JP5788160B2 - Calcium sensor protein using green fluorescent protein or its homologue substituted with amino acid at specific site - Google Patents

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Description

本発明は、特定部位のアミノ酸を置換した緑色蛍光蛋白質(以下、GFP)、又はそのホモログを用いたカルシウムセンサー蛋白質に関する。より具体的には、従来のGFP又はそのホモログを用いたカルシウムセンサー蛋白質よりも更に感度、反応量の優れたカルシウムセンサー蛋白質、及び前記カルシウムセンサー蛋白質をコードするカルシウムセンサー遺伝子に関する。   The present invention relates to a calcium sensor protein using a green fluorescent protein (hereinafter referred to as GFP) substituted with an amino acid at a specific site, or a homologue thereof. More specifically, the present invention relates to a calcium sensor protein having higher sensitivity and reaction amount than a calcium sensor protein using conventional GFP or a homologue thereof, and a calcium sensor gene encoding the calcium sensor protein.

カルシウムは生体にとって、構造の維持に必須である骨の主要な構成成分であると同時に、筋肉の収縮、神経興奮性やホルモン分泌、酵素活性の変化などの各種の細胞機能の調節因子として、生体機能の維持及び調節に不可欠な役割を担っている。このため、生体内(細胞外及び細胞内)のカルシウム変動を探知し、カルシウム濃度を測定するのに用いられるカルシウムセンサーの重要性が高まっている。
カルシウムセンサーは大きく分けて4種類のものがこれまでに開発されている。以下にその概要を示す。
Calcium is a major component of bone that is essential for the maintenance of the structure for the living body, and at the same time as a regulator of various cellular functions such as muscle contraction, nerve excitability, hormone secretion, and changes in enzyme activity. It plays an essential role in maintaining and regulating functions. For this reason, the importance of the calcium sensor used for detecting calcium fluctuation in the living body (extracellular and intracellular) and measuring the calcium concentration is increasing.
Four types of calcium sensors have been developed so far. The outline is shown below.

1)カルシウム感受性の合成色素:カルシウムに感受性のある化学合成された色素であり、現在一般によく使用されている。細胞内において使用する場合は、外部から細胞に取り込ませる必要があるが、特定の細胞のみに色素を取り込ませることは難しく、ガラス針等により細胞に該色素を注入しなければならないという問題点を有する。 1) Calcium-sensitive synthetic pigments: These are chemically synthesized pigments sensitive to calcium, and are currently commonly used. When used in a cell, it is necessary to make the cell take in from outside, but it is difficult to make the dye take in only a specific cell, and the dye must be injected into the cell with a glass needle or the like. Have.

2)エクオリン:カルシウムに反応して発光する蛋白質であり、細胞に直接注入するか、該蛋白質を産生する遺伝子を細胞に導入して使用する。細胞内で機能するためには細胞に補酵素を供給する必要があり、また発光が極めて微弱であるという問題点を有する。 2) Aequorin: a protein that emits light in response to calcium, and is directly injected into a cell, or a gene that produces the protein is introduced into a cell and used. In order to function in a cell, it is necessary to supply a coenzyme to the cell, and there is a problem that luminescence is extremely weak.

3)蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を応用したカルシウム感受性蛋白質:カルシウムに感受性のあるカルモジュリン(CaM)とそれに結合するミオシン軽鎖キナーゼの一部の配列、二つの色の異なるGFP又はそのホモログを結合した蛋白質であり、カルシウムがCaMに結合するとその構造が変化し、FRETを起こして二つのGFPまたはそのホモログの発する蛍光強度が変化することを利用している。該蛋白質は、細胞に直接注入するか、該蛋白質をコードする遺伝子を細胞に取り込ませて使用する。FRETにおる蛍光変化は軽微であり、さらに一般的に用いられているアルゴンレーザーを搭載したレーザー顕微鏡により測定することが出来ないという問題点がある。 3) Calcium-sensitive protein using fluorescence resonance energy transfer (FRET): Calcium-sensitive calmodulin (CaM) and a partial sequence of myosin light chain kinase that binds to it, two different colors of GFP or their homologs This protein utilizes the fact that when calcium binds to CaM, its structure changes, and FRET occurs to change the fluorescence intensity emitted by two GFPs or their homologues. The protein is used by directly injecting into a cell or by allowing a gene encoding the protein to be taken into the cell. There is a problem that the fluorescence change in FRET is slight and cannot be measured by a laser microscope equipped with a commonly used argon laser.

4)一つのGFPからなるカルシウム感受性蛋白質:GFPのアミノ酸配列(配列番号3)の144番と146番の間にCaMを結合したカルシウム感受性蛋白質であり、カルシウムがCaMに結合すると蛋白質の構造が変化し、GFPの発する蛍光強度が変化することを利用している。該蛋白質も、細胞に直接注入するか、その他遺伝子を細胞に取り込ませて使用する。一般にカルシウムに対する感度が低く、実際の細胞では信号/雑音比が低いため、測定が困難であるという問題点を有する。 4) Calcium-sensitive protein consisting of one GFP: a calcium-sensitive protein in which CaM is bound between positions 144 and 146 of the GFP amino acid sequence (SEQ ID NO: 3). When calcium binds to CaM, the structure of the protein changes. And it utilizes that the fluorescence intensity which GFP emits changes. The protein is also used by directly injecting it into cells or by incorporating other genes into cells. In general, since the sensitivity to calcium is low and the signal / noise ratio is low in an actual cell, there is a problem that measurement is difficult.

本発明者らは、上記4)の応用として、GFPの蛍光特性を制御することが可能なカルシウムセンサー蛋白質を作成する方法、並びに該方法により作成されるカルシウムセンサー蛋白質、および該カルシウムセンサー蛋白質をコードするカルシウムセンサー遺伝子を提供し(特許文献1)、カルシウムに対する感度が従来のカルシウムセンサーに比して高く、かつ特定細胞への取り込みが容易であり、更に測定に特別な装置及び補酵素等を必要としないカルシウムセンサー蛋白質の作成に成功している(特許文献2)。   As an application of the above 4), the present inventors have prepared a method for producing a calcium sensor protein capable of controlling the fluorescence characteristics of GFP, a calcium sensor protein produced by the method, and a code for the calcium sensor protein. Provides a calcium sensor gene that can be used (Patent Document 1), has higher sensitivity to calcium than conventional calcium sensors, is easily incorporated into specific cells, and requires special equipment and coenzymes for measurement. Has succeeded in creating a calcium sensor protein (Patent Document 2).

しかし、近年、生体内でのカルシウムの微少な変動を感知する必要性が以前にも増して高まっており、上記特許文献1及び特許文献2のカルシウムセンサー蛋白質をもってしても、十分な成果が上げられない状況となっている。   However, in recent years, there has been an ever-increasing need to detect minute fluctuations of calcium in a living body, and even with the calcium sensor proteins of Patent Document 1 and Patent Document 2, sufficient results have been achieved. The situation is impossible.

特許第3650815号Japanese Patent No. 3650815 特願2009−289789Japanese Patent Application No. 2009-289789

上記事情に鑑み、本発明は、従来のカルシウムセンサーよりも、さらに、感度及び反応性に優れたカルシウムセンサー蛋白質、及び、該蛋白質をコードする遺伝子の提供を目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a calcium sensor protein that is more excellent in sensitivity and reactivity than a conventional calcium sensor, and a gene encoding the protein.

すなわち、本発明は以下の(1)〜(10)に関する。
(1)下記(a)〜(i)のアミノ酸配列を、N末端から順に有することを特徴とするカルシウムセンサー蛋白質:
(a)配列番号1で示されるアミノ酸配列;
(b)3つのアミノ酸からなる配列 Met−Xaa1−Xaa2(ここでXaa1及びXaa2はそれぞれ独立して任意のアミノ酸である)(リンカーX)(配列番号2);
(c)ミオシン軽鎖キナーゼ蛋白質、又はカルモジュリン結合部位を含むその部分アミノ酸配列;
(d)前述の(c)の配列と後述の(e)の配列とを連結する、Thr−Ser、Gly−Ser、Leu−Glu、Thr−Tyr、Thr−Asp、Thr−Cys、Thr−Phe、Thr−Met、Thr−Thr、Thr−Glu、Thr−His及びThr−Leuからなる群より選択される何れか一のアミノ酸配列(リンカーY);
(e)配列番号3で示される配列のX番目〜239番目までのアミノ酸配列であって、154番目及び/又は204番目及び/又は206番目のアミノ酸を他のアミノ酸に置換したもの(ここで、Xは149〜151任意の位置である);
(f)前述の(e)の配列と後述の(g)の配列を連結する、6つのアミノ酸配列からなる配列Gly−Gly−Xaa5−Gly−Gly−Xaa6(ここでXaa5及びXaa6はそれぞれ独立して任意のアミノ酸である)(配列番号4);
(g)配列番号3で示される配列の1番目〜Y番目までのアミノ酸配列であって、106番目及び/又は125番目のアミノ酸を他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列(ここで、Yは141〜148の任意の位置である);
(h)前述の(g)の配列と後述の(i)の配列とを連結するアミノ酸配列Thr−Arg、Phe−Arg、Trp−Arg、Tyr−Arg、Gly−Arg、Ala−Arg又はThr(リンカーZ);
(i)配列番号9で示される配列の2番目〜148番目までのアミノ酸配列であって、36番目及び/又は60番目及び/又は78番目のアミノ酸を他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列。
That is, the present invention relates to the following (1) to (10).
(1) A calcium sensor protein comprising the following amino acid sequences (a) to (i) in order from the N-terminus:
(A) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) a sequence consisting of three amino acids Met-Xaa1-Xaa2 (where Xaa1 and Xaa2 are each independently any amino acid) (linker X) (SEQ ID NO: 2);
(C) a myosin light chain kinase protein, or a partial amino acid sequence thereof comprising a calmodulin binding site;
(D) Thr-Ser, Gly-Ser, Leu-Glu, Thr-Tyr, Thr-Asp, Thr-Cys, Thr-Phe linking the sequence of (c) described above and the sequence of (e) described below. Any one amino acid sequence selected from the group consisting of Thr-Met, Thr-Thr, Thr-Glu, Thr-His and Thr-Leu (linker Y);
(E) an amino acid sequence from the Xth to the 239th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, wherein the 154th and / or 204th and / or 206th amino acids are substituted with other amino acids (where, X is any position from 149 to 151);
(F) A sequence Gly-Gly-Xaa5-Gly-Gly-Xaa6 composed of six amino acid sequences linking the sequence (e) described above and the sequence (g) described later (where Xaa5 and Xaa6 are independent of each other). Any amino acid) (SEQ ID NO: 4);
(G) an amino acid sequence from the first to the Y-th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, wherein the 106th and / or 125th amino acid is substituted with another amino acid (where Y is 141 to 148 any position);
(H) the amino acid sequence Thr-Arg, Phe-Arg, Trp-Arg, Tyr-Arg, Gly-Arg, Ala-Arg or Thr (linkage) between the sequence of (g) described above and the sequence of (i) described later Linker Z);
(I) An amino acid sequence from the 2nd to 148th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 9, wherein the 36th and / or 60th and / or 78th amino acids are substituted with other amino acids.

(2)前記(a)の配列の5番目から10番目に存在するHisの数が0〜5であり、及び/又は前記(a)の配列の2番目のArgが欠失し、及び/又は前記(e)の配列の154番目のアミノ酸がLys、Arg、His、Thr、Ser、Gly若しくはAlaに置換され、及び/又は前記(e)の配列の204番目のアミノ酸がVal、Leu、Ile、Gly若しくはAlaに置換され、及び/又は前記(e)の配列の206番目のアミノ酸がAsn、Gln、Thr、Ser、Gly若しくはAlaに置換され、及び/又は前記(g)の配列の106番目のアミノ酸がTyr、Phe、Trp、Thr、Ser、Gly若しくはAlaに置換され、及び/又は前記(g)の配列の125番目のアミノ酸がVal、Leu、Ile、Gly若しくはAlaに置換され、及び/又は前記(i)の配列において、配列番号9で示される配列の36番目のアミノ酸がLeu、Ile、Val、Gly若しくはAlaに置換され、及び/又は前記(i)の配列において、配列番号9で示される配列の60番目のアミノ酸がAsp、Glu、Gly若しくはAlaに置換され、及び/又は前記(i)の配列において、配列番号9で示される配列の78番目のアミノ酸がTyr、Phe、Trp、Gly若しくはAlaに置換されることを特徴とする上記(1)に記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (2) The number of His present in the 5th to 10th positions of the sequence (a) is 0 to 5 and / or the second Arg of the sequence (a) is deleted, and / or The 154th amino acid of the sequence (e) is substituted with Lys, Arg, His, Thr, Ser, Gly or Ala, and / or the 204th amino acid of the sequence (e) is Val, Leu, Ile, Substituted with Gly or Ala, and / or the 206th amino acid of the sequence of (e) is substituted with Asn, Gln, Thr, Ser, Gly or Ala, and / or the 106th amino acid of the sequence of (g) The amino acid is substituted with Tyr, Phe, Trp, Thr, Ser, Gly or Ala, and / or the 125th amino acid of the sequence (g) is Val, Leu, Ile In the sequence (i), the 36th amino acid of the sequence represented by SEQ ID NO: 9 is substituted with Leu, Ile, Val, Gly or Ala, and / or (i) ), The 60th amino acid of the sequence shown in SEQ ID NO: 9 is substituted with Asp, Glu, Gly or Ala, and / or the 78th sequence of the sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence (i) The calcium sensor protein according to (1) above, wherein the amino acid is substituted with Tyr, Phe, Trp, Gly or Ala.

(3)前記(e)の配列が配列番号3で示される配列の150番目〜239番目までのアミノ酸配列であり、前記(g)の配列が配列番号3で示される配列の1番目〜145番目までのアミノ酸配列であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (3) The sequence of (e) is an amino acid sequence from the 150th to 239th of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, and the sequence of (g) is the first to 145th of the sequence represented by SEQ ID NO: 3. The calcium sensor protein according to (1) or (2) above, which has an amino acid sequence up to

(4)前記(b)の配列が配列番号5若しくは配列番号6で示されるアミノ酸配列であり、及び/又は前記(c)の配列が配列番号7で示されるアミノ酸配列であり、及び/又は前記(f)の配列が配列番号8で示されるアミノ酸配列であることを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (4) The sequence of (b) is an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5 or 6 and / or the sequence of (c) is an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7, and / or The calcium sensor protein according to any one of (1) to (3) above, wherein the sequence (f) is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8.

(5)前記(b)の配列が配列番号6で示されるアミノ酸配列であり、前記(d)の配列がLeu−Gluであり、前記(h)の配列がThr−Argであることを特徴とする上記(4)に記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (5) The sequence of (b) is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6, the sequence of (d) is Leu-Glu, and the sequence of (h) is Thr-Arg, The calcium sensor protein according to (4) above.

(6)前記(e)の配列がアミノ酸の置換を含まない配列番号3で示される配列の150番目〜239番目までのアミノ酸配列であり、前記(g)の配列が配列番号3で示される配列の1番目〜145番目であって、106番目のアミノ酸がTyrに置換され、125番目のアミノ酸がValに置換され、前記(i)の配列において、配列番号9で示される配列の36番目のアミノ酸がLeu置換されていることを特徴とする上記(5)に記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (6) The sequence of (e) is an amino acid sequence from the 150th to the 239th of the sequence represented by SEQ ID NO: 3 that does not include amino acid substitution, and the sequence of (g) is represented by SEQ ID NO: 3. 1st to 145th, wherein the 106th amino acid is substituted with Tyr, the 125th amino acid is substituted with Val, and the 36th amino acid of the sequence represented by SEQ ID NO: 9 in the sequence of (i) above The calcium sensor protein according to (5) above, wherein is substituted with Leu.

(7)前記(e)の配列が配列番号3で示される配列の150番目〜239番目であって、154番目のアミノ酸がLysに置換され、204番目のアミノ酸がValに置換され、前記(g)の配列がアミノ酸の置換を含まない配列番号3で示される配列の1番目〜145番目までのアミノ酸配列であり、前記(i)の配列において、配列番号9で示される配列の第60番目のアミノ酸がAspに置換され、78番目のアミノ酸がTyrに置換されていることを特徴とする上記(5)に記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (7) The sequence of (e) is from position 150 to position 239 of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, wherein the amino acid at position 154 is substituted with Lys, the amino acid at position 204 is substituted with Val, and (g ) Is the first to 145th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 3 that does not include amino acid substitution, and in the sequence of (i), the 60th sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 9 The calcium sensor protein according to (5) above, wherein the amino acid is substituted with Asp and the 78th amino acid is substituted with Tyr.

(8)前記(a)の配列の5番目から10番目に存在するHisの数が5であり、前記(e)の配列が配列番号3で示される配列の150番目〜239番目であって、206番目のアミノ酸がAsnに置換され、前記(g)の配列がアミノ酸の置換を含まない配列番号3で示される配列の1番目〜145番目までのアミノ酸配列であり、前記(i)の配列がアミノ酸の置換を含まない配列番号9で示される配列の2番目〜148番目までの配列であることを特徴とする上記(5)に記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (8) The number of His present from the fifth to the tenth of the sequence of (a) is 5, and the sequence of (e) is the 150th to 239th of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, The 206th amino acid is substituted with Asn, and the sequence of (g) is an amino acid sequence from the 1st to the 145th of the sequence shown in SEQ ID NO: 3 which does not include amino acid substitution, and the sequence of (i) is The calcium sensor protein according to (5) above, which is a sequence from the 2nd to the 148th of the sequence represented by SEQ ID NO: 9 which does not include amino acid substitution.

(9)前記(a)の配列の5番目から10番目に存在するHisの数が5であり、前記(e)の配列が配列番号3で示される配列の150番目〜239番目であって、154番目のアミノ酸がLysに置換され、204番目のアミノ酸がValに置換され、206番目のアミノ酸がAsnに置換され、前記(g)の配列が配列番号3で示される配列の1番目〜145番目であって、106番目のアミノ酸がTyrに置換され、125番目のアミノ酸がValに置換され、前記(i)の配列において、配列番号9で示される配列の36番目のアミノ酸がLeuに置換され、60番目のアミノ酸がAspに置換され、78番目のアミノ酸がTyrに置換されていることを特徴とする上記(5)に記載のカルシウムセンサー蛋白質。 (9) The number of His present from the 5th to the 10th in the sequence of (a) is 5, and the sequence of (e) is the 150th to 239th of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, The amino acid at position 154 is replaced with Lys, the amino acid at position 204 is replaced with Val, the amino acid at position 206 is replaced with Asn, and the sequence (g) is the first to 145th positions of the sequence represented by SEQ ID NO: 3 The amino acid at position 106 is replaced with Tyr, the amino acid at position 125 is replaced with Val, and the amino acid at position 36 in the sequence (i) is replaced with Leu; The calcium sensor protein according to (5) above, wherein the 60th amino acid is substituted with Asp and the 78th amino acid is substituted with Tyr.

(10)上記(1)乃至(9)のいずれかに記載の蛋白質をコードするカルシウムセンサー遺伝子。 (10) A calcium sensor gene encoding the protein according to any one of (1) to (9) above.

本発明により、従来のカルシウムセンサーに比べ、蛍光強度の変化量が、より安定に、かつ高感度なカルシウムセンサー蛋白質の提供が可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a calcium sensor protein in which the amount of change in fluorescence intensity is more stable and sensitive than a conventional calcium sensor.

図1は、カルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP7)のDNAをトランスフェクション法により導入し発現させたヒト子宮癌由来株化細胞(HeLa細胞)の画像図である。FIG. 1 is an image diagram of a human uterine cancer-derived cell line (HeLa cell) into which DNA of a calcium sensor protein (G-CaMP7) has been introduced and expressed by a transfection method. 図2は、ATPに対して、HeLa細胞に発現したカルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP7)の蛍光強度が変化する様子を示すグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing how the fluorescence intensity of a calcium sensor protein (G-CaMP7) expressed in HeLa cells changes with respect to ATP. 図3は、従来のカルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP4)又は本発明のカルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP7)を発現させたHeLa細胞へのATP処理に対する蛍光強度変化量を比較したグラフ図である。FIG. 3 is a graph comparing the amount of change in fluorescence intensity with respect to ATP treatment on HeLa cells expressing the conventional calcium sensor protein (G-CaMP4) or the calcium sensor protein of the present invention (G-CaMP7). 図4は、精製したカルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP4及びG−CaMP7)のカルシウム濃度と蛍光量との関係を示すグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the calcium concentration and the fluorescence amount of purified calcium sensor proteins (G-CaMP4 and G-CaMP7).

本発明のカルシウムセンサー蛋白質は、下記(a)〜(i)のアミノ酸配列を、N末端から順に有することを特徴とする蛋白質である;
(a)配列番号1で示されるアミノ酸配列;
(b)3つのアミノ酸からなる配列 Met−Xaa1−Xaa2(ここでXaa1及びXaa2はそれぞれ独立して任意のアミノ酸である)(リンカーX)(配列番号2);
(c)ミオシン軽鎖キナーゼ蛋白質、又はカルモジュリン結合部位を含むその部分アミノ酸配列;
(d)前述の(c)の配列と後述の(e)の配列とを連結する、Thr−Ser、Gly−Ser、Leu−Glu、Thr−Tyr、Thr−Asp、Thr−Cys、Thr−Phe、Thr−Met、Thr−Thr、Thr−Glu、Thr−His及びThr−Leuからなる群より選択される何れか一のアミノ酸配列(リンカーY);
(e)配列番号3で示される配列のX番目〜239番目までのアミノ酸配列であって、154番目及び/又は204番目及び/又は206番目のアミノ酸を他のアミノ酸に置換したもの(ここで、Xは149〜151任意の位置である);
(f)前述の(e)の配列と後述の(g)の配列を連結する、6つのアミノ酸配列からなる配列Gly−Gly−Xaa5−Gly−Gly−Xaa6(ここでXaa5及びXaa6はそれぞれ独立して任意のアミノ酸である)(配列番号4);
(g)配列番号3で示される配列の1番目〜Y番目までのアミノ酸配列であって、106番目及び/又は125番目のアミノ酸を他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列(ここで、Yは141〜148の任意の位置である);
(h)前述の(g)の配列と後述の(i)の配列とを連結するアミノ酸配列Thr−Arg、Phe−Arg、Trp−Arg、Tyr−Arg、Gly−Arg、Ala−Arg又はThr(リンカーZ);
(i)配列番号9で示される配列の2番目〜148番目までのアミノ酸配列であって、36番目及び/又は60番目及び/又は78番目のアミノ酸を他のアミノ酸に置換したアミノ酸配列。
The calcium sensor protein of the present invention is a protein characterized by having the following amino acid sequences (a) to (i) in order from the N-terminus;
(A) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) a sequence consisting of three amino acids Met-Xaa1-Xaa2 (where Xaa1 and Xaa2 are each independently any amino acid) (linker X) (SEQ ID NO: 2);
(C) a myosin light chain kinase protein, or a partial amino acid sequence thereof comprising a calmodulin binding site;
(D) Thr-Ser, Gly-Ser, Leu-Glu, Thr-Tyr, Thr-Asp, Thr-Cys, Thr-Phe linking the sequence of (c) described above and the sequence of (e) described below. Any one amino acid sequence selected from the group consisting of Thr-Met, Thr-Thr, Thr-Glu, Thr-His and Thr-Leu (linker Y);
(E) an amino acid sequence from the Xth to the 239th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, wherein the 154th and / or 204th and / or 206th amino acids are substituted with other amino acids (where, X is any position from 149 to 151);
(F) A sequence Gly-Gly-Xaa5-Gly-Gly-Xaa6 composed of six amino acid sequences linking the sequence (e) described above and the sequence (g) described later (where Xaa5 and Xaa6 are independent of each other). Any amino acid) (SEQ ID NO: 4);
(G) an amino acid sequence from the first to the Y-th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, wherein the 106th and / or 125th amino acid is substituted with another amino acid (where Y is 141 to 148 any position);
(H) the amino acid sequence Thr-Arg, Phe-Arg, Trp-Arg, Tyr-Arg, Gly-Arg, Ala-Arg or Thr (linkage) between the sequence of (g) described above and the sequence of (i) described later Linker Z);
(I) An amino acid sequence from the 2nd to 148th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 9, wherein the 36th and / or 60th and / or 78th amino acids are substituted with other amino acids.

ここで、配列(a)(配列番号1で示されるアミノ酸配列)は、5番目から10番目がHisで構成されているが、このHisの数は、0〜6の間のいずれであってもよく、好ましくは、0〜5、特に好ましくは5である。また、2番目のArgは存在していても、欠失していてもよい。
また、上記配列(e)、(g)及び(i)は、少なくとも1の配列((e)、(g)又は(i))に上述のアミノ酸置換が含まれていればよく、例えば、配列(e)の204番目と206番目のアミノ酸のみが置換され、配列(g)が配列番号3で示される配列の1番目〜Y番目までのアミノ酸配列であってアミノ酸の置換を含まず(ここで、Yは141〜148の任意の位置である)、配列(i)が配列番号9で示される配列の2番目〜148番目までのアミノ酸配列であってアミノ酸の置換を含まないものであってもよい。
Here, the sequence (a) (amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1) is composed of His at the 5th to 10th positions, and the number of His may be any number between 0 and 6. It is preferably 0 to 5, particularly preferably 5. The second Arg may be present or may be deleted.
In addition, the sequences (e), (g) and (i) need only contain the above-mentioned amino acid substitution in at least one sequence ((e), (g) or (i)). Only the 204th and 206th amino acids of (e) are substituted, and the sequence (g) is the first to Yth amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 3 and does not include amino acid substitution (here Y is an arbitrary position of 141 to 148), and the sequence (i) is an amino acid sequence from the 2nd to the 148th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 9 and does not include amino acid substitution Good.

上記のカルシウムセンサー蛋白質は、主として、改変GFP(e及びgが該当)、(2)機能性分子(c及びiが該当)、(3)リンカー(d、f及びhが該当)から構成されている。   The calcium sensor protein is mainly composed of modified GFP (e and g), (2) functional molecule (c and i), and (3) linker (d, f and h). Yes.

改変GFPとは、蛍光特性に影響を及ぼすホットスポットアミノ酸残基の近傍でGFPのアミノ酸配列を切断して該蛋白質の構造を改変し、さらに特定部位のアミノ酸残基を置換したものである。   The modified GFP is obtained by cleaving the amino acid sequence of GFP in the vicinity of a hot spot amino acid residue that affects the fluorescence properties to modify the structure of the protein, and further substituting the amino acid residue at a specific site.

本発明のGFPは、配列番号3で示されるアミノ酸配列からなる蛋白質である。また、本発明のGFPのホモログとは、配列番号3で示されるアミノ酸と同一又は実質的に同一のアミノ酸配列を含む蛋白質のことである。ここで、「実質的に同一のアミノ酸配列を含む蛋白質」とは、配列番号3で示されるアミノ酸配列と約60%以上、好ましくは約70%以上、より好ましくは約80%,81%,82%,83%,84%,85%,86%,87%,88%,89%,90%,91%,92%,93%,94%,95%,96%,97%,98%,最も好ましくは約99%のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつ、蛍光を発する蛋白質のことであり、例えば、BFP、CFP、GFP、YFP、RFP等のGFP色変異体があげられる。   The GFP of the present invention is a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3. The GFP homologue of the present invention is a protein comprising the same or substantially the same amino acid sequence as the amino acid represented by SEQ ID NO: 3. Here, the “protein containing substantially the same amino acid sequence” is about 60% or more, preferably about 70% or more, more preferably about 80%, 81%, or 82 with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3. %, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, Most preferably, it is a protein that contains an amino acid sequence having about 99% amino acid identity and emits fluorescence, and examples thereof include GFP color mutants such as BFP, CFP, GFP, YFP, and RFP.

あるいは、配列番号3で示されるアミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列を含む蛋白質としては、配列番号3で表わされるアミノ酸配列中の1又は数個(好ましくは、1〜30個程度、より好ましくは1〜10個程度、さらに好ましくは1〜5個)のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、蛍光を発する蛋白質のことである。   Alternatively, as a protein comprising an amino acid sequence substantially the same as the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, one or several (preferably about 1 to 30 amino acids, more preferably, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 is more preferable. Is a protein that consists of an amino acid sequence in which about 1 to 10 amino acids, more preferably 1 to 5 amino acids are deleted, substituted, or added, and emits fluorescence.

本発明において、GFPの蛍光特性に影響を及ぼす「ホットスポットアミノ酸残基」とは、改変GFPを作成する際に、その改変位置の指標となるGFP上のアミノ酸残基であり、該アミノ酸残基の近傍でGFPの構造を改変することにより、所望の改変GFPを作成することを可能とするものである。本発明において推定されるGFPのホットスポットアミノ酸残基は、配列番号3で示されるGFPのアミノ酸配列中、第149番目のアミノ酸である。   In the present invention, the “hot spot amino acid residue” that affects the fluorescence characteristics of GFP is an amino acid residue on GFP that serves as an index of the modified position when creating modified GFP. The desired modified GFP can be created by modifying the structure of GFP in the vicinity of. The hot spot amino acid residue of GFP estimated in the present invention is the 149th amino acid in the amino acid sequence of GFP represented by SEQ ID NO: 3.

GFPの構造を改変するとは、好ましくは、推定されるホットスポットアミノ酸残基の近傍(好ましくは、ホットスポットアミノ酸残基の前後5アミノ酸の範囲内の各位置)でGFPを切断し、さらに切断部位から適切な数のアミノ酸(好ましくは1−10個のアミノ酸)を除去し、必要に応じてGFP本来のN末端と本来のC末端とを適切なアミノ酸配列で連結することをいう。   Modifying the structure of GFP preferably means cleaving GFP in the vicinity of a presumed hot spot amino acid residue (preferably, each position within the range of 5 amino acids before and after the hot spot amino acid residue). An appropriate number of amino acids (preferably 1-10 amino acids) are removed from the GFP, and the GFP original N-terminus and the original C-terminus are linked with an appropriate amino acid sequence as necessary.

特定部位のアミノ酸残基を置換した改変GFPとは、配列番号3で示されるGFPのアミノ酸配列上、特定部位のアミノ酸残基(好ましくは106番目及び/又は125番目及び/又は154番目及び/又は204番目及び/又は206番目のアミノ酸残基)を、いずれかのアミノ酸に置換(例えば、106番目のアミノ酸をTyr、Phe、Trp、Thr、Ser、Gly又はAla、特に好ましくは、Tyrに置換し、及び/又は125番目のアミノ酸をVal、Leu、Ile、Gly又はAla、特に好ましくは、Valに置換し、及び/又は154番目のアミノ酸をLys、Arg、His、Thr、Ser、Gly又はAla、特に好ましくは、Lysに置換し、及び/又は204番目のアミノ酸をVal、Leu、Ile、Gly又はAla、特に好ましくは、Valに置換し、及び/又は206番目のアミノ酸をAsn、Gln、Thr、Ser、Gly又はAla、特に好ましくは、Asnに置換)したGFPを用いて、上記にあるように構造を改変したGFPをいう。   The modified GFP substituted with an amino acid residue at a specific site refers to an amino acid residue at a specific site (preferably the 106th and / or 125th and / or 154th and / or the GFP amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3). (Amino acid residue at position 204 and / or 206) is replaced with any amino acid (for example, the amino acid at position 106 is replaced with Tyr, Phe, Trp, Thr, Ser, Gly or Ala, particularly preferably Tyr. And / or the amino acid at position 125 is replaced by Val, Leu, Ile, Gly or Ala, particularly preferably Val, and / or the amino acid at position 154 is Lys, Arg, His, Thr, Ser, Gly or Ala, Particularly preferably, Lys is substituted and / or the 204th amino acid is Val, Leu, Ile, ly or Ala, particularly preferably, using GFP substituted with Val and / or the 206th amino acid substituted with Asn, Gln, Thr, Ser, Gly or Ala, particularly preferably Asn) The GFP whose structure has been modified as described above.

改変GFPの特に好ましい例としては、配列番号3で示される配列の150番目〜239番目までのアミノ酸配列であって、154番目のアミノ酸をLysに置換し、204番目のアミノ酸をValに置換し、206番目のアミノ酸をAsnに置換したアミノ酸配列をN末端側とし、配列番号3で示される配列の1番目〜145番目までのアミノ酸であって、106番目のアミノ酸をTyrに置換し、125番目のアミノ酸をValに置換したアミノ酸をC末端側として、適切なアミノ酸配列により連結したものが挙げられる。   As a particularly preferred example of the modified GFP, the amino acid sequence from the 150th to the 239th amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, wherein the 154th amino acid is replaced with Lys, the 204th amino acid is replaced with Val, The amino acid sequence in which the 206th amino acid is substituted with Asn is the N-terminal side, the first to 145th amino acids of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, the 106th amino acid is substituted with Tyr, the 125th amino acid Examples include amino acids in which amino acids are substituted with Val and those linked by an appropriate amino acid sequence with the C-terminal side as the amino acid.

機能性分子とは、機能性分子自身が、該分子に作用する因子の結合等の作用により、立体構造に変化を起こし得る分子であって、改変GFPに連結することで、自身の立体構造の変化を該改変GFPに伝え得る分子のことである。この際、該機能性分子は、自身の立体構造の変化を前記改変GFPに伝えることにより、前記改変GFPの立体構造を変化させ、蛍光特性を変化させるように機能する。   A functional molecule is a molecule that can cause a change in the three-dimensional structure by the action of a factor acting on the molecule itself, and is linked to the modified GFP. A molecule that can transmit changes to the modified GFP. At this time, the functional molecule functions to change the three-dimensional structure of the modified GFP by changing the three-dimensional structure of the functional molecule to the modified GFP, thereby changing the fluorescence characteristics.

従って、機能性分子は、自身の立体構造の変化を改変GFPに伝達し改変GFPの構造に変化を及ぼし得る位置で、改変GFPに連結されている必要がある。従って機能性分子は、本来のGFP構造を改変した部分に近接して連結されていることが好ましい。具体的には、GFPを切断した位置にリンカー分子を介して連結されていることが好ましい。   Therefore, the functional molecule needs to be linked to the modified GFP at a position where it can transmit a change in its three-dimensional structure to the modified GFP and affect the structure of the modified GFP. Therefore, it is preferable that the functional molecule is linked in the vicinity of the part where the original GFP structure is modified. Specifically, it is preferable to be linked via a linker molecule to the position where GFP is cleaved.

このような機能性分子は、一分子であってもよいし、二分子以上であってもよい。二分子の場合、機能性分子に作用する因子は、まず一方の機能性分子の立体構造に変化を及ぼし、次いでその立体構造が改変GFPの立体構造に変化を起こさせる。本発明における機能性分子としては、カルモジュリン蛋白質とミオシン軽鎖キナーゼ蛋白質との組み合わせが挙げられる。   Such a functional molecule may be one molecule or two or more molecules. In the case of two molecules, factors acting on the functional molecule first change the three-dimensional structure of one functional molecule, and then the three-dimensional structure changes the three-dimensional structure of the modified GFP. Examples of the functional molecule in the present invention include a combination of a calmodulin protein and a myosin light chain kinase protein.

また、改変GFPに連結する機能性分子は、その機能性分子が生体内で発現している通りの全構造を有する必要はなく、機能性分子に作用する因子が結合する部位のみを有する一部構造であってもよい。本発明における好ましい例としては、カルモジュリン蛋白質、及び配列番号7に示すカルモジュリン結合機能を有するミオシン軽鎖キナーゼの一部を機能性分子として挙げることができる。このような機能性分子を改変GFPに適式に連結することで、該融合蛋白質はカルシウムセンサーとして機能し得る。   In addition, the functional molecule linked to the modified GFP does not have to have the entire structure as the functional molecule is expressed in the living body, and only has a part where a factor acting on the functional molecule binds. It may be a structure. Preferred examples of the present invention include a calmodulin protein and a part of a myosin light chain kinase having a calmodulin binding function shown in SEQ ID NO: 7 as functional molecules. By appropriately linking such a functional molecule to the modified GFP, the fusion protein can function as a calcium sensor.

ここで機能性分子として使用したラットカルモジュリン蛋白質の1番目のアミノ酸から148番目のアミノ酸配列を配列番号9に示す。   The amino acid sequence from the 1st amino acid to the 148th amino acid sequence of the rat calmodulin protein used as a functional molecule is shown in SEQ ID NO: 9.

リンカーとは、上記改変GFPの切断部位、該改変GFPと上記機能性分子間の連結部位、及び改変GFPと機能性分子を連結してなる蛋白質とそのN末端側にあるアミノ酸配列(本発明においては配列番号1で示されるアミノ酸配列)との連結部位に位置する数残基のアミノ酸からなるペプチドである。各リンカー分子を区別するべく、以下のような名称を付している。   The linker is a cleavage site of the modified GFP, a linking site between the modified GFP and the functional molecule, a protein obtained by linking the modified GFP and the functional molecule, and an amino acid sequence on the N-terminal side (in the present invention). Is a peptide consisting of several residues of amino acids located at the linking site to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. In order to distinguish each linker molecule, the following names are given.

改変GFPと機能性分子からなる融合蛋白質全体のN末端に存在する配列番号1で示されるアミノ酸配列(上記配列(a))とミオシン軽鎖キナーゼ蛋白質又はカルモジュリン結合部位を含むその部分アミノ酸配列とを連結するリンカーをリンカーXと称する。リンカーXは、Metを含む任意のアミノ酸配列であるが、好ましくは1〜10残基のアミノ酸ペプチドであり、より好ましくは、3つのアミノ酸からなる配列Met−Xaa1−Xaa2(ここでXaa1及びXaa2はそれぞれ独立して任意のアミノ酸である;配列番号2)、さらに好ましくは、Met−Gly−Thr(配列番号5)またはMet−Val−Asp(配列番号6)である。   The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 (above sequence (a)) present at the N-terminus of the entire fusion protein composed of modified GFP and a functional molecule, and a partial amino acid sequence including a myosin light chain kinase protein or a calmodulin binding site The linker to be linked is called linker X. The linker X is an arbitrary amino acid sequence including Met, but is preferably an amino acid peptide having 1 to 10 residues, more preferably a sequence Met-Xaa1-Xaa2 consisting of three amino acids (where Xaa1 and Xaa2 are Each is independently an arbitrary amino acid; SEQ ID NO: 2), more preferably Met-Gly-Thr (SEQ ID NO: 5) or Met-Val-Asp (SEQ ID NO: 6).

改変GFPのN末端側と機能性分子を連結するリンカーはリンカーYと称し、任意のアミノ酸配列であるが、好ましくは0〜10残基のアミノ酸ペプチドであり、より好ましくは、2つのアミノ酸からなる配列Xaa3−Xaa4(ここでXaa3はロイシン、トレオニン及びグリシンからなる群から選択される何れか一のアミノ酸であり、Xaa4は任意のアミノ酸である)、さらに好ましくは、Thr−Ser,Gly−Ser,Leu−Glu,Thr−Tyr,Thr−Asp,Thr−Cys,Thr−Phe,Thr−Met,Thr−Thr,Thr−Glu,Thr−His,およびThr−Leuからなる群より選択される何れか一のアミノ酸配列であり、特に好ましくは、Leu−Gluである。   The linker that links the N-terminal side of the modified GFP and the functional molecule is referred to as linker Y, and is an arbitrary amino acid sequence, preferably an amino acid peptide of 0 to 10 residues, more preferably composed of two amino acids. The sequence Xaa3-Xaa4 (where Xaa3 is any one amino acid selected from the group consisting of leucine, threonine and glycine, and Xaa4 is any amino acid), more preferably Thr-Ser, Gly-Ser, Any one selected from the group consisting of Leu-Glu, Thr-Tyr, Thr-Asp, Thr-Cys, Thr-Phe, Thr-Met, Thr-Thr, Thr-Glu, Thr-His, and Thr-Leu. Particularly preferred is Leu-Glu.

改変GFPのC末端側と機能性分子を連結するリンカーはリンカーZと称し、Thr−Arg、Phe−Arg、Trp−Arg、Tyr−Arg、Gly−Arg、Ala−Arg又はThrThr−Arg又はThrであり、特に好ましくはThr−Argである。   The linker that links the C-terminal side of the modified GFP and the functional molecule is referred to as linker Z, and is Thr-Arg, Phe-Arg, Trp-Arg, Tyr-Arg, Gly-Arg, Ala-Arg, or ThrThr-Arg or Thr. And Thr-Arg is particularly preferable.

なお、GFPの本来のN末端とC末端とを連結するアミノ酸ペプチドもリンカーであり、好ましくは、アミノ酸2〜10残基からなるペプチドであり、Glyを多く含むものが好ましく、さらに好ましくは、6つのアミノ酸配列からなる配列Gly−Gly−Xaa5−Gly−Gly−Xaa6(ここでXaa5及びXaa6はそれぞれ独立して任意のアミノ酸である;配列番号3)であり、特に好ましい例としては、Gly−Gly−Thr−Gly−Gly−Ser(配列番号8)が挙げられる。   The amino acid peptide that links the original N-terminus and C-terminus of GFP is also a linker, preferably a peptide consisting of 2 to 10 amino acids, preferably containing a large amount of Gly, more preferably 6 A sequence consisting of two amino acid sequences Gly-Gly-Xaa5-Gly-Gly-Xaa6 (where Xaa5 and Xaa6 are each independently any amino acid; SEQ ID NO: 3), and particularly preferred examples include Gly-Gly -Thr-Gly-Gly-Ser (SEQ ID NO: 8).

本発明でのカルシウムセンサー蛋白質とは、当該蛋白質に含まれる機能性分子の立体構造に影響を及ぼす因子であるカルシウムを作用させることで該機能性分子の立体構造に影響を与え、該立体構造の変化がカルシウムセンサー蛋白質に含まれる改変GFPの立体構造に影響を与えることで、該改変GFPの蛍光特性を可逆的に変化させる蛋白質をいう。この変化は、蛍光顕微鏡若しくはレーザー顕微鏡等で捉えることが出来る程度の変化をいい、好ましくは肉眼で捉えることが出来る程度の変化をいう。蛍光特性の変化が蛍光強度の変化である場合、蛍光の変化量ΔF/Fが、好ましくは、少なくとも0.1以上変化すること、より好ましくは1以上の範囲で変化することをいう。   The calcium sensor protein in the present invention affects the three-dimensional structure of the functional molecule by acting calcium, which is a factor affecting the three-dimensional structure of the functional molecule contained in the protein. This refers to a protein that reversibly changes the fluorescence properties of the modified GFP by affecting the three-dimensional structure of the modified GFP contained in the calcium sensor protein. This change refers to a change that can be detected with a fluorescence microscope or a laser microscope, and preferably a change that can be detected with the naked eye. When the change in fluorescence characteristics is a change in fluorescence intensity, it means that the fluorescence change amount ΔF / F preferably changes by at least 0.1 or more, more preferably changes by 1 or more.

本発明において蛍光特性とは、蛍光強度、蛍光波長、蛍光強度比、吸光度、吸光波長などの蛍光特性を指す。本発明では蛍光特性の一例として、蛍光強度を使用する。   In the present invention, the fluorescence characteristics refer to fluorescence characteristics such as fluorescence intensity, fluorescence wavelength, fluorescence intensity ratio, absorbance, and absorption wavelength. In the present invention, fluorescence intensity is used as an example of fluorescence characteristics.

本発明において、蛍光特性が蛍光強度である場合、カルシウムセンサー蛋白質は、蛍光を発する状態と蛍光を発しない状態の臨界状態にある。この臨界状態においてカルシウムセンサー蛋白質は、蛍光を発しない状態にあってもよいし、蛍光強度の低い状態にあってもよい。あるいは蛍光強度の高い状態にあってもよい。ここで、蛍光を発しないとは、光学機器を使用して蛍光を確認できないことをいう。蛍光強度が低いとは、カルシウムの存在により、上記の変化量(ΔF/Fが少なくとも0.1以上変化する量)を示して、蛍光強度が高い状態に変化し得る程度に低いことをいう。同様に、蛍光強度が高いとは、カルシウムの存在により、上記の変化量(ΔF/Fが少なくとも0.1以上変化する量)を示して、蛍光強度が低い状態に変化し得る程度に高いことをいう。   In the present invention, when the fluorescence characteristic is fluorescence intensity, the calcium sensor protein is in a critical state of a state of emitting fluorescence and a state of not emitting fluorescence. In this critical state, the calcium sensor protein may be in a state where it does not emit fluorescence, or may be in a state where fluorescence intensity is low. Or you may exist in a state with high fluorescence intensity. Here, not emitting fluorescence means that fluorescence cannot be confirmed using an optical device. “Low fluorescence intensity” means the above change amount (amount that ΔF / F changes by at least 0.1 or more) due to the presence of calcium and is low enough to change the fluorescence intensity to a high state. Similarly, high fluorescence intensity indicates the amount of change described above (the amount by which ΔF / F changes by at least 0.1) due to the presence of calcium, and is high enough to change the fluorescence intensity to a low state. Say.

本発明におけるカルシウムセンサー蛋白質は、従来のカルシウムセンサー蛋白質に比べ、上記のように配列(a)、改変GFP及びラットカルモジュリンの特定部位のアミノ酸残基を置換し、上記のような特定のリンカーを用いることにより、カルシウム作用時に、より大きな蛍光特性の変化を引き起こすことを特徴とする。ここでより大きな蛍光特性変化とは、蛍光特性の変化が蛍光強度の変化である場合、蛍光の変化量ΔF/Fが、従来のカルシウムセンサー蛋白質よりも大きく、好ましくは、2倍以上増強されることをいう。   Compared with the conventional calcium sensor protein, the calcium sensor protein in the present invention substitutes the amino acid residues at specific sites of sequence (a), modified GFP and rat calmodulin as described above, and uses the specific linker as described above. Thus, it is characterized in that it causes a greater change in fluorescence characteristics during calcium action. Here, the larger change in fluorescence characteristic means that when the change in fluorescence characteristic is a change in fluorescence intensity, the amount of change ΔF / F in fluorescence is larger than that of the conventional calcium sensor protein, and is preferably enhanced two times or more. That means.

融合蛋白質の作成は、公知の遺伝子工学的手法を用いて行うことができる。例えば、融合したい各蛋白質部分をコードする遺伝子(即ち、特定アミノ酸部位の弛緩を伴う改変GFP及び機能性分子をコードする遺伝子)の断片をそれぞれPCRにより作成し、これら断片を繋ぎ合わせることにより融合遺伝子を作成し、次いで、該融合遺伝子を含むプラスミドを所望の細胞に導入して発現させることにより、融合蛋白質は作られる。   The fusion protein can be prepared using a known genetic engineering technique. For example, a fragment of a gene encoding each protein part to be fused (that is, a gene encoding a modified GFP accompanied by relaxation of a specific amino acid site and a functional molecule) is prepared by PCR, and these fragments are joined to form a fusion gene. Then, a fusion protein is produced by introducing a plasmid containing the fusion gene into a desired cell and expressing it.

また、本発明においてカルシウムセンサー遺伝子は、本発明のカルシウムセンサー蛋白質をコードする遺伝子のことをいう。該カルシウムセンサー遺伝子は、上記にあるように、作成したいカルシウムセンサー蛋白質を構成する各構成部分をコードする遺伝子断片をそれぞれPCRにより作成し、次いで、これら各遺伝子断片を連結させることにより、融合遺伝子の形で作成され得る。   In the present invention, the calcium sensor gene refers to a gene encoding the calcium sensor protein of the present invention. As described above, the calcium sensor gene is prepared by PCR by generating gene fragments encoding each component constituting the calcium sensor protein to be prepared, and then linking these gene fragments to form a fusion gene. Can be created in shape.

本発明において作成されたカルシウムセンサー蛋白質は、細胞内及び細胞外でカルシウム濃度をより安定に、かつ高感度に測定することが出来る。   The calcium sensor protein prepared in the present invention can measure calcium concentration more stably and with high sensitivity inside and outside the cell.

例えば、本発明のカルシウムセンサー遺伝子を大腸菌などに導入して予め産生されたカルシウムセンサー蛋白質と検体とを混合することによりカルシウム濃度を測定することが可能である。また、大腸菌などを使用して産生させた蛋白質を、カルシウム濃度を測定したい細胞に直接注入することにより、細胞内のカルシウム濃度を測定することも可能である。あるいは、本発明のカルシウムセンサー遺伝子を、カルシウム濃度を測定したい細胞に導入して細胞に蛋白質を産生させることにより、細胞内のカルシウム濃度を測定することも可能である。   For example, it is possible to measure the calcium concentration by introducing the calcium sensor gene of the present invention into Escherichia coli or the like and mixing a calcium sensor protein produced in advance with a specimen. It is also possible to measure the intracellular calcium concentration by directly injecting a protein produced using Escherichia coli or the like into the cell whose calcium concentration is to be measured. Alternatively, the intracellular calcium concentration can be measured by introducing the calcium sensor gene of the present invention into a cell whose calcium concentration is to be measured and causing the cell to produce a protein.

カルシウム濃度の測定は、ある特定の波長の光(例えば、488nmの励起光)をカルシウムセンサー蛋白質に当てることにより、該蛋白質の発する蛍光特性を光学機器(例えば、レーザー顕微鏡)で検出することにより行う。なお、濃度測定に使用するカルシウムセンサー蛋白質が、どのくらいのカルシウム濃度でどのような蛍光特性を示すのか、予め調べておくことが必要である。具体的には、例えば、大腸菌により産生したカルシウムセンサー蛋白質により、蛍光分光光度計を用いて種々のカルシウム濃度に対する蛍光強度変化を測定しておくことが必要である(例えば、図4を参照のこと)。本測定により、Kd63nM、Hill係数3.8、最大蛍光変化量25.5という結果を得た。   The calcium concentration is measured by applying light of a specific wavelength (for example, excitation light of 488 nm) to the calcium sensor protein and detecting the fluorescence characteristics emitted by the protein with an optical instrument (for example, a laser microscope). . In addition, it is necessary to investigate in advance what fluorescence characteristics the calcium sensor protein used for concentration measurement shows at what calcium concentration. Specifically, it is necessary to measure changes in fluorescence intensity with respect to various calcium concentrations using, for example, a calcium sensor protein produced by Escherichia coli using a fluorescence spectrophotometer (see, for example, FIG. 4). ). By this measurement, results of Kd63nM, Hill coefficient 3.8, and maximum fluorescence change 25.5 were obtained.

以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例はあくまでも例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。   Examples of the present invention are shown below, but these examples are merely illustrative and do not limit the scope of the present invention.

本発明のカルシウムセンサー蛋白質であるG−CaMP7の特性
本発明において開発したカルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP7)は、ヒト子宮癌由来株化細胞であるHeLa細胞に、該蛋白質をコードする遺伝子を導入して、カルシウムセンサーとしての性能評価を行った(図1)。
Characteristics of G-CaMP7, a calcium sensor protein of the present invention The calcium sensor protein (G-CaMP7) developed in the present invention introduces a gene encoding the protein into HeLa cells, which are human uterine cancer-derived cell lines. Then, performance evaluation as a calcium sensor was performed (FIG. 1).

本発明のカルシウムセンサー蛋白質G−CaMP7を、HeLa細胞内にて発現させ、次いで細胞内カルシウムイオン濃度を増大させることが既知である因子として、ATP(0.1mM)を作用させた。その時の反応例を図2に示す。従来のカルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP4など)よりも本発明のカルシウムセンサー蛋白質であるG−CaMP7の方が、より安定に蛍光強度が上昇することがわかった。   The calcium sensor protein G-CaMP7 of the present invention was expressed in HeLa cells, and then ATP (0.1 mM) was allowed to act as a factor known to increase the intracellular calcium ion concentration. An example of the reaction at that time is shown in FIG. It has been found that the fluorescence intensity of G-CaMP7, which is the calcium sensor protein of the present invention, increases more stably than conventional calcium sensor proteins (G-CaMP4 and the like).

本発明のカルシウムセンサー蛋白質G−CaMP7を発現させたHeLa細胞でのATPに対する蛍光強度の変化量は、従来の該カルシウムセンサー蛋白質G−CaMP4のそれに比して、4.2倍大きな蛍光変化を確認した(図3)。また、G−CaMP7は、G−CaMP7が由来するG−CaMP2と比較すると、その蛍光変化は約10倍以上であり、従来のG−CaMP2よりも顕著に優れた効果を発揮するカルシウムセンサー蛋白質である。
さらに、精製したカルシウムセンサー蛋白質(G−CaMP7及びG−CaMP4)のカルシウム濃度と蛍光量との関係を検討した結果、G−CaMP7は、G−CaMP4と比較すると、カルシウムイオンに対する感度が約2倍高く(G−CaMP7のKd値がG−CaMP4のそれより約2倍低く、かつ両者のHill係数は同程度である)、カルシウムイオンの有無での蛍光強度変化量が約4.5倍大きい(カルシウムイオンの有無での蛍光強度の比率を求めると、G−CaMP7は25.5倍であるのに対し、G−CaMP4は5.6倍である)ことを確認した(図4)。
このように本発明のカルシウムセンサー蛋白質は、従来のものに比して、より安定かつ高感度であることが証明されている。
The amount of change in fluorescence intensity for ATP in HeLa cells expressing the calcium sensor protein G-CaMP7 of the present invention was confirmed to be 4.2 times greater than that of the conventional calcium sensor protein G-CaMP4. (FIG. 3). In addition, G-CaMP7 is a calcium sensor protein that exhibits a markedly superior effect over conventional G-CaMP2 because its fluorescence change is about 10 times or more compared to G-CaMP2 from which G-CaMP7 is derived. is there.
Furthermore, as a result of examining the relationship between the calcium concentration of the purified calcium sensor proteins (G-CaMP7 and G-CaMP4) and the amount of fluorescence, G-CaMP7 is approximately twice as sensitive to calcium ions as G-CaMP4. It is high (the Kd value of G-CaMP7 is about twice lower than that of G-CaMP4 and the Hill coefficient of both is about the same), and the amount of change in fluorescence intensity with and without calcium ions is about 4.5 times larger ( When the ratio of the fluorescence intensity with and without calcium ions was determined, it was confirmed that G-CaMP7 was 25.5 times, whereas G-CaMP4 was 5.6 times (FIG. 4).
Thus, it has been proved that the calcium sensor protein of the present invention is more stable and sensitive than conventional ones.

カルシウムセンサー蛋白質G−CaMP7の製法及び測定法
(A)G−CaMP7の製法
(A−1)細菌発現用および哺乳動物発現用のプラスミド構築
G−CaMP7の細菌発現用プラスミドであるpRSET−GCaMP7及び哺乳動物発現用プラスミドであるpN1−GCaMP7は、参考文献1(Proc. Natl. Acad. U.S.A., 103, 4753−4758 (2006))に記載のpRSET−GCaMP2及びpN1−GCaMP2を後述のように改変することによって構築した。
すなわち、まずGCaMP2のアミノ酸配列(配列番号10)においてカルモジュリン部分のMet−36→Leu(配列番号9において36番目のMet)、及びGFP部分のAsn−105→Tyr(配列番号3において106番目のAsn)、Glu−124→Val(配列番号3において125番目のGlu)にアミノ酸置換されるよう、そのcDNA配列(配列番号11)中でカルモジュリン部分のMet−36をコードしている5’−ATG−3’を5’−CTG−3’に、およびGFP部分のAsn−105をコードしている5’−AAC−3’を5’−TAC−3’に、Glu−124をコードしている5’−GAG−3’を5’−GTG−3’に各々変異させてcfGCaMP2を構築した。
Preparation and measurement method of calcium sensor protein G-CaMP7 (A) Production method of G-CaMP7 (A-1) Plasmid construction for bacterial expression and mammalian expression pRSET B -GCaMP7 which is a plasmid for bacterial expression of G-CaMP7 and PN1-GCaMP7, which is a plasmid for mammalian expression, is obtained by using pRSET B- GCaMP2 and pN1-GCaMP2 described in Reference Document 1 (Proc. Natl. Acad. USA, 103, 4753-4758 (2006)). It was constructed by modifying as described below.
That is, first, in the amino acid sequence of GCaMP2 (SEQ ID NO: 10), Met-36 → Leu (the 36th Met in SEQ ID NO: 9) of the calmodulin portion, and Asn-105 → Tyr (the 106th Asn in SEQ ID NO: 3) of the GFP portion. ), Glu-124 → Val (125th Glu in SEQ ID NO: 3) 5'-ATG- encoding Met-36 of the calmodulin moiety in the cDNA sequence (SEQ ID NO: 11) so as to be amino acid substituted. 5 ′ encoding 5′-CTG-3 ′ and 5′-AAC-3 ′ encoding Asn-105 of the GFP moiety 5′-TAC-3 ′ and Glu-124 5 '-GAG-3' was mutated to 5'-GTG-3 'to construct cfGCaMP2.

次に、cfGCaMP2の配列においてGFP部分のMet−153→Lys(配列番号3において154番目のMet)、Thr−203→Val(配列番号3において204番目のThr)、カルモジュリン部分のAsn−60→Asp(配列番号9において60番目のAsn)、およびAsp−78→Tyr(配列番号9において78番目のAsp)にアミノ酸置換されるよう、そのcDNA配列中でGFP部分のMet−153をコードしている5’−ATG−3’を5’−AAG−3’に、Thr−203をコードしている5’−ACC−3’を5’−GTT−3’に、カルモジュリン部分のAsn−60をコードしている5’−AAT−3’を5’−GAT−3’に、およびAsp−78をコードしている5’−GAC−3’を5’−TAC−3’に各々変異させてGCaMP6を構築した。
さらにGCaMP6の配列においてタグ部分のHis6→His5、およびGFP部分のSer−205→Asn(配列番号3において206番目のSer)にアミノ酸置換されるよう、そのcDNA配列中でタグ部分のHis6をコードしている5’−CATCATCATCATCATCAT−3’を5’−CATCATCATCATCAT−3’に、およびGFP部分のSer−205をコードしている5’−TCC−3’を5’−AAT−3’に各々変異させてGCaMP7を構築した。
Next, in the sequence of cfGCaMP2, Met-153 → Lys of the GFP part (154th Met in SEQ ID NO: 3), Thr-203 → Val (204th Thr in SEQ ID NO: 3), Asn-60 → Asp of the calmodulin part It encodes Met-153 of the GFP part in the cDNA sequence so that the amino acid substitution is (Asn at 60th in SEQ ID NO: 9) and Asp-78 → Tyr (Asp at 78th in SEQ ID NO: 9). 5′-ATG-3 ′ is encoded as 5′-AAG-3 ′, 5′-ACC-3 ′ encoding Thr-203 is encoded as 5′-GTT-3 ′, and Asn-60 of the calmodulin moiety is encoded. 5'-AAT-3 'to 5'-GAT-3' and 5'-GAC-3 'encoding Asp-78 to 5'-TAC-3' GCaMP6 was constructed with various mutations.
Furthermore, the tag portion His6 is encoded in the cDNA sequence so that the amino acid substitution is made in the sequence of GCaMP6 from His6 → His5 in the tag portion and Ser-205 → Asn in the GFP portion (206th Ser in SEQ ID NO: 3). 5′-CATCATCATCATCATCAT-3 ′ is mutated to 5′-CATCATCATCATCAT-3 ′, and 5′-TCC-3 ′ encoding Ser-205 of the GFP portion is mutated to 5′-AAT-3 ′. Thus, GCaMP7 was constructed.

より具体的には、1番目にpN1−GCaMP2およびpRSET−GCaMP2をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−ACGGTGCTGCGGTCTCTGGGGCAGA−3’(rCaM−30)(配列番号12)
5’−AGACCGCAGCACCGTCCCCAGCTCCTT−3’ (rCaM−31)(配列番号13)
を用いてPCRによる点変異導入を後述の方法で行い、pN1−GCaMP2(CaM M36L)、およびpRSET−GCaMP2(CaM M36L)を作成した。
More specifically, the following synthetic primer (Operon) using pN1-GCaMP2 and pRSET B -GCaMP2 as templates first:
5′-ACGGTGCTGCGGTCTCTGGGGCAGA-3 ′ (rCaM-30) (SEQ ID NO: 12)
5′-AGACCGCAGCACCGTCCCCAGCTCCTT-3 ′ (rCaM-31) (SEQ ID NO: 13)
The point mutation was introduced by PCR using the method described later to prepare pN1-GCaMP2 (CaM M36L) and pRSET B -GCaMP2 (CaM M36L).

2番目に、pN1−GCaMP2(CaM M36L)およびpRSET−GCaMP2(CaM M36L)をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−GACGGCTACTACAAGACCCGCGCCG−3’(GCaMP−66)(配列番号14)
5’−CTTGTAGTAGCCGTCGTCCTTGAAGAA−3’( GCaMP−67)(配列番号15)
を用いてPCRによる点変異導入を後述の方法で行い、pN1−GCaMP2(N105Y/CaM M36L)およびpRSET−GCaMP2(N105Y/CaM M36L)を作成した。
Secondly, the following synthetic primer (Operon) using pN1-GCaMP2 (CaM M36L) and pRSET B -GCaMP2 (CaM M36L) as a template:
5′-GACGGCTACTACAAGACCCGCGCCG-3 ′ (GCaMP-66) (SEQ ID NO: 14)
5′-CTTGTAGTAGCCGTCGTCCTTGAAGAA-3 ′ (GCaMP-67) (SEQ ID NO: 15)
The point mutation was introduced by PCR using the method described later to prepare pN1-GCaMP2 (N105Y / CaM M36L) and pRSET B -GCaMP2 (N105Y / CaM M36L).

3番目に、pN1−GCaMP2(N105Y/CaM M36L)およびpRSET−GCaMP2(N105Y/CaM M36L)をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−CGCATCGTGCTGAAGGGCATCGACT−3’(GCaMP−68)(配列番号16)
5’−CTTCAGCACGATGCGGTTCACCAGGGT−3’( GCaMP−69)(配列番号17)
を用いてPCRによる点変異導入を後述の方法で行い、pN1−cfGCaMP2およびpRSET−cfGCaMP2を作成した。
Third, the following synthetic primers (Operon) using pN1-GCaMP2 (N105Y / CaM M36L) and pRSET B -GCaMP2 (N105Y / CaM M36L) as templates:
5′-CGCATCGTGCTGAAGGGCATCGACT-3 ′ (GCaMP-68) (SEQ ID NO: 16)
5′-CTTCAGCACGATGCGGTTCACCAGGGT-3 ′ (GCaMP-69) (SEQ ID NO: 17)
PN1-cfGCaMP2 and pRSET B -cfGCaMP2 were prepared by introducing point mutations by PCR using the method described below.

4番目に、pN1−cfGCaMP2およびpRSET−cfGCaMP2をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−GACAACCACTACCTGAGCGTGCAGTCCAAACTTTCGAAAG−3’(GCaMP−84)(配列番号18)
5’−CTTTCGAAAGTTTGGACTGCACGCTCAGGTAGTGGTTGTC−3’( GCaMP−85)(配列番号19)
を用いてPCRによる点変異導入を後述の方法で行い、pN1−cfGCaMP2(T203V)およびpRSET−cfGCaMP2(T203V)を作成した。
Fourth, the following synthetic primers (Operon) using pN1-cfGCaMP2 and pRSET B -cfGCaMP2 as templates:
5′-GACAACCACTACCTGAGCGTGCAGTCCAAACTTTCGAAAG-3 ′ (GCaMP-84) (SEQ ID NO: 18)
5′-CTTTCGAAAGTTTGGACTGCACGCTCAGGTAGTGGTTGTC-3 ′ (GCaMP-85) (SEQ ID NO: 19)
The point mutation was introduced by PCR using the method described below to prepare pN1-cfGCaMP2 (T203V) and pRSET B -cfGCaMP2 (T203V).

5番目に、pN1−cfGCaMP2(T203V)およびpRSET−cfGCaMP2(T203V)をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−CAAGAAAAATGAAATACACAGACAGTGAAGAAGAAATTAG−3’(GCaMP−86corr)(配列番号20)
5’−CTAATTTCTTCTTCACTGTCTGTGTATTTCATTTTTCTTG−3’( GCaMP−87corr)(配列番号21)
を用いてPCRによる点変異導入を後述の方法で行い、pN1−cfGCaMP3およびpRSET−cfGCaMP3を作成した。
Fifth, using pN1-cfGCaMP2 (T203V) and pRSET B -cfGCaMP2 (T203V) as templates, the following synthetic primers (Operon)
5′-CAAGAAAAATGAAATACACAGACAGTGAAGAAGAAATTAG-3 ′ (GCaMP-86corr) (SEQ ID NO: 20)
5′-CTAATTTCTTCTTCACTGTCTGTGTATTTCATTTTTCTTG-3 ′ (GCaMP-87corr) (SEQ ID NO: 21)
PN1-cfGCaMP3 and pRSET B -cfGCaMP3 were prepared by introducing point mutations by PCR using the method described below.

6番目に、pN1−cfGCaMP3およびpRSET−cfGCaMP3をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−GAACGTCTATATCAAGGCCGACAAGCAG−3’(GFP(M153K))(配列番号22)
5’−GATGCCGACGGTGATGGCACAATCG−3’(CaM(N60D))(配列番号23)
を用いてPCRによる同時多点変異導入を後述の方法で行い、pN1−GCaMP6およびpRSET−GCaMP6を作成した。
Sixth, using pN1-cfGCaMP3 and pRSET B -cfGCaMP3 as templates, the following synthetic primers (Operon)
5′-GAACGTCTATATCAAGGCCGACAAGCAG-3 ′ (GFP (M153K)) (SEQ ID NO: 22)
5′-GATGCCGACGGTGATGGCACAATCG-3 ′ (CaM (N60D)) (SEQ ID NO: 23)
PN1-GCaMP6 and pRSET B -GCaMP6 were prepared by performing simultaneous multipoint mutagenesis by PCR using the method described below.

7番目に、pRSET−GCaMP6をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−TCAGATCTCGCCACCATGCGGGGTTCTCATCATCATCATCAT−3’(N1RSETmod)(配列番号24)
5’−ATATTTCGAAAGTTTNNNCTGNNNGCTCAGGTAGTGGTTGTCGGG−3’(GCaMP−44)(配列番号25)
を用いてセミランダムにPCRによる変異導入を後述の方法で行った。このPCR産物で大腸菌KRXを形質転換して明るく緑色蛍光を発し、かつカルシウムの有無での明るさの差が大きいGCaMP6の変異体クローンをスクリーニングした結果、GCaMP6(His5/S205N)を発見した。このクローンをGCaMP7(配列番号26(アミノ酸配列)、配列番号27(核酸配列))と命名した。
Seventh, using pRSET B -GCaMP6 as a template, the following synthetic primer (Operon)
5′-TCAGATCTCGCCACCATGCGGGGTTCTCATCATCATCATCAT-3 ′ (N1RSETmod) (SEQ ID NO: 24)
5′-ATATTTCGAAAGTTTNNNCTGNNNGCTCAGGTAGTGGTTGTCGGG-3 ′ (GCaMP-44) (SEQ ID NO: 25)
The mutation was introduced semi-randomly by PCR using the method described below. E. coli KRX was transformed with this PCR product, and a GCaMP6 mutant clone with a bright green fluorescence and a large difference in brightness with and without calcium was screened. As a result, GCaMP6 (His5 / S205N) was discovered. This clone was named GCaMP7 (SEQ ID NO: 26 (amino acid sequence), SEQ ID NO: 27 (nucleic acid sequence)).

引き続きpRSET−GCaMP7をテンプレートとして以下の合成プライマー(Operon)
5’−TCAGATCTCGCCACCATGCGGGGTTCTCATCATCATCATCAT−3’( N1RSETmod)(配列番号28)
5’−GCGCGGCCGCTCACTTCGCTGTCATCATTTGTAC−3’(rCaM−10)(配列番号29)
を用いてGCaMP7の全長cDNAを後述のPCR法で増幅し、BglIIとNotIで消化した1.37kbの断片をpN1−GCaMP6をBglIIとNotIで消化した3.94kbの断片とLigationさせてpN1−GCaMP7を作成した。
Subsequently, the following synthetic primer (Operon) using pRSET B -GCaMP7 as a template
5′-TCAGATCTCGCCACCATGCGGGGTTCTCATCATCATCATCAT-3 ′ (N1RSETmod) (SEQ ID NO: 28)
5′-GCGCGGCCGCTCACTTCGCTGTCATCATTTGTAC-3 ′ (rCaM-10) (SEQ ID NO: 29)
The full-length cDNA of GCaMP7 was amplified by the PCR method described below, and a 1.37 kb fragment digested with BglII and NotI was ligated with a 3.94 kb fragment digested with BglII and NotI to pN1-GCaMP7. It was created.

PCRによる点変異導入は、QuikChangeII XL Site−Directed Mutagenesis Kit(Agilent)を用い、操作はそのマニュアルに従って行った。詳細には、テンプレートのプラスミドを5ng、10xバッファーを2.5μl、2.5mMのdNTPを0.5μl、各10μMのプライマーを1μlずつ、QuikSolutionを1μl、Pfu DNA polymeraseを0.5μl、水を加えて全量を25μlとした混合液を下記の条件に付した。   Point mutation introduction by PCR was performed using a QuikChange II XL Site-Directed Mutagenesis Kit (Agilent) according to the manual. Specifically, 5 ng of the template plasmid, 2.5 μl of 10 × buffer, 0.5 μl of 2.5 mM dNTP, 1 μl of each 10 μM primer, 1 μl of Quik Solution, 0.5 μl of Pfu DNA polymerase, and water were added. Then, the mixed solution with a total volume of 25 μl was subjected to the following conditions.

ステップ1
摂氏95度 1分
ステップ2
摂氏95度 50秒
摂氏60度 50秒
摂氏68度 5分
上記を18サイクル
ステップ3
摂氏68度 7分
上記混合液に20U/μlのDpnI(Agilent)を0.5μl加えて摂氏37度で1時間処理し、XL−10Goldに形質転換して出現したカナマイシン耐性またはアンピシリン耐性の大腸菌より回収した。
Step 1
95 degrees Celsius 1 minute step 2
95 degrees Celsius 50 seconds 60 degrees Celsius 50 seconds 68 degrees Celsius 5 minutes 18 cycles step 3
68 degrees Celsius 7 minutes Add 0.5 μl of 20 U / μl DpnI (Agilent) to the above mixed solution, treat at 37 degrees Celsius for 1 hour, and transform from XL-10 Gold to emerge from kanamycin resistant or ampicillin resistant Escherichia coli. It was collected.

PCRによる同時多点変異導入にはQuikChange Lightning Multi−Site Directed Mutagenesis Kit (Agilent)を用い、操作はそのマニュアルに従って行った。詳細には、100ng/μlのテンプレートのプラスミドを1μl、10xバッファーを2.5μl、2.5mMのdNTPを1μl、各10μMのプライマーを0.6μlずつ、Pfu DNA polymeraseを1μl、水を加えて全量を25μlとした混合液を下記の条件に付した。   For simultaneous multipoint mutation introduction by PCR, QuikChange Lighting Multi-Site Directed Mutagenesis Kit (Agilent) was used, and the operation was performed according to the manual. Specifically, 1 μl of 100 ng / μl template plasmid, 2.5 μl of 10 × buffer, 1 μl of 2.5 mM dNTP, 0.6 μl of 10 μM each primer, 1 μl of Pfu DNA polymerase, and the total amount by adding water Was mixed under the following conditions.

ステップ1
摂氏95度 1分
ステップ2
摂氏95度 1分
摂氏55度 1分
摂氏65度 9分
上記を30サイクル
多点変異を含むプラスミドの上記混合液の全量に20U/μlのDpnI(Agilent)を1μl加えて摂氏37度で1時間処理し、この処理後の多点変異を含むプラスミドは後述のようにXL−10Goldに形質転換して出現したカナマイシン耐性またはアンピシリン耐性の大腸菌より回収した。
Step 1
95 degrees Celsius 1 minute step 2
95 degrees Celsius 1 minute 55 degrees Celsius 1 minute 65 degrees Celsius 9 minutes 30 cycles of the above Add 1 μl of 20 U / μl DpnI (Agilent) to the total amount of the above mixture of plasmids containing the multipoint mutation for 1 hour at 37 degrees Celsius After the treatment, the plasmid containing the multipoint mutation was recovered from kanamycin-resistant or ampicillin-resistant Escherichia coli that appeared after transformation into XL-10 Gold as described below.

PCR法での任意配列の増幅は、テンプレートのプラスミドを100ng、10μMのフォワードプライマーを1μl、10μMのリバースプライマーを1μl、PrimeSTAR Max Premix(Takara)を5μl、水を加えて全量を10μlとした混合液を下記の条件に付して行った。   Amplification of an arbitrary sequence by the PCR method is a mixed solution in which a template plasmid is 100 ng, 10 μM forward primer is 1 μl, 10 μM reverse primer is 1 μl, PrimeSTAR Max Premix (Takara) is 5 μl, and water is added to make a total volume of 10 μl. Was conducted under the following conditions.

ステップ1
摂氏98度 10秒
ステップ2
摂氏98度 10秒
摂氏55度 10秒
摂氏72度 25秒
上記を30サイクル
ステップ3
摂氏72度 30秒
上記混合液のうち10μlを下記の方法でアガロース電気泳動に付し、PCR産物の確認を行った。
Step 1
98 degrees Celsius 10 seconds step 2
98 degrees Celsius 10 seconds 55 degrees Celsius 10 seconds 72 degrees Celsius 25 seconds
72 degrees Celsius 30 seconds 10 μl of the above mixture was subjected to agarose electrophoresis by the following method to confirm the PCR product.

制限酵素によるDNAの切断はNEB社、Toyobo社、またはTakara社の制限酵素、およびその添付バッファーと添付Bovine Serum Albumin(100xBSA)を用いて行った。反応は、1〜2μgのDNAに添付バッファー(3μl)、添付100xBSA(0.3μl)および各制限酵素(10ユニット)を加えて全量を30μlとした中で、摂氏37度で1〜3時間行った。   Cleavage of DNA with restriction enzymes was performed using NEB, Toyobo, or Takara restriction enzymes, and their attached buffers and attached Bovine Serum Albumin (100 × BSA). The reaction was performed at 37 ° C. for 1 to 3 hours by adding 1 to 2 μg of DNA to the attached buffer (3 μl), attached 100 × BSA (0.3 μl) and each restriction enzyme (10 units) to a total volume of 30 μl. It was.

アガロースゲル(Agarose LE、ナカライテスク)は、TAEバッファー(4.98g/l Tris base(ナカライテスク)、1.142ml/l氷酢酸(ナカライテスク)、1mM EDTA(pH8)(Dojindo))にて加熱溶解し、1%または2%となるように調製した。λHindIII digest(Toyobo)または100bp DNA Ladder(Toyobo)をDNAサイズマーカーとして、DNA試料は制限酵素に添付されている10xサンプルバッファーを1/10量と、DMSO(Sigma)にて100倍希釈したSYBR Green I(Invitrogen)を1/10量加えたものを、TAEバッファーを用いて100Vにて電気泳動を行い、Safe Imager(Invitrogen)を用いて検出した。   Agarose gel (Agarose LE, Nacalai Tesque) was heated with TAE buffer (4.98 g / l Tris base (Nacalai Tesque), 1.142 ml / l glacial acetic acid (Nacalai Tesque), 1 mM EDTA (pH 8) (Dojindo)). Dissolved and prepared to 1% or 2%. Using λHindIII digest (Toyobo) or 100 bp DNA Ladder (Toyobo) as a DNA size marker, the DNA sample is a SYBR Green diluted 100-fold with DMSO (Sigma) in 1/10 volume of 10 × sample buffer attached to the restriction enzyme. What added 1/10 amount of I (Invitrogen) was electrophoresed at 100V using TAE buffer, and detected using Safe Imager (Invitrogen).

ゲルからのDNAの回収にはMagExtractor(Toyobo)を用い、操作はそのマニュアルに従って行った。詳細には、まずアガロースゲル電気泳動後Safe Imager上で目的のバンドをなるべく小さくなるようにメスで切り出し、吸着液を400μl加えて室温に放置してゲルを完全に溶解させた。次に磁性ビーズを30μl加えて時々撹拌しながら室温に2分放置した。DNAを吸着した磁性ビーズはマグネットスタンドを用いて吸着し、上清は捨てた。回収した磁気ビーズに洗浄液を600μl加えてボルテックスミキサーで10秒撹拌し、マグネットスタンドを用いてDNAを吸着した磁性ビーズを同様の手法で回収した。これに75%エタノールを1ml加えてボルテックスミキサーで10秒撹拌し、DNAを吸着した磁性ビーズはマグネットスタンドを用いて回収した。これをスピンダウンして完全に上清を捨て、55度で2分間乾燥させた後、水又はTEを25〜100μl加えて時々撹拌しながら、室温で2分間放置した。DNAを解離させた後の磁性ビーズはマグネットスタンドを用いて分離し、DNAを含む上清を回収した。   MagExtractor (Toyobo) was used for DNA recovery from the gel, and the operation was performed according to the manual. Specifically, first, after agarose gel electrophoresis, the target band was cut out with a scalpel so as to be as small as possible on the Safe Imager, and 400 μl of the adsorbed solution was added and left at room temperature to completely dissolve the gel. Next, 30 μl of magnetic beads were added and left at room temperature for 2 minutes with occasional stirring. The magnetic beads adsorbed with DNA were adsorbed using a magnet stand, and the supernatant was discarded. 600 μl of the washing solution was added to the collected magnetic beads and stirred for 10 seconds with a vortex mixer, and the magnetic beads adsorbed with DNA using a magnetic stand were collected by the same method. 1 ml of 75% ethanol was added thereto and stirred for 10 seconds with a vortex mixer, and the magnetic beads adsorbed with DNA were collected using a magnet stand. This was spun down, and the supernatant was completely discarded. After drying at 55 ° C. for 2 minutes, 25 to 100 μl of water or TE was added and allowed to stand at room temperature for 2 minutes with occasional stirring. The magnetic beads after the DNA was dissociated were separated using a magnet stand, and the supernatant containing the DNA was collected.

Ligation反応にはDNA Ligation Kit Ver.2(Takara)を用い、操作はそのマニュアルに従って行った。詳細には、約25fmolのプラスミドベクターおよび約25〜250fmolのインサートDNAの混合溶液に等量のLigation Mixを添加して混和した後、摂氏16度℃で30分間反応させた。   In the Ligation reaction, DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara) was used and the operation was performed according to the manual. Specifically, an equal volume of Ligation Mix was added to and mixed with a mixed solution of about 25 fmol of plasmid vector and about 25 to 250 fmol of insert DNA, and then reacted at 16 ° C. for 30 minutes.

形質転換はE.coliコンピテントセルDH5a(Takara)、XL−10Gold(Agilent)、またはKRX(Takara)を用いて行った。詳細には、100μlのコンピテントセルを氷上にて溶解し、DNA溶液1μlまたはLigation反応液1μlを加えて氷上で30分間放置した後、摂氏42度で45秒間加熱した。その後さらに氷上で5分間放置し、LB培地500μlを加えて摂氏37度で1時間培養後、100μg/mlのアンピシリンまたは50μg/mlのカナマイシン(Wako Chemicals)を含む選択培地(LB培地)に植えて、摂氏37度にて一晩培養した。翌日、コロニーを100μg/mlのアンピシリンまたは50μg/mlのカナマイシンを含む1〜5mlの液体培地(LB培地)に植えつぎ、摂氏37度にて16時間培養した。   Transformation is performed in E. coli. E. coli competent cells DH5a (Takara), XL-10 Gold (Agilent), or KRX (Takara) were used. Specifically, 100 μl of competent cells were dissolved on ice, 1 μl of DNA solution or 1 μl of ligation reaction solution was added and left on ice for 30 minutes, and then heated at 42 degrees Celsius for 45 seconds. Thereafter, the mixture is further left on ice for 5 minutes, added with 500 μl of LB medium, cultured at 37 ° C. for 1 hour, and then planted in a selective medium (LB medium) containing 100 μg / ml ampicillin or 50 μg / ml kanamycin (Wako Chemicals). Incubate overnight at 37 degrees Celsius. The next day, the colonies were inoculated into 1 to 5 ml of liquid medium (LB medium) containing 100 μg / ml ampicillin or 50 μg / ml kanamycin and cultured at 37 degrees Celsius for 16 hours.

大腸菌からのプラスミドの回収にはMiniprep Kit(Qiagen)を用い、操作はそのマニュアルに従って行った。詳細には、まず5mlの大腸菌培養液を約2000xg、10分の遠心に付し、上清をデカンテーションまたはピペッティングで除去して大腸菌の沈殿を得た。この沈殿に氷冷したRNase入りP1バッファーを250μl加えてサスペンドし、P2バッファーを250μl加えて室温に5分放置してアルカリSDSにより菌体を破砕した。その後N3バッファーを350μl加えて中性化した。その菌体破砕液をspin columnに移し、約13200xg、30秒〜1分の遠心に付してプラスミドをカラムに吸着させた。カラム素通り液はデカンテーションにて除去した。次にカラムにPEバッファーを750μl加えて約13200xg、30秒〜1分の遠心に付してカラムを洗浄した。カラム素通り液はデカンテーションにて除去した。さらにバッファーを加えずにもう一度約13200xg、30秒〜1分の遠心に付してカラムに残った液滴を完全に除去した。カラムを新しい回収用マイクロチューブにとりつけ、カラムにEBバッファーを50μl加えて約13200xg、30秒〜1分の遠心に付してカラムからプラスミドを溶出し回収した。   Miniprep Kit (Qiagen) was used to recover the plasmid from E. coli, and the operation was performed according to the manual. Specifically, 5 ml of the E. coli culture solution was first centrifuged at about 2000 × g for 10 minutes, and the supernatant was removed by decantation or pipetting to obtain an E. coli precipitate. To this precipitate, 250 μl of ice-cooled RNase-containing P1 buffer was added and suspended, 250 μl of P2 buffer was added and left at room temperature for 5 minutes, and the cells were disrupted with alkaline SDS. Thereafter, 350 μl of N3 buffer was added for neutralization. The cell disruption solution was transferred to a spin column and centrifuged at about 13200 × g for 30 seconds to 1 minute to adsorb the plasmid to the column. The column passage liquid was removed by decantation. Next, 750 μl of PE buffer was added to the column, and the column was washed by centrifugation at about 13200 × g for 30 seconds to 1 minute. The column passage liquid was removed by decantation. Further, the liquid droplets remaining on the column were completely removed by centrifugation at about 13200 × g for 30 seconds to 1 minute without adding any buffer. The column was attached to a new collection microtube, 50 μl of EB buffer was added to the column, and centrifuged at about 13200 × g for 30 seconds to 1 minute to elute and collect the plasmid from the column.

LB液体培地
10g/l Bacto−tryptone(ナカライテスク)、5g/l Bacto−yeast extract(ナカライテスク)、5g/l NaCl(ナカライテスク)、1g/l glucose(Wako Chemicals)。オートクレーブにて滅菌して調製。
LB liquid medium 10 g / l Bacto-tryptone (Nacalai Tesque), 5 g / l Bacto-yeast extract (Nacalai Tesque), 5 g / l NaCl (Nacalai Tesque), 1 g / l glucose (Wako Chemicals). Sterilized in an autoclave.

LB寒天培地
10g/l Bacto−tryptone(ナカライテスク)、5g/l Bacto−yeast extract(ナカライテスク)、5g/l NaCl(ナカライテスク)、1g/l glucose(Wako Chemicals)、15g/l Agar(ナカライテスク)。オートクレーブにて滅菌後、温度が45度程度まで下がったところで抗生物質(100μg/mlのアンピシリンまたは50μg/mlのカナマイシン(Wako Chemicals))を加え、プラスチックディシュに流し込んで調製。
LB agar medium 10 g / l Bacto-tryptone (Nacalai Tesque), 5 g / l Bacto-yeast extract (Nacalai Tesque), 5 g / l NaCl (Nacalai Tesque), 1 g / l glucose (Wako Chemicals), 15 g / l Agar Tesque). After sterilization in an autoclave, when the temperature drops to about 45 degrees, antibiotics (100 μg / ml ampicillin or 50 μg / ml kanamycin (Wako Chemicals)) are added and poured into a plastic dish.

TE(pH8)(10mM Tris−HCl, 1mM EDTA)(Wako Chemicals)   TE (pH 8) (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA) (Wako Chemicals)

(A−2)蛋白質の精製
G−CaMP7蛋白質の精製にはこれらの蛋白質がHisタグを持っていることを利用して、Hisタグに特異的に結合するNi−NTA agarose(Qiagen)を用い、操作はそのマニュアルに従って行った。詳細には、pRSET−GCaMP7をE.coliコンピテントセルKRXに形質転換し、100μg/mlのアンピシリンを含むLB選択培地に植え、摂氏37度で一晩培養した。コロニーを100μg/mlのアンピシリンを含む10mlの液体培地(LB培地)に植えつぎ、摂氏37度にて16時間培養した。培養液10mlをさらに100μg/mlのアンピシリンを含む200mlの液体培地(LB培地)に植えつぎ、吸光度OD600で0.5〜1となるまで摂氏37度で培養した後、最終濃度が1%になるようにラムノース(プロメガ)を加えて、摂氏18〜225度で4〜5時間さらに培養した。
(A-2) Purification of protein G-CaMP7 protein is purified using Ni-NTA agarose (Qiagen), which specifically binds to the His tag, using the fact that these proteins have His tags. The operation was performed according to the manual. Specifically, pRSET B -GCaMP7 E. coli competent cells KRX were transformed into LB selection medium containing 100 μg / ml ampicillin and cultured overnight at 37 degrees Celsius. The colony was inoculated into 10 ml of liquid medium (LB medium) containing 100 μg / ml ampicillin and cultured at 37 degrees Celsius for 16 hours. 10 ml of the culture solution is further planted in 200 ml of liquid medium (LB medium) containing 100 μg / ml ampicillin and cultured at 37 degrees Celsius until the absorbance OD600 is 0.5 to 1, after which the final concentration becomes 1%. Rhamnose (Promega) was added and cultured at 18-225 degrees Celsius for 4-5 hours.

3000回転15分遠心して(6200遠心機、Kubota)、大腸菌を回収した。1mlのLB培地で大腸菌を懸濁した。摂氏−20度で30分凍らせたのち、室温で30分解凍した。もう1度凍結、解凍を繰り返した。氷上で冷やした40mlのsuspension buffer(25mM Tris−HCl(pH8)(Sigma)、1mM 2−メルカプトエタノール(ナカライテスク)、蛋白分解酵素阻害剤(0.1mM PMSF、5μg/ml ロイペプチン(Wako Chemicals))を加え、よく混ぜて大腸菌を懸濁した。摂氏4度にて100,000xgで15分間遠心し、上清を得た。5M NaClを最終濃度が0.3Mとなるように加え、2mlの50% Ni−NTA agarose(Qiagen;蛋白質結合能5〜10mg/mlレジン)をさらに加えて1時間室温でおだやかに混ぜて反応させた。反応液を空のカラム(エコノカラム;カラムサイズ 〜20ml(Bio−Rad))に移し、余分の液がカラムから滴下してなくなるのを待った。10mlの洗浄液(50mM NaHPO(pH8)(ナカライテスク)、0.3M NaCl、20mM imidazole(ナカライテスク))で2回洗浄した後、3〜4mlの回収液(50mM NaHPO(pH8)(ナカライテスク)、0.3M NaCl、250mM imidazole(ナカライテスク))にて溶出し、Hisタグ付きの蛋白質をカラムから回収した。次に、回収した液を透析チューブ(Sankoujunyaku)に入れて125mlまたはそれ以上のKMバッファー(0.1M KCl(ナカライテスク)、20mM MOPS−Tris(pH7.5)(Dojindo))で摂氏4度にて透析した。KMバッファーは4〜5時間ごとに交換し、液交換を3回以上行った後、透析チューブから蛋白質の溶液を回収した。 After centrifugation at 3000 rpm for 15 minutes (6200 centrifuge, Kubota), E. coli was recovered. Escherichia coli was suspended in 1 ml of LB medium. After freezing at -20 degrees Celsius for 30 minutes, it was thawed at room temperature for 30 minutes. Freezing and thawing were repeated once more. 40 ml suspension buffer (25 mM Tris-HCl (pH 8) (Sigma), 1 mM 2-mercaptoethanol (Nacalai Tesque)), protease inhibitor (0.1 mM PMSF, 5 μg / ml leupeptin (Wako Chemicals)) chilled on ice Suspended Escherichia coli at 4 degrees Celsius and centrifuged at 100,000 xg for 15 minutes to obtain a supernatant, 5M NaCl was added to a final concentration of 0.3M, and 2ml of 50ml was added. % Ni-NTA agarose (Qiagen; protein binding ability 5 to 10 mg / ml resin) was further added, and the mixture was gently mixed at room temperature for 1 hour to allow the reaction to proceed, and the reaction solution was added to an empty column (Econo column; column size ˜20 ml (Bio- Rad)) and the excess liquid is not dripped from the column. After washing twice with 10 ml of washing solution (50 mM NaH 2 PO 4 (pH 8) (Nacalai Tesque), 0.3 M NaCl, 20 mM imidazole (Nacalai Tesque)), 3 to 4 ml of recovery solution (50 mM The His-tagged protein was recovered from the column by elution with NaH 2 PO 4 (pH 8) (Nacalai Tesque), 0.3 M NaCl, 250 mM imidazole (Nacalai Tesque). In sanko junyaku), it was dialyzed with 125 ml or more of KM buffer (0.1 M KCl (Nacalai Tesque), 20 mM MOPS-Tris (pH 7.5) (Dojindo)) at 4 degrees Celsius. After changing every hour, and after changing liquids 3 times or more It was recovered solution of the protein from the dialysis tube.

蛋白質の濃度測定にはプロテインアッセイキット(Bio−Rad)を用い、操作はそのマニュアルに従ってBradford法(Bradford, M. M. Anal. Biochem. 1976, 72, 248―254.)で測定した。まず、10〜200μg/mlとなるように水で希釈した蛋白質の溶液50μlにBradford試薬を1ml加えて30分後に595nmの吸光度を測定した。蛋白質の基準濃度は牛血清アルブミンを基準蛋白質として用いて測定して求めた。測定は室温にて行った。   The protein concentration was measured using a protein assay kit (Bio-Rad), and the operation was measured by the Bradford method (Bradford, M. M. Anal. Biochem. 1976, 72, 248-254.) According to the manual. First, 1 ml of Bradford reagent was added to 50 μl of a protein solution diluted with water to 10 to 200 μg / ml, and the absorbance at 595 nm was measured 30 minutes later. The reference concentration of the protein was determined by measuring using bovine serum albumin as the reference protein. The measurement was performed at room temperature.

(B)G−CaMP7を用いた測定法
(B−1)カルシウム結合能の測定
G−CaMP7蛋白質のカルシウム結合能はさまざまなカルシウム濃度溶液中における蛍光強度を測定して得られたカルシウム濃度―蛍光強度の容量反応曲線に基づいて算出した。既述のように精製したG−CaMP7蛋白質はKMバッファーで最終濃度が0.3μMとなるように希釈した。蛍光強度測定には、蛍光分光光度計F−2500(Hitachi)を用い470nmで励起し510nmで蛍光を記録した。まず測定標品に20mM BAPTA((Dojindo))を添加してカルシウム非存在下における測定を行った後、逐次CaClをさまざまな濃度になるように添加して測定した。測定は室温にて行った。
(B) Measurement method using G-CaMP7 (B-1) Measurement of calcium binding ability The calcium binding ability of G-CaMP7 protein is obtained by measuring the fluorescence intensity in various calcium concentration solutions. Calculations were based on intensity volume response curves. The G-CaMP7 protein purified as described above was diluted with KM buffer to a final concentration of 0.3 μM. For fluorescence intensity measurement, a fluorescence spectrophotometer F-2500 (Hitachi) was used to excite at 470 nm and record fluorescence at 510 nm. First, 20 mM BAPTA ((Dojindo)) was added to the measurement sample and measurement was performed in the absence of calcium, and then CaCl 2 was successively added at various concentrations and measured. The measurement was performed at room temperature.

(B−2)HeLa細胞の培養とプラスミドの導入
炭酸ガス培養器を用いて、培地(DMEM(Gibco)、10% Fetal Bovine Serum(Gibco)、1xペニシリン・ストレプトマイシン(Gibco))にてHeLa細胞を摂氏37度で培養し、Lipofectamine 2000(Invitrogen)を用いて培養細胞にpN1−GCaMP7のプラスミドを導入した。導入操作は試薬のマニュアルに従って行った。まず、血清を含まないDMEM50μlでプラスミド0.8μgを希釈した。次に2μlのLipofectamine 2000を血清を含まないDMEM50μlに加え室温で5分放置した。その後両希釈液を混合して室温で20分放置した。この混合液の全量を24穴培養シャーレ中のHeLa細胞に投与してプラスミドを導入した。プラスミドを導入した後細胞は摂氏37度で1〜3日培養した。
(B-2) HeLa cell culture and plasmid introduction Using a carbon dioxide incubator, HeLa cells were cultured in a medium (DMEM (Gibco), 10% Fetal Bovine Serum (Gibco), 1x penicillin streptomycin (Gibco)). After culturing at 37 degrees Celsius, the plasmid pN1-GCaMP7 was introduced into the cultured cells using Lipofectamine 2000 (Invitrogen). The introduction operation was performed according to the reagent manual. First, 0.8 μg of plasmid was diluted with 50 μl of DMEM without serum. Next, 2 μl of Lipofectamine 2000 was added to 50 μl of serum-free DMEM and left at room temperature for 5 minutes. Thereafter, both dilutions were mixed and allowed to stand at room temperature for 20 minutes. The entire amount of this mixed solution was administered to HeLa cells in a 24-well culture dish to introduce the plasmid. After introducing the plasmid, the cells were cultured at 37 degrees Celsius for 1-3 days.

(B−3)HeLa細胞での蛍光測定
蛍光測定にはコンピューターにて制御(アクアコスモス(浜松ホトニクス))されたCCDカメラ(ORCA−ER、浜松ホトニクス)を搭載した倒立蛍光顕微鏡(IX70(オリンパス)、NIBAフィルターセット(オリンパス)、対物レンズ20xまたは40x(オリンパス))を用いた。プラスミドを導入した細胞を顕微鏡にセットし、HBSバッファー(107mM NaCl、6mM KCl、1.2mM MgSO(ナカライテスク)、2mM CaCl、1.2mM KHPO(ナカライテスク)、11.5mM glucose、20mM HEPES(Dojindo)(pH7.4))を細胞外液として還流し、100μM ATP(Sigma)を細胞外に投与して細胞を刺激し、その際に起こる細胞内カルシウム濃度変化を蛍光強度変化として検出した。測定は室温にて行った。
(B-3) Fluorescence measurement with HeLa cells An inverted fluorescence microscope (IX70 (Olympus)) equipped with a CCD camera (ORCA-ER, Hamamatsu Photonics) controlled by a computer (Aquacosmos (Hamamatsu Photonics)) for fluorescence measurement , NIBA filter set (Olympus), objective lens 20x or 40x (Olympus)). Cells into which the plasmid was introduced were set in a microscope, and HBS buffer (107 mM NaCl, 6 mM KCl, 1.2 mM MgSO 4 (Nacalai Tesque), 2 mM CaCl 2 , 1.2 mM KH 2 PO 4 (Nacalai Tesque)), 11.5 mM glucose , 20 mM HEPES (Dojindo) (pH 7.4)) was refluxed as an extracellular solution, and 100 μM ATP (Sigma) was administered extracellularly to stimulate the cells. Detected as. The measurement was performed at room temperature.

本発明は、筋肉の収縮、神経興奮性やホルモン分泌、酵素活性の変化などの各種の細胞機能の調節因子として、生体機能の維持および調節に不可欠な役割を担っているカルシウム濃度の生体内での変動を、従来のものに比べ極めて高感度で測定するカルシウムセンサー蛋白質を提供するもので、その利用価値は高く、生体機序の解明や医学・創薬といった分野に大きく貢献するものである。   The present invention provides a calcium concentration that plays an essential role in the maintenance and regulation of biological functions as a regulator of various cellular functions such as muscle contraction, nerve excitability, hormone secretion, and changes in enzyme activity. Provides a calcium sensor protein that can measure the fluctuations of the protein with extremely high sensitivity compared to the conventional one, and its use value is high, and it greatly contributes to the field of elucidation of biological mechanisms, medicine and drug discovery.

Claims (2)

下記(a)〜(i)のアミノ酸配列を、N末端から順に有することを特徴とするカルシウムセンサー蛋白質:
(a)配列番号1で示されるアミノ酸配列の5番目から10番目に存在するHisの数が5であるアミノ酸配列;
(b)配列番号6で示されるアミノ酸配列;
(c)配列番号7で示されるアミノ酸配列;
(d)前述の(c)の配列と後述の(e)の配列とを連結するLeu−Gluのアミノ酸配列(リンカーY);
(e)配列番号3で示される配列の150番目〜239番目であって、154番目のアミノ酸がLysに置換され、204番目のアミノ酸がValに置換され、206番目のアミノ酸がAsnに置換されているアミノ酸配列;
(f)配列番号8で示されるアミノ酸配列;
(g)配列番号3で示される配列の1番目〜145番目までのアミノ酸配列であって、106番目のアミノ酸がTyrに置換され、125番目のアミノ酸がValに置換されているアミノ酸配列;
(h)前述の(g)の配列と後述の(i)の配列とを連結するThr−Argのアミノ酸配列(リンカーZ);
(i)配列番号9で示される配列の2番目〜148番目までのアミノ酸配列であって、36番目のアミノ酸がLeuに置換され、60番目のアミノ酸がAspに置換され、78番目のアミノ酸がTyrに置換されているアミノ酸配列;
Calcium sensor protein having the following amino acid sequences (a) to (i) in order from the N-terminus:
(A) an amino acid sequence in which the number of His present at positions 5 to 10 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is 5;
(B) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6;
(C) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7;
(D) the amino acid sequence of Leu-Glu (linker Y) linking the sequence of (c) described above and the sequence of (e) described below;
(E) 150th to 239th of the sequence shown in SEQ ID NO: 3, wherein the 154th amino acid is replaced with Lys, the 204th amino acid is replaced with Val, and the 206th amino acid is replaced with Asn. Amino acid sequence;
(F) the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8;
(G) an amino acid sequence from the first to the 145th amino acid sequence of the sequence represented by SEQ ID NO: 3, wherein the 106th amino acid is substituted with Tyr and the 125th amino acid is substituted with Val;
(H) the amino acid sequence of Thr-Arg (linker Z) linking the sequence of (g) described above and the sequence of (i) described below;
(I) The amino acid sequence from the 2nd to the 148th of the sequence shown in SEQ ID NO: 9, wherein the 36th amino acid is replaced with Leu, the 60th amino acid is replaced with Asp, and the 78th amino acid is Tyr An amino acid sequence substituted with
前記請求項1に記載の蛋白質をコードするカルシウムセンサー遺伝子。 A calcium sensor gene encoding the protein according to claim 1 .
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