JP5570803B2 - Fluorescent protein and pH measurement method - Google Patents

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Description

本発明は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属する生物、特にウミサボテンから遺伝子クローニングによって得られた蛍光タンパク質およびその変異体、ならびに、それらを用いた細胞機能の測定方法に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fluorescent protein obtained by gene cloning from an organism belonging to the family Cnidaria phylumenidae, and particularly to a cactus, and a mutant thereof, and a method for measuring cell function using them.

オワンクラゲ(Aequorea victoria)から、緑色蛍光タンパク質GFP(Green Fluorescent Protein)をコードする遺伝子がクローニングされ、そのリコンビナントGFPが大腸菌や哺乳細胞で発現することが確認された。その結果、このようなリコンビナントGFPは、GFPの蛍光発色団形成に特別なコファクターが不要であり、あらゆる種の細胞にて利用できると認識され、タンパク質の局在や遺伝子の発現をin vivo、in situ、in real timeでモニタリングするための画期的なツールとして用いられるようになった。更に、個体レベルでも用いられ、非侵襲的に生かした状態で観察することが可能となっている。   A gene encoding green fluorescent protein GFP (Green Fluorescent Protein) was cloned from Aequorea victoria, and it was confirmed that the recombinant GFP was expressed in Escherichia coli and mammalian cells. As a result, it is recognized that such recombinant GFP does not require a special cofactor for the formation of a fluorescent chromophore of GFP, and can be used in cells of all kinds, and protein localization and gene expression can be performed in vivo, It has come to be used as an epoch-making tool for monitoring in situ and in real time. Furthermore, it is also used at the individual level and can be observed in a noninvasive manner.

オワンクラゲ由来のGFPは、自ら発色団を形成して蛍光を発する、238アミノ酸からなる27kDのタンパク質である。野生型GFP(wtGFP)は、紫外光395nmに励起極大波長(470nmにマイナーピーク)をもち、509nmの緑色蛍光を発するタンパク質である。発色団は、アミノ酸配列中の64〜69番目の配列(特に65〜67番目の配列)によって形成されている。   GFP derived from Aequorea jellyfish is a 27 kD protein consisting of 238 amino acids that forms a chromophore and emits fluorescence. Wild-type GFP (wtGFP) is a protein having an excitation maximum wavelength at 395 nm in ultraviolet light (minor peak at 470 nm) and emitting green fluorescence at 509 nm. The chromophore is formed by the 64th to 69th sequence (particularly the 65th to 67th sequence) in the amino acid sequence.

また、GFPタンパク質の変異体も作製され、中でも65番目のセリンをスレオニンに置換したS65T変異体は、励起極大波長が490nmと長波長側にシフトしており、wtGFPよりも数倍強い蛍光を発する。その後も様々なGFPタンパク質の改変が行われ、現在までに、より明るい蛍光やタンパク質の安定性、溶解度を高める工夫などが加えられた数多くの変異体が作製されている。   In addition, mutants of GFP protein have also been produced. Among them, the S65T mutant in which the 65th serine is substituted with threonine has an excitation maximum wavelength shifted to 490 nm and a longer wavelength side, and emits fluorescence several times stronger than wtGFP. . Since then, various GFP proteins have been modified, and so far, many mutants with brighter fluorescence, protein stability, and a device for improving solubility have been prepared.

クロンテック社のEGFP(Enhanced Green Fluorescent Protein)は、発色団のアミノ酸置換(P64L、S65T等)に加え、晴乳類細胞や植物での翻訳効率を高める目的でヒトのコドン使用頻度に合わせて塩基配列が最適化されており、塩基配列としては190箇所以上の変異が導入されている。さらに、蛍光色の変異体EBFP(Blue)(Y66Hのアミノ酸置換等)、ECFP(Cyan)(Y66Wのアミノ酸置換等)およびEYFP(Yellow)(T203Yのアミノ酸置換等)は、ヒトのコドン使用頻度に合わせた塩基配列の最適化も行われた上で、EGFPとは異なる蛍光色にて観察できる変異体として同社から入手可能である。   Clontech's EGFP (Enhanced Green Fluorescent Protein) is based on the amino acid substitution of chromophores (P64L, S65T, etc.), and the nucleotide sequence according to the frequency of human codon usage for the purpose of improving the translation efficiency in cells and plants. Has been optimized, and more than 190 mutations have been introduced as base sequences. In addition, fluorescent color variants EBFP (Blue) (Y66H amino acid substitution, etc.), ECFP (Cyan) (Y66W amino acid substitution, etc.) and EYFP (Yellow) (T203Y amino acid substitution, etc.) In addition to optimization of the combined base sequence, it is available from the company as a mutant that can be observed with a fluorescent color different from that of EGFP.

また、近年、GFP様の蛍光タンパク質を有する生物種が、オワンクラゲ以外にも発見されており、そのような生物種から、それまでに作製されたGFP変異体のどれよりも長波長側にシフトした蛍光(赤い蛍光色)を発する蛍光タンパク質の遺伝子がクローニングされ、利用されるようになった。DsRedは、ディスコソーマ・ストリアタ(Discosoma striata)に由来し、225アミノ酸から成る26kDのタンパク質であり、オワンクラゲGFPと同様に自ら蛍光を発するタンパク質である。DsRedの取得により、オワンクラゲGFPの誘導体では得られなかった、赤色の蛍光(励起極大波長558nm、蛍光波長583nm)を使用することが可能となった。   In addition, in recent years, biological species having a GFP-like fluorescent protein have been discovered in addition to Aequorea jellyfish, and shifted from such biological species to a longer wavelength side than any of the GFP mutants produced so far. A fluorescent protein gene that emits fluorescence (red fluorescent color) has been cloned and used. DsRed is a protein of 26 kD consisting of 225 amino acids, derived from Discosoma striata, and is a protein that fluoresces itself like the jellyfish GFP. The acquisition of DsRed made it possible to use red fluorescence (excitation maximum wavelength 558 nm, fluorescence wavelength 583 nm), which was not obtained with the derivatives of Aequorea GFP.

蛍光タンパク質の特性の1つはpH感受性(pKa)である。pKaは、蛍光強度が最大値の50%の値を示すときのpHの値に等しい。ほとんどのGPFはpH(プロトン)に対して感受性を示し、酸性条件では蛍光強度が急速に低下する。野生型のGFPではpH5.5〜12の範囲で蛍光を観察できるが、pH5.5以下では急速に蛍光を失う。酸性側での蛍光活性の失活は、プロトンによる吸光度(モル吸光係数)の低下と、量子収率の低下が考えられるが、GFPに人為的なアミノ酸の変異を施すことによって様々なpH感受性をもつ改変型が開発されてきた。   One characteristic of fluorescent proteins is pH sensitivity (pKa). pKa is equal to the pH value when the fluorescence intensity shows a value of 50% of the maximum value. Most GPFs are sensitive to pH (protons) and the fluorescence intensity decreases rapidly under acidic conditions. Wild-type GFP can observe fluorescence in the range of pH 5.5 to 12, but rapidly loses fluorescence below pH 5.5. Inactivation of fluorescent activity on the acidic side can be thought of as a decrease in absorbance due to protons (molar extinction coefficient) and a decrease in quantum yield, but various pH sensitivities can be achieved by subjecting GFP to artificial amino acid mutations. Modified types have been developed.

中性付近でイメージングを行う場合、細胞内pHの変化による蛍光量の変化の影響を防ぐため、一般にpKaが6以下のGFPが用いられる。ゴルジ体や分泌小胞などの酸性オルガネラのイメージングを行う場合には、pKaが更に低い改変GFPを使わないと定量的な測定ができない。pKaの低いpH非感受性のGFPとしては、GFPuvやECFP(クロンテック社)が用いられることが多い。   When imaging is performed in the vicinity of neutrality, GFP having a pKa of 6 or less is generally used in order to prevent the influence of a change in fluorescence amount due to a change in intracellular pH. When imaging acidic organelles such as Golgi bodies and secretory vesicles, quantitative measurement cannot be performed without using a modified GFP with a lower pKa. GFPuv and ECFP (Clontech) are often used as pH insensitive GFP with low pKa.

一方、pH感受性によって、GFPをpHセンサーとして利用することができる。GFPは、タンパク質であるため、低分子有機化合物から成るpH指示薬(BCECF、SNARF等)とは異なり、移行シグナルペプチド等と融合させることができ、細胞内のオルガネラに局在させることが可能である。そのため、細胞質や核以外にも、ゴルジ体、小胞体、ミトコンドリア等の細胞内小器官でのpH動態が、様々なpKaを示す改変GFPを用いて調べられている。   On the other hand, GFP can be used as a pH sensor due to pH sensitivity. Since GFP is a protein, unlike pH indicators (BCECF, SNARF, etc.) consisting of low molecular weight organic compounds, it can be fused with a transition signal peptide, etc., and can be localized in intracellular organelles. . Therefore, in addition to the cytoplasm and nucleus, the pH dynamics in intracellular organelles such as the Golgi apparatus, endoplasmic reticulum, mitochondria, etc. have been investigated using modified GFP exhibiting various pKa.

例えば、非特許文献1では、pH依存的にアルカリ性側に蛍光活性を持つEGFPおよびEYFPのそれぞれに、ミトコンドリア移行シグナル(coxIV; cytochrome oxidase subunit IV)またはゴルジ体移行シグナル(GT;galactosyl transferase)を融合させたベクターをHeLa細胞に導入し、融合タンパク質を発現させて、ミトコンドリアまたはゴルジ体に局在したEGFPおよびEYFPの蛍光強度の変化を、各種刺激に応答したpHの変化として捉えている。また、GT−EYFP、および、pHによる蛍光強度変化の少ないECFPにGTを融合させたGT−CFPを用い、ゴルジ体におけるpHの変化をGT−EYFPおよびGT−ECFPの蛍光強度の比によっても計測している。   For example, in Non-Patent Document 1, mitochondrial transition signal (coxIV; cytochrome oxidase subunit IV) or Golgi transition signal (GT) is fused to each of EGFP and EYFP, which have pH-dependent fluorescence activity on the alkaline side. The introduced vector is introduced into HeLa cells to express the fusion protein, and changes in fluorescence intensity of EGFP and EYFP localized in the mitochondria or Golgi apparatus are captured as changes in pH in response to various stimuli. In addition, using GT-EYFP and GT-CFP in which GT is fused to ECFP with little change in fluorescence intensity due to pH, changes in pH in the Golgi apparatus are also measured by the ratio of the fluorescence intensity of GT-EYFP and GT-ECFP. doing.

また、非特許文献2では、オワンクラゲ由来のGFPを改変することで、pH依存的に励起スペクトルが変化するGFPを作製し、2波長励起による1波長の蛍光強度を測定し、それぞれの波長で励起したときの蛍光強度の比から細胞内のpHを測定している。しかしながら、当該GFPは、pHによって蛍光スペクトルが変化するものではない。   Also, in Non-Patent Document 2, by modifying GFP derived from Aequorea jellyfish, GFP whose excitation spectrum changes depending on pH is prepared, fluorescence intensity of one wavelength by two-wavelength excitation is measured, and excitation is performed at each wavelength. Intracellular pH is measured from the ratio of fluorescence intensity. However, the fluorescence spectrum of GFP does not change with pH.

このような従来の蛍光タンパク質では、pH感受性を利用して、細胞内および細胞内小器官のpH変化を測定しようとする場合、1波長で励起し1波長の蛍光強度をモニターする。この方法では、pHの変化を蛍光強度の変化として捉えるため、異なった実験系での数値データを互いに比較することは困難である。   In such a conventional fluorescent protein, in order to measure the pH change of intracellular and intracellular organelles using pH sensitivity, excitation is performed at one wavelength and the fluorescence intensity at one wavelength is monitored. In this method, since changes in pH are regarded as changes in fluorescence intensity, it is difficult to compare numerical data in different experimental systems.

また、pH感受性を持つ従来の蛍光タンパク質は、アルカリ性側に蛍光活性を有し、酸性側での蛍光強度は極めて低い。そのため、酸性側からアルカリ性側まで広範囲にカバーすることは難しく、特に酸性側で精度よく測定するには問題がある。   Further, the conventional fluorescent protein having pH sensitivity has fluorescence activity on the alkaline side, and the fluorescence intensity on the acidic side is extremely low. Therefore, it is difficult to cover a wide range from the acidic side to the alkaline side, and there is a problem in measuring accurately on the acidic side.

さらに、非特許文献1で行われているように、pH感受性の異なる2種類の蛍光タンパク質を用い、それぞれの蛍光強度の比からpHを求めることも可能であるが、両者とも酸性側での蛍光強度が低いため、比をとることによって酸性側での精度が著しく向上するわけではない。   Furthermore, as is done in Non-Patent Document 1, two types of fluorescent proteins with different pH sensitivities can be used to determine the pH from the ratio of the respective fluorescence intensities. Since the strength is low, taking the ratio does not significantly improve the accuracy on the acidic side.

Llopis et al (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 6803-6808.Llopis et al (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 6803-6808. Miesenbock et al (1998) Nature 394: 192-195.Miesenbock et al (1998) Nature 394: 192-195.

本発明の目的は、アルカリ性側だけでなく酸性側においても十分な蛍光活性を示す蛍光タンパク質、および、当該蛍光タンパク質を利用した精度の高い細胞機能の測定方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fluorescent protein exhibiting sufficient fluorescent activity not only on the alkaline side but also on the acidic side, and a highly accurate measurement method of cell function using the fluorescent protein.

本発明の実施態様によれば、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来し、アルカリ性環境下および酸性環境下において、互いに蛍光ピーク波長の異なる蛍光活性をそれぞれ有する蛍光タンパク質が提供される。   According to an embodiment of the present invention, fluorescent proteins derived from organisms belonging to the cnidarian genus Coleoptera Uridae, which have fluorescent activities having different fluorescence peak wavelengths in an alkaline environment and an acidic environment, respectively. Provided.

また、そのような蛍光タンパク質を対象に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法が提供される。   In addition, a method for introducing such a fluorescent protein into a subject and measuring the pH inside the subject based on the fluorescence emitted from the fluorescent protein is provided.

