JP4808952B2 - IP3 indicator - Google Patents

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本発明は、IP3濃度の高感度測定法に関する。 The present invention relates to a highly sensitive method for measuring IP 3 concentration.

IP3受容体は、4量体の細胞内IP3-誘導性Ca2+放出チャネル(IP3-gated Ca2+ release channel)であり、哺乳動物では、3種の異なるIP3受容体が存在する。タイプ1IP3レセプター(IP3R1)は、中枢神経系、特に小脳において高発現している。マウスIP3R1は、2749アミノ酸からなり(非特許文献1参照)、3つの機能的に異なる領域に分かれている。すなわち、N末端近傍にIP3結合ドメイン、C末端近傍に6回膜貫通領域を有するチャネル形成ドメイン、およびこれら2つの領域のあいだに制御領域が存在する。IP3結合ドメインの欠失突然変異体解析より、IP3受容体のアミノ酸224〜578残基が特異的かつ高親和性のリガンド結合に必要な領域であることが示され、IP3結合コアと呼ばれている(非特許文献2参照)。上記IP3結合コアにIP3が結合することにより、IP3受容体が立体構造変化を起こし、それによってチャネルの開口が誘発されると考えられているが、IP3により誘発されるIP3受容体チャネル開口の詳細な機序は未だ不明である。 IP 3 receptor, tetramer of intracellular IP 3 - inducible Ca 2+ release channels (IP 3 -gated Ca 2+ release channel ), in mammals, there are three different IP 3 receptors To do. Type 1 IP 3 receptor (IP 3 R1) is highly expressed in the central nervous system, particularly in the cerebellum. Mouse IP 3 R1 consists of 2749 amino acids (see Non-Patent Document 1) and is divided into three functionally different regions. That is, there is an IP 3 binding domain near the N-terminus, a channel-forming domain having a 6-transmembrane region near the C-terminus, and a control region between these two regions. From deletion mutant analysis of IP 3 binding domain, that IP 3 amino 224-578 residues of the receptor is a region required for ligand binding specificity and high affinity shown, IP 3 binding core and (See Non-Patent Document 2). By IP 3 binds to the IP 3 binding core, IP 3 receptor undergoes a conformational change, IP 3 receptor and thereby are thought the opening of the channel is induced, induced by IP 3 The detailed mechanism of body channel opening is still unknown.

IP3受容体の活性化による細胞質Ca2+濃度の増加によって、多種多様な下流標的分子の活性が制御される。これら下流標的分子は、受精、発生、増殖、分泌、シナプス可塑性など多岐に渡る細胞応答において重要な役割を担っており、IP3分子は様々な細胞機能を制御する重要なセカンドメッセンジャーであり、その細胞内の濃度は時間空間的に制御された形で変化していると考えられる。かかる細胞内のIP3の濃度変化を測定することは、細胞機能および種々の細胞応答の機序を解明する上で非常に重要であり、その測定方法の開発が急務であった。 Increased cytoplasmic Ca 2+ concentration due to activation of the IP 3 receptor controls the activity of a wide variety of downstream target molecules. These downstream target molecules play an important role in a variety of cellular responses such as fertilization, development, proliferation, secretion, and synaptic plasticity, and the IP 3 molecule is an important second messenger that controls various cellular functions. The intracellular concentration is thought to change in a time-space-controlled manner. Measuring such changes in intracellular IP 3 concentration is extremely important in elucidating the mechanisms of cell functions and various cellular responses, and the development of a measurement method has been an urgent task.

しかし、in vitroでのIP3の定量に有効な指示薬として[3H]IP3を用いた方法が開発されているものの、放射性同位元素を使用するなどの点で簡便ではない。さらに、生細胞内のIP3濃度変化の経時的な検出法は、GFP-プレクストリン相同性ドメイン(pleckstrin homology domain)の細胞膜から細胞質への移行をモニターすることにより検出する方法があるが、該方法も間接的、かつ定量性及び空間解像度等の点で問題があるなど、必ずしも有効な方法ではないことが既に報告されている(J. van der Wal, R. Habets, P. Varnai, T. Balla, K. Jalink, J Biol Chem 276, 15337-44 (2001)., C. Xu, J. Watras, L. M. Loew, J Cell Biol 161, 779-91 (2003)., R. Irvine, Curr Biol 14, R308-10 (2004).)。加えて、本発明者らと同様にIP3結合コアを使用したIP3指示薬の報告があるが(Tanimura, A et.al., J Biol Chem,279, 38095-8)、この報告では、細胞の形質膜に局在させないとIP3指示薬が機能しないことから、既法では局所的なIP3の濃度変化を捉えることができるのみである。 However, although a method using [ 3 H] IP 3 has been developed as an effective indicator for quantifying IP 3 in vitro, it is not convenient in terms of using a radioisotope. Furthermore, as a method for detecting changes in IP 3 concentration in living cells over time, there is a method of detecting by monitoring the transition of the GFP-pleckstrin homology domain from the cell membrane to the cytoplasm. It has already been reported that the method is not always effective because it is indirect and has problems in terms of quantitativeness and spatial resolution (J. van der Wal, R. Habets, P. Varnai, T. Balla, K. Jalink, J Biol Chem 276, 15337-44 (2001)., C. Xu, J. Watras, LM Loew, J Cell Biol 161, 779-91 (2003)., R. Irvine, Curr Biol 14 , R308-10 (2004).). In addition, as in the present inventors, there is a report of an IP 3 indicator using an IP 3 binding core (Tanimura, A et.al., J Biol Chem, 279, 38095-8). Since the IP 3 indicator does not function unless it is localized in the plasma membrane, the existing method can only detect local changes in IP 3 concentration.

本発明者らは、IP3R1に結合するIP3受容体結合タンパク質IRBIT(IP3R binding protein released with inositol 1,4,5-trisphospate)を見出している。IRBITは、in vitroおよびin vivoでIP3R1に結合し、生理的濃度のIP3によりIP3R1から解離する。このIRBITの特性を利用して、IP3の濃度を測定する方法を開発した(特許文献1参照)。 The present inventors have found an IP 3 receptor binding protein IRBIT (IP 3 R binding protein released with inositol 1,4,5-trisphospate) that binds to IP 3 R1. IRBIT binds to IP 3 R1 in vitro and in vivo and dissociates from IP 3 R1 by physiological concentrations of IP 3 . Using this IRBIT characteristic, a method for measuring IP 3 concentration was developed (see Patent Document 1).

IRBITを用いて細胞内のIP3の濃度を測定する方法では、IRBITまたはそのIP3受容体結合ドメインを含むタンパク質と、IP3受容体の少なくともIP3結合ドメインを含有するタンパク質との、タンパク質複合体を調製する必要がある。 In the method of measuring intracellular IP 3 concentration using IRBIT, a protein complex of IRBIT or a protein containing its IP 3 receptor binding domain and a protein containing at least the IP 3 binding domain of IP 3 receptor The body needs to be prepared.

特開2004−129612号公報JP 2004-129612 A Furuichi, T., Yoshikawa, S., Miyawaki, A., Wada, K., Maeda, N., Mikoshiba, K. (1989) Nature 342, 32-38Furuichi, T., Yoshikawa, S., Miyawaki, A., Wada, K., Maeda, N., Mikoshiba, K. (1989) Nature 342, 32-38 Yoshikawa, F., Morita, M., Monkawa, T., Michikawa, T., Furuichi, T., and Mikoshiba, K. (1996) J. Biol. Chem. 271, 18277-18284Yoshikawa, F., Morita, M., Monkawa, T., Michikawa, T., Furuichi, T., and Mikoshiba, K. (1996) J. Biol. Chem. 271, 18277-18284 J. van der Wal, R. Habets, P. Varnai, T. Balla, K. Jalink, J Biol Chem 276, 15337-44 (2001).J. van der Wal, R. Habets, P. Varnai, T. Balla, K. Jalink, J Biol Chem 276, 15337-44 (2001). C. Xu, J. Watras, L. M. Loew, J Cell Biol 161, 779-91 (2003).,C. Xu, J. Watras, L. M. Loew, J Cell Biol 161, 779-91 (2003)., R. Irvine, Curr Biol 14, R308-10 (2004).R. Irvine, Curr Biol 14, R308-10 (2004). Tanimura, A et.al., J Biol Chem,279, 38095-8Tanimura, A et.al., J Biol Chem, 279, 38095-8

本発明は、生細胞内におけるIP3の濃度を測定するための、より簡便な方法を提供する。 The present invention provides a simpler method for measuring the concentration of IP 3 in living cells.

IP3R1にIP3が結合すると、IP3R1の立体構造が変化するという仮説に基づいて、この立体構造の変化を利用するIP3の濃度を測定する方法の開発を試みた。IP3R1のIP3コア領域からなるタンパク質(本明細書中、IRIS: IP3R-based IP3 sensor)の両末端のそれぞれに、FRET法に利用可能なエネルギー受容体タンパク質またはエネルギー供与体タンパク質を融合したタンパク質を作製する。得られたタンパク質は、可溶性で細胞質に局在することが分かった。該タンパク質にIP3分子を結合させると、該タンパク質中のエネルギー受容タンパク質の蛍光が減少することが判った。このタンパク質の蛍光の減少を指標とするIP3の濃度の測定方法を確立し、本発明を完成させるに至った。 When IP 3 binds to IP 3 R1, based on the hypothesis that the three-dimensional structure of IP 3 R1 is changed, we tried to develop a method for measuring the concentration of IP 3 utilizing this change in conformation. An energy acceptor protein or an energy donor protein that can be used in the FRET method at both ends of a protein consisting of the IP 3 core region of IP 3 R1 (in this specification, IRIS: IP 3 R-based IP 3 sensor) A protein fused with is produced. The obtained protein was found to be soluble and localized in the cytoplasm. It was found that when an IP 3 molecule was bound to the protein, the fluorescence of the energy accepting protein in the protein was reduced. A method for measuring the concentration of IP 3 using the decrease in fluorescence of the protein as an index has been established, and the present invention has been completed.

