JP5975223B2 - 金に結合できるペプチド - Google Patents

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Description

本発明は、金に結合できるペプチドに関する。
特許文献1および非特許文献1は、金に結合できるペプチドを開示している。
米国特許第6239255号明細書
Stanley Brown, "Metal-recognition by repeating polypeptides", Nature Biotechnology, Vol. 3 pp 269-272 (1997)
本発明の目的は、金に結合できる新規なペプチドを提供することである。
本発明は、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなる、金に結合できるペプチドである。
本発明は、ペプチドを金に結合させる方法であって、以下の工程を具備する:
金を、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドを含む溶液に混合し、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドを金に結合させる工程、である。
本発明は、金に結合できる新規なペプチドを提供する。
図1は、実験例1の結果を示す写真である。 図2は、実験例2に含まれる比較例2−1および比較例2−2によるアビジン103およびビオチン−PEG12(参照符号:104)の2成分複合体105の概略図を示す。 図3は、実験例2に含まれる実施例2−1および実施例2−2によるアビジン106およびビオチン−PEG12−ペプチド107の複合体108の概略図を示す。 図4は、実験例2に含まれる実施例2−1および実施例2−2による金ナノ粒子、アビジン106、およびビオチン−PEG12−ペプチド107の3成分複合体111の概略図を示す。 図5は、実験例2の結果を示す電気泳動写真である。
以下、本発明の実施形態が説明される。
本発明者は、SQMMGHMGHGNMNHMNHGGKFDFHH(配列番号:01)によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドは、金を認識することを見出した。本発明は、その知見に基づいて提供される。
配列番号:01により表されるアミノ酸からなるペプチドは、CueOの382番目のアミノ酸から406番目のアミノ酸のアミノ酸配列に由来する。用語「CueO」は、大腸菌K−12株のマルチ銅酸化酵素を意味する。
(実験例)
以下の実験例は、本発明をより詳細に説明する。
(実験例1)
実験例1は、実施例1−1、実施例1−2、比較例1−1、比較例1−2、比較例1−3、および比較例1−4から構成される。
実験例1では、以下の試薬が調製された。
ビオチン−PEG12−ペプチド溶液
ビオチン−PEG12溶液
トリス塩酸緩衝液
酢酸緩衝液
金ナノ粒子分散液
これらの試薬を調製する詳細な方法が以下、記述される。
(ビオチン−PEG12−ペプチド溶液の調製)
本発明者は、下記の式(I)によって表される化合物(以下、「ビオチン−PEG12−ペプチド」という)の合成を、シグマアルドリッチジャパン(株)に依頼した。固相合成法がビオチン−PEG12−ペプチドの合成のために用いられた。
(化01)
ビオチン−PEG12−SQMMGHMGHGNMNHMNHGGKFDFHH(配列番号:01) (I)
シグマアルドリッチジャパン(株)によって調製されたビオチン−PEG12−ペプチドは、96.2%の純度を有していた。
式(I)から明らかなように、ビオチン−PEG12−ペプチドでは、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドのN末端が、ビオチン−ポリエチレングリコールによって化学的に修飾されている。
ビオチン−ポリエチレングリコールでペプチドのN末端側を修飾させる方法は公知である。一例として、EZ−Link NHS−PEG12−ビオチン(Thermo Fisher Scientific社より入手可能)が用いられ得る。
EZ−Link NHS−PEG12−ビオチンは、以下の(II)に示される化学構造を有する。
用語「NHS」とは、N−ヒドロキシスクシンイミドを意味する。NHSは活性エステル基に結合している。ペプチドが添加されると、NHSによって活性化されたエステル基は、ペプチドのN末端またはリジン残基の側鎖に位置するNH基と速やかに反応して、アミド結合を形成する。
用語「PEG」とは、ポリエチレングリコールを意味する。より詳細には、PEGは以下の化学式(III)により表される。
−(−CH−CH−O)− (III)
ここで、nは自然数である。
nの値は1以上20以下であることが望ましい。用語「PEG12」とは、n=12であるPEGを意味する。
ポリエチレングリコールを介して結合された2つの分子間での非特異的な相互作用は、ポリエチレングリコールによって抑制されると考えられる。言い換えれば、このようなポリエチレングリコールは、ポリエチレングリコールの両端に化学的に結合された2つの生体分子間での非特異的な相互作用を抑制すると考えられる。なぜなら、化学式(II)からも明らかなように、2つの分子間に挟まれるポリエチレングリコールにより、2つの分子は互いに遠くに位置するためである。詳細について必要ならば、非特許文献2を参照せよ。