本発明により、1種類の蛍光タンパク質の中に2種類の蛍光特性、すなわち、アルカリ性側にpH依存性を示す蛍光特性と酸性側にpH依存性を示す蛍光特性とを持ち合わせた刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物(例えば、ウミサボテン)由来の蛍光タンパク質が提供され、さらに、このような蛍光タンパク質を用いた、細胞内および細胞内小器官等の精度の高いpH測定方法が提供される。ここにおいて、これらの2種類の蛍光特性は、それぞれ異なった蛍光波長を有している。   According to the present invention, a cnidarial flower that has two types of fluorescence characteristics in one type of fluorescent protein, that is, a fluorescence characteristic exhibiting pH dependence on the alkaline side and a fluorescence characteristic exhibiting pH dependence on the acidic side. Provided is a fluorescent protein derived from an organism belonging to the order of the genus Clevisidae (for example, Cactus), and further provides a highly accurate pH measurement method for intracellular and intracellular organelles using such a fluorescent protein. Is done. Here, these two types of fluorescence characteristics have different fluorescence wavelengths.

この互いに反対のpH特性をもつ蛍光タンパク質を用いることによって、2波長励起2波長蛍光または1波長励起2波長蛍光の測定が可能となり、さらに、pHの変化を相対的な蛍光強度の比として計測することが可能となる。そのため、異なった実験条件下における蛍光強度の絶対的な差異をキャンセルでき、種々のデータを互いに比較することができる。また、アルカリ性側および酸性側の両方に蛍光活性を持つことにより、広範囲にpHを測定でき、さらに、酸性側での測定精度も確保できる。   By using fluorescent proteins having opposite pH characteristics, two-wavelength excitation two-wavelength fluorescence or one-wavelength excitation two-wavelength fluorescence can be measured, and a change in pH is measured as a relative fluorescence intensity ratio. It becomes possible. Therefore, the absolute difference in fluorescence intensity under different experimental conditions can be canceled and various data can be compared with each other. Moreover, by having fluorescence activity on both the alkaline side and the acidic side, the pH can be measured over a wide range, and the measurement accuracy on the acidic side can be ensured.

また、このような性質を持つウミサボテン由来の蛍光タンパク質は、野生型の状態では多量体を形成するが、人為的にアミノ酸置換を施して単量体化することで、細胞内での凝集および細胞内移動における制限が抑制された変異体が提供される。   In addition, the cactus-derived fluorescent protein having such properties forms a multimer in the wild-type state, but artificially amino acid substitution to form a monomer allows for intracellular aggregation and cell formation. Mutants with reduced restriction on inward movement are provided.

さらに、野生型のウミサボテン由来蛍光タンパク質は、蛍光発色団の形成が25℃付近で最も高いが、人為的にアミノ酸置換を施すことで、哺乳細胞の培養等に適した温度(例えば37℃付近)において蛍光発色団の形成の最適化され、強い蛍光を発する変異体が提供される。   Furthermore, although the wild type cactus-derived fluorescent protein has the highest formation of a fluorescent chromophore at around 25 ° C., it can be artificially subjected to amino acid substitution to a temperature suitable for culturing mammalian cells (eg, around 37 ° C.). In which the formation of a fluorescent chromophore is optimized and a strong fluorescent variant is provided.

遺伝子クローニングによって得られたウミサボテン蛍光タンパク質のアミノ酸配列および塩基配列。The amino acid sequence and base sequence of the cactus fluorescent protein obtained by gene cloning. 388nmで励起した場合のpH5、7および9環境下でのウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of sea cactus fluorescent protein under a pH 5, 7, and 9 environment when excited at 388 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). 450nmで励起した場合のpH5、7および9環境下でのウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:蛍光強度(任意単位))。Fluorescence spectrum of sea cactus fluorescent protein under a pH 5, 7, and 9 environment when excited at 450 nm (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: fluorescence intensity (arbitrary unit)). pH5、7および9環境下でのウミサボテン蛍光タンパク質の吸収スペクトル(横軸:波長(nm)、縦軸:吸光度(任意単位))。Absorption spectrum of sea cactus fluorescent protein under pH 5, 7 and 9 environment (horizontal axis: wavelength (nm), vertical axis: absorbance (arbitrary unit)). ウミサボテン蛍光タンパク質の458nmピークの蛍光(388nm励起)および507nmピークの蛍光(450nm励起)におけるpH感受性(横軸:pH、縦軸:蛍光強度(任意単位))。PH sensitivity (abscissa: pH, ordinate: fluorescence intensity (arbitrary unit)) of fluorescence at the 458 nm peak (excitation at 388 nm) and fluorescence at the 507 nm peak (excitation at 450 nm) of the cactus fluorescent protein. ウミサボテン蛍光タンパク質の388nmピークおよび450nmピークの吸収におけるpH感受性(横軸:pH、縦軸:吸光度)。PH sensitivity (abscissa: pH, ordinate: absorbance) in absorption of the 388 nm peak and 450 nm peak of the cactus fluorescent protein. 各pHにおけるウミサボテン蛍光タンパク質の458nm蛍光(388nm励起)と507nm蛍光(450nm励起)との蛍光強度比(横軸:pH、縦軸:蛍光強度比)。Fluorescence intensity ratio of 458 nm fluorescence (388 nm excitation) and 507 nm fluorescence (450 nm excitation) of the cactus fluorescent protein at each pH (horizontal axis: pH, vertical axis: fluorescence intensity ratio). 各pHにおけるウミサボテン蛍光タンパク質の458nm蛍光と507nm蛍光と(ともに388nm励起)の蛍光強度比(横軸:pH、縦軸:蛍光強度比)。Fluorescence intensity ratio (abscissa: pH, ordinate: fluorescence intensity ratio) of 458 nm fluorescence and 507 nm fluorescence (both excited at 388 nm) of the cactus fluorescent protein at each pH. 野生型蛍光タンパク質および変異体蛍光タンパク質(154番目システインをセリンに置換)の会合状態をSDS−PAGEにより比較した図。The figure which compared the association state of wild type fluorescent protein and mutant fluorescent protein (154th cysteine is substituted with serine) by SDS-PAGE. 変異体蛍光タンパク質(37℃で安定化)を大腸菌で発現させたときの蛍光を示す図。The figure which shows the fluorescence when a mutant fluorescent protein (stabilized at 37 degreeC) is expressed in colon_bacillus | E._coli. 野生型蛍光タンパク質および変異体蛍光タンパク質(37℃で安定化)の会合状態のゲルろ過法による分析結果。The analysis result by the gel filtration method of the association state of wild type fluorescent protein and mutant fluorescent protein (stabilized at 37 degreeC). ウミサボテン蛍光タンパク質を発現させたU2OS細胞の明視野像(a)、pH=7における蛍光像(b)およびpH=4における蛍光像(c)、ならびに、bおよびcの蛍光スペクトル(d)。Bright field image (a), fluorescence image (b) at pH = 7 and fluorescence image (c) at pH = 4, and fluorescence spectra (d) of b and c, of U2OS cells expressing the cactus fluorescent protein. ウミサボテン蛍光タンパク質を発現させた大腸菌がRAW細胞に貪食される状態を示す蛍光像。The fluorescence image which shows the state by which the colon_bacillus | E._coli which expressed the cactus fluorescent protein is phagocytosed by the RAW cell. RAW細胞に貪食される前後のウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光スペクトルおよび蛍光強度比を示す表。The table | surface which shows the fluorescence spectrum and fluorescence intensity ratio of the cactus fluorescent protein before and behind being phagocytosed by a RAW cell.

<蛍光タンパク質>
本発明は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来し、アルカリ性環境下および酸性環境下において、互いに蛍光ピーク波長の異なる蛍光活性をそれぞれ有する蛍光タンパク質に関する。
<Fluorescent protein>
The present invention relates to a fluorescent protein derived from an organism belonging to the cnidarian genus Coleoptera Uridae, which has fluorescent activities with different fluorescence peak wavelengths in an alkaline environment and an acidic environment.

すなわち、本発明の蛍光タンパク質は、pH>7のいずれかのpHの環境下で蛍光を発し、さらに、pH<7のいずれかのpHの環境下においても前記蛍光の波長とは異なる波長の蛍光を発することができる。このため、本発明の蛍光タンパク質は、環境中のpHの指標として利用することができる。特に、本発明の蛍光タンパク質は、酸性環境下においても十分な強度の蛍光を発生することができるため、従来の蛍光タンパク質と比較して精度の高いpHの指標となる。   That is, the fluorescent protein of the present invention emits fluorescence in an environment with any pH of pH> 7, and further has a fluorescence with a wavelength different from the wavelength of the fluorescence even in an environment with any pH of pH <7. Can be issued. For this reason, the fluorescent protein of the present invention can be used as an indicator of pH in the environment. In particular, since the fluorescent protein of the present invention can generate fluorescence with sufficient intensity even in an acidic environment, it is a highly accurate pH index compared to conventional fluorescent proteins.

また、本発明の蛍光タンパク質は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来する。例えば、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属すカベルヌラリア・オベサ(Cavernularia obesa)(和名:ウミサボテン)に由来する。したがって、未だ分類されていない生物または未発見の生物であっても、それが後に刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属すとされ、且つ、それから得られる蛍光タンパク質が上述のような二峰性の蛍光活性を持てば、本発明に含まれる。なお、ここにいう「由来する」とは、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物が有する野生型の蛍光タンパク質に加えて、その変異体をも含むことを意味する。   In addition, the fluorescent protein of the present invention is derived from an organism belonging to the genus Cleoptera: Hymenoptera Umiellae. For example, it is derived from Cavernularia obesa (Japanese name: Cypridina) belonging to the family Clematozoa phytoseiidae. Therefore, even if the organism has not yet been classified or has not yet been discovered, it is later considered to belong to the cnidarian genus Coleoptera Umiellaceae, and the fluorescent protein obtained from it belongs to the above two types. If it has peak fluorescent activity, it is included in the present invention. As used herein, “derived from” means that in addition to a wild-type fluorescent protein possessed by an organism belonging to the family Cleoptera: Hymenoptera Umiellae, the mutant is also included.

本発明の蛍光タンパク質の好ましい例は、配列番号1、配列番号3、配列番号4、配列番号5または配列番号6で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質である。また、本発明の蛍光タンパク質の好ましい例は、これらの配列番号で示されるアミノ酸配列に変異を含むアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質である。   A preferred example of the fluorescent protein of the present invention is a fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 6. A preferred example of the fluorescent protein of the present invention is a fluorescent protein containing an amino acid sequence containing a mutation in the amino acid sequence represented by these SEQ ID NOs.

<野生型>
図1には、このような蛍光タンパク質の一例のアミノ酸配列(配列番号1)および塩基配列(配列番号2)が示される。この蛍光タンパク質の遺伝子は、カベルヌラリア・オベサからクローニングされた。また、当該蛍光タンパク質は、通常、細胞内において二量体を形成する。
<Wild type>
FIG. 1 shows an amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) and a base sequence (SEQ ID NO: 2) of an example of such a fluorescent protein. The gene for this fluorescent protein was cloned from Caberularia obesa. In addition, the fluorescent protein usually forms a dimer in the cell.

図2aおよび図2bには、図1にアミノ酸配列を示した蛍光タンパク質の蛍光スペクトルが示される。図2aは、当該蛍光タンパク質を、pH5、7および9の環境下において、388nmの波長の光によって励起したときの蛍光スペクトルである。この場合、pHを9から5へとシフトするほど、458nm付近のピークが大きくなる。特にpH5では、506nm付近のピークも残っているものの、それよりも強い強度で458nmのピークが生じている。一方、図2bは、当該蛍光タンパク質を、pH5、7および9の環境下において、450nmの波長の光によって励起したときの蛍光スペクトルである。この場合、pHを5から9へとシフトするほど、506nm付近のピークが大きくなる。特に、pH9では、506nm付近に単一のピークが生じる。これらのことから、当該蛍光タンパク質は、酸性側において458nm付近に最大のピークを持つ蛍光を発し、アルカリ性側において506nm付近にピークを持つ蛍光を発することがわかる。   2a and 2b show the fluorescence spectra of the fluorescent proteins whose amino acid sequences are shown in FIG. FIG. 2a is a fluorescence spectrum when the fluorescent protein is excited by light having a wavelength of 388 nm in an environment of pH 5, 7, and 9. FIG. In this case, the peak near 458 nm increases as the pH is shifted from 9 to 5. In particular, at pH 5, although a peak near 506 nm remains, a peak at 458 nm is generated with a stronger intensity. On the other hand, FIG. 2b is a fluorescence spectrum when the fluorescent protein is excited by light having a wavelength of 450 nm in an environment of pH 5, 7, and 9. In this case, the peak around 506 nm increases as the pH is shifted from 5 to 9. In particular, at pH 9, a single peak occurs around 506 nm. From these facts, it can be seen that the fluorescent protein emits fluorescence having a maximum peak near 458 nm on the acidic side and emits fluorescence having a peak near 506 nm on the alkaline side.

図3には、図1にアミノ酸配列を示した蛍光タンパク質の、pH5、7および9の環境下における吸収スペクトルが示される。この図から、当該蛍光タンパク質は、pH7および9では498nm付近に主な吸収ピークを持ち、pH5では、388nm付近に最大の吸収ピークを持ち、498nm付近にも吸収ピークを持つことがわかる。   FIG. 3 shows the absorption spectrum of the fluorescent protein whose amino acid sequence is shown in FIG. 1 under the pH 5, 7, and 9 environment. From this figure, it can be seen that the fluorescent protein has a main absorption peak at around 498 nm at pH 7 and 9, and has a maximum absorption peak at around 388 nm at pH 5 and also has an absorption peak at around 498 nm.

図4および図5には、図1にアミノ酸配列を示した蛍光タンパク質の蛍光および吸収のpH感受性が示される。   4 and 5 show the pH sensitivity of fluorescence and absorption of the fluorescent protein whose amino acid sequence is shown in FIG.

