JP4367825B2 - Recombinant myosin - Google Patents
Recombinant myosin Download PDFInfo
- Publication number
- JP4367825B2 JP4367825B2 JP2002223707A JP2002223707A JP4367825B2 JP 4367825 B2 JP4367825 B2 JP 4367825B2 JP 2002223707 A JP2002223707 A JP 2002223707A JP 2002223707 A JP2002223707 A JP 2002223707A JP 4367825 B2 JP4367825 B2 JP 4367825B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- recombinant
- myosin
- hmm
- light chain
- cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- C07K14/435—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
- C07K14/46—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from vertebrates
- C07K14/47—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from vertebrates from mammals
- C07K14/4701—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from vertebrates from mammals not used
- C07K14/4716—Muscle proteins, e.g. myosin, actin
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、Ca2+結合型の組換えミオシンに関するものである。さらに詳しくは、この出願は、マイクロマシンにおけるアクチュエーターや、微少電子回路におけるスイッチ素子等としての有用性が期待されるCa2+結合型組換えミオシンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年のナノテクノロジーの発展に伴って、分子サイズの大きさで機械的な動きをするマイクロマシンの開発が注目されている。このマイクロマシンの作成には、個々の要素デバイスや、それらの組立方法(マイクロマシニング)に至るまで、様々な技術開発が必要とされている。特に、マイクロマシン駆動部であるマイクロアクチュエーターの開発は、マシンの自律運動等にとって不可欠であり、様々な微細加工技術を利用したモーターデバイスの開発が進められている。しかしながら微細加工技術を応用した方法で作成できるマイクロアクチュエーターは、小さいものでも100μm程度であり、ナノスケールのマイクロマシンに装備するには、その更なる微少化が求められている。
【0003】
そこで、微細加工技術によってモーター装置を構築するのではなく、運動能を有する単一分子をモーターとして利用することが提案されている。
【0004】
一般に、モーターとして利用できる分子は、外部エネルギーを運動に変換する動力機構があること、および1方向の運動を実現できることの2点を満たすことが求められている。そして、このような条件を満たす低分子有機化合物としては、(3R,3'R)-(P,P)-trans-1,1',2,2',3,3',4,4'-octahydro-3,3'-dimethyl-4,4'-bipheanthrydiene(Nature 401:152-155, 1999)やTriptycyl(4)helicene(Nature 401:150-152, 1999)が知られている。しかしながら、これらの有機化合物は、速度が極めて低速であったり、駆動力が極力であったり、繰り返し回転ができないなどといった、マイクロマシンにおけるアクチュエーターとしての致命的な欠陥を有しており、実用化の目途は立っていないのが現状である。
【0005】
一方、前記のような有機化合物とは別の単一分子モーターとしては、鞭毛モーター(Microbiol. 6:1-18, 1967; Nature 245:380-382, 1973)、ATP合成酵素(Nature 386:299-302, 1997)、ミオシンモーター(Biochem. Biophys. Res. Comm. 199:1057-1063, 1994; Curr. Opin. Cell Biol. 7: 89-93, 1995)、微小管系モーター(Cell 42:39-50, 1985)、核酸合成酵素の運動タンパク質(Nature 409: 113-119, 2001)等の生体分子が知られている。
【0006】
これらの生体分子も、もちろんマイクロマシンのアクチュエーター等に利用するためには、様々な技術開発を必要とするが、その安定的な駆動力等によって、将来のマイクロマシンにおける極めて有力なデバイスとなり得るものと期待されている。また、これらの生体分子は、電子回路のスイッチ素子等としても利用可能であることが提案されている。
【0007】
これらの生体分子モーターの候補のうち、ミオシン(myosin)は分子量約480kDaの筋タンパク質であり、分子量約220kDaのミオシン重鎖2本と、それぞれ2本ずつの2種のミオシン軽鎖で構成されている。ミオシン重鎖のN末端側はヘビーメロミオシン(HMM)と呼ばれる機能的部位であり、ATPの分解によりアクチンとの間に「力」を発生するモータータンパク質として機能する。
【0008】
ミオシンの制御には、(a)骨格筋ミオシンのように外部制御を受けないタイプと、(b)平滑筋や細胞性粘菌Dictyosteliumミオシンのようにリン酸化によって制御を受けるタイプ、そして(c)真性粘菌Physarum(フィザルム)やホタテガイ(scallop)のミオシンのようにカルシウム(Ca2+)を結合することによって制御を受けるタイプが存在する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前記のとおり、マイクロマシンのアクチュエーター(分子モーター)や電子回路のスイッチ素子としての生体分子の有用性が指摘されている。そしてそれぞれの生体分子は、個々の特性(回転、駆動メカニズムの違い等)によって、様々な適用や組み合わせが可能である。
【0010】
一方、これらの生体分子をアクチュエーターやスイッチ素子等の機械的構成要素として使用するためには、他のデバイスとの機械的、電気的結合を可能とするような様々な改変(各種の修飾)が必要である。そして、そのような改変を確実に行うための最も有効な手段は、遺伝子工学的に生体分子を改変することである。
【0011】
この点について、ミオシンの場合には、前記のタイプ(a)および(b)については組換えミオシンの作成が報告されている(例えば、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:704-708, 1995; Science 246:656-658, 1989)。しかしながら、タイプ(c)のCa2+結合型ミオシンについては、組換え体の作成は成功していない。
【0012】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであって、Ca2+結合型の組換えミオシンを提供することを課題としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この出願は、前記の課題を解決するための発明として、Ca2+結合型ミオシンの重鎖、Ca2+結合軽鎖、およびリン酸化軽鎖のそれぞれをコードするポリヌクレオチドの発現産物であって、野性型のCa2+結合型ミオシンと実質的に同一の機能を有することを特徴とする組換えミオシンを提供する。
【0014】
この発明における別の態様は、ミオシン重鎖、Ca2+結合軽鎖および/またはリン酸化軽鎖のアミノ酸配列における1以上のアミノ酸残基が他のアミノ酸残基に置換、1以上のアミノ酸残基が欠失、または1以上のアミノ酸残基が付加している組換えミオシンである。
【0015】
また、この発明の組換えミオシンにおいては、各々のポリヌクレオチドが、真性粘菌フィザルム由来であることを好ましい態様としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
この発明の組換えミオシンは、Ca2+結合型ミオシンの重鎖(約220kDa)、Ca2+結合軽鎖(約16kDa)、およびリン酸化軽鎖(約18kDa)のそれぞれをコードするポリヌクレオチドの発現産物である。
【0017】
