JP4546827B2 - 物質を同定する方法 - Google Patents
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Description
a.少なくとも1つの細胞と、試験しようとする物質とを接触させる工程、
b.細胞増殖を検出する工程、
c.レポーター遺伝子産物の活性を検出する工程。
ようとする物質の添加と、基質の添加との間の時間間隔は、少なくとも本方法で用いられた細胞の1回の細胞周期が完了する時間であり、特に好ましくは、2〜24回細胞周期が完了する間隔である。酵母細胞を用いる場合、時間間隔は、好ましくは約4〜48時間、好ましくは20〜30時間、特に24時間である。
Gタンパク質共役受容体の活性に作用する物質のスクリーニング
製薬産業にとって最も重要な標的分子クラスの一つは、Gタンパク質共役受容体である。これまで、このタンパク質ファミリーの多数の代表が、次第にクローニングされており、薬理学的に特徴付けられている。現在全ヒトゲノムが配列解析されたため、近年多数のGPCRが配列レベルで同定されている。現在、製薬産業の主要な目的は、包括的な物質ライブラリーをスクリーニングすることによってこれら受容体のリガンドを同定することである。遺憾ながら、現在の方法と技術に関して、物質検索の実質的な障害は、このような多数の標的分子に関する前記ライブラリーのスクリーニングに必要な時間とコストの要求である。EP0 708 922(B1)は、細胞培養物中で同時に多数のGPCRをスクリーニングする可能性を検討している。そこで説明されているGPCRを過剰発現する哺乳動物細胞は、受容体を活性化する物質と接触させると、反応して成長が促進される。細胞が前記物質で活性化される受容体を発現しなくてもその細胞は遅いながらも成長し続けるが、試験システムの感度はそれほど高くはない。その上、この方法は、インキュベート時間が極めて長いため時間がかかり、哺乳動物細胞系であるため高価である。
要な競合を防ぐためスイッチオフされる。酵母ゲノムにおいて、GPA1遺伝子は、上述のトランスプラントで置換されている。天然の遺伝子座でのGPA1プロモーターの制御下での前記トランスプラントの発現は、ヘテロ三量体Gタンパク質の化学量論が保持されることを確実にする。
15,6188〜6195(1995年);Price等,Molecular Pharmacology 50,829〜837(1996年);Campbell等,Bioorg.Med.Chem.Lett.9,2413〜2418(1999年);Pausch,Trends Biotechnol 15,487〜494(1997年))である。FUS1−HIS3が用いられる場合、シグナル変換経路の活性化は、ヒスチジン非含有の液体培地での酵母培養液の濁度として測定される。この発明者等の実験は、1回の成長の読み出しで、液状培養物において約30〜50:1のシグナルとバックグラウンドとの比が得られることを実証している(図1aおよび3を参照)。酵素基質としてクロロフェノールレッドβ−D−ガラクトピラノシド(CPRG)を用いたβ−ガラクトシダーゼの液体分析では、刺激後、シグナルが、バックグラウンドを上回って約2〜3倍増加することを示している(図1bも参照)。さらに測定ウィンドウを増加させるために、酵母細胞において2種のレポーター遺伝子を同時に用いており、これにより2種の測定シグナルが増加するはずである。図1cでは、この原理が説明されている。その結果として、この二重のレポーター遺伝子分析は、シグナルとバックグラウンドとの比を約100〜150:1に高める。Brown等,Yeast 16,11〜22(2000年)では、同様の分析を説明している。これにおいても、CPRGを基質として用いたβ−ガラクトシダーゼ液体分析で、FUS1−HIS3およびFUS1−lacZが同時に利用されている。ここで、CPRGは、リガンドで受容体を刺激する期間中全体にわたり加えられる。それに対して、この方法において、CPRGは、受容体をリガンドで刺激した後だけに、緩衝溶液中の界面活性剤と共に加えられ、それにより、β−ガラクトシダーゼ測定が顕著に改善される。その一方で、リガンドで誘導された成長の際にCPRGが存在する場合、その成長は容易に阻害され、一方でCPRGは、細胞質膜を通過して細胞内部に達することができるが、ただし困難をともなう。いずれの問題も、成長が完了した後のみに細胞質膜を崩壊させることができる界面活性剤と共にCPRGを加えると回避される。
図1は、複数種の受容体様式における、二重のレポーター遺伝子分析の原理を説明する:図1aは、アゴニストで誘導された成長の読み出しを示す。図1bは、アンタゴニスト(angonist)で誘導されたβ−ガラクトシダーゼが媒介する色の読み出しである。最後に、図1cは、二重のアゴニストで誘導された成長と、色の読み出しを示す。
