JP5097412B2 - Protein intracellular introduction agent - Google Patents

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Description

本発明は、ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体とグルタチオンとの新規な結合体、及び該結合体を用いてタンパク質を細胞内に導入する導入剤およびその方法に関する。   The present invention relates to a novel conjugate of polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and glutathione, an introduction agent for introducing a protein into a cell using the conjugate, and a method thereof.

細胞内で任意のタンパク質を生物学的に機能させたい場合、タンパク質そのものを細胞内に導入することが好ましいが、細胞膜は脂質二重膜から構成されており、タンパク質のような大きな外来分子を外から細胞の中へと透過させることは容易でない。   In order to biologically function an arbitrary protein in a cell, it is preferable to introduce the protein itself into the cell. However, the cell membrane is composed of a lipid bilayer, and a large foreign molecule such as a protein is excluded. It is not easy to penetrate into cells.

本発明者らは、以前、タンパク質を生細胞内に導入する方法として、タンパク質をカチオン化することで負電荷を帯びている生細胞表面への静電気的な吸着を介して導入する方法を開発した。その方法は、抗体−ProteinA/Gやビオチン−アビジンといった特異的な結合を活用した方法(特許文献1)、及びポリエチレンイミン(PEI)を用いたタンパク質またはペプチドの細胞内導入方法(特許文献2)であり、これらの方法により、細胞外であらかじめ調製した各種のタンパク質を簡便に生細胞内に導入することが可能になった。   The present inventors have previously developed a method for introducing a protein into a living cell through electrostatic adsorption to the surface of a living cell having a negative charge by cationizing the protein. . The method uses a specific bond such as antibody-Protein A / G or biotin-avidin (Patent Document 1), and a method for intracellularly introducing a protein or peptide using polyethyleneimine (PEI) (Patent Document 2). By these methods, various proteins prepared in advance outside the cell can be easily introduced into living cells.

上記ポリエチレンイミンを用いたタンパク質またはペプチドの細胞内導入方法は、具体的には、タンパク質またはペプチドとポリエチレンイミンとを、例えばEDC(1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩)、DCC(N,N−ジシクロヘキシルカルボジイミド)、SPDP(N−スクシニミジル−3−(2−ピリジルジチオ)プロピオネート)、2−イミノチオラン、GMBS(N−(4−マレイミドブチリルオキシ)スクシンイミド)などを用いて共有結合させて複合体を作製し、タンパク質を導入しようとする細胞を含む培地中に、該複合体を添加して培養すると、複合体が細胞内に取り込まれる、という方法である(特許文献2)。   Specifically, the method for introducing a protein or peptide into a cell using polyethyleneimine specifically includes, for example, converting EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) into a protein or peptide and polyethyleneimine. , DCC (N, N-dicyclohexylcarbodiimide), SPDP (N-succinimidyl-3- (2-pyridyldithio) propionate), 2-iminothiolane, GMBS (N- (4-maleimidobutyryloxy) succinimide), etc. This is a method in which a complex is produced by covalent bonding, and when the complex is added and cultured in a medium containing cells into which the protein is to be introduced, the complex is taken into the cells (Patent Document 2). ).

しかし、このポリエチレンイミンを用いたタンパク質またはペプチドの細胞内導入方法では、目的のタンパク質またはペプチドとポリエチレンイミンとを、上記EDCなどの試薬を用いて共有結合させなければならない。   However, in this method for introducing a protein or peptide into cells using polyethyleneimine, the target protein or peptide and polyethyleneimine must be covalently bound using a reagent such as EDC.

また、従来から用いられているタンパク質を細胞内に導入する方法に、塩基性ペプチドを融合する方法(非特許文献1)、及び上記カチオン化アビジンと複合体を形成させて導入する方法(特許文献1)があるが、これらの手法は簡便性に劣る。また、カチオン性脂質をベースとした各種のタンパク質導入試薬(ChariotTM、BioporterTMなど)も市販されているが、必ずしも導入効率が良いとはいえない。 In addition, a conventional method of introducing a protein into a cell, a method of fusing a basic peptide (Non-patent Document 1), and a method of introducing a complex with the cationized avidin (Patent Document) Although there is 1), these methods are inferior in convenience. Various protein introduction reagents (Chariot , Bioporter ™, etc.) based on cationic lipids are also commercially available, but the introduction efficiency is not always good.

一方、組換えタンパク質として大腸菌での可溶性発現および簡便なアフィニティー精製が可能な、グルタチオンSトランスフェラーゼ(GST)融合タンパク質は、1990年代から世界中で多用され、基礎研究分野で大きく活用されている。最近、このGST融合タンパク質そのものが細胞内によく取り込まれるとの報告(非特許文献2)がなされたが、本発明者らの追試結果では、導入効率は非常に低かった。   On the other hand, glutathione S transferase (GST) fusion proteins capable of soluble expression in Escherichia coli and simple affinity purification as recombinant proteins have been widely used all over the world since the 1990s, and are widely used in basic research fields. Recently, it has been reported that the GST fusion protein itself is well taken up into cells (Non-patent Document 2). However, according to the results of the inventors' additional tests, the introduction efficiency was very low.

特願2002−342486号明細書Japanese Patent Application No. 2002-342486 特開2004−49214号公報JP 2004-49214 A Schwarze SR,Ho A,Vocero−Akbani A and Dowdy SF.,In vivo protein transduction:delivery of a biologically active protein into the mouse.,Science,285(5433),1569−1572,1999.Schwarze SR, Ho A, Vocero-Akbani A and Dowdy SF. , In vivo protein transduction: delivery of a biologically active protein into the mouse. , Science, 285 (5433), 1569-1572, 1999. Namiki S,Tomida T,Tanabe M,Iino M and Hirose K,Intracellular delivery of glutathione S−transferase into mammalian cells.,Biochem. Biophys. Res. Commun.,305(3),592−597,2003.Namiki S, Tomida T, Tanabe M, Iino M and Hirose K, Intracellular delivery of glutathione S-transferred into mammalian cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 305 (3), 592-597, 2003.

本発明の目的は、簡便な操作で高効率でグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を細胞内へ導入する試薬及び方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a reagent and a method for introducing a glutathione S transferase fusion protein into cells with high efficiency by a simple operation.

本発明者らは、グルタチオンSトランスフェラーゼと目的タンパク質との融合タンパク質(以下、単に「グルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質」という)を効率良く細胞内へ導入できるように、ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体を用いたカチオン化法をグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質に適用した。本発明者らは、この適用において使用するためのポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体とグルタチオンとの新規な結合体を合成することに成功した。この結合体を用いることにより、簡便な操作で効率よくタンパク質を細胞内に導入できることを見出し、本発明を完成した。   The present inventors used polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof so that a fusion protein of glutathione S transferase and a target protein (hereinafter simply referred to as “glutathione S transferase fusion protein”) can be efficiently introduced into cells. The cationization method was applied to glutathione S transferase fusion protein. The inventors have succeeded in synthesizing a novel conjugate of polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and glutathione for use in this application. By using this conjugate, it was found that proteins can be efficiently introduced into cells by a simple operation, and the present invention was completed.

本発明の特徴は、要約すると以下の通りである。
(1)ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体とグルタチオンとの結合体。好ましくは、ポリエチレンイミンとグルタチオンが、モル比で1:1〜1:20、より好ましくは1:1〜1:10、更に好ましくは1:1〜1:5、特に好ましくは1:1〜1:3で結合した結合体。
(2)ポリエチレンイミンの数平均分子量が100〜100,000の範囲である、(1)に記載の結合体。
(3)ポリエチレンイミンが分岐状構造を有する、(1)または(2)に記載の結合体。
(4)化学修飾誘導体が、ポリエチレンイミンのN−アルキル誘導体、N−アシル誘導体、N−スルホニル誘導体またはシッフ塩基誘導体である、(1)〜(3)のいずれかに記載の結合体。
(5)グルタチオンが還元型グルタチオンである、(1)〜(4)のいずれかに記載の結合体。
The features of the present invention are summarized as follows.
(1) A conjugate of polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and glutathione. Preferably, polyethyleneimine and glutathione are in a molar ratio of 1: 1 to 1:20, more preferably 1: 1 to 1:10, still more preferably 1: 1 to 1: 5, and particularly preferably 1: 1 to 1. : Conjugate bound at 3.
(2) The conjugate according to (1), wherein the polyethyleneimine has a number average molecular weight in the range of 100 to 100,000.
(3) The conjugate according to (1) or (2), wherein the polyethyleneimine has a branched structure.
(4) The conjugate according to any one of (1) to (3), wherein the chemically modified derivative is an N-alkyl derivative, N-acyl derivative, N-sulfonyl derivative or Schiff base derivative of polyethyleneimine.
(5) The conjugate according to any one of (1) to (4), wherein the glutathione is a reduced glutathione.

(6)ポリエチレンイミンとグルタチオンがジスルフィド結合を介して結合した、(1)〜(5)のいずれかに記載の結合体。
(7)(1)〜(6)のいずれかに記載の結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質との複合体。
(8)結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質が、モル比で1:10〜100:1で結合した、(7)に記載の複合体。
(9)ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体と2,2−ジピリジルジスルフィドを、ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体のアミノ基と反応してチオール基を露出させる試薬の存在下で反応させ、得られた生成物に還元型グルタチオンを接触させる工程を含む、(1)〜(6)のいずれかに記載の結合体を製造する方法。
(10)試薬が、γ−チオブチロラクトン、メチル 4−メルカプトアルカンイミデート、2−イミノチオランまたはN-アセチルホモシステインチオラクトンである、(9)に記載の方法。
(6) The conjugate according to any one of (1) to (5), wherein polyethyleneimine and glutathione are bonded via a disulfide bond.
(7) A complex of the conjugate according to any one of (1) to (6) and a glutathione S transferase fusion protein.
(8) The complex according to (7), wherein the conjugate and the glutathione S-transferase fusion protein are bound at a molar ratio of 1:10 to 100: 1.
(9) Polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and 2,2-dipyridyl disulfide are reacted in the presence of a reagent that reacts with the amino group of polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof to expose a thiol group. A method for producing a conjugate according to any one of (1) to (6), comprising a step of bringing reduced glutathione into contact with a product.
(10) The method according to (9), wherein the reagent is γ-thiobutyrolactone, methyl 4-mercaptoalkaneimidate, 2-iminothiolane or N-acetylhomocysteine thiolactone.

(11)化学修飾誘導体が、ポリエチレンイミンのN−アルキル誘導体、N−アシル誘導体、N−スルホニル誘導体またはシッフ塩基誘導体である、(9)または(10)に記載の方法。
(12)(1)〜(6)のいずれかに記載の結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を混合して、それらの複合体を形成することを含む、(7)または(8)に記載の複合体を製造する方法。
(13)結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を、モル比で1:1〜100:1で混合することを含む、(12)に記載の方法。
(14)グルタチオンSトランスフェラーゼをコードする遺伝子と目的タンパク質をコードする遺伝子を融合して融合遺伝子を作製し、該融合遺伝子を大腸菌で発現させてグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を得る工程をさらに含む、(12)または(13)に記載の方法。
(15)(1)〜(6)のいずれかに記載の結合体を用いて目的タンパク質を細胞内に輸送することを含む、タンパク質の細胞内導入方法。
(11) The method according to (9) or (10), wherein the chemically modified derivative is an N-alkyl derivative, N-acyl derivative, N-sulfonyl derivative or Schiff base derivative of polyethyleneimine.
(12) The method according to (7) or (8), comprising mixing the conjugate according to any one of (1) to (6) and a glutathione S-transferase fusion protein to form a complex thereof. A method for producing a composite.
(13) The method according to (12), comprising mixing the conjugate and glutathione S-transferase fusion protein in a molar ratio of 1: 1 to 100: 1.
(14) The method further comprises the step of preparing a fusion gene by fusing a gene encoding glutathione S transferase and a gene encoding the target protein, and expressing the fusion gene in E. coli to obtain a glutathione S transferase fusion protein. ) Or the method according to (13).
(15) A method for introducing a protein into a cell, comprising transporting the target protein into the cell using the conjugate according to any one of (1) to (6).