(非特許文献2) George et. al., ”Effect of Surface Wettability on the Adsorption of Proteins and Detergents”, Journal of the American Chemical Society, Vol. 120, pp 3464-3473 (1998)
従って、化学式(I)において、ビオチン分子および配列番号:01により表されるアミノ酸配列からなるペプチドは、PEG12により、相互作用しない。
(ビオチン−PEG12−ペプチド溶液の調製)
シグマアルドリッチジャパン(株)から入手したビオチン−PEG12−ペプチドが、超純水を用いて溶解され、0.1mMの濃度を有するビオチン−PEG12−ペプチド溶液を調製した。調製されたビオチン−PEG12−ペプチド溶液は、−30℃の温度下で保管された。
(ビオチン−PEG12溶液の調製)
EZ−Link NHS−PEG12−ビオチン(Thermo Fisher Scientific社より入手可能)が、ジメチルスルホキシドを用いて溶解され、10mMの濃度を有するEZ−Link NHS−PEG12−ビオチン溶液を調製した。
次に、表1に示される試薬が混合された。混合液は25℃の温度下で1時間放置された。
このようにして、1mMの濃度を有するビオチン−PEG12溶液が調製された。このビオチン−PEG12溶液は、水で希釈され、0.1mMの濃度を有するビオチン−PEG12溶液を調製した。
(トリス塩酸緩衝液の調製)
塩酸がトリス緩衝液に添加され、表2に示される以下の4種類のトリス塩酸緩衝液を調製した。
(酢酸緩衝液の調製)
水酸化ナトリウムが酢酸水溶液に添加され、表3に示される2種類の酢酸緩衝液を調製した。
(金ナノ粒子分散液の調製)
表4に示される試薬が混合され、金ナノ粒子分散液を調製した。金ナノ粒子分散液は、8のpHを有していた。
同様に、表5に示される試薬が混合され、金ナノ粒子分散液を調製した。金ナノ粒子分散液は、5.5のpHを有していた。
(実施例1−1)
1.5mLの容量を有するプラスチックチューブに、表6に示される試薬が混合された。その後、混合液は、23℃の温度下で12時間放置された。
プラスチックチューブは、遠心分離機にセットされた。プラスチックチューブは、1,000xgのrpmで1分間、遠心分離に供された。遠心分離後、プラスチックチューブの像が、フラットベッドスキャナ(商品名:CanoScan D2400U;キャノン株式会社より入手可能)で撮影された。図1は、撮影結果を示す。
(実施例1−2)
表6に示される試薬に代えて、表7に示される試薬が混合されたこと以外は、実施例1―1と同様の実験が行われた。結果は図1に示される。
(比較例1−1)
表6に示される試薬に代えて、表8に示される試薬が混合されたこと以外は、実施例1−1と同様の実験が行われた。結果は図1に示される。
(比較例1−2)
表6に示される試薬に代えて、表9に示される試薬が混合されたこと以外は、実施例1−1と同様の実験が行われた。結果は図1に示される。
(比較例1−3)
表6に示される試薬に代えて、表10に示される試薬が混合されたこと以外は、実施例1−1と同様の実験が行われた。結果は図1に示される。
(比較例1−4)
表6に示される試薬に代えて、表11に示される試薬が混合されたこと以外は、実施例1−1と同様の実験が行われた。結果は図1に示される。
金ナノ粒子が分散した水溶液は赤褐色を呈する。しかし、金ナノ粒子が凝集した場合には、水溶液は無色となる。
比較例1−1および比較例1−2においては、得られた水溶液が12時間放置された後であっても、水溶液は赤褐色のままであった。
同様に、比較例1−3および比較例1−4においても、得られた水溶液が12時間放置された後であっても、水溶液は赤褐色のままであった。
一方、実施例1−1および実施例1−2では、12時間経過後、得られた水溶液は無色となった。さらに、水溶液は、沈殿101および102を含有していた。
これらの結果から明らかなように、ビオチン−PEG12−ペプチドが金ナノ粒子に結合して、凝集物(すなわち、沈殿物)を形成することが分かった。PEG12によってビオチンおよびペプチドが相互作用しない(化学式(II)の上記説明を参照)ので、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドは金に結合できることが見出された。言い換えれば、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドは金を認識することが見出された。
(実験例2)
実験例2は、実施例2−1、実施例2−2、比較例2−1、および比較例2−2から構成される。
実験例2では、プルダウン法が実施された。実験例2によるプルダウン法が、以下、簡単に説明される。
