JP5586285B2 - Receptor interaction detection method and cyclic AMP sensor protein - Google Patents
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Description
本発明は、細胞内の互いに異なる受容体同士の相互作用(例えばD1受容体と5HT2A受容体の相互作用)を、一方の受容体(例えばD1受容体)の活性(例えばサイクリックAMPの濃度)を一細胞ごとに非侵襲的に解析して検出する受容体相互作用検出方法、および互いに異なる受容体同士の相互作用を検出するためのサイクリックAMPセンサータンパク質に関するものである。 In the present invention, interaction between different receptors in cells (for example, interaction between D1 receptor and 5HT2A receptor), activity of one receptor (for example, D1 receptor) (for example, concentration of cyclic AMP), and the like. The present invention relates to a receptor interaction detection method for non-invasively analyzing and detecting each cell and a cyclic AMP sensor protein for detecting an interaction between different receptors.
多くのホルモンや神経伝達物質は、Gタンパク質共役型受容体に働き、細胞内セカンドメッセンジャーを介して様々な細胞活動を引き起こしている。Gタンパク質共役型受容体に働く神経伝達物質は、ヒトの情動や気分、依存、認知、学習、記憶などの広範囲に亘る脳機能の調節に関わっており、なかでも、モノアミンおよびその受容体は、躁うつ病や統合失調症、気分障害、自閉症、注意欠陥/多動性障害などの精神疾患に対する治療の標的とされている。このような脳の高次機能は、脳内の伝達物質およびその受容体の時間的および空間的な濃度分布によって制御されている。したがって、特定の情動活動に関する情報伝達機構を解析するにあたって、脳内のGタンパク質共役型受容体の時間的および空間的な変化および相互作用をリアルタイムに捉えることが必要である。 Many hormones and neurotransmitters act on G protein-coupled receptors and cause various cellular activities through intracellular second messengers. Neurotransmitters that act on G protein-coupled receptors are involved in the regulation of brain functions over a wide range of human emotions, moods, dependence, cognition, learning, memory, etc. Among them, monoamines and their receptors are It is targeted for treatment of mental disorders such as manic depression, schizophrenia, mood disorders, autism, attention deficit / hyperactivity disorder. Such higher-order functions of the brain are controlled by the temporal and spatial concentration distributions of transmitter substances and their receptors in the brain. Therefore, it is necessary to capture in real time temporal and spatial changes and interactions of G protein-coupled receptors in the brain when analyzing information transmission mechanisms related to specific emotional activities.
これまでに、脳内の受容体の時間的および空間的な変化および相互作用に関する研究において、情動活動に対する効果を示す薬物の存在が明らかにされ、その作用点がモノアミンのGタンパク質共役型受容体であることが解明されてきた経緯がある。モノアミンのGタンパク質共役型受容体が関与する従来のシグナル伝達の研究では、主にモデル動物を用いた行動薬理学的な手法で解析されてきた。 So far, studies on temporal and spatial changes and interactions of receptors in the brain have revealed the existence of drugs that have an effect on emotional activity, and their action points are monoamine G protein-coupled receptors. There is a background that has been elucidated. Conventional signal transduction studies involving monoamine G protein-coupled receptors have been analyzed mainly by behavioral pharmacological techniques using model animals.
例えば、Bodyらは、5HT2A受容体やD1受容体、D2受容体のサブタイプに対する選択的阻害剤を用いて、ラットの代表的なオペラント条件付けであるタイミング行動を制御する方法を開示している(非特許文献1参照)。タイミング行動に対するd−アンフェタミンの効果が、5HT2A受容体およびD1受容体に対する選択的阻害剤で阻害されることから、タイミング行動に対するd−アンフェタミンの作用には5HT2A受容体およびD1受容体が関わっていることを明らかにしている。 For example, Body et al. Disclose a method for controlling timing behavior, which is a typical operant conditioning in rats, using selective inhibitors for 5HT2A receptor, D1 receptor, and D2 receptor subtypes (see FIG. Non-patent document 1). Since the effect of d-amphetamine on timing behavior is inhibited by selective inhibitors on 5HT2A and D1 receptors, the action of d-amphetamine on timing behavior involves the 5HT2A and D1 receptors. It is made clear.
また、例えば、Auclairらは、5HT2A受容体に対する選択的阻害剤を用いて、ラットにおけるd−アンフェタミン誘導性の自発運動活性を制御する方法を開示している(非特許文献2参照)。d−アンフェタミンは、脳内においてドーパミン遊離を起こさせ、ドーパミン誘導性の自発運動活性の上昇を引き起こす。5HT2A受容体に対する選択的阻害剤が、ドーパミン遊離を抑制せずにドーパミン誘導性の自発運動活性の上昇を抑制することを示しており、ドーパミン受容体と5HT2A受容体との相互作用を明らかにしている。 For example, Auclar et al. Disclose a method of controlling d-amphetamine-induced locomotor activity in rats using a selective inhibitor for the 5HT2A receptor (see Non-Patent Document 2). d-Amphetamine causes dopamine release in the brain and causes increased dopamine-induced locomotor activity. The selective inhibitor for 5HT2A receptor has been shown to suppress the increase of dopamine-induced locomotor activity without suppressing dopamine release, revealing the interaction between dopamine receptor and 5HT2A receptor. Yes.
しかしながら、モデル動物を用いた行動薬理学的な手法を用いて異なるGタンパク質共役型受容体の時間的および空間的な相互作用を解析する従来の方法では、受容体の空間的な配置が不明のまま相互作用の解析を行っているため、受容体同士の相互作用を正確には示していない、という問題点があった。 However, in the conventional method of analyzing temporal and spatial interactions of different G protein-coupled receptors using behavioral pharmacological techniques using model animals, the spatial arrangement of the receptors is unknown. Since the interaction is analyzed as it is, there is a problem that the interaction between receptors is not accurately shown.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、受容体の空間的な配置を明らかにして受容体の相互作用に関する各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞において特定の受容体の相互作用を再現性良く観察することができる受容体相互作用検出方法および受容体の相互作用を検出するためのサイクリックAMPセンサータンパク質を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can clarify the spatial arrangement of receptors to obtain an accurate quantitative result from each cell regarding receptor interaction. An object of the present invention is to provide a receptor interaction detection method capable of reproducibly observing a specific receptor interaction in an individual cell, and a cyclic AMP sensor protein for detecting the receptor interaction. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、細胞において第1の受容体と第2の受容体との相互作用を検出する受容体相互作用検出方法であって、前記第2の受容体の活性を示す指標となるレポータを含む前記細胞を作製する作製工程と、前記作製工程で作製した前記細胞に当該細胞外から、発光させるための所定の処置を行うと共に前記第1の受容体に結合する所定の受容体結合物質を添加する処置および添加工程と、前記処置および添加工程が行われた後の前記細胞の発光量を測定する測定工程と、前記測定工程で測定した前記発光量に基づいて前記細胞内における前記第2の受容体の活性を解析する解析工程と、前記解析工程で解析した前記第2の受容体の活性に基づいて、前記第1の受容体と前記第2の受容体との前記相互作用を検出する検出工程と、を含むことを特徴とする。ここで、レポータとは、遺伝子の発現に応じて光を発生し得る蛍光タンパク質や発光タンパク質を包含するものであり、具体的にはサイクリックAMP(adenosine monophosphate)センサータンパク質などである。また、発光タンパク質とは、具体的には生物発光タンパク質などである。また、発光させるための所定の処置とは、例えば発光基質を添加する(または予め細胞等の試料中に供給しておく)ことや励起光を照射することなどである。生物発光共鳴エネルギー転移(いわゆるBRET)による蛍光(例えばGFP、YFP等)を測定する場合には、生物発光用の基質を添加等することによって励起光の照射は不要である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a receptor interaction detection method according to the present invention is a receptor interaction for detecting an interaction between a first receptor and a second receptor in a cell. A detection method comprising a production step of producing the cell containing a reporter serving as an index indicating the activity of the second receptor, and a predetermined method for causing the cell produced in the production step to emit light from the outside of the cell. And a step of adding a predetermined receptor-binding substance that binds to the first receptor and a measurement step of measuring the amount of luminescence of the cells after the treatment and the addition step are performed And an analysis step for analyzing the activity of the second receptor in the cell based on the amount of luminescence measured in the measurement step, and an activity of the second receptor analyzed in the analysis step The first A detection step of detecting the interaction between the the receptor second receptor, characterized in that it comprises a. Here, the reporter includes a fluorescent protein and a luminescent protein that can generate light according to gene expression, and specifically includes a cyclic AMP (adenosine monophosphate) sensor protein. The photoprotein is specifically a bioluminescent protein. The predetermined treatment for causing light emission includes, for example, adding a luminescent substrate (or supplying it in advance to a sample such as a cell) or irradiating excitation light. When measuring fluorescence (for example, GFP, YFP, etc.) by bioluminescence resonance energy transfer (so-called BRET), irradiation of excitation light is not necessary by adding a substrate for bioluminescence.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記作製工程において、前記レポータは、サイクリックAMPセンサータンパク質であり、前記解析工程において、前記第2の受容体の活性はサイクリックAMPの濃度で解析すること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein in the preparation step, the reporter is a cyclic AMP sensor protein, and in the analysis step, The activity of the two receptors is analyzed by the concentration of cyclic AMP.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記サイクリックAMPセンサータンパク質は、前記細胞内のサイクリックAMPと相互作用して発光するものであること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein the cyclic AMP sensor protein emits light by interacting with the cyclic AMP in the cell. It is characterized by being.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記サイクリックAMPセンサータンパク質は、ホタルのルシフェラーゼおよびPKA(protein kinase A)のサイクリックAMP結合領域とからなる融合タンパク質であること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein the cyclic AMP sensor protein is a cyclic AMP binding region of firefly luciferase and PKA (protein kinase A). It is characterized by being a fusion protein consisting of
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記サイクリックAMP結合領域が、マウスのPKA−RIα由来であることを特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is characterized in that, in the receptor interaction detection method described above, the cyclic AMP binding region is derived from mouse PKA-RIα.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記サイクリックAMP結合領域が、220から250のアミノ酸残基の長さを有することを特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is characterized in that, in the receptor interaction detection method described above, the cyclic AMP binding region has a length of 220 to 250 amino acid residues. To do.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記サイクリックAMP結合領域が、少なくとも2つのサイクリックAMP結合部位を含むことを特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is characterized in that, in the receptor interaction detection method described above, the cyclic AMP binding region includes at least two cyclic AMP binding sites.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記サイクリックAMPセンサータンパク質は、前記ルシフェラーゼのN末端側断片、前記ルシフェラーゼのC末端側断片および前記サイクリックAMP結合領域を含み、前記N末端側断片と前記C末端側断片とが前記サイクリックAMPセンサータンパク質分子内で結合すると、前記ルシフェラーゼの発光酵素活性が回復することを特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein the cyclic AMP sensor protein includes an N-terminal fragment of the luciferase, a C-terminal fragment of the luciferase, and The luciferase luminescent enzyme activity is recovered when the N-terminal fragment and the C-terminal fragment are bound within the cyclic AMP sensor protein molecule, including the cyclic AMP binding region.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記サイクリックAMP結合領域が、配列番号37または39に記載のアミノ酸配列を含むことを特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is characterized in that, in the receptor interaction detection method described above, the cyclic AMP binding region includes the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 37 or 39. To do.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記作製工程において、前記細胞は前記第1の受容体と前記第2の受容体とを含有するものであること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein, in the production step, the cell contains the first receptor and the second receptor. It is what it does.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記作製工程において、前記細胞は前記第1の受容体の遺伝子と前記第2の受容体の遺伝子とが導入されたものであること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein, in the preparation step, the cell contains a gene for the first receptor and a gene for the second receptor. It is characterized by having been introduced with a gene.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記測定工程は、前記第2の受容体の活性に依存する発光標識の光子量を測定する光子量測定工程をさらに含むこと、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein the measurement step measures the photon amount of the luminescent label depending on the activity of the second receptor. It further includes a photon amount measuring step.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記測定工程は、前記第2の受容体の活性に依存する発光標識を撮像する撮像工程をさらに含むこと、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein the measurement step includes an imaging step of imaging a luminescent label depending on the activity of the second receptor. It is further characterized by including.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記撮像工程は、複数の異なる前記細胞に対して同時に実行され、前記解析工程は、前記撮像工程で撮像した複数の発光画像を前記細胞ごとに照合する照合工程をさらに含むこと、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein the imaging step is performed simultaneously on a plurality of different cells, and the analysis step includes the imaging The method further includes a collation step of collating the plurality of light-emitting images captured in the step for each cell.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記測定工程は繰り返し実行されること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is characterized in that, in the receptor interaction detection method described above, the measurement step is repeatedly executed.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記第1の受容体は5HT2A受容体であり、前記第2の受容体はD1受容体であること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is the receptor interaction detection method described above, wherein the first receptor is a 5HT2A receptor, and the second receptor is a D1 receptor. It is characterized by being.
また、本発明にかかる受容体相互作用検出方法は、前記に記載の受容体相互作用検出方法において、前記処置および添加工程において、前記受容体結合物質はセロトニンであること、を特徴とする。 The receptor interaction detection method according to the present invention is characterized in that, in the receptor interaction detection method described above, in the treatment and addition step, the receptor binding substance is serotonin.
また、本発明はサイクリックAMPセンサータンパク質に関するものであり、本発明にかかるサイクリックAMPセンサータンパク質は、第1の受容体と第2の受容体との相互作用を検出するためのものであること、を特徴とする。 The present invention also relates to a cyclic AMP sensor protein, and the cyclic AMP sensor protein according to the present invention is for detecting an interaction between a first receptor and a second receptor. It is characterized by.
また、本発明にかかるサイクリックAMPセンサータンパク質は、前記に記載のサイクリックAMPセンサータンパク質において、サイクリックAMP(adenosine monophosphate)と相互作用して発光するものであること、を特徴とする。 The cyclic AMP sensor protein according to the present invention is characterized in that, in the cyclic AMP sensor protein described above, it emits light by interacting with cyclic AMP (adenosine monophosphate).
また、本発明にかかるサイクリックAMPセンサータンパク質は、前記に記載のサイクリックAMPセンサータンパク質において、前記第1の受容体は5HT2A受容体であり、前記第2の受容体はD1受容体であること、を特徴とする。 The cyclic AMP sensor protein according to the present invention is the cyclic AMP sensor protein described above, wherein the first receptor is a 5HT2A receptor and the second receptor is a D1 receptor. It is characterized by.
