JP5624469B2 - 神経活動を可視化するプローブ - Google Patents
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Description
CREBは転写制御因子であり、セリン133残基のリン酸化により活性化される。
活性化されたCREBは遺伝子のプロモーター領域に存在するCRE配列(TGACGTCA)に結合し、共役因子のCREB結合蛋白質(CREB-binding protein :以下、「CBP」と称する)の存在下に遺伝子発現を引き起こす。
CREBがリン酸化されると、CREBのKID(kinase inducible domein:リン酸化部位+CBP結合部位))のセリン113とCBPのKIX(CREB結合部位)のチロシン(Tyr)658の側鎖が水素結合し、CREBとCBPが安定な転写複合体を形成する。
また、アクチンは、細胞の形状制御やミオシンとの相互作用による細胞の運動性を担っているが、その重合・脱重合が、シナプス伝達の効率を双方向に変えていることが明らかとなり、記憶学習を始めとする神経活動との係わりあいが注目されている。
このプローブは、CREBの活性化をモニターできる2分子型スプリットルシフェラーゼ、従来の2分子型スプリットルシフェラーゼ法を改良した1分子型スプリットルシフェラーゼ法、又はアクチンの重合を可視化する2分子型スプリットルシフェラーゼからなるプローブをいう。ここで、1分子型及び2分子型とは、蛋白質になった時点でそれぞれ、一つの分子又は二つの分子になっていることを意味する。
本発明の方法により、神経活動に関与する蛋白質間相互作用を可視化して観察することができる。具体的にはCREBの活性化を単一細胞レベルで、また、アクチンの重合を可視化して観察することが可能となり、さらに、1分子化によって生きた動物内で蛋白質間相互作用を観察するためのトランスジェニック動物の作製が容易となった。
(1)1分子中に、サイクリックAMP応答要素結合蛋白質(CREB)のKIDドメイン、CREB結合蛋白質(CBP)のKIXドメイン、ルシフェラーゼのN末端部分(LucN)及びルシフェラーゼのC末端部分(LucC)を含むプローブ、
(2)(a)LucN及びKIDドメインを含む分子、ならびにLucC及びKIXドメインを含む分子の2分子からなるプローブ、若しくは
(b)LucN及びKIXドメインを含む分子、ならびにLucC及びKIDドメインを含む分子の2分子からなるプローブ、又は
(3)アクチン及びLucNを含む分子、ならびにアクチン及びLucNを含む分子の2分子からなるプローブ。
LucN−KID−KIX−LucC
LucC−KID−KIX−LucN
LucN−KIX−KID−LucC
LucC−KIX−KID−LucC
LucN、LucC、KIXドメイン、KIDドメインのそれぞれの間や、各プローブ分子のN末端及び/又はC末端側に、さらにリンカー配列を含ませることができる。
アクチン−LucN及びアクチン−LucCの2分子型スプリットルシフェラーゼ
アクチン−LucN及びLucC−アクチンの2分子型スプリットルシフェラーゼ
LucN−アクチン及びLucC−アクチンの2分子型スプリットルシフェラーゼ
LucN−アクチン及びアクチン−LucCの2分子型スプリットルシフェラーゼ
が挙げられる。
(1)サイクリックAMP応答要素結合蛋白質(CREB)のKIDドメイン、CREB結合蛋白質(CBP)のKIXドメイン、ルシフェラーゼのN末端部分(LucN)及びルシフェラーゼのC末端部分(LucC)を1分子としてコードする配列を含むDNA、
(2)(a)LucN及びKIDドメインを含む分子をコードする配列、ならびにLucC及びKIXドメインを含む分子をコードする配列を含むDNA、若しくは、
(b)LucN及びKIXドメインを含む分子をコードする配列、ならびにLucC及びKIDドメインを含む分子をコードする配列を含むDNA、又は
(3)アクチン及びLucNを含む分子をコードする配列、ならびにアクチン及びLucNを含む分子をコードする配列を含んでなるDNA。
プローブは、例えば、in vivo及びin vitroの神経細胞で産生させることができ、例えば、トランスジェニックにより生きている動物の神経細胞内に発現させることができる。
神経細胞が興奮することにより、本願発明のプローブの立体構造が変化し、ルシフェラーゼ活性が復活して発光する。神経細胞の興奮と発光は比例関係にあると考えられるため、興奮している神経細胞の数や部位、興奮状態などを定量的に測定することができる。この方法によれば、in vivo及びin vitroでの神経細胞の興奮を調べることができ、ルシフェラーゼの毒性が極めて低いことから、生きている動物における神経細胞の興奮をルシフェラーゼの発光により観測することができる。例えば、生きている動物において、記憶形成と神経活動を可視化して研究することができる。
このようなげっ歯類を用いることによって、記憶形成などの神経活動を促進する物質のスクリーニングを行うことも可能である。
また、本発明のアクチンを連結した2分子型スプリットルシフェラーゼにより動物の体内で記憶形成などの神経活動に係わるアクチン重合を直接観察することが可能となる。
本発明に使用されるルシフェラーゼとして、任意の生物に由来するルシフェラーゼを使用することができる。例えば、ホタルルシフェラーゼやヒカリコメツキルシフェラーゼなど昆虫のルシフェラーゼ;ウミホタルルシフェラーゼ;ヤコウチュウルシフェラーゼ;発光プランクトン(Metridia pacifica)ルシフェラーゼ;ウミシイタケル(Renilla)属のルシフェラーゼ;ホタルイカルシフェラーゼ、それらの変異体などが挙げられる。好ましいものとして、ホタル由来のルシフェラーゼ(EC1.13.12.7)が挙げられ、さらに具体的には、配列番号1のPhotinus pyralis由来のルシフェラーゼが挙げられる。
本発明に使用されるアクチンは、例えば、マウスβアクチンDNA(アクセッションナンバー:BC138614)でコードされる蛋白質が挙げられる。
本発明に使用されるKIDドメインは、例えば、マウスCREB遺伝子(アクセッションナンバー:BC021649)の蛋白質をコードする領域中の258塩基から438塩基のDNAおよび該DNAでコードされるポリペプチドが挙げられる。
本発明に使用されるKIXドメインは、例えば、マウスCBP遺伝子(アクセッションナンバー:BC072594)の蛋白質をコードする領域中の1755塩基から1998塩基のDNAおよび該DNAでコードされるポリペプチドが挙げられる。
本発明に使用される核移行シグナルは、例えば、SV40の核移行シグナルが挙げられる。該移行シグナルのアミノ酸配列は以下のとおりである。
LMDPKKKRKVDPKKKRKVG (配列番号2)
本発明に使用されるIRESは、例えば、pIRES2-EGFP(クロンテック社)のプラスミド中のIRES配列(配列番号3)が挙げられる。
本発明に使用されるリンカーとして、以下の配列のポリペプチドが挙げられる。
GGGGSGGGGSGGGGS(配列番号4)
EAAAREAAARRAAAR(配列番号5)
複数DNAフラグメントを組み込む方法、例えば、インビトロゲン社のマルチサイトゲートウェイ(登録商標)システムが挙げられる。
マルチサイトゲートウェイシステムは、3つのプラスミド(ドナーベクターと称されるpDONR P4-P1R、pDONR221、pDONR P2R-P3)の中に、作ろうとする融合蛋白質の一部となるDNA配列や、遺伝子発現を調節するプロモーター領域を挿入する。
挿入の方法は次のとおりである。
(2)ドナーベクターの中に2箇所存在するattP配列とPCR産物のattB配列が、BPクロナーゼと呼ばれる酵素によって反応し(BP反応)、ドナーベクターのattB配列にPCR産物がはさまれる形で挿入される。
(3)これらの反応は試験管内で進行する、この反応液内に含まれるプラスミドによってコンピテント大腸菌(TOP10:インビトロジェン)を形質転換させ、寒天培地上にコロニーを形成させる。
(4)その中の一つのコロニー中のプラスミドを次の工程で使用する。
(5)これらPCR産物を挿入したドナーベクターはエントリーベクターと呼ばれる。3つのエントリーベクターとデスティネーションベクター(pDEST R4-R3)を試験管内で混ぜ、LRクロナーゼと反応させることによって、エントリーベクターに挿入された3つのPCR産物が直列する形で、デスティネーションベクターに組み込まれる。その際、pDONR P4-P1R, pDONR221, pDONR P2R-P3の順番で組み込まれるので、目的の融合蛋白質を発現するプラスミドを正確に得ることができる。
(6)こうして最終的に得られたプラスミドにはアンピシリン耐性遺伝子、SV40真核生物エンハンサープロモーター、ポリA付加シグナル配列が存在する。
プラスミド精製にはキアゲン社QIA prep spin miniprep kitを用いることができる。
本発明において、プラスミドの構築に、部位特異的変異導入法を利用することもできる。具体的には、例えば、東洋紡社のKOD plus mutagenesis kitを使用すればよい。
(a) pDONR P4-P1R
プロモーター配列もしくはプロモーター配列に核移行シグナルを連結したものを組み込んだものを使用できる。プロモーター配列は、プロメガ社のプラスミドpGL4.13にコードされているSV40エンハンサープロモーターを用いることができる。