(16)結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を混合して、それらの複合体を形成することを含む、(15)に記載の方法。
(17)結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質の混合比が、モル比で1:1〜100:1である、(16)に記載の方法。
(18)(7)または(8)に記載の複合体を用いてタンパク質を細胞内に輸送することを含む、目的タンパク質の細胞内導入方法。
(19)(1)〜(6)のいずれかに記載の結合体を含む、タンパク質の細胞内導入剤。
(20)(7)または(8)に記載の複合体を含む、タンパク質の細胞内導入剤。
(21)(19)に記載のタンパク質の細胞内導入剤を含む、タンパク質の細胞内導入キット。
(22)(20)に記載のタンパク質の細胞内導入剤を含む、タンパク質の細胞内導入キット。
(16) The method according to (15), comprising mixing the conjugate and glutathione S-transferase fusion protein to form a complex thereof.
(17) The method according to (16), wherein the mixture ratio of the conjugate and glutathione S-transferase fusion protein is 1: 1 to 100: 1 in terms of molar ratio.
(18) A method for introducing a protein of interest into a cell, comprising transporting the protein into a cell using the complex according to (7) or (8).
(19) A protein intracellular introduction agent comprising the conjugate according to any one of (1) to (6).
(20) A protein intracellular introduction agent comprising the complex according to (7) or (8).
(21) A protein intracellular introduction kit comprising the protein intracellular introduction agent according to (19).
(22) A protein intracellular introduction kit comprising the protein intracellular introduction agent according to (20).

以下、本明細書において、ポリエチレンイミンはPEIと、グルタチオンはGSHと、グルタチオンSトランスフェラーゼはGSTと表すことがある。   Hereinafter, in this specification, polyethyleneimine may be expressed as PEI, glutathione as GSH, and glutathione S transferase as GST.

また、結合体、複合体の表記は、結合体または複合体の構成要素を「−」でつなげ、つないだ順番で構成要素同士が結合していることを示す。例えば、「PEI−GSH−GST融合タンパク質」複合体は、ポリエチレンイミン、グルタチオン、グルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質で構成され、この順番で結合している複合体を示す。   Moreover, the description of a conjugate | bonded_body and a composite_body | complex connects the component of a conjugate | bonded_body or a composite_body | complex with "-", and shows that the components are couple | bonded in the connected order. For example, the “PEI-GSH-GST fusion protein” complex is composed of polyethyleneimine, glutathione, glutathione S transferase fusion protein, and indicates a complex bound in this order.

本発明により、ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体とグルタチオンとの結合体を用いることによってグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を簡便に高効率で細胞内に導入することができる。   According to the present invention, a glutathione S-transferase fusion protein can be easily and efficiently introduced into cells by using a conjugate of polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and glutathione.

本発明の結合体は、ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体とグルタチオンとの結合生成物である。   The conjugate of the present invention is a coupling product of polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and glutathione.

ポリエチレンイミン(PEI)は、直鎖状または分岐鎖状構造のいずれでもよく、分岐鎖状構造には橋かけ構造も含まれる。分岐鎖状PEIは、例えば下記式で表される。   Polyethyleneimine (PEI) may have a linear or branched structure, and the branched structure includes a bridged structure. The branched chain PEI is represented by the following formula, for example.

Figure 0005097412
(式中、x及びyはそれぞれ1以上の整数である。)
Figure 0005097412
(In the formula, x and y are each an integer of 1 or more.)

また、上記式中、分岐鎖末端のアミノ部分は、遊離アミノ基でもよいし、あるいはエチレンイミンの更なる重合鎖を表す。   In the above formula, the amino moiety at the end of the branched chain may be a free amino group or represents a further polymer chain of ethyleneimine.

PEIは、大きな正の電荷密度を有する水溶性ポリマーである。なお、PEIはかまぼこの沈殿剤などの食品添加物としても利用されており、生体に対する安全性が確認されている。   PEI is a water-soluble polymer with a large positive charge density. PEI is also used as a food additive such as kamaboko precipitant, and its safety to the living body has been confirmed.

PEIは、分岐鎖状構造を有するものが好ましく、例えば下記式   PEI preferably has a branched chain structure, for example, the following formula

Figure 0005097412
Figure 0005097412

で例示されるような枝分かれ構造を有するPEIが、より正電荷密度が高いことから好ましい。また、分子量は、細胞導入効率、取扱い性などを考慮すると、分子量が100〜100,000の範囲のPEIが好ましく、100〜10,000のPEIがより好ましく、200〜3,000のPEIが更に好ましく、500〜1,800の低分子量のPEIが特に好ましい。 PEI having a branched structure as exemplified in the above is preferable because of higher positive charge density. Further, the molecular weight is preferably PEI having a molecular weight in the range of 100 to 100,000, more preferably 100 to 10,000, and even more preferably 200 to 3,000 in consideration of cell introduction efficiency, handleability, and the like. PEI having a low molecular weight of 500 to 1,800 is particularly preferable.

PEIは市販されており、例えば(株)日本触媒のエポミン(商標)が好適に用いられる。   PEI is commercially available. For example, Epomin (trademark) manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. is preferably used.

また、PEIの化学修飾誘導体は、PEIのアミノ基(好ましくは1級アミノ基)と、それと反応しうるすべての化学修飾剤とから形成することができる。化学修飾剤の例は、置換されたまたは未置換の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族、脂環式および複素環式の、アルキル化剤、アシル化剤、スルホニル化剤などを含む。   In addition, a chemically modified derivative of PEI can be formed from an amino group (preferably a primary amino group) of PEI and all chemical modifiers that can react with the amino group. Examples of chemical modifiers include substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, aliphatic, aromatic, alicyclic and heterocyclic alkylating agents, acylating agents, sulfonylating agents, etc. .

本明細書中で使用される「脂肪族」は、アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基を指し、好ましくは炭素数1〜6(C1〜C6)、より好ましくは炭素数1〜4(C1〜C4)の炭化水素基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチルなどである。   As used herein, “aliphatic” refers to an alkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group, preferably having 1 to 6 carbon atoms (C1 to C6), more preferably 1 to 4 carbon atoms (C1 to C4). ) Hydrocarbon groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl and the like.

本明細書中で使用される「芳香族」は、ベンゼン核を含む炭化水素基を指し、例えばフェニル基、フェニレン基などが挙げられる。   As used herein, “aromatic” refers to a hydrocarbon group containing a benzene nucleus, and examples thereof include a phenyl group and a phenylene group.

本明細書中で使用される「脂環式」は、飽和単環水素基あるいは1または2個の二重結合を含む不飽和単環炭化水素基を指し、例えばシクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘキセニル基などが挙げられる。   As used herein, “alicyclic” refers to a saturated monocyclic hydrogen group or an unsaturated monocyclic hydrocarbon group containing one or two double bonds, such as a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, A cyclohexenyl group etc. are mentioned.

本明細書中で使用される「複素環式」は、飽和または不飽和の環に1または複数のヘテロ原子(例えばN、O、Sなど)を含む単環または縮合環式炭化水素基を指し、例えばピロリジル、ピリジル、ピペリジニル、ピペラジニル、モルホリノ、インドリル、イミダゾリル、チオフェニルなどが挙げられる。   As used herein, “heterocyclic” refers to a monocyclic or fused cyclic hydrocarbon group containing one or more heteroatoms (eg, N, O, S, etc.) in a saturated or unsaturated ring. Pyrrolidyl, pyridyl, piperidinyl, piperazinyl, morpholino, indolyl, imidazolyl, thiophenyl and the like.

置換基として、例えばハロゲン原子(F、Cl、BrまたはI)、フェニル、ヒドロキシ、アミノ、シアノ、アルコキシ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、カルボニル、アルコキシカルボニルなどが挙げられる。   Examples of the substituent include a halogen atom (F, Cl, Br or I), phenyl, hydroxy, amino, cyano, alkoxy, alkylamino, dialkylamino, carbonyl, alkoxycarbonyl and the like.

アルキル化剤の例は、ハロゲン化アルキル、エポキシドなどである。
アシル化剤の例は、エステル、酸ハロゲン化物、酸無水物などである。
スルホニル化剤の例は、ハロゲン化アルキルスルホニルなどである。
Examples of alkylating agents are alkyl halides, epoxides and the like.
Examples of acylating agents are esters, acid halides, acid anhydrides and the like.
Examples of sulfonylating agents are alkylsulfonyl halides and the like.

その他の例は、アルデヒドであり、アミノ基との反応によってシッフ(Schiff)塩基が形成される。   Another example is an aldehyde, which forms a Schiff base by reaction with an amino group.

具体的なアルキル化剤の例として、スチレンオキサイド、エポキシブテン、ハロゲン化C1〜C6アルキル、好ましくはC1〜C4アルキル、C1〜C4アルケニル、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、プロペニル、ブテニルなどが挙げられる。   Examples of specific alkylating agents include styrene oxide, epoxybutene, halogenated C1-C6 alkyl, preferably C1-C4 alkyl, C1-C4 alkenyl such as methyl, ethyl, propyl, butyl, propenyl, butenyl and the like. It is done.

具体的なアシル化剤の例として、C1〜C6アルカノイルハライド、好ましくはC1〜C4アルカノイルハライド、例えば塩化アセチル、塩化プロピオニル、塩化ブチリル、などが挙げられる。   Specific examples of acylating agents include C1-C6 alkanoyl halides, preferably C1-C4 alkanoyl halides such as acetyl chloride, propionyl chloride, butyryl chloride, and the like.

具体的なスルホニル化剤の例として、C1〜C6アルカンスルホニルハライド、好ましくはC1〜C4アルカンスルホニルハライド、例えば塩化メタンスルホニル、塩化エタンスルホニルなどが挙げられる。   Specific examples of the sulfonylating agent include C1-C6 alkanesulfonyl halides, preferably C1-C4 alkanesulfonyl halides such as methanesulfonyl chloride and ethanesulfonyl chloride.

従って、本発明において、PEIの化学修飾誘導体には、例えばN−アルキル誘導体、N−アシル誘導体、N−スルホニル誘導体、シッフ塩基誘導体などが含まれる。
グルタチオン(GSH)は下記式で表される。
Accordingly, in the present invention, chemically modified derivatives of PEI include, for example, N-alkyl derivatives, N-acyl derivatives, N-sulfonyl derivatives, Schiff base derivatives, and the like.
Glutathione (GSH) is represented by the following formula.