この発明によれば、第2の受容体の活性を示す指標となるレポータを含む細胞を作製し、作製した細胞に当該細胞外から、発光させるための所定の処置を行うと共に第1の受容体に結合する所定の受容体結合物質を添加し、当該処置および添加が行われた後の細胞の発光量を測定し、測定した発光量に基づいて細胞内における第2の受容体の活性を解析し、解析した第2の受容体の活性に基づいて、第1の受容体と第2の受容体との相互作用を検出するので、受容体の空間的な配置を明らかにして受容体の相互作用に関する各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞において特定の受容体の相互作用を再現性良く観察することができるという効果を奏する。 According to the present invention, a cell containing a reporter serving as an index indicating the activity of the second receptor is prepared, and the prepared cell is subjected to a predetermined treatment for causing light emission from the outside of the cell and the first receptor. A predetermined receptor-binding substance that binds to the cell is added, the amount of light emitted from the cell after the treatment and addition is measured, and the activity of the second receptor in the cell is analyzed based on the amount of light emitted Since the interaction between the first receptor and the second receptor is detected based on the analyzed activity of the second receptor, the spatial arrangement of the receptors is clarified and the mutual relationship between the receptors is determined. It is possible to obtain an accurate quantitative result from each cell regarding the action, and as a result, it is possible to observe the interaction of a specific receptor with high reproducibility in each individual cell.
この発明によれば、レポータはサイクリックAMPセンサータンパク質であり、第2の受容体の活性はサイクリックAMPの濃度で解析するので、生物発光によるサイクリックAMP検出原理を利用して受容体の空間的な配置を明らかにして受容体の相互作用に関する各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞において特定の受容体の相互作用を再現性良く観察することができるという効果を奏する。 According to this invention, since the reporter is a cyclic AMP sensor protein and the activity of the second receptor is analyzed by the concentration of cyclic AMP, the space of the receptor is utilized using the cyclic AMP detection principle by bioluminescence. Clarification of specific arrangements to obtain accurate quantitative results from each cell regarding receptor interactions, and as a result, reproducible observation of specific receptor interactions in individual cells There is an effect that can be done.
この発明によれば、サイクリックAMPセンサータンパク質は、細胞内のサイクリックAMPと相互作用して発光するものであるので、サイクリックAMPの存在下で相互作用が強化された発光によりサイクリックAMPの濃度を検出することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the cyclic AMP sensor protein emits light by interacting with the cyclic AMP in the cell, the light emission of the cyclic AMP is enhanced by the light emission whose interaction is enhanced in the presence of the cyclic AMP. There is an effect that the concentration can be detected.
この発明によれば、サイクリックAMPセンサータンパク質は、ホタルのルシフェラーゼおよびPKA(protein kinase A)のサイクリックAMP結合領域とからなる融合タンパク質であるので、発光量を測ればサイクリックAMP濃度を算出することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the cyclic AMP sensor protein is a fusion protein composed of a firefly luciferase and a cyclic AMP binding region of PKA (protein kinase A), the cyclic AMP concentration is calculated by measuring the amount of luminescence. There is an effect that can be.
この発明によれば、サイクリックAMP結合領域が、マウスのPKA−RIα由来であるので、哺乳類由来の細胞において使用することができるという効果を奏する。 According to this invention, since the cyclic AMP binding region is derived from mouse PKA-RIα, there is an effect that it can be used in cells derived from mammals.
この発明によれば、サイクリックAMP結合領域が、220から250のアミノ酸残基の長さを有するので、ルシフェラーゼの活性をなるべく維持したまま融合タンパク質を作製できるという効果を奏する。 According to the present invention, since the cyclic AMP binding region has a length of 220 to 250 amino acid residues, the fusion protein can be produced while maintaining the luciferase activity as much as possible.
この発明によれば、サイクリックAMP結合領域が、少なくとも2つのサイクリックAMP結合部位を含むので、サイクリックAMP濃度の変化によって、ルシフェラーゼ活性を変化させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the cyclic AMP binding region includes at least two cyclic AMP binding sites, there is an effect that the luciferase activity can be changed by changing the cyclic AMP concentration.
この発明によれば、サイクリックAMPセンサータンパク質は、ルシフェラーゼのN末端側断片、ルシフェラーゼのC末端側断片およびサイクリックAMP結合領域を含み、N末端側断片とC末端側断片とが前記サイクリックAMPセンサータンパク質分子内で結合すると、ルシフェラーゼの発光酵素活性が回復するので、サイクリックAMP結合領域の構造変化により発光強度を変化させることができるという効果を奏する。 According to this invention, the cyclic AMP sensor protein includes an N-terminal fragment of luciferase, a C-terminal fragment of luciferase and a cyclic AMP binding region, and the N-terminal fragment and the C-terminal fragment are the cyclic AMP. When bound within the sensor protein molecule, the luminescent enzyme activity of luciferase is restored, so that the luminescence intensity can be changed by the structural change of the cyclic AMP binding region.
この発明によれば、サイクリックAMP結合領域が、配列番号37または39に記載のアミノ酸配列を含むので、条件に応じてサイクリックAMPセンサータンパク質として最適なものを選択できるという効果を奏する。 According to this invention, since the cyclic AMP binding region includes the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 37 or 39, there is an effect that an optimal one as a cyclic AMP sensor protein can be selected according to conditions.
この発明によれば、細胞は第1の受容体と第2の受容体とを含有するものであるので、解析対象となる受容体を人工的に含めた扱い易い細胞を用いて実験をやり易くすることができるという効果を奏する。 According to this invention, since the cell contains the first receptor and the second receptor, it is easy to conduct an experiment using an easy-to-handle cell artificially including the receptor to be analyzed. There is an effect that can be done.
この発明によれば、細胞は第1の受容体の遺伝子と第2の受容体の遺伝子とが導入されたものであるので、解析対象となる受容体を人工的に含めた扱い易い細胞を用いて実験をやり易くすることができる他、自然に近い応答を得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the cell is a gene into which the first receptor gene and the second receptor gene have been introduced, an easy-to-handle cell artificially including the receptor to be analyzed is used. In addition to facilitating the experiment, there is an effect that a natural response can be obtained.
この発明によれば、第2の受容体の活性に依存する発光標識の光子量を測定するので、フォトンカウンティングの技術を利用して細胞全体または細胞集団全体からの発光量を得ることができるという効果を奏する。 According to this invention, since the photon amount of the luminescent label depending on the activity of the second receptor is measured, the luminescence amount from the whole cell or the whole cell population can be obtained using the photon counting technique. There is an effect.
この発明によれば、第2の受容体の活性に依存する発光標識を撮像するので、発光顕微鏡を利用して個々の細胞からの発光量を得ることができるという効果を奏する。 According to this invention, since the luminescent label depending on the activity of the second receptor is imaged, there is an effect that it is possible to obtain the amount of luminescence from individual cells using a luminescence microscope.
この発明によれば、撮像を複数の異なる細胞に対して同時に実行し、撮像した複数の発光画像を細胞ごとに照合するので、細胞一つ一つからの発光量を個別に且つ同時に得ることができるという効果を奏する。 According to this invention, since imaging is performed simultaneously on a plurality of different cells and the plurality of captured luminescent images are collated for each cell, the amount of luminescence from each cell can be obtained individually and simultaneously. There is an effect that can be done.
この発明によれば、発光量の測定を繰り返し実行するので、発光量の経時変化を観察することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the measurement of the light emission amount is repeatedly executed, it is possible to observe the temporal change of the light emission amount.
この発明によれば、第1の受容体は5HT2A受容体であり、第2の受容体はD1受容体であるので、D1受容体および5HT2A受容体の空間的な配置を明らかにしてD1受容体と5HT2A受容体の相互作用に関する各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞においてD1受容体と5HT2A受容体の相互作用を再現性良く観察することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the first receptor is the 5HT2A receptor and the second receptor is the D1 receptor, the spatial arrangement of the D1 receptor and the 5HT2A receptor is clarified and the D1 receptor Accurate quantitative results from each cell regarding the interaction between HT2A and 5HT2A receptor, and as a result, the interaction between D1 receptor and 5HT2A receptor can be observed with high reproducibility in individual cells. There is an effect.
この発明によれば、受容体結合物質はセロトニンであるので、5HT2A受容体の活性を観察することができるという効果を奏する。 According to this invention, since the receptor-binding substance is serotonin, there is an effect that the activity of the 5HT2A receptor can be observed.
この発明によれば、サイクリックAMPセンサータンパク質は、第1の受容体と第2の受容体との相互作用を検出するためのものであるので、当該サイクリックAMPセンサータンパク質を用いれば、受容体の空間的な配置を明らかにして受容体の相互作用に関する各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞において特定の受容体の相互作用を再現性良く観察することができるという効果を奏する。 According to this invention, since the cyclic AMP sensor protein is for detecting the interaction between the first receptor and the second receptor, if the cyclic AMP sensor protein is used, the receptor Clarifies the spatial arrangement of cells and obtains accurate quantitative results from each cell regarding receptor interactions, resulting in reproducible observation of specific receptor interactions in individual cells There is an effect that can be.
この発明によれば、サイクリックAMPセンサータンパク質はサイクリックAMP(adenosine monophosphate)と相互作用して発光するものであるので、当該サイクリックAMPセンサータンパク質を用いれば、サイクリックAMPの存在下で相互作用が強化された発光によりサイクリックAMP濃度を検出することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the cyclic AMP sensor protein interacts with cyclic AMP (adenosine monophosphate) and emits light, if the cyclic AMP sensor protein is used, the cyclic AMP sensor protein interacts in the presence of cyclic AMP. This has the effect that the cyclic AMP concentration can be detected by the enhanced light emission.
この発明によれば、サイクリックAMPセンサータンパク質はD1受容体と5HT2A受容体との相互作用を検出するためのものであるので、当該サイクリックAMPセンサータンパク質を用いれば、D1受容体および5HT2A受容体の空間的な配置を明らかにしてD1受容体と5HT2A受容体の相互作用に関する各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞においてD1受容体と5HT2A受容体の相互作用を再現性良く観察することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the cyclic AMP sensor protein is for detecting the interaction between the D1 receptor and the 5HT2A receptor, if the cyclic AMP sensor protein is used, the D1 receptor and the 5HT2A receptor are used. To obtain accurate quantitative results from each cell regarding the interaction between D1 receptor and 5HT2A receptor, and as a result, the D1 receptor and 5HT2A receptor in individual cells. There is an effect that the interaction can be observed with good reproducibility.
以下に、本発明にかかる受容体相互作用検出方法および受容体の相互作用を検出するためのサイクリックAMPセンサータンパク質の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。ここで、本実施の形態では、発光タンパク質(具体的には生物発光タンパク質)を用いてD1受容体と5HT2A受容体との相互作用を発光画像で検出する場合を一例として説明するが、蛍光タンパク質や他の受容体同士やフォトンカウンティングに対しても同様に実施することができる。 Embodiments of a receptor interaction detection method and a cyclic AMP sensor protein for detecting receptor interaction according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Embodiment. Here, in the present embodiment, a case where an interaction between a D1 receptor and a 5HT2A receptor is detected by a luminescent image using a luminescent protein (specifically, a bioluminescent protein) will be described as an example. The same can be applied to other receptors and photon counting.
