は反応時間(時間)を示す。
Experimental example 1
: Protein synthesis in cell-free system using each extract of Examples 1 to 3 Using each extract obtained in Examples 1 to 3 above, a reaction solution having the following composition was prepared.
[Composition of reaction solution]
・ 50 (v / v)% extract ・ 40 μg / mL foreign mRNA
・ 30 mM HEPES-KOH (pH 7.4)
・ 100 mM potassium acetate ・ 1.0 mM magnesium acetate ・ 0.5 mM DTT
・ 10 (v / v)% glycerol ・ 0.5 mM ATP
・ 0.5 mM GTP
・ 0.25 mM EGTA
・ 25 mM creatine phosphate ・ 200 μg / mL creatine kinase ・ 40 μM amino acids (20 types)
2U / μL RNase inhibitor 200μg / mL tRNA
ATP (manufactured by Sigma), GTP (manufactured by Sigma), amino acids (20 types) (manufactured by Sigma), RNase inhibitor (manufactured by Takara Shuzo), and tRNA (manufactured by Roche Diagnostics) were used. As the exogenous mRNA, mRNA encoding luciferase (luciferase control RNA, manufactured by Promega) was used.
Using each prepared reaction solution, a cell-free protein (luciferase) was synthesized using a low-temperature aluminum block thermostatic chamber MG-1000 (manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) as a reaction apparatus. The reaction volume was 25 μL. The reaction temperature was 25 ° C., sampling was performed every reaction time, and the amount of synthesized luciferase was measured.
The synthesized luciferase was quantified using a luciferase assay kit (E-1500, manufactured by Promega). The reaction solution (2.5 μL) was added to 50 μL of the luciferase assay reagent, and luminescence by luciferase was measured using a luminometer (Luminescence-JNR AB-2100, manufactured by Ato).
FIG. 1 is a graph showing the results of Experimental Example 1. In FIG. 1, the vertical axis represents the accumulated amount of luciferase luminescence, and the horizontal axis represents the reaction time (hours).
実施例4
実施例1で調製した第二の上清と第三の上清との混合物を、さらにSephadex G−25 Fine(アマシャム バイオサイエンス社製)に、抽出用液を加えカラムを平衡化した後、上記混合物を供給し、上記抽出用液にて溶出することによりゲル濾過を行った。ゲル濾過後の濾液の画分を、分光光度計(Ultrospec3300pro、アマシャム バイオサイエンス社製)を用いて、280nmにおける吸光度が最も高い画分を分取し、これを抽出液とした以外は、実施例1と同様にした。
Example 4
The mixture of the second supernatant and the third supernatant prepared in Example 1 was further added to Sephadex G-25 Fine (manufactured by Amersham Bioscience) to equilibrate the column. Gel filtration was performed by supplying the mixture and eluting with the extraction solution. The fraction of the filtrate after gel filtration was fractionated using the spectrophotometer (Ultraspec 3300pro, manufactured by Amersham Biosciences), and the fraction having the highest absorbance at 280 nm was collected and used as an extract. Same as 1.
実施例5
実施例2で得られた第三の上清を、さらにSephadex G−25 Fine(アマシャム バイオサイエンス社製)に、抽出用液を加えカラムを平衡化した後、上記混合物を供給し、上記抽出用液にて溶出することによりゲル濾過を行った。ゲル濾過後の濾液の画分を、分光光度計(Ultrospec3300pro、アマシャム バイオサイエンス社製)を用いて、280nmにおける吸光度が最も高い画分を分取し、これを抽出液とした以外は、実施例2と同様にした。
Example 5
The third supernatant obtained in Example 2 was further added to Sephadex G-25 Fine (manufactured by Amersham Biosciences), the extraction liquid was added to equilibrate the column, and then the above mixture was supplied. Gel filtration was performed by elution with a liquid. The fraction of the filtrate after gel filtration was fractionated using the spectrophotometer (Ultraspec 3300pro, manufactured by Amersham Biosciences), and the fraction having the highest absorbance at 280 nm was collected and used as an extract. Same as 2.
実施例6
実施例3で得られた第二の上清を、さらにSephadex G−25 Fine(アマシャム バイオサイエンス社製)に、抽出用液を加えカラムを平衡化した後、上記混合物を供給し、上記抽出用液にて溶出することによりゲル濾過を行った。ゲル濾過後の濾液の画分を、分光光度計(Ultrospec3300pro、アマシャム バイオサイエンス社製)を用いて、280nmにおける吸光度が10以上の画分を分取し、これを抽出液とした以外は、実施例3と同様にした。
Example 6
The second supernatant obtained in Example 3 was further added to Sephadex G-25 Fine (manufactured by Amersham Biosciences), the extraction liquid was added to equilibrate the column, and then the above mixture was supplied. Gel filtration was performed by elution with a liquid. The fraction of the filtrate after gel filtration was collected using a spectrophotometer (Ultraspec 3300pro, manufactured by Amersham Biosciences), and fractions having an absorbance at 280 nm of 10 or more were collected and used as an extract. Same as Example 3.