Figure 0005097412
Figure 0005097412

グルタチオンは、グルタミン酸、システイン、グリシンがこの順番でペプチド結合したトリペプチドである。ただしグルタミン酸とシステインの結合はグルタミン酸側鎖のγ−カルボキシ基とシステイン主鎖のα−アミノ酸からなるγ−グルタミル結合であるため、ほとんどのプロテアーゼに対して耐性であり分解されず、α−グルタミルトランスペプチターゼなどのごく限られた酵素のみが分解できる。   Glutathione is a tripeptide in which glutamic acid, cysteine, and glycine are peptide-bonded in this order. However, since the bond between glutamic acid and cysteine is a γ-glutamyl bond consisting of the γ-carboxy group of the glutamic acid side chain and the α-amino acid of the cysteine main chain, it is resistant to most proteases and is not degraded, and α-glutamyltrans Only a limited number of enzymes such as peptidase can be degraded.

グルタチオンは、多様な生物種の細胞に濃度0.5〜10mMで存在し、ラジカルの捕捉、酸化還元による細胞機能の調節を行い、各種酵素のSH供与体でもある。また、抗酸化成分としても知られ、グルタチオンを含有したサプリメントなどが市販されている。   Glutathione is present at a concentration of 0.5 to 10 mM in cells of various biological species, regulates cell functions by scavenging radicals and redox, and is also an SH donor for various enzymes. Also known as an antioxidant component, supplements containing glutathione are commercially available.

グルタチオンには、還元型(GSH)と酸化型(GSSG)があり、酸化型は、2分子の還元型グルタチオンがジスルフィド結合で結合した分子である。細胞内のグルタチオンは、ほとんどが還元型である。本発明では還元型グルタチオンを使用することが好ましい。本明細書において、特に明記がない限り、グルタチオンは還元型グルタチオン(GSH)を示す。   Glutathione has a reduced form (GSH) and an oxidized form (GSSG), and the oxidized form is a molecule in which two molecules of reduced glutathione are bonded by a disulfide bond. Most intracellular glutathione is reduced. In the present invention, it is preferable to use reduced glutathione. In the present specification, unless otherwise specified, glutathione indicates reduced glutathione (GSH).

グルタチオンは市販されており、例えばナカライテスク(株)のGSHやRoche Applied Science社のGlutathione reduced (GSH)などが好適に用いられる。   Glutathione is commercially available, and for example, GSH from Nacalai Tesque, Inc., Glutathione reduced (GSH) from Roche Applied Science, etc. are preferably used.

本発明の結合体は、PEIとGSHがジスルフィド結合を介して結合しており、モル比で好ましくは1:1〜1:20、より好ましくは1:1〜1:10、更に好ましくは1:1〜1:5、特に好ましくは1:1〜1:3で結合している。   In the conjugate of the present invention, PEI and GSH are bonded via a disulfide bond, and the molar ratio is preferably 1: 1 to 1:20, more preferably 1: 1 to 1:10, and still more preferably 1: The bonds are in the range of 1 to 1: 5, particularly preferably 1: 1 to 1: 3.

また本発明のPEI−GSH結合体に、更にグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質(GST融合タンパク質)が結合できる。   Furthermore, a glutathione S transferase fusion protein (GST fusion protein) can be further bound to the PEI-GSH conjugate of the present invention.

GST融合タンパク質は、上記GSTと細胞に導入したい目的タンパク質との融合体である。GSTは、多様な生物種に広く存在し、薬物などの種々の化合物にグルタチオンを転移し、グルタチオン抱合体を産生する酵素である。目的タンパク質は、特に限定されず、ペプチド、酵素、その他機能性(生理活性または生物活性)を有するタンパク質などの任意のタンパク質を含む。また糖鎖、脂質、リン酸基などの化学修飾基が結合したタンパク質も含む。さらにタンパク質は天然状態でも変性状態であってもよい。目的タンパク質として、例えばp53やCaspase、PPARγ、あるいは人工的に修飾したタンパク質などが挙げられる。   The GST fusion protein is a fusion of the GST and a target protein to be introduced into a cell. GST is an enzyme that is widely present in various biological species and transfers glutathione to various compounds such as drugs to produce glutathione conjugates. The target protein is not particularly limited, and includes any protein such as a peptide, an enzyme, and other proteins having functionality (physiological activity or biological activity). It also includes proteins to which chemical modification groups such as sugar chains, lipids, and phosphate groups are bound. Furthermore, the protein may be in its native state or in a denatured state. Examples of the target protein include p53, Caspase, PPARγ, and artificially modified protein.

本発明の結合体とGST融合タンパク質は、好ましくはモル比で、約1:10〜100:1、より好ましくは1:5〜10:1、更に好ましくは1:2〜2:1で結合している。GSTとグルタチオンの結合様式については、Nishida M,Harada S,Noguchi S,Satow Y,Inoue H and Takahashi K.,Three−dimensional structure of Escherichia coli glutathione S−transferase complexed with glutathione sulfonate:catalytic roles of Cys10 and His106.,J. Mol. Biol.,281(1),135−147,1998における複合体のX線結晶構造解析の結果からも明らかなとおり、1分子のGSTタンパク質に1分子のグルタチオン分子が結合する。   The conjugate of the present invention and the GST fusion protein bind preferably in a molar ratio of about 1:10 to 100: 1, more preferably 1: 5 to 10: 1, and even more preferably 1: 2 to 2: 1. ing. For the binding mode of GST and glutathione, see Nishida M, Harada S, Noguchi S, Satow Y, Inoue H and Takahashi K. et al. , Three-dimensional structure of Escherichia coli glutathione S-transfer complex with glutensulfate of Cys. , J .; Mol. Biol. , 281 (1), 135-147, 1998, as is clear from the results of X-ray crystal structure analysis of the complex, one molecule of glutathione molecule binds to one molecule of GST protein.

以下、本発明の結合体の製造方法を説明する。
本発明の結合体の製造方法は、PEIまたはその化学修飾誘導体と2,2−ジピリジルジスルフィドを、PEIまたはその化学修飾誘導体のアミノ基と反応してチオール基を露出させる試薬の存在下で反応させ、得られた生成物に還元型グルタチオンを接触させる工程を含む。
Hereinafter, the manufacturing method of the conjugate | bonded_body of this invention is demonstrated.
The method for producing a conjugate of the present invention comprises reacting PEI or a chemically modified derivative thereof with 2,2-dipyridyl disulfide in the presence of a reagent that reacts with the amino group of PEI or a chemically modified derivative thereof to expose a thiol group. And a step of bringing reduced glutathione into contact with the obtained product.

ポリエチレンイミンは、例えば数平均分子量100〜100,000のものを好適に用いることができ、例えば上記(株)日本触媒のエポミン(数平均分子量300、600、1,200、1,800、10,000、70,000)を用いることができる。
2,2−ジピリジルジスルフィドは、下記式で表される。
For example, polyethyleneimine having a number average molecular weight of 100 to 100,000 can be suitably used. For example, Epomin (number average molecular weight 300, 600, 1,200, 1,800, 10, 000, 70,000) can be used.
2,2-dipyridyl disulfide is represented by the following formula.

Figure 0005097412
Figure 0005097412

2,2−ジピリジルジスルフィドは、例えばSigma社のアルドリチオール(商標)やDOJINDO社の2−PDSなどを好適に用いることができる。   As 2,2-dipyridyl disulfide, for example, Aldrithiol (trademark) manufactured by Sigma or 2-PDS manufactured by DOJINDO can be preferably used.

ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体のアミノ基と反応してチオール基を露出させる試薬は、例えばγ−チオブチロラクトン、メチル 4−メルカプトアルカンイミデート、2−イミノチオランまたはN-アセチルホモシステインチオラクトンが挙げられる。特にγ−チオブチロラクトンが好適であり、γ−チオブチロラクトンは下記式で表される。   Examples of the reagent that exposes the thiol group by reacting with the amino group of polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof include γ-thiobutyrolactone, methyl 4-mercaptoalkaneimidate, 2-iminothiolane, or N-acetylhomocysteine thiolactone. . In particular, γ-thiobutyrolactone is suitable, and γ-thiobutyrolactone is represented by the following formula.

Figure 0005097412
Figure 0005097412

γ−チオブチロラクトンとしては、例えばSIGMA−ALDLICH社のγ−チオブチロラクトンを好適に用いることができる。   As γ-thiobutyrolactone, for example, γ-thiobutyrolactone manufactured by SIGMA-ALDLICH can be suitably used.

本発明のPEI−GSH結合体は、例えば図1のスキームに従って合成することができる。具体的には、例えば以下の手順で合成することができる。   The PEI-GSH conjugate of the present invention can be synthesized, for example, according to the scheme of FIG. Specifically, for example, it can be synthesized by the following procedure.

まず、PEIをテトラヒドロフラン(THF)などの溶媒に溶解し、これにアルドリチオールを溶解する。ここに攪拌下でγ−チオブチロラクトンを添加し、約50℃で数時間攪拌した後、2層に分離した上澄みをロータリーエバポレーターにより濃縮する。これを超純水で再溶解し、ヘキサンを用いて洗浄した後、反応に用いたアルドリチオールに対する約0.9倍モル相当量の還元型グルタチオンを添加し、PEI−GSH結合体を取得する。   First, PEI is dissolved in a solvent such as tetrahydrofuran (THF), and aldolthiol is dissolved therein. Γ-thiobutyrolactone is added thereto with stirring, and the mixture is stirred for several hours at about 50 ° C., and then the supernatant separated into two layers is concentrated by a rotary evaporator. This is redissolved with ultrapure water and washed with hexane, and then about 0.9 times the molar equivalent of reduced glutathione to the aldolthiol used in the reaction is added to obtain a PEI-GSH conjugate. .

また、PEIを上記のように化学修飾して、修飾PEI−GSH結合体を合成することもできる。例えば、PEIを適当な溶媒に溶解し、PEIのアミノ基と反応する化学修飾剤を添加し、必要に応じてアミンなどの塩基の存在下で、約0〜数十℃で数時間反応させて、修飾を行う。得られた修飾PEIとGSHを用いて、上記合成手順と同様にして修飾PEI−GSH結合体を合成する。   Alternatively, PEI can be chemically modified as described above to synthesize a modified PEI-GSH conjugate. For example, PEI is dissolved in a suitable solvent, a chemical modifier that reacts with the amino group of PEI is added, and the reaction is carried out for about several hours at about 0 to several tens of degrees Celsius in the presence of a base such as an amine as necessary. , Make the modification. Using the obtained modified PEI and GSH, a modified PEI-GSH conjugate is synthesized in the same manner as the above synthesis procedure.

上記のようにして合成したPEI−GSH結合体または修飾PEI−GSH結合体に、GST融合タンパク質を接触させる工程を更に含めることができる。この工程により、GSHとGSTが特異的に結合し、PEI−GSH−GST融合タンパク質または修飾PEI−GSH−GST融合タンパク質の複合体が形成される。接触させる際のPEI−GSH結合体または修飾PEI−GSH結合体とGST融合タンパク質のモル比は、好ましくは1:1〜100:1、より好ましくは1:1〜20:1、最も好ましくは1:1〜10:1である。   The method may further comprise contacting the GST fusion protein with the PEI-GSH conjugate or modified PEI-GSH conjugate synthesized as described above. By this step, GSH and GST are specifically bound to form a PEI-GSH-GST fusion protein or a modified PEI-GSH-GST fusion protein complex. The molar ratio of PEI-GSH conjugate or modified PEI-GSH conjugate to GST fusion protein upon contact is preferably 1: 1 to 100: 1, more preferably 1: 1 to 20: 1, most preferably 1. : 1 to 10: 1.