[構成]
まず、本発明にかかる受容体相互作用検出方法で用いる発光観察システム100の構成について、図1、図2および図3を参照して説明する。図1は、発光観察システム100の全体構成の一例を示す図である。
[Constitution]
First, the configuration of the
図1に示すように、発光観察システム100は、細胞102を収納した容器103(具体的にはシャーレ、スライドガラス、マイクロプレート、ゲル支持体、微粒子担体など)と、容器103を配置するステージ104と、微弱な発光を測定するための発光画像撮像ユニット106と、画像解析装置110と、で構成されている。発光画像撮像ユニット106をステージ104の下側に配置してもよい。これにより、カバー(図示せず)の開閉によるサンプル上方からの外乱光を完全に遮断でき、その結果、発光画像のS/N比を増すことができる。発光画像撮像ユニット106は、レーザー走査式の光学系であってもよい。
As shown in FIG. 1, a
細胞102は、例えば、サイクリックAMP(adenosine monophosphate)濃度に依存して発光するよう発光標識された生きた細胞である。ここで、サイクリックAMP濃度に依存して発光するタンパク質(発光タンパク質)として、N末側発光酵素とC末側発光酵素、およびサイクリックAMP結合タンパク質との融合タンパク質の他に、例えば国際公開第2007/120522号または特表2007−508014号公報に開示されている融合タンパク質を用いてもよい。また、ここで、細胞102に、当該融合タンパク質が発現されるよう構成した、当該融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを細胞102に導入することにより、当該融合タンパク質が細胞102内で発現されるよう構成してもよい。なお、細胞102には、当該細胞102外から所定の発光基質(例えばルシフェリンなど)および所定の刺激(例えば薬物刺激など)が与えられる。
The
発光画像撮像ユニット106は、具体的には正立型の発光顕微鏡であり、細胞102の発光画像を撮像する。発光画像撮像ユニット106は、図示の如く、対物レンズ106aと、ダイクロイックミラー106bと、CCD(charge−coupled device)カメラ106cと、結像レンズ106fと、で構成されている。対物レンズ106aは、具体的には(開口数/倍率)2の値が0.01以上のものが好ましい。ダイクロイックミラー106bは、細胞102から発せられた発光を色別に分離し、2色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合に用いる。CCDカメラ106cは、対物レンズ106a、ダイクロイックミラー106bおよび結像レンズ106fを介して当該CCDカメラ106cのチップ面に投影された細胞102の発光画像および明視野画像を撮る。また、CCDカメラ106cは、画像解析装置110と有線または無線で通信可能に接続される。ここで、細胞102が撮像範囲中に複数存在する場合、CCDカメラ106cは、当該撮像範囲中に含まれる複数の細胞102の発光画像および明視野画像を撮像してもよい。結像レンズ106fは、対物レンズ106aおよびダイクロイックミラー106bを介して当該結像レンズ106fに入射した像(具体的には細胞102を含む像)を結像する。なお、図1では、ダイクロイックミラー106bで分離した2つの発光に対応する発光画像を2台のCCDカメラ106cで別々に撮像する場合の一例を示しており、1つの発光を用いる場合には、発光画像撮像ユニット106は、対物レンズ106a、1台のCCDカメラ106cおよび結像レンズ106fで構成されてもよい。
The luminescence
ここで、2色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合、発光画像撮像ユニット106は、図2に示すように、対物レンズ106aと、CCDカメラ106cと、スプリットイメージユニット106dと、結像レンズ106fと、で構成されてもよい。そして、CCDカメラ106cは、スプリットイメージユニット106dおよび結像レンズ106fを介して当該CCDカメラ106cのチップ面に投影された細胞102の発光画像(スプリットイメージ)および明視野像を撮像してもよい。スプリットイメージユニット106dは、細胞102から発せられた発光を色別に分離し、ダイクロイックミラー106bと同様、2色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合に用いる。
Here, when measuring the light emission amount and the light emission intensity for each color using the light emission of two colors, as shown in FIG. 2, the light emission
また、複数色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合(つまり、多色の発光を用いる場合)、発光画像撮像ユニット106は、図3に示すように、対物レンズ106aと、CCDカメラ106cと、フィルターホイール106eと、結像レンズ106fと、で構成されてもよい。そして、CCDカメラ106cは、フィルターホイール106eおよび結像レンズ106fを介して当該CCDカメラ106cのチップ面に投影された細胞102の発光画像および明視野画像を撮像してもよい。フィルターホイール106eは、細胞102から発せられた発光をフィルタ交換によって色別に分離し、複数色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合に用いる。
Further, when measuring the emission amount and emission intensity for each color using light emission of a plurality of colors (that is, when using multicolor light emission), the light emission
図1に戻り、画像解析装置110は、具体的にはパーソナルコンピュータである。そして、画像解析装置110は、図4に示すように、大別して、制御部112と、システムの時刻を計時するクロック発生部114と、記憶部116と、通信インターフェース部118と、入出力インターフェース部120と、入力装置122と、出力装置124と、で構成されており、これら各部はバスを介して接続されている。
Returning to FIG. 1, the
記憶部116は、ストレージ手段であり、具体的には、RAM(random access memory)やROM(read−only memory)等のメモリ装置、ハードディスクのような固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等を用いることができる。そして、記憶部116は制御部112の各部の処理により得られたデータなどを記憶する。通信インターフェース部118は、画像解析装置110と、CCDカメラ106cと、の間における通信を媒介する。すなわち、通信インターフェース部118は他の端末と有線または無線の通信回線を介してデータを通信する機能を有する。入出力インターフェース部120は、入力装置122や出力装置124に接続する。ここで、出力装置124には、モニタ(家庭用テレビを含む)の他、スピーカやプリンタを用いることができる(なお、以下で、出力装置124をモニターとして記載する場合がある。)。また、入力装置122には、キーボードやマウスやマイクの他、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現するモニターを用いることができる。
The
制御部112は、OS(Operating System)等の制御プログラムや各種の処理手順等を規定したプログラムや所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラムに基づいて種々の処理を実行する。そして、制御部112は、大別して、発光画像撮像指示部112aと、発光画像取得部112bと、画像解析部112cと、解析結果出力部112dと、で構成されている。
The
発光画像撮像指示部112aは、通信インターフェース部118を介して、CCDカメラ106cへ発光画像および明視野画像の撮像を指示する。発光画像取得部112bは、CCDカメラ106cで撮像した発光画像および明視野画像を、通信インターフェース部118を介して取得する。制御部112は、発光画像撮像指示部112aを制御して、CCDカメラ106cに細胞102の発光画像および明視野画像を繰り返し撮像させ、発光画像取得部112bを制御して、撮像した発光画像および明視野画像を、撮像される度に又は全撮像が終了後纏めて取得する。
The luminescent image capturing
画像解析部112cは、発光画像取得部112bで取得した複数の発光画像に基づいて、細胞102から発せられる発光の発光強度を経時的に測定する。解析結果出力部112dは、画像解析部112cでの解析結果を出力装置124に出力する。具体的には、解析結果出力部112dは、画像解析部112cで得られた、細胞102から発せられる発光の発光強度に関する時系列データを、グラフ化して出力装置124に表示する。
The
[受容体相互作用検出方法]
本発明は、細胞において第1の受容体と第2の受容体との相互作用を検出する受容体相互作用検出方法であって、前記第2の受容体の活性を示す指標となるレポータを含む前記細胞を作製する作製工程と、前記作製工程で作製した前記細胞に当該細胞外から、発光させるための所定の処置を行うと共に前記第1の受容体に結合する所定の受容体結合物質を添加する処置および添加工程と、前記処置および添加工程が行われた後の前記細胞の発光量を測定する測定工程と、前記測定工程で測定した前記発光量に基づいて前記細胞内における前記第2の受容体の活性を解析する解析工程と、前記解析工程で解析した前記第2の受容体の活性に基づいて、前記第1の受容体と前記第2の受容体との前記相互作用を検出する検出工程とを含むことを特徴とする受容体相互作用検出方法に関する。
[Receptor interaction detection method]
The present invention is a receptor interaction detection method for detecting an interaction between a first receptor and a second receptor in a cell, and includes a reporter serving as an index indicating the activity of the second receptor. A production step for producing the cells, and a predetermined treatment for causing the cells produced in the production step to emit light from outside the cells and adding a predetermined receptor-binding substance that binds to the first receptor A treatment step and an addition step, a measurement step for measuring the luminescence amount of the cell after the treatment and the addition step are performed, and the second in the cell based on the luminescence amount measured in the measurement step Based on the analysis step of analyzing the activity of the receptor and the activity of the second receptor analyzed in the analysis step, the interaction between the first receptor and the second receptor is detected. Including a detection step. It relates receptor interaction detecting method according to.
作製工程では、レポータを含む細胞が作製される。このレポータとは、後述するようなサイクリックAMPセンサータンパク質であってよい。対象となる細胞の種類に限定はなく、細菌細胞、酵母細胞、植物細胞および動物細胞等を使用できる。動物細胞が使用される場合、特に哺乳細胞が使用され、例えばマウスの細胞、サルの細胞およびヒトの細胞が使用される。細胞に対してレポータを導入する方法に特別な限定はなく、既知の導入方法が使用できる。細胞は、生体組織の一部として培養された細胞集合体であってもよいし、生体組織が属している臓器等や生命個体の形態でもよい。レポータがタンパク質である場合、1つの方法は、当該タンパク質をコードする塩基配列を含む又は当該配列から成る核酸を細胞に導入し、その後細胞内で当該タンパク質を発現させる方法である。例えば、当該核酸を含む発現ベクターを、リン酸カルシウム法、リポフェクション法またはエレクトロポレーション法等によって細胞内に導入し、発現ベクターから当該タンパク質を発現させることができる。ベクターから発現させるのではなく、当該核酸がゲノムに組み込まれた細胞を作製した後、ゲノムから当該タンパク質を発現させることもできる。別の方法は、細胞外で精製した当該タンパク質を細胞内に直接導入する方法である。例えば、マイクロインジェクション法によって当該タンパク質を細胞内に直接注入することができる。または、当該タンパク質を含む培養液にて細胞をインキュベートさせて、エンドサイトーシスによって当該タンパク質を細胞に取り込ませることができる。 In the production process, a cell containing a reporter is produced. This reporter may be a cyclic AMP sensor protein as described below. There are no limitations on the types of cells to be used, and bacterial cells, yeast cells, plant cells, animal cells, and the like can be used. When animal cells are used, particularly mammalian cells are used, for example mouse cells, monkey cells and human cells. There is no particular limitation on the method for introducing the reporter into the cell, and a known introduction method can be used. The cell may be a cell aggregate cultured as a part of the living tissue, or may be in the form of an organ or the like to which the living tissue belongs or a living individual. When the reporter is a protein, one method is a method of introducing a nucleic acid containing or consisting of a base sequence encoding the protein into a cell, and then expressing the protein in the cell. For example, an expression vector containing the nucleic acid can be introduced into cells by the calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method, or the like, and the protein can be expressed from the expression vector. Instead of expressing from a vector, the protein can also be expressed from the genome after preparing a cell in which the nucleic acid is integrated into the genome. Another method is to introduce the protein purified outside the cell directly into the cell. For example, the protein can be directly injected into cells by a microinjection method. Alternatively, cells can be incubated in a culture solution containing the protein, and the protein can be taken into the cell by endocytosis.
処置および添加工程では、発光させるための所定の処置および第1の受容体に結合する所定の受容体結合物質の添加が行われる。発光させるための所定の処置とは、例えば発光基質を添加することや励起光を照射することなどである。発光基質を添加する方法に特別な限定はなく、適宜選択できる。好ましくは、発光基質は測定の直前に添加される。発光基質の添加量に特別な限定はないが、好ましくは、発光酵素が発光反応を生じるために十分な量で添加される。第1の受容体に結合する所定の受容体結合物質の添加によって、当該受容体は活性化される。第1の受容体は例えば5HT2A受容体であってよく、受容体結合物質はセロトニン、例えば5HTとすることができる。 In the treatment and addition step, a predetermined treatment for causing light emission and addition of a predetermined receptor-binding substance that binds to the first receptor are performed. The predetermined treatment for causing light emission includes, for example, adding a luminescent substrate or irradiating excitation light. There is no special limitation in the method of adding a luminescent substrate, and it can select suitably. Preferably, the luminescent substrate is added immediately before the measurement. There is no particular limitation on the amount of the luminescent substrate to be added, but preferably the luminescent enzyme is added in an amount sufficient to cause a luminescent reaction. The receptor is activated by the addition of a predetermined receptor binding substance that binds to the first receptor. The first receptor can be, for example, a 5HT2A receptor, and the receptor binding agent can be a serotonin, such as 5HT.
測定工程では、処置および添加工程によって細胞から生じる発光が測定される。測定はイメージングまたはフォトカウンティングによって行うことができる。イメージングを行う場合、発光反応が生じている細胞の画像が取得されるので、細胞ごとの発光を測定するのに都合が良い。撮像は任意のタイミングで行うことができるが、好ましくは、基質添加から一定時間後に行われる。特に複数の測定を繰り返す場合、測定結果のばらつきを抑えるために、複数の測定を通じて同一のタイミングで撮像することが好ましい。撮像時間は条件に応じて最良の時間が適宜選択される。発光強度が小さい場合、撮像時間(顕微鏡を使用する場合、露光時間)は長くされ、逆に発光強度が大きすぎる場合、撮像時間は短くされる。撮像は、発光反応に係る波長の光のみを取得して行うこともできるが、それと同時に明視野画像または別の波長の光による画像を取得してもよい。例えば、細胞にサイクリックAMPセンサータンパク質と同時にプローブ(例えば蛍光または発光タンパク質)を融合した特定のタンパク質を導入し、サイクリックAMPセンサータンパク質に由来する光と同時に、当該特定のタンパク質からの光を検出してもよい。 In the measurement step, luminescence generated from the cells by the treatment and addition steps is measured. Measurements can be made by imaging or photocounting. When imaging is performed, an image of a cell in which a luminescent reaction occurs is acquired, which is convenient for measuring luminescence for each cell. Imaging can be performed at an arbitrary timing, but is preferably performed after a certain time from the addition of the substrate. In particular, when a plurality of measurements are repeated, it is preferable to capture images at the same timing through a plurality of measurements in order to suppress variations in measurement results. The best imaging time is appropriately selected according to the conditions. When the emission intensity is low, the imaging time (exposure time when using a microscope) is lengthened, and conversely when the emission intensity is too high, the imaging time is shortened. Imaging can be performed by acquiring only light having a wavelength related to the luminescence reaction, but at the same time, a bright field image or an image using light having another wavelength may be acquired. For example, a specific protein in which a probe (for example, fluorescent or luminescent protein) is fused simultaneously with a cyclic AMP sensor protein is introduced into a cell, and light from the specific protein is detected simultaneously with light derived from the cyclic AMP sensor protein. May be.
解析工程では、第2の受容体の活性が解析される。測定工程において得られた測定結果に基づき、発光が生じたかどうかが判定される。発光が生じた場合、第2の受容体が活性化したと判定される。好ましくは、第2の受容体として、D1受容体またはD2受容体を選択することができる。D1受容体は、リガンドが結合するとアデニル酸シクラーゼを活性化し、細胞内のサイクリックAMP濃度を上昇させる作用を有する。一方、D2受容体は、リガンドが結合するとホスホジエステラーゼを活性化し、細胞内のサイクリックAMP濃度を低下させる作用を有する。第2の受容体は、アデニル酸シクラーゼを活性化する作用を有するか否かが判明している受容体であることが好ましい。 In the analysis step, the activity of the second receptor is analyzed. Based on the measurement result obtained in the measurement process, it is determined whether light emission has occurred. When luminescence occurs, it is determined that the second receptor is activated. Preferably, a D1 receptor or a D2 receptor can be selected as the second receptor. The D1 receptor has the effect of activating adenylate cyclase when the ligand is bound, and increasing the intracellular cyclic AMP concentration. On the other hand, the D2 receptor has an effect of activating phosphodiesterase when the ligand is bound, and reducing the intracellular cyclic AMP concentration. The second receptor is preferably a receptor that is known to have an action of activating adenylate cyclase.
検出工程では、第2の受容体の活性の解析結果に基づいて、第1の受容体と第2の受容体との前記相互作用が検出される。処置および添加工程において第1の受容体に受容体結合物質を与えた結果、解析工程において第2の受容体の活性が認められた場合、第1の受容体と第2の受容体との相互作用に対して肯定的な結論が得られる。一方、解析工程において第2の受容体の活性が認められなかった場合、第1の受容体と第2の受容体との相互作用に対して否定的な結論が得られる。 In the detection step, the interaction between the first receptor and the second receptor is detected based on the analysis result of the activity of the second receptor. When the receptor binding substance is given to the first receptor in the treatment and addition step and the activity of the second receptor is recognized in the analysis step, the mutual relationship between the first receptor and the second receptor is obtained. A positive conclusion is obtained for the action. On the other hand, when the activity of the second receptor is not recognized in the analysis step, a negative conclusion is obtained for the interaction between the first receptor and the second receptor.
[サイクリックAMPセンサータンパク質]
次に、サイクリックAMPセンサータンパク質について補足的に説明する。
[Cyclic AMP sensor protein]
Next, the cyclic AMP sensor protein will be supplementarily described.