図4は、横軸をpH、縦軸を蛍光強度として、pHの変化と458nm付近または507nm付近の蛍光強度の変化との関係を示している。なお、458nm付近の蛍光強度は388nm付近の励起光を用いて測定し、507nm付近の蛍光強度は450nm付近の蛍光強度を用いて測定した。この図から、507nm付近の蛍光ピークはアルカリ性側に活性を持ち、458nm付近の蛍光ピークは酸性側に活性を持つことがわかる。このとき、507nm付近の蛍光ピークにおけるpKa(すなわち、蛍光強度が、最大値の50%となるpH)は6.5であり、458nm付近の蛍光ピークにおけるpKaは6.0である。すなわち、507nm付近の蛍光は、pH6.5よりもアルカリ性側において最大値の50%を超える蛍光強度を示し、一方、458nm付近の蛍光は、pH6.0よりも酸性側において最大値の50%を超える蛍光強度を示す。このことから、これらの蛍光強度のピークは適度に分離していることがわかる。   FIG. 4 shows the relationship between the change in pH and the change in fluorescence intensity near 458 nm or 507 nm, with the horizontal axis representing pH and the vertical axis representing fluorescence intensity. The fluorescence intensity near 458 nm was measured using excitation light near 388 nm, and the fluorescence intensity near 507 nm was measured using the fluorescence intensity near 450 nm. From this figure, it can be seen that the fluorescence peak near 507 nm has activity on the alkaline side and the fluorescence peak near 458 nm has activity on the acidic side. At this time, the pKa at the fluorescence peak near 507 nm (that is, the pH at which the fluorescence intensity becomes 50% of the maximum value) is 6.5, and the pKa at the fluorescence peak near 458 nm is 6.0. That is, the fluorescence near 507 nm exhibits a fluorescence intensity exceeding 50% of the maximum value on the alkaline side of pH 6.5, while the fluorescence near 458 nm exhibits 50% of the maximum value on the acidic side of pH 6.0. Exceeds fluorescent intensity. This shows that these fluorescence intensity peaks are separated appropriately.

図5は、横軸をpH、縦軸を吸光度として、pHの変化と388nm付近または498nm付近の励起光の吸収の変化との関係を示している。この図から、498nm付近の励起光はアルカリ性側で吸収され、388nm付近の励起光は酸性側で吸収されることがわかる。   FIG. 5 shows the relationship between the change in pH and the change in absorption of excitation light near 388 nm or 498 nm, with the horizontal axis representing pH and the vertical axis representing absorbance. From this figure, it can be seen that the excitation light near 498 nm is absorbed on the alkaline side, and the excitation light near 388 nm is absorbed on the acidic side.

また、図6および図7には、各pHにおける、458nm付近の蛍光強度と507nm付近の蛍光強度との比が示される。図6は、2つの励起光を用いた場合、すなわち、388nm付近の励起光を用いて458nm付近の蛍光を検出し、450nm付近の励起光を用いて507nm付近の蛍光を検出した場合である。一方、図7は、1つの励起光を用いた場合、すなわち、388nm付近の励起光を用いて458nm付近および507nm付近の蛍光を検出した場合である。2励起光を用いる場合(図6)、pH6付近を境に、アルカリ性側で507nm/458nmの比が高くなり、酸性側で458nm/507nmの比が高くなることがわかる。一方、1励起光を用いる場合(図7)、pH5.5付近を境に、アルカリ性側で506nm/458nmの比が高くなり、酸性側で458nm/506nmの比が高くなることがわかる。   6 and 7 show the ratio of the fluorescence intensity near 458 nm to the fluorescence intensity near 507 nm at each pH. FIG. 6 shows a case where two excitation lights are used, that is, fluorescence near 458 nm is detected using excitation light around 388 nm and fluorescence near 507 nm is detected using excitation light around 450 nm. On the other hand, FIG. 7 shows a case where one excitation light is used, that is, fluorescence near 458 nm and 507 nm is detected using excitation light near 388 nm. When two excitation lights are used (FIG. 6), it can be seen that the ratio of 507 nm / 458 nm increases on the alkaline side and the ratio of 458 nm / 507 nm increases on the acidic side around pH 6. On the other hand, when one excitation light is used (FIG. 7), it can be seen that the ratio of 506 nm / 458 nm increases on the alkaline side and the ratio of 458 nm / 506 nm increases on the acidic side around pH 5.5.

なお、一般に、独立した実験系で蛍光タンパク質の蛍光活性を測定する場合、測定条件を極力同一にしたとしても、検出される蛍光強度の値は変動する可能性がある。例えば、使用する励起光源の状態等により、検出される蛍光強度の絶対値は変動する。また、測定する細胞の状態や培養液の状態などによって、バッググラウンドが上昇または下降することがある。このような場合、それらの実験系から得られる蛍光強度の値同士を直接比較することは適当ではない。これに対し、単一の実験系にて2つの蛍光強度を取得し、その比をもとめれば、蛍光強度の値の変動をキャンセルすることができ、同一条件の下で得られた比は、実験系間でほぼ一定となると考えられる。この点で、図6および7に示されるグラフは、蛍光強度比の検量線として使用することができる。   In general, when the fluorescence activity of a fluorescent protein is measured in an independent experimental system, the value of the detected fluorescence intensity may vary even if the measurement conditions are the same as much as possible. For example, the absolute value of the detected fluorescence intensity varies depending on the state of the excitation light source used. Further, the background may rise or fall depending on the state of the cell to be measured and the state of the culture solution. In such a case, it is not appropriate to directly compare the fluorescence intensity values obtained from these experimental systems. On the other hand, if two fluorescence intensities are acquired in a single experimental system and the ratio is obtained, fluctuations in the value of the fluorescence intensity can be canceled, and the ratio obtained under the same conditions is It is considered to be almost constant between experimental systems. In this regard, the graphs shown in FIGS. 6 and 7 can be used as a calibration curve for the fluorescence intensity ratio.

<変異体>
また、本発明の蛍光タンパク質は、野生型のウミサボテン蛍光タンパク質の様々な変異体であってもよい。当該変異体は、アルカリ性環境下および酸性環境下において、互いに蛍光ピーク波長の異なる蛍光活性をそれぞれ有するという特徴を維持する限りにおいて、どのような変異体であってもよい。ここにおいて、変異体とは、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列に変異(例えば、アミノ酸の置換、欠失および/または付加等)が生じた蛍光タンパク質を指す。この変異とは、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列の1以上のアミノ酸の変異であり、好ましくは、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列の1から20のアミノ酸の変異、1から15のアミノ酸の変異、1から10のアミノ酸の変異または1から5のアミノ酸の変異である。好ましくは、当該変異体のアミノ酸配列は、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列との間で75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上または99%以上の相同性を有する。
<Variants>
In addition, the fluorescent protein of the present invention may be various mutants of wild-type sea cactus fluorescent protein. The mutant may be any mutant as long as it maintains the characteristics of having fluorescence activities with different fluorescence peak wavelengths in an alkaline environment and an acidic environment. Here, the mutant refers to a fluorescent protein in which a mutation (for example, amino acid substitution, deletion and / or addition, etc.) has occurred in the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein. This mutation is a mutation of one or more amino acids in the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein, preferably a mutation of 1 to 20 amino acids in the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein, a mutation of 1 to 15 amino acids, From 1 to 10 amino acid mutations or from 1 to 5 amino acid mutations. Preferably, the amino acid sequence of the mutant is 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more with respect to the amino acid sequence of the wild-type fluorescent protein, It has 98% or more or 99% or more homology.

また、本発明の蛍光タンパク質は、上述のような二峰性の蛍光活性以外の特徴を変化させた変異体を含む。特に、そのような変異は、蛍光タンパク質としての操作性を向上させる変異であることが好ましい。   Moreover, the fluorescent protein of the present invention includes a mutant in which characteristics other than the bimodal fluorescent activity are changed as described above. In particular, such a mutation is preferably a mutation that improves operability as a fluorescent protein.

例えば、本発明の蛍光タンパク質には、野生型よりも強度の高い蛍光を発することができる変異体が含まれる。この変異体は、感度の低い測定システムを使用する場合や、タンパク質の発現が弱い細胞にて測定する場合においても、十分な蛍光強度を提供することができる。このような変異体は、当該分野の従来の方法を使用して取得することができ、例えば、野生型の蛍光タンパク質をコードする核酸にランダムに変異を導入した後、それを大腸菌等に発現させ、励起光を照射し、野生型蛍光タンパク質を発現する株よりも強い蛍光を発する株を選択することで取得できる。このような変異体の例は、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有する蛍光タンパク質である。この蛍光タンパク質は、図1に示されるアミノ酸配列の154座位のシステインがアルギニンに置換されたものである。この蛍光タンパク質は、二量体を形成する性質は維持されているが、野生型と比較して蛍光強度が向上している。   For example, the fluorescent protein of the present invention includes mutants that can emit fluorescence with higher intensity than the wild type. This mutant can provide sufficient fluorescence intensity even when a measurement system with low sensitivity is used or when measurement is performed on cells with weak protein expression. Such a mutant can be obtained by using a conventional method in the art. For example, after a mutation is randomly introduced into a nucleic acid encoding a wild-type fluorescent protein, it is expressed in Escherichia coli or the like. It can be obtained by irradiating excitation light and selecting a strain that emits fluorescence stronger than a strain that expresses wild-type fluorescent protein. An example of such a variant is a fluorescent protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. This fluorescent protein is obtained by replacing cysteine at the 154 locus in the amino acid sequence shown in FIG. 1 with arginine. Although this fluorescent protein maintains the property of forming a dimer, the fluorescence intensity is improved as compared with the wild type.

また、本発明の蛍光タンパク質として、細胞内で単量体として存在できる変異体が含まれる。蛍光タンパク質が二量体を形成する場合、細胞内で凝集を生じたり、細胞内の移動が阻害されたりすることがある。単量体化することによって、そのような問題を回避することができる。特に、蛍光タンパク質に別のタンパク質を融合させる場合、この別のタンパク質の本来の機能に対する影響を最小化することができる。このような単量体化された変異体は、野生型蛍光タンパク質の遺伝子にランダムに変異を導入した後、そのような候補変異体を含むライブラリーから、単量体化され且つ蛍光活性を失っていないものをスクリーニングすることで取得することができる。あるいは、蛍光タンパク質の二量体形成に寄与する可能性が高いアミノ酸に変異を入れた後、単量体化され且つ蛍光活性を失っていないことを確認することで取得することができる。このような単量体化された変異体の例は、配列番号4に示されるアミノ酸配列を有する蛍光タンパク質である。当該蛍光タンパク質は、図1に示されるアミノ酸配列の154座位のシステインがセリンに置換されたものである。この蛍光タンパク質は、図8に示されるように二量体を形成せず単量体で存在する(右レーンが当該変異体、2量体のバンドが消失している)。   Moreover, the fluorescent protein of the present invention includes mutants that can exist as monomers in cells. When the fluorescent protein forms a dimer, aggregation may occur in the cell or movement within the cell may be inhibited. Such a problem can be avoided by monomerization. In particular, when another protein is fused to the fluorescent protein, the influence on the original function of the other protein can be minimized. Such a monomerized mutant is randomly monomerized and loses fluorescent activity from a library containing such candidate mutants after introducing mutations randomly into the gene of the wild-type fluorescent protein. It can be obtained by screening what is not. Alternatively, it can be obtained by mutating an amino acid that is likely to contribute to dimer formation of a fluorescent protein, and then confirming that it has been monomerized and has not lost its fluorescent activity. An example of such a monomerized variant is a fluorescent protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. The fluorescent protein is a protein in which cysteine at the 154 position in the amino acid sequence shown in FIG. 1 is substituted with serine. As shown in FIG. 8, this fluorescent protein does not form a dimer and exists as a monomer (the right lane is the band of the mutant and dimer disappears).

また、本発明の蛍光タンパク質として、特定の条件の下で安定性の高い変異体が含まれる。そのようなタンパク質には、例えば、測定対象となる細胞の培養に適した温度の下で蛍光発色団の形成効率が高い変異体が含まれる。野生型の蛍光タンパク質はウミサボテン科の生物に由来するため、蛍光タンパク質は当該生物の生活環境において最も安定的である可能性が高い。その生活環境における温度等の条件が実験条件と大きく異なる場合、蛍光タンパク質の安定性が損なわれる可能性がある。したがって、特に実験で使用する条件の下で安定性の高い蛍光タンパク質の変異体を取得することは精度の高い測定を行う上で利点がある。このような変異体は、図1にアミノ酸配列が示される野生型に対して、または、配列番号4に示されるアミノ酸配列を有する単量体化した変異体に対してランダムに変異を入れた後、それらを大腸菌等に発現させ、特定の条件下で所望の安定性を示す変異体を選択することで取得できる。   In addition, the fluorescent protein of the present invention includes mutants having high stability under specific conditions. Such proteins include, for example, mutants with high formation efficiency of fluorescent chromophores at a temperature suitable for culturing cells to be measured. Since wild-type fluorescent proteins are derived from the family Cactaceae, the fluorescent proteins are likely to be most stable in the living environment of the organism. When conditions such as temperature in the living environment are significantly different from experimental conditions, the stability of the fluorescent protein may be impaired. Therefore, obtaining a highly stable fluorescent protein mutant, particularly under the conditions used in the experiment, is advantageous in performing highly accurate measurement. Such a mutant is obtained by randomly mutating a wild type whose amino acid sequence is shown in FIG. 1 or a monomerized mutant having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 They can be obtained by expressing them in Escherichia coli and selecting mutants that exhibit the desired stability under specific conditions.