したがって、本発明は、以下の態様:
1.イノシトール1,4,5-三リン酸レセプター(IP3R)のIP3結合コアを含有するタンパク質の両末端それぞれに、蛍光のエネルギー移動(FRET)法に用いることのできるエネルギー供与体となる蛍光タンパク質と、エネルギー受容体となる蛍光タンパク質とがそれぞれ融合した融合タンパク質;
2. IP3Rが、マウスタイプ1イノシトール1,4,5-三リン酸レセプター(IP3R1)である、上記1記載の融合タンパク質;
3.マウスIP3R1のIP3結合コアが、該IP3R1のアミノ酸第224〜575のアミノ酸配列からなる、上記2記載の融合タンパク質;
4.上記IP3結合コアを含有するタンパク質の、N末端に上記エネルギー受容体となる蛍光タンパク質およびC末端に上記エネルギー供与体となる蛍光タンパク質がそれぞれ融合していることを特徴とする、上記1〜3のいずれかに記載の融合タンパク質;
5.上記エネルギー受容体となる蛍光タンパク質がVenus、EYFPおよびReAshからなる群より選択されたものであり、かつ上記エネルギー供与体となる蛍光タンパク質がECFPまたはFlAsHであることを特徴とする、上記1〜4のいずれかに記載の融合タンパク質;
6.上記エネルギー受容体となる蛍光タンパク質がVenusであり、かつ上記エネルギー供与体となる蛍光タンパク質がECFPであることを特徴とする、上記5記載の融合タンパク質;
7.配列番号1のアミノ酸配列を有する上記1記載の融合タンパク質;
8.上記1〜7のいずれかに記載の融合タンパク質をコードする核酸分子;
9.上記8記載の核酸分子を含むベクター;
10.上記8記載の核酸分子をそのコードタンパク質を発現し得る形で含む、細胞;
11.イノシトール1,4,5-三リン酸レセプター(IP3R)のIP3結合コアを含有するタンパク質を用いるIP3濃度を検出する方法であって、上記IP3結合コアにIP3が結合することにより起こる上記IP3結合コアを含有するタンパク質の構造変化をFRET法により検出することを特徴とする、上記方法;
12.IP3濃度を検出する方法であって、
a) 上記1〜7のいずれか1項記載の融合タンパク質を用意し、これに、IP3を含むと疑われる試料と接触させるステップ、および
b) 上記接触の前後における、融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含む、上記方法;
13.IP3濃度を検出する方法であって、
a) マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列からなるIP3結合コアを含有するタンパク質のN末端にVenusが、C末端にECFPがそれぞれ融合している融合タンパク質を用意し、これに、IP3を含むと疑われる試料と接触させるステップ、および
b) 上記接触の前後において、該タンパク質にECFPの励起波長の光を照射し、ECFPによる蛍光強度とVenusによる蛍光強度とを測定して両者の比を求め、上記接触の前と後における該比を比較することにより、上記接触の前後における融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含み、ここで、該比の変化は試料中のIP3の濃度を反映するものである、上記方法;
14.細胞内のIP3濃度を検出する方法であって、
a) 上記1〜7のいずれか1項記載の融合タンパク質を、細胞内に導入するステップ、および
b) 該融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含む、上記方法;
15.細胞内のIP3濃度を検出する方法であって、
a) マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列からなるIP3結合コアを含有するタンパク質のN末端にVenusが、C末端にECFPがそれぞれ融合している融合タンパク質を、細胞内に導入するステップ、および
b) 該細胞にECFPの励起波長の光を照射し、ECFPによる蛍光強度とVenusによる蛍光強度とを測定して両者の比を求め、上記融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含み、ここで、該比の変化は細胞内のIP3の濃度を反映するものである、上記方法;
16.上記14または15に記載の方法であって、上記a)の融合タンパク質を細胞内に導入するステップが、該タンパク質を細胞内にインジェクションすることにより達成させることを特徴とする、上記方法;
17.上記14または15に記載の方法であって、上記a)の融合タンパク質を細胞内に導入するステップが、該タンパク質をコードする核酸分子を、発現可能な形で細胞内に導入することにより達成させることを特徴とする、上記方法;
18.IP3指示薬を製造するための、マウスタイプ1イノシトール1,4,5-三リン酸レセプター(IP3R1)のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列を含有するタンパク質をコードする核酸分子;
19.タイプ1イノシトール1,4,5-三リン酸レセプター(IP3R1)のアミノ酸第224〜578位のアミノ酸配列を含有するタンパク質をコードする核酸分子の、IP3指示薬を製造するための使用;
20.上記1〜7のいずれか1項記載の融合タンパク質を含む、IP3検出用キット;
21.上記8記載の核酸分子を含む、IP3検出用キット;ならびに
22.上記9記載のベクターを含む、IP3検出用キット;
に関する。
Accordingly, the present invention provides the following aspects:
1. Fluorescence that is an energy donor that can be used in the fluorescence energy transfer (FRET) method at both ends of the protein containing the IP 3 binding core of the inositol 1,4,5-triphosphate receptor (IP 3 R) A fusion protein in which a protein and a fluorescent protein serving as an energy acceptor are fused;
2. 2. The fusion protein according to 1 above, wherein IP 3 R is mouse type 1 inositol 1,4,5-triphosphate receptor (IP 3 R1);
3. 3. The fusion protein according to 2 above, wherein the IP 3 binding core of mouse IP 3 R1 consists of the amino acid sequence of amino acids 224 to 575 of the IP 3 R1;
4). 1 to 3 above, wherein the protein containing the IP 3 binding core is fused with a fluorescent protein serving as the energy acceptor at the N-terminus and a fluorescent protein serving as the energy donor at the C-terminus. A fusion protein according to any of the above;
5. The above-mentioned 1-4, wherein the fluorescent protein as the energy acceptor is selected from the group consisting of Venus, EYFP and ReAsh, and the fluorescent protein as the energy donor is ECFP or FlAsH A fusion protein according to any of the above;
6). 6. The fusion protein according to 5 above, wherein the fluorescent protein serving as an energy acceptor is Venus, and the fluorescent protein serving as an energy donor is ECFP;
7). The fusion protein according to 1 above, which has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1;
8). A nucleic acid molecule encoding the fusion protein according to any one of 1 to 7 above;
9. A vector comprising the nucleic acid molecule according to 8 above;
10. A cell comprising the nucleic acid molecule according to 8 above in a form capable of expressing the encoded protein;
11. A method of detecting the IP 3 concentration using a protein containing the IP 3 binding core of inositol 1,4,5-triphosphate receptor (IP 3 R), that IP 3 binds to the IP 3 binding core and detecting the FRET method conformational changes of a protein containing the IP 3 binding core caused by the above method;
12 A method for detecting IP 3 concentration comprising:
a) preparing the fusion protein according to any one of 1 to 7 above, and bringing it into contact with a sample suspected of containing IP 3 ; and
b) detecting a change in fluorescence from the fusion protein before and after the contact;
Comprising the above method;
13. A method for detecting IP 3 concentration comprising:
Venus the N-terminus of a protein containing an IP 3 binding core of a) mouse IP 3 R1 amino acid No. 224 to 575 of the amino acid sequence, providing a fusion protein ECFP the C-terminus is fused respectively, which Contacting with a sample suspected of containing IP 3 , and
b) Before and after the contact, the protein is irradiated with light having an excitation wavelength of ECFP, and the fluorescence intensity by ECFP and the fluorescence intensity by Venus are measured to determine the ratio between the two before and after the contact. Detecting a change in fluorescence from the fusion protein before and after the contact,
Wherein the change in the ratio reflects the concentration of IP 3 in the sample;
14 A method for detecting intracellular IP 3 concentration comprising:
a) introducing the fusion protein according to any one of 1 to 7 above into a cell; and
b) detecting a change in fluorescence from the fusion protein;
Comprising the above method;
15. A method for detecting intracellular IP 3 concentration comprising:
Venus the N-terminus of a protein containing an IP 3 binding core of a) a mouse IP 3 R1 amino acid No. 224 to 575 of the amino acid sequence, the fusion proteins ECFP the C-terminus is fused respectively, into the cell Introducing steps, and
b) irradiating the cells with light having an excitation wavelength of ECFP, measuring a fluorescence intensity by ECFP and a fluorescence intensity by Venus to obtain a ratio between the two, and detecting a change in fluorescence from the fusion protein;
Wherein the change in the ratio reflects the concentration of IP 3 in the cell;
16. 16. The method according to 14 or 15, wherein the step of introducing the fusion protein of a) into a cell is achieved by injecting the protein into the cell;
17. 16. The method according to 14 or 15, wherein the step of introducing the fusion protein of the above a) into the cell is achieved by introducing the nucleic acid molecule encoding the protein into the cell in an expressible form. A method as described above, characterized in that
18. A nucleic acid molecule encoding a protein comprising the amino acid sequence of amino acids 224 to 575 of mouse type 1 inositol 1,4,5-triphosphate receptor (IP 3 R1) for producing an IP 3 indicator;
19. Use of a nucleic acid molecule encoding a protein containing the amino acid sequence from amino acids 224 to 578 of type 1 inositol 1,4,5-triphosphate receptor (IP 3 R1) for producing an IP 3 indicator;
20. An IP 3 detection kit comprising the fusion protein according to any one of 1 to 7 above;
21. 21. An IP 3 detection kit comprising the nucleic acid molecule according to 8 above; An IP 3 detection kit comprising the vector according to 9 above;
About.

本発明により、IP3濃度の高感度測定が可能となった。本発明の方法は、1種類の融合タンパク質を用意するだけでよく、従来の方法に比べて簡便かつ安価に実施可能である。また、上記融合タンパク質を生細胞内で強制発現させることにより、生細胞内でのIP3濃度の変動が高感度で測定でき、時間的・空間的解析が可能となる。 According to the present invention, highly sensitive measurement of IP 3 concentration has become possible. The method of the present invention only needs to prepare one kind of fusion protein, and can be carried out simply and inexpensively as compared with the conventional method. In addition, by forcibly expressing the fusion protein in living cells, fluctuations in IP 3 concentration in living cells can be measured with high sensitivity, and temporal and spatial analysis becomes possible.

本発明に用いる、FRET法とは、蛍光のエネルギー移動(FRET:fluorescence resonance energy transfer)を利用して、タンパク質分子間相互作用を解析するために開発された手法である。FRETとは、2つの蛍光団が互いに近距離で適切な位置関係にある時に、一方の蛍光団(エネルギー供与体(donor))から、もう一つのより長波長側の蛍光団(エネルギー受容体(acceptor))へ励起エネルギーが移動する現象である。2つの分子を特定の2種の蛍光分子で標識することにより、その2つの分子間の相互作用の変化をFRET効率の変化として測定することができる。   The FRET method used in the present invention is a technique developed for analyzing protein-molecule interaction using fluorescence resonance energy transfer (FRET). FRET means that when two fluorophores are close to each other in an appropriate positional relationship, one fluorophore (energy donor (donor)) and another longer wavelength fluorophore (energy acceptor ( acceptor)). By labeling two molecules with two specific fluorescent molecules, changes in the interaction between the two molecules can be measured as changes in FRET efficiency.

本発明においては、マウスIP3R1のIP3コア領域であるアミノ酸配列を有するタンパク質IRISの両末端をそれぞれ、エネルギー供与体とエネルギー受容体とで標識し、IRISにIP3が結合することにより、エネルギー受容体の蛍光強度の変化を検出するという手法を用いる。すなわち、本発明において用いるFRET法は、2つのタンパク質分子の分子間相互作用を検出するのではなく、1つのタンパク質のN末端とC末端にエネルギー受容体とエネルギー供与体がそれぞれ連結されており、これら互いの距離が変動することによる蛍光強度の変化を指標とするものである。 In the present invention, both ends of protein IRIS having an amino acid sequence that is the IP 3 core region of mouse IP 3 R1 are labeled with an energy donor and an energy acceptor, respectively, and IP 3 binds to IRIS, A technique of detecting a change in the fluorescence intensity of the energy acceptor is used. That is, in the FRET method used in the present invention, an energy acceptor and an energy donor are linked to the N-terminus and C-terminus of one protein, respectively, rather than detecting the intermolecular interaction between two protein molecules, The change in the fluorescence intensity due to the variation in the distance between them is used as an index.