「Ca2+結合型ミオシン」とは、Ca2+を結合することによって制御を受けるミオシンであり、具体的には、例えば真性粘菌Physarum(フィザルム)やホタテガイ(scallop)のミオシンである。また、「野性型のCa2+結合型ミオシンと実質的に同一の機能を有する」とは、具体的には、ミオシンがATPを分解し、アクチンと結合して機械的エネルギーを発生することにCa2+が変化を与えることを意味する。ただし、フィザルム由来の組換えミオシンは、Ca2+結合によってATP分解および機械的エネルギーの発生を低下し、ホタテガイ由来の組換えミオシンはCa2+結合によってATP分解および機械的エネルギーの発生を増加せせることを意味する。
【0018】
この発明の組換えミオシンは、前記のポリヌクレオチドをin vitro翻訳系または適当な宿主―ベクター系において発現させることによって作成することができる。
【0019】
例えば、ポリヌクレオチド(cDNA)は公知の塩基配列情報(例えば、フィザルムのミオシン重鎖:GenBank No. AF335500、Ca2+結合軽鎖:GenBank No. J03499、リン酸化軽鎖:GenBank No. AB076705;ホタテガイのミオシン重鎖:GenBank No. X55714、軽鎖:GenBank No. M17208, M17201)に基づき合成したオリゴヌクレオチドを用いてそれぞれのcDNAライブラリーをスクリーニングすることによって取得することができる。また公知の塩基配列情報に基づいて作成したオリゴヌクレオチドプライマーを用いたPCR法やRT-PCR法によっても、目的とするポリヌクレオチドを取得することができる。
【0020】
得られたポリヌクレオチドは、それぞれ別個に発現ベクターにクローニングし、それらを共発現させることによって、この発明の組換えミオシンを作成することができる。あるいは、それぞれのポリヌクレオチドを連結した融合ポリヌクレオチドとして発現ベクターにクローニングしてもよい。ただし、その場合には、重鎖、Ca2+結合軽鎖およびリン酸化軽鎖がそれぞれ成熟タンパク質として発現するように、各ポリヌクレオチドの3'端には停止コドンを設けるようにする。また、各ポリヌクレオチドの5'端にはそれぞれの発現制御配列(プロモーター/エンハンサー)を備えるようにしてもよい。
【0021】
この発明の組換えミオシンをin vitro翻訳系で発現させる場合には、RNAポリメラーゼプロモーターを有する発現ベクターにポリヌクレオチドを組換え、この組換えベクターをプロモーターに対応するRNAポリメラーゼを含むウサギ網状赤血球溶解物や小麦胚芽抽出物などのin vitro翻訳系に添加する。RNAポリメラーゼプロモーターとしては、T7、T3、SP6などが例示できる。これらのRNAポリメラーゼプロモーターを含むベクターとしては、pKA1、pCDM8、pT3/T7 18、pT7/3 19、pBluescript IIなどが例示できる。
【0022】
また、ポリヌクレオチドを適当な宿主−ベクター系において発現させれば、組換えミオシンを大腸菌、枯草菌等の原核細胞や、酵母、昆虫細胞、哺乳動物細胞、植物細胞等の真核細胞などで生産することができる。例えば、大腸菌などの微生物で発現させる場合には、微生物中で複製可能なオリジン、プロモーター、リボソーム結合部位、DNAクローニング部位、ターミネーター等を有する発現ベクターにポリヌクレオチドを組換えて発現ベクターを作成し、この発現ベクターで宿主細胞を形質転換し、この形質転換体を培養すれば、その培養物から目的の組換えミオシンを大量生産することができる。大腸菌用発現ベクターとしては、pUC系、pBluescript II、pET発現システム、pGEX発現システムなどが例示できる。さらに、組換えミオシンを真核細胞で発現させる場合には、ポリヌクレオチドをプロモーター、スプライシング領域、ポリ(A)付加部位等を有する真核細胞用発現ベクターに挿入して組換えベクターを作製し、このベクターをトランスフェクトした真核細胞から目的の組換えミオシンを得ることができる。発現ベクターとしては、pKA1、pCDM8、pSVK3、pMSG、pSVL、pBK-CMV、pBK-RSV、EBVベクター、pRS、pYES2などが例示できる。真核細胞としては、ヒト胎児腎臓細胞HEK293、サル腎臓細胞COS7、チャイニーズハムスター卵巣細胞CHOなどの哺乳動物培養細胞、あるいはヒト臓器から単離した初代培養細胞などが使用できる。出芽酵母、分裂酵母、カイコ細胞、アフリカツメガエル卵細胞なども使用できる。また、バキュロウイルス科に属する核多角体病ウイルスのゲノムDNAとともに前記の発現ベクターを昆虫細胞にトランスフェクションすれば、昆虫細胞から目的の組換えミオシンを得ることができる。昆虫細胞としてはSf9、Sf21、Tn5などを使用することができる。
【0023】
発現ベクターを細胞に導入するには、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソーム法、DEAEデキストラン法など公知の方法を用いることができる。形質転換細胞で発現させたポリペプチドを単離精製するためには、公知の分離操作を組み合わせて行うことができる。例えば、尿素などの変性剤や界面活性剤による処理、超音波処理、酵素消化、塩析や溶媒沈殿法、透析、遠心分離、限外濾過、ゲル濾過、SDS-PAGE、等電点電気泳動、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィーなどが挙げられる。
【0024】
この発明の別の態様は、ミオシン重鎖、Ca2+結合軽鎖および/またはリン酸化軽鎖のアミノ酸配列における1以上のアミノ酸残基が他のアミノ酸残基に置換、1以上のアミノ酸残基が欠失、または1以上のアミノ酸残基が付加している改変型の組換えミオシンである。
【0025】
この場合の「改変型」とは、前記のアミノ酸配列の変異によって、組換えミオシンの活性(例えば、Ca2+結合能、ATP分解能、機械的エネルギー発生能など)が増加または低下することを意味する。あるいはまた、他の分子や化合物等との結合性を増加または低下させるようなアミン酸変異を意味する。
【0026】
このようなアミン酸変異は、公知の方法により前記のポリヌクレオチドに変異を導入し、その変異ポリヌクレオチドを前記と同様に発現させることによって行うことができる。例えば、任意のアミノ酸コドンを他のアミノ酸残コドンに置換したポリヌクレオチドを作成する場合には、公知のKunkel法(Kunkel, T. A. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82:488, 1985およびKunkel, T. A., et al. Methods in Enzymology 154:367, 1987)を採用することができる。すなわち、dut-、ung-の遺伝型で示される大腸菌(BW313、CJ236等)は、dUTPase(Dut)とUracil-DNA glycosylase(Ung)を欠損しているため、DNA中のチアミン(T)の一部がデオキシウラシル(dU)に置き換わったDNAを合成する。この大腸菌を宿主菌として、変異導入の目標となるポリヌクレオチドに対して、目的残基を他のアミノ酸残基で置換するように設計したオリゴヌクレオチドを試験管内でハイブリダイズさせ、DNAポリメラーゼ反応とDNAリガーゼ反応により相補DNA鎖を合成する。このDNAをung+の大腸菌株(DH5α等)に導入すると、もとのdUの含まれているDNA鎖はUngによって分解を受けるが、試験管内で合成された相補DNA鎖は分解されずに複製される。このようにして変異を導入した側のDNA鎖が選択的に増幅され、目的変異を含むミオシンをコードするポリヌクレオチドを得ることができる。また、変異ポリヌクレオチドは、ミューテーション・キット等を使用する方法や、変異導入型のPCR法、あるいは公知のポリヌクレオチド合成法(例えば、Nucleic Acid Res. 25:3440-3444, 1997等)によっても得ることができる。
【0027】
以下、実施例を示してこの出願の発明についてさらに詳細かつ具体的に説明するが、この出願の発明は以下の例によって限定されるものではない。
【0028】
【実施例】
(1)材料と方法
(1-1)化学物質
制限酵素およびその他酵素類は、宝酒造株式会社(京都)のものを使用した。その他の試薬類は全て、市販の特級試薬を用いた。水溶液作成時には、ミリQ水(Millipore社、Bedford、MA、USA)を用いた。
(1-2)バキュロウイルス導入ベクターの構築
フィザルム由来ミオシン重鎖のサブフラグメント-1重鎖(S1-HC;Met1-Gly841)をコードするcDNAをRT-PCR法(KOD DNA polymerase;東洋紡株式会社、東京)により合成した。PCRプライマーは、既知の配列情報(GenBank No. AF335500)を基に設計した以下を使用した。
【0029】
5'-CGGGATCCATGGCAAGCGAAAGGCAAC-3'(配列番号1)
5'-ATGGTGCTTGTCGTCGTCGTCGCCAACCAATAAGGGACGCG-3'(配列番号2)
PCR条件は、変性(94℃1分)、アニーリング(55℃1分)、伸長(72℃3分)を1サイクルとし、35サイクルを行った。
【0030】
また、組換えミオシンを発現させるために、ヘキサHis-タグの配列をC末端にPCRによって付した。S1-HCの終末端の以下のプライマー:
5'-CCGCGGCCGCATGATGATGATGATGGTGCTTGTCGTCGTCGTCGTC-3'(配列番号3)