本発明において、第2の受容体の活性を示す指標となるレポータとして、サイクリックAMPセンサータンパク質を使用することができる。当該サイクリックAMPセンサータンパク質として、ホタルのルシフェラーゼおよびPKAのサイクリックAMP結合領域とからなる融合タンパク質を使用することができる。 In the present invention, a cyclic AMP sensor protein can be used as a reporter serving as an index indicating the activity of the second receptor. As the cyclic AMP sensor protein, a fusion protein comprising a firefly luciferase and a cyclic AMP binding region of PKA can be used.
サイクリックAMP結合領域としては、マウスのPKA−RIα由来のものを使用することができる。ここで、PKA−RIαとは、PKAの制御サブユニットαのことを意味する。PKA−RIαは、サイクリックAMP結合ドメインを有しており、サイクリックAMPに結合する能力を有する。 As the cyclic AMP binding region, a mouse derived from PKA-RIα can be used. Here, PKA-RIα means PKA control subunit α. PKA-RIα has a cyclic AMP binding domain and has the ability to bind to cyclic AMP.
サイクリックAMP結合領域の長さに関して、そのアミノ酸残基の数を120から250としてもよい。また、アミノ酸残基の数を200から250、220から250、230から250、230から245、または230から240としてもよい。例えば、アミノ酸残基数を230または241としてもよい。 Regarding the length of the cyclic AMP binding region, the number of amino acid residues may be 120 to 250. The number of amino acid residues may be 200 to 250, 220 to 250, 230 to 250, 230 to 245, or 230 to 240. For example, the number of amino acid residues may be 230 or 241.
サイクリックAMP結合領域としては、少なくとも2つのサイクリックAMP結合部位を含むものを使用することができる。「サイクリックAMP結合部位」とは、サイクリックAMP1分子が結合することができるサイクリックAMP結合領域中の部位として定義される。サイクリックAMP結合部位には、前述のPKA−RIαのサイクリックAMP結合ドメインが含まれる。また、上記定義を満たせば、サイクリックAMP結合ドメインとして特定または認識されていない部位であってもサイクリックAMP結合部位に含まれる。 As the cyclic AMP binding region, one containing at least two cyclic AMP binding sites can be used. A “cyclic AMP binding site” is defined as a site in a cyclic AMP binding region to which a cyclic AMP1 molecule can bind. The cyclic AMP binding site includes the aforementioned cyclic AMP binding domain of PKA-RIα. If the above definition is satisfied, even a site that is not specified or recognized as a cyclic AMP binding domain is included in the cyclic AMP binding site.
本発明に係る方法において、ルシフェラーゼのN末端側断片、ルシフェラーゼのC末端側断片およびサイクリックAMP結合領域を含むサイクリックAMPセンサータンパク質であって、N末端側断片とC末端側断片とがサイクリックAMPセンサータンパク質分子内で結合すると、ルシフェラーゼの発光酵素活性が回復するサイクリックAMPセンサータンパク質を使用することができる。「ルシフェラーゼのN末端側断片」とは、C末端から複数のアミノ酸が欠失したルシフェラーゼ断片であって、発光酵素活性を失ったルシフェラーゼ断片を意味する。「ルシフェラーゼのC末端側断片」とは、N末端から複数のアミノ酸が欠失したルシフェラーゼ断片であって、発光酵素活性を失ったルシフェラーゼ断片を意味する。サイクリックAMPセンサータンパク質がそれらの断片およびサイクリックAMP結合領域を「含む」とは、サイクリックAMPセンサータンパク質が、ルシフェラーゼのN末端側断片、ルシフェラーゼのC末端側断片、サイクリックAMP結合領域および任意にその他のポリペプチドから成る融合タンパク質であることを意味する。したがって、これらの構成要素が側鎖または修飾基として含まれるわけではない。このようなサイクリックAMPセンサータンパク質の例は、図5に示されるような、サイクリックAMPセンサータンパク質のN末端側にルシフェラーゼのN末端側断片が存在し、サイクリックAMPセンサータンパク質のC末端側にルシフェラーゼのC末端側断片が存在し、これらの断片の間にPKA−RIα由来のサイクリックAMP結合領域が存在するサイクリックAMPセンサータンパク質である。また、別の例は、図19に示されるような、サイクリックAMPセンサータンパク質のN末端側にルシフェラーゼのC末端側断片が存在し、サイクリックAMPセンサータンパク質のC末端側にルシフェラーゼのN末端側断片が存在し、これらの断片の間にPKA−RIα由来のサイクリックAMP結合領域が存在するサイクリックAMPセンサータンパク質である。 In the method according to the present invention, a cyclic AMP sensor protein comprising an N-terminal fragment of luciferase, a C-terminal fragment of luciferase and a cyclic AMP binding region, wherein the N-terminal fragment and the C-terminal fragment are cyclic A cyclic AMP sensor protein that recovers the luminescent enzyme activity of luciferase when bound in the AMP sensor protein molecule can be used. The “N-terminal fragment of luciferase” means a luciferase fragment from which a plurality of amino acids have been deleted from the C-terminus, and has lost luminescent enzyme activity. “The C-terminal fragment of luciferase” means a luciferase fragment from which a plurality of amino acids have been deleted from the N-terminus, and has lost the luminescent enzyme activity. The cyclic AMP sensor protein “includes” a fragment thereof and a cyclic AMP binding region means that the cyclic AMP sensor protein includes an N-terminal fragment of luciferase, a C-terminal fragment of luciferase, a cyclic AMP binding region, and an arbitrary It means a fusion protein composed of other polypeptides. Thus, these components are not included as side chains or modifying groups. As an example of such a cyclic AMP sensor protein, as shown in FIG. 5, an N-terminal fragment of luciferase is present on the N-terminal side of the cyclic AMP sensor protein, and the cyclic AMP sensor protein is present on the C-terminal side. It is a cyclic AMP sensor protein in which a C-terminal fragment of luciferase is present and a cyclic AMP binding region derived from PKA-RIα is present between these fragments. As another example, as shown in FIG. 19, the C-terminal fragment of luciferase is present on the N-terminal side of the cyclic AMP sensor protein, and the N-terminal side of luciferase is present on the C-terminal side of the cyclic AMP sensor protein. It is a cyclic AMP sensor protein in which fragments exist and a cyclic AMP binding region derived from PKA-RIα is present between these fragments.
N末端側断片は、例えばルシフェラーゼの1番目から400番目のアミノ酸を含む断片であってよく、C末端側断片は、例えばルシフェラーゼの401番目から550番目のアミノ酸を含むものであってよい。特に、N末端側断片がルシフェラーゼの1番目から416番目のアミノ酸を含み、C末端側断片がルシフェラーゼの399番目から550番目のアミノ酸を含むことが好ましい。このように、N末端側断片およびC末端側断片は、それらの配列の一部が重複していてもよい。また、N末端側断片にもC末端側断片にも含まれないルシフェラーゼ配列部分が存在してもよい。 The N-terminal fragment may be, for example, a fragment containing the first to 400th amino acids of luciferase, and the C-terminal fragment may be, for example, those containing the 401st to 550th amino acids of luciferase. In particular, it is preferable that the N-terminal fragment contains the first to 416th amino acids of luciferase, and the C-terminal fragment contains the 399th to 550th amino acids of luciferase. Thus, the N-terminal side fragment and the C-terminal side fragment may partially overlap their sequences. There may also be a luciferase sequence portion that is not contained in the N-terminal fragment or the C-terminal fragment.
サイクリックAMPセンサータンパク質内において、ルシフェラーゼがN末端側断片とC末端側断片とに分かれたことにより、通常の環境下(例えばサイクリックAMPが存在していない環境下)では、サイクリックAMPセンサータンパク質はルシフェラーゼの活性を有さない。しかし、特定の環境下(例えばサイクリックAMPが存在する環境下)では、サイクリックAMPセンサータンパク質はルシフェラーゼの活性を回復する。この回復は、サイクリックAMP結合領域の機能に起因する。例えば、マウスのPKA−RIα由来のサイクリックAMP結合領域を選択した場合、図5および19に示されるように、サイクリックAMP結合領域にサイクリックAMPが結合すると、サイクリックAMPセンサータンパク質全体の立体構造が変化し、結果としてN末端側断片とC末端側断片とが接近する。これらの2つの断片が協同してルシフェラーゼ活性を奏する。 In the cyclic AMP sensor protein, the luciferase is divided into an N-terminal fragment and a C-terminal fragment, so that in a normal environment (for example, an environment in which no cyclic AMP exists), the cyclic AMP sensor protein Has no luciferase activity. However, under certain circumstances (for example, in the presence of cyclic AMP), the cyclic AMP sensor protein restores luciferase activity. This recovery is due to the function of the cyclic AMP binding region. For example, when a cyclic AMP binding region derived from mouse PKA-RIα is selected, when cyclic AMP binds to the cyclic AMP binding region, as shown in FIGS. The structure changes, and as a result, the N-terminal fragment and the C-terminal fragment approach each other. These two fragments cooperate to exert luciferase activity.
「N末端側断片とC末端側断片とが前記サイクリックAMPセンサータンパク質分子内で結合すると発光酵素活性が回復する」という表現において、N末端側断片とC末端側断片とが「結合」する態様に限定はなく、共有結合または非共有結合等の化学的結合であってもよいが、N末端側断片とC末端側断片とがルシフェラーゼの本来の機能を果たしうる程度に「接近」または「接触」している状態であることが好ましい。あるいは、N末端側断片とC末端側断片とが「会合」する状態であってもよい。すなわち、当該表現において使用される「結合」という用語は、「接近」、「接触」または「会合」という意味を含む。 In the expression that “the luminescent enzyme activity is recovered when the N-terminal fragment and the C-terminal fragment are bound within the cyclic AMP sensor protein molecule”, the N-terminal fragment and the C-terminal fragment are “bound”. There is no limitation, and a chemical bond such as a covalent bond or a non-covalent bond may be used, but it is “close” or “contact” to such an extent that the N-terminal fragment and the C-terminal fragment can perform the original function of luciferase. "Is preferable. Alternatively, the N-terminal fragment and the C-terminal fragment may be “associated”. That is, the term “binding” used in the expression includes the meaning of “approach”, “contact”, or “meeting”.
また、上記表現において、N末端側断片とC末端側断片との結合は、サイクリックAMPに応答して生じる結合であってよい。より具体的には、サイクリックAMP結合領域にサイクリックAMP分子が結合することで、サイクリックAMP結合領域の構造の変化が生じ、その結果生じるN末端側断片とC末端側断片との結合または接近であってよい。 In the above expression, the bond between the N-terminal fragment and the C-terminal fragment may be a bond generated in response to cyclic AMP. More specifically, the cyclic AMP molecule binds to the cyclic AMP binding region, resulting in a change in the structure of the cyclic AMP binding region, and the resulting binding between the N-terminal fragment and the C-terminal fragment or It may be close.
なお、サイクリックAMP結合領域としては、好ましくは配列番号37または39に示されるアミノ酸配列を含むポリペプチドである。 The cyclic AMP binding region is preferably a polypeptide comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 37 or 39.
[実施例1]
本実施の形態における実施例について、以下に図5〜図9を用いて説明する。ここで、図5はスプリットルシフェラーゼアッセイ法を用いたサイクリックAMPの検出原理を示す図である。
[Example 1]
Examples of the present embodiment will be described below with reference to FIGS. Here, FIG. 5 is a diagram showing the detection principle of cyclic AMP using the split luciferase assay method.
スプリットルシフェラーゼアッセイとは、ホタルルシフェラーゼやウミシイタケルシフェラーゼ等のルシフェラーゼを特定の位置で分割して発光酵素活性(生物発光能)を失活させた後、そのフラグメント(断片)であるN末側発光酵素とC末側発光酵素を再構成して発光酵素活性を回復させる手法であり、タンパク質間相互作用の検出やタンパク質の細胞内小器官移行検出等に用いられる。 The split luciferase assay is a fragment (fragment) of the N-terminal luminescent enzyme that is obtained by inactivating luciferase such as firefly luciferase or Renilla luciferase at a specific position to inactivate luminescent enzyme activity (bioluminescent ability). And the C-terminal luminescent enzyme are reconstituted to recover the luminescent enzyme activity, and are used for detecting protein-protein interactions and detecting intracellular organelle migration of proteins.
図5には、N末側発光酵素(NLuc)とC末側発光酵素(CLuc)との非共有結合的相互作用を起こさせるタンパク質として、サイクリックAMP結合タンパク質を用いた例を示している。すなわち、細胞内で発現させた、N末側発光酵素とC末側発光酵素およびサイクリックAMP結合タンパク質との融合タンパク質における当該サイクリックAMP結合タンパク質にサイクリックAMPが結合すると、当該サイクリックAMP結合タンパク質の立体構造が変化してN末側発光酵素とC末側発光酵素とが結合し、発光酵素活性が回復して検出可能なシグナルが発せられる。本実施例では、当該スプリットルシフェラーゼアッセイ系において、サイクリックAMP結合タンパク質にPKA(protein kinase A)の制御サブユニットIα(PKA−RIα)のサイクリックAMP結合ドメインを用いた例について説明する。ここで、本実施例における実験の流れ(手順)は、以下の通りである。 FIG. 5 shows an example in which a cyclic AMP binding protein is used as a protein that causes a non-covalent interaction between the N-terminal luminescent enzyme (NLuc) and the C-terminal luminescent enzyme (CLuc). That is, when cyclic AMP binds to the cyclic AMP-binding protein in the fusion protein of N-terminal luminescent enzyme, C-terminal luminescent enzyme and cyclic AMP-binding protein expressed in cells, the cyclic AMP binding The three-dimensional structure of the protein changes, and the N-terminal luminescent enzyme and the C-terminal luminescent enzyme bind to each other, so that the luminescent enzyme activity is recovered and a detectable signal is emitted. In this example, an example in which the cyclic AMP binding domain of the regulatory subunit Iα (PKA-RIα) of PKA (protein kinase A) is used as the cyclic AMP binding protein in the split luciferase assay system will be described. Here, the flow (procedure) of the experiment in the present embodiment is as follows.