このような変異体のより具体的な例は、哺乳細胞の培養に適した温度(例えば37℃付近)において野生型の蛍光タンパク質と比較して蛍光強度の強い変異体である。この一例は、配列番号5で示されるアミノ酸配列を有する蛍光タンパク質である。当該蛍光タンパク質は、図1に示されるアミノ酸配列の126座位のアスパラギンがチロシンに置換され、154座位のシステインがセリンに置換され、および166座位のチロシンがフェニルアラニンに置換されたものである。また別の例は、配列番号6で示されるアミノ酸配列を有する蛍光タンパク質である。当該蛍光タンパク質は、図1に示されるアミノ酸配列の129座位のセリンがグリシンに置換され、154座位のシステインがセリンに置換され、156座位のアスパラギン酸がグリシンに置換され、204座位のリジンがイソロイシンに置換され、および、209座位のアスパラギンがチロシンに置換されたものである。これら2つの変異体は、上述の単量体化された変異体と同様に154座位のシステインがセリンに置換された変異を含むため単量体で存在する。   A more specific example of such a mutant is a mutant having a higher fluorescence intensity than a wild-type fluorescent protein at a temperature suitable for culturing mammalian cells (for example, around 37 ° C.). An example of this is a fluorescent protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5. In the fluorescent protein, asparagine at the 126th locus in the amino acid sequence shown in FIG. 1 is substituted with tyrosine, cysteine at the 154th locus is substituted with serine, and tyrosine at the 166th locus is substituted with phenylalanine. Another example is a fluorescent protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6. In the fluorescent protein, serine at the 129 locus in the amino acid sequence shown in FIG. 1 is substituted with glycine, cysteine at the 154 locus is substituted with serine, aspartic acid at the 156 locus is substituted with glycine, and lysine at the 204 locus is isoleucine. And asparagine at the 209 locus is substituted with tyrosine. These two mutants exist as monomers because they contain a mutation in which cysteine at the 154 locus is substituted with serine as in the monomerized mutant described above.

<核酸>
本発明は、さらに、上述したような野生型蛍光タンパク質または変異体蛍光タンパク質をコードする塩基配列を含む核酸に関する。このような塩基配列は、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来する塩基配列であってよい。ここにおける「由来する」とは、刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物が本来有する野生型の塩基配列に加えて、そこに変異が生じた塩基配列をも含むことを意味する。ここにおける変異とは、塩基配列中の特定の塩基の置換、欠失および/または付加等を指す。塩基配列の変異には、コードされるアミノ酸配列に変化を生じさせない変異をも含む。また、核酸とは、特に、DNAまたはRNAを指す。
<Nucleic acid>
The present invention further relates to a nucleic acid comprising a base sequence encoding a wild-type fluorescent protein or a mutant fluorescent protein as described above. Such a base sequence may be a base sequence derived from an organism belonging to the family Cnidaria genus Coleoptera Umiellae. “Derived” in this context means that in addition to the wild-type base sequence originally possessed by organisms belonging to the genus Coleoptera, Hymenoptera, Cactaceae, it also includes a base sequence in which a mutation has occurred. . The mutation herein refers to substitution, deletion and / or addition of a specific base in the base sequence. The nucleotide sequence mutation includes a mutation that does not cause a change in the encoded amino acid sequence. The nucleic acid particularly refers to DNA or RNA.

本発明の核酸の好ましい例は、ウミサボテン由来の野生型蛍光タンパク質をコードする配列番号2の塩基配列を含む核酸、当該野生型タンパク質よりも蛍光強度が増大した変異体(C154R)をコードする配列番号7の塩基配列を含む核酸、当該野生型蛍光タンパク質を単量体化(C154S)した変異体をコードする配列番号8の塩基配列を含む核酸、当該野生型蛍光タンパク質を単量体化し、且つ、哺乳細胞の培養に適した温度での安定性を増大させた変異体(N126Y、C154S、Y166F)(S129G、C154S、D156G、K204I、N209Y)をコードする配列番号9または配列番号10の塩基配列を含む核酸を含む。   Preferred examples of the nucleic acid of the present invention include a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 encoding a wild-type fluorescent protein derived from sea cactus, and a SEQ ID NO: encoding a variant (C154R) having an increased fluorescence intensity as compared to the wild-type protein. A nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8, encoding a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of 7; a mutant obtained by monomerizing (C154S) the wild-type fluorescent protein; and monomerizing the wild-type fluorescent protein; A nucleotide sequence of SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 10 encoding a mutant (N126Y, C154S, Y166F) (S129G, C154S, D156G, K204I, N209Y) having increased stability at a temperature suitable for mammalian cell culture Containing nucleic acids.

また、本発明は、これらの核酸を含むベクターを含む。当該ベクターには、蛍光タンパク質をコードする核酸以外に、発現を調節するための配列またはマーカー遺伝子の配列を含む核酸等を含んでよい。   The present invention also includes vectors containing these nucleic acids. The vector may contain, in addition to a nucleic acid encoding a fluorescent protein, a nucleic acid containing a sequence for regulating expression or a marker gene sequence.

<pH測定方法>
また本発明は、本発明に係る蛍光タンパク質を対象に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法に関する。
<PH measurement method>
The present invention also relates to a method for introducing the fluorescent protein according to the present invention into a subject and measuring the pH inside the subject based on the fluorescence emitted by the fluorescent protein.

すなわち、本発明の方法では、対象の内部に蛍光タンパク質を導入した後、励起光を照射して蛍光タンパク質が発する蛍光を検出し、当該蛍光の波長に基づいてpHを特定する。   That is, in the method of the present invention, after the fluorescent protein is introduced into the target, the fluorescence emitted from the fluorescent protein is detected by irradiating the excitation light, and the pH is specified based on the wavelength of the fluorescence.

ここにおいて、対象は、バクテリアの細胞、酵母細胞、真菌細胞、昆虫細胞または哺乳細胞といった細胞であってよい。さらに、対象は、組織または個体であってよい。細胞は、固定したものであってよいし、生きた状態のものであってよい。固定は、ホルマリン、メタノール等による一般的な方法で行うことができる。また、対象としての個体は、ヒトを除く個体であってよい。さらに、対象は、生物学実験で一般的に用いられる溶液であってよい。対象とする細胞、組織および個体に特に限定はなく、従来の取得方法によって得られるものを使用することができる。   Here, the subject may be a cell such as a bacterial cell, yeast cell, fungal cell, insect cell or mammalian cell. Furthermore, the subject may be a tissue or an individual. The cells may be fixed or alive. Fixing can be performed by a general method using formalin, methanol or the like. Moreover, the individual as a target may be an individual other than a human. Furthermore, the subject may be a solution commonly used in biological experiments. There are no particular limitations on the target cells, tissues, and individuals, and those obtained by conventional acquisition methods can be used.

対象に蛍光タンパク質を導入するために、細胞等へタンパク質を導入するための当該分野で一般的ないずれの方法を使用してもよい。例えば、対象が細胞である場合、マイクロインジェクション法によって蛍光タンパク質を直接細胞内へ注入してもよい。あるいは、蛍光タンパク質の遺伝子を含む発現ベクターを細胞に導入し、適切に発現させることで導入してもよい。   Any method common in the art for introducing proteins into cells or the like may be used to introduce fluorescent proteins into a subject. For example, when the object is a cell, the fluorescent protein may be directly injected into the cell by a microinjection method. Alternatively, it may be introduced by introducing an expression vector containing a fluorescent protein gene into a cell and appropriately expressing it.

蛍光の検出は、特定の波長の蛍光を測定することが可能な、従来の方法または装置を使用して行うことができる。例えば、蛍光タンパク質を導入した細胞を蛍光顕微鏡下で観察することで行われる。そのような方法の1例において、蛍光の検出は、388nm励起−458nm蛍光および498nm励起−506nm蛍光に対応したフィルターセットの蛍光キューブを具備した倒立型蛍光顕微鏡において、458nmおよび506nmピークの試料の蛍光画像をCCDカメラによって撮像する。撮像した画像内のpH測定対象領域の蛍光強度を数値化しpHを求めることができる。このとき、細胞を種々の条件で刺激し、その後一定時間ごとに撮像することで、系時的に蛍光画像を取得することもできる。さらに、蛍光の測定は、458nm付近および506nm付近の波長のみでなく、蛍光スペクトルを測定することもできる。この場合、具体的には、顕微鏡のカメラポートに光ファイバーを接続し分光光度計にて測定対象領域の蛍光スペクトルを測定することで行うことができる。   Fluorescence detection can be performed using conventional methods or devices that are capable of measuring fluorescence at specific wavelengths. For example, it is performed by observing a cell into which a fluorescent protein has been introduced under a fluorescent microscope. In one example of such a method, the detection of fluorescence is performed in an inverted fluorescence microscope equipped with a fluorescence cube with a filter set corresponding to 388 nm excitation-458 nm fluorescence and 498 nm excitation-506 nm fluorescence, and the fluorescence of samples at 458 nm and 506 nm peaks. Images are taken with a CCD camera. The pH can be obtained by quantifying the fluorescence intensity of the pH measurement target area in the captured image. At this time, it is also possible to acquire a fluorescent image temporally by stimulating the cells under various conditions and then capturing images at regular intervals. Furthermore, the measurement of fluorescence can measure not only wavelengths near 458 nm and 506 nm, but also fluorescence spectra. In this case, specifically, the measurement can be performed by connecting an optical fiber to the camera port of the microscope and measuring the fluorescence spectrum of the measurement target region with a spectrophotometer.

また、pHの算出は、各pHに対する458nmおよび506nmの蛍光強度並びにそれらの比の値から作成した検量線をもとに行うことができる。検量線は、予め、各pHについて458nmの蛍光強度および506nmの蛍光強度を測定し、それらの比を求めて図6または図7のようにグラフにプロットすることで作成できる。その後、測定したい対象において458nmおよび506nmの蛍光強度を測定し、その比を検量線に当てはめて、対象中のpHを特定することができる。pHの特定を、蛍光強度の絶対値によらず、蛍光強度比によって行うことで、独立した実験から得られた蛍光強度値の間の変動をキャンセルすることが可能となり、測定のたびに検量線を作成する必要がなくなり、また、独立した実験から得られた結果同士を比較することが可能となる。   In addition, the pH can be calculated based on a calibration curve created from the values of the fluorescence intensity at 458 nm and 506 nm for each pH and the ratio thereof. A calibration curve can be created by measuring the fluorescence intensity at 458 nm and the fluorescence intensity at 506 nm for each pH in advance, and determining the ratio thereof and plotting it on a graph as shown in FIG. 6 or FIG. Thereafter, the fluorescence intensity at 458 nm and 506 nm can be measured in the subject to be measured, and the ratio can be applied to a calibration curve to identify the pH in the subject. By specifying the pH based on the fluorescence intensity ratio, regardless of the absolute value of the fluorescence intensity, it becomes possible to cancel the fluctuations between the fluorescence intensity values obtained from independent experiments. It is possible to compare the results obtained from independent experiments.

本発明の方法は、蛍光タンパク質を単独で対象に導入する場合に限定されず、蛍光タンパク質と、その蛍光タンパク質とは異なるタンパク質とから成る融合タンパク質を対象に導入する方法も含む。例えば、この「異なるタンパク質」を、対象とする細胞が本来発現しているタンパク質とする場合、そのタンパク質が本来局在している細胞内の部位に、本発明の融合タンパク質も局在することが予想される。その状態で、蛍光タンパク質の蛍光を検出することで、「異なるタンパク質」に応じた特定部位のpHを測定することが可能となる。「異なるタンパク質」は、測定したい部位や、実験の目的に応じて選択することが可能であり、例えば、ミトコンドリア移行シグナル(coxIV)、ゴルジ体移行シグナル(GT)を使用できる。   The method of the present invention is not limited to the case where a fluorescent protein is introduced into a subject alone, but also includes a method of introducing a fusion protein comprising a fluorescent protein and a protein different from the fluorescent protein into the subject. For example, when the “different protein” is a protein that is originally expressed in the target cell, the fusion protein of the present invention may also be localized at a site in the cell where the protein is originally localized. is expected. In this state, by detecting the fluorescence of the fluorescent protein, it is possible to measure the pH of the specific site corresponding to the “different protein”. “Different proteins” can be selected according to the site to be measured and the purpose of the experiment. For example, a mitochondrial translocation signal (coxIV) or a Golgi translocation signal (GT) can be used.

本発明のpH測定方法では、蛍光タンパク質の励起を、波長の異なる2つの励起光を照射することで行うことができる。本発明のpH測定方法は、波長の異なる2つの蛍光を測定することを含むが、その2つの蛍光にそれぞれ対応した、波長の異なる2つの励起光を使用することができる。例えば、図1の蛍光タンパク質を使用する場合、458nm付近および506nm付近の蛍光を発生させるために、388nm付近および450nm付近の励起光が使用することができる(図2aおよび図2b)。また、本発明のpH測定方法では、蛍光タンパク質の励起を、単一波長の励起光を照射して行うことができる。例えば、図1の蛍光タンパク質を使用する場合、458nm付近および506nm付近の蛍光を発生させるために388nm付近の励起光を使用することができる(図2a)。単一の励起光を使用することにより、測定のための装置を単純化することが可能となる。   In the pH measurement method of the present invention, the fluorescent protein can be excited by irradiating two excitation lights having different wavelengths. Although the pH measurement method of the present invention includes measuring two fluorescences having different wavelengths, two excitation lights having different wavelengths corresponding to the two fluorescences can be used. For example, when using the fluorescent protein of FIG. 1, excitation light near 388 nm and 450 nm can be used to generate fluorescence near 458 nm and 506 nm (FIGS. 2a and 2b). In the pH measurement method of the present invention, the fluorescent protein can be excited by irradiating with excitation light having a single wavelength. For example, when using the fluorescent protein of FIG. 1, excitation light around 388 nm can be used to generate fluorescence around 458 nm and 506 nm (FIG. 2a). By using a single excitation light, it is possible to simplify the apparatus for measurement.

[実施例1:ウミサボテン蛍光タンパク遺伝子のクローニング]
ウミサボテン(Cavernularia obesa)から蛍光タンパク質を抽出および精製し、その部分的なアミノ酸配列を読み取った後、当該配列をもとに遺伝子配列を決定することで蛍光タンパク質遺伝子のクローニングを行った。
[Example 1: Cloning of the cactus fluorescent protein gene]
After extracting and purifying the fluorescent protein from the cactus (Cavernularia obesa) and reading the partial amino acid sequence, the fluorescent protein gene was cloned by determining the gene sequence based on the sequence.