挿入したDNA配列は、例えば、以下のものである。
・アクチン
・ルシフェラーゼ(野生型)
・lucN末
・lucC末
・KID配列
・KIX配列
・lucN末-KID配列-linker配列
・lucN末-KIX配列-linker配列
・lucC末-KID配列-linker配列
・lucN末-KID配列
ルシフェラーゼ(野生型)以外はすべて終止コドンを含んでいない。
挿入したDNA配列は以下のものを使用することができる。
アクチン
lucN末
lucC末
KID配列
KIX配列
すべての配列は終止コドンを含んでいる。
attB4-forward配列:5'-GGGGACAACTTTGTATAGAAAAGTTGAA-3'(配列番号59)を
対象となるDNA配列に対応したreverse primerの3'側に
attB1-reverse配列:5'-GGGGACTGCTTTTTTGTACAAACTTGA-3’(配列番号60)を
を付加したプライマーセットを用いることができる。
attB1-forward配列:5'-GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTTT-3'(配列番号61)を
対象となるDNA配列に対応したreverse primerの3'側に
attB2-reverse配列:5'-GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTT-3'(配列番号62)を
を付加したプライマーセットを用いることができる。
attB2-forward配列:5'-GGGGACAGCTTTCTTGTACAAAGTGGAA-3'(配列番号63)を
5'対象となるDNA配列に対応したreverse primerの3'側に
attB3-reverse配列:5'-GGGGACAACTTTGTATAATAAAGTTGT-3'(配列番号64)を
を付加したプライマーセットを用いることができる。
本発明のプローブの発光能の確認は、例えば、CREBの場合、ヒト腎臓由来の細胞株であるHEK293細胞を培養し、培養開始2日後に融合蛋白質を遺伝子導入し、培養開始3日後に、CREBをリン酸化するフォルスコリンを培地に添加し、翌日、培養細胞を分離する。分離した細胞をプレートに移し、ルシフェリンを添加して発光量をルミノメーターで測定すればよい。
トランスジェニックマウスは以下の手順で作製することができる。
(1)発現を誘導するプロモーター、発現させようとする遺伝子、mRNAにポリアデニンを付加するpolyA signalの3つが直列に連なった直鎖状DNAを作製する。
(2)作製した直鎖状DNAを人工的に受精させた受精卵にマイクロインジェクションし、また別の偽妊娠させた母親の胎内に戻す。
(3)受精卵のうちでゲノムDNAに、インジェクションしたDNAが組み込まれたものがトランスジェニックマウスとして生まれる。
[参考例1]
<ルシフェラーゼ>
本発明に使用したルシフェラーゼは、プラスミドpGL4.13(プロメガ社)のホタルルシフェラーゼ遺伝子をコードする部分を以下のプライマーでPCR増幅した。
Forward primer 5'-ATGGAAGATGCCAAAAACATTAAGA-3'(配列番号6)
Reverse primer 5'-TTACACGGCGATCTTGCCGCCCTTC-3'(配列番号7)
<分割ルシフェラーゼ:lucN末>
lucN末は、ホタルルシフェラーゼの配列の1塩基目から25塩基目の配列Forward 5'-ATGGAAGATGCCAAAAACATTAAGA-3'(配列番号6)と、1221塩基から1245塩基までの配列5'-TACAAACGCTCTCATCGACAAGGAC-3'(配列番号8)の相補鎖であるReverse 5'-GTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA-3'(配列番号9)とをDNA配列に対応するPCRプライマーセットとして用い、1-1245の配列を増幅取得した。その際のPCRの鋳型配列は、プラスミドpGL4.13である。
<分割ルシフェラーゼ:lucC末>
lucC末は、ホタルルシフェラーゼの配列の1246塩基目から1270塩基目の配列5'-GGCTGGCTGCACAGCGGCGACATCG-3'(配列番号10)と、1629塩基から1653塩基までの配列5'-GAAGGGCGGCAAGATCGCCGTGTAA-3'(配列番号11)の相補鎖である 5'-TTACACGGCGATCTTGCCGCCCTTC-3'(配列番号7)をDNA配列に対応するPCRプライマーセットとして用い、1246-1653の配列を増幅取得した。その際のPCRの鋳型配列は、プラスミドpGL4.13である。
<アクチン>
アクチンの配列の1塩基目から25塩基目の配列Forward 5'-ATGGATGACGATATCGCTGCGCTGG-3'(配列番号12)と、1104塩基から1128塩基までの配列5'-CATCGTGCACCGCAAGTGCTTCTAG-3'(配列番号13)の相補鎖であるReverse 5'-CTAGAAGCACTTGCGGTGCACGATG-3'(配列番号14)をDNA配列に対応するPCRプライマーセットとして用い、1-1128の配列を増幅取得した。その際のPCRの鋳型配列は、RNeasy mini Kit(キアゲン社)によって成体のマウス(C57BL6)の大脳皮質からtotal RNAを精製し、Sper ScriptIIIkit(インビトロジェン)で逆転写反応を行ったcDNAである。
<KID配列>
CREBの蛋白質をコードする配列の258塩基目から282塩基目の配列Forward 5'-CAGATTTCAACTATTGCAGAAAGTG-3'(配列番号15)と、414塩基から438塩基までの配列5'-AGAAGAAAAGTCAGAAGAGGAGACT-3'(配列番号16)の相補鎖であるReverse 5'-AGTCTCCTCTTCTGACTTTTCTTCT-3'(配列番号17)をDNA配列に対応するPCRプライマーセットとして用い、258-438の配列を増幅取得した。その際のPCRの鋳型配列は、RNeasy mini Kit(キアゲン社)によって成体のマウス(C57BL6)の大脳皮質からtotalRNAを精製し、Sper ScriptIIIkit(インビトロジェン)で逆転写反応を行ったcDNAである。
<KIX配列>
CBPの蛋白質をコードする配列の1755塩基目から1779塩基目の配列Forward 5'- GGTGTTCGAAAAGGCTGGCATGAAC-3'(配列番号18)と、1974塩基から1998塩基までの配列5'-TAAAATACAAAAAGAACTAGAAGAA-3'(配列番号19)の相補鎖であるReverse 5'-TTCTTCTAGTTCTTTTTGTATTTTA-3’(配列番号20)をDNA配列に対応するPCRプライマーセットとして用い、1755-1998の配列を増幅取得した。その際のPCRの鋳型配列は、RNeasy mini Kit(キアゲン社)によって成体のマウス(C57BL6)の大脳皮質からtotalRNAを精製し、Sper ScriptIIIkit(インビトロジェン)で逆転写反応を行ったcDNAである。
<NLS>
核移行シグナル(NLS)の塩基配列は以下のとおりである。
CTTATGGATCCAAAAAAGAAGAGAAAGGTAGACCCTAAGAAAAAGAGGAAAGTTGGG(配列番号21)
上記配列と相補的な配列を一つの試験管内で混ぜ、95度に熱した後、1時間かけて37度までゆっくり温度を下げることで、ハイブリダイズさせた。ハイブリダイズした2本鎖DNAは平滑末端2本鎖DNAをクローニングするためのキットである、Zero blunt TOPO kit(インビトロジェン)でプラスミドに挿入されクローン化された。
核移行シグナルは、pDONR P4-P1Rにsv40エンハンサープロモーターが挿入されたプラスミドにさらに挿入した。SV40エンハンサープロモーターの416塩基目にあるHindIII制限酵素サイトを利用して、核移行シグナルの配列の1塩基目から25塩基目の配列Forward 5'-CTTATGGATCCAAAAAAGAAGAGAA-3'(配列番号22)と、33塩基から57塩基までの配列5'-CCCTAAGAAAAAGAGGAAAGTTGGG-3'(配列番号23)の相補鎖であるReverse 5'-CCCAACTTTCCTCTTTTTCTTAGGG-3'(配列番号24)をDNAに対応する配列部分として、さらに両方のプライマーの5'側にHindIIIサイトを付加し、PCRによって増幅した。その際の鋳型DNAは、Zero blunt TOPO kitによって作成されたプラスミドである。増幅した配列はHindIIIサイトに挿入された。
<IRES配列>
Clontechの"pIRES2-EGFP Vector"の配列(配列番号3)をIRES配列として用いた。
PCRで増幅する際は、Forward 5'-GATCCGCCCCTCTCCCTCCCCC-3'(配列番号25)と、Reverse 5'-GGTTGTGGCCATATTATCATCGTG-3'(配列番号26)をDNA配列に対応するプライマー部位として用いた。プラスミドに挿入する目的のPCRの際には、両方の5’側に制限酵素サイト(今回はEcoRIとBamHIを用いた)を付加してプラスミドの制限酵素サイトに挿入した。