[前準備その1:N末側発光酵素遺伝子とC末側発光酵素遺伝子およびPKA−RIαのサイクリックAMP結合ドメイン遺伝子のクローニングと、融合タンパク質発現プラスミドの作製]
[手順1]
N末側発光酵素(NLuc)遺伝子とC末側発光酵素(CLuc)遺伝子の作製のために、PCR(polymerase chain reaction)に用いる合成オリゴDNA(deoxyribonucleic acid)を以下に示す配列で調製した。
[NLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
NLuc_Fw(配列番号1):5’−TGTGGATCCAGCCACCATGGAAGATGCCAA−3’
NLuc_Rv(配列番号2):5’−CAGCTCGAGGTCCTTGTCGATGAGAGCGTT−3’
[CLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
CLuc_Fw(配列番号3):5’−ATCAGATCTGGCTACGTTAACAACCCCGAG−3’
CLuc_Rv(配列番号4):5’−CTAGAATTCTTACACGGCGATCTTGCCGCC−3’
[Preparation 1: Cloning of N-terminal luminescent enzyme gene and C-terminal luminescent enzyme gene and cyclic AMP binding domain gene of PKA-RIα and preparation of fusion protein expression plasmid]
[Procedure 1]
In order to prepare the N-terminal luminescent enzyme (NLuc) gene and the C-terminal luminescent enzyme (CLuc) gene, a synthetic oligo DNA (deoxyribonucleic acid) used for PCR (polymerase chain reaction) was prepared with the following sequence.
[Synthetic oligo DNA sequence for NLuc gene preparation]
NLuc_Fw (SEQ ID NO: 1): 5'-TGTGGATCCCAGCCACCCATGAGATAGGCCAA-3 '
NLuc_Rv (SEQ ID NO: 2): 5′-CAGCTCGAGGTCCTTGTCGATGAGAGCGTT-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for CLuc gene preparation]
CLuc_Fw (SEQ ID NO: 3): 5′-ATCAGATCTGGCTACGTTAACAACCCCGAG-3 ′
CLuc_Rv (SEQ ID NO: 4): 5′-CTAGAATTCTTACACCGGCGATCTGGCCGCC-3 ′
また、PKA−RIαのcAMP結合ドメイン遺伝子のクローニングのために、PCRに用いる合成オリゴDNAを以下に示す配列で調製した。
PKA_RIA_β1_Fw(配列番号5):5’−ATTCTCGAGGCTATGTTTCCAGTCTCCTTT−3’
PKA_RIA_B_Rv(配列番号6):5’−GGAAGATCTGACGGACAGGGACACGAAGCT−3’
In addition, for the cloning of the PAMP-RIα cAMP binding domain gene, a synthetic oligo DNA used for PCR was prepared with the sequence shown below.
PKA_RIA_β1_Fw (SEQ ID NO: 5): 5′-ATTCTCGAGGCTATGTTCCAGTCTCTCTT-3 ′
PKA_RIA_B_Rv (SEQ ID NO: 6): 5′-GGAAGATCTGACGGACGGGACACGAAGCT-3 ′
[手順2]
pGL4.10(プロメガ(株)製)を鋳型として、N末側ルシフェラーゼ遺伝子(NLuc:GL4.10遺伝子の1番目から416番目のアミノ酸を含む。)およびC末側ルシフェラーゼ遺伝子(CLuc:GL4.10遺伝子の399番目から550番目のアミノ酸を含む。)を、上記合成オリゴDNA(配列番号1のDNA配列と配列番号2のDNA配列のペア、および配列番号3のDNA配列と配列番号4のDNA配列のペア)をプライマーとしてPCRにより増幅した。
[Procedure 2]
Using pGL4.10 (manufactured by Promega Corp.) as a template, the N-terminal luciferase gene (NLuc: including
[手順3]
PKAの制御サブユニットIα(PKA−RIα)に2ヶ所あるサイクリックAMP結合ドメインのAとBの両方を含む領域を、マウスのPKA制御サブユニットIα(PKA−RIα)のcDNAを鋳型とし、上記合成オリゴDNAをプライマーとしてPCRにより増幅した。配列番号5のDNA配列と配列番号6のDNA配列のプライマーを用いて、RIα_β1AB遺伝子(マウスのPKA−RIα遺伝子の152番目から381番目のアミノ酸配列に対応する領域を含む。配列番号39)をPCRにより増幅した。
[Procedure 3]
The region containing both A and B of the cyclic AMP binding domain in the PKA regulatory subunit Iα (PKA-RIα) is used as a template with the mouse PKA regulatory subunit Iα (PKA-RIα) cDNA as a template. Amplified by PCR using synthetic oligo DNA as a primer. Using the DNA sequence of SEQ ID NO: 5 and the primer of the DNA sequence of SEQ ID NO: 6, the RIα_β1AB gene (including the region corresponding to the amino acid sequence of positions 152 to 381 of the mouse PKA-RIα gene, SEQ ID NO: 39) was PCR-encoded. Amplified by
[手順4:融合タンパク質遺伝子発現プラスミドの作製]
PCRで増幅させたNLuc遺伝子、CLuc遺伝子およびRIα_β1AB遺伝子を、動物細胞発現用プラスミドであるpcDNA3.1(インビトロジェン社製)のBamHI部位とEcoRI部位の間に挿入し、動物細胞発現用プラスミドpcDNA/GL4_N_RIα_β1AB_Cを作製した。
[Procedure 4: Preparation of fusion protein gene expression plasmid]
The NLuc gene, CLuc gene and RIα_β1AB gene amplified by PCR are inserted between the BamHI site and EcoRI site of pcDNA3.1 (manufactured by Invitrogen), which is a plasmid for animal cell expression, and the plasmid pcDNA / GL4_N_RIα_β1AB_C for animal cell expression is used. Was made.
[前準備その2:ヒトD1受容体遺伝子とD2受容体遺伝子および5HT2A受容体遺伝子のクローニング]
[手順1]
ヒトD1受容体遺伝子とD2受容体遺伝子および5HT2A受容体遺伝子の作製のために、PCRに用いる合成オリゴDNAを以下に示す配列で調製した。
[ヒトD1受容体遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
HU_D1R_Fw(配列番号7):5’−GCCACCATGAGGACTCTGAACACCTCTGCC−3’
HU_D1R_Rv(配列番号8):5’−TCAGGTTGGGTGCTGACCGTTTTGTGTGAT−3’
[ヒトD2受容体遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
HU_D2R_Fw(配列番号9):5’−GCCACCATGGATCCACTGAATCTGTCCTGG−3’
HU_D2R_Rv(配列番号10):5’−TCAGCAGTGGAGGATCTTCAGGAAGGCCTT−3’
[ヒト5HT2A受容体遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
HU_5HT2AR_Fw(配列番号11):5’−GCCACCATGGATATTCTTTGTGAAGAAAAT−3’
HU_5HT2AR_Rv(配列番号12):5’−TCACACACAGCTCACCTTTTCATTCACTCC−3’
[Preparation Part 2: Cloning of human D1 receptor gene, D2 receptor gene and 5HT2A receptor gene]
[Procedure 1]
For the production of human D1 receptor gene, D2 receptor gene and 5HT2A receptor gene, synthetic oligo DNAs used for PCR were prepared with the sequences shown below.
[Synthetic oligo DNA sequence for preparing human D1 receptor gene]
HU_D1R_Fw (SEQ ID NO: 7): 5′-GCCACATGAGGACTCTGAACACCCTCTCC-3 ′
HU_D1R_Rv (SEQ ID NO: 8): 5′-TCAGGTTGGGTGCTGACCGTTTTGTGTGAT-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for preparing human D2 receptor gene]
HU_D2R_Fw (SEQ ID NO: 9): 5′-GCCACATGGATCCACTGAATCTGCTCGG-3 ′
HU_D2R_Rv (SEQ ID NO: 10): 5′-TCAGCAGTGGAGGATCTTCAGGAAGGCCT-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for preparing human 5HT2A receptor gene]
HU — 5HT2AR_Fw (SEQ ID NO: 11): 5′-GCCACATGGGAATTTCTTGTGAAGAAAA-3 ′
HU — 5HT2AR_Rv (SEQ ID NO: 12): 5′-TCACACACAGCTCACCTTTTCATTCACTCC-3 ′
[手順2]
ヒト脳cDNAライブラリ(タカラバイオ(株)製)を鋳型として、D1受容体遺伝子(ヒトのD1受容体遺伝子の全長に対応する領域を含む。)D2受容体遺伝子(ヒトのD2受容体遺伝子の全長に対応する領域を含む。)および5HT2A受容体遺伝子(ヒトの5HT2A受容体遺伝子の全長に対応する領域を含む。)を、上記合成オリゴDNAをプライマーとしてPCRにより増幅した。
[Procedure 2]
D1 receptor gene (including the region corresponding to the full length of human D1 receptor gene) D2 receptor gene (full length of human D2 receptor gene) using human brain cDNA library (manufactured by Takara Bio Inc.) as a template And a 5HT2A receptor gene (including a region corresponding to the full length of the human 5HT2A receptor gene) were amplified by PCR using the synthetic oligo DNA as a primer.
[手順3]
PCRで増幅させたD1受容体遺伝子、D2受容体遺伝子および5HT2A受容体遺伝子をpBluescriptIIベクターにサブクローニングした後、作製したDNAの配列をDNAシーケンシングにより確認した。
[Procedure 3]
The D1 receptor gene, D2 receptor gene, and 5HT2A receptor gene amplified by PCR were subcloned into the pBluescript II vector, and then the sequence of the prepared DNA was confirmed by DNA sequencing.
[手順4]
それぞれの遺伝子を哺乳類細胞の発現ベクターpcDNA3.1(+)(インビトロジェン(株)製)へ組み込み、ヒトD1受容体発現用プラスミドpcDNA/D1RおよびヒトD2受容体発現用プラスミドpcDNA/D2Rおよびヒト5HT2A受容体発現用プラスミドpcDNA/5HT2ARを作製した。
[Procedure 4]
The respective genes are incorporated into mammalian cell expression vector pcDNA3.1 (+) (manufactured by Invitrogen Corp.), human D1 receptor expression plasmid pcDNA / D1R, human D2 receptor expression plasmid pcDNA / D2R and human 5HT2A reception. A plasmid pcDNA / 5HT2AR for body expression was prepared.
[実験:ヒトD1受容体、D2受容体および5HT2A受容体を含有するHEK293細胞でのcAMP濃度変動の発光イメージング]
[手順1:HEK293細胞の培養]
ATCC(American Type Culture Collection)社より入手したHEK293細胞を、5% CO2インキュベーター内で、10% Fetal Bovine Serumおよび1× Nonessential amino acidsを添加したEarle's MEM/培地(GIBCO社製)で培養した。
[Experiment: Luminescent Imaging of cAMP Concentration Variation in HEK293 Cells Containing Human D1 Receptor, D2 Receptor and 5HT2A Receptor]
[Procedure 1: Culture of HEK293 cells]
HEK293 cells obtained from ATCC (American Type Culture Collection) were cultured in Earle's MEM / Medium (GI) supplemented with 10% Fetal Bovine Serum and 1 × Nonesential amino acids in a 5% CO2 incubator. .
[手順2:タンパク質発現プラスミドの導入]
HEK293細胞を、直径35mmガラスボトムディッシュに2×105/dishの細胞密度で播種し、5% CO2インキュベーター内で一晩培養し、サイクリックAMPセンサータンパク質発現用プラスミドpcDNA/GL4_N_RIα_β1AB_C、ヒトD1受容体発現用プラスミドpcDNA/D1R(またはヒトD2受容体発現用プラスミドpcDNA/D2R)およびヒト5HT2A受容体発現用プラスミドpcDNA/5HT2ARを混合し、FuGENE HD(ロシュ社製)を用いてトランスフェクションを行い、5% CO2インキュベーター内で一晩培養した。なお、ヒトD1受容体のアミノ酸配列は具体的には配列番号29のアミノ酸配列であり、ヒト5HT2A受容体のアミノ酸配列は具体的には配列番号30のアミノ酸配列である。
[Procedure 2: Introduction of protein expression plasmid]
HEK293 cells were seeded at a cell density of 2 × 10 5 / dish in a 35 mm diameter glass bottom dish, cultured overnight in a 5
[手順3:発光画像の撮像]
培地中にルシフェリン2mM(プロメガ社製)を加えて1時間静置してから、培養ディッシュを発光顕微鏡“LV(LUMINOVIEW)−200”(オリンパス社製)にセットし、20秒間隔で発光画像のタイムラプス撮影を行った。発光観察条件として、対物レンズの倍率は40倍、露出時間は10秒、ビニングは2×2とした。CCDカメラ106cとしてEM−CCDカメラiXon(アンドール社製)を用い、画像解析装置110として構成したパーソナルコンピュータに発光画像を取り込んだ。
[Procedure 3: Shooting a luminescent image]
After adding 2 mM luciferin (Promega) in the medium and allowing to stand for 1 hour, the culture dish was set on a luminescence microscope “LV (LUMINOVIEW) -200” (Olympus), and the luminescence images were displayed at 20-second intervals. Time-lapse photography was performed. As the light emission observation conditions, the magnification of the objective lens was 40 times, the exposure time was 10 seconds, and the binning was 2 × 2. An EM-CCD camera iXon (manufactured by Andor Co.) was used as the
[手順4:ドーパミン刺激による発光画像の撮像]
タイムラプス撮影開始から1分後以降に、セロトニン(5HT:最終濃度10μM)、ドーパミン(DA:最終濃度10μM)およびフォルスコリン(FSK:最終濃度5μM)で順次刺激を行い、引き続き発光画像のタイムラプス撮影を行った。
[Procedure 4: Shooting Luminescent Image by Dopamine Stimulation]
After 1 minute from the start of time-lapse photography, stimulation was performed sequentially with serotonin (5HT:
[手順5:発光量の経時変化のグラフ表示]
刺激前に撮影した各々の発光画像(図6、図10および図15参照)に対して図示の如く複数のROI(Region of Interest:関心領域)を指定し、また刺激後に撮影した各々の発光画像(図7、図8、図11〜図13および図16〜図17参照)に対して図示の如く複数のROIを指定した。指定した各ROIの発光強度を各々の発光画像に基づいて測定し、当該測定した発光強度の経時変化をグラフ(図9、図14および図18参照)で表示した。発光画像の解析は、画像解析部112cとして機能するMetamorphソフトウェア(ユニバーサルイメージング社製)を用いて行った。なお、図9、図14および図18において、Cell1〜Cell4のそれぞれに対応する各グラフは、図6〜図8、図10〜図13および図15〜図17における番号1〜番号4のそれぞれに対応する各ROIの発光強度の経時変化を示している。
[Procedure 5: Graphical display of change in light emission over time]
A plurality of ROIs (Region of Interest) are designated for each luminescent image (see FIGS. 6, 10 and 15) taken before stimulation, and each luminescent image taken after stimulation. A plurality of ROIs are designated as shown in FIG. 7, FIG. 8, FIG. 11 to FIG. 13 and FIG. The emission intensity of each designated ROI was measured based on each emission image, and the change over time of the measured emission intensity was displayed as a graph (see FIGS. 9, 14, and 18). The analysis of the luminescence image was performed using Metamorph software (made by Universal Imaging) that functions as the
[実験の結果]
以上の実験の結果、図6〜図9に示すように、5HT2A受容体またはD1受容体、D2受容体への刺激に対する細胞内のサイクリックAMP応答の変化をシングルセルレベル(一細胞レベル)で検出することができた。また、図9に示されている個々の細胞における発光強度の変化を見ると、5HT2A受容体とD1受容体との組合せにおいて、5HT2A受容体への刺激に対する細胞内サイクリックAMP濃度の上昇が観察された。しかし、図11〜図14および図16〜図18に示すように、5HT2A受容体とD2受容体との組合せにおいておよび5HT2A受容体のみにおいては、5HT2A受容体への刺激に対する細胞内サイクリックAMP濃度の上昇が観察されなかった。セロトニン受容体とドーパミン受容体との相互作用のこれまでの研究から、個体において、D1受容体を介すると考えられている行動が5HT2A受容体を介して引き起こされる、ということが知られている。本実験により得られた結果は、個体において観察した反応を細胞レベルで説明することが出来ることを示している。
[results of the experiment]
As a result of the above experiment, as shown in FIG. 6 to FIG. 9, changes in intracellular cyclic AMP response to stimulation to 5HT2A receptor, D1 receptor, and D2 receptor are observed at a single cell level (single cell level). I was able to detect it. In addition, when the change in luminescence intensity in individual cells shown in FIG. 9 is observed, an increase in intracellular cyclic AMP concentration in response to stimulation with 5HT2A receptor is observed in the combination of 5HT2A receptor and D1 receptor. It was done. However, as shown in FIGS. 11 to 14 and FIGS. 16 to 18, intracellular cyclic AMP concentration in response to stimulation to 5HT2A receptor in the combination of 5HT2A receptor and D2 receptor and in 5HT2A receptor alone No increase was observed. From previous studies of the interaction between serotonin receptors and dopamine receptors, it is known that behaviors that are thought to be mediated through D1 receptors are induced through 5HT2A receptors in individuals. The results obtained by this experiment indicate that the response observed in individuals can be explained at the cellular level.