には、ヘキサHisタグ配列、停止コドンおよびSalI制限サイトを含ませた。
ネストPCRは以下のプライマーを用いて行った。
【0031】
5'-CGGGATCCATGGCAAGCGAAAGGCAAC-3'(配列番号4)
以上のより得られたPCR産物を、pBlueBac4.5a(Invitrogen社、Carlsbad、CA、USA)のBamHI/SalIサイトにクローニングし、DNA配列を確認した。得られたこのプラスミドをpBB/S1とした。
【0032】
ミオシン重鎖のヘビーメロミオシン(HMM)重鎖(Met1-Lys1181)の導入ベクターも上記と同様な方法で構築した。ミオシン重鎖の一部分であるコイルドコイル構造領域をPCRにてS1-HCのC末端に付与した。SmaI制限サイト(ミオシン重鎖の2044bp)を有するプライマー:
5'-CAGAAGCCCGGGTACCTTG-3'(配列番号5)と、
終末端にHMM断片(Lys1181)を含んだプライマー:
5'-ATGATGATGGTGCTTGAGCTCCTCTACCTG-3'(配列番号6)
を用いた。ヘキサHisタグ配列を付与するには、プライマー:
5'-CAGAAGCCCGGGTACCTTG-3'(配列番号7)と、
ヘキサHisタグ配列、停止コドン、SalI制限サイトを含んだプライマー:
5'-GGACTAGTGTCGACTTAATGATGATGATGATGGTGC-3'(配列番号8)
を用いて、ネストPCRを行った。
【0033】
得られたPCR産物は、pBB/S1プラスミドのSmaI/SalIにクローニングし、プラスミドをpBB/HMMを構築した。
【0034】
さらに、既知の配列情報に基づいて設計したプライマーを用い、Ca2+結合軽鎖(CaLC)とリン酸化軽鎖(PLC)のそれぞれをコードするポリヌクレオチドの導入ベクターを構築した。なお、PLCおよびCaLCの5'端にはBamHIまたはKpnI制限酵素サイトをに付与した。また、PLCおよびCaLCの3'端にはKpnIまたはEcoRIサイトを付与した。得られたPCR産物をpBlueBac4.5a のBamHI/KpnIおよびKpnI/EcoRI制限サイトに各々サブクローニングし、プラスミドpBB/PLCおよびpBB/CaLCを構築した。
(1-3)組換えウイルスの感染および選択
Spodoptera frugiperda(Sf-9)細胞を75cm2のフラスコで、27℃で培養した。培養液(TNM-FH)は、Grace's昆虫細胞培養液(Invitrogen社、Carlsbad、CA、USA)に10%牛胎児血清(FCS)および10μg/mlゲンタマイシン(Sigma-Aldrich社、USA)を加えた。Sf-9細胞に、核多角病ウイルスAuto-graphica californicaの直鎖状DNA(Bac-M-BlueTM DNA;Invitrogen社、Carlsbad、CA、USA)と、導入ベクターpBB/S1、pBB/HMM、pBB/PLCおよびpBB/CaLCのいずれか一つとを感染導入した。感染導入の効率を高めるため、InsectinPlusTMリポソーム試薬(Invitrogen社、Carlsbad、CA、USA)を使用した。7日後、X-gal含有プレート上でプラークアッセイを行い、組換えバキュロウイルスを単離した。青いプラークを拾い上げ、Sf-9細胞(25cm2の培養容器)に感染させ、組換えバキュロウイルスを増幅させた。4日後、上清中にある組換えバキュロウイルスを前記の75cm2フラスコで11日間培養したSf-9細胞に感染させ、高いウイルス力価を有するストックを調製した。組換えバキュロウイルスに組込んだ各種の導入cDNAは、PCRにて確認し、続いて塩基配列解析機においても確認した。得られたこの組換えバキュロウイルスを、再び上記の方法によって増殖させた。
(1-4)組換えS1およびHMMの精製
72cm2の培養容器(10個)のそれぞれに、1×107個のSf-9細胞を播種した。Sf-9細胞に、S1-重鎖またはHMM-重鎖、リン酸化軽鎖およびCa2+結合軽鎖をそれぞれコードするポリヌクレオチドを導入したバキュロウイルスを各々個別に共感染させた。いずれの場合においても、感染多重度(m.o.i)は5であった。感染させたSf-9細胞は、27℃で3日間成長させた後、4℃で10分、1500rpmの速度で遠心し、細胞を回収した。回収した細胞はペレット状のため、7mlホモゲナイズ緩衝液[20mM Tris-HCl(pH 7.5)、1mM MgCl2、1mM EGTA、5mM 2-メルカプトエタノール、タンパク質分解酵素阻害因子1mM p-ABSF(和光純薬化学工業株式会社)、10μg/mlロイペプチンおよびHisタグタンパク質分解酵素阻害因子混合液(Sigma-Aldrich社、USA)]で懸濁し、均質化した。均質化の後、内在性アクチンから組換えミオシンを放出するため0.2M NaClと1mM ATPに合わせて調節し、細胞の破片や破砕されていない細胞を取り除くたに15000×gで15分、遠心分離を行った。上清を0.2mg/mlウサギ骨格筋アクチン(ウサギ骨格筋アセトン粉から精製)と混合し、緩衝液(20mM Tris-HCl(pH 7.5)、50mM KCl、10mM MgCl2、0.3mM DTT、1mM p-ABSFおよび1μg/mlロイペプチン)で、24時間透析を行った。アクチン組換えHMMは透析中に形成され沈殿し、100000×gで1時間、遠心分離を行い回収した。沈殿物より分離されたS1/HMMの沈殿物を、緩衝液[20mM Tris-HCl(pH 7.5)、100mM KCl、10mM MgCl2、7mM 2-メルカプトエタノール、100μM p-ABSF、1μg/mlロイペプチンおよび1mM ATP]を用いてホゲナイズし、100000×gで90分間遠心分離を行い、得られた上清をNi-NTAスパーフロー(Qiagen社、ドイツ)カラムに添加した。このカラム内でHisタグ融合組換えS1またはHMMをトラップし、抽出液[20mM Tris-HCl(pH 7.5)、40mM KCl、7mM 2-メルカプトエタノール、1μg/mlロイペプチンおよび100mM イミダゾール]で抽出した。SDS-PAGEを行った後、組換えS1/HMMを含む泳動バンド部分を、Centriprep-30 concentrator(Millipore社、USA)を用いて蓄積および濃縮した。次いで、組換えミオシンを緩衝液[20mM Tris-HCl(pH 7.5)、40mM KCl、1.5mM MgCl2、0.1mM DTT、20μM p-ABSFおよび0.6μg/mlロイペプチン]で透析した。タンパク質の精製は4℃以下の温度条件で行った。典型的な組換えS1/HMMを0.1mgを採取し、BSAを標準値として用いてBio-Radタンパク質測定液で定量した結果、1×108個のSf-9細胞が得られた。
(1-5)ゲル電気泳動
SDS-PAGEは、文献(J. Chromatogr 64:147-155, 1972)の記載に従い、文献(Nature 227:680-685, 1970)記載の緩衝液システムを用いて調製した12.5%ポリアクリルアミドゲルを用いて行った。SDS-サンプル緩衝液は、40mM Tris-HCl(pH 6.8)、50mM DTT、1% SDS、7.5%グリセロール、0.002% ブロモフェノールブルーにて構成した。
(1-6)電子顕微鏡による観察
精製したHMM(0.5mg/ml)を雲母シートに載置し、これを30%グリセロール含有0.1M酢酸アンモニウムで3回洗浄し、2%酢酸ウラニル水溶液で染色し、3回洗浄した。この雲母シートに別の分割した雲母シートを被覆し、押し付け、剥離して、BAF 060ロータリー影像システムにおいて低角度でプラチナにロータリー複製し、この複製した試料を試料台固定し、JEM-1010電子顕微鏡で観察した。
(1-7)ATPase活性による解析
S1/HMMにおけるATPase活性測定は、文献(Anal Biochem. 293:212-215, 2001)の記載に従って行った。全ての解析は、25℃で行った。基本的なMg2+-ATPase活性は、20mM Tris-HCl(pH7.5)、40mM KCl、1.5mM MgCl2、0.1mM DTT、0.5mM ATP、ウサギ骨格筋由来の重合型アクチンおよび0.5μM組換えS1/HMMで解析を行った。統計解析はStudent's t-testを用いて行い、P<0.05を統計的有意とした。
(1-8)Ca2+結合の測定
Ca2+の結合範囲は、文献(Biochemistry 39:3827-3834, 2000)の記載に従い、3.5μM HMM、50μMの組換えCa2+軽鎖または50μMの組換えリン酸化軽鎖の存在下で、CaCl2(Du-Pont-NEN)を含む0.1mM NaCl、5mM MgCl2およびMOPS/NaOH(pH 7.0)を用いた流動透析法を利用して25℃下で測定した。リン酸化軽鎖またはCa2+軽鎖それぞれのORFの5'末端にNdeI制限酵素サイトを、3'末端にBamHIサイトをPCRによって付与した。このPCR産物をNdeIおよびBamHIで酵素処理をして、pET19b発現ベクターシステム(Novagen社、USA)の同じサイトに挿入した。メーカーの説明書に従い、pET19b/PLCまたはpET19b/CaLCを大腸菌BL21(DE3)株にて発現および精製した。全てのデータは、Adiarの式に適合させることによって分析した。