<Linker配列>
Linkerの配列は以下のとおりである。
GGAGGTGGGGGTAGTGGGGGCGGAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGT(配列番号27)
上記配列と相補的な配列を一つの試験管内で混ぜ、95度に熱した後、1時間かけて37度までゆっくり温度を下げることで、ハイブリダイズさせた。ハイブリダイズした2本鎖DNAは平滑末端2本鎖DNAをクローニングするためのキットである、Zero blunt TOPO kit(インビトロジェン)でプラスミドに挿入されクローン化された。
PCRで増幅する際は
Forward 5'-GGAGGTGGGGGTAGTGGGGGC-3'(配列番号28)
Reverse 5'-ACTACCACCGCCACCGCTACC-3'(配列番号29)
をDNA配列に対応するプライマー部位として用いた。プラスミドに挿入する目的のPCRの際には、両方の5’側に制限酵素サイトを付加してプラスミドの制限酵素サイトに挿入した。
<SV40エンハンサープロモーター>
プラスミドpGL4.13(プロメガ社)のsv40エンハンサープロモーター部位をPCRで増幅して用いた。
SV40エンハンサープロモーターの配列の1塩基目から25塩基目の配列Forward 5'-GCGCAGCACCATGGCCTGAAATAAC-3'(配列番号30)と、395塩基から419塩基までの配列5'-AGGCCTAGGCTTTTGCAAAAAGCTT-3'(配列番号31)の相補鎖であるReverse 5'-AAGCTTTTTGCAAAAGCCTAGGCCT-3'(配列番号32)をDNA配列に対応するPCRプライマーセットとして用い、1-419の配列を増幅取得した。その際のPCRの鋳型配列は、プラスミドpGL4.13である。この配列はpDONR P4-P1Rに挿入したため、上記のDNA配列に対応するプライマーにattB4-forward, attB1-reverseの配列を付加したものでPCRを行った。
pDONR P4-P1Rにsv40promoter-NLSを挿入、
pDONR221にlucN-KID-linker-KIX
pDONR P2R-P3にlucCを挿入したもの
を用いてmulti site gatewayにより最終的なプラスミドを作成した。
ただしpDONR221にlucN-KID-linker-KIXをBP反応にて挿入する前に、pLITMUS28(ニューイングランドバイオラボ)のマルチクローニングサイトの制限酵素サイトを利用して、それぞれの配列が連続となるように、pLITMUS28に挿入した。それぞれの制限酵素サイトは以下のとおりである。
(SpeI)-lucN-(EcoRI)-KID-(NcoI)-Linker-(AgeI)-KIX-(SacI)
カッコ内が制限酵素をあらわす。それぞれのインサートはPCRで増幅されるが、その際各配列のプライマーには制限酵素サイトの配列を5’側に付加した。増幅されたPCR断片とpLITMUS28を制限酵素で切断し、リガーゼによってプラスミドに挿入した。
pLITMUS28内でlucN-KID-linker-KIXの配列が完成したら、再度PCRによってlucN-KID-linker-KIX配列を増幅した。その際pDONR221挿入用のattB配列をプライマーの5’側に付加したものを用いてPCRを行い、その後BP反応でpDONR221に挿入した。
CREB蛋白質のリン酸化ドメインであるKID、KIDに結合することが知られているCBP蛋白質のKIXドメイン及びスプリットルシフェラーゼを下記の組み合わせで融合し、HEK細胞に導入した。フォルスコリンを投与して発光量の増大を観察した。
・融合蛋白1:NLS -lucN末KID−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX-lucC末
・融合蛋白2:NLS -lucN末KID−EAAAREAAAREAAAR−KIX-lucC末
・融合蛋白3:NLS -lucN末KIX−EAAAREAAAREAAAR−KID-lucC末
・融合蛋白4:NLS -lucC末KID−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX-lucN末
HEK293をプラスチックディッシュ(ファルコン社の12well dish)で培養した。培地はダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)に牛血清を10%となるように添加したものを1wellあたり1mL用い、37度、5%CO2、湿度100%の条件下でインキュベーター内において培養を行った。
上記融合蛋白質1〜4をコードするプラスミドを作成し、培養開始2日目にそれらプラスミドをHEK293細胞に遺伝子導入した。遺伝子導入はリポフェクトアミン2000(インビトロジェン社)を用いて行った。Opti-MEM培地とプラスミドDNAを125μL:1μgとなるように混ぜ5分間室温でインキュベートした。それとは別にOpti-MEM培地とリポフェクトアミン2000を125μL:2μLとなるように混ぜ、同様に5分間室温でインキュベートした。両者を混ぜ、室温で20分インキュベートすることで、DNAとリポフェクトアミン2000の複合体が形成される。1well当たり250μLの混合液を、培地に滴下し、引き続き培養した。
培養開始3日後に培地中にフォルスコリンを最終濃度10μMとなるように添加し、さらに1日培養を続けた。培地を捨て、50μLのPBSを加えて、培養細胞をゴム製のセルスクレイパーでディッシュから剥がし、96wellプレートに移した。さらにルシフェリン(ブライトグロー:プロメガ)を50μL加えて、各wellの発光量をルミノメーター(TECAN社)で測定した。
図1に結果を示す。融合蛋白1〜4及びネガティブコントロールのそれぞれにおいて、左側の棒グラフ(グレーで示す)は、フォルスコリン無添加の場合であり、右側の棒グラフ(黒塗りで示す)は、フォルスコリンを最終濃度10μMとなるように添加した場合である。その結果、融合蛋白1が最も強い発光量を示した。
妊娠18日目のラット胎児を妊娠ラットから取り出し、冷やしたPBS中で脳を取り出した。さらに大脳から海馬神経細胞を含む脳片を取り出した。取り出した海馬は、試験管中で蛋白質分解酵素である0.125%トリプシンと室温で20分間反応させることによって、細胞表面の接着因子を分解し、細胞間の接着性を弱めた。その後トリプシンを除去するため試験管を静置し、脳片が試験管の底に沈んだ後、上清のトリプシン溶液を吸い取り除去した。続いて試験管に10%血清を含むDMEM培地が加え、もう一度試験管を静置し、上清を取り除いた。脳片はプラスチックのスポイドで吸引排出を10回程度繰り返すことで個々の細胞に解離させた。その後プラスチックディッシュ上で培養した。培地などの条件は実施例1と同じである。
培養4日目に実施例1の融合蛋白1をコードするプラスミドを遺伝子導入した。遺伝子導入の方法はHEK293細胞の場合と同じくリポフェクトアミン2000を用いて行った。遺伝子導入の2日後、ルシフェラーゼの発光基質である0.5mMルシフェリンEF(プロメガ社)を含むOpti-MEM培地(インビトロジェン社)に交換し、発光測定機エクオリア(浜松ホトニクス)を用いて発光量を測定した。この装置は培養中の細胞をプラスチックディッシュごと暗箱に入れ、光子の発生数をカウントするものである。測定は1時間連続して行い、1分間ごとの発光量をグラフの縦軸にとった。測定開始直前にフォルスコリン、グルタミン酸、KClなどの刺激を行った。
フォルスコリンは細胞内のcAMPの量を増大させる働きがある。グルタミン酸は海馬神経細胞の主要な神経伝達物質であり、神経細胞を興奮させる。KClを細胞外液に加えると、細胞内外のイオンバランスが変化することで、神経細胞が脱分極する。それにより細胞内へのカルシウム流入など、神経細胞を興奮させることができる。
結果を図2に示す。KClを細胞外液に添加した場合に特に発光強度が上昇し、添加前と比較すると約6倍の発光強度まで上昇した。
実施例2と同様の実験系で、実施例1の融合蛋白質1をコードするプラスミドからリンカーとKIXドメインを省いた融合蛋白5(NLS-lucN末KID-lucC末)を神経細胞に発現させ、各種刺激に対する応答を測定した(図3)。
融合蛋白質からKIXドメインを省いても同様に神経細胞内でKClに対する反応を示す。しかしKIDドメインを省くとまったく発光を示さない(データは示さず)。このことからKCl刺激でKIDドメインの構造が変わり、ルシフェラーゼ活性を上昇させることがわかる。神経細胞への刺激でKIDドメインの構造が変わるであろうことはコンセンサスが得られていることである。
実施例2と同じ実験系で、融合蛋白5を発現させた神経細胞の各種刺激(50mMのKCl、50mMのKClとPKA inhibitor、50mMのKClとCaMK2 inhibitor、50mMのKClとPKC inhibitor、50mMのKClとCHX、10μMのフォルスコリン、100μMのグルタミン酸、50mMのKCl及びEGTA)に対する応答を確認した。結果を図4に示す。KClで神経細胞を刺激した際発光量が増大する。またEDTAにより発光増大がある程度抑えられるため、KCL刺激の後、神経細胞へのカルシウム流入が起きることが重要であることがわかる。