蛍光タンパク質の抽出精製およびアミノ酸配列分析
島根近海で採取したウミサボテン15個体(約200g)を500mlのSDS−グリシンバッファー中ですり潰し、蛍光活性を持つタンパクを含む可溶性タンパクを抽出した。遠心機を用いて残渣を取り除き、蛍光活性を持つタンパクを含む溶液を抽出した。この抽出溶液に、最終濃度が80%になるように硫酸アンモニウムを加えて硫安沈殿を行った。具体的には、抽出溶液500mlに262gの硫酸アンモニウムを加えた。得られた沈殿を、50mlのトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)に再溶解させた。これに2倍量のエタノールを加え、タンパク質を再度沈殿させた。さらに、この沈殿にトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)を加えて再溶解させた。この溶液50mlを、十分量のトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)および透析膜27/32(三光純薬株式会社)を用いて透析した。透析後の溶液を、DEAE SepharoseCL−6Bカラム(GEヘルスケアバイオサイエンス)を装着したクロマトグラフィーシステムAKTAexplorer(GEヘルスケアバイオサイエンス)を用いてイオン交換分離精製した。このイオン交換は、低塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)で十分に平衡化した後、サンプルを添加し、高塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、1M NaCl)でNaCl濃度を0.4Mまで上昇させることで行い、その結果、蛍光活性のあるフラクションを分取した。蛍光活性を持つタンパクを含むフラクションの選択は、UV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)を用いて行った。得られたフラクションを、十分量のトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)および透析膜27/32(三光純薬株式会社)を用いて透析した。透析後の溶液を、限外ろ過アミコンウルトラ:分画分子量30kDa(日本ミリポア株式会社)を用いて濃縮した。次に、Sephacryl S−200 High Resolution(GEヘルスケアバイオサイエンス)およびトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)を用いてゲルろ過を行った。ゲルろ過後、得られた蛍光活性のあるフラクションをmonoQ 5/50(GEヘルスケアバイオサイエンス)によってイオン交換分離した。このイオン交換は、低塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)で十分に平衡化した後、サンプルを添加し、高塩濃度トリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、1M NaCl)でNaCl濃度を0.4Mまで上昇させることで行い、その結果、蛍光活性のあるフラクションを得た。この活性のあるフラクションを限外ろ過アミコンウルトラ:分画分子量30kDa(日本ミリポア株式会社)を用いて濃縮し、その後、Superdex 75 10/300 GL(GEヘルスケアバイオサイエンス)およびトリスバッファー(20mM Tris−HCl(pH7.0)、20mM NaCl)を用いてゲルろ過分離を行い、蛍光活性のあるフラクションを得た。このサンプルをSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって分離してアミノ酸配列を分析した。分析の結果、22残基のアミノ酸配列(IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E:配列番号11)を決定することができた。
Extraction and Purification of Fluorescent Protein and Amino Acid Sequence Analysis Fifteen cactus (approximately 200 g) collected in the Shimane sea were ground in 500 ml of SDS-glycine buffer to extract a soluble protein containing a protein having fluorescence activity. The residue was removed using a centrifuge, and a solution containing a protein having fluorescent activity was extracted. Ammonium sulfate was added to this extracted solution so as to have a final concentration of 80%, and ammonium sulfate precipitation was performed. Specifically, 262 g of ammonium sulfate was added to 500 ml of the extraction solution. The obtained precipitate was redissolved in 50 ml of Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl). To this was added twice the amount of ethanol to precipitate the protein again. Further, Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) was added to the precipitate and redissolved. 50 ml of this solution was dialyzed using a sufficient amount of Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) and a dialysis membrane 27/32 (Sanko Junyaku Co., Ltd.). The solution after dialysis was purified by ion exchange separation using a chromatography system AKTAexplorer (GE Healthcare Bioscience) equipped with a DEAE Sepharose CL-6B column (GE Healthcare Bioscience). In this ion exchange, after sufficiently equilibrating with a low salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl), a sample is added and a high salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7. 0) and 1M NaCl) to increase the NaCl concentration to 0.4M. As a result, fractions having fluorescence activity were collected. Selection of the fraction containing the protein with fluorescence activity was performed using UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP). The obtained fraction was dialyzed using a sufficient amount of Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) and a dialysis membrane 27/32 (Sanko Junyaku Co., Ltd.). The solution after dialysis was concentrated using ultrafiltration Amicon Ultra: molecular weight cut off 30 kDa (Nippon Millipore Corporation). Next, gel filtration was performed using Sephacryl S-200 High Resolution (GE Healthcare Bioscience) and Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl). After gel filtration, the obtained fluorescently active fraction was subjected to ion exchange separation with monoQ 5/50 (GE Healthcare Bioscience). In this ion exchange, after sufficiently equilibrating with a low salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl), a sample is added and a high salt concentration Tris buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7. 0) and 1M NaCl) to increase the NaCl concentration to 0.4M. As a result, a fluorescently active fraction was obtained. This active fraction was concentrated using ultrafiltration Amicon Ultra: molecular weight cut off 30 kDa (Nippon Millipore Corporation), and then Superdex 75 10/300 GL (GE Healthcare Bioscience) and Tris buffer (20 mM Tris- Gel filtration separation was performed using HCl (pH 7.0), 20 mM NaCl) to obtain a fraction having fluorescence activity. The sample was separated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and analyzed for amino acid sequence. As a result of the analysis, an amino acid sequence of 22 residues (IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E: SEQ ID NO: 11) could be determined.

蛍光タンパク質遺伝子のクローニング
蛍光タンパク質遺伝子全長のクローニングのために、3’−RACE PCRを下記のとおり実施した。Rapid Amplification of cDNA End法(以下、RACEと略す)により、蛍光タンパク質遺伝子をクローニングするための混合プライマーを作成した。アミノ酸配列解析によって得られたアミノ酸配列IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E(配列番号11)のうち、コドンの塩基組み合わせが少ないIPDYFVおよびEGFTFERのアミノ酸領域に注目した。これらのアミノ酸領域をコードする塩基配列を予測し、3’末端RACE polymerase chain reaction(以下PCRと略す)に用いる蛍光タンパク質特異的混合プライマー(合計12種類)を以下のように作成した。IPDYFVアミノ酸領域に結合するプライマーとして、COGFP−TTT(5’−ATH CCN GAT TAT TTT GT−3’)(配列番号12)、COGFP−TTC(5’−ATH CCN GAT TAT TTC GT−3’)(配列番号13)、COGFP−TCT(5’−ATH CCN GAT TAC TTT GT−3’)(配列番号14)、COGFP−TCC(5’−ATH CCN GAT TAC TTC GT−3’)(配列番号15)、COGFP−CTT(5’−ATH CCN GAC TAT TTT GT−3’)(配列番号16)、COGFP−CTC(5’−ATH CCN GAC TAT TTC GT−3’)(配列番号17)、COGFP−CCT(5’−ATH CCN GAC TAC TTT GT−3’)(配列番号18)およびCOGFP−CCC(5’−ATH CCN GAC TAC TTC GT−3’)(配列番号19)を作成し、ならびに、EGFTFERアミノ酸領域に結合するプライマーとして、COGFP−ATTAA(5’−GAA GGN TTT ACN TTT GAA AG−3’)(配列番号20)、COGFP−ACCAA(5’−GAA GGN TTC ACN TTC GAA AG−3’)(配列番号21)、COGFP−ATTGA(5’−GAG GGN TTT ACN TTT GAG AG−3’)(配列番号22)およびCOGFP−ACCGA(5’−GAG GGN TTC ACN TTC GAG AG−3’)(配列番号23)を作成した。プライマー中のT、HおよびNは、混合塩基を示す。
Cloning of fluorescent protein gene For cloning of the full length fluorescent protein gene, 3'-RACE PCR was performed as follows. A mixed primer for cloning a fluorescent protein gene was prepared by the Rapid Amplification of cDNA End method (hereinafter abbreviated as RACE). Of the amino acid sequences IPD YFV QSF PEG FTF ERT LSF E (SEQ ID NO: 11) obtained by amino acid sequence analysis, attention was paid to the amino acid regions of IPDYFV and EGFTFER with few codon base combinations. Base sequences encoding these amino acid regions were predicted, and fluorescent protein-specific mixed primers (12 types in total) used for 3′-end RACE polymer chain chain reaction (hereinafter abbreviated as PCR) were prepared as follows. As primers that bind to the IPDYFV amino acid region, COGFP-TTT (5′-ATH CCN GAT TAT TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 12), COGFP-TTC (5′-ATH CCN GAT TAT TTC GT-3 ′) ( SEQ ID NO: 13), COGFP-TCT (5′-ATH CCN GAT TAC TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 14), COGFP-TCC (5′-ATH CCN GAT TAC TTC GT-3 ′) (SEQ ID NO: 15) COGFP-CTT (5′-ATH CCN GAC TAT TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 16), COGFP-CTC (5′-ATH CCN GAC TAT TTC GT-3 ′) (SEQ ID NO: 17), COGFP-CCT (5′-ATH CCN GAC TAC TTT GT-3 ′) (SEQ ID NO: 18) and CO GFP-CCC (5′-ATH CCN GAC TAC TTC GT-3 ′) (SEQ ID NO: 19) was prepared, and COGFP-ATTAA (5′-GAA GGN TTT ACN TTT GAA was used as a primer that binds to the EGFTFER amino acid region. AG-3 ′) (SEQ ID NO: 20), COGFP-ACCAA (5′-GAA GGN TTC ACN TTC GAA AG-3 ′) (SEQ ID NO: 21), COGFP-ATTGA (5′-GAG GGN TTT ACN TTT GAG AG- 3 ′) (SEQ ID NO: 22) and COGFP-ACCGA (5′-GAG GGN TTC ACN TTC GAG AG-3 ′) (SEQ ID NO: 23). T, H and N in the primer indicate mixed bases.

完全長cDNA合成試薬GeneRacer(インビトロジェン)を用いて作成したウミサボテン完全長cDNAライブラリーを鋳型とし、蛍光タンパク質のアミノ酸配列から予測して作成した12種類の特異的混合プライマーおよび3’末端特異的プライマーであるGeneRacer3’ Primer(5’−GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G−3’)(配列番号24)およびGeneRacer3’ Nested Primer(5’−CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG TG−3’)(配列番号25)を用いて3’−RACE PCRを行った。GeneRacer3’ PrimerおよびGeneRacer3’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれており、これを使用した。3’−RACE PCRによって効果的に蛍光タンパク質遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型とし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRは、ポリメラーゼEx−Taq(タカラバイオ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。   Twelve specific mixed primers and 3 ′ end-specific primers were prepared by predicting from the amino acid sequence of a fluorescent protein using a full-length cDNA library prepared using GeneRacer (Invitrogen) as a template and using the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer (Invitrogen) as a template. GeneRacer 3 'Primer (5'-GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G-3') (SEQ ID NO: 24) and GeneRacer 3 'Nested Primer (5'-CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG-3 sequence) 25) was used to perform 3′-RACE PCR. GeneRacer 3 'Primer and GeneRacer 3' Nested Primer are included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen) and used. In order to effectively amplify the fluorescent protein gene by 3'-RACE PCR, a nested PCR was carried out in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed according to the manual using polymerase Ex-Taq (Takara Bio Inc.).

一度目のPCRは、IPDYFVアミノ酸領域で作成した8種類プライマー(COGFP−TTT、COGFP−TTC、COGFP−TCT、COGFP−TCC、COGFP−CTT、COGFP−CTC、COGFP−CCT、COGFP−CCC)のいずれかとGeneRacer3’ Primerとの計8つのプライマー対で蛍光タンパク質遺伝子の増幅を行った。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mM、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μl、8種類のプライマーのうちの1つを最終濃度0.4μMおよびGeneRacer3’Primerを最終濃度0.4μMとして20μlのPCR反応溶液を作製し、ウミサボテン完全長cDNAライブラリー溶液を0.2μl加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%トリス酢酸緩衝液(以下、TAEと略す)アガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。8つの反応溶液でわずかに遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型としてnested PCR反応を実施した。 The first PCR was performed using any of the eight types of primers (COGFP-TTT, COGFP-TTC, COGFP-TCT, COGFP-TCT, COGFP-CTT, COGFP-CTC, COGFP-CCT, COGFP-CCC) prepared in the IPDYFV amino acid region. The fluorescent protein gene was amplified with a total of 8 primer pairs of KA and GeneRacer 3 ′ Primer. 10 × Ex Taq Buffer (added with 20 mM Mg 2+ ) at the same final concentration, dNTP Mixture (2.5 mM each) at a final concentration of 0.2 mM, TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) at a final concentration of 0.05 U / μl, A 20 μl PCR reaction solution was prepared with one of the 8 primers at a final concentration of 0.4 μM and a GeneRacer 3 ′ Primer at a final concentration of 0.4 μM, and 0.2 μl of the cactus full-length cDNA library solution was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, a cycle of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes is performed 30 times, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes. Went. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% Tris acetate buffer (hereinafter abbreviated as TAE) agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed in the eight reaction solutions, a nested PCR reaction was performed using this PCR reaction solution as a template.

nested PCRは、EGFTFERアミノ酸領域で作成した4種類プライマー(COGFP−ATTAA、COGFP−ACCAA、COGFP−ATTGA、COGFP−ACCGA)の何れかとGeneRacer3’Nested Primerとの計4つのプライマー対で蛍光タンパク質遺伝子の増幅を行った。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mM、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μl、4種類のプライマーのうちの1つを最終濃度0.4μMおよびGeneRacer3’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして10μlのnested PCR反応溶液を作製し、1度目のPCR反応溶液を鋳型として0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。 Nested PCR is the amplification of the fluorescent protein gene with four primer pairs of GeneRacer3'Nested Primer and any of the four types of primers (COGFP-ATTAA, COGFP-ACCAA, COGFP-ATTGA, COGFP-ACCGA) created in the EGFERFER amino acid region. Went. 10 × Ex Taq Buffer (added with 20 mM Mg 2+ ) at the same final concentration, dNTP Mixture (2.5 mM each) at a final concentration of 0.2 mM, TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) at a final concentration of 0.05 U / μl, Make 10 μl of nested PCR reaction solution with 0.4 μM final concentration of one of the four primers and 0.4 μM final concentration of GeneRacer 3 ′ Nested Primer, and 0.2 μl using the first PCR reaction solution as a template. added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, a cycle of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes is performed 30 times, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes. Went. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation.