(1-9)In Vitroにおける運動力の解析
In Vitroにおける運動力の解析は、文献(J. Biochem. 106:955-957, 1989)の記載に従って行った。すなわち、ガラス表面に組換えHMMをコーティングした。重合型アクチン(0.125mg/ml)をローダミンファロイジン(Molecular Probe、USA)でラベルし、運動解析用培地[10mM KCl、2mM ATP、1mM MgCl2、10mM イミダゾール(pH 7.5)、14mM 2-メルカプトエタノールおよび0.1mM EGTAまたは0.1mM CaCl2]上に乗せた。ATP依存性の運動は、蛍光顕微鏡で観察し、またビデオカメラに撮影し記録した。アクチン運動の速度は、動いた距離とその動きをビデオカメラ撮影で収めた時間経過から算出した。統計解析はStudent's t-testを用いて行い、P<0.05を統計的有意とした。
(2)結果
S1-重鎖の組換えバキュロウイルスをSf-9細胞に感染させた。培養3日後、これら細胞を回収し、ホモゲナイズし、遠心分離を行った。発現産物は沈殿物中にあることから(図1)、S1-重鎖は不溶性であることが示された。同様に、S1-重鎖のバキュロウイルスとCa2+結合軽鎖のバキュロウイルスとの共感染導入に発現産物を不溶性物質として得られた。しかしながら、このS1-重鎖の組換えバキュロウイルスとリン酸化軽鎖の組換えバキュロウイルスおよびCa2+結合軽鎖の組換えバキュロウイルスとの共感染導入では、Sf-9細胞内で可溶性のS1-重鎖が生産された(図2)。HMM-重鎖の場合も同様に、リン酸化軽鎖およびCa2+結合軽鎖の組換えバキュロウイルスとの共感染を行うと、可溶性産物が得られた(図3)。
【0035】
S1-重鎖、リン酸化軽鎖およびCa2+結合軽鎖の組換えバキュロウイルスを感染させたSf-9細胞の未加工抽出物から、可溶性S1-重鎖を回収するために、多量のアクチンをこの抽出物と混合し、遠心分離を行った。得られたペレットをATP含有の緩衝液で懸濁し、S1-重鎖をペレットから放出させた。再度遠心分離を行うことによって、残存アクチンを除去し、得られた上清をNi-NTAスパーフローカラムに注入した。図2に示したように、抽出物は、98kDa(S1-重鎖)、18kDa(リン酸化軽鎖)、16kDa(Ca2+結合軽鎖)の3つの大きなバンドで構成されている。これにより、抽出物にS1が含まれていることが分かる。HMMは、HMM-重鎖のペプチド135kDa、リン酸化軽鎖のペプチド18kDaおよびCa2+結合軽鎖のペプチド16kDaの複合体(図3)と類似している。双頭のHMMが、電子顕微鏡による観察で示された(図4)。S1およびHMMのATPase活性を、少量のサンプルでも数量化が可能な高速液体クロマトグラフィーによって解析した。組換えS1において、ATPase活性が確認でき、この活性は次のとおり、アクチンによって活性化された。すなわち、0.12±0.01(s-1head-1)(n=3)(m±SEM)のMg2+-ATPase活性(図5);また種々の濃度のアクチン存在下では、その活性がKm=2.5μMと共にVmax=0.61(s-1head-1)に上昇した(図6)。このように、S1はアクチンによって約5倍まで活性化され、機能性S1が発現されたことが確認された。HMMも同様に、0.21±0.02(s-1head-1)(n=3)(m±SEM)のMg2+-ATPase活性を示した(図7)。アクチンは、Km=1.8μMによって活性をVmax=1.27(s-1head-1)に増加させ(図8)、HMMがアクチンによって約6倍まで活性化されたことが確認された。
【0036】
S1のATPase活性におけるCa2+の効果は、アクチンによる最大限の活性化状態の下で試験した。Ca2+のキレート剤であるEGTAの存在下では、活性は0.49±0.07(s-1head-1)(n=3)であった。0.1mM Ca2+が存在した場合、活性は0.45±0.04(s-1head-1)(n=3)にわずかに減少した(図5)。しかし、この減少は統計学的には有意ではなかった。Ca2+の効果をHMMで同様に試験した。しかし、その効果は、たとえあったとしても極わずかなものであった(図7)。
【0037】
Ca2+の効果が検出されなかったことから、S1およびHMMがCa2+に結合するか否かという疑問が発生する。そのため、HMMによるCa2+結合を流動透析法によって確認した。図9に示したとおり、リン酸化軽鎖はCa2+と結合しなかった。しかしCa2+結合軽鎖はCa2+結合活性が確認された。HMMの結合活性は劇的に増加した;最大結合活性は、2mol/mol HMMに対して、Kdが10μMレベルであった。
【0038】
組換えHMMに対するCa2+結合の効果を、in vitro運動力解析を用いて調べた。すなわち、HMMをコーティングしたガラス表面上でアクチンのATP依存性運動を観察した(図10)。EGTA存在下での平均速度は0.61±0.16μm/sec(n=25)であるのに対し、Ca2+存在下では0.32±0.21μm/sec(n=25)に減少した。この結果から、組換えHMMがCa2+結合活性を有することと、Ca2+が組換えHMMの運動機能活性に作用することが確認された。
【0039】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、Ca2+結合型の組換えミオシンが提供される。この組換えミオシンは、マイクロマシンにおけるアクチュエーターや電子回路のスイッチ素子等として有用である。
【0040】
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図1】 Sf-9細胞で発現させた組換えS1-重鎖のSDS-PAGEの結果である。レーン1は分子量マーカー、レーン2は非感染Sf-9細胞のホモジネート、レーン3は感染Sf-9細胞ホモジネートの沈殿物、レーン4は感染Sf-9細胞ホモジネートの上清である。
【図2】 S1精製過程でのSDS-PAGEの結果である。レーン1は分離量マーカー、レーン2はホモジナイズし、遠心分離した非感染Sf-9細胞の上清、レーン3は同細胞の沈殿物、レーン4はS1-重鎖、リン酸化軽鎖およびCa2+結合軽鎖を感染させたSf-9細胞をホモジナイズし、遠心分離した上清、レーン5は同細胞の沈殿物、レーン6はS1とアクチンとの複合体から精製したS1、レーン7はNi-NTNカラムにより精製したS1である。
【図3】組換えHMM精製過程でのSDS-PAGEの結果である。レーン1は分子量マーカー、レーン2は非感染Sf-9細胞ホモジネートの遠心分離上清、レーン3はその沈殿、レーン4はS1-重鎖、リン酸化軽鎖およびCa2+結合軽鎖を感染させたSf-9細胞ホモジネートの上清、レーン5は同感染細胞の沈殿、レーン6はNi-NTAカラム前のサンプル、レーン7はNi-NTNカラムから溶出した精製HMMである。
【図4】図3の工程で精製した組換えHMMの電子顕微鏡写真である。
【図5】 S1のATPase活性の測定結果である。1は0.1mM EGTA存在下での基準Mg2+-ATPase活性、2は0.1mM EGTAおよび5μMアクチン存在下でのアクチン活性化ATPase活性、3は0.1mM Ca2+存在下でのアクチン活性化ATPase活性である。値は3回の測定の平均±SEMである。
【図6】様々な濃度のアクチン存在下におけるS1のATPase活性測定結果である。S1およびEGTAの濃度はそれぞれ0.5μMおよび0.1mMに固定した。他の測定条件は図5と同様とした。
【図7】組換えHMMのATPase活性の測定結果である。1は0.1mM EGTA存在下での基準Mg2+-ATPase活性、2は0.1mM EGTAおよび5μMアクチン存在下でのアクチン活性化ATPase活性、3は0.1mM Ca2+および5μMアクチン存在下でのアクチン活性化ATPase活性である。値は3回の測定の平均±SEMである。
【図8】様々な濃度のアクチン存在下における組換えHMMのATPase活性測定結果である。
【図9】組換えHMMのカルシウム結合活性の測定結果である。黒丸はHMM、白丸はCaLC、黒菱型はPLCである。
【図10】 HMMの運動活性に対するCa2+の効果を測定した結果である。Aは0.1mM EGTA存在下での測定結果、Bは0.1mM Ca2+存在下での測定結果である。矢印はアクチンのATP依存性運動の平均速度を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application is Ca 2+ The present invention relates to a conjugated recombinant myosin. More specifically, this application is expected to be useful as an actuator in a micromachine or a switch element in a microelectronic circuit. 2+ The present invention relates to conjugated recombinant myosin.