野生型のホタルルシフェラーゼを用いたコントロール実験である。実施例2と同じ実験系で、野生型のホタルルシフェラーゼ(プロメガ社)を神経細胞に遺伝子導入し、KClによる刺激を行った(図5)。
野生型ルシフェラーゼは図4のようなKClに対する反応を示さないことから、図4の反応は挿入したKIDドメインに依存しておきていることがわかる。
(1)マルチサイトゲートウェイシステムでプラスミドを構築し、アクチン配列(Actin)とルシフェラーゼC末端(lcuC末)またはルシフェラーゼN末端(lcuN末)を有する以下の融合蛋白質を得た。なお、以下の表記において、「KGGRADPAFLYKVE」(配列番号58)はマルチサイトゲートウェイシステムにより付加されたアミノ酸配列である。また、FKBPは、FK506 binding proteinを、FRBは、FKBP rapamycin binding domain(mTOR(mammalian target of rapamycin))をそれぞれ意味する。
・融合蛋白6:Actin−KGGRADPAFLYKVE−lucC末(Actin−lucC末)
・融合蛋白7:Actin−KGGRADPAFLYKVE−lucN末(Actin−lucN末)
・融合蛋白10:lucC末−KGGRADPAFLYKVE−Actin(lucC末−Actin)
・融合蛋白11:lucN末−KGGRADPAFLYKVE−Actin(lucN末−Actin)
・融合蛋白12:FRB-lucN末
・融合蛋白13:FKBP-lucC末
5’-CGCCCCCACTACCCCCACCTCCGTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA-3’(配列番号33)
およびアクチンの最初の部分を認識するフォワードプライマーとリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたプライマー
5’-GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTATGGATGACGATATCGCTGCGCTGG-3’(配列番号34)
を用いて融合蛋白7のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型の融合蛋白はメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白9:Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末
5’-CGCCCCCACTACCCCCACCTCCGAAGGGCGGCAAGATCGCCGTG-3’ (配列番号35)
およびアクチンの最初の部分を認識するフォワードプライマーとリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたプライマー
5’-GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTATGGATGACGATATCGCTGCGCTGG-3’(配列番号34)
を用いて融合蛋白7のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型の融合蛋白はメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白8:Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末
5’- ACTACCCCCACCTCCGAAGCACTTGCGGTGCACGATG-3’(配列番号36)
および、融合蛋白質5のマルチサイトゲートウェイの結果生じたKGGRADPA部分をコードする配列と、リンカー(GGGGSGGGGS)の後半部分をコードした配列を連結したフォワードプライマー
5’-GGTGGCGGTGGTAGTAAGGGTGGGCGCGCCGAGCCAGCT-3’(配列番号37)
を用い、融合蛋白16のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型の融合蛋白はメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、リンカー配列GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE(配列番号65)を有する、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白16:Actin−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−lucN末
・融合蛋白17:Actin−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−lucC末
5’-GAAGCACTTGCGGTGCACGATG-3’(配列番号38)
ルシフェラーゼN末端の最初の配列をフォワードプライマーとして使用し、
5’-ATGGAAGATGCCAAAAACATTAAGA-3’(配列番号39)
を用い、融合蛋白18のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型の融合蛋白はメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白18:Actin−lucN末
5’-GAAGCACTTGCGGTGCACGATG-3’(配列番号38)
ルシフェラーゼC末端の最初の配列をフォワードプライマーとして使用し、
5’- GGCTGGCTGCACAGCGGCGACATCG-3’(配列番号40)
を用い、融合蛋白19のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型の融合蛋白はメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白19:Actin−lucC末
5’- CCGCCCCCACTACCCCCACCTCCGAAGCACTTGCGGTGCACGATG-3’(配列番号41)
ルシフェラーゼN末端の最初の配列とリンカー部分の後半の配列を連結したものを、フォワードプライマーとして使用し、
5’- AGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTGGCTGGCTGCACAGCGGCGACATCG-3’(配列番号42)
を用い、融合蛋白20のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型の融合蛋白はメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白20:Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末
5’- CCGCCCCCACTACCCCCACCTCCGAAGCACTTGCGGTGCACGATG-3’(配列番号41)
ルシフェラーゼC末端の最初の配列とリンカー部分の後半の配列を連結したものを、フォワードプライマーとして使用し、
5’- AGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTGGCTGGCTGCACAGCGGCGACATCG -3’(配列番号42)
を用い、融合蛋白21のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型の融合蛋白はメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白21:Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末
(1)アクチンとスプリットルシフェラーゼからなる融合蛋白質をHEK293T細胞に遺伝子導入した。
・融合蛋白6:Actin-lucC末
・融合蛋白7:Actin-lucN末
・融合蛋白8:Actin-Linker-lucC末
・融合蛋白9:Actin-Linker-lucN末
・融合蛋白10:lucC末-Actin
・融合蛋白11:lucN末-Actin
・融合蛋白12:FRB-lucN末
・融合蛋白13:FKBP-lucC末
融合蛋白12と13の組み合わせは、ポジティブコントロールである。
実施例1と同様に遺伝子導入後2日で細胞をかきとり、ルミノメーターで発光を計測した。その結果、アクチンのN末端側にスプリットルシフェラーゼのN末端、C末端が融合されるような蛋白質の組み合わせ(融合蛋白10及び11)が最適であることがわかった(図6)。
トランスジェニックマウス作成に適した形にするため、IRES配列で2つの融合蛋白質を結合させた融合蛋白13(lucN-Actin-IRES-lucC-actin)のプラスミドを構築した。これにより、lucC-ActinとlucN-Actinが一つのmRNAから翻訳され細胞中で発現する。遺伝子導入は実施例1と同様に行った。また、この実験ではアクチンの重合阻害剤であるラトランクリンAを発光計測の3時間前に培地中に加えた。また発光計測は発光測定機エクオリア(浜松ホトニクス)を用いた。