実験例2によるプルダウン法では、アビジン、ビオチン−PEG12−ペプチド、および金ナノ粒子の3成分複合体が水溶液中で形成される。3成分複合体を含有する水溶液が遠心分離に供された後、3成分複合体は上清として回収されない。言い換えれば、3成分複合体は沈殿物(すなわち、残渣)として水溶液中に残る。その後、3成分複合体が熱処理により分解され、そして溶液が電気泳動に供される。電気泳動の後、アビジンのサブユニットモノマーのバンドが観察される。
一方、アビジンおよびビオチン−PEG12の2成分複合体は、金ナノ粒子と結合しない。2成分複合体を含有する水溶液が遠心分離に供された後、2成分複合体は上清として除去される。水溶液が加熱された後、水溶液が電気泳動に供される。しかし、アビジンは上清に含まれる1つの化学成分として既に除去されているので、アビジンのサブユニットモノマーのバンドは観察されない。
実験例2では、以下の溶液が調製された。
アビジン水溶液
アビジンおよびビオチン−PEG12の2成分複合体水溶液(図2参照)
アビジンおよびビオチン−PEG12−ペプチドの複合体水溶液(図3参照)
ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート水溶液
ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートを含有する緩衝液
ドデシル硫酸ナトリウム溶液
グリセロール水溶液
変性ポリアクリルアミドゲルを用いた電気泳動用の水溶液
金ナノ粒子分散液
これらの試薬を調製する詳細な方法が以下、記述される。
(アビジン水溶液の調製)
アビジン(商品名:NeutrAvidin、Thermo Fisher Scientific社より入手可能、10ミリグラム)が、超純水で溶解されて、10ミリグラム/ミリリットルのアビジン水溶液を調製した。図2において、アビジンは、参照符号103を有する。
(アビジンおよびビオチン−PEG12の2成分複合体水溶液の調製)
下記の表12に示す試薬が混合された。図2において、ビオチン−PEG12は、参照符号104を有する。混合物は、23℃の温度下で2時間放置された。
その後、混合物(500マイクロリットル)は、遠心分離型限外ろ過ユニット(商品名:Amicon Ultra−0.5、MWCO:30,000;メルク株式会社より入手可能)を用いて濾過され、残渣を得た。遠心分離は、10,000xgのrpmで、4℃の温度下で、20分間行われた。このようにして、混合物は濃縮され、約50マイクロリットルの濃縮液を得た。
10mMの濃度を有するトリス塩酸緩衝液(pH:8、450マイクロリットル)が、濃縮液に混合された。濃縮液は、再度、上記と同じ条件下で遠心分離に供され、約50マイクロリットルの濃縮液を再度、得た。これがもう一度繰り返された。
濃縮液は、10mMの濃度を有するトリス塩酸緩衝液(pH:8)で希釈され、アビジンおよびビオチン−PEG12の2成分複合体を含有する水溶液を得た。この水溶液は、500マイクロリットルの容量を有していた。図2において、アビジンおよびビオチン−PEG12の2成分複合体は、参照符号105を有する。
(アビジンおよびビオチン−PEG12−ペプチドの複合体の調製)
表12に示される試薬に代えて、下記の表13に示す試薬が混合されたこと以外は、アビジンおよびビオチン−PEG12の複合体の調製と同様の手順が実行され、アビジンおよびビオチン−PEG12−ペプチドの複合体を含有する水溶液を調製した。
図3において、アビジンは、参照符号106を有する。ビオチン−PEG12−ペプチドは、参照番号107を有する。複合体は、参照番号108を有する。
(ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート水溶液の調製)
10重量%の濃度を有するポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート(商品名:ANAPOE―20;Affymetrix社より入手可能)の水溶液が、超純水で希釈され、1重量%の濃度を有するポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート水溶液が調製された。同様に、0.1重量%の濃度を有するポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート水溶液も調製された。ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートは、界面活性剤として用いられ得る。
(ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートを含有する緩衝液の調製)
表14に示される4種類の緩衝液が調製された。
(ドデシル硫酸ナトリウム水溶液の調製)
ドデシル硫酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社より入手可能)が、超純水で溶解され、10重量%の濃度を有するドデシル硫酸ナトリウム水溶液を調製した。
(グリセロール水溶液の調製)
グリセロール(ライフテクノロジーズ株式会社より入手可能)が、超純水で溶解され、50重量%の濃度を有するグリセロール水溶液を調製した。
(変性ポリアクリルアミドゲルを用いた電気泳動用の水溶液の調製)