上記GST融合タンパク質は、例えば、GSTをコードする遺伝子と目的タンパク質をコードする遺伝子を融合して融合遺伝子を作製し、適当な発現ベクターに組込んだのち、この融合遺伝子を大腸菌などの細菌、酵母、動物細胞などの宿主細胞で発現させることにより得られる。好ましくは、組換えタンパク質の有効な発現方法の1つとして多用されているGST gene fusion systemが用いられる。このシステムの優位性は、可溶性としてタンパク質を発現させやすい点や、GST部分を利用したアフィニティークロマトグラフィーの手法を用いて、簡便に精製することが可能な点が挙げられ、世界中で多用されている手法である。ここで得られたGST融合タンパク質は、主に試験管内(生細胞外)で様々な生化学的な実験に用いられている。   The GST fusion protein is prepared, for example, by fusing a gene encoding GST and a gene encoding a target protein, and integrating the gene into an appropriate expression vector. It can be obtained by expressing in a host cell such as an animal cell. Preferably, GST gene fusion system, which is widely used as one of effective expression methods for recombinant proteins, is used. The advantages of this system are that it is easy to express proteins as soluble, and that it can be easily purified using affinity chromatography techniques using the GST moiety, and is widely used all over the world. It is a technique. The GST fusion protein obtained here is mainly used for various biochemical experiments in vitro (external to living cells).

GST gene fusion systemに用いられる発現ベクターはキットとして市販されており、例えばpGEXシリーズ(GEヘルスケアバイオサイエンス社、アマシャムファルマシア社)、pETシリーズ(Novagen社)がある。以下、例としてpGEXベクターを使用した場合のGST融合タンパク質の製造方法について説明する。   Expression vectors used in the GST gene fusion system are commercially available as kits, such as the pGEX series (GE Healthcare Biosciences, Amersham Pharmacia) and the pET series (Novagen). Hereinafter, as an example, a method for producing a GST fusion protein using a pGEX vector will be described.

pGEXベクターは、GST遺伝子の配列の下流にプロテアーゼ認識部位とマルチクローニングサイトを配置したベクターである。目的タンパク質の遺伝子をベクター上のGST遺伝子(例えば住血吸虫由来)の下流にフレームを合わせて組み込み、大腸菌菌体内で融合タンパク質として大量発現することができる。また、pGEXベクターは、lac I遺伝子を有しており、IPTG(イソプロピル−1−チオ−β−ガラクトシド)添加によりタンパク質の発現を誘導することができ、種々の大腸菌を宿主として使用することができる。例えば、BL21、DH5α、JM109、TG1、XL1 Blueなどの大腸菌を好適に使用できる。目的タンパク質のcDNAを鋳型にして制限酵素(例えばEco RI、Xhol、SacI、SmaI、Bam HI、AccI、PstI、Hin dIIIなど)の認識配列を付加させたPCR増幅断片をpGEXに連結し、発現ベクターを作製する。これを上記大腸菌に形質転換し、例えばアンピシリンを含む培地(LB(Amp)など)で37℃で培養する。O.D.600=0.6〜0.8になったら、IPTGを終濃度が例えば0.1〜1mMになるように加え、例えば30℃で2〜5時間培養する。なお、IPTG濃度、培養温度、培養時間は目的タンパク質により最適条件が異なるので事前に検討することが好ましい。遠心分離により集菌し、バッファー(PBS、GSTバッファーなど)に懸濁して、例えばソニケーターで菌体を破壊する。遠心分離して上清を菌体タンパク質として回収する。例えば平衡化したグルタチオン−セファロース4Bを少量加え、30分間〜2時間、4℃で緩やかに振る。4℃で遠心して上清を捨て、グルタチオン−セファロース4Bを回収する。グルタチオン−セファロース4Bをバッファーで繰返し洗浄する。ここで、精製サンプル、ソニケーション後の可溶性画分、不溶性画分、吸着後のグルタチオン−セファロース上清をSDS−PAGEにより泳動して、精製の確認を行う。 The pGEX vector is a vector in which a protease recognition site and a multiple cloning site are arranged downstream of the GST gene sequence. The target protein gene can be incorporated in a frame downstream of the GST gene (eg, from Schistosoma japonicum) on the vector, and expressed in a large amount as a fusion protein in E. coli cells. The pGEX vector has a lac I q gene, and can induce protein expression by adding IPTG (isopropyl-1-thio-β-galactoside), and can use various E. coli as hosts. it can. For example, E. coli such as BL21, DH5α, JM109, TG1, and XL1 Blue can be suitably used. A PCR amplified fragment to which a recognition sequence of a restriction enzyme (eg, Eco RI, Xhol, SacI, SmaI, BamHI, AccI, PstI, HindIII, etc.) is added using the target protein cDNA as a template is ligated to pGEX, Is made. This is transformed into the above-mentioned Escherichia coli and cultured at 37 ° C. in a medium containing ampicillin (LB (Amp + ) or the like), for example. O. D. When 600 = 0.6 to 0.8, IPTG is added to a final concentration of, for example, 0.1 to 1 mM, and cultured at 30 ° C. for 2 to 5 hours, for example. It should be noted that the optimum conditions for the IPTG concentration, the culture temperature, and the culture time differ depending on the target protein, so it is preferable to examine them in advance. Bacteria are collected by centrifugation, suspended in a buffer (PBS, GST buffer, etc.), and the cells are destroyed using, for example, a sonicator. Centrifugation is performed, and the supernatant is collected as bacterial protein. For example, a small amount of equilibrated glutathione-Sepharose 4B is added, and gently shaken at 4 ° C. for 30 minutes to 2 hours. Centrifuge at 4 ° C., discard the supernatant, and collect glutathione-Sepharose 4B. Glutathione-Sepharose 4B is washed repeatedly with buffer. Here, the purified sample, the soluble fraction after sonication, the insoluble fraction, and the glutathione-sepharose supernatant after adsorption are electrophoresed by SDS-PAGE to confirm purification.

精製確認後、グルタチオン−セファロース4Bをアフィニティービーズとして溶出を行うことができる。グルタチオン−セファロース4Bを遠心して上清を除去し、レジンと等量の溶出バッファーを加え、例えば4℃で5〜10分緩やかに攪拌し、遠心して上清を回収する、というサイクルを数回繰り返し、GST融合タンパク質を回収する。   After purification, glutathione-sepharose 4B can be eluted using affinity beads. Glutathione-Sepharose 4B is centrifuged to remove the supernatant, and the same amount of elution buffer as the resin is added. For example, the mixture is gently stirred at 4 ° C. for 5 to 10 minutes and centrifuged to collect the supernatant several times. Collect the GST fusion protein.

以下、本発明のタンパク質細胞内導入方法について説明する。
本発明のタンパク質細胞内導入方法は、PEI−GSH結合体または修飾PEI−GSH結合体を用いる。上記製造方法で得られたPEI−GSH結合体または修飾PEI−GSH結合体とGST融合タンパク質を、例えば試験管内であらかじめ混合すると、GSHとGSTが特異的に結合して、PEI−GSH−GST融合タンパク質複合体または修飾PEI−GSH−GST融合タンパク質複合体を形成する。これを細胞の培養上清に添加するだけでタンパク質を細胞内に導入でき、非常に簡便である。複合体のPEI−GSH結合体(修飾PEI−GSH結合体):GST融合タンパク質のモル比は、好ましくは1:1〜100:1、より好ましくは1:1〜20:1、更に好ましくは1:1〜10:1、最も好ましくは10:1である。図2に、PEI−GSH−GST融合タンパク質が生細胞内に導入される様子を模式的に示す。
Hereinafter, the protein intracellular introduction method of the present invention will be described.
The protein intracellular introduction method of the present invention uses a PEI-GSH conjugate or a modified PEI-GSH conjugate. When the PEI-GSH conjugate or the modified PEI-GSH conjugate obtained by the above production method and the GST fusion protein are mixed in advance, for example, in a test tube, GSH and GST are specifically bound, and the PEI-GSH-GST fusion is performed. A protein complex or a modified PEI-GSH-GST fusion protein complex is formed. The protein can be introduced into the cell simply by adding it to the cell culture supernatant, which is very convenient. The complex PEI-GSH conjugate (modified PEI-GSH conjugate): GST fusion protein molar ratio is preferably 1: 1 to 100: 1, more preferably 1: 1 to 20: 1, and even more preferably 1. : 1 to 10: 1, most preferably 10: 1. FIG. 2 schematically shows how the PEI-GSH-GST fusion protein is introduced into living cells.

本発明は、GSTとGSHの特異的な結合を利用しており、様々な混合液中に存在するGST融合タンパク質のみを細胞内に導入できることから、以下の様な取り扱いも可能である。すなわち、細胞内のタンパク質はリン酸化等の翻訳後修飾を介して生理活性を調節していることが知られている。これらを検証する目的で、試験管内のGST融合タンパク質を、ある種の酵素や組織・細胞抽出液、化合物、化学反応誘導剤で処理することで翻訳後修飾様の化学修飾を施したGST融合タンパク質を作製し、さらにこの混合液中にPEI−GSH結合体または修飾PEI−GSH結合体を添加することで、目的のGST融合タンパク質とPEI−GSH結合体または修飾PEI−GSH結合体との複合体が形成され、結果として、混合液中に存在するGST融合タンパク質のみが細胞内へ導入できる。従って、特別な精製作業を経ずにこの様な実験を行うことが原理的に可能である。   Since the present invention uses specific binding between GST and GSH, and only GST fusion proteins present in various mixed solutions can be introduced into cells, the following handling is also possible. That is, it is known that intracellular proteins regulate physiological activities through post-translational modifications such as phosphorylation. For the purpose of verifying these, GST fusion proteins that have been subjected to post-translational modification-like chemical modification by treating the in vitro GST fusion protein with certain enzymes, tissue / cell extracts, compounds, and chemical reaction inducers And adding a PEI-GSH conjugate or a modified PEI-GSH conjugate to this mixed solution to form a complex of the target GST fusion protein and the PEI-GSH conjugate or the modified PEI-GSH conjugate. As a result, only the GST fusion protein present in the mixture can be introduced into the cell. Therefore, it is possible in principle to perform such an experiment without going through a special purification operation.

本発明のPEI−GSH結合体(修飾PEI−GSH結合体)またはPEI−GSH−GST融合タンパク質複合体(修飾PEI−GSH−GST融合タンパク質複合体)は、上述のようにタンパク質の細胞内導入剤として用いることができる。研究用試薬として使用できるほか、医薬品、診断薬等としても使用できる。具体的には、シグナル伝達に影響を及ぼすタンパク質や遺伝子発現に関与するタンパク質等を導入することによる細胞機能解析、また、細胞増殖を促進させるタンパク質を導入することによる皮膚や肝臓等の再生医療や細胞増殖を抑制したりアポトーシスを誘導するタンパク質を導入することによるがん治療等に使用できる。   As described above, the PEI-GSH conjugate (modified PEI-GSH conjugate) or PEI-GSH-GST fusion protein complex (modified PEI-GSH-GST fusion protein conjugate) of the present invention is a protein intracellular introduction agent. Can be used as In addition to being used as a research reagent, it can also be used as pharmaceuticals, diagnostics, etc. Specifically, cell function analysis by introducing proteins that affect signal transduction and proteins involved in gene expression, and regenerative medicine such as skin and liver by introducing proteins that promote cell growth, It can be used for cancer treatment by introducing a protein that suppresses cell proliferation or induces apoptosis.