なお、既に報告されているマウスIP3R1のIP3結合コア領域はアミノ酸第226〜578位であるが、本発明のIRISには、この領域のほぼ全域を含む第224〜275位のアミノ酸配列を用いた。このIRISが、IP3と結合することが本発明者らの実験により確認されたため、IP3結合に必要なIP3結合コア領域はアミノ酸第224〜575の領域で十分であることも判明した。 The IP 3 binding core region of mouse IP 3 R1 that has already been reported is amino acids 226 to 578, and the IRIS of the present invention includes amino acid sequences of positions 224 to 275 including almost the entire region. Was used. The IRIS is, because it binds to IP 3 has been confirmed by experiments of the present inventors, IP 3 binding core region required for IP 3 binding was also found to be sufficient in the area of amino acids No. 224-575.

したがって、マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列を有するタンパク質の両末端それぞれに、FRET法のエネルギー供与体となる蛍光タンパク質およびエネルギー受容体となる蛍光タンパク質が融合した融合タンパク質は、IP3指示薬として利用することができる。 Therefore, a fusion protein in which a fluorescent protein serving as an energy donor for FRET method and a fluorescent protein serving as an energy acceptor are fused to both ends of a protein having the amino acid sequence of amino acid positions 224 to 575 of mouse IP 3 R1, It can be used as an IP 3 indicator.

なお、本発明に用いられるIP3R1はマウスのものであるが、他の動物種(例えばラットまたはヒト等)由来のIP3R1のIP3結合コア領域を用いてもよい。さらには、タイプ2(IP3R2)またはタイプ3(IP3R3)のIP3RのIP3結合コア領域を用いることもできる。各動物種のIP3R1、IP3R2およびIP3R3のアミノ酸配列は、公知のデータベース等から入手できる。それぞれのIP3結合コア領域もまた、当業者であれば容易に推測できる。例えば、コンピュータソフトウェア(Blast等)を用いた相同性解析により、マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位に対応する領域を検索するという手法も有効である。マウスのタイプIIおよびタイプIIIのIP3Rでは、第224〜604位のアミノ酸配列部分がIP3結合能を有することが既に判っているため、かかる配列を含むか、または該配列の一部であってIP3結合能を有するアミノ酸配列を含む配列を用いることもできる。 The IP 3 R1 used in the present invention is a mouse, but the IP 3 binding core region of IP 3 R1 derived from other animal species (eg, rat or human) may be used. Furthermore, the IP 3 binding core region of IP 3 R of type 2 (IP 3 R2) or type 3 (IP 3 R3) can also be used. The amino acid sequences of IP 3 R1, IP 3 R2 and IP 3 R3 of each animal species can be obtained from known databases. Each IP 3 binding core region can also be easily estimated by one skilled in the art. For example, a technique of searching for a region corresponding to amino acid positions 224 to 575 of mouse IP 3 R1 by homology analysis using computer software (Blast or the like) is also effective. In mouse type II and type III IP 3 R, it is already known that the amino acid sequence portion at positions 224 to 604 has an IP 3 binding ability. A sequence containing an amino acid sequence having IP 3 binding ability can also be used.

本発明に用いる、FRET法のエネルギー供与体となる蛍光分子は、シアン色蛍光タンパク質(CFP)またはこれの改良物であるECFPもしくはFlAsHが好ましく、特にECFPが好ましい。また、エネルギー受容体となる蛍光分子は、黄色蛍光タンパク質(YFP)、Venus、ReAshが好ましいが、特にVenusが好ましい。さらにまた、FRET法に用いるための蛍光分子は今後種々のものが開発されるであろうと予測されるが、それらもまた本発明の実施に使用可能であろう。また、Proc. Natl. Acad. Sci. 101巻 10554〜10559頁 2004年(Nagai, T.ら)に報告されている、Venusの改良体であるcp173Venus、cp49Venus、cp157Venus、cp195Venusおよびcp229Venusのいずれかをエネルギー受容体として用いることも有効であると考えられる。   The fluorescent molecule used as an energy donor for the FRET method used in the present invention is preferably cyan fluorescent protein (CFP) or an improved product thereof, ECFP or FlAsH, particularly ECFP. The fluorescent molecule serving as the energy acceptor is preferably yellow fluorescent protein (YFP), Venus, or ReAsh, and Venus is particularly preferable. Furthermore, it is expected that various fluorescent molecules for use in the FRET method will be developed in the future, and they can also be used in the practice of the present invention. In addition, Proc. Natl. Acad. Sci. 101, 10554-10559 Use as an energy acceptor is also considered effective.

エネルギー供与体と受容体は、どちらがIRISのNおよびC末端のいずれに連結していてもよい。N末端側にエネルギー受容体が、C末端側にエネルギー供与体が連結していることが好ましい。   Either the energy donor or acceptor may be linked to either the N or C terminus of IRIS. It is preferable that an energy acceptor is linked to the N-terminal side and an energy donor is linked to the C-terminal side.

かかる融合タンパク質の最も好ましい例として挙げられる、IRISのN末端にVenusが、C末端にECFPがそれぞれ融合している融合タンパク質のアミノ酸配列を、配列番号1に示す。   The most preferred example of such a fusion protein is shown in SEQ ID NO: 1 as the amino acid sequence of a fusion protein in which Venus is fused to the N-terminus of IRIS and ECFP is fused to the C-terminus.

かかる融合タンパク質は、エネルギー供与体をコードするDNA、IP3RのIP3結合ドメインをコードするDNA、およびエネルギー受容体をコードするDNAのそれぞれをインフレームになるように連結し、これを発現ベクター等に挿入して宿主にて発現させることにより、得ることができる。IRIS、すなわちIP3R1のアミノ酸第224〜578位のアミノ酸配列を有するタンパク質のアミノ酸配列は、配列番号1に示すアミノ酸配列の第242〜593位の配列であり、これをコードするDNAは当業者であれば容易に作製することができ、この両端にエネルギー供与体および受容体をコードするDNAをインフレームで連結することにより、上記融合タンパク質をコードするDNAを得ることができる。これらをインフレームで連結する技法もまた、当業者には公知である。IP3R1のアミノ酸第224〜575位を含むIRISは、両末端にEcoRI部位を有しており、該部位を利用してエネルギー供与体および受容体をコードするDNAと融合させることもできる。IRISと各エネルギー供与体および受容体との間には、1〜5アミノ酸残基、好ましくは1または2アミノ酸残基からなるリンカーが挿入されていてもよい。 Such a fusion protein is obtained by ligating each of DNA encoding an energy donor, DNA encoding the IP 3 binding domain of IP 3 R, and DNA encoding an energy acceptor in frame, and expressing them in an expression vector. It can be obtained by inserting it into a host and expressing it in a host. The amino acid sequence of the protein having the amino acid sequence of amino acids 224 to 578 of IRIS, that is, IP 3 R1, is the sequence of amino acids 242 to 593 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the DNA encoding this is a person skilled in the art If so, the DNA encoding the fusion protein can be obtained by linking the DNA encoding the energy donor and the acceptor to both ends in-frame. Techniques for linking these in-frame are also known to those skilled in the art. IRIS containing amino acid positions 224 to 575 of IP 3 R1 has EcoRI sites at both ends, and can be fused with DNA encoding an energy donor and an acceptor using these sites. A linker consisting of 1 to 5 amino acid residues, preferably 1 or 2 amino acid residues, may be inserted between IRIS and each energy donor and acceptor.

得られた融合タンパク質をコードするDNAから該タンパク質を得ることは当業者には容易である。   It is easy for those skilled in the art to obtain the protein from the DNA encoding the obtained fusion protein.

さらにまた、融合タンパク質のアミノ酸配列に基づいて、これをコードするRNA配列も当業者であれば容易に決定でき、その配列を有するRNAを合成して、これから該タンパク質を作製することも可能である。   Furthermore, based on the amino acid sequence of the fusion protein, those skilled in the art can easily determine the RNA sequence that encodes it, and it is also possible to synthesize RNA having the sequence and prepare the protein therefrom. .

したがって、上記融合タンパク質をコードする核酸(DNAおよびRNAを含む)もまた、本発明の範囲に包含される。また、IP3RのIP3結合コア領域を含むタンパク質、例えば、マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする核酸も、本発明の範囲に包含され得る。これらの核酸およびタンパク質を使用して、IP3を検出またはIP3の濃度を検出するための試薬、すなわちIP3指示薬を製造できることは、上記より理解されよう。 Accordingly, nucleic acids (including DNA and RNA) encoding the fusion protein are also included in the scope of the present invention. Also, proteins comprising IP 3 binding core region of IP 3 R, for example, be a nucleic acid encoding a protein having the amino acid sequence of amino acid No. 224 to 575 of the mouse IP 3 R1, it may be included in the scope of the present invention. Using these nucleic acids and proteins, reagents for detecting the concentration of detection or IP 3 and IP 3, i.e. capable of producing IP 3 indicator will be understood from the above.

さらにまた、本発明の融合タンパク質、または本発明の融合タンパク質をコードする核酸を含むIP3検出用キットもまた、本発明の範囲に包含される。かかるキットは、所定の濃度のIP3を含む、IP3の滴定曲線作製用のIP3標準溶液、または測定用バッファー(例えば、EDTA、2-メルカプトエタノール、および/またはNP-40を適切な濃度で含む、100mM NaCl含有10mM HEPES(pH7.2))を含んでいてもよい。さらにまた、コントロール実験用に、本発明の融合タンパク質の不活性型、またはそれをコードする核酸をさらに含んでいてもよい。本発明の融合タンパク質をコードする核酸を含む上記キットの場合、該核酸は発現カセットまたは発現ベクターの形態で含まれていてもよい。また、該キットには、トランスフェクト用の試薬をさらに含んでいてもよい。 Furthermore, an IP 3 detection kit containing the fusion protein of the present invention or a nucleic acid encoding the fusion protein of the present invention is also encompassed in the scope of the present invention. Such kit comprises IP 3 in a predetermined concentration, IP 3 standard solution or assay buffer (e.g., EDTA, 2-mercaptoethanol, and / or NP-40 the appropriate concentration, for titration curve produced for IP 3 And 10 mM HEPES (pH 7.2) containing 100 mM NaCl. Furthermore, it may further contain an inactive form of the fusion protein of the present invention or a nucleic acid encoding it for control experiments. In the case of the above kit containing a nucleic acid encoding the fusion protein of the present invention, the nucleic acid may be contained in the form of an expression cassette or an expression vector. The kit may further contain a transfection reagent.