アクチン重合阻害剤を各種濃度で投与すると、濃度依存的に発光が減少していく様子が観察された(図7)。これは作成した蛋白質の発光がアクチンの重合を示す証拠となる。
HEK293T細胞をラトランクリンAで処理した後、4%パラホルムアルデヒドで固定し、F-Actin Visualization Biochem Kit(コスモバイオ)を用いて、重合アクチンのみを染色した。
重合阻害剤の濃度を振った際の、重合アクチンの染色像を確認した(ローダミンーファロイジンによる)。発光量の変化と同じく、濃度依存的に減少する(図8)。
pEGFP-N1プラスミド(クロンテック)の制限酵素サイトNheI, EcoRI, BamHI, NotIを利用して各配列を挿入した。NheI, EcoRI間にlucN末-アクチンもしくはlucC末-アクチンを挿入した。BamHI, NotI間も同様にlucN末-アクチンもしくはlucC末-アクチンを挿入した。EcoRI, BamHI間にIRES配列を挿入した。
・融合蛋白14:lucN末-Actin-IRES-lucC末-actin
・融合蛋白15:lucC末-Actin-IRES-lucN末-actin
IRESの前後を交換することで、発光量を増大させることができた(図9)。
<2分子型のKID−KIXの結合を計測するプローブ蛋白質スクリーニングのためのプラスミド作製>
(1)マルチサイトゲートウェイシステムでプラスミドを構築し、NLS,KID,KIXとルシフェラーゼC末端(lcuC末)またはルシフェラーゼN末端(lcuN末)を有する以下の融合蛋白質を得た。KGGRADPAFLYKVE(配列番号58)はマルチサイトゲートウェイでプラスミド構築する際に付加される配列である。
・融合蛋白22:NLS−KID−KGGRADPAFLYKVE−lucN末(NLS−KID−lucN末)
・融合蛋白23:NLS−KID−KGGRADPAFLYKVE−lucC末(NLS−KID−lucC末)
・融合蛋白24:NLS−KIX−KGGRADPAFLYKVE−lucN末(NLS−KIX−lucN末)
・融合蛋白25:NLS−KIX−KGGRADPAFLYKVE−lucC末(NLS−KIX−lucC末)
・融合蛋白26:NLS−lucN末−KGGRADPAFLYKVE−KID(NLS−lucN末−KID)
・融合蛋白27:NLS−lucC末−KGGRADPAFLYKVE−KID(NLS−lucC末−KID)
・融合蛋白28:NLS−lucN末−KGGRADPAFLYKVE−KIX(NLS−lucN末−KIX)
・融合蛋白29:NLS−lucC末−KGGRADPAFLYKVE−KIX(NLS−lucC末−KIX)
5’- CGCCCCCACTACCCCCACCTCCAGTCTCCTCTTCTGACTTTTCTTCT -3’ (配列番号43)
およびlucN末の最初の部分を認識するプライマーにリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’-GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTATGGAAGATGCCAAAAACATTAAG-3’((配列番号44)
を用いて融合蛋白22のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白30:NLS−KID−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末
5’- CGCCCCCACTACCCCCACCTCCAGTCTCCTCTTCTGACTTTTCTTCT -3’ (配列番号43)
およびlucC末の最初の部分を認識する配列にリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’-GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTGGCTGGCTGCACAGCGGCGACATCG -3’ (配列番号45)
を用いて融合蛋白23のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白31:NLS−KID−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末
5’-CGCCCCCACTACCCCCACCTCCTTCTTCTAGTTCTTTTTGTATTTTA -3’ (配列番号46)
およびlucN末の最初の部分を認識する配列にリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’- GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTATGGAAGATGCCAAAAACATTAAG -3’ (配列番号47)
を用いて融合蛋白24のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白32:NLS−KIX−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末
5’- CGCCCCCACTACCCCCACCTCCTTCTTCTAGTTCTTTTTGTATTTTA -3’ (配列番号46)
およびlucC末の最初の部分を認識する配列にリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’- GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTGGCTGGCTGCACAGCGGCGACATCG -3’ (配列番号48)
を用いて融合蛋白25のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白33:NLS−KIX−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末
5’- ACTACCCCCACCTCCGTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA -3’ (配列番号49)
および融合蛋白26におけるリンカーの最初の部分(KGGRADPA)に結合する配列にリンカーの後半部分(GGGGS)をコードする配列をつけたプライマー
5’- GGTGGCGGTGGTAGTAAGGGTGGGCGCGCCGAGCCAGCT -3’ (配列番号50)
を用いて融合蛋白26のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白34:NLS−lucN末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KID
5’- ACTACCCCCACCTCCCACGGCGATCTTGCCGCCCTTC -3’ (配列番号51)
および融合蛋白27におけるリンカーの最初の部分(KGGRADPA)に結合する配列にリンカーの後半部分(GGGGS)をコードする配列をつけたプライマー
5’- GGTGGCGGTGGTAGTAAGGGTGGGCGCGCCGAGCCAGCT -3’ (配列番号50)
を用いて融合蛋白27のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白35:NLS−lucC末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KID
5’- ACTACCCCCACCTCCGTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA -3’ (配列番号49)
および融合蛋白28におけるリンカーの最初の部分(KGGRADPA)に結合する配列にリンカーの後半部分(GGGGS)をコードする配列をつけたプライマー
5’- GGTGGCGGTGGTAGTAAGGGTGGGCGCGCCGAGCCAGCT -3’ (配列番号50)
を用いて融合蛋白28のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白36:NLS−lucN末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KIX
5’- ACTACCCCCACCTCCCACGGCGATCTTGCCGCCCTTC -3’ (配列番号51)
および融合蛋白29におけるリンカーの最初の部分(KGGRADPA)に結合する配列にリンカーの後半部分(GGGGS)をコードする配列をつけたプライマー
5’- GGTGGCGGTGGTAGTAAGGGTGGGCGCGCCGAGCCAGCT -3’ (配列番号50)
を用いて融合蛋白29のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白37:NLS−lucC末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KIX
5’- GTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA-3’ (配列番号9)