[0002]
[Prior art]
With the development of nanotechnology in recent years, attention has been focused on the development of micromachines that move mechanically with molecular size. The creation of this micromachine requires various technological developments up to the individual element devices and their assembly methods (micromachining). In particular, the development of a microactuator that is a micromachine driving unit is indispensable for autonomous movement of a machine and the like, and development of a motor device using various fine processing techniques is being promoted. However, microactuators that can be made by a method that applies microfabrication technology are about 100 μm even if they are small, and further miniaturization is required to equip them with nanoscale micromachines.
[0003]
Therefore, it has been proposed to use a single molecule having motility as a motor, rather than constructing a motor device by microfabrication technology.
[0004]
In general, a molecule that can be used as a motor is required to satisfy two points: that there is a power mechanism that converts external energy into motion, and that a motion in one direction can be realized. And, as a low molecular organic compound satisfying such conditions, (3R, 3'R)-(P, P) -trans-1,1 ', 2,2', 3,3 ', 4,4'-octahydro-3,3'-dimethyl-4,4'-bipheanthrydiene (Nature 401: 152-155, 1999) and Triptycyl (4) helicene (Nature 401: 150-152, 1999) are known. However, these organic compounds have fatal defects as actuators in micromachines such as extremely low speed, maximum driving force, and inability to rotate repeatedly. Is not standing.
[0005]
On the other hand, as a single molecule motor different from the above organic compounds, flagellar motor (Microbiol. 6: 1-18, 1967; Nature 245: 380-382, 1973), ATP synthase (Nature 386: 299) -302, 1997), myosin motor (Biochem. Biophys. Res. Comm. 199: 1057-1063, 1994; Curr. Opin. Cell Biol. 7: 89-93, 1995), microtubule motor (Cell 42:39) 1985, 1985), and kinetic proteins of nucleic acid synthase (Nature 409: 113-119, 2001) are known.
[0006]
Of course, these biomolecules require various technological developments in order to be used for micromachine actuators, etc., but their stable driving force is expected to make them extremely powerful devices for future micromachines. Has been. In addition, it has been proposed that these biomolecules can also be used as switching elements for electronic circuits.
[0007]
Among these biomolecular motor candidates, myosin is a muscle protein with a molecular weight of about 480 kDa, consisting of two myosin heavy chains with a molecular weight of about 220 kDa, and two myosin light chains, two each. Yes. The N-terminal side of the myosin heavy chain is a functional site called heavy meromyosin (HMM), which functions as a motor protein that generates “force” with actin by the degradation of ATP.
[0008]
There are two types of myosin: (a) a type that is not externally controlled, such as skeletal muscle myosin, (b) a type that is controlled by phosphorylation, such as smooth muscle and the cellular slime mold Dictyostelium myosin, and (c) Calcium (Ca) like myosin of true slime mold Physarum and scallop 2+ There are types that are controlled by combining).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the usefulness of biomolecules as actuators (molecular motors) for micromachines and switch elements for electronic circuits has been pointed out. Each biomolecule can be applied and combined in various ways depending on individual characteristics (rotation, difference in driving mechanism, etc.).
[0010]
On the other hand, in order to use these biomolecules as mechanical components such as actuators and switch elements, various modifications (various modifications) that enable mechanical and electrical coupling with other devices are required. is necessary. And the most effective means for reliably performing such modification is to modify biomolecules by genetic engineering.
[0011]
In this regard, in the case of myosin, the production of recombinant myosin has been reported for types (a) and (b) above (eg Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 704-708, 1995; Science 246: 656-658, 1989). However, type (c) Ca 2+ For conjugated myosin, recombinant production has not been successful.
[0012]
The invention of this application has been made in view of the circumstances as described above. 2+ It is an object to provide a conjugated recombinant myosin.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
This application is directed to Ca as an invention for solving the above-mentioned problems. 2+ Bound myosin heavy chain, Ca 2+ An expression product of a polynucleotide encoding each of a bound light chain and a phosphorylated light chain, wherein wild-type Ca 2+ Provided is a recombinant myosin having substantially the same function as conjugated myosin.
[0014]
Another embodiment of the present invention is a myosin heavy chain, Ca 2+ One or more amino acid residues in the amino acid sequence of the combined light chain and / or phosphorylated light chain are replaced with other amino acid residues, one or more amino acid residues are deleted, or one or more amino acid residues are added Recombinant myosin.
[0015]
Moreover, in the recombinant myosin of this invention, it is set as a preferable aspect that each polynucleotide is derived from a true slime mold Phisalum.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The recombinant myosin of the present invention is Ca 2+ Bound myosin heavy chain (approximately 220 kDa), Ca 2+ Expression products of polynucleotides encoding each of the bound light chain (about 16 kDa) and the phosphorylated light chain (about 18 kDa).
[0017]
"Ca 2+ `` Binding myosin '' means Ca 2+ Specifically, for example, myosin of true slime mold Physarum (saruopu) and scallop (scallop). In addition, "wild type Ca" 2+ Specifically, `` having substantially the same function as bound myosin '' means that myosin decomposes ATP and binds to actin to generate mechanical energy. 2+ Means giving change. However, recombinant myosin derived from physalum is not Ca 2+ Binding reduces ATP degradation and the generation of mechanical energy, scallop-derived recombinant myosin is Ca 2+ It means that the binding increases ATP degradation and generation of mechanical energy.
[0018]
The recombinant myosin of the present invention can be prepared by expressing the above polynucleotide in an in vitro translation system or an appropriate host-vector system.
[0019]
For example, polynucleotide (cDNA) is known base sequence information (eg, myosin heavy chain of physalum: GenBank No. AF335500, Ca 2+ Light chain: GenBank No. J03499, phosphorylated light chain: GenBank No. AB076705; scallop myosin heavy chain: GenBank No. X55714, light chain: GenBank No. M17208, M17201) Can be obtained by screening a cDNA library. The target polynucleotide can also be obtained by PCR or RT-PCR using oligonucleotide primers prepared based on known nucleotide sequence information.