下記の表15に示す試薬が混合され、水溶液を得た。さらにおよそ1ミリグラムのブロモフェノールブルー(粉末)が水溶液に添加された。その後、水溶液はよく攪拌された。このようにして、変性ポリアクリルアミドを用いた電気泳動用の水溶液が調製された。
(金ナノ粒子分散液の調製)
20ナノメートルの直径を有する金ナノ粒子の分散液(Gold Colloid 20nm;BBInternational社より入手可能、12ミリリットル)に、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの10%水溶液(0.12ミリリットル)が混合された。
混合液が、210,000×gのrpmで、4℃の温度下で、20分間、遠心分離に供された。上清が除去された。このようにして、混合液が濃縮された。
混合液に、0.1重量%ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート水溶液が添加され、0.6ミリリットルの容量を有する金ナノ粒子分散液を得た。
(実施例2−1)
下記の表16に示される試薬が混合された。混合物は、25℃の温度下で10分間放置された。
図4において、金ナノ粒子は参照符号109を有する。アビジンおよびビオチン−PEG12−ペプチドの複合体は、参照符号110を有する。金ナノ粒子、アビジン、およびビオチン−PEG12−ペプチドの3成分複合体は、参照符号111を有する。アビジンを加熱することによって得られるアビジンのサブユニットモノマーは、参照符号112を有する。加熱後のビオチン−PEG12−ペプチドは、参照符号113を有する。
混合物は、190,000xgのrpmで、4℃の温度下で、5分間、遠心分離に供された。その後、上清が除去され、未反応のビオチン−PEG12−ペプチドを除去した。このようにして、混合物は濃縮され、10マイクロリットルの容量を有する濃縮液(すなわち、残渣)を得た。
次いで、0.1重量%ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートを含有するトリス塩酸緩衝液(pH:8、10mM、200マイクロリットル)が濃縮液に添加された。その後、濃縮液は、上記の条件下で、再度、遠心分離に供され、上清が除去された。このようにして、10マイクロリットルの容量を有する濃縮液(すなわち、残渣)を得た。
もう一度、0.1重量%ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートを含有するトリス塩酸緩衝液(pH:8、10mM、200マイクロリットル)が濃縮液に添加された。その後、濃縮液は、上記の条件下で、再度、遠心分離に供され、上清が除去された。このようにして、10マイクロリットルの容量を有する濃縮液(すなわち、残渣)が再度、得られた。この濃縮液は、赤褐色を有していた。金ナノ粒子分散液は赤褐色を有するので、得られた濃縮液(すなわち、残渣)は、金ナノ粒子を含有していたことが肉眼で確認された。
変性ポリアクリルアミドゲルを用いた電気泳動用の水溶液が、濃縮された金ナノ粒子分散液に添加された。添加後の水溶液の容量は20マイクロリットルであった。
その後、超音波が、超音波洗浄機(USK−1A,アズワン社より入手可能、設定:High)を用いて、水溶液に印加された。
濃縮された金ナノ粒子分散液は、1.5ミリリットルの容量を有するプラスチックチューブに注がれた。その後、濃縮された金ナノ粒子分散液は、98℃の温度下で、10分間、加熱され、アビジン分子をアビジンサブユニットモノマーに分解した。
加熱後、プラスチックチューブは、10,000xgのrpmで1分間、遠心分離に供された。このようにして実施例1−1によるサンプル溶液が得られた。
(実施例2−2)
下記の表17に示される試薬が混合された。混合物は、25℃の温度下で10分間放置された。
混合物は、190,000xgのrpmで、4℃の温度下で、5分間、遠心分離に供された。その後、上清が除去され、未反応のビオチン−PEG12−ペプチドの複合体を除去した。このようにして、混合物は濃縮され、10マイクロリットルの容量を有する濃縮液(すなわち、残渣)を得た。
次いで、0.1重量%ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートを含有する酢酸緩衝液(pH:5.5、10mM、200マイクロリットル)が濃縮液に添加された。その後、濃縮液は、上記の条件下で、再度、遠心分離に供され、上清が除去された。このようにして、10マイクロリットルの容量を有する濃縮液(すなわち、残渣)を得た。
もう一度、0.1重量%ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートを含有する酢酸緩衝液(pH:5.5、10mM、200マイクロリットル)が濃縮液に添加された。その後、濃縮液は、上記の条件下で、再度、遠心分離に供され、上清が除去された。このようにして、10マイクロリットルの容量を有する濃縮液(すなわち、残渣)が再度、得られた。この濃縮液は、赤褐色を有していた。金ナノ粒子分散液は赤褐色を有するので、得られた濃縮液(すなわち、残渣)は、金ナノ粒子を含有していたことが肉眼で確認された。