およびKID配列の最初から24塩基に結合するフォワードプライマー
5’- CAGATTTCAACTATTGCAGAAAGTG -3’ (配列番号15)
を用いて融合蛋白26のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白38:NLS−lucN末−KID
5’- CACGGCGATCTTGCCGCCCTTC-3’ (配列番号52)
およびKID配列の最初から 24塩基に結合するフォワードプライマー
5’- CAGATTTCAACTATTGCAGAAAGTG -3’ (配列番号15)
を用いて融合蛋白27のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白39:NLS−lucC末−KID
5’- CACGGCGATCTTGCCGCCCTTC-3’(配列番号52)
およびKIX配列の最初から 24塩基に結合するフォワードプライマー
5’- GGTGTTCGAAAAGGCTGGCATGAAC -3’ (配列番号18)
を用いて融合蛋白29のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白40:NLS−lucC末−KIX
5’- GTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA -3’ (配列番号9)
およびKIX配列の最初から 24塩基に結合するフォワードプライマー
5’- GGTGTTCGAAAAGGCTGGCATGAAC -3’ (配列番号18)
を用いて融合蛋白28のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白41:NLS−lucN末-KIX
5’-CGCCCCCACTACCCCCACCTCCGTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA -3’ (配列番号33)
およびKIDの最初の部分を認識するフォワードプライマーとリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’- GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTCAGATTTCAACTATTGCAGAAAGTG -3’ (配列番号53)
を用いて融合蛋白26のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白42:NLS−lucN末−GGGGSGGGGSGGGGS−KID
5’-CGCCCCCACTACCCCCACCTCCCACGGCGATCTTGCCGCCCTTC -3’(配列番号54)
およびKIDの最初の部分を認識するフォワードプライマーとリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’- GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTCAGATTTCAACTATTGCAGAAAGTG -3’(配列番号53)
を用いて融合蛋白26のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白43:NLS−lucC末−GGGGSGGGGSGGGGS−KID
5’-CGCCCCCACTACCCCCACCTCCCACGGCGATCTTGCCGCCCTTC -3’(配列番号54)
およびKIXの最初の部分を認識するフォワードプライマーとリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’- GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTGGTGTTCGAAAAGGCTGGCATGAAC -3’(配列番号55)
を用いて融合蛋白29のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白44:NLS−lucC末−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX
5’-CGCCCCCACTACCCCCACCTCCGTCCTTGTCGATGAGAGCGTTTGTA -3’(配列番号33)
およびKIXの最初の部分を認識するフォワードプライマーとリンカー配列の後半部分をコードする配列をつけたフォワードプライマー
5’- GAGGTAGCGGTGGCGGTGGTAGTGGTGTTCGAAAAGGCTGGCATGAAC -3’(配列番号55)
を用いて融合蛋白28のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白45:NLS−lucN末−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX
5’-TGCCTACAGGAAAATTTTGAATGAC-3’(配列番号56)
71塩基-95塩基までの配列に結合するリバースプライマー
5’-GGCCTCCTTGAAAGGATTTCCCTTC-3’( 配列番号57)
を用いて融合蛋白のプラスミドを鋳型としてPCRを行い、ついで鋳型のプラスミドはメチル化されたDNAだけを選択的に消化する酵素DpnIで分解する。さらにPCR産物の両端をライゲーションし、大腸菌でクローニングし、以下の融合白質を得た。
・融合蛋白46:NLS−KID(S33A)−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末
融合蛋白(22,26,30,34,38,42)と(25,29,33,37,40,44)の2群から1種類ずつプラスミドを選び、HEK293細胞に遺伝子導入し、発光量(10分当たりの観測光子数)を観察した。同様に(23,27,31,35,39,43)と(24,28,32,36,41,45)の組み合わせから1種類ずつ選び同様に発光量を計測した。結果を図11に示す。横軸は遺伝子導入したプラスミドの組み合わせを示し、縦軸は2分の露光時間当たりの観測光子数、つまり発光量を示す。
図11のうち最も発光量が大きかった融合蛋白質31と45の組み合わせをさらに解析した。31のKID配列のうちDNA配列にして180塩基対の97番目のチミジンをグアニンに置換することで、アミノ酸配列の33番目のセリンをアラニンに置換した融合蛋白質46を作製し、(31,45)(46,45)の組み合わせで、HEK293細胞に発現させた。フォルスコリンを最終濃度10μMになるように加え、30分後の発光を2分間測定した。フォルスコリンによって細胞内のcAMP濃度が上昇し、PKAが活性化されることによって、KIDの33番目のセリンがリン酸化され、KIXドメインと結合することが、確かめられた。また(46,45)の組み合わせではフォルスコリンを加えても発光が上昇しないことから、このプローブ蛋白質がKIDドメインの33番目のセリンのリン酸化を特異的に検知しているといえる。(図12)
<トランスジェニックマウス作成>
・プラスミド構築
Chicken b-Actin promoterとCMV(サイトメガロウイルス)-IE Enhancerを組み合わせた、CAGプロモーターを持ち、発現させる遺伝子を挿入可能な制限酵素サイトを有し、その後にrabbit beta-Globin polyAシグナルを付加したプラスミドpCAGGSを用いてトランスジェニックマウス作成用プラスミドを作った。またこのプラスミドはアンピシリン耐性遺伝子をコードする領域も含んでいる。このプラスミドはJournal of Biochemistry 2003年133巻423-427ページに報告されているものと同じものである。このプラスミドに、融合蛋白5に示される融合蛋白質をコードする配列を挿入した。さらにプロモーターとpolyA sugnalの両端に存在する制限酵素で処理することで、プロモーター、発現遺伝子、polyA signalを含む領域と、とアンピシリン耐性遺伝子を含む領域を分離した。プロモーター、発現遺伝子、polyA signalを含む領域はアガロースゲル電気泳動によって分離精製され、最終的に0.22μmフィルターを通して、2.5 ng/μlとなるようにマイクロインジェクションに用いた。
人工授精のため、雄マウス(C57BL/6J,10週齢)より精子を採取し、前培養を行った。
同じく人工授精のため、過排卵処理(PMSG,hCGを48時間間隔で5IU腹腔内投与)した雌マウス(C57BL/6J ,10週齢)より卵子を採取し、前培養を行った。卵子を含んだ培養液へ精子を入れ、体外受精を行った。5−6時間後に受精卵を洗浄し、前核を確認できる受精卵を選別した。調整したDNAを受精卵の雄性前核へマイクロインジェクションし、翌日まで培養を行った。正常に発生した受精卵を選別し、偽妊娠雌マウス(ICR,10週齢)の卵管へ移植を行った。得られた産仔個体の尾を用いて、導入した遺伝子を有するトランスジェニックマウスが存在することを、PCRおよびサザンブロッティングによって確認した。