また、PEI−GSH結合体(修飾PEI−GSH結合体)またはPEI−GSH−GST融合タンパク質複合体(修飾PEI−GSH−GST融合タンパク質複合体)をタンパク質の細胞内導入剤として含めた、タンパク質の細胞内導入キットを作製することも可能である。具体的には、例えば、シグナル伝達に影響を及ぼすタンパク質や遺伝子発現に関与するタンパク質等を導入することによる細胞機能解析用キット、細胞増殖を促進させるタンパク質を導入することによる皮膚や肝臓等の再生医療や細胞増殖を抑制したりアポトーシスを誘導するタンパク質を導入することによるがん治療用キット等が挙げられる。   In addition, a protein comprising a PEI-GSH conjugate (modified PEI-GSH conjugate) or a PEI-GSH-GST fusion protein complex (modified PEI-GSH-GST fusion protein complex) as an intracellular introduction agent of the protein. It is also possible to prepare an intracellular introduction kit. Specifically, for example, a kit for cell function analysis by introducing a protein that affects signal transduction or a protein involved in gene expression, or regeneration of skin or liver by introducing a protein that promotes cell proliferation Examples include kits for cancer treatment by introducing a protein that inhibits medical treatment or cell proliferation or induces apoptosis.

なお、タンパク質の細胞内導入技術は種々の手法があるが、グルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質に特化した例は本発明が初めてである。   Although there are various techniques for introducing proteins into cells, the present invention is the first example specialized for glutathione S-transferase fusion proteins.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but these examples do not limit the scope of the present invention.

GST及びGST融合タンパク質の精製
日本住血吸虫(Schistosoma japonicum)由来のGST及びそのGST融合タンパク質は、pGEXベクター(GEヘルスケアバイオサイエンス社)を用いて大腸菌BL21(DE3)を宿主として100μg/mL ampisilin含有LB培地(10g/L tryptone、5g/L yeast extract、10g/L NaCl)中で発現させた。菌体内で発現させたGST及びそのGST融合タンパク質は、菌体を超音波破砕器(BRANSON社、SONIFIER 250)を用いて破壊後にグルタチオンセファロースゲル(GEヘルスケアバイオサイエンス社)にアプライし、PBST(10%Tween含有PBS)、PBSで洗浄後、10mM GSH含有50mM Tris(pH8.0)で溶出させた。
Purification of GST and GST fusion protein GST derived from Schistosoma japonicum and its GST fusion protein contain 100 μg / mL ampililin using E. coli BL21 (DE3) as a host using pGEX vector (GE Healthcare Biosciences) It was expressed in LB medium (10 g / L tryptone, 5 g / L yeast extract, 10 g / L NaCl). GST and its GST fusion protein expressed in the microbial cells were applied to glutathione sepharose gel (GE Healthcare Biosciences) after disrupting the microbial cells using an ultrasonic crusher (BRANSON, SONIFIER 250), and PBST ( After washing with PBS containing 10% Tween), elution was performed with 50 mM Tris (pH 8.0) containing 10 mM GSH.

PEI−GSH結合体の合成
PEI−GSH結合体は、図1のスキームに従って合成を行った。まず、5.0gの平均分子量600のポリエチレンイミン((株)日本触媒、エポミン(商標)SP−006)を20mlのテトラヒドロフランに溶解し、これに5.49gのアルドリチオール(Sigma、化学名:2,2−ジピリジルジスルフィド)を溶解した。ここに攪拌下で2.54gのγ−チオブチロラクトン(Sigma)を添加し、50℃で2時間攪拌した後、2層に分離した上澄みをロータリーエバポレーターにより濃縮した。これを超純水で再溶解し、ヘキサンを用いて洗浄した後、反応に用いたアルドリチオールに対する0.9倍モル相当量(6.89g)の還元型グルタチオンを添加し、PEI−GSH結合体を取得した。
Synthesis of PEI-GSH conjugate The PEI-GSH conjugate was synthesized according to the scheme of FIG. First, 5.0 g of polyethyleneimine having an average molecular weight of 600 (Nippon Shokubai Co., Ltd., Epomin (trademark) SP-006) was dissolved in 20 ml of tetrahydrofuran, and 5.49 g of aldrithiol (Sigma, chemical name: 2,2-dipyridyl disulfide) was dissolved. To this, 2.54 g of γ-thiobutyrolactone (Sigma) was added with stirring, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 2 hours, and then the supernatant separated into two layers was concentrated by a rotary evaporator. This was redissolved with ultrapure water and washed with hexane, and then 0.9 times the molar equivalent (6.89 g) of reduced glutathione to the aldolthiol used in the reaction was added to bind PEI-GSH. Acquired the body.

PEI−GSH結合体を用いたGSTの細胞内導入
実施例2で作製したPEI600−GSH結合体を用いて、GSTの細胞内導入を定量的に確認した。具体的には、タンパク質を導入する細胞としてチャイニーズハムスター卵巣由来細胞(CHO細胞)を用い、GSTとPEI600−GSH結合体の細胞内導入に適した混合比の検討と、PEI600−GSH−GST複合体の時間依存及び濃度依存的な取り込みを、抗GST抗体を用いたウエスタンブロッティング法で定量・検証した(図3)。具体的には、細胞を播種し12〜15時間培養し、70〜80%コンフルエントになった状態でOPTI−MEM(INVITROGEN社)に培地を交換し、30分培養した後、PEI600−GSHとGSTの混合液を添加し、更に1時間培養した。その後、細胞を回収し、得られたcell lysateを5〜20%のグラジエントアガロースゲルで電気泳動し、泳動後ニトロセルロースメンブレンに転写した。転写後、ブロッキングをおこない、ヤギ抗GST抗体(GEヘルスケアバイオサイエンス社)と反応させた。さらにアルカリフォスファターゼ融合抗ヤギIgG抗体(EY Laboratories)と反応させ、CDP−Star(NEW ENGLAND BioLabs.)を用いて発光させ、フィルムに感光させて検出した。
Intracellular introduction of GST using PEI-GSH conjugate Using the PEI600-GSH conjugate prepared in Example 2, intracellular introduction of GST was quantitatively confirmed. Specifically, a Chinese hamster ovary-derived cell (CHO cell) is used as a protein-introducing cell, and examination of a mixing ratio suitable for intracellular introduction of GST and PEI600-GSH conjugate, and PEI600-GSH-GST complex The time-dependent and concentration-dependent uptake of was quantified and verified by Western blotting using an anti-GST antibody (FIG. 3). Specifically, after the cells were seeded and cultured 12-15 hr, medium was replaced with O PTI -MEM (INVITROGEN Corp.) in a state became 70-80% confluent were incubated for 30 minutes, and PEI600-GSH A mixed solution of GST was added and further cultured for 1 hour. Thereafter, the cells were collected, and the obtained cell lysate was electrophoresed on a 5 to 20% gradient agarose gel, and transferred to a nitrocellulose membrane after electrophoresis. After the transfer, blocking was performed, and reaction with a goat anti-GST antibody (GE Healthcare Bioscience) was performed. Further, it was reacted with an alkaline phosphatase-fused anti-goat IgG antibody (EY Laboratories), light-emitted using CDP-Star (NEW ENGLAND BioLabs.), And exposed to a film for detection.

この結果、単独のGSTではほとんど細胞内に取り込まれることはなかったが、GST:PEI600−GSH結合体の混合比がモル比で1:10のとき、最も効率的に細胞内へ取り込まれることが判明した(図3のA(100nMのGSTと、0μM、0.1μM、1μM、10μMの各PEI600−GSH結合体を混合し、CHO細胞の培養上清に添加し、1時間後に細胞を回収し、上記抗GST抗体によるウエスタンブロティングにより定量した。))。   As a result, the single GST was hardly taken up into the cell, but when the mixing ratio of GST: PEI600-GSH conjugate was 1:10, it could be taken up into the cell most efficiently. As shown in FIG. 3A (100 nM GST was mixed with 0 μM, 0.1 μM, 1 μM, 10 μM of each PEI600-GSH conjugate, added to the culture supernatant of CHO cells, and the cells were collected after 1 hour. Quantified by Western blotting with the above anti-GST antibody.)).

また、GSTとPEI600−GSH結合体の複合体(混合比1:10)は、速やかに細胞に取り込まれ、添加30分後にはほぼ飽和したように観察された。これは細胞表面への結合量が30分以内に完了することが示唆される(図3のB(100nMのGSTと1μMのPEI600−GSH結合体を混合し(モル比で1:10)、CHO細胞の培養上清に添加し、0分、10分、30分、60分の各時間経過後に細胞を回収し、上記抗GST抗体によるウエスタンブロッティングにより定量した。))。   In addition, the complex of GST and PEI600-GSH conjugate (mixing ratio 1:10) was rapidly taken up by the cells and observed to be almost saturated 30 minutes after the addition. This suggests that the amount of binding to the cell surface is completed within 30 minutes (FIG. 3B (100 nM GST mixed with 1 μM PEI600-GSH conjugate (1:10 molar ratio)). It was added to the culture supernatant of the cells, and the cells were collected after each time of 0 minutes, 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes, and quantified by Western blotting using the anti-GST antibody)).

さらに、PEI−GSH−GST複合体(混合比1:10)は培養上清に添加する濃度に依存して増加することが確認された(図3のC(GSTとPEI600−GSH結合体の混合比を1:10(モル比)に固定し、0μM、0.01μM、0.1μM、1μM、10μMの各濃度の複合体をCHO細胞の培養上清に添加し、1時間経過後に細胞を回収し、上記抗GST抗体によるウエスタンブロッティングにより定量した。))。   Furthermore, it was confirmed that the PEI-GSH-GST complex (mixing ratio 1:10) increased depending on the concentration added to the culture supernatant (C in FIG. 3 (mixing of GST and PEI600-GSH conjugate). The ratio was fixed at 1:10 (molar ratio), and complexes of 0 μM, 0.01 μM, 0.1 μM, 1 μM, and 10 μM were added to the culture supernatant of CHO cells, and the cells were collected after 1 hour. And quantified by Western blotting with the anti-GST antibody)).

なお、ウエスタンブロッティング法を用いたこの定量系では細胞表面に結合したままのGSTと、細胞内に取り込まれたGSTは区別されない。しかし、PEIでカチオン化されたタンパク質の細胞内への導入効率は、細胞表面に結合した量に比例することが他の実験から確認されているため(Murata H,Sakaguchi M,Futami J,Kitazoe M,Maeda T,Doura H,Kosaka M,Tada H,Seno M,Huh NH and Yamada H.,Denatured and reversibly cationized p53 readily enters cells and simultaneously folds to the functional protein in the cells.,Biochemistry,45(19),6124−6132,2006.)、本手法でもこれに準拠するものと仮定し、定量した。   In this quantitative system using the Western blotting method, GST that remains bound to the cell surface is not distinguished from GST that is taken into the cell. However, since it has been confirmed from other experiments that the efficiency of introducing a protein cationized with PEI into cells is proportional to the amount bound to the cell surface (Murata H, Sakaguchi M, Futami J, Kitazoe M). , Maeda T, Doura H, Kosaka M, Tada H, Seno M, Huh NH and Yamada H., Denatured and reversibly cationized p53 readily enters cells and simultaneously folds to the functional protein in the cells., Biochemistry, 45 (19), 6124-6132, 2006.), this method conforms to this The assumption that, were quantified.

PEI−GSH結合体を用いたGST−eGFP融合タンパク質の細胞内導入
実施例2で作製したPEI600−GSH結合体を用いて、GST融合タンパク質が細胞内に取り込まれることを可視化するため、GSTを融合させた緑色蛍光タンパク質(eGFP)をモデルタンパク質として実施例1と同様に作製し、各種の細胞への取り込みを共焦点レーザー顕微鏡(Carl Zeiss社/LSM 510 ver.3.0)を用いて蛍光を観察した。具体的には、滅菌したカバーガラスを装填した12 well plateに細胞を播種し、12〜14時間培養した。70〜80%程度のコンフルエントになった状態で培地をOPTI−MEM(INVITROGEN社)に交換し、30分培養した。その後、500nMのPEI600−GSH結合体と500nMのGST融合タンパク質の混合液を添加し、更に2時間培養した。その後、細胞表面を20mM DTTで洗浄し、細胞表面に結合しただけのGST−eGFPを除去した。洗浄後、カバーガラスを取り出し、共焦点レーザー顕微鏡を用いて蛍光を観察した。
Intracellular introduction of GST-eGFP fusion protein using PEI-GSH conjugate To visualize the incorporation of GST fusion protein into cells using PEI600-GSH conjugate prepared in Example 2, GST was fused. The green fluorescent protein (eGFP) thus prepared was prepared as a model protein in the same manner as in Example 1, and uptake into various cells was performed using a confocal laser microscope (Carl Zeiss / LSM 510 ver. 3.0). Observed. Specifically, cells were seeded on a 12-well plate loaded with a sterilized cover glass and cultured for 12 to 14 hours. The medium in the state of confluence of about 70-80% is replaced with O PTI -MEM (INVITROGEN Corp.), it was incubated for 30 minutes. Thereafter, a mixed solution of 500 nM PEI600-GSH conjugate and 500 nM GST fusion protein was added, and further cultured for 2 hours. Thereafter, the cell surface was washed with 20 mM DTT to remove GST-eGFP only bound to the cell surface. After washing, the cover glass was taken out and the fluorescence was observed using a confocal laser microscope.

この結果、結合体を添加した2時間後には、評価に使用した4種の細胞(CHO細胞、Balb/c 3T3細胞、HeLa S3細胞、Cos7細胞)全てにおいて、均一かつ効率的なGST−eGFPタンパク質の取り込みが観察された(図4のA〜F)。   As a result, two hours after the addition of the conjugate, uniform and efficient GST-eGFP protein was obtained in all four types of cells (CHO cells, Balb / c 3T3 cells, HeLa S3 cells, Cos7 cells) used for evaluation. Uptake was observed (FIGS. 4A-F).

GST−NLS−Cre recombinaseの細胞内導入による機能発現の確認
PEI600−GSH結合体を用いてGST融合タンパク質を細胞内に導入した後、主に図2で示した経路で細胞質内に到達したGST融合タンパク質がその生理機能を発現していることを確認するモデル実験を行った。この評価系では、Cre recombinaseを細胞内に導入するタンパク質とし、図5のAに示すCre/LoxPシステムを用いたレポーター遺伝子をCHO細胞に安定的に組み込んだ評価系細胞を用いた。また、このレポーター遺伝子は細胞の核内に存在し、細胞質内に取り込まれたタンパク質をさらに核内へと移行させる必要があるため、核移行シグナル(NLS)とCre recombinaseを融合させたGST融合タンパク質(GST−NLS−Cre recombinase)を細胞内へ導入することとした。100nMのGST−NLS−Cre recombinaseを評価用の細胞に添加し、48時間後に観察したところ、全く変化は確認されなかった(図5のB)。一方、1μMのPEI600−GSH結合体と100nMのGST−NLS−Cre recombinaseを混合して形成された複合体を添加したところ、48時間後に細胞内(核内)でCre recombinaseの活性が発現した細胞(赤色蛍光)が確認された(図5のC)。
Confirmation of functional expression by introduction of GST-NLS-Cre recombinase into cells After introduction of GST fusion protein into cells using PEI600-GSH conjugate, GST fusion that has reached the cytoplasm mainly through the pathway shown in FIG. A model experiment was conducted to confirm that the protein expressed its physiological function. In this evaluation system, Cre recombinase was used as a protein to be introduced into the cells, and evaluation system cells in which a reporter gene using the Cre / LoxP system shown in FIG. 5A was stably incorporated into CHO cells were used. In addition, since this reporter gene exists in the nucleus of the cell and it is necessary to transfer the protein taken into the cytoplasm further into the nucleus, a GST fusion protein in which a nuclear translocation signal (NLS) and Cre recombinase are fused (GST-NLS-Cre recombinase) was introduced into the cells. When 100 nM GST-NLS-Cre recombinase was added to the cells for evaluation and observed 48 hours later, no change was confirmed (B in FIG. 5). On the other hand, when a complex formed by mixing 1 μM PEI600-GSH conjugate and 100 nM GST-NLS-Crerecombinase was added, cells with Cre recombinase activity expressed intracellularly (intranuclear) 48 hours later (Red fluorescence) was confirmed (C in FIG. 5).

以上の結果から、PEI600−GSH結合体を介して細胞質内に取り込まれたGST融合タンパク質は、細胞内でその機能を発現していることが確認された。   From the above results, it was confirmed that the GST fusion protein taken into the cytoplasm via the PEI600-GSH conjugate expressed its function in the cell.

PEI−GSH結合体の混合比率(結合比率)の検討
PEIとGSHを1:1、1:2、1:3の混合比率にした以外は、実施例2と同様にしてPEI−GSH結合体を作製した。
Examination of the mixing ratio (binding ratio) of the PEI-GSH conjugate The PEI-GSH conjugate was prepared in the same manner as in Example 2 except that PEI and GSH were mixed at a mixing ratio of 1: 1, 1: 2, and 1: 3. Produced.

次に、実施例4と同様にして、作製した結合体を用いてGST−eGFP融合タンパク質の細胞内導入を行った。この結果、1:3の混合比率(結合比率)のPEI−GSH結合体が最も導入効率が高いことが分かった(図6、GST−eGFP単独の場合、1:1のPEI−GSH結合体を用いてGST−eGFPを導入した場合、1:3のPEI−GSH結合体を用いてGST−eGFPを導入した場合を示す)。   Next, in the same manner as in Example 4, GST-eGFP fusion protein was introduced into cells using the prepared conjugate. As a result, it was found that the PEI-GSH conjugate having a mixing ratio (binding ratio) of 1: 3 had the highest introduction efficiency (FIG. 6, in the case of GST-eGFP alone, the 1: 1 PEI-GSH conjugate was When GST-eGFP is introduced using GST-eGFP, a 1: 3 PEI-GSH conjugate is used to introduce GST-eGFP).

また、平均分子量1800のPEIを用いて、PEIとGSHを1:1、1:2、1:3、1:4の混合比率にした以外は、実施例2と同様にしてPEI−GSH結合体を作製し、実施例4と同様にして、GST−eGFP融合タンパク質の細胞内導入を行ったところ、平均分子量600のPEIを用いた結合体の方が、融合タンパク質の導入能がより高いことがわかった(図7)。   Further, a PEI-GSH conjugate was obtained in the same manner as in Example 2 except that PEI having an average molecular weight of 1800 was used and the mixing ratio of PEI and GSH was 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4. When the GST-eGFP fusion protein was introduced into the cell in the same manner as in Example 4, the conjugate using PEI having an average molecular weight of 600 showed higher ability to introduce the fusion protein. Okay (Figure 7).

このことから、平均分子量600のPEIの表面に3つほどグルタチオンが結合した密集度・疎水度が、平均分子量1800のPEIのものと比べて、PEI−GSHとGSTの結合力および細胞表面への結合力に寄与していると考えられる。   From this, the density and hydrophobicity in which about three glutathione bonds to the surface of PEI having an average molecular weight of 600 are compared with those of PEI having an average molecular weight of 1800, and the binding force between PEI-GSH and GST and the cell surface. It is thought that it contributes to the bond strength.

修飾PEIの合成
(1)GX−1の合成
平均分子量600のポリエチレンイミン((株)日本触媒、エポミン(商標)SP−006)を、テトラヒドロフラン(THF)に溶解し、塩化ヘキシルを添加して反応させた。得られた反応溶液をエバポレーターで濃縮し、目的化合物を得て、該目的化合物をGX−1とした。
(2)GX−4の合成
平均分子量600のポリエチレンイミン5gを、15.3gのテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、1,3−ブタジエンモノエポキシド(東京化成社製)1.75gを添加し、50℃で5時間反応させた。得られた反応溶液をエバポレーターで濃縮し、目的化合物6.8gを得て、該目的化合物をGX−4とした。
(3)GX−5の合成
平均分子量600のポリエチレンイミンを、テトラヒドロフラン(THF)に溶解し、スチレンオキシドを添加して反応させた。得られた反応溶液をエバポレーターで濃縮し、目的化合物を得て、該目的化合物をGX−5とした。
Synthesis of modified PEI (1) Synthesis of GX-1 Polyethyleneimine having an average molecular weight of 600 (Nippon Shokubai Co., Ltd., Epomin (trademark) SP-006) is dissolved in tetrahydrofuran (THF), and hexyl chloride is added to react. I let you. The obtained reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain a target compound, which was designated as GX-1.
(2) Synthesis of GX-4 5 g of polyethyleneimine having an average molecular weight of 600 was dissolved in 15.3 g of tetrahydrofuran (THF), and 1.75 g of 1,3-butadiene monoepoxide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added. The reaction was carried out at 5 ° C. for 5 hours. The obtained reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain 6.8 g of the objective compound, which was designated as GX-4.
(3) Synthesis of GX-5 Polyethyleneimine having an average molecular weight of 600 was dissolved in tetrahydrofuran (THF) and reacted by adding styrene oxide. The obtained reaction solution was concentrated with an evaporator to obtain a target compound, which was designated as GX-5.

修飾PEI−GSH結合体による融合タンパク質の細胞内導入
(1)修飾PEI−GSH結合体の合成
実施例7で合成したGX−4:γ−チオブチロラクトン:アルドリチオール=1:3:3.1のモル比で、以下のように修飾PEI−GSH結合体を合成した。
Intracellular introduction of fusion protein by modified PEI-GSH conjugate (1) Synthesis of modified PEI-GSH conjugate GX-4: γ-thiobutyrolactone: aldothiol synthesized in Example 7 = 1: 3: 3.1 The modified PEI-GSH conjugate was synthesized in the following molar ratio:

テトラヒドロフラン(THF)5mlを入れた30mlナス型フラスコにGX−4 0.2g(0.3×10−3mol)を加えた。攪拌下、アルドリチオール0.24g(1.1×10−3mol)とγ−チオブチロラクトン0.1g(1×10−3mol)を加え、50℃で1時間反応を行った。THFをエバポレーターを用いて除去した後、反応物に超純水を2ml加え、50℃で溶解させた。室温でしばらくおくと2層分離が起こったので、遠心を12,000rpm、5分の条件で行い、下層部分500μlを回収した。還元型グルタチオン(GSH)74mg(0.23×10−3mol、γ−チオブチロラクトンの×0.9mol)を加え、1つのGX−4に対して3つのGSHを反応させたGX−4−GSH3(GX−4の濃度で150mM)を合成し、以下の実験に用いた。 GX-4 0.2g (0.3 * 10 < -3 > mol) was added to the 30 ml eggplant type flask which put tetrahydrofuran (THF) 5ml. Under agitation, 0.24 g (1.1 × 10 −3 mol) of aldrithiol and 0.1 g (1 × 10 −3 mol) of γ-thiobutyrolactone were added and reacted at 50 ° C. for 1 hour. After THF was removed using an evaporator, 2 ml of ultrapure water was added to the reaction product and dissolved at 50 ° C. Since two-layer separation occurred after a while at room temperature, centrifugation was performed at 12,000 rpm for 5 minutes, and 500 μl of the lower layer portion was recovered. GX-4-GSH3 obtained by adding 74 mg of reduced glutathione (GSH) (0.23 × 10 −3 mol, × 0.9 mol of γ-thiobutyrolactone) and reacting three GSHs with one GX-4 (150 mM at a concentration of GX-4) was synthesized and used in the following experiments.