変性ポリアクリルアミドゲルを用いた電気泳動用の水溶液が、濃縮された金ナノ粒子分散液に添加された。添加後の水溶液の容量は20マイクロリットルであった。
その後、超音波が、超音波洗浄機(USK−1A,アズワン社より入手可能、設定:High)を用いて、濃縮された金ナノ粒子分散液に印加された。
濃縮された金ナノ粒子分散液は、1.5ミリリットルの容量を有するプラスチックチューブに注がれた。その後、濃縮された金ナノ粒子分散液は、98℃の温度下で、10分間、加熱され、アビジン分子をアビジンサブユニットモノマーに分解した。
加熱後、プラスチックチューブは、10,000xgのrpmで1分間、遠心分離に供された。このようにして実施例1−2によるサンプル溶液が得られた。
(比較例2−1)
ビオチン−PEG12−ペプチドに代えて、ビオチン−PEG12が用いられたこと以外、実施例2−1と同様の手順が行われた。このようにして、比較例2−1によるサンプル溶液が得られた。
(比較例2−2)
ビオチン−PEG12−ペプチドに代えて、ビオチン−PEG12が用いられたこと以外、実施例2−2と同様の手順が行われた。このようにして、比較例2−2によるサンプル溶液が得られた。
(実験例2の電気泳動)
実施例2−1、実施例2−2、比較例2−1、および比較例2−2によるこれらの4種類のサンプル溶液が、電気泳動に供された。以下、電気泳動の詳細が説明される。
ポリアクリルアミドゲル(プレキャストゲル;バイオ・ラッド ラボラトリーズ社より入手可能、商品名:12%ミニプロティアン TGX)が電気泳動槽にセットされた。電気泳動バッファーとして、プレミックスバッファー(バイオ・ラッド ラボラトリーズ社より入手可能、商品名:プレミックスバッファー 10xトリス/グリシン/SDS)が超純水で10倍に希釈された。この希釈液が電気泳動槽に注がれた。
実施例2−1、実施例2−2、比較例2−1、および比較例2−2による4つのサンプル溶液(各15マイクロリットル)が、ポリアクリルアミドゲルの上部に設けられたウェルに添加された。
ベンチマークタンパク質ラダー(ライフテクノロジーズ社より入手可能、5マイクロリットル)が、分子量マーカーとして、ポリアクリルアミドゲルの上部に設けられたウェルに添加された。
150ボルトの一定電圧下で、電気泳動が行われた。
水溶液に含まれるブロモフェノールブルーがポリアクリルアミドゲルの下端付近まで泳動されたら泳動を停止した。その後、CBB染色キット(商品名:CBB R−250ステイン&デステインキット;バイオ・ラッド ラボラトリーズ社より入手可能)を用いて、CBB染色が行われた。
染色されたポリアクリルアミドゲルの画像が、フラットベッドスキャナ(商品名:CanoScan D2400U;キャノン社より入手可能)で読み込まれた。読み込まれた画像に基づいて、画像処理ソフトウェア ImageJ(National Institutes of Healthより入手可能)を用いて、アビジンのサブユニットモノマーのバンドが定量された。
図5は、電気泳動の結果を示す。
図5に示されるように、実施例2−1および実施例2−2では、明瞭なバンドが観察された。一方、比較例2−1および比較例2−2では、そのような明瞭なバンドが観察されなかった。
画像処理ソフトウェアによれば、実施例2−1によるバンドは、比較例2−1によるバンドよりも8.7倍のアビジンのサブユニットモノマーを含有していた。実施例2−2によるバンドは、比較例2−2によるバンドよりも3.3倍のアビジンのサブユニットモノマーを含有していた。
図5に示される電気泳動の結果、すなわち、プルダウン法の結果から、ビオチン−PEG12−ペプチドが金ナノ粒子に結合して、凝集物(すなわち、沈殿物)を形成することが分かった。PEG12によってビオチンおよびペプチドが相互作用しないので、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドは金に結合することが見出された。言い換えれば、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドは金を認識することが見出された。
本発明は、金に結合できるペプチドを提供する。
101、102 沈殿物
103、106 アビジン
104 ビオチン−PEG12
105 アビジンおよびビオチン−PEG12の2成分複合体
107、113 ビオチン−PEG12−ペプチド
108、110 アビジンおよびビオチン−PEG12−ペプチドの複合体
109 金ナノ粒子
111 金ナノ粒子、アビジン、およびビオチン−PEG12−ペプチドの3成分複合体
112 アビジンのサブユニットモノマー

Claims (2)

  1. 配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなる、金に結合できるペプチド。
  2. ペプチドを金に結合させる方法であって、以下の工程:
    金を、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドを含む溶液に混合し、配列番号:01によって表されるアミノ酸配列からなるペプチドを金に結合させる工程、
    を含む方法。
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