導入遺伝子を有するトランスジェニックマウスは、例えば、迷路学習などにより、記憶形成により活性化する神経細胞の特定、活性化の時期、活性化強度などを、ルシフェラーゼの発光により観察することができる。また、導入遺伝子を有するトランスジェニックマウスに薬物を投与して、記憶形成の促進又は阻害を起こす薬物をスクリーニングすることが可能である。
また、アクチンは細胞分裂の際に重合して収縮環を形成する。本発明のプローブ配列を核ゲノムにコードする動物では、細胞分裂が盛んに起きている部位(成長している部位、腫瘍、がん組織)を特定することもができる。
Claims (7)
- 神経活動を可視化するための1分子又は2分子からなるプローブであって、
(1) 融合蛋白1(NLS−lucN末KID−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX−lucC末)もしくは融合蛋白5(NLS−lucN末KID−lucC末)から選択される、1分子からなるプローブ、
(2) 融合蛋白26(NLS−lucN末−KGGRADPAFLYKVE−KID)と融合蛋白33(NLS−KIX−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)との組み合わせ、
融合蛋白34(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KID)と融合蛋白33との組み合わせ、融合蛋白34と融合蛋白44(NLS−lucC末−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX)との組み合わせ、
融合蛋白38(NLS−lucN末−KID)と融合蛋白25(NLS−KIX−KGGRADPAFLYKVE−lucC末)との組み合わせ、融合蛋白38と融合蛋白33との組み合わせ、融合蛋白38と融合蛋白44との組み合わせ、
融合蛋白42(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSGGGGS−KID)と融合蛋白33との組み合わせ、融合蛋白42と融合蛋白44との組み合わせ、
融合蛋白30(NLS−KID−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末)と融合蛋白33との組み合わせ、
融合蛋白23(NLS−KID−KGGRADPAFLYKVE−lucC末)と融合蛋白28(NLS−lucN末−KGGRADPAFLYKVE−KIX)との組み合わせ、融合蛋白23と融合蛋白32(NLS−KIX−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末)との組み合わせ、融合蛋白23と融合蛋白36(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KIX)との組み合わせ、融合蛋白23と融合蛋白41(NLS−lucN末−KIX)との組み合わせ、融合蛋白23と融合蛋白45(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX)との組み合わせ、
融合蛋白27(NLS−lucC末−KGGRADPAFLYKVE−KID)と融合
蛋白36との組み合わせ、融合蛋白27と融合蛋白41との組み合わせ、融合蛋白27と
融合蛋白45との組み合わせ、
融合蛋白39(NLS−lucC末−KID)と融合蛋白36との組み合わせ、融合蛋白39と融合蛋白41との組み合わせ、融合蛋白39と融合蛋白45との組み合わせ、
融合蛋白43(NLS−lucC末−GGGGSGGGGSGGGGS−KID)と融合蛋白28との組み合わせ、融合蛋白43と融合蛋白36との組み合わせ、融合蛋白43と融合蛋白41との組み合わせ、融合蛋白43と融合蛋白45との組み合わせ、
融合蛋白31(NLS−KID−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)と融合蛋白28との組み合わせ、融合蛋白31と融合蛋白36との組み合わせ、融合蛋白31と融合蛋白41との組み合わせ、融合蛋白31と融合蛋白45との組み合わせ、もしくは、融合蛋白31と融合蛋白32との組み合わせ、
から選択される、2分子からなるプローブ、または、
(3) 融合蛋白11(lucN末−KGGRADPAFLYKVE−Actin)と融合蛋白8(Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)との組み合わせ、融合蛋白11と融合蛋白10(lucC末−KGGRADPAFLYKVE−Actin)との組み合わせ、融合蛋白11と融合蛋白19(Actin−lucC末)との組み合わせ、融合蛋白11と融合蛋白21(Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)との組み合わせ、
融合蛋白16(Actin−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−lucN末)と融合蛋白8との組み合わせ、融合蛋白16と融合蛋白10との組み合わせ、融合蛋白16と融合蛋白19との組み合わせ、融合蛋白16と融合蛋白21との組み合わせ、
融合蛋白18(Actin−lucN末)と融合蛋白8との組み合わせ、融合蛋白18と融合蛋白10との組み合わせ、融合蛋白18と融合蛋白19との組み合わせ、融合蛋白18と融合蛋白21との組み合わせ、
融合蛋白20(Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末)と融合蛋白8との組み合わせ、融合蛋白20と融合蛋白10との組み合わせ、融合蛋白20と融合蛋白19との組み合わせ、もしくは、融合蛋白20と融合蛋白21との組み合わせ、
から選択される、2分子からなるプローブ
のいずれか一以上から選択されるプローブ(上記において、lucN末は、配列番号1の1〜1245番目の塩基によりコードされる、ルシフェラーゼのN末端側部分を意味し、lucC末は、配列番号1の1246〜1653番目の塩基によりコードされる、ルシフェラーゼのC末端側部分を意味する)。 - (1) 融合蛋白1もしくは融合蛋白5から選択される、1分子からなるプローブ、
(2) 融合蛋白31と融合蛋白28との組み合わせ、融合蛋白31と融合蛋白36と
の組み合わせ、融合蛋白31と融合蛋白41との組み合わせ、融合蛋白31と融合蛋白4
5との組み合わせ、もしくは、融合蛋白31と融合蛋白32との組み合わせ、
から選択される、2分子からなるプローブ、又は、
(3) 融合蛋白11と融合蛋白10との組み合わせ、融合蛋白11と融合蛋白21と
の組み合わせ、融合蛋白16と融合蛋白19との組み合わせ、融合蛋白16と融合蛋白2
1との組み合わせ、融合蛋白18と融合蛋白21との組み合わせ、もしくは、融合蛋白2
0と融合蛋白21との組み合わせ、
から選択される、2分子からなるプローブ
のいずれか一以上から選択される請求項1に記載のプローブ。 - 神経活動を可視化するためのプローブをコードするDNAであって、
(1) 融合蛋白1(NLS−lucN末KID−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX−lucC末)をコードする配列を含むDNA、もしくは融合蛋白5(NLS−lucN末KID−lucC末)をコードする配列を含むDNA、
(2) 融合蛋白26(NLS−lucN末−KGGRADPAFLYKVE−KID)をコードする配列と融合蛋白33(NLS−KIX−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白34(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KID)をコードする配列と融合蛋白33をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白34をコードする配列と融合蛋白44(NLS−lucC末−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX)をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白38(NLS−lucN末−KID)をコードする配列と融合蛋白25(NLS−KIX−KGGRADPAFLYKVE−lucC末)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白38をコードする配列と融合蛋白33をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白38をコードする配列と融合蛋白44をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白42(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSGGGGS−KID)をコードする配列と融合蛋白33をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白42をコードする配列と融合蛋白44をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白30(NLS−KID−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