[0020]
The obtained polynucleotides can be separately cloned into an expression vector and co-expressed to produce the recombinant myosin of this invention. Alternatively, it may be cloned into an expression vector as a fusion polynucleotide in which each polynucleotide is linked. However, in that case, heavy chain, Ca 2+ A stop codon is provided at the 3 ′ end of each polynucleotide so that the bound light chain and the phosphorylated light chain are each expressed as a mature protein. Each polynucleotide may be provided with a respective expression control sequence (promoter / enhancer) at the 5 ′ end of each polynucleotide.
[0021]
When expressing the recombinant myosin of the present invention in an in vitro translation system, a polynucleotide is recombined into an expression vector having an RNA polymerase promoter, and the rabbit reticulocyte lysate containing this recombinant vector and an RNA polymerase corresponding to the promoter And in vitro translation systems such as wheat germ extract. Examples of the RNA polymerase promoter include T7, T3, SP6 and the like. Examples of vectors containing these RNA polymerase promoters include pKA1, pCDM8, pT3 / T718, pT7 / 319, and pBluescript II.
[0022]
If the polynucleotide is expressed in an appropriate host-vector system, recombinant myosin can be produced in prokaryotic cells such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, and eukaryotic cells such as yeast, insect cells, mammalian cells, and plant cells. can do. For example, when expressed in a microorganism such as Escherichia coli, an expression vector is prepared by recombining a polynucleotide with an expression vector having an origin, promoter, ribosome binding site, DNA cloning site, terminator, etc. that can replicate in the microorganism, If host cells are transformed with this expression vector and the transformant is cultured, the desired recombinant myosin can be mass-produced from the culture. Examples of the expression vector for E. coli include pUC system, pBluescript II, pET expression system, and pGEX expression system. Furthermore, when expressing recombinant myosin in eukaryotic cells, a polynucleotide is inserted into an expression vector for eukaryotic cells having a promoter, a splicing region, a poly (A) addition site, etc. to produce a recombinant vector, The desired recombinant myosin can be obtained from eukaryotic cells transfected with this vector. Examples of expression vectors include pKA1, pCDM8, pSVK3, pMSG, pSVL, pBK-CMV, pBK-RSV, EBV vector, pRS, and pYES2. As eukaryotic cells, mammalian cultured cells such as human fetal kidney cells HEK293, monkey kidney cells COS7, Chinese hamster ovary cells CHO, or primary cultured cells isolated from human organs can be used. Budding yeast, fission yeast, silkworm cells, Xenopus egg cells and the like can also be used. In addition, when the above expression vector is transfected into insect cells together with the genomic DNA of a nuclear polyhedrosis virus belonging to the Baculoviridae family, the desired recombinant myosin can be obtained from the insect cells. As insect cells, Sf9, Sf21, Tn5, etc. can be used.
[0023]
In order to introduce the expression vector into cells, known methods such as electroporation, calcium phosphate method, liposome method, DEAE dextran method and the like can be used. Isolation and purification of the polypeptide expressed in the transformed cell can be performed by combining known separation operations. For example, treatment with denaturing agents and surfactants such as urea, ultrasonic treatment, enzyme digestion, salting out and solvent precipitation, dialysis, centrifugation, ultrafiltration, gel filtration, SDS-PAGE, isoelectric focusing, Examples include ion exchange chromatography, hydrophobic chromatography, affinity chromatography, and reverse phase chromatography.
[0024]
Another aspect of the invention is a myosin heavy chain, Ca 2+ One or more amino acid residues in the amino acid sequence of the combined light chain and / or phosphorylated light chain are replaced with other amino acid residues, one or more amino acid residues are deleted, or one or more amino acid residues are added Is a modified recombinant myosin.
[0025]
The “modified type” in this case means that the activity of the recombinant myosin (for example, Ca2 + binding ability, ATP resolution, mechanical energy generation ability, etc.) is increased or decreased by the mutation of the amino acid sequence. Alternatively, it means an amino acid mutation that increases or decreases the binding properties with other molecules and compounds.
[0026]
Such an amino acid mutation can be performed by introducing a mutation into the polynucleotide by a known method and expressing the mutant polynucleotide in the same manner as described above. For example, when preparing a polynucleotide in which an arbitrary amino acid codon is substituted with another amino acid residual codon, the known Kunkel method (Kunkel, TA Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 488, 1985 and Kunkel, TA , et al. Methods in Enzymology 154: 367, 1987). Ie dut - , Ung - Escherichia coli (BW313, CJ236, etc.) indicated by the genotype of is dUTPase (Dut) and Uracil-DNA glycosylase (Ung) deficient, so a portion of thiamine (T) in DNA is deoxyuracil (dU) Synthesize DNA that has been replaced with. Using this Escherichia coli as a host fungus, an oligonucleotide designed to substitute the target residue with another amino acid residue is hybridized in vitro with the polynucleotide targeted for mutagenesis. A complementary DNA strand is synthesized by a ligase reaction. Ung this DNA + When introduced into E. coli strains (DH5α, etc.), the original DNA strand containing dU is degraded by Ung, but the complementary DNA strand synthesized in a test tube is replicated without degradation. In this way, the DNA strand on which the mutation is introduced is selectively amplified, and a polynucleotide encoding myosin containing the target mutation can be obtained. Mutant polynucleotides can also be obtained by methods such as using mutation kits, mutagenesis-type PCR methods, or known polynucleotide synthesis methods (for example, Nucleic Acid Res. 25: 3440-3444, 1997). Obtainable.
[0027]
Hereinafter, the invention of this application will be described in more detail and specifically with reference to examples, but the invention of this application is not limited by the following examples.
[0028]
【Example】
(1) Materials and methods
(1-1) Chemical substances
Restriction enzymes and other enzymes were from Takara Shuzo Co., Ltd. (Kyoto). All other reagents used commercially available special grade reagents. Milli-Q water (Millipore, Bedford, MA, USA) was used when preparing the aqueous solution.
(1-2) Construction of baculovirus introduction vector
CDNA encoding the sub-fragment-1 heavy chain (S1-HC; Met1-Gly841) of physalum-derived myosin heavy chain was synthesized by RT-PCR (KOD DNA polymerase; Toyobo Co., Ltd., Tokyo). The following PCR primers designed based on known sequence information (GenBank No. AF335500) were used.
[0029]
5'-CGGGATCCATGGCAAGCGAAAGGCAAC-3 '(SEQ ID NO: 1)
5'-ATGGTGCTTGTCGTCGTCGTCGCCAACCAATAAGGGACGCG-3 '(SEQ ID NO: 2)
PCR conditions were denaturation (94 ° C. for 1 minute), annealing (55 ° C. for 1 minute), and extension (72 ° C. for 3 minutes) as one cycle, and 35 cycles were performed.
[0030]
In addition, in order to express recombinant myosin, a hexa-His-tag sequence was attached to the C-terminus by PCR. The following primers at the end of S1-HC:
5'-CCGCGGCCGCATGATGATGATGATGGTGCTTGTCGTCGTCGTCGTC-3 '(SEQ ID NO: 3)
Contained a hexa-His tag sequence, a stop codon and a SalI restriction site.
Nest PCR was performed using the following primers.
[0031]
5'-CGGGATCCATGGCAAGCGAAAGGCAAC-3 '(SEQ ID NO: 4)
The PCR product obtained above was cloned into the BamHI / SalI site of pBlueBac4.5a (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA), and the DNA sequence was confirmed. The obtained plasmid was designated as pBB / S1.