その結果、1度目のPCR反応として、COGFP−TTCとGeneRacer3’ Primerとのプライマー対を用いて実施し、nested PCR反応として、得られたPCR反応溶液を鋳型としてCOGFP−ACCAAとGeneRacer3’ Nested Primerとのプライマー対を用いて実施した場合に、顕著な遺伝子増幅を確認できた。この増幅した遺伝子の塩基配列を決定し、ウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子のウミサボテン3’末端側の塩基配列(配列番号26)とした。   As a result, as a first PCR reaction, a primer pair of COGFP-TTC and GeneRacer 3 ′ Primer was used, and as a nested PCR reaction, the obtained PCR reaction solution was used as a template for COGFP-ACCAA and GeneRacer 3 ′ Nested Primer. When this primer pair was used, remarkable gene amplification could be confirmed. The base sequence of this amplified gene was determined and used as the base sequence (SEQ ID NO: 26) on the 3′-end side of the sea cactus fluorescent protein gene.

蛍光タンパク質の5’末端クローニングのための5’−RACEを下記の通り行った。一連の3’−RACE解析によって得られたウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子の3’末端側の塩基配列をもとに、5’末端クローニングのための5’−RACEに用いるプライマーを作成した。作成した5’末端クローニング用のプライマーは、COGFP−A−R1(5’−GCT ATA GCC GTC TCA TGT TGC TCG T−3’)(配列番号27)、COGFP−A−R2(5’−AGC CGT CTC ATG TTG CTC GTA GTA G−3’)(配列番号28)およびCOGFP−A−R3(5’−ATG TTG CTC GTA GTA GTT GCC TTC CTC GAC−3’)(配列番号29)の3種類である。COGFP−A−R1、COGFP−A−R2、COGFP−A−R3の順で5’末端に近い位置に結合し、順次nested PCR反応のプライマーとして用いる。   5'-RACE for 5 'end cloning of fluorescent proteins was performed as follows. Primers used for 5'-RACE for 5 'terminal cloning were prepared based on the 3' terminal nucleotide sequence of the cactus fluorescent protein gene obtained by a series of 3'-RACE analyses. The prepared primers for 5 ′ terminal cloning were COGFP-A-R1 (5′-GCT ATA GCC GTC TCA TGT TGC TCG T-3 ′) (SEQ ID NO: 27), COGFP-A-R2 (5′-AGC CGT). CTC ATG TTG CTC GTA GTA G-3 ′) (SEQ ID NO: 28) and COGFP-A-R3 (5′-ATG TTG CTC GTA GTA GTT GCC TTC CTC GAC-3 ′) (SEQ ID NO: 29) . COGFP-A-R1, COGFP-A-R2, and COGFP-A-R3 bind in the order close to the 5 'end, and are sequentially used as primers for the nested PCR reaction.

完全長cDNA合成試薬GeneRacerを用いて作成したウミサボテン完全長cDNAライブラリーを鋳型とし、3種類の5’末端クローニング用のプライマーならびに5’末端特異的プライマーであるGeneRacer5’ Primer(5’−CGA CTG GAG CAC GAG GAC ACT GA−3’)(配列番号30)およびGeneRacer5’ Nested Primer(5’−GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA−3’)(配列番号31)を用いて、5’−RACE PCRを行った。GeneRacer5’ PrimerおよびGeneRacer5’ Nested Primerは完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれており、これを使用した。5’−RACE PCRによって効果的に蛍光タンパク質遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型にし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRにはポリメラーゼEx−Taqを用いて、マニュアルに従って実施した。   GeneRacer 5 'Primer (5'-CGA CTG GAG), which is a 5'-end specific primer and 5'-end specific primer, using a full-length cDNA library prepared by using full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer as a template 5'-RACE PCR using CAC GAG GAC ACT GA-3 ') (SEQ ID NO: 30) and GeneRacer 5' Nested Primer (5'-GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA-3 ') (SEQ ID NO: 31) Went. GeneRacer 5 'Primer and GeneRacer 5' Nested Primer are included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen) and used. In order to effectively amplify the fluorescent protein gene by 5'-RACE PCR, a nested PCR was performed in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed according to the manual using polymerase Ex-Taq.

一度目の5’−RACE PCRとして、3’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列をもとに作成したCOGFP−A−R1とGeneRacer5’Primerとのプライマー対を用いて、蛍光タンパク質遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−R1を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのPCR反応溶液を作製し、ウミサボテン完全長cDNAライブラリー溶液を0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。この5’−RACEでわずかに遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型としてnested PCR反応を実施した。 As the first 5′-RACE PCR, a fluorescent protein gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-R1 and GeneRacer 5 ′ Primer prepared based on the base sequence of the gene amplified by 3′-RACE. . 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 10 μl of PCR reaction solution was prepared with COGFP-A-R1 at a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Primer at a final concentration of 0.4 μM, and 0.2 μl of a cactus full-length cDNA library solution was added. . As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes are performed, and finally extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed in this 5′-RACE, a nested PCR reaction was performed using this PCR reaction solution as a template.

nested PCRとして、COGFP−A−R2とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて蛍光タンパク質GFP遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−R2を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのPCR反応溶液を作製し、1度目のPCR反応溶液を鋳型として0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。 As a nested PCR, a fluorescent protein GFP gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-R2 and GeneRacer 5 ′ Nested Primer. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 1 μl, COGFP-A-R2 to a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Nested Primer to a final concentration of 0.4 μM, 10 μl of PCR reaction solution is prepared, and 0.2 μl of the first PCR reaction solution is used as a template. added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes are performed, and finally extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation.

その結果、1度目のPCR反応として、COGFP−A−R1とGeneRacer5’ Primerとのプライマー対を用いて実施し、nested PCR反応として、得られたPCR反応溶液を鋳型としてCOGFP−A−R2とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて実施した場合に、顕著な遺伝子増幅を確認できた。しかし、非特異的な複数の遺伝子の増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型として、異なるプライマー対を用いて再度nested PCR反応を実施した。   As a result, as a first PCR reaction, a primer pair of COGFP-A-R1 and GeneRacer 5 ′ Primer was used, and as a nested PCR reaction, the obtained PCR reaction solution was used as a template for COGFP-A-R2 and GeneRacer 5 'Significant gene amplification could be confirmed when performed using primer pairs with Nested Primer. However, since amplification of a plurality of non-specific genes was observed, a nested PCR reaction was performed again using this PCR reaction solution as a template and different primer pairs.

二度目のnested PCRとして、COGFP−A−R3とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて、GFP遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−R3を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして、20μlのnested PCR反応溶液を作製し、1度目のnested PCR反応溶液を鋳型として0.4μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、45℃30秒および72℃2分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。その結果、一連のnested PCR反応で顕著な遺伝子増幅を確認できた。この増幅した遺伝子の塩基配列を決定し、ウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子の5’末端側の塩基配列(配列番号32)とした。 As a second nested PCR, a GFP gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-R3 and GeneRacer 5 ′ Nested Primer. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 20 μl of a nested PCR reaction solution was prepared using COGFP-A-R3 at a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Nested Primer at a final concentration of 0.4 μM, and the first nested PCR reaction solution as a template. 4 μl was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes are performed, and finally extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. As a result, remarkable gene amplification could be confirmed by a series of nested PCR reactions. The base sequence of this amplified gene was determined and used as the base sequence (SEQ ID NO: 32) on the 5 ′ end side of the sea cactus fluorescent protein gene.

次に、蛍光タンパク質遺伝子の完全長の増幅を下記のとおりに行った。上述した3’−RACEおよび5’−RACE解析によって得られたウミサボテン由来の蛍光タンパク質遺伝子の5’末端側の塩基配列をもとに、完全長蛍光タンパク質遺伝子クローニングのための3’−RACEに用いるプライマーを作成した。作成した完全長GFP遺伝子クローニング用のプライマーは、COGFP−A−Full−F3(5’−ATT TAG GTG GCT GCG TAC AG−3’)(配列番号33)、COGFP−A−Full−F4(5’−ATT TAG GTG GCT GCG TAC AGT TAA CAC−3’)(配列番号34)の2種類である。COGFP−A−Full−F3、COGFP−A−Full−F4の順で3’末端に近い位置に結合する。COGFP−A−Full−F4をnested PCR反応のプライマーとして用いる。   Next, full-length amplification of the fluorescent protein gene was performed as follows. Based on the nucleotide sequence at the 5 ′ end of the fluorescent protein gene derived from sea cactus obtained by the above 3′-RACE and 5′-RACE analysis, it is used for 3′-RACE for cloning of the full-length fluorescent protein gene. Primers were created. Primers for cloning the full-length GFP gene prepared were COGFP-A-Full-F3 (5′-ATT TAG GTG GCT GCG TAC AG-3 ′) (SEQ ID NO: 33), COGFP-A-Full-F4 (5 ′ -ATT TAG GTG GCT GCG TAC AGT TAA CAC-3 ') (SEQ ID NO: 34). It binds to a position close to the 3 'end in the order of COGFP-A-Full-F3 and COGFP-A-Full-F4. COGFP-A-Full-F4 is used as a primer for the nested PCR reaction.

完全長cDNA合成試薬GeneRacerを用いて作成したウミサボテン完全長cDNAライブラリーを鋳型とし、2種類の完全長蛍光タンパク質遺伝子クローニング用のプライマーならびに3’末端特異的プライマーであるGeneRacer3’ Primer(5’−GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G−3’)(配列番号24)およびGeneRacer3’ Nested Primer(5’−CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG TG−3’)(配列番号25)を用いて、3’−RACE PCRを行った。GeneRacer3’ PrimerおよびGeneRacer3’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれているので、これを使用した。3’−RACE PCRによって効果的に完全長蛍光タンパク質遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型にし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRにはポリメラーゼEx−Taqを用いてマニュアルに従って実施した。   GeneRacer 3 ′ Primer (5′-GCT), which is a primer for cloning two kinds of full-length fluorescent protein genes and 3 ′ end-specific primer, using a full-length cDNA library prepared using GeneRacer as a full-length cDNA synthesis reagent as a template. GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G-3 ′) (SEQ ID NO: 24) and GeneRacer 3 ′ Nested Primer (5′-CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG TG-3 ′) (SEQ ID NO: 25) RACE PCR was performed. GeneRacer 3 'Primer and GeneRacer 3' Nested Primer were used as they are included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen). In order to effectively amplify the full-length fluorescent protein gene by 3'-RACE PCR, a nested PCR was performed in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed according to the manual using polymerase Ex-Taq.

一度目のPCRとして、COGFP−A−Full−F3とGeneRacer3’ Primerとのプライマー対を用いて蛍光タンパク質遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−Full−F3を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer3’ Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのnested PCR反応溶液を作製し、ウミサボテン完全長cDNAライブラリー溶液を0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、50℃30秒および72℃1分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。一度目の5’−RACEでわずかに遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型としてnested PCR反応を実施した。 As the first PCR, a fluorescent protein gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-Full-F3 and GeneRacer 3 ′ Primer. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 1 μl, COGFP-A-Full-F3 at a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 3 ′ Primer at a final concentration of 0.4 μM, 10 μl of a nested PCR reaction solution is prepared, and the cactus full-length cDNA library solution is 0.2 μl. Was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute are performed, and finally, extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed in the first 5′-RACE, a nested PCR reaction was performed using this PCR reaction solution as a template.

nested PCRとしてCOGFP−A−Full−F4とGeneRacer5’ Nested Primerとのプライマー対を用いて、蛍光タンパク質遺伝子を増幅した。10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+添加)を最終濃度等倍とし、dNTP Mixture(各2.5mM)を最終濃度各0.2mMとし、TaKaRa Ex Taq(5U/μl)を最終濃度0.05U/μlとし、COGFP−A−Full−F4を最終濃度0.4μMとし、GeneRacer5’ Nested Primerを最終濃度0.4μMとして、10μlのnested PCR反応溶液を作製し、1度目のPCR反応溶液を鋳型として0.2μlを加えた。PCR反応条件として、最初に94℃1分間の熱変性を行い、次に、94℃30秒、50℃30秒および72℃1分のサイクルを30回行い、最後に、72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、PCR反応溶液2μlを1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。その結果、顕著な遺伝子増幅を確認できた。この増幅した遺伝子の塩基配列を決定して、完全長ウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子の5’末端側の塩基配列(配列番号35)とした。 The fluorescent protein gene was amplified using a primer pair of COGFP-A-Full-F4 and GeneRacer 5 ′ Nested Primer as nested PCR. 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ added) is the same final concentration, dNTP Mixture (each 2.5 mM) is 0.2 mM final concentration, and TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) is final concentration 0.05 U / μl. 1 μl, COGFP-A-Full-F4 to a final concentration of 0.4 μM, GeneRacer 5 ′ Nested Primer to a final concentration of 0.4 μM, 10 μl of a nested PCR reaction solution is prepared, and the first PCR reaction solution is used as a template. 2 μl was added. As PCR reaction conditions, first heat denaturation at 94 ° C. for 1 minute is performed, then, 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute are performed, and finally, extension at 72 ° C. for 5 minutes is performed. Reaction was performed. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel, stained with ethidium bromide, and the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. As a result, significant gene amplification was confirmed. The base sequence of this amplified gene was determined and used as the base sequence (SEQ ID NO: 35) on the 5 ′ end side of the full-length sea cactus fluorescent protein gene.

得られた完全長ウミサボテン蛍光タンパク質の塩基配列から、配列情報解析ソフトウェアDNASIS Proを用いてウミサボテンGFP遺伝子のオープンリーディングフレームの塩基配列を予想した(配列番号2)。さらに、このオープンリーディングフレームを翻訳してウミサボテン蛍光タンパク質のアミノ酸配列を得た(配列番号1)。このアミノ酸配列は、ウミサボテンから精製し、アミノ酸分析によって得られた22残基の配列(配列番号11)を完全一致の状態で含むことから、ウミサボテンに由来する蛍光タンパク質遺伝子であると決定した。この遺伝子をpRSETベクター(インビトロジェン)に組み込み、大腸菌にトランスフォーメーションし、UV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)を用いて観察したところ顕著な蛍光活性が示された。   The base sequence of the open reading frame of the sea cactus GFP gene was predicted from the base sequence of the obtained full-length sea cactus fluorescent protein using the sequence information analysis software DNASIS Pro (SEQ ID NO: 2). Furthermore, the open reading frame was translated to obtain the amino acid sequence of the cactus fluorescent protein (SEQ ID NO: 1). This amino acid sequence was purified from the sea cactus and contained the 22-residue sequence (SEQ ID NO: 11) obtained by amino acid analysis in a completely identical state, so that it was determined to be a fluorescent protein gene derived from the sea cactus. This gene was incorporated into a pRSET vector (Invitrogen), transformed into Escherichia coli, and observed with UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP), which showed remarkable fluorescence activity.

[実施例2:ウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光強度の増強]
野生型ウミサボテン蛍光タンパク質の遺伝子にランダムに変異を導入し、それらを大腸菌に発現させて、野生型よりも強い蛍光強度を示す変異体をスクリーニングした。
[Example 2: Enhancement of fluorescence intensity of sea cactus fluorescent protein]
Mutations were randomly introduced into the wild-type cactus fluorescent protein gene, and they were expressed in Escherichia coli to screen for mutants having a fluorescence intensity stronger than that of the wild-type.

変異の導入には、GeneMorph II EZClone Domain Mutagenesis Kit(Stratagene社)を用いた。pRSET−A(インビトロジェン社)に野生型のウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子がクローニングされたプラスミドを鋳型とし、Pirmer1(ATGAGTATTCCAGAGAATTCGGGCTTAACAG)(配列番号38)およびPrimer2(TCATGGTTTAGCTATGGCCGTCTCATG)(配列番号39)を加えて、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。PCR反応後、1%アガロースゲルを用いて電気泳動を行い、目的とするPCR産物を、Wizard SV Gel and PCR Clean−Up(Promega社)を用いて精製した。精製後、マニュアルに準じてPCR反応を行い、37℃にてDpnIで処理した後に、エタノール沈殿を行った。沈殿後、少量の蒸留水にDNAを溶かして、MicroPulser(BioRad社)を用いてエレクトロポレーション法にてJM109(DE3)にトランスフォームした。トランスフォーム後の大腸菌を、25cm四方のLB(50ng/mlのアンピシリンを添加済み)プレートに播種して、37℃で培養してコロニーを形成させた。コロニー形成後、UV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)を使用して、野生型蛍光タンパク質を発現するコロニーと比べて、強い蛍光を発するコロニーを選択し、再度培養した。その後、それが保持するプラスミドの塩基配列を決定した(配列番号7)。   For the introduction of the mutation, GeneMorph II EZClone Domain Mutagenesis Kit (Stratagene) was used. Pirset 1 (ATGAGTATTCCAGGAAATTCGGGCTTAACAG) (SEQ ID NO: 38) and Primer 2 (TCATGGTTTAGCTATGCCCGCTCTCCATG) (added to SEQ ID No. 39 and Kit No. 39) PCR reaction was performed according to the manual. After the PCR reaction, electrophoresis was performed using 1% agarose gel, and the target PCR product was purified using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up (Promega). After purification, PCR reaction was performed according to the manual, and after treatment with DpnI at 37 ° C., ethanol precipitation was performed. After precipitation, DNA was dissolved in a small amount of distilled water and transformed into JM109 (DE3) by electroporation using MicroPulser (BioRad). The transformed E. coli was inoculated on a 25 cm square LB (50 ng / ml ampicillin added) plate and cultured at 37 ° C. to form colonies. After colony formation, using UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP), colonies that emit strong fluorescence compared to colonies expressing wild-type fluorescent protein were selected and cultured again. Thereafter, the base sequence of the plasmid it retained was determined (SEQ ID NO: 7).

さらに、この塩基配列をアミノ酸配列に変換し(配列番号3)、野生型のアミノ酸配列と比較した結果、154番目のシステインがアルギニンに置換されていることがわかった。   Furthermore, as a result of converting this base sequence into an amino acid sequence (SEQ ID NO: 3) and comparing it with the wild-type amino acid sequence, it was found that the 154th cysteine was substituted with arginine.

[実施例3:ウミサボテン蛍光タンパク質の単量体化]
以下の方法によって、野生型蛍光タンパク質のアミノ酸配列の154番目のシステインをセリンに置換した。変異の導入には、QuickChange II Site−Directed Mutagenesis Kit (Stratagene社)を用いた。pRSET−A(インビトロジェン社)にウミサボテン蛍光タンパク質遺伝子をクローニングしたプラスミドを鋳型とし、Pirmer1(CAATGTATGTATCGGACGACACTTTGG)(配列番号36)およびPrimer2(CCAAAGTGTCGTCCGATACATACATTG)(配列番号37)を使用して、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。反応後、37度にてDpnIで処理し、大腸菌JM109(DE3)株にトランスフォームした。
[Example 3: Monomerization of sea cactus fluorescent protein]
The cysteine at position 154 in the amino acid sequence of the wild type fluorescent protein was substituted with serine by the following method. For the introduction of the mutation, QuickChange II Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene) was used. Using a plasmid obtained by cloning a cactus fluorescent protein gene in pRSET-A (Invitrogen) as a template, and using Pilmer1 (CAATGTATGTCGCGACGACACTTTGG) and Primer2 (CCAAAGGTGTGTCCGATACATACATTG) (SEQ ID NO: 37) PCR reaction was performed according to the manual. After the reaction, it was treated with DpnI at 37 degrees and transformed into Escherichia coli JM109 (DE3) strain.

トランスフォームされた菌を培養してベクターを取り出し、蛍光タンパク質遺伝子の塩基配列をシーケンサーによって読み取った。その結果、配列番号8の配列が得られ、狙い通りに変異が導入できたことが確認できた。この遺伝子から、154番目がセリンに置換された蛍光タンパク質(配列番号4)が発現する。   The transformed bacteria were cultured, the vector was taken out, and the nucleotide sequence of the fluorescent protein gene was read with a sequencer. As a result, the sequence of SEQ ID NO: 8 was obtained, and it was confirmed that the mutation could be introduced as intended. From this gene, a fluorescent protein (SEQ ID NO: 4) in which the 154th is substituted with serine is expressed.

また、トランスフォーム後の大腸菌を、28度にて培養した後、溶菌してライセートを作製した。これにSDS−PAGEサンプルバッファーを加え、熱を加えずにサンプルを調製して、SDS−PAGEを行った。その結果を図8に示す。図8から、野生型蛍光タンパク質(左レーン)では出現する2量体のバンドが、変異体蛍光タンパク質(右レーン)において消失していることがわかる。このことから、蛍光タンパク質が単量体化されたことが確認された。   Further, the transformed Escherichia coli was cultured at 28 degrees and then lysed to prepare lysate. SDS-PAGE sample buffer was added thereto, a sample was prepared without applying heat, and SDS-PAGE was performed. The result is shown in FIG. FIG. 8 shows that the dimer band that appears in the wild-type fluorescent protein (left lane) disappears in the mutant fluorescent protein (right lane). This confirmed that the fluorescent protein was monomerized.

[実施例4:ウミサボテン蛍光タンパク質の発色団形成温度の改変]
実施例3で得られた単量体化した変異体蛍光タンパク質に対してランダムに変異を導入し、37℃において発色団形成が安定化する変異体をスクリーニングした。
[Example 4: Modification of chromophore formation temperature of sea cactus fluorescent protein]
Mutations were randomly introduced into the monomeric mutant fluorescent protein obtained in Example 3 and screened for mutants that stabilize chromophore formation at 37 ° C.

変異の導入は、GeneMorph II EZClone Domain Mutagenesis Kit(Stratagene社)を用いた。pRSET−A(インビトロジェン社)に単量体化変異体(154番目のシステインがセリンに置換)の遺伝子がクローニングされたプラスミドを鋳型とし、Pirmer1(ATGAGTATTCCAGAGAATTCGGGCTTAACAG)(配列番号38)およびPrimer2(TCATGGTTTAGCTATGGCCGTCTCATG)(配列番号39)を加えて、キットに添付されているマニュアルに準じてPCR反応を行った。PCR反応後、1%アガロースゲルを用いて電気泳動を行い、目的とするPCR産物をWizard SV Gel and PCR Clean−Up(Promega社)を用いて精製した。精製後、マニュアルに準じてPCR反応を行い、37℃にてDpnIで処理した後に、エタノール沈殿を行った。沈殿後、少量の蒸留水にDNAを溶かして、MicroPulser(BioRad社)を用いてエレクトロポレーション法にてJM109(DE3)にトランスフォームした。トランスフォーム後の大腸菌を、25cm四方のLB(50ng/mlのアンピシリンを添加済み)プレートに播種して、37℃で培養してコロニーを形成させた。コロニー形成後、UV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)を使用して、野生型蛍光タンパク質を発現するコロニーと比べて、強い蛍光を発するコロニー(それぞれ変異体1および変異体2と名付ける)を2つ選択し、再度培養した。その後、それらが保持するプラスミドの塩基配列を決定した。それぞれの配列は配列番号9および配列番号10に示される。   For the introduction of mutation, GeneMorph II EZClone Domain Mutagenesis Kit (Stratagene) was used. Using a plasmid in which a monomerized mutant gene (the 154th cysteine is replaced with serine) as a template in pRSET-A (Invitrogen) was used as a template, Pilmer1 (ATGAGTATTCCAGGAATTCGGGCTTAACAG) (SEQ ID NO: 38) and Primer2 (TCATGGTTTAGCTATGGCCGTCTGCTGTCTCTC SEQ ID NO: 39) was added, and PCR was performed according to the manual attached to the kit. After the PCR reaction, electrophoresis was performed using 1% agarose gel, and the target PCR product was purified using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up (Promega). After purification, PCR reaction was performed according to the manual, and after treatment with DpnI at 37 ° C., ethanol precipitation was performed. After precipitation, DNA was dissolved in a small amount of distilled water and transformed into JM109 (DE3) by electroporation using MicroPulser (BioRad). The transformed E. coli was inoculated on a 25 cm square LB (50 ng / ml ampicillin added) plate and cultured at 37 ° C. to form colonies. After colony formation, use UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP) to select two colonies that emit strong fluorescence (named mutant 1 and mutant 2, respectively) compared to colonies expressing wild-type fluorescent protein And cultured again. Then, the base sequence of the plasmid which they hold was determined. The respective sequences are shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10.

さらに、これらの塩基配列をアミノ酸配列に変換し(変異体1は配列番号5、変異体2は配列番号6)、野生型のアミノ酸配列と比較した。変異体1は、126番目のアスパラギンがチロシンに置換され、154番目のシステインがセリンに置換され、166番目のチロシンがフェニルアラニンに置換されていることがわかった。変異体2は、129番目のセリンがグリシンに置換され、154番目のシステインがセリンに置換され、156番目のアスパラギン酸がグリシンに置換され、204番目のリジンがイソロイシンに置換され、209番目のアスパラギンがチロシンに置換されていることがわかった。   Furthermore, these base sequences were converted into amino acid sequences (SEQ ID NO: 5 for variant 1 and SEQ ID NO: 6 for variant 2), and compared with the wild-type amino acid sequence. Mutant 1 was found to have 126th asparagine replaced with tyrosine, 154th cysteine replaced with serine, and 166th tyrosine replaced with phenylalanine. In variant 2, 129th serine is replaced with glycine, 154th cysteine is replaced with serine, 156th aspartic acid is replaced with glycine, 204th lysine is replaced with isoleucine, 209th asparagine Was replaced by tyrosine.

また、変異体1および2の37℃における発色団形成の安定性を、野生型蛍光タンパク質および単量体化蛍光タンパク質と比較した。pRSET−A(インビトロジェン社)に、野生型遺伝子、実施例3で作製した単量体化変異体の遺伝子、変異体1の遺伝子および変異体2の遺伝子をそれぞれクローニングし、それぞれJM109(DE3)株にトランスフォームした。これらの株をプレートに塗布し、37℃で培養して蛍光タンパク質を発現させた。その状態をUV/BLUE CONVERTER PLATE(UVP)で観察して、画像を撮影した。図9は、それをモノクロで表した画像である。蛍光は、実際の画像では緑色の光として観察されたが、図9では白色で示され、白色が濃いほど、蛍光強度が高い。野生型および単量体化変異体と比較して、変異体1および2は非常に強い蛍光を発していることがわかる。特に、変異体1に比べて、変異体2のほうが強い蛍光を発していることがわかる。   In addition, the stability of chromophore formation at 37 ° C. of mutants 1 and 2 was compared with wild-type fluorescent protein and monomeric fluorescent protein. The wild type gene, the monomerized mutant gene prepared in Example 3, the gene of mutant 1 and the gene of mutant 2 were cloned into pRSET-A (Invitrogen), respectively, and the JM109 (DE3) strain, respectively. Transformed into. These strains were applied to plates and cultured at 37 ° C. to express fluorescent proteins. The state was observed with UV / BLUE CONVERTER PLATE (UVP), and an image was taken. FIG. 9 is an image representing it in monochrome. Although fluorescence was observed as green light in an actual image, it is shown in white in FIG. 9, and the darker the white, the higher the fluorescence intensity. It can be seen that mutants 1 and 2 fluoresce very strongly compared to the wild type and monomeric mutants. In particular, it can be seen that mutant 2 emits stronger fluorescence than mutant 1.