末)をコードする配列と融合蛋白33をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白23(NLS−KID−KGGRADPAFLYKVE−lucC末)をコードする配列と融合蛋白28(NLS−lucN末−KGGRADPAFLYKVE−KIX)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白23をコードする配列と融合蛋白32(NLS−KIX−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白23をコードする配列と融合蛋白36(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−KIX)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白23をコードする配列と融合蛋白41(NLS−lucN末−KIX)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白23をコードする配列と融合蛋白45(NLS−lucN末−GGGGSGGGGSGGGGS−KIX)をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白27(NLS−lucC末−KGGRADPAFLYKVE−KID)をコードする配列と融合蛋白36をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白27をコードする配列と融合蛋白41をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白27をコードする配列と融合蛋白45をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白39(NLS−lucC末−KID)をコードする配列と融合蛋白36をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白39をコードする配列と融合蛋白41をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白39をコードする配列と融合蛋白45をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白43(NLS−lucC末−GGGGSGGGGSGGGGS−KID)をコードする配列と融合蛋白28をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白43をコードする配列と融合蛋白36をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白43をコードする配列と融合蛋白41をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白43をコードする配列と融合蛋白45をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白31(NLS−KID−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)をコードする配列と融合蛋白28をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白36をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白41をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白45をコードする配列とを含んでなるDNA、もしくは、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白32をコードする配列とを含んでなるDNA、又は、
(3) 融合蛋白11(lucN末−KGGRADPAFLYKVE−Actin)をコードする配列と融合蛋白8(Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白11をコードする配列と融合蛋白10(lucC末−KGGRADPAFLYKVE−Actin)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白11をコードする配列と融合蛋白19(Actin−lucC末)をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白11をコードする配列と融合蛋白21(Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucC末)をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白16(Actin−GGGGSGGGGSKGGRADPAFLYKVE−lucN末)をコードする配列と融合蛋白8をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白16をコードする配列と融合蛋白10をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白16をコードする配列と融合蛋白19をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白16をコードする配列と融合蛋白21をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白18(Actin−lucN末)をコードする配列と融合蛋白8をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白18をコードする配列と融合蛋白10をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白18をコードする配列と融合蛋白19をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白18をコードする配列と融合蛋白21をコードする配列とを含んでなるDNA、
融合蛋白20(Actin−GGGGSGGGGSGGGGS−lucN末)をコードする配列と融合蛋白8をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白20をコードする配列と融合蛋白10をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白20をコードする配列と融合蛋白19をコードする配列とを含んでなるDNA、もしくは、融合蛋白20をコードする配列と融合蛋白21をコードする配列とを含んでなるDNA、
のいずれかから選択されるDNA(上記において、lucN末は、配列番号1の1〜1245番目の塩基によりコードされる、ルシフェラーゼのN末端側部分を意味し、lucC末は、配列番号1の1246〜1653番目の塩基によりコードされる、ルシフェラーゼのC末端側部分を意味する)。 - (1) 融合蛋白1をコードする配列を含むDNA、もしくは融合蛋白5をコードする配列を含むDNA、
(2) 融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白28をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白36をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白41をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白45をコードする配列とを含んでなるDNA、もしくは、融合蛋白31をコードする配列と融合蛋白32をコードする配列とを含んでなるDNA、又は、
(3) 融合蛋白11をコードする配列と融合蛋白10をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白11をコードする配列と融合蛋白21をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白16をコードする配列と融合蛋白19をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白16をコードする配列と融合蛋白21をコードする配列とを含んでなるDNA、融合蛋白18をコードする配列と融合蛋白21をコードする配列とを含んでなるDNA、もしくは、融合蛋白20をコードする配列と融合蛋白21をコードする配列とを含んでなるDNA、
のいずれかから選択されるDNAである、請求項3に記載のDNA。 - 請求項1に記載のプローブを、神経細胞内に産生させるステップと、
ルシフェラーゼの発光を測定するステップと
を含む、神経活動の可視化方法。 - 請求項3に記載のDNAが導入されたげっ歯類。
- 請求項3に記載のDNAが導入されたげっ歯類を用いる記憶形成の神経活動を促進する
物質のスクリーニング方法。
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