実験例2
:実施例4〜6の各抽出液を用いた無細胞系でのタンパク質合成
上記実施例4〜6で得られた各抽出液を用いて、実験例1と同様にして、無細胞系タンパク質合成反応を行った。
図2は、実施例4〜6についての実験例2の結果を示すグラフである。図2において、縦軸はルシフェラーゼ発光積算量を示し、横軸は反応時間(時間)を示す。
Experimental example 2
Cell-free protein synthesis using each extract of Examples 4 to 6 Cell-free protein synthesis using each extract obtained in Examples 4 to 6 in the same manner as in Experimental Example 1. Reaction was performed.
FIG. 2 is a graph showing the results of Experimental Example 2 for Examples 4-6. In FIG. 2, the vertical axis represents the accumulated amount of luciferase luminescence, and the horizontal axis represents the reaction time (hours).
実施例7
5齢期の6日に達したカイコ幼虫をサンプリングした。サンプリングしたカイコから、ハサミ、ピンセット、メスを使用して、後部絹糸腺を摘出し、以下の手順に従って後部絹糸腺について抽出を行った。
抽出は、まず、5齢期の6日に達したカイコ幼虫より摘出した後部絹糸腺3.0gを液体窒素で凍結した後、予め液体窒素で冷却させた乳鉢を用いてすり潰し、下記の組成の抽出用液を用いて抽出用液を添加した。
〔抽出用液の組成〕
・20mM HEPES−KOH(pH7.4)
・100mM 酢酸カリウム
・2mM 酢酸マグネシウム
・10(v/v)% グリセロール
・1mM DTT
・0.5mM PMSF
抽出用液の添加後、液体窒素にて凍結、解凍した後、得られた液状物を遠心分離機(himacCR20B3(日立工機社製))にて、30000×g、30分間、4℃の条件にて遠心分離を行った。遠心分離後、上清のみを単離し、再び30000×g、30分間、4℃の条件にて遠心分離を行った。この遠心分離後、上清のみを単離し、抽出液とした。
Example 7
The silkworm larvae that reached the 6th day of the 5th age were sampled. The posterior silk gland was extracted from the sampled silkworm using scissors, tweezers and a scalpel, and the posterior silk gland was extracted according to the following procedure.
In the extraction, 3.0 g of the rear silk gland extracted from the silkworm larvae that reached the 6th day of the 5th infancy was frozen with liquid nitrogen, and then ground using a mortar previously cooled with liquid nitrogen. The extraction liquid was added using the extraction liquid.
[Composition of extraction liquid]
・ 20 mM HEPES-KOH (pH 7.4)
100
・ 0.5 mM PMSF
After adding the extraction solution, it was frozen and thawed with liquid nitrogen, and the obtained liquid was centrifugated (himacCR20B3 (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.)) at 30000 × g for 30 minutes at 4 ° C. Centrifugation was performed at After centrifugation, only the supernatant was isolated and centrifuged again at 30000 × g for 30 minutes at 4 ° C. After this centrifugation, only the supernatant was isolated and used as an extract.
実施例8
グリセロールを20(v/v)%含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 8
An extract solution was prepared in the same manner as in Example 7 except that it contained 20 (v / v)% of glycerol, using the same extraction solution as in Example 7.
実施例9
グリセロールに換えて、20(v/v)%のジグリセロールを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 9
An extract was prepared in the same manner as in Example 7, except that instead of glycerol, 20 (v / v)% diglycerol was contained, the same extraction liquid as in Example 7 was used.
実施例10
グリセロールに換えて、10(v/v)%のエチレングリコールを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 10
An extraction liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that it contained 10 (v / v)% ethylene glycol instead of glycerol, and the same extraction liquid as in Example 7 was used.
製造例1
:ポリエリスリトール(4量体)の製造
メソ−エリスリトール100.0gと水酸化ナトリウム1.0gとを二酸化炭素雰囲気下、240℃、30mmHg〜40mmHgで2時間反応させた。得られた褐色液体に水150mlを加え、希塩酸で中和し、活性炭で脱色し、カチオン交換樹脂(三菱化学(株)製、ダイアイオンSK−112)およびアニオン交換樹脂(三菱化学(社)製、ダイアイオンWA30)にて処理し、水を留去して無色粘性の液体69.3g(含水率:5%)を得た。
得られたものをTOF−MS分析(マイクロマス社製 LCT質量分析計、イオン化方式:ESI、測定イオン:正イオン)したところ、メソ−エリスリトールに由来する104Daの繰り返し単位が観測できた。また、主なピークとして、m/z226(重合度2)から1474(重合度14)までの鎖状ポリエリスリトールのピークに加えて、それらのm/zより18Daおよび36Daの小さい脱水物のピークも観察された。同装置のLC(カラム:TSK−gel Amide−80(東ソー(株)社製)、溶離液:(アセトニトリル/水=80/20)、60℃、流速1ml/min)にて成分を分離し分子量を測定したところ、同一分子量でも直鎖状と分岐状のポリエリスリトールが観察された。なお、TOF−MSのイオン強度より算出すると、平均重合度は4であった。
Production Example 1
: Production of polyerythritol (tetramer) 100.0 g of meso-erythritol and 1.0 g of sodium hydroxide were reacted at 240 ° C. and 30 mmHg to 40 mmHg for 2 hours in a carbon dioxide atmosphere. 150 ml of water is added to the obtained brown liquid, neutralized with dilute hydrochloric acid, decolorized with activated carbon, cation exchange resin (Mitsubishi Chemical Corporation, Diaion SK-112) and anion exchange resin (Mitsubishi Chemical Corporation) , Diaion WA30), and water was distilled off to obtain 69.3 g of colorless viscous liquid (water content: 5%).
When the obtained product was subjected to TOF-MS analysis (LCT mass spectrometer manufactured by Micromass, ionization method: ESI, measurement ion: positive ion), 104 Da repeating units derived from meso-erythritol could be observed. Moreover, in addition to the peak of chain polyerythritol from m / z 226 (polymerization degree 2) to 1474 (polymerization degree 14), there are also peaks of dehydrated products with 18 Da and 36 Da smaller than those m / z. Observed. Components were separated by LC (column: TSK-gel Amide-80 (manufactured by Tosoh Corp.)), eluent: (acetonitrile / water = 80/20), 60 ° C.,
実施例11
グリセロールに換えて、上記製造例1で得られたポリエリスリトールを10(v/v)%含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 11
An extraction liquid was used in the same manner as in Example 7 except that it contained 10 (v / v)% of polyerythritol obtained in Production Example 1 instead of glycerol. Was prepared.
比較例1
グリセロールを含有しないこと以外は実施例7で用いたのと同様の抽出用液を用いて抽出を行った以外は、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Comparative Example 1
An extract was prepared in the same manner as in Example 7 except that extraction was performed using the same extraction solution as that used in Example 7 except that glycerol was not contained.
実験例3
:実施例7〜11、比較例1の各抽出液を用いた無細胞系でのタンパク質合成
上記実施例7〜11、比較例1で得られた各抽出液を用いて、下記の組成の反応液を調製した。
〔反応液の組成〕
・50(v/v)% 抽出液
・160μg/mL 外来mRNA
・30mM HEPES−KOH(pH7.4)
・100mM 酢酸カリウム
・1.75mM 酢酸マグネシウム
・2mM DTT
・0.75mM ATP
・0.5mM GTP
・0.25mM EGTA
・25mM クレアチンリン酸
・50μg/mL クレアチンキナーゼ
・100μM アミノ酸(20種)
・2U/μL RNaseインヒビター
・100μg/mL tRNA
ATP(シグマ社製)、GTP(シグマ社製)、アミノ酸(20種)(シグマ社製)、RNaseインヒビター(宝酒造社製)、tRNA(ロシュ・ダイアグノスティックス社製)をそれぞれ用いた。外来mRNAとしては、ルシフェラーゼをコードするmRNA(ルシフェラーゼコントロールRNA、プロメガ社製)を用いた。
各々調製した反応液を用いて、反応装置として低温アルミブロック恒温槽MG−1000(東京理化器械社製)を用い、無細胞系のタンパク質(ルシフェラーゼ)の合成反応を行った。反応液量は25μLとした。反応温度は25℃とし、反応時間ごとにサンプリングを行い、合成されたルシフェラーゼ量を測定した。
合成されたルシフェラーゼは、ルシフェラーゼアッセイキット(E−1500、プロメガ社製)を用いて各々定量した。ルシフェラーゼアッセイ試薬50μLに反応液2.5μLを添加し、ルミノメーター(Turner Designs TD−20/20、プロメガ社製)を用いて、ルシフェラーゼによる発光を測定した。
図3は、実験例3の反応開始より4時間後のルシフェラーゼ合成量を示すグラフである。図3において、縦軸は、比較例1で得られた抽出液を用いた場合の無細胞系タンパク質合成量に対する、実施例7〜11で得られた各抽出液を用いた場合の無細胞系タンパク質合成量の割合(相対合成量:%)を表している。図3に示すように、多価アルコールを含有する抽出用液を用いて調製した抽出液を使用した反応液は、多価アルコールを含有しない抽出用液を用いて調製した抽出液を使用した反応液と比較して、タンパク質合成量が約200%〜350%となる。
Experimental example 3
: Protein synthesis in cell-free system using each extract of Examples 7 to 11 and Comparative Example 1 Reaction of the following composition using each extract obtained in Examples 7 to 11 and Comparative Example 1 above A liquid was prepared.
[Composition of reaction solution]
・ 50 (v / v)% extract ・ 160 μg / mL foreign mRNA
・ 30 mM HEPES-KOH (pH 7.4)
・ 100 mM potassium acetate ・ 1.75 mM magnesium acetate ・ 2 mM DTT
・ 0.75 mM ATP
・ 0.5 mM GTP
・ 0.25 mM EGTA
・ 25 mM creatine phosphate ・ 50 μg / mL creatine kinase ・ 100 μM amino acids (20 types)
2U / μL RNase inhibitor 100μg / mL tRNA
ATP (manufactured by Sigma), GTP (manufactured by Sigma), amino acids (20 types) (manufactured by Sigma), RNase inhibitor (manufactured by Takara Shuzo), and tRNA (manufactured by Roche Diagnostics) were used. As the exogenous mRNA, mRNA encoding luciferase (luciferase control RNA, manufactured by Promega) was used.
Using each prepared reaction solution, a cell-free protein (luciferase) was synthesized using a low-temperature aluminum block thermostatic chamber MG-1000 (manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) as a reaction apparatus. The reaction volume was 25 μL. The reaction temperature was 25 ° C., sampling was performed every reaction time, and the amount of synthesized luciferase was measured.
The synthesized luciferase was quantified using a luciferase assay kit (E-1500, manufactured by Promega). 2.5 μL of the reaction solution was added to 50 μL of the luciferase assay reagent, and luminescence by luciferase was measured using a luminometer (Turner Designs TD-20 / 20, manufactured by Promega).
FIG. 3 is a graph showing the amount of
実施例12
グリセロールに換えて、10(v/v)%のエリスリトールを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 12
An extract was prepared in the same manner as in Example 7, except that it contained 10 (v / v)% erythritol instead of glycerol, and the same extraction liquid as in Example 7 was used.
実施例13
グリセロールに換えて、10(v/v)%のキシリトールを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 13
An extract was prepared in the same manner as in Example 7 using the same extraction solution as in Example 7 except that it contained 10 (v / v)% xylitol instead of glycerol.
実施例14
グリセロールに換えて、10(v/v)%のソルビトールを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 14
An extraction liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that it contained 10 (v / v)% sorbitol instead of glycerol, and the same extraction liquid as in Example 7 was used.
実施例15
グリセロールに換えて、10(v/v)%のトレハロースを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 15
An extract was prepared in the same manner as in Example 7 except that it contained 10 (v / v)% trehalose instead of glycerol, and the same extract solution as in Example 7 was used.
実施例16
グリセロールに換えて、10(v/v)%のスクロースを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 16
An extract solution was prepared in the same manner as in Example 7 except that it contained 10 (v / v)% sucrose instead of glycerol, and the same extract solution as in Example 7 was used.
実施例17
グリセロールに換えて、10(v/v)%のラクトースを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 17
An extract was prepared in the same manner as in Example 7, except that 10 (v / v)% lactose was used instead of glycerol, and the same extraction liquid as in Example 7 was used.
実施例18
グリセロールに換えて、10(v/v)%のキシロースを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 18
An extract was prepared in the same manner as in Example 7 using the same extraction solution as in Example 7 except that it contained 10 (v / v)% xylose instead of glycerol.
実施例19
グリセロールに換えて、10(v/v)%のマルトースを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 19
An extract was prepared in the same manner as in Example 7, except that it contained 10 (v / v)% maltose instead of glycerol, and the same extract solution as in Example 7 was used.
実施例20
グリセロールに換えて、10(v/v)%のイノシトールを含有すること以外は実施例7と同様の抽出用液を用いて、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Example 20
An extract was prepared in the same manner as in Example 7, except that it contained 10 (v / v)% inositol instead of glycerol, and the same extraction liquid as in Example 7 was used.
比較例2
グリセロールを含有しないこと以外は実施例7で用いたのと同様の抽出用液を用いて抽出を行った以外は、実施例7と同様にして抽出液を調製した。
Comparative Example 2
An extract was prepared in the same manner as in Example 7 except that extraction was performed using the same extraction solution as that used in Example 7 except that glycerol was not contained.
参考例1
:ベクターpT N T−Lucの構築
ルシフェラーゼをコードする構造遺伝子を有するpGEM−Luc Vector(プロメガ社製)5ngを鋳型とし、配列表配列番号1に示す塩基配列を有するプライマー(Luc T7−F3−Kpn)と、配列表配列番号2に示す塩基配列を有するプライマー(Luc T7−R4−Kpn)と、KOD plus(東洋紡績社製)を用い、96℃2分で鋳型を変性させた後、96℃15秒、50℃30秒、68℃120秒、30サイクルのPCRを行い、構造遺伝子のオープンリーディングフレーム(ORF)を増幅した。エタノール沈殿によりPCR産物を精製した後、KpnIで消化した。これとは別に、pTNT Vector(プロメガ社製)をKpnIで消化した。これらの反応液をアガロースゲル電気泳動で分離した後、Gen Elute Gel Purification Kit(シグマ社製)を用いて精製した。Ligation High(東洋紡績社製)を用いて、これらをライゲーションした後、大腸菌DH5α(東洋紡績社製)を形質転換した。形質転換した大腸菌からアルカリ−SDS法により調製したプラスミドを、配列表配列番号3に示す塩基配列を有するプライマー(T7 promoter)およびBig Dye Terminator Cycle Sequencing FS(アプライドバイオシステムズ社製)を用いてシークエンシング反応(96℃10秒、50℃5秒、60℃4分、25サイクル)を行った。この反応液をABI PRISM 310 Genetic Analyzer(アプライドバイオシステムズ社製)に供し、塩基配列解析を行った。pTNT Vector由来の5'−βグロビンリーダー配列の下流にルシフェラーゼ遺伝子の開始コドンが挿入されたプラスミドをpTNT−Lucと命名した。
Reference example 1
: Vector pT N T-Luc the pGEM-Luc Vector (manufactured by Promega Corporation) 5 ng having a structural gene encoding the construct luciferase as the template and primers having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 (Luc T7-F3-Kpn ), A primer (Luc T7-R4-Kpn) having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 and KOD plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and the template was denatured at 96 ° C. for 2 minutes. PCR was performed at 15 seconds, 50 ° C. for 30 seconds, 68 ° C. for 120 seconds, and 30 cycles to amplify the open reading frame (ORF) of the structural gene. The PCR product was purified by ethanol precipitation and then digested with KpnI. Apart from this, pT N T Vector (manufactured by Promega) was digested with KpnI. These reaction solutions were separated by agarose gel electrophoresis and then purified using Gen Elute Gel Purification Kit (manufactured by Sigma). These were ligated using Ligation High (Toyobo Co., Ltd.), and then transformed into E. coli DH5α (Toyobo Co., Ltd.). Plasmid prepared from transformed Escherichia coli by alkaline-SDS method was sequenced using a primer (T7 promoter) having the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing and Big Dye Terminator Cycle Sequencing FS (Applied Biosystems). The reaction (96 ° C. for 10 seconds, 50 ° C. for 5 seconds, 60 ° C. for 4 minutes, 25 cycles) was performed. This reaction solution was subjected to ABI PRISM 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems), and base sequence analysis was performed. A plasmid in which the start codon of the luciferase gene was inserted downstream of the 5′-β globin leader sequence derived from pT N T Vector was named pT N T-Luc.
参考例2
:鋳型DNA(ベクターpSphd−Luc)の作製
上記参考例1で作成したプラスミドベクターpTNT−Lucを鋳型にして、配列表配列番号4に示す塩基配列を有するプライマー(T7p Rv)と、配列表配列番号5に示す塩基配列を有するプライマー(Luc−ATG)を用い、96℃15秒、50℃30秒、68℃5分、30サイクルのPCRを行った。反応終了後、電気泳動でPCR産物を分離した後、Gen Elute Gel Purification Kit(シグマ社製)を用いて精製し、これをライゲーション反応に用いた。このようにして、プラスミドベクターpTNT−LucからSP6プロモーター配列、5'−βグロビンリーダー配列およびルシフェラーゼをコードする構造遺伝子の5’上流側マルチクローニングサイトを欠失せしめたプラスミドベクターを得た。
配列表配列番号6に示す塩基配列を有するSfNPV(Spodoptera frugiperda nucleopolyhedrovirus)のポリへドリン遺伝子の5’UTRのセンス鎖、アンチセンス鎖をDNA合成機で合成し、T4 Polynucleotide Kinase(東洋紡績社製)によってその5’末端のリン酸化を行った。反応終了後、センス鎖とアンチセンス鎖とを混合し、95℃5分間熱処理した。これを室温になるまで静置しセンス鎖とアンチセンス鎖とをアニーリングさせた。エタノール沈殿により精製した後、水に溶解させた。SigmaSpin Post Reaction Purification Columns(シグマ社製)によって、過剰のATPを取り除いた後、再度エタノール沈殿により精製した。得られた二本鎖DNA断片をインサートとし、上記SP6プロモーター配列、βグロビンリーダー配列および構造遺伝子の5’上流側マルチクローニングサイトを欠失したpTNT−Luc由来のベクターとライゲーションし、大腸菌DH5αを形質転換させた。得られた大腸菌よりプラスミドを調製した後、塩基配列解析を行った。このようにして、SfNPVのポリへドリン遺伝子の5’UTRが順方向(5’→3’)に1個組み込まれたベクター(鋳型DNA)を選択した。このようにして、T7プロモーター配列と構造遺伝子との間にSfNPVのポリへドリン遺伝子の5’UTRが順方向に1個組み込まれたベクター(鋳型DNA)を作製した。得られた鋳型DNAを、pSphd−Lucと名付けた。
Reference example 2
: Preparation of template DNA (vector pSphd-Luc) Using the plasmid vector pT N T-Luc prepared in Reference Example 1 as a template, a primer (T7p Rv) having the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing, and a sequence listing PCR was performed at 96 ° C. for 15 seconds, 50 ° C. for 30 seconds, 68 ° C. for 5 minutes, 30 cycles using a primer (Luc-ATG) having the base sequence shown in SEQ ID NO: 5. After completion of the reaction, PCR products were separated by electrophoresis and then purified using Gen Elute Gel Purification Kit (manufactured by Sigma), and used for the ligation reaction. Thus, a plasmid vector in which the SP6 promoter sequence, the 5′-β globin leader sequence and the 5 ′ upstream multicloning site of the structural gene encoding luciferase were deleted from the plasmid vector pT N T-Luc was obtained.
S5NPR sense strand and antisense strand of SfNPV (Spodoptera frugiperda nucleopolyhedrovirus) SfNPV (Spodoptera frugiperda nucleopolyhedrovirus) having the base sequence shown in SEQ ID NO. To phosphorylate the 5 ′ end. After completion of the reaction, the sense strand and the antisense strand were mixed and heat-treated at 95 ° C. for 5 minutes. This was allowed to stand until it reached room temperature, and the sense strand and the antisense strand were annealed. After purification by ethanol precipitation, it was dissolved in water. Excess ATP was removed by SigmaSpin Post Reaction Purification Columns (manufactured by Sigma), and then purified by ethanol precipitation again. Double-stranded DNA fragment obtained was an insert, the SP6 promoter sequence, and vector and ligation of 5 'from pT N T-Luc lacking upstream multiple cloning site of β-globin leader sequence and the structural gene, E.coli DH5α Were transformed. After preparing a plasmid from the obtained Escherichia coli, base sequence analysis was performed. In this way, a vector (template DNA) in which one 5 ′ UTR of the polyhedrin gene of SfNPV was incorporated in the forward direction (5 ′ → 3 ′) was selected. Thus, a vector (template DNA) in which one 5′UTR of the polyhedrin gene of SfNPV was integrated in the forward direction between the T7 promoter sequence and the structural gene was prepared. The obtained template DNA was named pSphd-Luc.
実験例4
:カイコ組織由来の抽出物を含有する反応液を用いた無細胞系タンパク質合成
(1)インビトロ転写反応およびmRNAの精製
上記参考例2で作製したベクターを、BamHIまたはBglIIで消化した後、フェノール−クロロホルム抽出、エタノール沈殿により精製した。得られたベクター1μgを鋳型として、RiboMax Large Scale RNA production System−T7(プロメガ社製)を用い20μlスケールで37℃4時間のインビトロ転写反応を行い、mRNAを合成した。
転写反応終了後、1UのRQ1 RNase Free DNase(プロメガ社製)を添加し、37℃15分インキュベートし、鋳型を消化した。フェノール−クロロホルム抽出によりタンパク質を除去した後、エタノール沈殿を行った。得られた沈殿を100μlの滅菌水に溶解し、Nick column(アマシャムバイオサイエンス社製)にアプライした後、滅菌水で溶出した。溶出画分に酢酸カリウムを終濃度0.3Mとなるように添加し、エタノール沈殿を行った。合成されたmRNAの定量は260nmと280nmの吸光度を測定して行った。
(2)無細胞系タンパク質合成反応
実施例12〜20及び比較例2で調製したカイコ抽出液ならびに上記(1)で得られたmRNAを用い、下記組成の反応液を調製し、無細胞系タンパク質合成反応を行った。
〔反応液の組成〕
・50(v/v)% カイコ抽出液
・160μg/mL mRNA
・30mM HEPES−KOH(pH7.4)
・100mM 酢酸カリウム
・1.75mM 酢酸マグネシウム
・2.0mM DTT
・0.75mM ATP
・0.5mM GTP
・0.25mM EGTA
・25mM クレアチンリン酸
・200μg/mL クレアチンキナーゼ
・40μM アミノ酸(20種)
・2U/μL RNaseインヒビター
・100μg/mL tRNA
ATP(シグマ社製)、GTP(シグマ社製)、アミノ酸(20種)(シグマ社製)、RNaseインヒビター(宝酒造社製)、tRNA(ロシュ・ダイアグノスティックス社製)をそれぞれ用いた。
反応装置として低温アルミブロック恒温槽MG−1000(東京理化器械社製)を用いた。翻訳反応は反応温度25℃で6時間行い、反応液量は25μLとした。合成されたルシフェラーゼはルシフェラーゼアッセイキット(E−1500、プロメガ社製)を用いて定量した。ルシフェラーゼアッセイ試薬50μLに反応液2.5μLを添加し、ルミノメーター(Tuner Designs TD−20/20、プロメガ社製)を用いて、ルシフェラーゼによる発光を測定した。
Experimental Example 4
: Cell-free protein synthesis using a reaction solution containing an extract derived from silkworm tissue (1) In vitro transcription reaction and purification of mRNA After digesting the vector prepared in Reference Example 2 with BamHI or BglII, phenol- Purification by chloroform extraction and ethanol precipitation. Using 1 μg of the obtained vector as a template, RiboMax Large Scale RNA production System-T7 (manufactured by Promega) was used to perform an in vitro transcription reaction at 20 ° C. for 4 hours at 37 ° C. to synthesize mRNA.
After completion of the transcription reaction, 1 U of RQ1 RNase Free DNase (manufactured by Promega) was added and incubated at 37 ° C. for 15 minutes to digest the template. After removing the protein by phenol-chloroform extraction, ethanol precipitation was performed. The obtained precipitate was dissolved in 100 μl of sterilized water, applied to Nick column (manufactured by Amersham Bioscience), and then eluted with sterilized water. Potassium acetate was added to the elution fraction to a final concentration of 0.3 M, and ethanol precipitation was performed. The synthesized mRNA was quantified by measuring absorbance at 260 nm and 280 nm.
(2) Cell-free protein synthesis reaction Using the silkworm extract prepared in Examples 12 to 20 and Comparative Example 2 and the mRNA obtained in (1) above, a reaction solution having the following composition was prepared, and a cell-free protein was obtained. A synthetic reaction was performed.
[Composition of reaction solution]
・ 50 (v / v)% silkworm extract ・ 160 μg / mL mRNA
・ 30 mM HEPES-KOH (pH 7.4)
・ 100 mM potassium acetate ・ 1.75 mM magnesium acetate ・ 2.0 mM DTT
・ 0.75 mM ATP
・ 0.5 mM GTP
・ 0.25 mM EGTA
・ 25 mM creatine phosphate ・ 200 μg / mL creatine kinase ・ 40 μM amino acids (20 types)
2U / μL RNase inhibitor 100μg / mL tRNA
ATP (manufactured by Sigma), GTP (manufactured by Sigma), amino acids (20 types) (manufactured by Sigma), RNase inhibitor (manufactured by Takara Shuzo), and tRNA (manufactured by Roche Diagnostics) were used.
A low temperature aluminum block thermostatic chamber MG-1000 (manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) was used as a reaction apparatus. The translation reaction was carried out at a reaction temperature of 25 ° C. for 6 hours, and the reaction volume was 25 μL. The synthesized luciferase was quantified using a luciferase assay kit (E-1500, manufactured by Promega). 2.5 μL of the reaction solution was added to 50 μL of the luciferase assay reagent, and luminescence by luciferase was measured using a luminometer (Tuner Designs TD-20 / 20, manufactured by Promega).
図4は、実験例4のタンパク質合成反応開始より6時間後のルシフェラーゼ合成量を示すグラフである。図4において、縦軸は、比較例2で得られた抽出液を用いた場合の無細胞系タンパク質合成量に対する、実施例12〜20で得られた各抽出液を用いた場合の無細胞系タンパク質合成量の割合(相対合成量:%)を表している。図4に示すように、多価アルコールを含有する抽出用液を用いて調製した抽出液を使用した反応液は、多価アルコールを含有しない抽出用液を用いて調製した抽出液を使用した反応液と比較して、タンパク質合成量が約200%〜300%となった。
FIG. 4 is a graph showing the amount of
参考例3
:鋳型DNA(ベクターpAphd−Luc)の作製
配列表配列番号7に示す塩基配列を有するAcNPV(Autographa californica nuclear polyhedrosis virus)のポリへドリン遺伝子の5’UTRを用いた以外は参考例2と同様にして、T7プロモーター配列と構造遺伝子との間に、配列表配列番号7に示す塩基配列を有するAcNPVのポリへドリン遺伝子の5’UTRが順方向(5’→3’)に1個組み込まれたベクター(鋳型DNA)を作製した。得られた鋳型DNAを、pAphd−Lucと名付けた。
Reference example 3
: Preparation of template DNA (vector pAphd-Luc) Same as Reference Example 2 except that 5′UTR of polyhedrin gene of AcNPV (Autographa californica nuclear polyhedrosis virus) having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 was used. Thus, between the T7 promoter sequence and the structural gene, one 5′UTR of the AcNPV polyhedrin gene having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 was inserted in the forward direction (5 ′ → 3 ′). A vector (template DNA) was prepared. The obtained template DNA was named pAphd-Luc.
実験例5
:カイコ組織由来の抽出物を含有する反応液を用いた無細胞系タンパク質合成
(1)インビトロ転写反応およびmRNAの精製
ベクターとして参考例3で調製したpAphd−Lucを用いた以外は、実験例4(1)と同様の方法により、mRNAを調製した。
(2)抽出液として実施例7及び比較例1で調製したカイコ抽出液を用い、mRNAとして上記(1)で得られたmRNAを用いる以外は実験例4(2)と同様の反応液を調製し、無細胞系タンパク質合成反応を行った。
反応装置として低温アルミブロック恒温槽MG−1000(東京理化器械社製)を用いた。反応液量は25μLとした。経時的にサンプリングを行い、実験例4(2)と同様に合成されたルシフェラーゼ量を定量した。
Experimental Example 5
: Cell-free protein synthesis using a reaction solution containing an extract derived from silkworm tissue (1) In vitro transcription reaction and mRNA purification Experimental Example 4 except that pAphd-Luc prepared in Reference Example 3 was used as a vector. MRNA was prepared by the same method as in (1).
(2) Prepare a reaction solution similar to Experimental Example 4 (2) except that the silkworm extract prepared in Example 7 and Comparative Example 1 was used as the extract, and the mRNA obtained in (1) above was used as the mRNA. Then, a cell-free protein synthesis reaction was performed.
A low temperature aluminum block thermostatic chamber MG-1000 (manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) was used as a reaction apparatus. The reaction volume was 25 μL. Sampling was performed over time, and the amount of luciferase synthesized in the same manner as in Experimental Example 4 (2) was quantified.
図5は、実験例5の結果を示すグラフである。図5において、縦軸は、ルシフェラーゼ合成量(μg/mL)を、横軸は反応時間(時間)を示す。図5に示すように、グリセロールを含有する抽出用液を用いて調製した抽出液を使用した反応液は、グリセロールを含有しない抽出用液を用いて調製した抽出液を使用した反応液と比較して、各時間において、タンパク質合成量が約200%〜350%となった。 FIG. 5 is a graph showing the results of Experimental Example 5. In FIG. 5, the vertical axis represents the amount of luciferase synthesis (μg / mL), and the horizontal axis represents the reaction time (hours). As shown in FIG. 5, a reaction solution using an extract prepared using an extraction solution containing glycerol is compared with a reaction solution using an extract prepared using an extraction solution not containing glycerol. At each time, the amount of protein synthesis was about 200% to 350%.
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来よりタンパク質の合成効率を向上できる無細胞系タンパク質合成用抽出液の調製方法、ならびにそのためのカイコ組織抽出用キットを提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a method for preparing an extract for cell-free protein synthesis that can improve protein synthesis efficiency, and a silkworm tissue extraction kit therefor. .
配列番号1:プライマー Luc T7−F3−Kpn
配列番号2:プライマー Luc T7−R4−Kpn
配列番号3:プライマー T7プロモーター
配列番号4:プライマー T7p Rv
配列番号5:プライマー Luc−ATG
配列番号6:SfNPVポリヘドリン遺伝子5’UTRの塩基配列
配列番号7:AcNPVポリヘドリン遺伝子5’UTRの塩基配列
SEQ ID NO: 1: Primer Luc T7-F3-Kpn
SEQ ID NO: 2: Primer Luc T7-R4-Kpn
Sequence number 3: Primer T7 promoter Sequence number 4: Primer T7p Rv
Sequence number 5: Primer Luc-ATG
SEQ ID NO: 6: Base sequence of
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An extraction kit for an extract for cell-free protein synthesis derived from a silkworm tissue having an extraction solution containing a polyhydric alcohol.
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