[本実施例のまとめ]
以上、本実施例によれば、細胞内の情報伝達に影響を及ぼすことなく、各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞においての5HT2A受容体とD1受容体との相互作用を再現性良く経時的に観察することができる。
[Summary of this example]
As described above, according to this example, it is possible to obtain an accurate quantitative result from each cell without affecting intracellular information transmission. As a result, 5HT2A receptor and D1 receptor in each cell are obtained. The interaction with the body can be observed over time with good reproducibility.
[他の実施の形態]
上述した実施の形態においては、主に、互いに結合することにより発光酵素活性が回復するよう分割させたN末側発光酵素とC末側発光酵素およびPKA−RIαのサイクリックAMP結合ドメインからなる融合タンパク質を、サイクリックAMPセンサータンパク質として説明を行ったが、本発明はこれに限られず、N末側発光酵素とC末側発光酵素およびPKA−RIαのサイクリックAMP結合ドメインからなる融合タンパク質に替えて、国際公開第2007/120522号および特表2007−508014号公報に開示されているサイクリックAMPセンサータンパク質を用いてもよい。
[Other embodiments]
In the embodiment described above, a fusion mainly composed of an N-terminal luminescent enzyme, a C-terminal luminescent enzyme, and a cyclic AMP-binding domain of PKA-RIα, which are divided so that the luminescent enzyme activity is recovered by binding to each other. Although the protein has been described as a cyclic AMP sensor protein, the present invention is not limited to this, and is replaced with a fusion protein comprising an N-terminal luminescent enzyme, a C-terminal luminescent enzyme, and a cyclic AMP-binding domain of PKA-RIα. In addition, the cyclic AMP sensor protein disclosed in International Publication No. 2007/120522 and Japanese Translation of PCT International Publication No. 2007-508014 may be used.
[実施例2]
実施例1とは異なる実施形態に係るサイクリックAMPセンサータンパク質を作製し、その有用性を検討した。具体的には、図19に示されるように、サイクリックAMPセンサータンパク質のN末端側にC末端側断片が配置され、C末端側にN末端側断片が配置され、それらの間にサイクリックAMP結合領域が配置されたサイクリックAMPセンサータンパク質を作製した。すなわち、端的に表現すると、実施例1に係るサイクリックAMPセンサータンパク質に対して、C末端側断片とN末端側断片とを置き換えたサイクリックAMPセンサータンパク質を作製した。なお、本実施例に係るサイクリックAMPセンサータンパク質並びにその作製のために使用される遺伝子およびプライマー等について、それらの名称に「変異型」または「cp(circular permutaion)」等を付して区別した。
[Example 2]
A cyclic AMP sensor protein according to an embodiment different from that of Example 1 was prepared, and its usefulness was examined. Specifically, as shown in FIG. 19, a C-terminal fragment is arranged on the N-terminal side of the cyclic AMP sensor protein, an N-terminal fragment is arranged on the C-terminal side, and cyclic AMP is interposed between them. A cyclic AMP sensor protein in which a binding region was arranged was prepared. That is, in short, a cyclic AMP sensor protein in which the C-terminal fragment and the N-terminal fragment were replaced with the cyclic AMP sensor protein according to Example 1 was prepared. In addition, the cyclic AMP sensor protein according to this example and the genes and primers used for the production thereof were distinguished by attaching “mutant” or “cp (circular permutation)” to the names thereof. .
[前準備:変異型ルシフェラーゼ作成用のN末側発光酵素遺伝子とC末側発光酵素遺伝子、およびPKA−RIαのサイクリックAMP結合ドメイン遺伝子のクローニングと、変異型ルシフェラーゼ融合タンパク質発現プラスミドの作製]
[手順1]
変異型ルシフェラーゼ作成用のN末側発光酵素(cpNLuc)遺伝子とC末側発光酵素(cpCLuc)遺伝子の作製のために、PCR(polymerase chain reaction)に用いる合成オリゴDNA(deoxyribonucleic acid)を以下に示す配列で調製した。
[cpNLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
cpNLuc_Fw(配列番号13):5’−ATCAGATCTGAAGATGCCAAAAACATTAAG−3’
cpNLuc_Rv(配列番号14):5’−CTAGAATTCTTAGTCCTTGTCGATGAGAGC−3’
[cpCLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
cpCLuc_Fw(配列番号15):5’−TGTGGATCCAGCCACCATGAGCGGCTACGTTAACAACCCC−3’
cpCLuc_Rv(配列番号16):5’−CAGCTCGAGCACGGCGATCTTGCCGCCCTT−3’
[Preparation: Cloning of N-terminal luminescent enzyme gene and C-terminal luminescent enzyme gene for creating mutant luciferase and cyclic AMP binding domain gene of PKA-RIα, and preparation of mutant luciferase fusion protein expression plasmid]
[Procedure 1]
Synthetic oligo DNA (deoxyribonucleic acid) used for PCR (polymerase chain reaction) for the production of mutant luciferase N-terminal luminescent enzyme (cpNLuc) gene and C-terminal luminescent enzyme (cpCLuc) gene is shown below Prepared in sequence.
[Synthetic oligo DNA sequence for cpNLuc gene preparation]
cpNLuc_Fw (SEQ ID NO: 13): 5′-ATCAGATCTGAAGATCGCAAAAAACATTAAG-3 ′
cpNLuc_Rv (SEQ ID NO: 14): 5′-CTAGAATTCTTAGTCCTTGTCGATGGAGAGC-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for cpCLuc gene preparation]
cpCLuc_Fw (SEQ ID NO: 15): 5'-TGTGGATCCCCACCCACATGAGCGGCTACGTTAACAAACCCC-3 '
cpCLuc_Rv (SEQ ID NO: 16): 5′-CAGCTCGAGCACGGCGATCTTGCCGCCCT-3 ′
また、PKA−RIαのcAMP結合ドメイン遺伝子のクローニングのために、PCRに用いる合成オリゴDNAを以下に示す配列で調製した。
PKA_RIA_α_Fw(配列番号17):5’−TTTCTCGAGCTTGATGATAACGAGAGAAGT−3’
PKA_RIA_B_Rv(配列番号18):5’−GGAAGATCTGACGGACAGGGACACGAAGCT−3’
In addition, for the cloning of the PAMP-RIα cAMP binding domain gene, a synthetic oligo DNA used for PCR was prepared with the sequence shown below.
PKA_RIA_α_Fw (SEQ ID NO: 17): 5′-TTTCTCGAGCTTGATGATAACGAGAGAAGT-3 ′
PKA_RIA_B_Rv (SEQ ID NO: 18): 5′-GGAAGATCTGACGGACGGGACACGAAGCT-3 ′
[手順2]
市販のルシフェラーゼ遺伝子であるpGL4.10(プロメガ(株)製)を鋳型として、変異型のN末側ルシフェラーゼ遺伝子(cpNLuc:GL4.10遺伝子の1番目から416番目のアミノ酸を含む。)および変異型のC末側ルシフェラーゼ遺伝子(cpCLuc:GL4.10遺伝子の399番目から550番目のアミノ酸を含む。)を、上記合成オリゴDNA(配列番号13のDNA配列と配列番号14のDNA配列のペア、および配列番号15のDNA配列と配列番号16のDNA配列のペア)をプライマーとしてPCRにより増幅した。
[Procedure 2]
Using a commercially available luciferase gene pGL4.10 (manufactured by Promega Corp.) as a template, a mutant N-terminal luciferase gene (cpNLuc: including
[手順3]
PKAの制御サブユニットIα(PKA−RIα)に2ヶ所あるサイクリックAMP結合ドメインのAとBの両方を含む領域を、マウスのPKA制御サブユニットIα(PKA−RIα)のcDNAを鋳型とし、上記合成オリゴDNAをプライマーとしてPCRにより増幅した。配列番号17のDNA配列と配列番号18のDNA配列のプライマーを用いて、RIα_αAB遺伝子(マウスのPKA−RIα遺伝子の141番目から381番目のアミノ酸配列に対応する領域を含む。)(塩基配列は配列番号37に示される)をPCRにより増幅した。
[Procedure 3]
The region containing both A and B of the cyclic AMP binding domain in the PKA regulatory subunit Iα (PKA-RIα) is used as a template with the mouse PKA regulatory subunit Iα (PKA-RIα) cDNA as a template. Amplified by PCR using synthetic oligo DNA as a primer. RIα_αAB gene (including a region corresponding to the 141st to 381th amino acid sequences of the mouse PKA-RIα gene) using primers of the DNA sequence of SEQ ID NO: 17 and the DNA sequence of SEQ ID NO: 18 (the base sequence is the sequence) No. 37) was amplified by PCR.
[手順4:融合タンパク質遺伝子発現プラスミドの作製]
PCRで増幅させた、cpNLuc遺伝子、cpCLuc遺伝子およびRIα_αAB遺伝子をそれぞれ含む核酸を、制限酵素にて適宜処理した後、動物細胞発現用プラスミドであるpcDNA3.1(インビトロジェン社製)のBamHI部位とEcoRI部位の間に挿入し、動物細胞発現用プラスミドpcDNA/cpGL4_C_RIα_αAB_Nを作製した。
[Procedure 4: Preparation of fusion protein gene expression plasmid]
Nucleic acids each containing cpNLuc gene, cpCLuc gene and RIα_αAB gene amplified by PCR are appropriately treated with restriction enzymes, and then BamHI site and EcoRI site of pcDNA3.1 (manufactured by Invitrogen), an animal cell expression plasmid. To insert an animal cell expression plasmid pcDNA / cpGL4_C_RIα_αAB_N.
[実験:ヒトD1受容体、D2受容体および5HT2A受容体を含有するHEK293細胞でのcAMP濃度変動の発光イメージング]
[手順1:HEK293細胞の培養]
ATCC(American Type Culture Collection)社より入手したHEK293細胞を、5% CO2インキュベーター内で、10% Fetal Bovine Serumおよび1× Nonessential amino acidsを添加したEarle's MEM/培地(GIBCO社製)で培養した。
[Experiment: Luminescent Imaging of cAMP Concentration Variation in HEK293 Cells Containing Human D1 Receptor, D2 Receptor and 5HT2A Receptor]
[Procedure 1: Culture of HEK293 cells]
HEK293 cells obtained from ATCC (American Type Culture Collection) were cultured in Earle's MEM / Medium (GI) supplemented with 10% Fetal Bovine Serum and 1 × Nonesential amino acids in a 5% CO2 incubator. .