図2A〜Dは、YNL279wプロモーターに基づき株を構築するために用いられたプラスミドを示す。
図3は、1種のレポーター遺伝子のみを用いた場合と比較して、二重のレポーター遺伝子分析が酵母液体分析の性能をいかに改善するかを説明する。
図4は、ヒトのブラジキニンB2受容体が酵母のシグナル変換経路に結合することを、用いられたGαトランスプラントの関数としてを示す。コントロールとして空のベクターp426GPDが常に用いられた。
図5は、二重のレポーター遺伝子分析が、アンタゴニストのスクリーニングにも使用できることを示す。ここで示された例は、ヒトのブラジキニンB2受容体と、空のベクターコントロールである。
図6AおよびBは、YNL279wプロモーターを用いることによって、酵素基質で29時間インキュベートした後でも、バックグラウンドシグナルの形成が、FUS1プロモーターを用いるよりも明らかに少ないことを示す。
図7は、複数種の受容体様式における分析を実行することを説明する。図7Aは、いずれの場合においても様々なGPCRが、別々の酵母株で発現され、それらはいずれも1つの株中に一緒に存在することはないことを説明する。図7Bは、マイクロタイタープレートにおける複数種の受容体様式における分析の性能を、1種の受容体様式と比較して実証する。
図8は、リガンドとインキュベートした後に酵素基質CPRGを界面活性剤と共に加えると分析の性能が高まることを示す。
プラスミドおよび酵母の遺伝学:
全ての分子生物学的および遺伝学的操作は、標準的な方法に従って行われた(Ausubel等,Current Protocols in Molecular Biology,ワイリー&サンズ,ニューヨーク;GuthrieおよびFink,Guide
to Yeast Genetics and Molecular Biology,Method in Enzymology,アカデミック・プレス(Academic Press),サンディエゴ)。
全ての発現コンストラクトは、エピソームの2μ酵母E.coli シャトルベクターp426GPD(Mumberg等,Gene 156,119〜122(1995年))に基づく。ヒトGタンパク質共役受容体をコードするcDNA配列は、高い構成的発現を酵母細胞で達成するために、このベクターのGPDプロモーターとCYCターミネーターの間にクローニングされている。以下のヒトGPCRがこのベクターにクローニングされた:EDG1受容体(Genbank NM_001400)、EDG5受容体(Genbank NM_004230)、ブラジキニンB2受容体(Genbank NM_000623)、M1ムスカリン様受容体(Genbank NM_000738)、ソマトスタチンSSTR2受容体(Genbank NM_001050)、M3ムスカリン様受容体(Genbank NM_000740)。
全ての酵母株は、サッカロミセス・セレビシエ野生株W303−1a(ATCC番号208352で説明されている)に基づく。
遺伝子型:MATa、ste2::KanR sst2::pYNL279w−HIS3 far1::pYNL279w−N136FUS1−lacZ::ADE2 ade2−1、ura3−1、his3−11、trp1−1、leu2−3、leu2−112、can1−100。
ste2::KanR
酵母のSTE2遺伝子をカナマイシン耐性遺伝子で置換するために、プラスミドpLJ51をBamHIとEcoRIで切断し、野生型酵母株W303−1aに形質転換した。YPD+G418培地で選択を行った。
その他の工程で、酵母SST2遺伝子を、YNL279wプロモーターの制御下でHIS3遺伝子発現を可能にするカセットで置換した。この目的のために、プラスミドsst2::279LHIS3/pCR−BluntIIをBamHIとNotIで切断し、形質転換した。SC/Gluc−His+α因子培地で選択を行った。
次に、FAR1遺伝子を、YNL279wプロモーターの制御下でβ−ガラクトシダーゼに融合した Fus1pの136個のN末端アミノ酸の発現を可能にするカセットで置換した。この目的のために、プラスミドpBSfar1::YNL279w−N136FUS1−lacZ::ADE2 w/oをSacIIとXhoIで切断し、形質転換した。SC/Gluc−Ade培地で選択を行った。
YLJ21株とYSG13株から始めて、酵母ゲノム中の酵母Gタンパク質のαサブユニットGpa1の最後の5個のアミノ酸を、最終的にヒトのGタンパク質αサブユニットの最後の5個のアミノ酸で置換した。この目的のために、例えば、酵母株YEW3を構築するために、プラスミドGPA1−C5−Gアルファqの統合体をSacIで切断し、酵母株YLJ21に形質転換した。SC/Gluc−Trp培地で選択を行った。その他のトランスプラントを同様の方法で組み込ませた。表1に様々なトランスプラントとそれから得られる酵母株を列挙する。