本発明の融合タンパク質を用いるIP3濃度の検出は、セルフリーの系だけでなく、生細胞内でも実施可能である。本発明における「IP3濃度の検出」とは、IP3の定性的検出および定量的検出のいずれをも包含する。また、相対的および/または経時的なIP3濃度の変化を検出することも包含する。本発明の方法は、生理的な範囲内のpH環境下および/またはCa2+存在下でIP3を検出可能である。IP3の代謝産物である、1,4-IP2および1,3,4,5-IP4の存在による影響は、十分に無視できる程度に低く、IP3を特異的に検出し得る。したがって、本発明の方法は、任意の生物学的サンプル(細胞溶解液、細胞抽出物を含む)におけるIP3の定量、生細胞におけるIP3濃度変化の検出等に非常に有用である。 Detection of IP 3 concentration using the fusion protein of the present invention can be performed not only in a cell-free system but also in a living cell. The “detection of IP 3 concentration” in the present invention includes both qualitative detection and quantitative detection of IP 3 . It also includes detecting changes in IP 3 concentration relative and / or over time. The method of the present invention can detect IP 3 in a pH environment within the physiological range and / or in the presence of Ca 2+ . The effects of the presence of the IP 3 metabolites 1,4-IP 2 and 1,3,4,5-IP 4 are sufficiently low to be negligible and can specifically detect IP 3 . Therefore, the method of the present invention is very useful for quantifying IP 3 in any biological sample (including cell lysate and cell extract), detecting changes in IP 3 concentration in living cells, and the like.

セルフリーの系でIP3濃度を検出する場合は、上記融合タンパク質を用意し、対象とするIP3を含むと疑われる試料と接触させ、その際の融合タンパク質のエネルギー供与体および受容体からの蛍光スペクトルの変化を測定する。より具体的には、試料と接触する前に、融合タンパク質のエネルギー供与体による蛍光強度とエネルギー受容体による蛍光強度を測定し、その比を求め、試料と接触させた後にもそれぞれの蛍光強度を測定して同様に比を求め、それを比較するとよい。「エネルギー供与体による蛍光強度」とは、エネルギー供与体である蛍光団の蛍光励起波長の光を照射した際に該蛍光団から発光される特定の波長の蛍光強度であり、エネルギー供与体としてCFPまたはECFPを用いた場合、その励起波長である約433nmの光を照射した場合の蛍光スペクトルのピークまたはその付近の波長、すなわち460〜510nm、好ましくは470〜478nm、例えば475nmの蛍光強度を指す。「エネルギー受容体による蛍光強度」とは、エネルギー供与体である蛍光団の蛍光励起波長の光を照射した際に、エネルギー供与体の蛍光を受けて励起されたエネルギー受容体である蛍光団から発光される特定の波長の蛍光強度をいう。すなわち、例えば、エネルギー受容体がVenusまたはYFPである場合、その蛍光スペクトルのピークまたはその付近の波長、すなわち、515〜560nm、好ましくは525〜533nm、例えば530nmの蛍光強度を指す。これらの波長は、蛍光団の種類により異なり、また融合タンパク質の周辺環境(バッファー、温度等)により微妙に変動する場合があり得るが、試料の試験に用いる条件下で融合タンパク質を用いて蛍光スペクトルを取得することでピークが得られる波長を判断することができる。 When detecting the IP 3 concentration in a cell-free system, prepare the above fusion protein, contact it with a sample suspected of containing IP 3 of interest, and use the fusion protein from the energy donor and acceptor at that time. Measure the change in fluorescence spectrum. More specifically, before the contact with the sample, the fluorescence intensity of the fusion protein by the energy donor and the fluorescence intensity by the energy acceptor are measured, and the ratio is obtained. It is good to measure and obtain ratio similarly and to compare it. “Fluorescence intensity by energy donor” is a fluorescence intensity of a specific wavelength emitted from the fluorophore when irradiated with light having a fluorescence excitation wavelength of the fluorophore that is an energy donor. Alternatively, when ECFP is used, it refers to a fluorescence spectrum peak when irradiated with light having an excitation wavelength of about 433 nm, or a wavelength in the vicinity thereof, that is, a fluorescence intensity of 460 to 510 nm, preferably 470 to 478 nm, for example, 475 nm. “Fluorescence intensity by energy acceptor” means light emitted from the fluorophore, which is excited by receiving the fluorescence of the energy donor, when irradiated with light of the fluorescence excitation wavelength of the fluorophore, which is the energy donor. The fluorescence intensity of a specific wavelength. That is, for example, when the energy acceptor is Venus or YFP, it refers to a fluorescence intensity at or near the peak of the fluorescence spectrum, ie, 515 to 560 nm, preferably 525 to 533 nm, for example, 530 nm. These wavelengths vary depending on the type of fluorophore and may vary slightly depending on the surrounding environment (buffer, temperature, etc.) of the fusion protein, but the fluorescence spectrum using the fusion protein under the conditions used for sample testing The wavelength at which a peak can be obtained can be determined by acquiring.

例えば、エネルギー供与体にECFP、エネルギー供与体にVenusを用いた融合タンパク質の場合、そのIP3結合コア領域にIP3が結合することにより、Venusの蛍光スペクトルのピーク強度は減少することが、本発明者らによって見出された。したがって、上記蛍光強度の比を、ECFPの蛍光強度に対するVenusの蛍光強度とした場合、該比はIP3が結合することにより増大するため、試料中のIP3濃度が高いほど該比は大きくなる。 For example, ECFP the energy donor, when the energy donor fusion protein using Venus, by its IP 3 IP 3 binding core region binds, that the peak intensity of the fluorescence spectrum of Venus decreases, the Found by the inventors. Therefore, when the ratio of the fluorescence intensity is the Venus fluorescence intensity with respect to the ECFP fluorescence intensity, the ratio increases as IP 3 binds, so the ratio increases as the IP 3 concentration in the sample increases. .

試料を試験する前に、所定の数種類の濃度のIP3に対する蛍光強度の比を上記の通り求め、濃度に対する蛍光強度比の滴定曲線を得ておき、該滴定曲線から試料中のIP3濃度を決定することにより、定量的なIP3濃度の検出が可能となる。 Before testing the sample, obtain the ratio of fluorescence intensity to IP 3 of several predetermined concentrations as described above, obtain a titration curve of the fluorescence intensity ratio to concentration, and determine the IP 3 concentration in the sample from the titration curve. By determining, quantitative IP 3 concentration can be detected.

本発明の方法によると、10-7〜10-5Mの濃度のIP3を定量的に検出することが可能である。測定の際の、IRIS-575の濃度は、当業者であれば適宜設定できる。 According to the method of the present invention, it is possible to quantitatively detect IP 3 at a concentration of 10 −7 to 10 −5 M. The concentration of IRIS-575 at the time of measurement can be appropriately set by those skilled in the art.

用いる融合タンパク質は、実質的に単離されたものが好ましく、純度は高い方が好ましいが、完全に単離されたものである必要はなく、該融合タンパク質を適切な濃度で含む溶液を用いることができる。   The fusion protein to be used is preferably substantially isolated, and preferably has a high purity. However, the fusion protein does not have to be completely isolated, and a solution containing the fusion protein at an appropriate concentration should be used. Can do.

かかる試験は、IRISとIP3の結合およびエネルギー供与体蛍光団の励起および供与体および受容体蛍光団双方の蛍光が十分に得られる環境下であれば、任意の環境下で行なうことができるが、10〜40℃程度の温度、好ましくは15〜30℃、例えば約20℃で、生理的緩衝液中にて行なうことができる。生理的緩衝液は、種々のものが公知であり、任意のものを使用できるが、例えば、10mM HEPES(pH7.4:100mM NaCl)が挙げられる。さらに、キレート剤、タンパク質変性防止剤、プロテアーゼ阻害剤等(例えばEDTA、2-メルカプトエタノール、非イオン性界面活性剤(例えばNP-40))を添加して、IRISおよびIP3以外の混入物による影響を抑制することができることは、当業者であれば容易に理解でき、実施する環境に応じて適切なものを選択し、反応溶液に適量添加することは、当業者であれば容易である。 Such tests can be performed in any environment as long as the binding of IRIS and IP 3 and the excitation of the energy donor fluorophore and the fluorescence of both the donor and acceptor fluorophores are sufficiently obtained. At a temperature of about 10 to 40 ° C., preferably 15 to 30 ° C., for example about 20 ° C., in a physiological buffer. Various physiological buffers are known and any can be used, and examples include 10 mM HEPES (pH 7.4: 100 mM NaCl). Furthermore, chelating agents, protein denaturation inhibitors, protease inhibitors, etc. (eg EDTA, 2-mercaptoethanol, nonionic surfactants (eg NP-40)) are added, and contaminants other than IRIS and IP 3 It can be easily understood by those skilled in the art that the influence can be suppressed, and it is easy for those skilled in the art to select an appropriate one according to the environment to be carried out and add an appropriate amount to the reaction solution.

さらにまた、エネルギー供与体および受容体として用いる蛍光団に応じて適切な励起波長用フィルターと蛍光波長用フィルターのセットを用いることにより、画像として蛍光強度をモニターすることができ、また画像を解析することによりIP3の定量的検出を実施できる。 Furthermore, by using an appropriate set of excitation wavelength filter and fluorescence wavelength filter according to the fluorophore used as the energy donor and acceptor, the fluorescence intensity can be monitored as an image, and the image is analyzed. Thus, quantitative detection of IP 3 can be performed.

本発明の融合タンパク質を用いて細胞内のIP3濃度変化を検出する場合、上記融合タンパク質を対象とする細胞内にインジェクションするか、または対象とする細胞内で上記融合タンパク質を発現させるとよい。 When detecting the change in intracellular IP 3 concentration using the fusion protein of the present invention, the fusion protein may be injected into the target cell or the fusion protein may be expressed in the target cell.

細胞内へのタンパク質のインジェクションは、当技術分野において公知の任意の方法を用いて実施できる。また、対象とする細胞内で上記融合タンパク質を発現させるためには、該タンパク質をコードする核酸を、該タンパク質が発現可能な形態で細胞内に導入すればよく、種々の公知の方法で行なうことができ、当業者であれば、適切な方法を選択することができる。例えば、発現ベクターを用いて、細胞にトランスフェクトすることもできる。   Protein injection into cells can be performed using any method known in the art. In addition, in order to express the fusion protein in the target cell, the nucleic acid encoding the protein may be introduced into the cell in a form in which the protein can be expressed, and may be performed by various known methods. A person skilled in the art can select an appropriate method. For example, an expression vector can be used to transfect cells.

この際の該タンパク質の濃度は、当業者は適切に設定することができるが、例えば、最終的に10〜200μg/ml、好ましくは40〜100μg/mlになるようにするとよい。本発明の融合タンパク質は可溶性タンパク質であり、細胞質内に均等に分布し得る。   The concentration of the protein at this time can be appropriately set by those skilled in the art. For example, the protein concentration may be finally 10 to 200 μg / ml, preferably 40 to 100 μg / ml. The fusion protein of the present invention is a soluble protein and can be evenly distributed in the cytoplasm.

該タンパク質を発現している細胞に、上記同様に励起波長を照射して、該タンパク質由来の蛍光を検出することができる。細胞内のIP3濃度が上昇すると、エネルギー受容体による蛍光強度が変化する。また、細胞の特定部位における該変化をモニターすることで、細胞内における局部的IP3濃度変化を検出することもでき、さらに細胞を顕微鏡下での画像解析により、細胞内でのIP3濃度変化の局在性の変化を経時的にモニターすることも可能である。 A cell expressing the protein can be irradiated with an excitation wavelength in the same manner as described above to detect fluorescence derived from the protein. As the intracellular IP 3 concentration increases, the fluorescence intensity of the energy receptor changes. Further, by monitoring the said change in the specific site of the cell, it can also be detected locally IP 3 concentration change in the cell, the further image analysis under a microscope cells, IP 3 concentration change in the cell It is also possible to monitor changes in the localization of the.

さらにまた、本発明の融合タンパク質は可溶性タンパク質であるため、細胞質中に均一に分布するが、該融合タンパク質に核移行シグナルペプチドまたは細胞膜局在シグナルペプチドなどのシグナルペプチドを付加したタンパク質を用いることにより、核内または細胞膜等の細胞内の特定の部位に局在させることが可能となる。これによって、細胞内の特定の部位におけるIP3濃度変化を検出することも可能である。 Furthermore, since the fusion protein of the present invention is a soluble protein, it is uniformly distributed in the cytoplasm. By using a protein in which a signal peptide such as a nuclear translocation signal peptide or a cell membrane localization signal peptide is added to the fusion protein. It is possible to localize in a specific site in a cell such as a nucleus or a cell membrane. Thereby, it is also possible to detect a change in IP 3 concentration at a specific site in the cell.

IP3R1のIP3結合コア領域(IP3R1の224〜575位のアミノ酸配列部分)のcDNAを公知の方法で得た。これとインフレームになるように5’側にVenusをコードするDNAおよび3’側にECFPをコードするDNAを連結したcDNAを作製した。かかるcDNAにより図1a上段に示す融合タンパク質(本明細書中、IRIS-575)がコードされる。配列を配列番号1に示す。 The cDNA of IP 3 R1 IP 3 binding core region of (224 to 575 position amino acid sequence portion of the IP 3 R1) was obtained by a known method. A cDNA was prepared by ligating DNA encoding Venus on the 5 ′ side and DNA encoding ECFP on the 3 ′ side so as to be in-frame with this. Such a cDNA encodes the fusion protein shown in the upper part of FIG. 1a (herein, IRIS-575). The sequence is shown in SEQ ID NO: 1.

さらに、IP3R1のIP3結合コア領域(IRIS)内の267位のスレオニンがアラニンに、508位のリジンがグルタミン酸に、それぞれ変異したドミナントネガティブ型の変異体(すなわち、IP3と結合できない変異体:Sawano, A and Miyawaki, A., Nucleic Acids Res 28 E78 (2000))に、同様にVenusとECFPとが融合したタンパク質をコードするcDNAを作製した(図1a下段)。該cDNAの上流側にヒスチジンタグをコードするcDNAをさらに連結した。 Furthermore, a dominant negative mutant in which the threonine at position 267 in the IP 3 binding core region (IRIS) of IP 3 R1 is mutated to alanine and the lysine at position 508 is mutated to glutamic acid (ie, mutations that cannot bind to IP 3). In the same manner, a cDNA encoding a protein in which Venus and ECFP were fused was prepared (Sawano, A and Miyawaki, A., Nucleic Acids Res 28 E78 (2000)). A cDNA encoding a histidine tag was further ligated upstream of the cDNA.

該cDNAをpFastBac1(GIBCO/BRL)内に挿入し、SF9バキュロウイルス発現システム(GIBCO/BRL)にて発現させ、Ni-アガロースカラムおよびHiTrapへパリンカラム(Amersham Biosciences)を用いて精製することにより、IRIS-575およびIRIS-Dmutを得た。   The cDNA is inserted into pFastBac1 (GIBCO / BRL), expressed in the SF9 baculovirus expression system (GIBCO / BRL), and purified using a Ni-agarose column and HiTrap using a parin column (Amersham Biosciences). -575 and IRIS-Dmut were obtained.

in vitroにおいて、IRIS-575のIP3による蛍光変化を測定した。10mM HEPES(pH7.2:100mM NaCl、1mM EDTA、1mM 2-メルカプトエタノール、0.5%NP-40)中、20℃にて、10μMのIP3を添加し、420nmにて励起し、その蛍光スペクトルを測定した(図1b)。IP3を添加しなかったコントロールと比較した場合、525nmの蛍光ピークが減少することがわかった。IRIS-Dmutについても同様に測定した(図1c)。IRIS-Dmutでは、525nmでの蛍光ピークの減少は認められなかった。したがって、この蛍光ピークの減少は、IRISとIP3との結合によるものである。IP3との結合によりIRISの立体構造が変化し、VenusとECFPとの位置関係に変化が生じたためと考えられる。 In vitro, changes in fluorescence due to IP 3 of IRIS-575 were measured. Add 10 μM IP 3 in 10 mM HEPES (pH 7.2: 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1 mM 2-mercaptoethanol, 0.5% NP-40) at 20 ° C., and excite it at 420 nm. Measured (Figure 1b). It was found that the fluorescence peak at 525 nm decreased when compared to the control without IP 3 added. IRIS-Dmut was also measured in the same manner (FIG. 1c). With IRIS-Dmut, no decrease in fluorescence peak at 525 nm was observed. Therefore, reduction of the fluorescence peak is due to binding of IRIS and IP 3. The binding of IP 3 to change conformation of IRIS, change the positional relationship between the Venus and ECFP is considered due to occur.

この蛍光スペクトル変化のIP3濃度依存性を確認するために、IP3による滴定を行なった。525nm(yellow)ピーク強度に対する475nm(cyan)のピーク強度の比(C/Y)とIP3濃度との関係を図1dに示す。過剰量のIP3を添加した場合では、C/Yの増加が25.1±0.8%(n=6)であった。あらに、図1dの滴定曲線より、IP3の感度を求めたところ、Kd=437nM±30nM、n=6)であり、IP3R1のIP3結合ドメインの結合定数(Kd=336nM;Natsume,Tら、Biochem Biophys Res Commun 260, 527-33,(1999))とほぼ一致した。このことからも、IRIS-575は、IP3R1が活性化される生理学的濃度のIP3を検出できることが示唆される。 In order to confirm the IP 3 concentration dependency of this fluorescence spectrum change, titration with IP 3 was performed. The relationship between the ratio of the peak intensity at 475 nm (cyan) to the peak intensity at 525 nm (yellow) (C / Y) and the IP 3 concentration is shown in FIG. When an excessive amount of IP 3 was added, the increase in C / Y was 25.1 ± 0.8% (n = 6). Furthermore, when the sensitivity of IP 3 was determined from the titration curve in FIG. 1d, it was Kd = 437 nM ± 30 nM, n = 6), and the binding constant of the IP 3 binding domain of IP 3 R1 (Kd = 336 nM; Natsume, T et al., Biochem Biophys Res Commun 260, 527-33, (1999)). This also suggests that IRIS-575 can detect physiological concentrations of IP 3 at which IP 3 R1 is activated.

上記蛍光スペクトルの変化をさらに詳細に検討すべく、IP3の代謝産物である1,4-IP2および1,3,4,5-IP4によるIRIS-575の蛍光スペクトル変化を調べた(図1e)。IP3によるC/Y比の変化は、IP4およびIP2による変化のそれぞれ50倍および400倍であった。このことから、IRIS-575はIP3濃度を高感度かつ特異的に測定し得ることが示された。さらに、Ca2+による影響を調べた(図1f)。反応溶液中に1μMのCa2+を添加しても、C/Y比には全く影響を与えなかった。このことから、生細胞内のカルシウム濃度に影響されることなく、IRIS-575によるIP3濃度の測定が可能である。さらにまた、pHによる影響も検討したが、生理的pHの範囲である、pH7.0〜7.8の範囲では、C/Y比は影響を受けなかった(図1g)。 In order to examine the change in the fluorescence spectrum in more detail, the change in the fluorescence spectrum of IRIS-575 due to the IP 3 metabolites 1,4-IP 2 and 1,3,4,5-IP 4 was examined (Fig. 1e). The change in C / Y ratio with IP 3 was 50 and 400 times that with IP 4 and IP 2 , respectively. This indicates that IRIS-575 can measure IP 3 concentration with high sensitivity and specificity. Furthermore, the influence by Ca 2+ was examined (FIG. 1f). The addition of 1 μM Ca 2+ into the reaction solution had no effect on the C / Y ratio. Therefore, it is possible to measure the IP 3 concentration with IRIS-575 without being affected by the calcium concentration in the living cells. Furthermore, although the influence by pH was also examined, C / Y ratio was not influenced in the range of pH 7.0-7.8 which is the range of physiological pH (FIG. 1g).

したがって、生理的pHの範囲内で細胞内Ca2+濃度またはpHが変動した場合でも、IRIS-575による細胞内IP3濃度の測定は可能である。 Therefore, even when the intracellular Ca 2+ concentration or pH varies within the physiological pH range, the intracellular IP 3 concentration can be measured by IRIS-575.

この新規IP3指示薬をベースに、IP3結合部位に遺伝子の点変異を導入し、IP3に対して様々な結合強度を持つ指示薬を作ることも可能である。図1hに示すように、IP3結合部位に存在する塩基性アミノ酸である、アルギニン(R)、リジン(K)を中性のアミノ酸であるグルタミン(Q)に変換した。R241Q、K249Q、R504Q、R506Q(241、249、504、506の数字はマウスIP3R1の1番目のアミノ酸から数えた、各アミノ酸の番号である)の4つの指示薬を作成した。これらはそれぞれIP3に対して異なった結合強度を示し、野生型(変異の入っていないIRIS-575)、K249Q、R504Q、R506Q、R241Qの順番にIP3への結合強度が高かった。 Based on this novel IP 3 indicator, it is also possible to introduce indicator mutations having various binding strengths to IP 3 by introducing a point mutation of the gene into the IP 3 binding site. As shown in FIG. 1h, arginine (R) and lysine (K), which are basic amino acids present at the IP 3 binding site, were converted to glutamine (Q), which is a neutral amino acid. Four indicators of R241Q, K249Q, R504Q, R506Q (the numbers of 241 249 504, 506 are the numbers of each amino acid counted from the first amino acid of mouse IP 3 R1) were prepared. It showed a different binding strength to IP 3 respectively, (IRIS-575 containing no mutation) wild-type, K249Q, R504Q, R506Q, binding strength to the IP 3 in the order of R241Q was high.