また、GX−1、GX−5についても修飾PEI:GSHの混合比(結合比)が1:2になるように、GX−1の場合はGX−1 0.2g(0.3×10−3mol)、アルドリチオール0.14g(0.63×10−3mol)、γ−チオブチロラクトン0.063g(0.6×10−3mol)およびGSH 42mg(0.14×10−3mol)の割合、GX−5の場合はGX−5 0.2g(0.3×10−3mol)、アルドリチオール0.14g(0.63×10−3mol)、γ−チオブチロラクトン0.063g(0.6×10−3mol)およびGSH16.6mg(0.054×10−3mol)の割合で上記と同様にして、GX−1−GSH2結合体、GX−5−GSH2結合体を合成した。 Further, GX-1, also modified the GX-5 PEI: mixing ratio of GSH (coupling ratio) is 1: such that 2, GX-1 case of GX-1 0.2g (0.3 × 10 - 3 mol), 0.14 g (0.63 × 10 −3 mol) of aldolthiol, 0.063 g (0.6 × 10 −3 mol) of γ-thiobutyrolactone and 42 mg (0.14 × 10 −3 mol) of GSH. ) In the case of GX-5, GX-5 0.2 g (0.3 × 10 −3 mol), aldrithiol 0.14 g (0.63 × 10 −3 mol), γ-thiobutyrolactone 0. GX-1-GSH2 conjugate and GX-5-GSH2 conjugate were prepared in the same manner as described above at a ratio of 063 g (0.6 × 10 −3 mol) and GSH 16.6 mg (0.054 × 10 −3 mol). Synthesized.

(2)修飾PEI−GSHを用いたGST−eGFPの細胞導入
PEI600(未修飾)−GSH3と上記(1)で合成したGX−4−GSH3によるGST融合タンパク質の細胞導入能を比較するために、GST−eGFPを用いた細胞の可視化実験を行った。
(2) Cell introduction of GST-eGFP using modified PEI-GSH In order to compare the cell introduction ability of GST fusion protein by PEI600 (unmodified) -GSH3 and GX-4-GSH3 synthesized in (1) above, A cell visualization experiment using GST-eGFP was performed.

マウス線維芽細胞株Balb/c 3T3 A31Hクローンを5×10cells/wellの条件でφ18mmのカバーガラスを入れた12wellプレートにまいた。12時間培養後、培地をOpti−MEM 500μlに置換した。培地中での最終濃度が500nMとなる条件で、GST−eGFPとPEI600−GSH3またはGX−4−GSH3を1:1で混合し、室温で5分反応後、培地中に添加した。細胞を37℃で2時間培養後、20mM DTTを加えたOpti−MEM中で10分間培養を行い、細胞表面に残ったタンパク質の除去を行った。PBSで洗浄後、共焦点レーザー顕微鏡を用いて細胞内の蛍光局在を観察した。 The mouse fibroblast cell line Balb / c 3T3 A31H clone was spread on a 12-well plate containing a φ18 mm cover glass under the condition of 5 × 10 4 cells / well. After culturing for 12 hours, the medium was replaced with 500 μl of Opti-MEM. GST-eGFP and PEI600-GSH3 or GX-4-GSH3 were mixed at a ratio of 1: 1 at a final concentration of 500 nM in the medium, reacted at room temperature for 5 minutes, and then added to the medium. The cells were cultured at 37 ° C. for 2 hours, and then cultured in Opti-MEM supplemented with 20 mM DTT for 10 minutes to remove proteins remaining on the cell surface. After washing with PBS, intracellular fluorescence localization was observed using a confocal laser microscope.

GST−eGFPの導入を行った細胞の様子を図8に示す。
GST−eGFP単独で添加を行った場合、eGFPの蛍光は細胞内で観察されなかった(図8のA)。PEI600−GSH3を用いてGST−eGFPを導入した場合、粒上の蛍光が細胞内で観察された(図8のB)。これはエンドサイトーシスで取り込まれたタンパク質がエンドソーム内に留まっている様子を示していると考えられる。一方でGX4−GSH3を用いた場合、粒状の蛍光を示す細胞のほかに、細胞質内にeGFPの蛍光が均一に広がった細胞を確認することができた(図8のC)。その出現頻度は全体の細胞のうちの10%程度であった。
The state of the cells into which GST-eGFP has been introduced is shown in FIG.
When GST-eGFP was added alone, eGFP fluorescence was not observed in the cells (A in FIG. 8). When GST-eGFP was introduced using PEI600-GSH3, fluorescence on the grains was observed in the cells (B in FIG. 8). This seems to indicate that the protein taken up by endocytosis remains in the endosome. On the other hand, when GX4-GSH3 was used, in addition to cells exhibiting granular fluorescence, cells in which eGFP fluorescence spread uniformly in the cytoplasm could be confirmed (C in FIG. 8). The frequency of appearance was about 10% of the total cells.

また、GX−1−GSH2結合体、GX−5−GSH2結合体についても、上記と同様にしてGST−eGFP導入細胞の可視化実験を行った。   In addition, for GX-1-GSH2 conjugate and GX-5-GSH2 conjugate, a GST-eGFP-introduced cell visualization experiment was performed in the same manner as described above.

GX−1−GSH2結合体、GX−4−GSH3結合体、GX−5−GSH2結合体のGST−eGFP導入細胞の可視化実験の結果を図9に示す。GX−4−GSH3結合体が特に優れた導入能を示した(細胞質への放出が顕著に見られる細胞が数%検出できる)。   FIG. 9 shows the results of a visualization experiment of GST-eGFP-introduced cells of GX-1-GSH2 conjugate, GX-4-GSH3 conjugate, and GX-5-GSH2 conjugate. The GX-4-GSH3 conjugate showed a particularly excellent introduction ability (a few percent of cells in which release into the cytoplasm is noticeable can be detected).

次に、GST−eGFPを導入した細胞の生死を判断するために、ヨウ化プロピジウム(PI)染色実験を行った。   Next, propidium iodide (PI) staining experiments were performed in order to determine whether the cells into which GST-eGFP had been introduced were viable or dead.

GST−eGFP導入後の細胞を1μg/mlのPIを含む培地中で20分間培養を行い、PBSで洗浄後、共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察を行った。対照実験として、固定化細胞のPI染色を行った。GST−eGFP導入後の細胞を4%パラホルムアルデヒド溶液で30分間反応させ、1%TritonX−100を含むPBS中で10分間透過処理を行った。1μg/mlのPIを含む培地中で20分間反応を行い、PBSで洗浄後、共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察を行った(図10のA〜D)。   The cells after introduction of GST-eGFP were cultured in a medium containing 1 μg / ml PI for 20 minutes, washed with PBS, and then observed using a confocal laser microscope. As a control experiment, PI staining of fixed cells was performed. The cells after introduction of GST-eGFP were reacted with a 4% paraformaldehyde solution for 30 minutes, and permeabilized in PBS containing 1% Triton X-100 for 10 minutes. The reaction was performed in a medium containing 1 μg / ml PI for 20 minutes, washed with PBS, and then observed using a confocal laser microscope (AD in FIG. 10).

観察を行った細胞にPIを添加した場合、eGFPの蛍光が粒状の観察される細胞、蛍光が均一に広がっている細胞のどちらにおいてもPIの取り込みは観察できなかった(図10のB)。一方で、固定化処理を行った細胞ではPIの取り込みを観察することができた(図10のD)。   When PI was added to the observed cells, PI uptake could not be observed in both cells in which the fluorescence of eGFP was observed in a granular manner and cells in which the fluorescence was spread uniformly (B in FIG. 10). On the other hand, PI uptake could be observed in the cells subjected to the immobilization treatment (D in FIG. 10).

以上の結果より、GX−4−GSH3結合体はエンドサイトーシスで取り込まれたGST融合タンパク質を積極的に細胞質内に放出する能力を持ち、細胞に対してダメージを与えない有用なキャリアーであることが判明した。   Based on the above results, the GX-4-GSH3 conjugate has the ability to positively release the GST fusion protein taken up by endocytosis into the cytoplasm, and is a useful carrier that does not damage cells. There was found.

GST−CA−MEK1による試験管内でのMAPKカスケード反応の確認
恒常的に活性を持つMEK1(CA−MEK1)がコードされているプラスミドDNA(pFC−MEK1、ストラタジーン社)を用いる以外は、実施例1と同様にしてGST−CA−MEK1融合タンパク質を作製した。なお、CA−MEK1は、Leu33〜Ala52残基が欠損し、Ser217がGlu217に置換、Ser221がGlu221に置換されている。
Confirmation of MAPK cascade reaction in vitro by GST-CA-MEK1 Example except that plasmid DNA (pFC-MEK1, Stratagene) encoding constitutively active MEK1 (CA-MEK1) is used In the same manner as in Example 1, a GST-CA-MEK1 fusion protein was prepared. In CA-MEK1, the Leu33 to Ala52 residues are deleted, Ser217 is replaced with Glu217, and Ser221 is replaced with Glu221.

GST融合タンパク質として発現させたCA−MEK1、ERK1の両方あるいは一方をMBPおよびATP等と試験管内で混合する。CA−MEK1によりERK1が活性化された場合、それに続いてMBPがリン酸化される。そして、リン酸化されたMBPをanti−phospho MBP antibody(抗p−MBP抗体)を用いてWestern Blotting法により検出した。その結果、CA−MEK1およびERK1両方を混合したサンプルのみでリン酸化MBPが観察された(図11)。   Both or one of CA-MEK1 and ERK1 expressed as a GST fusion protein is mixed with MBP and ATP in a test tube. When ERK1 is activated by CA-MEK1, MBP is subsequently phosphorylated. Then, phosphorylated MBP was detected by Western blotting using anti-phospho MBP antibody (anti-p-MBP antibody). As a result, phosphorylated MBP was observed only in the sample in which both CA-MEK1 and ERK1 were mixed (FIG. 11).

GST−CA−MEK1による細胞レベルのMAPKカスケード反応の確認
細胞内のERKの活性化レベルをルシフェラーゼ活性で評価できる細胞HLR−Elk1細胞/ストラタジーン社)に、300nMのPEI600−GSH3結合体を用いて300nMのGST−CA−MEK1融合タンパク質を導入した。細胞内に導入したGST−CA−MEK1が内在性のERKを活性化し、それに続き、予め細胞内で発現しているGAL4BD−Elk1を活性化する。活性化されたGAL4BD−Elk1はゲノム上に組み込まれたレポーター遺伝子(ルシフェラーゼ)の発現を誘導する。その結果、ルシフェラーゼ活性を定量することで、PEI600−GSH3を用いたGST−CA−MEK1の導入を確認することができた。ここで得られたルシフェラーゼ活性の上昇は、EGF刺激時と同程度の活性上昇であることが確認されたが、無処理あるいはGSTのみをPEI600−GSH3で導入した細胞ではこのような活性上昇は確認されなかった(図12)。
Confirmation of MAPK cascade reaction at the cellular level by GST-CA-MEK1 Using 300 nM of PEI600-GSH3 conjugate to the cell HLR-Elk1 cell / Stratagene, which can evaluate the activation level of ERK in cells by luciferase activity 300 nM GST-CA-MEK1 fusion protein was introduced. GST-CA-MEK1 introduced into the cell activates endogenous ERK, and subsequently activates GAL4BD-Elk1 expressed in the cell in advance. Activated GAL4BD-Elk1 induces expression of a reporter gene (luciferase) integrated on the genome. As a result, the introduction of GST-CA-MEK1 using PEI600-GSH3 could be confirmed by quantifying luciferase activity. The increase in luciferase activity obtained here was confirmed to be about the same as that in EGF stimulation, but such increase in activity was confirmed in cells that had not been treated or only GST was introduced with PEI600-GSH3. Not (Figure 12).