次に、ゲルろ過クロマトグラフィーにて、蛍光タンパク質の会合状態を調べた。野生型蛍光タンパク質を発現する大腸菌および変異体2を発現する大腸菌から、それぞれ蛍光タンパク質を精製し解析した。その結果を図10に示す。野生型では66kDal付近にピークが得られ、一方、変異体2では37kDal付近でピークが得られた。これらの結果は、野生型蛍光タンパク質が2量体を形成しているのに対し、変異体2の蛍光タンパク質が単量体を形成していることを示唆する。   Next, the association state of the fluorescent protein was examined by gel filtration chromatography. Fluorescent proteins were purified and analyzed from E. coli expressing wild type fluorescent protein and E. coli expressing mutant 2. The result is shown in FIG. In the wild type, a peak was obtained in the vicinity of 66 kDa, whereas in mutant 2, a peak was obtained in the vicinity of 37 kDa. These results suggest that the fluorescent protein of variant 2 forms a monomer while the wild-type fluorescent protein forms a dimer.

[実施例5:固定細胞での細胞内pHの測定]
固定細胞内において、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光を測定した。
[Example 5: Measurement of intracellular pH in fixed cells]
In the fixed cells, the fluorescence of the wild type cactus fluorescent protein was measured.

哺乳細胞発現ベクターpCDA3.1(インビトロジェン社)に、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質のcDNAを組み込んだ。作製されたプラスミドをLipofectamine2000(インビトロジェン社)を用いてU2OS細胞に導入した。Lipofectamine2000は取扱説明書に従って使用した。   The cDNA of wild type cactus fluorescent protein was incorporated into a mammalian cell expression vector pCDA3.1 (Invitrogen). The prepared plasmid was introduced into U2OS cells using Lipofectamine 2000 (Invitrogen). Lipofectamine 2000 was used according to the instruction manual.

そのU2OS細胞を一昼夜培養した後、3%中性ホルマリン固定法によって固定し、蛍光顕微鏡(オリンパス社製IX70)にて明視野像を撮影した(図11a)。その後、細胞をリン酸緩衝液(pH=7)で洗浄し、IB励起用の蛍光キューブNIBA(オリンパス社製:励起フィルター470−490nm、ダイクロイックミラー505nm、蛍光フィルター510−550nm)を使用して蛍光像を撮影した。図11bは、それをモノクロで表した画像である。実際の画像において緑色で観察された蛍光は、図11bでは白色で示される。次に、細胞を酢酸緩衝液(pH=4)で洗浄し、U励起用蛍光キューブWU(オリンパス社製:励起フィルター330−385nm、ダイクロイックミラー400nm、蛍光フィルター420nmロングパス)を使用して蛍光像を撮影した。図11cは、それをモノクロで表した画像である。実際の画像において青色で観察された蛍光は、図11cでは白色で示される。これらの画像から、本発明のウミサボテン蛍光タンパク質が、ホルマリン固定された細胞内においても蛍光を発生することができ、さらに、pHに応じてその波長を変化させることが示された。   The U2OS cells were cultured all day and night, then fixed by 3% neutral formalin fixation, and a bright field image was taken with a fluorescence microscope (IX70 manufactured by Olympus) (FIG. 11a). Thereafter, the cells were washed with a phosphate buffer (pH = 7), and fluorescence was obtained using a fluorescent cube NIBA for IB excitation (Olympus: excitation filter 470-490 nm, dichroic mirror 505 nm, fluorescence filter 510-550 nm). I took a picture. FIG. 11b is an image representing it in monochrome. The fluorescence observed in green in the actual image is shown in white in FIG. 11b. Next, the cells are washed with an acetate buffer (pH = 4), and a fluorescence image is obtained using a fluorescent cube WU for excitation U (Olympus: excitation filter 330-385 nm, dichroic mirror 400 nm, fluorescence filter 420 nm long pass). I took a picture. FIG. 11c is an image representing it in monochrome. The fluorescence observed in blue in the actual image is shown in white in FIG. 11c. From these images, it was shown that the cactus fluorescent protein of the present invention can generate fluorescence even in formalin-fixed cells, and further change its wavelength according to pH.

さらに、各pHにおける蛍光スペクトルを計測した(図11d)。計測には浜松ホトニクス社製のマルチチャンネル検出器PMA−11を用いた。その結果、pH4では472nmに、pH7では509nmに最大波長を示すスペクトルが得られた。   Furthermore, the fluorescence spectrum at each pH was measured (FIG. 11d). A multi-channel detector PMA-11 manufactured by Hamamatsu Photonics was used for the measurement. As a result, a spectrum having a maximum wavelength at 472 nm at pH 4 and at 509 nm at pH 7 was obtained.

[実施例6:貪食細胞におけるpHの測定]
生細胞内における野生型ウミサボテン蛍光タンパク質の蛍光を測定して細胞内のpHを推定した。
[Example 6: Measurement of pH in phagocytic cells]
The intracellular pH was estimated by measuring the fluorescence of the wild type cactus fluorescent protein in living cells.

大腸菌発現ベクターpRSET(インビトロジェン社)に野生型ウミサボテン蛍光タンパク質のcDNAを組み込んだ。作製されたプラスミドを大腸菌にトランスフォーメーションし、25℃で培養して、野生型ウミサボテン蛍光タンパク質を大腸菌内で発現させた。この大腸菌を、マウス由来マクロファージRAW264.7細胞株の培養容器内に加えて、一昼夜培養した。なお、大腸菌はRAW細胞によって貪食された後、RAW細胞内の酸性環境下にある細胞小器官リソソームで消化されることが一般に知られている。   Wild-type cactus fluorescent protein cDNA was incorporated into E. coli expression vector pRSET (Invitrogen). The prepared plasmid was transformed into E. coli and cultured at 25 ° C. to express the wild type cactus fluorescent protein in E. coli. This Escherichia coli was added to a culture vessel of a mouse-derived macrophage RAW264.7 cell line and cultured overnight. In addition, it is generally known that Escherichia coli is digested by organelle lysosomes in an acidic environment in RAW cells after phagocytosis by RAW cells.

蛍光顕微鏡観察を行う前に、培養液をリン酸緩衝液(pH=7)で置換した。その後、大腸菌を貪食中のRAW細胞をIB励起用の蛍光キューブNIBA(オリンパス社製:励起フィルター470−490nm、ダイクロイックミラー505nm、蛍光フィルター510−550nm)を用いて撮影した。図12の(a)は、それをモノクロで表した画像である。蛍光キューブNIBAを使用すると、主に緑色の蛍光のみを検出することができるが、図12a中では、緑色の蛍光は白色で表される。さらに、U励起用の蛍光キューブWU(オリンパス社製:励起フィルター330−385nm、ダイクロイックミラー400nm、蛍光フィルター420nmロングパス)を用いて撮影した。図12の(b)は、それをモノクロで表した画像である。蛍光キューブWUを使用すると、緑色および青色を含む420nm以上の蛍光を検出できるが、図12b中では、緑色および青色の蛍光は、ともに白色で表される。   Prior to observation with a fluorescence microscope, the culture medium was replaced with a phosphate buffer (pH = 7). Thereafter, RAW cells phagocytosing E. coli were photographed using a fluorescent cube NIBA (Olympus: excitation filter 470-490 nm, dichroic mirror 505 nm, fluorescence filter 510-550 nm) for IB excitation. FIG. 12A shows an image representing it in monochrome. When the fluorescent cube NIBA is used, mainly only green fluorescence can be detected, but in FIG. 12a, the green fluorescence is represented in white. Furthermore, it image | photographed using the fluorescence cube WU (The Olympus company make: excitation filter 330-385 nm, dichroic mirror 400 nm, fluorescence filter 420 nm long pass) for U excitation. FIG. 12B is an image representing it in monochrome. When the fluorescent cube WU is used, fluorescence of 420 nm or more including green and blue can be detected. However, in FIG. 12b, both green and blue fluorescence are expressed in white.

図12aによれば、点在する光を観察することができるが、RAW細胞の形を認識することはできない。観察されたこの光は、明視野像(図示せず)との比較から、RAW細胞に貪食される前の培養液中に存在する大腸菌に由来する光であることがわかる。このことから、中性の培養液中に存在する大腸菌内の蛍光タンパク質は、緑色の蛍光を発していることがわかった。   According to FIG. 12a, scattered light can be observed, but the shape of RAW cells cannot be recognized. From the comparison with the bright-field image (not shown), it can be seen that this observed light is derived from E. coli present in the culture solution before being phagocytosed by RAW cells. From this, it was found that the fluorescent protein in E. coli present in the neutral culture medium emits green fluorescence.

図12bに示すように、点在する光に加え、多数の光が集ってRAW細胞の形を形成している様子も観察された。点在する光は、図12aと同様に、貪食前の培養液中の大腸菌に由来する光である。一方、RAW細胞の形を形成する光は、貪食されRAW細胞内のリソソームに取り込まれた大腸菌に由来する光である。ここで、実際の画像によれば、点在する光は緑色に、RAW細胞の形を形成する光は青色に観察された。これらのことから、ウミサボテン蛍光タンパク質は、中性の培養液では緑色の蛍光を発するが、酸性のリソソーム内に移されることにより、青色の蛍光を発するようになることがわかった。   As shown in FIG. 12b, it was also observed that a lot of light gathered to form a RAW cell shape in addition to scattered light. The scattered light is light derived from E. coli in the culture solution before phagocytosis, as in FIG. 12a. On the other hand, the light forming the RAW cell shape is light derived from E. coli phagocytosed and taken into lysosomes in the RAW cell. Here, according to an actual image, scattered light was observed in green, and light forming a RAW cell shape was observed in blue. From these results, it was found that the cactus fluorescent protein emits green fluorescence in a neutral culture solution, but emits blue fluorescence when transferred into acidic lysosomes.

さらに、図12bにおけるRAW細胞による貪食の前後における蛍光タンパク質の蛍光スペクトルを図13に示す。この蛍光スペクトルから得られた458nmおよび506nmの蛍光強度に基づいて比を求め、それを図7に示される検量線に当てはめて培養液中およびリソソーム内のpHを推定した(図13下表)。推定されたpHは、培養液中のpHおよびリソソーム内のpHをほぼ反映している。   Furthermore, the fluorescence spectrum of the fluorescent protein before and after phagocytosis by RAW cells in FIG. 12b is shown in FIG. A ratio was determined based on the fluorescence intensities of 458 nm and 506 nm obtained from this fluorescence spectrum, and applied to the calibration curve shown in FIG. 7 to estimate the pH in the culture solution and in the lysosome (lower table in FIG. 13). The estimated pH almost reflects the pH in the culture and the pH in the lysosome.

以上の結果から、ウミサボテン蛍光タンパク質は、生きた異種細胞内においても中性環境下から酸性環境下へと移されることで、それが発する蛍光の波長を変化させることができることが示された。さらに、そのときの蛍光強度に基づいてウミサボテン蛍光タンパク質の存在する環境中のpHを良好に求めることができることが示された。   From the above results, it was shown that the cactus fluorescent protein can change the wavelength of the fluorescence emitted by moving from a neutral environment to an acidic environment even in living heterogeneous cells. Furthermore, it was shown that the pH in the environment where the cactus fluorescent protein exists can be obtained satisfactorily based on the fluorescence intensity at that time.

Claims (9)

刺胞動物門花虫綱ウミエラ目ウミサボテン科に属す生物に由来し、アルカリ性環境下および酸性環境下において、互いに蛍光ピーク波長の異なる蛍光活性をそれぞれ有し、配列番号1、3、4、5または6で示されるアミノ酸配列を含む蛍光タンパク質。 Was derived from an organism belonging to Cnidaria Anthozoa Umiera eyes Umisaboten family, in an alkaline environment and acidic environment, possess respectively different fluorescent activity fluorescence peak wavelengths from each other, SEQ ID NO: 1, 3, 4, 5 or A fluorescent protein comprising the amino acid sequence represented by 6 . アルカリ性環境下における前記蛍光活性が、蛍光ピーク波長が506nm付近且つpKa=6.5であり、酸性環境下における前記蛍光活性が、蛍光ピーク波長が458nm付近且つpKa=6.0である、請求項1に記載の蛍光タンパク質。   The fluorescence activity in an alkaline environment has a fluorescence peak wavelength near 506 nm and pKa = 6.5, and the fluorescence activity in an acidic environment has a fluorescence peak wavelength near 458 nm and pKa = 6.0. The fluorescent protein according to 1. 請求項1または2に記載の蛍光タンパク質をコードする塩基配列を含む核酸。 A nucleic acid comprising a base sequence encoding the fluorescent protein according to claim 1 or 2 . 請求項1または2に記載の蛍光タンパク質を培養された細胞に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法。 A method for introducing the fluorescent protein according to claim 1 or 2 into cultured cells and measuring the pH inside the object based on fluorescence emitted by the fluorescent protein. 請求項1または2に記載の蛍光タンパク質と前記蛍光タンパク質とは異なるタンパク質とから成る融合タンパク質を培養された細胞に導入し、前記蛍光タンパク質が発する蛍光に基づいて前記対象内部のpHを測定する方法。 A method for introducing a fusion protein comprising the fluorescent protein according to claim 1 or 2 and a protein different from the fluorescent protein into cultured cells , and measuring the pH inside the object based on fluorescence emitted from the fluorescent protein. . 前記細胞が、固定した細胞または生きた細胞である請求項4または5に記載の方法。 The method according to claim 4 or 5 , wherein the cell is a fixed cell or a living cell. 前記測定が、506nm付近の蛍光強度と458nm付近の蛍光強度との比に基づいて行われる、請求項からの何れか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 4 to 6 , wherein the measurement is performed based on a ratio between a fluorescence intensity near 506 nm and a fluorescence intensity near 458 nm. 波長の異なる2つの励起光を前記蛍光タンパク質に照射し、前記蛍光タンパク質から発生する蛍光に基づいて前記細胞内部のpHを測定する請求項からの何れか1項に記載の方法。 The two excitation lights having different wavelengths is irradiated to the fluorescent protein, the method according to any one of claims 4 7 for measuring the pH of the interior of the cells based on fluorescence emitted from the fluorescent protein. 単一の波長の励起光を前記蛍光タンパク質に照射し、前記蛍光タンパク質から発生する蛍光に基づいて前記細胞内部のpHを測定する請求項からの何れか1項に記載の方法。 Irradiated with excitation light of a single wavelength to the fluorescent protein, the method according to any one of claims 4 7 for measuring the pH of the interior of the cells based on fluorescence emitted from the fluorescent protein.
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