ホヤ細胞内におけるIP 3 濃度の検出
ホヤCiona savignyiの卵に、精製したIRIS-575とIndo-1を公知の方法(Yoshida、M.ら、Dev. Biol.203, 122-33)にしたがって、マイクロインジェクションし、授精後のIP3濃度およびCa2+濃度の上昇を検出した。ホヤの受精卵は受精直後にIP3誘導性の細胞内ストアからのCa2+放出が起こることがわかっている(Miyazaki,S.ら、Science 257, 251-5 (1992)、およびRunft, L.L.ら、Dev. Biol. 245, 237-54 (2002))。Ca2+濃度およびIP3濃度のプロファイルを図2aおよびbに示す。受精直後のIP3濃度の上昇およびその後の緩やかな減少、そして、受精後約30秒前後における再上昇とその後の緩やかな減少が観察された。これはIndo-1により検出した細胞内Ca2+濃度の変動と経時的にほぼ一致していたことからも、IRIS-575の蛍光変化が細胞内IP3濃度を反映していることが裏付けられる。加えて、IRIS-575により測定された、卵内のIP3濃度変動は非常に緩やかであった。これは濃度が振動するCa2+とは対照的である。GFP-プレクストリン相同性ドメインによって測定されたIP3変動は、Ca2+と同様に振動するものであった。この結果の不一致は(J. van der Wal, R. Habets, P. Varnai, T. Balla, K. Jalink, J Biol Chem 276, 15337-44 (2001)., C. Xu, J. Watras, L. M. Loew, J Cell Biol 161, 779-91 (2003)., R. Irvine, Curr Biol 14, R308-10 (2004).)らによって示されたようにGFP-プレクストリン相同性ドメインは、IP3の変動よりも、前駆物質であるPIP2の変動を反映しやすいためと推測される。
Detection of IP 3 concentration in sea squirt cells Eggs of sea squirt Ciona savignyi were purified using purified IRIS-575 and Indo-1 according to known methods (Yoshida, M. et al., Dev. Biol. 203, 122-33). After injection, increases in IP 3 concentration and Ca 2+ concentration after insemination were detected. Ascidian fertilized eggs are known to undergo Ca 2+ release from an IP 3 -induced intracellular store immediately after fertilization (Miyazaki, S. et al., Science 257, 251-5 (1992), and Runft, LL Dev. Biol. 245, 237-54 (2002)). The profiles of Ca 2+ concentration and IP 3 concentration are shown in FIGS. 2a and b. An increase in IP 3 concentration immediately after fertilization and a subsequent gradual decrease were observed, followed by a re-elevation around 30 seconds after fertilization and a subsequent gradual decrease. This was almost consistent with the change in intracellular Ca 2+ concentration detected by Indo-1 over time, confirming that the fluorescence change of IRIS-575 reflects the intracellular IP 3 concentration. . In addition, the variation in IP 3 concentration in the egg as measured by IRIS-575 was very gradual. This is in contrast to Ca 2+ , where the concentration oscillates. The IP 3 variation measured by the GFP-pleckstrin homology domain oscillated similarly to Ca 2+ . The discrepancy between the results is shown in (J. van der Wal, R. Habets, P. Varnai, T. Balla, K. Jalink, J Biol Chem 276, 15337-44 (2001)., C. Xu, J. Watras, LM Loew, J Cell Biol 161, 779-91 (2003)., R. Irvine, Curr Biol 14, R308-10 (2004).) as indicated by al GFP- pleckstrin homology domain of IP 3 It is presumed that the change in the precursor PIP 2 is more easily reflected than the change.

さらに、細胞内IP3濃度の画像による検出を行なった。40〜100μgのタンパク質が導入されるように、IRIS-575とIndo-1とのマイクロインジェクションは上記と同様の方法で行ない、受精させた。20℃にて、冷却CCDカメラORCA-ER(Hamamatsu Photonics)を装備したIX-71倒立顕微鏡(Olympus)にて、対物倍率10×(n.a.0.4)または20×(n.a.0.75)の画像を得た。IRIS-575の蛍光検出は、425〜445nmの励起フィルターと460〜510および515〜560 nmの発光用フィルターを用いて、IRIS-575からの蛍光を検出した。IRIS-575により検出されたIP3の濃度変化は460〜510nm(Cyan:C) の蛍光強度を515〜560 nm (Yellow:Y)の蛍光強度で割った値により示した(C/Y)。450nmのビームスプリッターミラーを、光路に挿入した。Indo-1の蛍光検出は、333〜348nmの励起フィルターと420〜440および460〜510nmの発光用フィルターを用いて、Indo-1の蛍光を検出した。400nmのビームスプリッターミラーを、光路に挿入した。Indo-1により検出されたCa2+の濃度変化は425〜445nmの蛍光強度を460〜510nmの蛍光強度で割った値により示した(Indo-1 ratio)。解析は、TI Workbench ソフトウェアにより行なった。 Further, detection of intracellular IP 3 concentration was performed. Microinjection between IRIS-575 and Indo-1 was carried out in the same manner as described above so that 40-100 μg of protein was introduced and fertilized. Obtain an image with an objective magnification of 10 x (na0.4) or 20 x (na0.75) with an IX-71 inverted microscope (Olympus) equipped with a cooled CCD camera ORCA-ER (Hamamatsu Photonics) at 20 ° C. It was. For fluorescence detection of IRIS-575, fluorescence from IRIS-575 was detected using an excitation filter of 425 to 445 nm and a filter for emission of 460 to 510 and 515 to 560 nm. The change in the concentration of IP 3 detected by IRIS-575 was indicated by the value obtained by dividing the fluorescence intensity at 460 to 510 nm (Cyan: C) by the fluorescence intensity at 515 to 560 nm (Yellow: Y) (C / Y). A 450 nm beam splitter mirror was inserted into the optical path. Indo-1 fluorescence was detected using a 333 to 348 nm excitation filter and 420 to 440 and 460 to 510 nm emission filters. A 400 nm beam splitter mirror was inserted into the optical path. The change in Ca 2+ concentration detected by Indo-1 was shown by the value obtained by dividing the fluorescence intensity at 425 to 445 nm by the fluorescence intensity at 460 to 510 nm (Indo-1 ratio). Analysis was performed with TI Workbench software.

受精直後の受精卵について得られた画像を図3に示す。左上から2段にわたって、経時的な変化をモニターしている。各段の上側がIRIS-575のC/Y比画像、下側がIndo-1 ratio画像である。受精後、細胞内でのIP3濃度の上昇およびCa2+濃度の上昇が画像から観察される。さらに、IP3の細胞内局在も画像に反映することができた。 An image obtained for a fertilized egg immediately after fertilization is shown in FIG. Changes over time are monitored from the upper left to the second line. The upper side of each stage is the C / Y ratio image of IRIS-575, and the lower side is the Indo-1 ratio image. After fertilization, an increase in intracellular IP 3 concentration and an increase in Ca 2+ concentration are observed from the images. Furthermore, the intracellular localization of IP 3 could be reflected in the image.

哺乳動物細胞内におけるIP 3 濃度の検出
TransITトランスフェクションリエージェント(Mirus)を用いて、常法にしたがってIRIS-575タンパク質をCOS-7細胞において強制発現させた。細胞内のIRIS-575の局在を図4aに示した。IRIS-575が細胞質に一様に局在することが分かる。トランスフェクションの12〜36時間後の細胞を以下の実験に用いた。一般的なCa2+色素を取り込ませる方法として、細胞は実験の直前に3μMのIndo-1のAM体溶液に浸しておいた。細胞を、37℃にて、1g/lのグルコースを添加した生理的濃度のHEPESバッファー流(流速2ml/分)中に保持し、0.3μMまたは1.0μMのATPにて細胞を刺激した。該ATP刺激に応答して、IRIS-575の蛍光が変化した(図4b)。図4b最上段は、460〜510nmにおけるシアン蛍光(C)、上中段は515〜560nmにおける黄色蛍光の(Y)変動を示す。これらの比(C/Y)を中下段に示す。ATP刺激に応答してC/Yは増加し、ATP刺激による細胞内IP3濃度の上昇が検出されている。また、ホヤ卵での実験と同様にIndo-1との同時イメージングによって、Ca2+の変動も平行して測定することができた(最下段)。
IP 3 concentration detection in mammalian cells
IRIS-575 protein was forcibly expressed in COS-7 cells using TransIT transfection reagent (Mirus) according to a conventional method. The localization of IRIS-575 in the cell is shown in FIG. 4a. It can be seen that IRIS-575 is uniformly localized in the cytoplasm. Cells 12-36 hours after transfection were used in the following experiments. As a general method of incorporating Ca 2+ dye, cells were immersed in 3 μM Indo-1 AM solution immediately before the experiment. Cells were maintained at 37 ° C. in a physiological concentration of HEPES buffer flow supplemented with 1 g / l glucose (flow rate 2 ml / min) and stimulated with 0.3 μM or 1.0 μM ATP. In response to the ATP stimulation, the fluorescence of IRIS-575 changed (FIG. 4b). The uppermost part of FIG. 4b shows cyan fluorescence (C) at 460 to 510 nm, and the upper middle part shows (Y) fluctuation of yellow fluorescence at 515 to 560 nm. These ratios (C / Y) are shown in the lower middle part. C / Y increases in response to ATP stimulation, and an increase in intracellular IP 3 concentration due to ATP stimulation has been detected. In addition, Ca2 + fluctuations could be measured in parallel by simultaneous imaging with Indo-1 as in the experiments with squirt eggs (bottom).

さらに、IRIS-575による細胞内IP3濃度の検出の感度を証明するために、人為的に細胞内IP3濃度のオシレーションを誘発し、それを検出できるか否かを調べた。上記細胞を、60μMのβ-escinで3分間処理して透過化し、この細胞を用いてIP3不含のバッファーの入った水槽と、500μM IP3を含むバッファーの入った水槽(いずれも流速4ml/分)とに30秒毎に入れ換えて、IRIS-575の蛍光を検出した。結果を図4cに示す。グラフ上端の実線は、細胞が500nM IP3を含むバッファーと接触していた時間を示す。図4cからわかるように、IRIS-575のC/Y比は、細胞内IP3濃度変化を非常に鋭敏かつ高感度に反映し得る。さらにこの実験から、卵での、IP3がCa2+と同期して振動しないという結果が間違っていないということを示すことができる。実際、細胞内のIP3濃度が振動していればIRIS-575は、その変動を正しく反映し得るからである。 Furthermore, in order to prove the sensitivity of detection of intracellular IP 3 concentration by IRIS-575, it was examined whether or not the oscillation of intracellular IP 3 concentration was artificially induced and detected. The cells were permeabilized by treatment for 3 minutes at beta-escin of 60 [mu] M, and a water tank containing the IP 3-free buffer with the cells, even aquarium (both containing the buffer containing 500 [mu] M IP 3 flow rate 4ml ) And every 30 seconds, IRIS-575 fluorescence was detected. The results are shown in FIG. The solid line in the graph upper end, indicating the time at which the cells had been in contact with the buffer containing 500 nM IP 3. As can be seen from FIG. 4c, the C / Y ratio of IRIS-575 can reflect changes in intracellular IP 3 concentration very sensitively and with high sensitivity. Furthermore, this experiment can show that the result in eggs that IP 3 does not vibrate in sync with Ca 2+ is not wrong. In fact, if the intracellular IP 3 concentration is oscillating, IRIS-575 can correctly reflect the fluctuation.

以上の結果より、IRIS-575のC/Y比は、セルフリーおよび細胞内のIP3濃度変化をリアルタイムで高感度に検出し得ることがわかる。本発明の方法は、従来のIP3濃度の検出法に比べて、非常に正確に細胞質のIP3濃度の変化を検出することができる。 The above results indicate that the C / Y ratio of IRIS-575 can detect cell-free and intracellular IP 3 concentration changes in real time with high sensitivity. The method of the present invention, as compared to conventional IP 3 concentration detection methods, very accurately it is possible to detect the change in the IP 3 concentration of cytoplasm.

細胞局所でのIP3濃度測定
IRIS-575の遺伝子の5’端にミリスチル化・パルミチル化ターゲットシグナル(MP-IRIS-575)、及び核移行シグナルを付加した(NLS-IRIS-575)。これらの遺伝子をHeLa細胞に強制発現させ、それぞれ細胞膜直下、核に局在させた(図5a、b)。それぞれ、細胞全体が染まっているIndo-1の蛍光像(図5a中央、b右)と比べて、IRIS-575のシグナルが細胞膜直下(図5a右)、及び核内(図5b右)に観察されている。図5a右図はMP-IRIS-575を発現した細胞を共焦点レーザー顕微鏡で観察した像である。MP-IRIS-575が細胞膜直下に多く存在していることが分かる。この細胞を10μMのヒスタミンで刺激することにより、細胞内局所でのIP3濃度変化(図5c、dともに上図)をCa2+(図5c、dともに下図)と同時に測定することができた。
Local measurement of IP3 concentration in cells
A myristylation / palmitylation target signal (MP-IRIS-575) and a nuclear translocation signal (NLS-IRIS-575) were added to the 5 ′ end of the gene of IRIS-575. These genes were forcibly expressed in HeLa cells and localized in the nucleus immediately below the cell membrane, respectively (FIGS. 5a and b). Compared to the fluorescence image of Indo-1 in which the whole cell is stained (Fig. 5a center, b right), IRIS-575 signal is observed directly under the cell membrane (Fig. 5a right) and in the nucleus (Fig. 5b right). Has been. The right figure of FIG. 5a is the image which observed the cell which expressed MP-IRIS-575 with the confocal laser microscope. It can be seen that many MP-IRIS-575 are present directly under the cell membrane. By stimulating these cells with 10 μM histamine, it was possible to simultaneously measure changes in IP 3 concentration in the cell (upper figures in FIGS. 5c and d) simultaneously with Ca 2+ (lower figures in FIGS. 5c and d). .

図1aは、実施例に用いた本発明の融合タンパク質(IRIS-575:上段)と、本発明の融合タンパク質のドミナントネガティブ型(IRIS-Dmut:上段)の構造を模式的に示したものである。図1bおよびcはそれぞれ、IP3によるIRIS-575およびIRIS-Dmutの蛍光スペクトルの変化を示す。IP3の存在によりIRIS-575の蛍光強度は、エネルギー受容体であるVenusの約525nmにおける蛍光強度が減少する。図1dは、IP3濃度依存的なIRIS-575の蛍光変化を示す。Venusの約525nmにおける蛍光強度(Y)に対するエネルギー供与体ECFPの475nmの蛍光強度(C)の比(C/Y)で示した。10-5以下の濃度でIP3の濃度依存的にC/Yの値は増加していた。図1eは、IP3と、IP3の代謝産物である1,4-IP2および1,3,4,5-IP4それぞれによるIRIS-575の蛍光変化をC/Y比で示す。IP3によるC/Y比の変化は、IP4およびIP2による変化のそれぞれ50倍および400倍であった。図1fは、Ca2+存在下のIRIS-575の蛍光変化をC/Y比で示す。1μMのCa2+によってIRIS-575の蛍光変化は影響を受けなかった。図1gは、IRIS-575の蛍光変化へのpHによる影響を検討した結果である。pH7.0〜7.8の範囲では、C/Y比は影響を受けなかった。図1hは、IRIS-575および、IP3結合部位に点変異を導入したIP3指示薬の蛍光変化のIP3依存性を示したものである。赤は野生型のIP3結合部位を持つIRIS-575、黄色は249番目のリジンをグルタミンに変換したもの(K249Q)、青は504番目のアルギニンをグルタミンに変換したもの(R504Q)、水色は506番目のアルギニンをグルタミンに変換したもの(R506Q)、緑は241番目のアルギニンをグルタミンに変換したもの(R241Q)のデータを示している。FIG. 1a schematically shows the structure of the fusion protein of the present invention (IRIS-575: top) used in the Examples and the dominant negative type (IRIS-Dmut: top) of the fusion protein of the present invention. . Figure 1b and c, respectively, showing a variation of the fluorescence spectrum of IRIS-575 and IRIS-Dmut by IP 3. The presence of IP 3 reduces the fluorescence intensity of IRIS-575 at about 525 nm of Venus, the energy acceptor. FIG. 1 d shows the IP 3 concentration dependent IRIS-575 fluorescence change. The ratio (C / Y) of the fluorescence intensity (C) of 475 nm of the energy donor ECFP to the fluorescence intensity (Y) of Venus at about 525 nm. The C / Y value increased depending on the concentration of IP 3 at a concentration of 10 −5 or less. Figure 1e is a IP 3, shows the change in fluorescence IRIS-575 by l, 4-IP 2 and 1, 3, 4, 5-IP 4 respectively a metabolite of IP 3 in the C / Y ratio. The change in C / Y ratio with IP 3 was 50 and 400 times that with IP 4 and IP 2 , respectively. FIG. 1 f shows the change in fluorescence of IRIS-575 in the presence of Ca 2+ as a C / Y ratio. The fluorescence change of IRIS-575 was not affected by 1 μM Ca 2+ . FIG. 1g shows the results of examining the effect of pH on the fluorescence change of IRIS-575. In the range of pH 7.0 to 7.8, the C / Y ratio was not affected. Figure 1h is a diagram showing an IP 3 dependent IRIS-575 and fluorescent change of IP 3 indicator introduced point mutations IP 3 binding site. Red is IRIS-575 with wild type IP 3 binding site, yellow is 249th lysine converted to glutamine (K249Q), blue is 504th arginine converted to glutamine (R504Q), light blue is 506 The data of the 1st arginine converted to glutamine (R506Q), and the green color the 241st arginine converted to glutamine (R241Q) are shown. 図2は、受精卵のIP3とCa2+の変化を示す。図2a、bとも、矢印は精子を添加した時点を示す。グラフは4秒毎に取得したデータをグラフ化したものである。図2aは、Indo-1により測定したCa2+の濃度変化であり、上方のバーは、初期の一過性Ca2+上昇を示している。図2bは、IRIS-575により測定したIP3の濃度変化である。FIG. 2 shows changes in IP 3 and Ca 2+ of fertilized eggs. In both FIGS. 2a and 2b, the arrows indicate the time when sperm was added. The graph is a graph of the data acquired every 4 seconds. FIG. 2a is the change in Ca 2+ concentration measured by Indo-1 and the upper bar shows the initial transient Ca 2+ increase. FIG. 2b is the concentration change of IP 3 measured by IRIS-575. 図3は、受精卵の初期の一過性Ca2+上昇時のIP3(C/Y)とCa2+の変化(Indo-1 ratio)を検出した画像である。左上から2段に渡って経時的にモニターしている。上側がIRIS-575によるIP3の検出であり下側がIndo-1によるCa2+の検出である。FIG. 3 is an image in which changes in IP 3 (C / Y) and Ca 2+ (Indo-1 ratio) during the initial transient Ca 2+ increase in a fertilized egg are detected. Monitored over time from the top left in two steps. The upper side is detection of IP 3 by IRIS-575, and the lower side is detection of Ca 2+ by Indo-1. 図4は、IRIS-575を強制発現させたCOS-7細胞におけるIP3濃度の変化を検出した結果である。図4aは、上記COS-7細胞に強制発現させたIRIS-575の蛍光像である。図4bは0.3μMおよび1.0μMそれぞれの濃度のATPで刺激した際の蛍光変化を示す。単一のCOS-1細胞を420〜440nmの光で励起し、460〜510nmの蛍光強度(C)および515〜450の蛍光強度(Y)をそれぞれ最上段および上中段に示す。これらの比C/Yを中下段に示す。最下段にはIndo-1のratio変化を示している。図4cは、上記COS-7細胞のIP3濃度を人為的に変動させて、IRIS-575の蛍光変化をC/Yで示している。上部のバーは、細胞外液中に500nMのIP3が存在した時間を示している。FIG. 4 shows the results of detecting changes in IP 3 concentration in COS-7 cells in which IRIS-575 was forcibly expressed. FIG. 4a is a fluorescence image of IRIS-575 forcibly expressed in the COS-7 cells. FIG. 4b shows changes in fluorescence upon stimulation with ATP at concentrations of 0.3 μM and 1.0 μM, respectively. Single COS-1 cells are excited with 420-440 nm light, and the fluorescence intensity (C) of 460-510 nm and the fluorescence intensity (Y) of 515-450 are shown in the top and upper middle, respectively. These ratios C / Y are shown in the lower middle part. The bottom row shows the ratio change of Indo-1. Figure 4c is artificially varying the IP 3 concentration of the COS-7 cells shows the fluorescence changes IRIS-575 with C / Y. The upper bar indicates the time during which 500 nM IP 3 was present in the extracellular fluid. 図5は、細胞膜移行型と、核移行型のIRIS-575を強制発現させたHeLa細胞における、IRIS-575の細胞内局在と、ヒスタミン刺激によるIRIS-575とIndo-1の蛍光比変化を示したプロットである。図5aはミリスチル化・パルミチル化ターゲットシグナルをN末端に付加したIRIS-575(MP-IRIS-575、左端)、及びIndo-1(中央)の蛍光像である。また右端の像は、既存の方法にて共焦点レーザー顕微鏡を使用し、Venusを励起してMP-IRIS-575を発現した細胞の断層像を示している。図5bはSV-40・T抗原の核移行シグナルをN末端に付加したIRIS-575(NLS-IRIS-575、左)、及びIndo-1(右)の蛍光像である。図5cは細胞を10uMのヒスタミンで刺激したときのMP-IRIS-575の(C/Y ratio)(左)、Indo-1 ratio(右)の経時変化を示している。また図5dは、cと同様の刺激を与えたときのNLS-IRIS-575のC/Y比(左)、Indo-1 ratio(右)の経時変化を示している。図5c、dのグラフ上に示したバーは、ヒスタミンが測定液に添加されていた時間を示す。Figure 5 shows the intracellular localization of IRIS-575 and the change in the fluorescence ratio of IRIS-575 and Indo-1 induced by histamine stimulation in HeLa cells in which IRIS-575 was forced to express cell membrane and nuclear translocation. It is the plot shown. FIG. 5a is a fluorescence image of IRIS-575 (MP-IRIS-575, left end) with a myristylation / palmitylation target signal added to the N-terminus and Indo-1 (center). The rightmost image shows a tomographic image of cells expressing MP-IRIS-575 by exciting Venus using a confocal laser microscope with the existing method. FIG. 5b is a fluorescence image of IRIS-575 (NLS-IRIS-575, left) and Indo-1 (right) with the SV-40 • T antigen nuclear translocation signal added to the N-terminus. FIG. 5c shows the time course of (C / Y ratio) (left) and Indo-1 ratio (right) of MP-IRIS-575 when cells were stimulated with 10 uM histamine. FIG. 5d shows the change over time of the C / Y ratio (left) and Indo-1 ratio (right) of NLS-IRIS-575 when the same stimulus as c was applied. The bars shown on the graphs of FIGS. 5c and 5d indicate the time during which histamine was added to the measurement solution.