ベクターp426GPDにクローニングされたヒトGPCRを適切な酵母株に形質転換させ、ウラシルを含まず炭素源として2%グルコースを含むSC選択プレート(SC/Gluc−Ura)で30℃で3日間インキュベートした。次に、このようにして得られたシングル細胞コロニーを用いて、一晩培養したもの(2ml)をSC/Gluc−Ura中に接種させた。次の日、細胞をSC/Gluc−Ura−His(pH6.8)で1:100に希釈した。レポーター遺伝子発現のFUS1プロモーターを用いた酵母株の場合、前記培地に2〜10mMの3−アミノトリアゾール(3−AT,シグマ(Sigma))をさらに加えた。いずれの場合においても、希釈した細胞懸濁液(90μl)を、予め研究しようとするリガンド(10μl)を含む96−ウェルマイクロタイタープレートのウェルにピペッティングした。プレートを、30℃で5〜24時間インキュベートした(振盪しながら、または、振盪しないで)。その後、各ウェルに分析ミックス(50μl)を加えた。分析ミックスは、150μg/mlのジギトニン(シグマ)、300μg/mlのクロロフェノールレッドβ−D−ガラクトピラノシド(CPRG,ロシュ(Roche))、300mMのリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.7)からなる。振盪しながら、または、振盪しないで30℃で2時間インキュベートした後、β−ガラクトシダーゼ活性を、分光光度計(スペクトラマックス・プラス(Spectramax Plus)、モレキュラーデバイス(Molecular Devices))で、574nmでの吸収として測定した。データを分析し、グラフパッド・プリズム(Graphpad Prism)3.0コンピュータープログラムを用いて用量応答曲線を描いた。全ての測定は、三連の測定値の平均である。
1種のレポーター遺伝子単独の使用と、2種のレポーター遺伝子の同時の使用との比較
酵母株YLJ21を、空のベクターp426GPD、または、p426GPDにクローニングされたヒトGPCR EDG1およびEDG5のいずれかで形質転換した。次に、形質転換酵母を、SC/Gluc−Ura(2ml)、30℃で一晩培養した。次の日、
2mMの3−ATを含まない(図3A)または2mMの3−ATを含む(図3B)SC/Gluc−Ura−His(pH6.8)培地で、培養液を1:100に希釈した。いずれの場合においても、希釈した細胞懸濁液(90μl)を、96−ウェルマイクロタイタープレートのウェル(それぞれ10μlのスフィンゴシン1−リン酸(バイオモル(Biomol))の連続希釈液またはコントロールとして純水を予め含む)にピペッティングした。プレートを振盪しながら(700rpm)30℃で23時間インキュベートした。酵母細胞の成長から生じた濁度を光度計で630nmで測定した(図3AおよびB,いずれの場合も左側のグラフ)。次に、ウェルあたり50μlの分析ミックスを加えた。振盪しながら30℃で2時間インキュベートした後、β−ガラクトシダーゼ活性を、光度計で574nmでの吸収として測定した。
Gαトランスプラントを介して酵母のシグナル変換経路にヒトのブラジキニンB2受容体を結合させることによる、二重のレポーター遺伝子分析
酵母株YLJ21(Gpa1)、YEW1(Gpa1/Gαs)、YEW2(Gpa1/Gα16)およびYEW3(Gpa1/Gαq)を、空のベクターp426GPD、または、p426GPDにクローニングされたヒトのブラジキニンB2受容体のいずれかで形質転換した。2mMの3−ATの存在下で、上述の標準的な条件下で分析を行った。用いられたリガンドは、天然のアゴニストのブラジキニン(シグマ)であり、20時間インキュベートした。図4は、ブラジキニンB2受容体が、Gpa1pだけが利用可能な場合、ほとんどフェロモン応答経路に結合できないことを説明する。それに対して、酵母がGαトランスプラントのGpa1/Gα16またはGpa1/Gαqを発現する場合、受容体の前記シグナル変換経路への結合は成功した。Gpa1/Gαqは、最も効果的な共役を可能にし、これは、ヒトのブラジキニンB2受容体が、その天然の細胞環境でGαqと共役するためと推測される(Hall,Pharmacol.Ther.56,131〜190(1992年))。
アンタゴニスト分析での二重のレポーター遺伝子分析の使用
酵母株YEW3(Gpa1/Gαq)を、空のベクターp426GPD、または、p426GPDにクローニングされたヒトのブラジキニンB2受容体のいずれかで形質転換した。実施例2と同様の方法で分析を行った。ただし、試験プレートの各ウェルは1nMのブラジキニンアゴニストを含み、そこにアンタゴニストHOE140(シグマ;Hall,Gen.Pharmacol.28,1〜6(1997年))の希釈液を添加した点で異なる。図5は、HOE140の量が増加すると、ブラジキニンによって引き起こされたシグナルがバックグラウンドレベルに対して抑制されることを示す。従って、二重のレポーター遺伝子分析も、アンタゴニスト分析に適している。
FUS1のプロモーターと、YNL279wのプロモーターとの比較
酵母株YEW3(Gpa1/Gαq,FUSプロモーター)と、YEW17(Gpa1/Gαq,YNL279wプロモーター)を、空のベクターp426GPD、または、p426GPDにクローニングされたヒトのブラジキニンB2受容体のいずれかで形質転換した。分析は、YEW3の場合は2mMの3−ATの存在下で、および、YEW17の場合は3−ATなしで、上述の標準的な条件下で行われた。分析ミックスの添加の後、β−ガラクトシダーゼ活性を、2時間後に測定し、さらに29時間後に再度測定した。
複数種の受容体様式(マルチプレックス様式)における分析の実行
YEW3(Gpa1/Gαq)を、ヒトのM1ムスカリン様受容体で形質転換し、YLJ21(Gpa1)を、ソマトスタチン受容体2およびEDG5で形質転換した。受容体をp426GPDにクローニングした。上述の標準的な方法に従って手順を実行した。受容体を、個々に、または、混合物中のいずれかで試験した。混合物には、個々の試験のために一晩培養したものと同じものを用いた。SC/Gluc−Ura−His(pH6.8)での1:100希釈でのみそれらを混合した(すなわち混合物は、全体で個々の試験より3倍多い細胞を含む)。図7Aは、全ての受容体が個々に発現されている、すなわち、1つの細胞で一緒に発現されていないことを説明するために意図されている。以下のリガンド、カルバコール(シグマ;10-8M〜10-2Mに希釈)、ソマトスタチン−14(Bachem;10-10M〜10-4M)、および、スフィンゴシン1−リン酸(バイオモル,10-10M〜10-4M)とのインキュベートを24時間行った。図7Bで説明されるように、アゴニストも、混合物中で検出することができる。
2種のβ−ガラクトシダーゼ検出方法の比較
従来、酵母CPRG分析は、受容体で形質転換された酵母細胞がリガンドと接触している全期間中、CPRGが培地に存在するような方法で行われる(Brown等,Yeast 16,11〜22(2000年)、および、WO99/14344)。図8は、この方法と、本発明で説明した方法との比較を示す。
Claims (11)
- 2つのレポーター遺伝子を有する分析される酵母細胞、および、細胞増殖への効果を有する標的分子の活性を用いて、該標的分子の活性に影響を与えることができる物質を同定するための、二重のレポーター遺伝子分析の方法であって、
a)少なくとも1つの細胞と、試験しようとする物質とを接触させる工程、
b)細胞増殖を検出する工程、
c)レポーター遺伝子産物の活性を検出する工程、
を含み、
ここで、1つのレポーター遺伝子は成長マーカーのレポーター遺伝子であり、もう1つのレポーター遺伝子は酵素をコードする遺伝子であって、その活性は基質の変換に基づき検出することができ、この基質は分析しようとする物質の添加の後に遅れて加えられ、そして
分析しようとする物質の添加と、基質の添加との間の時間間隔は、用いられた細胞が2〜24回の細胞周期が完了する期間に相当する、
前記方法。 - 標的分子の活性は、レポーター遺伝子産物の活性に対する作用を有する、請求項1に記載の方法。
- 標的分子の活性は、レポーター遺伝子産物の発現に対する作用を有する、請求項2に記載の方法。
- 標的分子は、異種の分子である、請求項1に記載の方法。
- レポーター遺伝子産物の活性は、細胞を崩壊させることによって検出される、請求項1に記載の方法。
- レポーター遺伝子産物の活性は、細胞壁を透過可能にする物質または細胞壁を破壊する物質と一緒に基質を加えることによって検出される、請求項5に記載の方法。
- 標的分子そのものが、細胞増殖に影響を与える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 標的分子は、細胞増殖に直接的に影響を与える分子の介在によって該増殖に影響を与える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 標的分子は、キメラ分子との相互作用によって細胞増殖にその作用を与える、請求項8に記載の方法。
- 酵母細胞は、サッカロミセス・セレビシエ株からの酵母細胞である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 1回のアプローチで、異なる標的分子を有する細胞を、分析しようとする物質と同時にスクリーニングする、請求項2〜10のいずれか一項に記載の方法。
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