[手順2:タンパク質発現プラスミドの導入]
HEK293細胞を、直径35mmガラスボトムディッシュに2×105/dishの細胞密度で播種し、5% CO2インキュベーター内で一晩培養し、サイクリックAMPセンサータンパク質発現用プラスミドpcDNA/cpGL4_C_RIα_αAB_N、ヒトD1受容体発現用プラスミドpcDNA/D1R(またはヒトD2受容体発現用プラスミドpcDNA/D2R)およびヒト5HT2A受容体発現用プラスミドpcDNA/5HT2ARを混合し、FuGENE HD(ロシュ社製)を用いてトランスフェクションを行い、5% CO2インキュベーター内で一晩培養した。なお、pcDNA/D1R、pcDNA/D2RおよびpcDNA/5HT2ARは、実施例1と同様に作製したものを使用した。
[Procedure 2: Introduction of protein expression plasmid]
HEK293 cells were seeded at a cell density of 2 × 10 5 / dish in a 35 mm diameter glass bottom dish, cultured overnight in a 5
[手順3:発光画像の撮像]
培地中にルシフェリン2mM(プロメガ社製)を加えて1時間静置してから、培養ディッシュを発光顕微鏡“LV(LUMINOVIEW)−200”(オリンパス社製)にセットし、20秒間隔で発光画像のタイムラプス撮影を行った。発光観察条件として、対物レンズの倍率は40倍、露出時間は10秒、ビニングは2×2とした。CCDカメラ106cとしてEM−CCDカメラiXon(アンドール社製)を用い、画像解析装置110として構成したパーソナルコンピュータに発光画像を取り込んだ。
[Procedure 3: Shooting a luminescent image]
After adding 2 mM luciferin (Promega) in the medium and allowing to stand for 1 hour, the culture dish was set on a luminescence microscope “LV (LUMINOVIEW) -200” (Olympus), and the luminescence images were displayed at 20-second intervals. Time-lapse photography was performed. As the light emission observation conditions, the magnification of the objective lens was 40 times, the exposure time was 10 seconds, and the binning was 2 × 2. An EM-CCD camera iXon (manufactured by Andor Co.) was used as the
[手順4:セロトニン、ドーパミン刺激による発光画像の撮像]
タイムラプス撮影開始から1分後以降に、セロトニン(5HT:最終濃度10μM)、ドーパミン(DA:最終濃度10μM)で順次刺激を行い、引き続き発光画像のタイムラプス撮影を行った。
[Procedure 4: Taking a luminescent image by stimulation with serotonin and dopamine]
One minute after the start of time-lapse photography, stimulation was sequentially performed with serotonin (5HT:
[手順5:発光量の経時変化のグラフ表示]
刺激前に撮影した各々の発光画像(図20および図24参照)に対して図示の如く複数のROI(Region of Interest:関心領域)を指定し、また刺激後に撮影した各々の発光画像(図21、図22、図25および図26参照)に対して図示の如く複数のROIを指定した。指定した各ROIの発光強度を各々の発光画像に基づいて測定し、当該測定した発光強度の経時変化をグラフ(図23、および図27参照)で表示した。発光画像の解析は、画像解析部112cとして機能するMetamorphソフトウェア(ユニバーサルイメージング社製)を用いて行った。なお、図23および図27において、Cell1〜Cell4のそれぞれに対応する各グラフは、図20〜図22および図24〜図26における番号1〜番号4のそれぞれに対応する各ROIの発光強度の経時変化を示している。
[Procedure 5: Graphical display of change in light emission over time]
As shown in the figure, a plurality of ROIs (Region of Interest) are designated for each light emission image (see FIGS. 20 and 24) taken before the stimulation, and each light emission image (FIG. 21) taken after the stimulation. 22, 25 and 26), a plurality of ROIs are designated as shown. The emission intensity of each designated ROI was measured based on each emission image, and the change over time of the measured emission intensity was displayed in a graph (see FIGS. 23 and 27). The analysis of the luminescence image was performed using Metamorph software (made by Universal Imaging) that functions as the
[実験の結果]
以上の実験の結果、図6〜図9および図20〜図23に示すように、5HT2A受容体またはD1受容体、D2受容体への刺激に対する細胞内のサイクリックAMP応答の変化をシングルセルレベル(一細胞レベル)で検出することができた。また、図9および図23に示されている個々の細胞における発光強度の変化を見ると、5HT2A受容体とD1受容体との組合せにおいて、5HT2A受容体への刺激に対する細胞内サイクリックAMP濃度の上昇が観察された。しかし、図11〜図14および図16〜図18、図24〜図27に示すように、5HT2A受容体とD2受容体との組合せにおいておよび5HT2A受容体のみにおいては、5HT2A受容体への刺激に対する細胞内サイクリックAMP濃度の上昇が観察されなかった。セロトニン受容体とドーパミン受容体との相互作用のこれまでの研究から、個体において、D1受容体を介すると考えられている行動が5HT2A受容体を介して引き起こされる、ということが知られている。本実験により得られた結果は、個体において観察した反応を細胞レベルで説明することが出来ることを示している。
[results of the experiment]
As a result of the above experiment, as shown in FIG. 6 to FIG. 9 and FIG. 20 to FIG. 23, the change in intracellular cyclic AMP response to stimulation to 5HT2A receptor, D1 receptor, or D2 receptor is at a single cell level. Detection was possible at (one cell level). In addition, when the change in luminescence intensity in individual cells shown in FIG. 9 and FIG. 23 is observed, in the combination of 5HT2A receptor and D1 receptor, the intracellular cyclic AMP concentration with respect to stimulation to 5HT2A receptor An increase was observed. However, as shown in FIGS. 11 to 14 and FIGS. 16 to 18 and FIGS. 24 to 27, in the combination of 5HT2A receptor and D2 receptor and in the case of 5HT2A receptor alone, against stimulation to 5HT2A receptor. No increase in intracellular cyclic AMP concentration was observed. From previous studies of the interaction between serotonin receptors and dopamine receptors, it is known that behaviors that are thought to be mediated through D1 receptors are induced through 5HT2A receptors in individuals. The results obtained by this experiment indicate that the response observed in individuals can be explained at the cellular level.
[本実施例のまとめ]
以上、本実施例によれば、細胞内の情報伝達に影響を及ぼすことなく、各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞においての5HT2A受容体とD1受容体との相互作用を再現性良く経時的に観察することができる。この実施例において使用するルシフェラーゼ遺伝子やルシフェリン等は、他の市販試薬であってもよいし、生物発光等を発生する生物から抽出等されたものであってもよい。
[Summary of this example]
As described above, according to this example, it is possible to obtain an accurate quantitative result from each cell without affecting intracellular information transmission. As a result, 5HT2A receptor and D1 receptor in each cell are obtained. The interaction with the body can be observed over time with good reproducibility. The luciferase gene, luciferin, etc. used in this example may be other commercially available reagents, or those extracted from organisms that generate bioluminescence and the like.
[他の実施の形態]
上述した実施の形態においては、主に、互いに結合することにより発光酵素活性が回復するよう分割させたN末側発光酵素とC末側発光酵素、および、PKA−RIαのサイクリックAMP結合ドメインからなる融合タンパク質をサイクリックAMPセンサータンパク質として説明を行ったが、本発明はこれに限られず、N末側発光酵素とC末側発光酵素、および、PKA−RIαのサイクリックAMP結合ドメインからなる融合タンパク質に替えて特許文献1および特許文献2に開示されているサイクリックAMPセンサータンパク質を用いてもよい。
[Other embodiments]
In the above-described embodiment, mainly from the N-terminal luminescent enzyme and the C-terminal luminescent enzyme which are separated so that the luminescent enzyme activity is recovered by binding to each other, and the cyclic AMP binding domain of PKA-RIα. The fusion protein is described as a cyclic AMP sensor protein, but the present invention is not limited to this, and a fusion comprising an N-terminal luminescent enzyme, a C-terminal luminescent enzyme, and a cyclic AMP binding domain of PKA-RIα. The cyclic AMP sensor protein disclosed in
[実施例3]
種々のサイクリックAMPセンサータンパク質を作製し、それらの有用性を検討した。具体的には、長さおよび範囲をかえた16通りのサイクリックAMP結合領域を作製し、それぞれについて、N末端側断片、サイクリックAMP結合領域およびC末端側断片の順に配置したもの、ならびに、C末端側断片、サイクリックAMP結合領域およびN末端側断片の順に配置したものの計32種のサイクリックAMPセンサータンパク質を作製した。それら全てについて、サイクリックAMPの存在下および非存在下における酵素活性を測定した。
[Example 3]
Various cyclic AMP sensor proteins were prepared and their usefulness was examined. Specifically, 16 cyclic AMP binding regions having different lengths and ranges were prepared, and for each, an N-terminal fragment, a cyclic AMP binding region and a C-terminal fragment were arranged in this order, and A total of 32 types of cyclic AMP sensor proteins were prepared, in which the C-terminal fragment, the cyclic AMP binding region, and the N-terminal fragment were arranged in this order. All of them were measured for enzyme activity in the presence and absence of cyclic AMP.
[手順1]
スプリットルシフェラーゼ作成用のN末側発光酵素(NLuc)遺伝子とC末側発光酵素(CLuc)遺伝子、および、変異型スプリットルシフェラーゼ作成用のN末側発光酵素(cpNLuc)遺伝子とC末側発光酵素(cpCLuc)遺伝子の作製のために、PCR(polymerase chain reaction)に用いる合成オリゴDNA(deoxyribonucleic acid)を以下に示す配列で調製した。
[NLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
NLuc_Fw (配列番号1): 5’ − TGTGGATCCAGCCACCATGGAAGATGCCAA − 3’
NLuc_Rv (配列番号2): 5’ − CAGCTCGAGGTCCTTGTCGATGAGAGCGTT − 3’
[CLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
CLuc_Fw (配列番号3): 5’ − ATCAGATCTGGCTACGTTAACAACCCCGAG − 3’
CLuc_Rv (配列番号4): 5’ − CTAGAATTCTTACACGGCGATCTTGCCGCC − 3’
[cpNLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
cpNLuc_Fw(配列番号13):5’−ATCAGATCTGAAGATGCCAAAAACATTAAG−3’
cpNLuc_Rv(配列番号14):5’−CTAGAATTCTTAGTCCTTGTCGATGAGAGC−3’
[cpCLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
cpCLuc_Fw(配列番号15):5’−TGTGGATCCAGCCACCATGAGCGGCTACGTTAACAACCCC−3’
cpCLuc_Rv(配列番号16):5’−CAGCTCGAGCACGGCGATCTTGCCGCCCTT−3’
[Procedure 1]
N-terminal luminescent enzyme (NLuc) gene and C-terminal luminescent enzyme (CLuc) gene for creating split luciferase, and N-terminal luminescent enzyme (cpNLuc) gene and C-terminal luminescent enzyme for generating mutant split luciferase ( For the preparation of the (cpCLuc) gene, a synthetic oligo DNA (deoxyribonucleic acid) used for PCR (polymerase chain reaction) was prepared with the following sequence.
[Synthetic oligo DNA sequence for NLuc gene preparation]
NLuc_Fw (SEQ ID NO: 1): 5'-TGTGGATCCCAGCCACCCATGAAGATGCCCAA-3 '
NLuc_Rv (SEQ ID NO: 2): 5′-CAGCTCGAGGTCCTTGTCGATGAGAGCGTT-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for CLuc gene preparation]
CLuc_Fw (SEQ ID NO: 3): 5′-ATCAGATCTGGCTACGTTAACAAACCCCGAG-3 ′
CLuc_Rv (SEQ ID NO: 4): 5′-CTAGAATTCTTACACGGCGATTCTGCCGCC-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for cpNLuc gene preparation]
cpNLuc_Fw (SEQ ID NO: 13): 5′-ATCAGATCTGAAGATCGCAAAAAACATTAAG-3 ′
cpNLuc_Rv (SEQ ID NO: 14): 5′-CTAGAATTCTTAGTCCTTGTCGATGGAGAGC-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for cpCLuc gene preparation]
cpCLuc_Fw (SEQ ID NO: 15): 5'-TGTGGATCCCCACCCACATGAGCGGCTACGTTAACAAACCCC-3 '
cpCLuc_Rv (SEQ ID NO: 16): 5′-CAGCTCGAGCACGGCGATCTTGCCGCCCT-3 ′
また、PKA−RIαのcAMP結合ドメイン遺伝子のクローニングのために、PCRに用いる合成オリゴDNAを以下に示す配列で調製した。
PKA_RIA_Xn1_Fw (配列番号19): 5’− ATTCTCGAGGATTATAAGACAATGGCTGCT −3’
PKA_RIA_Xn2_Fw (配列番号20): 5’− GCCCTCGAGAAGAATGTGCTGTTTTCACAC −3’
PKA_RIA_α_Fw (配列番号21): 5’− TTTCTCGAGCTTGATGATAACGAGAGAAGT −3’
PKA_RIA_β1_Fw (配列番号22): 5’− ATTCTCGAGGCTATGTTTCCAGTCTCCTTT −3’
PKA_RIA_β2_Fw (配列番号23): 5’− TTTCTCGAGGGAGAGACGGTTATTCAGCAA −3’
PKA_RIA_β3_Fw (配列番号24): 5’− GGTCTCGAGGGGGATAACTTCTATGTGATT −3’
PKA_RIA_β4_Fw (配列番号25): 5’− ATTCTCGAGGGAGAAATGGATGTCTATGTC −3’
PKA_RIA_β5_Fw (配列番号26): 5’− AATCTCGAGTGGGCAACCAGTGTTGGGGAA −3’
PKA_RIA_A_Rv (配列番号27): 5’− CTCAGATCTGTCCAGAGACTCTAAAATAGA −3’
PKA_RIA_B_Rv (配列番号28): 5’− GGAAGATCTGACGGACAGGGACACGAAGCT −3’
In addition, for the cloning of the PAMP-RIα cAMP binding domain gene, a synthetic oligo DNA used for PCR was prepared with the sequence shown below.
PKA_RIA_Xn1_Fw (SEQ ID NO: 19): 5'-ATTCTCGAGGATTATAAGACAATGGCTGCT-3 '
PKA_RIA_Xn2_Fw (SEQ ID NO: 20): 5′-GCCCTCGAGAAGAATGTGCTGTTTTCACAC-3 ′
PKA_RIA_α_Fw (SEQ ID NO: 21): 5′-TTTCTCGAGCTTGATGATAACGAGAGAAGT-3 ′
PKA_RIA_β1_Fw (SEQ ID NO: 22): 5′-ATTCTCGAGGCTAGTTTCCAGTCTCCTTT-3 ′
PKA_RIA_β2_Fw (SEQ ID NO: 23): 5′-TTTCTCGAGGGAGAGACGGTATTCAGCAA-3 ′
PKA_RIA_β3_Fw (SEQ ID NO: 24): 5′-GGTCTCGAGGGGGATAACTTCTATGTGATT-3 ′
PKA_RIA_β4_Fw (SEQ ID NO: 25): 5′-ATTCTCGAGGGAGAAATGGATGTCTATGTC-3 ′
PKA_RIA_β5_Fw (SEQ ID NO: 26): 5′-AATCTCGAGTGGGCAACCAGTGTTGGGGAA-3 ′
PKA_RIA_A_Rv (SEQ ID NO: 27): 5′-CTCAGATCTGTCCAGAGACTCTAAAAATA-3 ′
PKA_RIA_B_Rv (SEQ ID NO: 28): 5′-GGAAGATCTGACGGACAGGGAACGAAGCT-3 ′
[手順2]
そして、pGL4.10(プロメガ(株)製)を鋳型として、以下の表1のプライマーセットを使用し、ルシフェラーゼ遺伝子の断片を含む核酸をPCRによって増幅した。
[Procedure 2]
Then, using pGL4.10 (manufactured by Promega Corp.) as a template, the nucleic acid containing a luciferase gene fragment was amplified by PCR using the primer set shown in Table 1 below.