Claims (20)

マウスタイプ1イノシトール1,4,5-三リン酸レセプター(マウスIP3R1)のアミノ酸第224〜575からなるIP3結合コア領域または相同性解析により該アミノ酸第224〜575に対応する哺乳動物のIP3R1IP 3 結合コア領域からなるタンパク質の両末端それぞれに、蛍光のエネルギー移動(FRET)法に用いることのできるエネルギー供与体となる蛍光タンパク質と、エネルギー受容体となる蛍光タンパク質とが1または2アミノ酸からなるリンカー配列を介してそれぞれ融合した融合タンパク質。 Mammal corresponding to amino acids 224 to 575 according to the IP 3 binding core region consisting of amino acids 224 to 575 of mouse type 1 inositol 1,4,5-triphosphate receptor ( mouse IP 3 R 1 ) or homology analysis A fluorescent protein that serves as an energy donor and an energy acceptor that can be used in the fluorescence energy transfer (FRET) method at both ends of the protein comprising the IP 3 binding core region of IP 3 R 1 Are fusion proteins each fused via a linker sequence consisting of 1 or 2 amino acids. 上記IP3結合コア領域からなるタンパク質の、N末端に上記エネルギー受容体となる蛍光タンパク質およびC末端に上記エネルギー供与体となる蛍光タンパク質がそれぞれ融合していることを特徴とする、請求項に記載の融合タンパク質。 Wherein the protein consisting of the IP 3 binding core region, fluorescent protein of the energy donor fluorescent protein and C-terminal to be the energy acceptor to the N-terminus is fused respectively, in claim 1 The fusion protein described. 上記エネルギー受容体となる蛍光タンパク質がVenus、EYFPおよびReAshからなる群より選択されたものであり、かつ上記エネルギー供与体となる蛍光タンパク質がECFPまたはFlAsHであることを特徴とする、請求項1または2に記載の融合タンパク質。 And wherein the fluorescent protein of the energy acceptor is Venus, are those selected from the group consisting of EYFP and ReAsH, and fluorescent protein of the energy donor is ECFP or FlAsH, claim 1 or 2. The fusion protein according to 2 . 上記エネルギー受容体となる蛍光タンパク質がVenusであり、かつ上記エネルギー供与体となる蛍光タンパク質がECFPであることを特徴とする、請求項3に記載の融合タンパク質。 The fusion protein according to claim 3, wherein the fluorescent protein serving as an energy acceptor is Venus, and the fluorescent protein serving as an energy donor is ECFP. 2アミノ酸からなるリンカー配列がNSの配列であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の融合タンパク質。 The fusion protein according to any one of claims 1 to 4 , wherein the linker sequence consisting of 2 amino acids is an NS sequence. 上記IP3結合コア領域からなるタンパク質に核移行シグナルペプチドまたは細胞膜局在シグナルペプチドが付加されていることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の融合タンパク質。 Wherein the nuclear localization to a protein consisting of the IP 3 binding core domain signal peptide or cell membrane localization signal peptide is added, the fusion protein according to any one of claims 1-5. 配列番号1のアミノ酸配列を有する請求項1記載の融合タンパク質。 The fusion protein of claim 1 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 請求項1〜のいずれか1項に記載の融合タンパク質をコードする核酸分子。 A nucleic acid molecule encoding the fusion protein according to any one of claims 1 to 7 . 請求項8に記載の核酸分子を含むベクター。 A vector comprising the nucleic acid molecule of claim 8 . 請求項8に記載の核酸分子をそのコードタンパク質を発現し得る形で含む、細胞。 A cell comprising the nucleic acid molecule according to claim 8 in a form capable of expressing the encoded protein. IP3濃度を検出する方法であって、
a) 請求項1〜のいずれか1項に記載の融合タンパク質を用意し、これに、IP3を含むと疑われる試料と接触させるステップ、および
b) 上記接触の前後における、融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含む、上記方法。
A method for detecting IP 3 concentration comprising:
a) preparing a fusion protein according to any one of claims 1 to 7 and contacting it with a sample suspected of containing IP 3 ; and
b) detecting a change in fluorescence from the fusion protein before and after the contact;
Including the above method.
IP3濃度を検出する方法であって、
a) マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列からなるIP3結合コア領域または相同性解析により該アミノ酸第224〜575に対応する哺乳動物のIP3R1IP 3 結合コア領域からなるタンパク質のN末端にVenusが、C末端にECFPが、1または2アミノ酸からなるリンカー配列を介してそれぞれ融合している融合タンパク質を用意し、これに、IP3を含むと疑われる試料と接触させるステップ、および
b) 上記接触の前後において、該タンパク質にECFPの励起波長の光を照射し、ECFPによる蛍光強度とVenusによる蛍光強度とを測定して両者の比を求め、上記接触の前と後における該比を比較することにより、上記接触の前後における融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含み、ここで、該比の変化は試料中のIP3の濃度を反映するものである、上記方法。
A method for detecting IP 3 concentration comprising:
a) Mouse IP 3 R1 consists of amino acid No. 224 to 575 of the amino acid sequence IP 3 binding core region or homology IP 3 binding core region of IP 3 R 1 mammalian corresponding to the amino acid No. 224 to 575 Analysis A fusion protein in which Venus is fused at the N-terminus of the protein consisting of ECFP at the C-terminus via a linker sequence consisting of 1 or 2 amino acids, and a sample suspected of containing IP 3 Contacting, and
b) Before and after the contact, the protein is irradiated with light having an excitation wavelength of ECFP, and the fluorescence intensity by ECFP and the fluorescence intensity by Venus are measured to determine the ratio between the two before and after the contact. Detecting a change in fluorescence from the fusion protein before and after the contact,
Wherein the change in the ratio reflects the concentration of IP 3 in the sample.
細胞内のIP3濃度を検出する方法であって、
a) 請求項1〜のいずれか1項に記載の融合タンパク質を、細胞内に導入するステップ、および
b) 該融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含む、上記方法。
A method for detecting intracellular IP 3 concentration comprising:
a) introducing the fusion protein according to any one of claims 1 to 7 into a cell; and
b) detecting a change in fluorescence from the fusion protein;
Including the above method.
細胞内のIP3濃度を検出する方法であって、
a) マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列からなるIP3結合コア領域または相同性解析により該アミノ酸第224〜575に対応する哺乳動物のIP3R1IP 3 結合コア領域からなるタンパク質のN末端にVenusが、C末端にECFPが、1または2アミノ酸からなるリンカー配列を介してそれぞれ融合している融合タンパク質を、細胞内に導入するステップ、および
b) 該細胞にECFPの励起波長の光を照射し、ECFPによる蛍光強度とVenusによる蛍光強度とを測定して両者の比を求め、融合タンパク質からの蛍光の変化を検出するステップ、
を含み、ここで、該比の変化は細胞内のIP3の濃度を反映するものである、上記方法。
A method for detecting intracellular IP 3 concentration comprising:
a) Mouse IP 3 R1 consists of amino acid No. 224 to 575 of the amino acid sequence IP 3 binding core region or homology IP 3 binding core region of IP 3 R 1 mammalian corresponding to the amino acid No. 224 to 575 Analysis Introducing into a cell a fusion protein in which Venus at the N-terminus of the protein consisting of ECFP and CFP at the C-terminus are fused via a linker sequence consisting of 1 or 2 amino acids, and
b) irradiating the cells with light having an excitation wavelength of ECFP, measuring the fluorescence intensity by ECFP and the fluorescence intensity by Venus to obtain a ratio between the two, and detecting a change in fluorescence from the fusion protein;
It includes, wherein a change in the ratio is reflective of the concentration of IP 3 in a cell, the method described above.
請求項13または14に記載の方法であって、上記a)の融合タンパク質を細胞内に導入するステップが、該タンパク質を細胞内にインジェクションすることにより達成させることを特徴とする、上記方法。 15. The method according to claim 13 or 14 , wherein the step of introducing the fusion protein of a) into the cell is achieved by injecting the protein into the cell. 請求項13または14に記載の方法であって、上記a)の融合タンパク質を細胞内に導入するステップが、該タンパク質をコードする核酸分子を、発現可能な形で細胞内に導入することにより達成させることを特徴とする、上記方法。 15. The method according to claim 13 or 14 , wherein the step of introducing the fusion protein of a) into the cell is achieved by introducing the nucleic acid molecule encoding the protein into the cell in an expressible form. The method described above, wherein マウスIP3R1のアミノ酸第224〜575位のアミノ酸配列からなるIP 3 結合コア領域または相同性解析により該アミノ酸第224〜575に対応する哺乳動物のIP3R1IP 3 結合コア領域のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする核酸分子の、IP3指示薬を製造するための使用。 Amino acids of the mouse IP 3 R1 consists of amino acid No. 224 to 575 of the amino acid sequence IP 3 binding core region or homology IP 3 binding core region of IP 3 R 1 mammalian corresponding to the amino acid No. 224 to 575 Analysis Use of a nucleic acid molecule encoding a protein consisting of a sequence to produce an IP 3 indicator. 請求項1〜のいずれか1項記載の融合タンパク質を含む、IP3検出用キット。 A kit for detecting IP 3 comprising the fusion protein according to any one of claims 1 to 7 . 請求項8に記載の核酸分子を含む、IP3検出用キット。 An IP 3 detection kit comprising the nucleic acid molecule according to claim 8 . 請求項9に記載のベクターを含む、IP3検出用キット。 A kit for detecting IP 3 comprising the vector according to claim 9 .
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