[0032]
An introduction vector for the heavy meromyosin (HMM) heavy chain (Met1-Lys1181) of the myosin heavy chain was also constructed in the same manner as described above. A coiled-coil structural region, which is a part of the myosin heavy chain, was added to the C-terminus of S1-HC by PCR. Primer with SmaI restriction site (2044 bp of myosin heavy chain):
5′-CAGAAGCCCGGGTACCTTG-3 ′ (SEQ ID NO: 5),
Primer containing HMM fragment (Lys1181) at the end:
5'-ATGATGATGGTGCTTGAGCTCCTCTACCTG-3 '(SEQ ID NO: 6)
Was used. Primer to give the hexa-His tag sequence:
5′-CAGAAGCCCGGGTACCTTG-3 ′ (SEQ ID NO: 7);
Primer containing hexa-His tag sequence, stop codon, SalI restriction site:
5'-GGACTAGTGTCGACTTAATGATGATGATGATGGTGC-3 '(SEQ ID NO: 8)
Nest PCR was performed using.
[0033]
The obtained PCR product was cloned into SmaI / SalI of the pBB / S1 plasmid, and the plasmid was constructed as pBB / HMM.
[0034]
Furthermore, using primers designed based on the known sequence information, introduction vectors for polynucleotides encoding Ca2 + -binding light chain (CaLC) and phosphorylated light chain (PLC) were constructed. BamHI or KpnI restriction enzyme sites were added to the 5 ′ ends of PLC and CaLC. In addition, a KpnI or EcoRI site was added to the 3 ′ end of PLC and CaLC. The obtained PCR products were subcloned into the BamHI / KpnI and KpnI / EcoRI restriction sites of pBlueBac4.5a, respectively, to construct plasmids pBB / PLC and pBB / CaLC.
(1-3) Recombinant virus infection and selection
Spodoptera frugiperda (Sf-9) cells 75cm 2 Incubated at 27 ° C. For the culture solution (TNM-FH), 10% fetal calf serum (FCS) and 10 μg / ml gentamicin (Sigma-Aldrich, USA) were added to Grace's insect cell culture solution (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA). In Sf-9 cells, linear DNA (Bac-M-Blue) of the nuclear multifaceted disease virus Auto-graphica californica TM DNA; Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) and one of the transfer vectors pBB / S1, pBB / HMM, pBB / PLC and pBB / CaLC. InsectinPlus to increase the efficiency of infection introduction TM Liposome reagent (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) was used. Seven days later, a plaque assay was performed on X-gal containing plates to isolate recombinant baculovirus. Pick up the blue plaque, Sf-9 cells (25cm 2 The recombinant baculovirus was amplified. After 4 days, the recombinant baculovirus in the supernatant was 2 Stocks with high virus titers were prepared by infecting Sf-9 cells cultured for 11 days in flasks. Various introduced cDNAs incorporated into the recombinant baculovirus were confirmed by PCR and subsequently also confirmed by a nucleotide sequence analyzer. The resulting recombinant baculovirus was again propagated by the method described above.
(1-4) Purification of recombinant S1 and HMM
72cm 2 1 x 10 in each of the 10 culture vessels 7 Sf-9 cells were seeded. Sf-9 cells contain S1-heavy or HMM-heavy chain, phosphorylated light chain and Ca 2+ Each baculovirus introduced with a polynucleotide encoding each bound light chain was co-infected individually. In all cases, the multiplicity of infection (moi) was 5. Infected Sf-9 cells were grown at 27 ° C. for 3 days, and then centrifuged at 4 ° C. for 10 minutes at a speed of 1500 rpm to collect the cells. Since the collected cells are in pellet form, 7 ml homogenization buffer [20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM MgCl 2 , 1 mM EGTA, 5 mM 2-mercaptoethanol,
(1-5) Gel electrophoresis
SDS-PAGE uses a 12.5% polyacrylamide gel prepared using the buffer system described in the literature (Nature 227: 680-685, 1970) according to the description in the literature (J. Chromatogr 64: 147-155, 1972). I went. The SDS-sample buffer consisted of 40 mM Tris-HCl (pH 6.8), 50 mM DTT, 1% SDS, 7.5% glycerol, 0.002% bromophenol blue.
(1-6) Observation with an electron microscope
Purified HMM (0.5 mg / ml) was placed on a mica sheet, which was washed three times with 0.1 M ammonium acetate containing 30% glycerol, stained with 2% uranyl acetate aqueous solution, and washed three times. This mica sheet is covered with another divided mica sheet, pressed, peeled off, and then replicated on platinum at a low angle in a BAF 060 rotary imaging system. Observed with.
(1-7) Analysis by ATPase activity
Measurement of ATPase activity in S1 / HMM was performed according to the description in the literature (Anal Biochem. 293: 212-215, 2001). All analyzes were performed at 25 ° C. Basic Mg 2+ -ATPase activity was analyzed with 20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 40 mM KCl, 1.5 mM MgCl2, 0.1 mM DTT, 0.5 mM ATP, polymerized actin derived from rabbit skeletal muscle, and 0.5 μM recombinant S1 / HMM It was. Statistical analysis was performed using Student's t-test. <0.05 was considered statistically significant.
(1-8) Ca 2+ Bond measurement
Ca 2+ The binding range of is 3.5 μM HMM, 50 μM recombinant Ca as described in the literature (Biochemistry 39: 3827-3834, 2000). 2+ CaCl in the presence of light chain or 50 μM recombinant phosphorylated light chain 2 0.1 mM NaCl, 5 mM MgCl containing (Du-Pont-NEN) 2 And it measured at 25 degreeC using the fluid dialysis method using MOPS / NaOH (pH 7.0). Phosphorylated light chain or Ca 2+ An NdeI restriction enzyme site was added to the 5 ′ end of the ORF of each light chain, and a BamHI site was added to the 3 ′ end by PCR. This PCR product was treated with NdeI and BamHI and inserted into the same site of the pET19b expression vector system (Novagen, USA). According to the manufacturer's instructions, pET19b / PLC or pET19b / CaLC was expressed and purified in E. coli BL21 (DE3) strain. All data were analyzed by fitting to the Adiar equation.
(1-9) Motor force analysis in In Vitro
The analysis of motor force in In Vitro was performed according to the description in the literature (J. Biochem. 106: 955-957, 1989). That is, the recombinant HMM was coated on the glass surface. Polymerized actin (0.125 mg / ml) is labeled with rhodamine phalloidin (Molecular Probe, USA), and a motion analysis medium [10 mM KCl, 2 mM ATP, 1 mM MgCl 2 , 10 mM imidazole (pH 7.5), 14 mM 2-mercaptoethanol and 0.1 mM EGTA or 0.1 mM CaCl 2 I put it on top. ATP-dependent movements were observed with a fluorescence microscope and recorded with a video camera. The speed of the actin movement was calculated from the distance moved and the time elapsed by capturing the movement with a video camera. Statistical analysis was performed using Student's t-test. <0.05 was considered statistically significant.
(2) Results
Sf-9 cells were infected with S1-heavy chain recombinant baculovirus. After 3 days of culture, these cells were collected, homogenized, and centrifuged. The expression product is in the precipitate (FIG. 1), indicating that the S1-heavy chain is insoluble. Similarly, S1-heavy chain baculovirus and Ca 2+ The expression product was obtained as an insoluble material upon co-infection of the bound light chain with baculovirus. However, this S1-heavy chain recombinant baculovirus and phosphorylated light chain recombinant baculovirus and Ca 2+ Co-infection of the bound light chain with recombinant baculovirus produced soluble S1-heavy chain in Sf-9 cells (FIG. 2). Similarly for HMM-heavy chain, phosphorylated light chain and Ca 2+ Soluble product was obtained when co-infection of the bound light chain with recombinant baculovirus (FIG. 3).