本発明の結合体は、GST融合タンパク質と容易に結合し、簡便な操作で目的タンパク質を細胞に導入することができる。このため、世界中で汎用的に使用されているGST融合タンパク質を研究資産としてより一層活用することができる。本発明の結合体を用いることにより、グルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を生細胞内で使用できるようになることから、様々なアプリケーションの創出が期待される。また、タンパク質の翻訳後修飾などの研究分野に多大な貢献をしうる研究用試薬として期待される。   The conjugate of the present invention easily binds to the GST fusion protein and can introduce the target protein into the cells by a simple operation. For this reason, GST fusion protein which is widely used all over the world can be further utilized as a research asset. By using the conjugate of the present invention, the glutathione S transferase fusion protein can be used in living cells, and therefore various applications are expected to be created. In addition, it is expected as a research reagent that can greatly contribute to research fields such as post-translational modification of proteins.

本発明の結合体の合成スキームを示す。The synthesis scheme of the conjugate of the present invention is shown. PEI−GSH−GST融合タンパク質が細胞に導入される様子を模式的に示す。A mode that a PEI-GSH-GST fusion protein is introduce | transduced into a cell is shown typically. ウエスタンブロットによるPEI−GSH−GSTの細胞内導入を示す。A:GSTとPEI600−GSH結合体の混合比の最適化を示す。B:GSTとPEI600−GSH結合体(混合比(モル比)1:10)の細胞内導入の経時変化を示す。C:GSTとPEI600−GSH結合体(混合比(モル比)1:10)の濃度依存的な細胞内導入を示す。Intracellular introduction of PEI-GSH-GST by Western blot is shown. A: Optimization of the mixing ratio of GST and PEI600-GSH conjugate is shown. B: shows the time course of intracellular introduction of GST and PEI600-GSH conjugate (mixing ratio (molar ratio) 1:10). C: shows concentration-dependent intracellular introduction of GST and PEI600-GSH conjugate (mixing ratio (molar ratio) 1:10). 共焦点レーザー顕微鏡によるGST−eGFP融合タンパク質の細胞内への取り込みを示す。The uptake | capture into the cell of GST-eGFP fusion protein by a confocal laser scanning microscope is shown. Cre/LoxPシステム及び蛍光顕微鏡で観察した細胞を示す。A:GST−Cre recombinaseの細胞内での活性発現を確認するためのレポーター遺伝子を示す。B:Aのレポーター遺伝子を組み込んだCHO細胞(安定発現株)を示す。C:Bの細胞にGST−Cre recombinase+PEI600−GSHを添加した2日後の細胞を示す。The cells observed with a Cre / LoxP system and a fluorescence microscope are shown. A: A reporter gene for confirming the expression of GST-Cre recombinase activity in cells. B: shows a CHO cell (stable expression strain) into which the A reporter gene has been incorporated. C: The cell 2 days after adding GST-Cre recombinase + PEI600-GSH to the cell of B is shown. PEI600−GSHによるGST−eGFPの細胞内導入を示す。The intracellular introduction | transduction of GST-eGFP by PEI600-GSH is shown. PEI1800−GSHとPEI600−GSHによるGST−eGFPの細胞内導入を示す。The intracellular introduction | transduction of GST-eGFP by PEI1800-GSH and PEI600-GSH is shown. GST−eGFP融合タンパク質の細胞内導入を示す。A:GST−eGFP単独で添加を行った場合を示す。B:PEI600−GSH3を用いてGST−eGFPを導入した場合を示す。C:GX−4−GSH3を用いてGST−eGFPを導入した場合を示す。Intracellular introduction of GST-eGFP fusion protein is shown. A: The case where GST-eGFP is added alone is shown. B: The case where GST-eGFP is introduced using PEI600-GSH3 is shown. C: The case where GST-eGFP is introduced using GX-4-GSH3 is shown. 修飾PEI−GSHを用いたGST−eGFP融合タンパク質の細胞内導入を示す。Intracellular introduction of GST-eGFP fusion protein using modified PEI-GSH is shown. GST−eGFP導入細胞のPI染色を示す。A:生細胞におけるeGFPの蛍光を示す。B:生細胞におけるPI染色を示す。C:固定化細胞におけるeGFPの蛍光を示す。D:固定化細胞におけるPI染色を示す。The PI staining of GST-eGFP-introduced cells is shown. A: eGFP fluorescence in living cells. B: PI staining in live cells. C: eGFP fluorescence in fixed cells. D: PI staining in immobilized cells. 試験管内でのMAPKカスケード反応の確認を示す。Figure 3 shows confirmation of MAPK cascade reaction in vitro. HLR−ELK細胞へのGST−CA−MEK1の導入を示す。The introduction of GST-CA-MEK1 into HLR-ELK cells is shown.

Claims (23)

ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体とグルタチオンとが1:2〜1:3のモル比で結合した結合体。 A conjugate in which polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and glutathione are bound at a molar ratio of 1: 2 to 1: 3 . ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体とグルタチオンとが1:3のモル比で結合した、請求項1に記載の結合体。The conjugate according to claim 1, wherein polyethyleneimine or a chemically modified derivative thereof and glutathione are bound at a molar ratio of 1: 3. ポリエチレンイミンの数平均分子量が100〜100,000の範囲である、請求項1または2に記載の結合体。 The conjugate according to claim 1 or 2 , wherein the polyethyleneimine has a number average molecular weight in the range of 100 to 100,000. ポリエチレンイミンが分岐状構造を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の結合体。 The conjugate according to any one of claims 1 to 3 , wherein the polyethyleneimine has a branched structure. 化学修飾誘導体が、ポリエチレンイミンのN−アルキル誘導体、N−アシル誘導体、N−スルホニル誘導体またはシッフ塩基誘導体である、請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体。 The conjugate according to any one of claims 1 to 4 , wherein the chemically modified derivative is an N-alkyl derivative, N-acyl derivative, N-sulfonyl derivative or Schiff base derivative of polyethyleneimine. グルタチオンが還元型グルタチオンである、請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体。 The conjugate according to any one of claims 1 to 5 , wherein the glutathione is a reduced glutathione. ポリエチレンイミンとグルタチオンがジスルフィド結合を介して結合した、請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体。 The conjugate according to any one of claims 1 to 6 , wherein polyethyleneimine and glutathione are bonded via a disulfide bond. 請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質との複合体。 A complex of the conjugate according to any one of claims 1 to 7 and a glutathione S-transferase fusion protein. 結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質が、モル比で1:10〜100:1で結合した、請求項に記載の複合体。 9. The complex of claim 8 , wherein the conjugate and glutathione S transferase fusion protein are bound at a molar ratio of 1:10 to 100: 1. ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体と2,2−ジピリジルジスルフィドを、ポリエチレンイミンまたはその化学修飾誘導体のアミノ基と反応してチオール基を露出させる試薬の存在下で反応させ、得られた生成物に還元型グルタチオンを接触させる工程を含む、請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体を製造する方法。 Polyethyleneimine or its chemically modified derivative and 2,2-dipyridyl disulfide are reacted with the amino group of polyethyleneimine or its chemically modified derivative in the presence of a reagent that exposes the thiol group and reduced to the resulting product. A method for producing a conjugate according to any one of claims 1 to 7 , comprising a step of contacting the type glutathione. 試薬が、γ−チオブチロラクトン、メチル 4−メルカプトアルカンイミデート、2−イミノチオランまたはN-アセチルホモシステインチオラクトンである、請求項10に記載の方法。 The method according to claim 10 , wherein the reagent is γ-thiobutyrolactone, methyl 4-mercaptoalkaneimidate, 2-iminothiolane or N-acetylhomocysteine thiolactone. 化学修飾誘導体が、ポリエチレンイミンのN−アルキル誘導体、N−アシル誘導体、N−スルホニル誘導体またはシッフ塩基誘導体である、請求項10または11に記載の方法。 The method according to claim 10 or 11 , wherein the chemically modified derivative is an N-alkyl derivative, N-acyl derivative, N-sulfonyl derivative or Schiff base derivative of polyethyleneimine. 請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を混合して、それらの複合体を形成することを含む、請求項またはに記載の複合体を製造する方法。 A complex according to claim 8 or 9 , comprising mixing the conjugate according to any one of claims 1 to 7 with a glutathione S-transferase fusion protein to form a complex thereof. Method. 結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を、モル比で1:1〜100:1で混合することを含む、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13 , comprising mixing the conjugate and glutathione S transferase fusion protein in a molar ratio of 1: 1 to 100: 1. グルタチオンSトランスフェラーゼをコードする遺伝子と目的タンパク質をコードする遺伝子を融合して融合遺伝子を作製し、該融合遺伝子を大腸菌で発現させてグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を得る工程をさらに含む、請求項13または14に記載の方法。 Glutathione S-transferase fused to a gene encoding the gene and the target protein coding to produce a fusion gene, further comprising the step of obtaining a glutathione S-transferase fusion protein The fusion gene was expressed in E. coli, according to claim 13 or 14 The method described in 1. 請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体を用いて、インビトロで目的タンパク質を細胞内に輸送することを含む、タンパク質の細胞内導入方法。 A method for introducing a protein into a cell, comprising transporting the target protein into a cell in vitro using the conjugate according to any one of claims 1 to 7 . 結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質を混合して、それらの複合体を形成することを含む、請求項16に記載の方法。 17. The method of claim 16 , comprising mixing the conjugate and glutathione S transferase fusion protein to form a complex thereof. 結合体とグルタチオンSトランスフェラーゼ融合タンパク質の混合比が、モル比で1:1〜100:1である、請求項17に記載の方法。 The method according to claim 17 , wherein the mixing ratio of the conjugate and glutathione S-transferase fusion protein is 1: 1 to 100: 1 in molar ratio. 請求項またはに記載の複合体を用いて、インビトロでタンパク質を細胞内に輸送することを含む、目的タンパク質の細胞内導入方法。 A method for introducing a protein of interest into a cell, comprising transporting the protein into a cell in vitro using the complex according to claim 8 or 9 . 請求項1〜のいずれか1項に記載の結合体を含む、タンパク質の細胞内導入剤。 A protein intracellular introduction agent comprising the conjugate according to any one of claims 1 to 7 . 請求項またはに記載の複合体を含む、タンパク質の細胞内導入剤。 A protein intracellular introduction agent comprising the complex according to claim 8 or 9 . 請求項20に記載のタンパク質の細胞内導入剤を含む、タンパク質の細胞内導入キット。 A protein intracellular introduction kit comprising the protein intracellular introduction agent according to claim 20 . 請求項21に記載のタンパク質の細胞内導入剤を含む、タンパク質の細胞内導入キット。 A protein intracellular introduction kit comprising the protein intracellular introduction agent according to claim 21 .
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