PKAの制御サブユニットIα(PKA−RIα)にはcAMP結合ドメインがAとBの2ヶ所あり、Aのみを含む領域、または、AおよびBの両方を含む領域を、マウスのPKA制御サブユニットIα(PKA−RIα)のcDNAを鋳型とし、上記合成オリゴDNAをプライマーとしてPCRにより増幅した。使用したプライマーと増幅された遺伝子との関係を図28に示す(図中、「遺伝子名」「使用したプライマー」「PKA−RIα中の対するアミノ酸の位置」「アミノ酸残基の数」が参照される)。
The PKA regulatory subunit Iα (PKA-RIα) has two cAMP-binding domains, A and B. A region containing only A or a region containing both A and B is designated as the mouse PKA regulatory subunit Iα. Amplification was performed by PCR using (PKA-RIα) cDNA as a template and the above synthetic oligo DNA as a primer. The relationship between the used primer and the amplified gene is shown in FIG. 28 (see “gene name”, “primer used”, “position of amino acid in PKA-RIα”, “number of amino acid residues” in the figure). )
なお、配列番号31には、PKAの制御サブユニットIα(PKA−RIα)全体のアミノ酸配列が示される。配列番号32には、RIα−Xn1A遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号33には、RIα−Xn1AB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号34には、RIα−Xn2A遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号35には、RIα−Xn2AB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号36には、RIα−αA遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号37には、RIα−αAB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号38には、RIα−β1A遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号39には、RIα−β1AB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号40には、RIα−β2A遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号41には、RIα−β2AB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号42には、RIα−β3A遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号43には、RIα−β3AB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号44には、RIα−β4A遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号45には、RIα−β4AB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号46には、RIα−β5A遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。配列番号47には、RIα−β5AB遺伝子に対応するアミノ酸配列が記載される。 SEQ ID NO: 31 shows the amino acid sequence of the entire PKA regulatory subunit Iα (PKA-RIα). SEQ ID NO: 32 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-Xn1A gene. SEQ ID NO: 33 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-Xn1AB gene. SEQ ID NO: 34 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-Xn2A gene. SEQ ID NO: 35 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-Xn2AB gene. SEQ ID NO: 36 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-αA gene. SEQ ID NO: 37 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-αAB gene. SEQ ID NO: 38 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β1A gene. SEQ ID NO: 39 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β1AB gene. SEQ ID NO: 40 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β2A gene. SEQ ID NO: 41 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β2AB gene. SEQ ID NO: 42 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β3A gene. SEQ ID NO: 43 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β3AB gene. SEQ ID NO: 44 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β4A gene. SEQ ID NO: 45 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β4AB gene. SEQ ID NO: 46 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β5A gene. SEQ ID NO: 47 describes the amino acid sequence corresponding to the RIα-β5AB gene.
[手順4](原核生物発現用プラスミドpRSET/GL4_N_C、および、pRSET/cpGL4_C_Nの作製)
PCRによって増幅したNLuc遺伝子を含む断片を、原核生物発現用プラスミドであるpRSET2B(インビトロジェン社製)内のBamHI部位とXhoI部位との間に挿入した後、CLuc遺伝子を含む断片を、BglII部位とEcoRI部位との間に挿入することで、原核生物発現用プラスミド(pRSET/GL4_N_C)を作製した。
[Procedure 4] (Preparation of prokaryotic expression plasmids pRSET / GL4_N_C and pRSET / cpGL4_C_N)
The fragment containing the NLuc gene amplified by PCR was inserted between the BamHI site and the XhoI site in pRSET2B (manufactured by Invitrogen), a prokaryotic expression plasmid, and then the fragment containing the CLuc gene was inserted into the BglII site and EcoRI site. A prokaryotic expression plasmid (pRSET / GL4_N_C) was prepared by inserting between the sites.
また、PCRによって増幅したcpCLuc遺伝子を含む断片を、原核生物発現用プラスミドであるpRSET2B(インビトロジェン社製)内のBamHI部位とXhoI部位との間に挿入した後、cpNLuc遺伝子を含む断片を、BglII部位とEcoRI部位との間に挿入し、原核生物発現用プラスミド(pRSET/cpGL4_C_N)を作製した。 In addition, a fragment containing the cpCLuc gene amplified by PCR was inserted between the BamHI site and the XhoI site in pRSET2B (manufactured by Invitrogen), a prokaryotic expression plasmid, and then the fragment containing the cpNLuc gene was inserted into the BglII site. And a prokaryotic expression plasmid (pRSET / cpGL4_C_N).
[手順5](融合タンパク質遺伝子発現プラスミドの作製)
手順3によって作製したPKA−RIα由来の種々の遺伝子を含む核酸を、手順4で作製したpRSET/GL4_N_CベクターまたはpRSET/cpGL4_C_Nベクター内のXhoI部位とBglII部位の間に挿入した。このようにして得られたプラスミドを図28に示す(図中、「得られるプラスミドの名称」が参照される)。
[Procedure 5] (Preparation of fusion protein gene expression plasmid)
Nucleic acids containing various genes derived from PKA-RIα prepared by
[手順6](融合タンパク質遺伝子の大腸菌での発現および精製)
以上のように作製した融合タンパク質発現プラスミドを、大腸菌JM109(DE3)株にトランスフォームし、The QIAexpressionist(キアゲン社製)を用いて、キットのマニュアルに従って融合タンパク質を精製した。精製手順を簡略に説明すると、上記原核生物発現用プラスミドを大腸菌JM109(DE3)株にトランスフォームして、5mLのLB培地中に植菌した。一晩培養した後、遠心分離によって集菌し、集菌した大腸菌を溶解バッファー(50mM NaH2PO4, 300mM NaCl, 10mM イミダゾール, pH8.0)500μLで再懸濁してリゾチームを添加し(1mg/mL)、4℃で60分間インキュベートした。細胞を静かにボルテックスして溶解し、15,000xgで10分間遠心分離して上清を新しいチューブに移した。50% Ni−NTAレジン懸濁液 50μLを添加し、4℃で60分間静かに混合した。15,000xgで10秒間遠心してレジンを沈殿させ、レジンを洗浄バッファー(50mM NaH2PO4, 300mM NaCl, 20mM イミダゾール, pH8.0) 500μLで2回洗浄した。溶出バッファー(50mM NaH2PO4, 300mM NaCl, 250mM イミダゾール, pH8.0) 50μLで融合タンパク質を2回溶出し、融合タンパク質を得た。得られた融合タンパク質を図28に示す(図中、「得られるサイクリックAMPセンサータンパク質の名称」が参照される)。
[Procedure 6] (Expression and purification of fusion protein gene in E. coli)
The fusion protein expression plasmid produced as described above was transformed into E. coli JM109 (DE3) strain, and the fusion protein was purified using The QIA expressionist (manufactured by Qiagen) according to the manual of the kit. Briefly explaining the purification procedure, the prokaryotic expression plasmid was transformed into E. coli JM109 (DE3) strain and inoculated into 5 mL of LB medium. After overnight culture, the cells were collected by centrifugation, and the collected E. coli cells were resuspended in 500 μL of lysis buffer (50 mM NaH 2
[手順7](融合タンパク質遺伝子の特性測定)
上記融合タンパク質の発光活性をcAMPの存在下および非存在下でそれぞれ測定した。測定方法を簡単に説明すると、上述の融合タンパク質溶液20μLに、リン酸緩衝液(PBS)20μLを加えた。さらに、4mMcAMP溶液を1μL加え(終濃度 100μM)、ネガティブコントロールにはPBSを同量加えた。Bright−Glo(プロメガ社製)を40μL加えて、Luminescencer JNR−II(アトー社製)で発光量(10秒間の積算)を測定した。
[Procedure 7] (Characteristic measurement of fusion protein gene)
Luminescent activity of the fusion protein was measured in the presence and absence of cAMP, respectively. Briefly describing the measurement method, 20 μL of phosphate buffer (PBS) was added to 20 μL of the above fusion protein solution. Furthermore, 1 μL of 4 mM cAMP solution was added (
[結果]
上記の通り、精製した融合タンパク質をPBSに希釈し、cAMP(終濃度100μM)の有無での発光量を測定した(図29)。その結果、cAMPが存在することで発光活性が上昇する融合タンパク質が存在することがわかった。cAMPの有無による活性の差が特に大きかったのは、GL4_N_RIα_β1AB_C(図29a中「β1AB」)およびcpGL4_C_RIα_αAB_Nであった((図29b中「αAB」)。
[result]
As described above, the purified fusion protein was diluted in PBS, and the amount of luminescence with and without cAMP (
以上のように、本発明にかかる受容体相互作用検出方法およびサイクリックAMPセンサータンパク質は、バイオ、製薬、医療など様々な分野で好適に用いることができる。 As described above, the receptor interaction detection method and the cyclic AMP sensor protein according to the present invention can be suitably used in various fields such as biotechnology, pharmaceuticals, and medicine.
また、以上のように、本発明にかかる5HT2A受容体とD1受容体の相互作用を検出するための発光タンパク質および解析方法は、バイオ、製薬、医療など様々な分野で好適に用いることができる。 In addition, as described above, the photoprotein and analysis method for detecting the interaction between the 5HT2A receptor and the D1 receptor according to the present invention can be suitably used in various fields such as biotechnology, pharmaceuticals, and medicine.
100 発光観察システム
103 容器(シャーレ)
104 ステージ
106 発光画像撮像ユニット
106a 対物レンズ(発光観察用)
106b ダイクロイックミラー
106c CCDカメラ
106d スプリットイメージユニット
106e フィルターホイール
106f 結像レンズ
110 画像解析装置
112 制御部
112a 発光画像撮像指示部
112b 発光画像取得部
112c 画像解析部
112d 解析結果出力部
114 クロック発生部
116 記憶部
118 通信インターフェース部
120 入出力インターフェース部
122 入力装置
124 出力装置
100 Luminescence observation system
103 container (petri dish)
104 stages
106 Luminous image pickup unit
106a Objective lens (for light emission observation)
106b Dichroic mirror
106c CCD camera
106d Split image unit
106e Filter wheel
106f Imaging lens
110 Image analyzer
112 Control unit
112a Luminous image capturing instruction unit
112b Luminescent image acquisition unit
112c Image analysis unit
112d Analysis result output part
114 Clock generator
116 storage unit
118 Communication interface
120 I / O interface section
122 Input device
124 Output device
Claims (17)
前記第2の受容体の活性を示す指標となるレポータを含む前記細胞を作製する作製工程と、
前記作製工程で作製した前記細胞に当該細胞外から、発光させるための所定の処置を行うと共に前記第1の受容体に結合する所定の受容体結合物質を添加する処置および添加工程と、
前記処置および添加工程が行われた後の前記細胞の発光量を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定した前記発光量に基づいて前記細胞内における前記第2の受容体の活性を解析する解析工程と、
前記解析工程で解析した前記第2の受容体の活性に基づいて、前記第1の受容体と前記第2の受容体との前記相互作用を検出する検出工程と、
を含むことを特徴とする受容体相互作用検出方法。 A receptor interaction detection method for detecting an interaction between a first receptor and a second receptor in a cell, comprising:
A production step of producing the cell containing a reporter serving as an index indicating the activity of the second receptor;
A treatment and an addition step of performing a predetermined treatment for causing the cells produced in the production step to emit light from the outside of the cell and adding a predetermined receptor-binding substance that binds to the first receptor;
A measurement step of measuring the amount of luminescence of the cells after the treatment and the addition step are performed;
An analysis step of analyzing the activity of the second receptor in the cell based on the amount of luminescence measured in the measurement step;
A detection step of detecting the interaction between the first receptor and the second receptor based on the activity of the second receptor analyzed in the analysis step;
A receptor interaction detection method comprising:
前記解析工程において、前記第2の受容体の活性はサイクリックAMPの濃度であること、
を特徴とする請求項1に記載の受容体相互作用検出方法。 In the production step, the reporter is a cyclic AMP sensor protein,
In the analyzing step, the activity of the second receptor is a concentration of cyclic AMP.
The method for detecting receptor interaction according to claim 1.
を特徴とする請求項2に記載の受容体相互作用検出方法。 The cyclic AMP sensor protein emits light by interacting with the cyclic AMP in the cell,
The method for detecting a receptor interaction according to claim 2.
を特徴とする請求項2または3に記載の受容体相互作用検出方法。 The cyclic AMP sensor protein is a fusion protein comprising a firefly luciferase and a cyclic AMP binding region of PKA (protein kinase A);
The method for detecting a receptor interaction according to claim 2 or 3, wherein:
を特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の受容体相互作用検出方法。 In the production step, the cell contains the first receptor and the second receptor;
The method for detecting a receptor interaction according to any one of claims 1 to 9.
を特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の受容体相互作用検出方法。 In the production step, the cell is a cell into which the first receptor gene and the second receptor gene have been introduced;
The method for detecting a receptor interaction according to any one of claims 1 to 9.
を特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載の受容体相互作用検出方法。 The measuring step further includes a photon amount measuring step of measuring a photon amount of the luminescent label depending on the activity of the second receptor;
The method for detecting a receptor interaction according to any one of claims 1 to 11, wherein:
を特徴とする請求項1から11のいずれか1つに記載の受容体相互作用検出方法。 The measuring step further includes an imaging step of imaging a luminescent label depending on the activity of the second receptor;
The method for detecting a receptor interaction according to any one of claims 1 to 11, wherein:
前記解析工程は、前記撮像工程で撮像した複数の発光画像を前記細胞ごとに照合する照合工程をさらに含むこと、
を特徴とする請求項13に記載の受容体相互作用検出方法。 The imaging step is performed simultaneously on a plurality of different cells,
The analysis step further includes a collation step of collating a plurality of luminescent images captured in the imaging step for each cell;
The method for detecting a receptor interaction according to claim 13.
を特徴とする請求項1から14のいずれか1つに記載の受容体相互作用検出方法。 The measurement step is repeatedly performed;
The method for detecting a receptor interaction according to any one of claims 1 to 14, wherein:
を特徴とする請求項1から15のいずれか1つに記載の受容体相互作用検出方法。 The first receptor is a 5HT2A receptor and the second receptor is a D1 receptor;
The method for detecting a receptor interaction according to any one of claims 1 to 15, wherein:
を特徴とする請求項16に記載の受容体相互作用検出方法。 In the treatment and addition step, the receptor binding substance is serotonin;
The receptor interaction detection method according to claim 16.
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