[0035]
S1-heavy chain, phosphorylated light chain and Ca 2+ To recover soluble S1-heavy chains from raw extracts of Sf-9 cells infected with recombinant baculovirus with bound light chain, a large amount of actin was mixed with this extract and centrifuged . The resulting pellet was suspended in a buffer containing ATP, and the S1-heavy chain was released from the pellet. The remaining actin was removed by centrifugation again, and the resulting supernatant was injected into a Ni-NTA spar flow column. As shown in FIG. 2, the extracts were 98 kDa (S1-heavy chain), 18 kDa (phosphorylated light chain), 16 kDa (Ca 2+ It is composed of three large bands (binding light chain). Thereby, it can be seen that the extract contains S1. HMM consists of HMM-
[0036]
Ca in ATPase activity of S1 2+ The effect of was tested under maximal activation conditions with actin. Ca 2+ In the presence of EGTA, the chelating agent, the activity is 0.49 ± 0.07 (s -1 head -1 ) (N = 3). 0.1 mM Ca 2+ The activity is 0.45 ± 0.04 (s -1 head -1 ) (N = 3) slightly decreased (FIG. 5). However, this decrease was not statistically significant. Ca 2+ The effect of was tested in the same way with HMM. However, the effect was minimal, if any (Figure 7).
[0037]
Ca 2+ Since S1 and HMM were not detected 2+ The question of whether or not to join is raised. Therefore, Ca by HMM 2+ Binding was confirmed by flow dialysis. As shown in FIG. 9, the phosphorylated light chain is Ca 2+ Did not combine with. But Ca 2+ Bound light chain is Ca 2+ Binding activity was confirmed. The binding activity of HMM was dramatically increased; the maximum binding activity was K versus 2 mol / mol HMM. d Was at the 10 μM level.
[0038]
Ca against recombinant HMM 2+ The effect of binding was examined using in vitro kinetic analysis. That is, ATP-dependent movement of actin was observed on the glass surface coated with HMM (FIG. 10). The average velocity in the presence of EGTA is 0.61 ± 0.16μm / sec (n = 25), while Ca 2+ In the presence, it decreased to 0.32 ± 0.21 μm / sec (n = 25). From this result, the recombinant HMM 2+ Having binding activity and Ca 2+ Was confirmed to act on the motor function activity of recombinant HMM.
[0039]
【The invention's effect】
As explained in detail above, according to the invention of this application, Ca 2+ A conjugated recombinant myosin is provided. This recombinant myosin is useful as an actuator in a micromachine, a switch element of an electronic circuit, or the like.
[0040]
[Sequence Listing]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the results of SDS-PAGE of recombinant S1-heavy chain expressed in Sf-9 cells.
FIG. 2 shows the result of SDS-PAGE during the S1 purification process.
FIG. 3 shows the results of SDS-PAGE during the purification process of recombinant HMM.
4 is an electron micrograph of the recombinant HMM purified in the process of FIG.
FIG. 5 is a measurement result of S1 ATPase activity. 1 is the reference Mg in the presence of 0.1 mM EGTA 2+ -ATPase activity, 2 is actin-activated ATPase activity in the presence of 0.1 mM EGTA and 5 μM actin, 3 is 0.1 mM Ca 2+ Actin-activated ATPase activity in the presence. Values are mean ± SEM of 3 measurements.
FIG. 6 shows the results of measuring ATPase activity of S1 in the presence of various concentrations of actin. The concentrations of S1 and EGTA were fixed at 0.5 μM and 0.1 mM, respectively. Other measurement conditions were the same as in FIG.
FIG. 7 is a measurement result of ATPase activity of recombinant HMM. 1 is the reference Mg in the presence of 0.1 mM EGTA 2+ -ATPase activity, 2 is actin-activated ATPase activity in the presence of 0.1 mM EGTA and 5 μM actin, 3 is 0.1 mM Ca 2+ And actin-activated ATPase activity in the presence of 5 μM actin. Values are mean ± SEM of 3 measurements.
FIG. 8 shows measurement results of ATPase activity of recombinant HMM in the presence of various concentrations of actin.
FIG. 9 is a measurement result of calcium binding activity of recombinant HMM. The black circle is HMM, the white circle is CaLC, and the black diamond is PLC.
FIG. 10 shows Ca against HMM motor activity. 2+ It is the result of measuring the effect of. A is the measurement result in the presence of 0.1 mM EGTA, B is 0.1 mM Ca 2+ It is a measurement result in the presence. The arrow indicates the average rate of ATP-dependent movement of actin.
Claims (1)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002223707A JP4367825B2 (en) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | Recombinant myosin |
PCT/JP2003/009741 WO2004011649A1 (en) | 2002-07-31 | 2003-07-31 | Recombined myosin |
AU2003254788A AU2003254788A1 (en) | 2002-07-31 | 2003-07-31 | Recombined myosin |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002223707A JP4367825B2 (en) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | Recombinant myosin |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004057152A JP2004057152A (en) | 2004-02-26 |
JP4367825B2 true JP4367825B2 (en) | 2009-11-18 |
Family
ID=31184978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002223707A Expired - Fee Related JP4367825B2 (en) | 2002-07-31 | 2002-07-31 | Recombinant myosin |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4367825B2 (en) |
AU (1) | AU2003254788A1 (en) |
WO (1) | WO2004011649A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005098038A2 (en) * | 2004-03-05 | 2005-10-20 | Research Foundation Of State University Of New York | Use of rna polymerase as an information-dependent molecular motor |
JP5364983B2 (en) | 2007-07-25 | 2013-12-11 | 株式会社ニコン | Photometric device |
-
2002
- 2002-07-31 JP JP2002223707A patent/JP4367825B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-07-31 WO PCT/JP2003/009741 patent/WO2004011649A1/en active Application Filing
- 2003-07-31 AU AU2003254788A patent/AU2003254788A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004057152A (en) | 2004-02-26 |
WO2004011649A1 (en) | 2004-02-05 |
AU2003254788A1 (en) | 2004-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11485759B2 (en) | Polypeptides for use in self-assembling protein nanostructures | |
JP5186689B2 (en) | Protein immobilization method and immobilizing agent via protein binding to silicon oxide-containing substance | |
Sousa et al. | Enhanced metalloadsorption of bacterial cells displaying poly-His peptides | |
US20200392193A1 (en) | Fusion protein | |
Banjoko et al. | Development and application of an in vivo plant peroxisome import system | |
WO2021185360A1 (en) | Novel truncated sortase variants | |
WO2018152270A1 (en) | Peptide-based synthetic molecules and silica nanostructures | |
JP4367825B2 (en) | Recombinant myosin | |
CN114698379A (en) | Protein purification using a split intein system | |
JP5863046B2 (en) | Improved porcine liver esterase | |
CN103667331B (en) | Recombinase gene bet is as a kind of application of intestinal bacteria heterologous protein expression fusion tag | |
KR20170116111A (en) | Polydimethylsiloxane affinity peptides and uses thereof | |
JP2003334070A (en) | Modified type f0f1-atp synthase molecule and use thereof | |
Wang et al. | Functional expression of full length Limulus Factor C in stably transformed Sf9 cells | |
US7335734B2 (en) | Protein polymer having unfold activity on higher-order structure of protein | |
EP2660320B1 (en) | Modified tamavidin | |
US7544658B2 (en) | Rotary motor molecule V1-ATpase | |
JPWO2004046353A1 (en) | Method for isolating nucleic acid having desired functional properties and kit therefor | |
AU2001236774A1 (en) | Inhibitors of apoptosis | |
WO2003059945A2 (en) | Soluble recombinant protein production | |
Dihazi et al. | One-step purification of recombinant yeast 6-phosphofructo-2-kinase after the identification of contaminants by MALDI-TOF MS | |
Sugita et al. | Characterization of motility properties of kinesin-driven microtubules towards nano-scale transporter: focusing on length of microtubules and kinesin density | |
CA2340790A1 (en) | Human il-1 epsilon dna and polypeptides | |
Kawamichi | Characterization of Recombinant Heavy Meromyosin of Physarum Polycepharum | |
JP2004305099A (en) | ROTARY MOTOR MOLECULE VoV1-ATPase AND UTILIZATION THEREOF |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050728 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050808 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050809 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051019 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080902 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090310 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090511 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090804 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090821 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R154 | Certificate of patent or utility model (reissue) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R154 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130904 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |