JP5980608B2 - Firefly luciferase - Google Patents

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Description

本発明はホタル由来ルシフェラーゼに関する。   The present invention relates to a firefly-derived luciferase.

細胞内のシグナル伝達および遺伝子発現といった細胞の機能を調べるためには、蛍光色素および蛍光タンパク質といった蛍光プローブ並びにルシフェリン・ルシフェラーゼ反応を利用する化学発光プローブが用いられている。特に遺伝子の発現調節の解析には、励起光による細胞のダメージが生じず且つ自家発光の問題が生じない、定量性に優れた発光計測が用いられる。例えば、ルシフェラーゼ遺伝子が導入された細胞を観察する場合、ルシフェラーゼ活性に因る細胞からの発光強度を測定することで、ルシフェラーゼ遺伝子の発現の強さ(具体的には発現量)を調べることができる。具体的には、最初に細胞を溶解して細胞溶解液を作製し、その後この細胞溶解液にルシフェリンおよびアデノシン三リン酸(ATP)等を添加し、光電子増倍管を用いたルミノメーターで発光強度を定量し、その結果に基づいて発現量を特定する。この方法では、発光強度の測定は細胞を溶解した後に行われる。このため、ある時点でのルシフェラーゼ遺伝子の発現量は、測定に使用した全細胞の平均値として得られる。ルシフェラーゼ遺伝子等の発光遺伝子をレポーター遺伝子として導入する方法として、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクチン法またはエレクトロポレーション法等を使用でき、各方法は目的および細胞の種類の違いに応じて使い分けられている。細胞に導入するルシフェラーゼ遺伝子の上流または下流に目的のDNA断片を繋ぎ、ルシフェラーゼ遺伝子の発現量を測定することで、当該DNA断片がルシフェラーゼ遺伝子の転写に及ぼす影響を調べることが可能となる。また、細胞に導入するルシフェラーゼ遺伝子と目的の遺伝子とを共発現させることで、当該遺伝子産物がルシフェラーゼ遺伝子の発現に及ぼす影響を調べることが可能となる。   In order to examine cell functions such as intracellular signal transduction and gene expression, fluorescent probes such as fluorescent dyes and fluorescent proteins, and chemiluminescent probes using luciferin-luciferase reaction are used. In particular, analysis of gene expression regulation uses luminescence measurement with excellent quantitativeness, which does not cause cell damage due to excitation light and does not cause a problem of self-luminescence. For example, when observing a cell into which a luciferase gene has been introduced, the intensity of luciferase gene expression (specifically, the expression level) can be examined by measuring the intensity of luminescence from the cell due to luciferase activity. . Specifically, cells are first lysed to prepare a cell lysate, and then luciferin, adenosine triphosphate (ATP), etc. are added to the cell lysate, and light is emitted by a luminometer using a photomultiplier tube. The intensity is quantified, and the expression level is specified based on the result. In this method, the luminescence intensity is measured after lysing cells. For this reason, the expression level of the luciferase gene at a certain point in time is obtained as an average value of all cells used for the measurement. As a method for introducing a luminescent gene such as a luciferase gene as a reporter gene, for example, a calcium phosphate method, a lipofectin method, an electroporation method, or the like can be used, and each method is properly used depending on the purpose and the type of cell. By connecting the target DNA fragment upstream or downstream of the luciferase gene to be introduced into the cell and measuring the expression level of the luciferase gene, it becomes possible to examine the influence of the DNA fragment on the transcription of the luciferase gene. In addition, by co-expressing a luciferase gene to be introduced into a cell and a target gene, it becomes possible to examine the influence of the gene product on the expression of the luciferase gene.

時間経過に沿って発光遺伝子の発現量を分析するには、生きた細胞からの発光強度を経時的に測定する必要がある。このような測定は、ルミノメーターを備えたインキュベーターにて細胞を培養し、細胞集団全体からの発光強度を一定時間ごとに測定することで行われる。細胞集団全体における発光遺伝子の発現量の経時的な変化を捉えることにより、一定の周期性をもった発現リズム等を分析することができる。   In order to analyze the expression level of a luminescent gene over time, it is necessary to measure the luminescence intensity from living cells over time. Such measurement is performed by culturing cells in an incubator equipped with a luminometer, and measuring the luminescence intensity from the entire cell population at regular intervals. By capturing changes with time in the expression level of the luminescent gene in the entire cell population, it is possible to analyze an expression rhythm having a certain periodicity.

近年、生物学および医学の研究において、生命現象を分子レベルで動的に捉える必要性が高まってきている。蛍光観察を利用する研究分野では、試料内のタンパク質分子機能を動的に捉えるために、タイムラプスまたは動画撮像が行われている。従来技術では、蛍光試料を用いた経時的観察(例えば、蛍光分子を付したタンパク質1分子の動画観察)が行われている。   In recent years, in biological and medical research, there is an increasing need to dynamically capture life phenomena at the molecular level. In the research field using fluorescence observation, time lapse or moving image imaging is performed in order to dynamically grasp protein molecule functions in a sample. In the prior art, temporal observation using a fluorescent sample (for example, moving image observation of one protein molecule with a fluorescent molecule attached) is performed.

一方、経時的観察のために化学発光試料を用いる場合、化学発光試料の発光強度は極めて小さいため、イメージ・インテンシファイアを装着したCCDカメラを用いて観察する必要がある。また最近では、化学発光試料を観察するための光学系を有した顕微鏡も開発されている(特許文献1および2)。
一方、様々な生物種由来の各種ルシフェラーゼが知られているが、野生型が赤色を呈するルシフェラーゼは殆ど存在しない。しかし、赤色の発光は光学的に重要であり、他の発光色と組み合わせたり、赤色でしか得られない光透過性を利用したりするというメリットが考えられる。これまで、様々な生物種のルシフェラーゼにおいて、発光基質の改変、補因子の添加、ペプチドや塩基配列等の改変など、試行錯誤しながら赤色の変異体を得る試みがあったものの、赤色の変異体は発光輝度が格段に低かった。
On the other hand, when a chemiluminescent sample is used for temporal observation, since the luminescence intensity of the chemiluminescent sample is extremely small, it is necessary to observe using a CCD camera equipped with an image intensifier. Recently, a microscope having an optical system for observing a chemiluminescent sample has also been developed (Patent Documents 1 and 2).
On the other hand, various luciferases derived from various biological species are known, but there is almost no luciferase whose wild type is red. However, red light emission is optically important, and there are merits of combining with other light emission colors or using light transmittance that can be obtained only in red. Up to now, in luciferases of various species, there have been attempts to obtain red mutants through trial and error, such as modification of luminescent substrates, addition of cofactors, modification of peptides and base sequences, etc., but red mutants The emission brightness was much lower.

特開2006−301599号公報JP 2006-301599 A 国際公開第06/088109号International Publication No. 06/088109

本発明の目的は、ルシフェリンを発光させる新規ルシフェラーゼを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel luciferase that emits luciferin.

本発明の一態様に係るルシフェラーゼは、スジグロボタル(Pristolycus sagulatus)に由来する。   The luciferase according to one embodiment of the present invention is derived from a Pristrocus sagulatus.

本発明によれば、新規ルシフェラーゼが提供される。   According to the present invention, a novel luciferase is provided.

D−ルシフェリンを基質として用いた場合に野生型スジグロボタルルシフェラーゼにより誘起された発光の各pHにおける発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum in each pH of the light emission induced | guided | derived by the wild-type scallop firefly luciferase when using D-luciferin as a substrate. 各ルシフェラーゼのKm値をプロットした図である。It is the figure which plotted Km value of each luciferase. D−ルシフェリンを基質として用いた場合に各種ルシフェラーゼにより誘起された発光の発光強度を比較した図である。It is the figure which compared the emitted light intensity of the light emission induced by various luciferases when D-luciferin was used as a substrate. D−ルシフェリンを基質として用いた場合に野生型スジグロボタルルシフェラーゼにより誘起された発光の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum of the light emission induced | guided | derived by the wild type scallop firefly luciferase when D-luciferin is used as a substrate. D−ルシフェリンを基質として用いた場合にスジグロボタル赤色変異型ルシフェラーゼにより誘起された発光の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the luminescence spectrum of the light emission induced by the stripe red mutated red luciferase when D-luciferin is used as a substrate. D−ルシフェリンを基質として用いた場合にコメツキムシ由来の赤色ルシフェラーゼ(Click Beetle Red(CBR) Luciferase)により誘起された発光の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum of the light emission induced by the red luciferase derived from a beetle (Click Beetle Red (CBR) Luciferase) when D-luciferin is used as a substrate. 近赤外発光ルシフェリンアナログを基質として用いた場合に各種ルシフェラーゼにより誘起された発光の発光強度を比較した図である。It is the figure which compared the emitted light intensity of the light emission induced by various luciferases when a near-infrared light emission luciferin analog is used as a substrate. 近赤外発光ルシフェリンアナログを基質として用いた場合に各種ルシフェラーゼにより誘起された発光の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum of the light emission induced by various luciferases when a near-infrared light emission luciferin analog is used as a substrate. D−ルシフェリンおよび近赤外発光ルシフェリンアナログを基質として用いた場合にスジグロボタルルシフェラーゼにより誘起された発光の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the luminescence spectrum of the light emission induced | guided | derived by the stripe luciferase when D-luciferin and a near-infrared light emission luciferin analog are used as a substrate. D−ルシフェリンを基質として用いた場合に各種ルシフェラーゼにより誘起された発光の発光強度を比較した図である。It is the figure which compared the emitted light intensity of the light emission induced by various luciferases when D-luciferin was used as a substrate. D−ルシフェリンを基質として用いた場合に赤色変異体ルシフェラーゼにより誘起された発光の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum of the light emission induced by the red mutant luciferase when D-luciferin is used as a substrate.

本発明の実施形態は、スジグロボタル(Pristolycus sagulatus)に由来するルシフェラーゼに関する。   An embodiment of the present invention relates to a luciferase derived from Pristocycus sagulatus.

「ルシフェラーゼ」とは、一般に、発光が生じる化学反応を触媒する酵素を指す。当該酵素の基質となる物質はルシフェリンと呼ばれる。ATPの存在下、ルシフェラーゼの触媒作用により、ルシフェリンが化学変化を起こす際に発光する。現在、ルシフェラーゼは、ホタルに由来するものおよびバクテリアに由来するものが取得されている。実施形態に係るルシフェラーゼも、上述の通り定義されるルシフェラーゼと同義であるが、後述するホタルから初めて取得された新規のルシフェラーゼである。実施形態に関してルシフェリンとは、ホタルルシフェラーゼの基質となるルシフェリンおよびそのアナログを意味する。ルシフェリンは、例えば、WO2009/096197及びWO2010/106896に基質として記載されている物質である。具体的には、例えば、ジメチルアニリン−モノエン型ルシフェリン、ジメチルアニリン−ジエン型ルシフェリン、ジメチルアニリン型ルシフェリン、D−ルシフェリン及びこれらの誘導体である。   “Luciferase” generally refers to an enzyme that catalyzes a chemical reaction in which luminescence occurs. A substance that is a substrate for the enzyme is called luciferin. Luminescence occurs when luciferin undergoes a chemical change by the catalytic action of luciferase in the presence of ATP. Currently, luciferases derived from fireflies and bacteria are obtained. The luciferase according to the embodiment is also synonymous with the luciferase defined as described above, but is a novel luciferase obtained for the first time from fireflies described later. For embodiments, luciferin refers to luciferin and its analogs that are substrates for firefly luciferase. Luciferin is a substance described as a substrate in WO2009 / 096197 and WO2010 / 106896, for example. Specifically, for example, dimethylaniline-monoene luciferin, dimethylaniline-diene luciferin, dimethylaniline luciferin, D-luciferin, and derivatives thereof.

実施形態に係るルシフェラーゼは、スジグロボタル(Pristolycus sagulatus)に由来する。スジグロボタルとは節足動物門昆虫綱コウチュウ目ホタル科スジグロボタル属に属すホタルである。なお、ここにいう「スジグロボタルに由来するルシフェラーゼ」とは、スジグロボタルが有する野生型のルシフェラーゼに加えて、野生型のルシフェラーゼから誘導されたその変異型ルシフェラーゼをも含むことを意味する。   The luciferase according to the embodiment is derived from Pristocycus sagulatus. The black-tailed butterfly is a firefly that belongs to the genus Astragalus. In addition, the "luciferase derived from the white squirrel" as used herein means that the mutant luciferase derived from the wild luciferase is also included in addition to the wild luciferase possessed by the white squirrel.

発光強度が低い化学発光試料を顕微鏡により撮像する場合、鮮明な画像を撮影するために必要な露出時間は長くなる。このような化学発光試料は、使用できる研究用途が制限される。例えば、発光強度の低さのために30分間の露出時間が必要となる場合、30分間の経時的撮影は可能であっても、より短い時間での撮影、さらにはリアルタイムでの撮影は不可能である。また、画像の取得に当って、発光する細胞に焦点を合わせるために複数枚の画像を取得し比較する必要があるが、発光強度の低さのために長い露出時間を必要とする場合、1枚の画像を取得するだけでも手間と時間を要することになる。   When a chemiluminescent sample with low emission intensity is imaged with a microscope, the exposure time required to capture a clear image becomes long. Such chemiluminescent samples limit the research applications that can be used. For example, if exposure time of 30 minutes is required due to low emission intensity, it is possible to shoot for 30 minutes over time, but it is not possible to shoot in a shorter time or even in real time. It is. Further, when acquiring an image, it is necessary to acquire and compare a plurality of images in order to focus on the luminescent cells, but when a long exposure time is required due to low emission intensity, 1 It takes time and effort to acquire only one image.

実施形態に係るルシフェラーゼは、既知のルシフェラーゼによる発光と比較して高い発光強度を有する発光を誘起し得る。従って、実施形態に係るルシフェラーゼは、タンパク質のイメージングのためのレポーターとして利用する場合に特に有利な効果を奏する。すなわち、実施形態に係るルシフェラーゼは、少量でも高い発光強度を提供できるため、発現量が低いタンパク質の良好な検出を可能とする。また、当該ルシフェラーゼは、得られる発光強度が高いことにより検出に必要な露出時間を短縮できる。このため、このルシフェラーゼを経時的観察のためのレポーターとして利用すれば、撮影に必要な露出時間を短くすることが可能となり、よりリアルタイムに近い観察が可能となる。すなわち、時間分解能が高い経時的観察が可能となる。   The luciferase according to the embodiment can induce luminescence having a high luminescence intensity compared to luminescence by a known luciferase. Therefore, the luciferase according to the embodiment has a particularly advantageous effect when used as a reporter for protein imaging. That is, since the luciferase according to the embodiment can provide high luminescence intensity even in a small amount, it enables favorable detection of proteins with low expression levels. The luciferase can reduce the exposure time required for detection due to the high emission intensity. For this reason, if this luciferase is used as a reporter for temporal observation, the exposure time required for imaging can be shortened, and observation near real time becomes possible. That is, observation over time with high time resolution becomes possible.

実施形態に係るルシフェラーゼの一例は、配列番号1に示されるアミノ酸配列を含むルシフェラーゼである。当該ルシフェラーゼは、スジグロボタルから得られた野生型のルシフェラーゼである。この明細書および特許請求の範囲では、当該ルシフェラーゼを、野生型、野生型ルシフェラーゼ、野生型スジグロボタルルシフェラーゼまたは野生型スジグロボタル由来ルシフェラーゼ等と称する。   An example of the luciferase according to the embodiment is a luciferase comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. The luciferase is a wild-type luciferase obtained from a white squirrel firefly. In this specification and claims, the luciferase is referred to as wild-type, wild-type luciferase, wild-type scallop luciferase, luciferase derived from wild-type suji globot or the like.

図1に、実施形態に係る野生型スジグロボタルルシフェラーゼを用いた場合に得られたルシフェリンの発光スペクトルを示す。この図に示されるとおり、実施形態に係る野生型スジグロボタルルシフェラーゼは、pH8.0において、最大発光波長が583nm付近にある発光を生じさせる。また、最大発光波長は、pH7.5、pH7.0、pH6.5、pH6.0およびpH5.5で、それぞれ、約590nm、約600nm、約609nm約614nmおよび約613nmであり、pHが下がるほど最大発光波長が長くなる傾向がみられる。ここで「最大発光波長」とは、ルシフェラーゼが誘起するルシフェリンの発光を測定することによって得られるスペクトルにおいて、発光強度が最大となる波長を意味する。   FIG. 1 shows an emission spectrum of luciferin obtained when the wild-type scallop firefly luciferase according to the embodiment is used. As shown in this figure, the wild-type scallop luciferase according to the embodiment generates light having a maximum light emission wavelength of around 583 nm at pH 8.0. The maximum emission wavelengths are about 590 nm, about 600 nm, about 609 nm, about 614 nm, and about 613 nm at pH 7.5, pH 7.0, pH 6.5, pH 6.0, and pH 5.5, respectively. There is a tendency for the maximum emission wavelength to become longer. Here, the “maximum emission wavelength” means a wavelength at which the emission intensity is maximum in a spectrum obtained by measuring luminescence of luciferin induced by luciferase.

実施形態に係るルシフェラーゼは、例えば、Photinus pyralisに由来するルシフェラーゼによる発光強度の1.5倍以上、2.0倍以上、2.5倍以上、3.0倍以上、3.5倍以上または4.0倍以上の発光強度を示し得る。また、実施形態に係るルシフェラーゼは、例えば、コメツキムシ由来の赤色ルシフェラーゼ(CBRルシフェラーゼ)による発光強度の2.0倍以上、3.0倍以上、4.0倍以上、5.0倍以上、6.0倍以上、7.0倍以上、8.0倍以上または9.0倍以上の発光強度を示し得る。   The luciferase according to the embodiment is, for example, 1.5 times or more, 2.0 times or more, 2.5 times or more, 3.0 times or more, 3.0 times or more, 4 times or more of the luminescence intensity derived from Photinus pyralis. It can show an emission intensity of 0 times or more. The luciferase according to the embodiment is, for example, 2.0 times or more, 3.0 times or more, 4.0 times or more, 5.0 times or more, luminescence intensity by red beetle-derived red luciferase (CBR luciferase). The emission intensity can be 0 times or more, 7.0 times or more, 8.0 times or more, or 9.0 times or more.

図3は、基質としてD−ルシフェリンを使用した場合におけるHeLa細胞中での各種ルシフェラーゼによる発光強度を比較したグラフを示している。ここでは、P.ピラリスルシフェラーゼ(プロメガ社、Luc2ルシフェラーゼ)による発光強度を1としたときの相対的な値が示されている。この図から、特定の哺乳細胞内での測定条件下において、野生型スジグロボタルルシフェラーゼは、P.ピラリスルシフェラーゼにより達成される発光強度の2.60倍の発光強度を達成していることがわかる。また、野生型ルシフェラーゼは、CBRルシフェラーゼにより達成される発光強度の7.87倍の発光強度を達成していることがわかる。
また、図7は、基質として、近赤外ルシフェリンアナログであるジメチルアニリン−ジエン型ルシフェリン(具体的には、アカルミネ(登録商標)、和光純薬社製)を使用した場合の各ルシフェラーゼにより誘起された発光の発光強度を示す。野生型ルシフェラーゼは、CBRルシフェラーゼの約3.1倍の発光強度を達成していることがわかる。
なお、図3及び7においては、それぞれ、基質として、D−ルシフェリン及びジメチルアニリン−ジエン型ルシフェリンを使用した場合の発光強度について示したが、実施形態に係るルシフェラーゼを用いた発光反応においては、これら以外の他の基質を使用することもできる。例えば、WO2009/096197及びWO2010/106896に記載されている基質を使用することができる。当該基質は、例えば、ジメチルアニリン−モノエン型ルシフェリン、ジメチルアニリン型ルシフェリン、これらの誘導体、ジメチルアニリン−ジエン型ルシフェリンの誘導体及びD−ルシフェリンの誘導体である。
FIG. 3 shows a graph comparing the luminescence intensity of various luciferases in HeLa cells when D-luciferin is used as a substrate. Here, P.I. The relative values are shown when the luminescence intensity by pyralis luciferase (Promega, Luc2 luciferase) is 1. From this figure, under measurement conditions in a specific mammalian cell, It can be seen that the emission intensity of 2.60 times the emission intensity achieved by pyralis luciferase is achieved. In addition, it can be seen that wild-type luciferase achieves 7.87 times the emission intensity achieved by CBR luciferase.
FIG. 7 is induced by each luciferase when a dimethylaniline-diene type luciferin (specifically, Akalumine (registered trademark), manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), which is a near infrared luciferin analog, is used as a substrate. The emission intensity of emitted light is shown. It can be seen that wild-type luciferase achieves a light emission intensity of about 3.1 times that of CBR luciferase.
3 and 7 show the luminescence intensity when D-luciferin and dimethylaniline-diene luciferin are used as substrates, respectively, in the luminescence reaction using the luciferase according to the embodiment. Other substrates can also be used. For example, the substrates described in WO2009 / 096197 and WO2010 / 106896 can be used. The substrate is, for example, dimethylaniline-monoene type luciferin, dimethylaniline type luciferin, derivatives thereof, dimethylaniline-diene type luciferin derivatives, and D-luciferin derivatives.

実施形態に係るルシフェラーゼは、既知のルシフェラーゼと比較して高い分解安定性を示し得る。「分解安定性」とは、ルシフェラーゼが使用される環境における、当該ルシフェラーゼの分解の生じにくさを意味する。また、「分解安定性」とは、タンパク質分解酵素による分解に対する安定性のみでなく、タンパク質分解酵素が関与しない分解、例えば熱や機械的刺激に起因した分解等に対する安定性をも含む。ルシフェラーゼが使用される環境とは、溶液中、培養液中、細胞外液中、細胞内等を意味する。特に、培養液、細胞外液および細胞中にはタンパク質分解酵素が多数存在する場合があり、実施形態に係るルシフェラーゼはそのような環境下であっても分解に強い。すなわち、実施形態に係るルシフェラーゼは、そのような環境下であっても分解されず、高い発光強度を維持できる。実施形態に係るルシフェラーゼは、例えば、P.ピラリスルシフェラーゼと比較して、タンパク質分解に対する安定性が高い。   The luciferase according to the embodiment can exhibit high degradation stability compared to known luciferases. “Degradation stability” means the difficulty of causing degradation of the luciferase in the environment where the luciferase is used. Further, “degradation stability” includes not only stability against degradation by proteolytic enzymes but also stability against degradation not involving a proteolytic enzyme, for example, degradation caused by heat or mechanical stimulation. The environment in which luciferase is used means in a solution, in a culture solution, in an extracellular solution, in a cell, or the like. In particular, there may be a large number of proteolytic enzymes in the culture solution, extracellular fluid and cells, and the luciferase according to the embodiment is resistant to degradation even in such an environment. That is, the luciferase according to the embodiment is not decomposed even under such an environment, and can maintain a high emission intensity. The luciferase according to the embodiment is, for example, P.I. Compared to pyralis luciferase, it is more stable against proteolysis.

実施形態に係るルシフェラーゼは、スジグロボタルから取得された野生型のルシフェラーゼだけでなく、野生型ルシフェラーゼのアミノ酸配列の一部に変異が生じた変異型のルシフェラーゼを含む。ここでは、このようなルシフェラーゼを、変異型、変異型ルシフェラーゼ、変異型スジグロボタルルシフェラーゼまたは変異型スジグロボタル由来ルシフェラーゼ等と称する。   The luciferase according to the embodiment includes not only a wild-type luciferase obtained from a white squirrel but also a mutant luciferase in which a part of the amino acid sequence of the wild-type luciferase is mutated. Here, such a luciferase is referred to as a mutant type, a mutant type luciferase, a mutant type sea cucumber luciferase, a mutant type sea cucumber luciferase, or the like.

実施形態に係る変異型スジグロボタルルシフェラーゼは、既知のルシフェラーゼによる発光よりも高い発光強度を有する発光を誘起し得る。例えば、実施形態に係る変異型スジグロボタルルシフェラーゼを用いた場合に達成される発光強度は、例えば、Photinus pyralisに由来するルシフェラーゼによる発光強度の1.1倍以上、1.2倍以上、1.5倍以上、2.0倍以上または3.0倍以上の発光強度を示し得る。また、実施形態に係る変異型ルシフェラーゼは、例えば、コメツキムシ由来の赤色ルシフェラーゼ(CBRルシフェラーゼ)による発光強度の2.0倍以上、3.0倍以上、4.0倍以上、5.0倍以上、6.0倍以上または7.0倍以上の発光強度を示し得る。従って、実施形態に係る変異型ルシフェラーゼを経時的観察のためのレポーターとして利用すれば、撮影に必要な露出時間を短くすることが可能となり、時間分解能が高い経時的観察が可能となる。   The mutant striped luciferase according to the embodiment can induce light emission having higher light emission intensity than light emission by a known luciferase. For example, the luminescence intensity achieved when using the mutant scallop firefly luciferase according to the embodiment is, for example, 1.1 times or more, 1.2 times or more of the luminescence intensity by luciferase derived from Photinus pyralis. The emission intensity can be 5 times or more, 2.0 times or more, or 3.0 times or more. Moreover, the mutant luciferase according to the embodiment is, for example, 2.0 times or more, 3.0 times or more, 4.0 times or more, 5.0 times or more of the light emission intensity by red beetle-derived red luciferase (CBR luciferase), The light emission intensity may be 6.0 times or more or 7.0 times or more. Therefore, if the mutant luciferase according to the embodiment is used as a reporter for temporal observation, the exposure time necessary for imaging can be shortened, and temporal observation with high time resolution becomes possible.

変異の別の例は、発光スペクトルの最大発光波長がシフトする変異である。このような変異型スジグロボタルルシフェラーゼを発光反応の酵素として用いた場合、野生型を用いた場合と比較して、最大発光波長がシフトした発光スペクトルが得られる。HeLa細胞内において野生型スジグロボタルルシフェラーゼを用いた場合、最大発光波長が598nm付近となる発光が生じるが、このような変異によって、最大発光波長がシフトする。この変異型ルシフェラーゼを野生型ルシフェラーゼまたはその他の変異型ルシフェラーゼとともに細胞内に発現させた場合、これらのルシフェラーゼを、最大発光波長の差異に基づいて区別することができる。したがって、マーカーとしてこれらのルシフェラーゼを利用する研究において、最大発光波長がシフトした変異型ルシフェラーゼを使用することで、マーカーの選択肢を増やすことができる。   Another example of a mutation is a mutation that shifts the maximum emission wavelength of the emission spectrum. In the case where such a mutant scallop firefly luciferase is used as the enzyme for the luminescence reaction, an emission spectrum in which the maximum emission wavelength is shifted as compared with the case of using the wild type is obtained. When wild type scallop firefly luciferase is used in HeLa cells, luminescence with a maximum emission wavelength of around 598 nm occurs, but such a mutation shifts the maximum emission wavelength. When this mutant luciferase is expressed in cells together with wild-type luciferase or other mutant luciferases, these luciferases can be distinguished based on the difference in the maximum emission wavelength. Therefore, in studies using these luciferases as markers, the choice of markers can be increased by using mutant luciferases with shifted maximum emission wavelengths.

先述の変異は、最大発光波長のシフトにより発光色の変化を生じさせるものであってもよい。例えば、変異により、発光反応の発光色は緑色から赤色へと変化する。
このような変異型ルシフェラーゼを使用した発光反応の観察により、細胞内の機能をより詳細に調べることが可能になる。例えば、野生型ルシフェラーゼと変異型ルシフェラーゼとを、それぞれ、異なる2つのタンパク質に融合させて同一細胞内で発現させ、発光色の差に基づき、その細胞内のそれぞれのタンパク質の挙動を識別することができる。この場合、発光色の異なる発光反応は、1種類の基質のみを使用することによって達成することができ、実験上の簡便さの点で有利である。また、異なる細胞内で目的のタンパク質を発現させ、それぞれの細胞において異なる発光色を示す発光を誘起する場合においても、使用する基質は1種類のみでよいことから、さらに、コストの観点からも有利である。
The aforementioned mutation may cause a change in emission color by shifting the maximum emission wavelength. For example, due to mutation, the emission color of the luminescence reaction changes from green to red.
By observing the luminescence reaction using such a mutant luciferase, it becomes possible to examine the intracellular function in more detail. For example, wild type luciferase and mutant luciferase can be fused to two different proteins and expressed in the same cell, and the behavior of each protein in the cell can be identified based on the difference in luminescent color. it can. In this case, luminescence reactions with different emission colors can be achieved by using only one type of substrate, which is advantageous in terms of experimental simplicity. In addition, even when expressing a target protein in different cells and inducing luminescence showing different luminescent colors in each cell, only one type of substrate is used, which is advantageous from the viewpoint of cost. It is.

実施形態に係るルシフェラーゼによれば、発光観察に使用される基質と酵素とを様々に組み合わせることにより発光観察の適用範囲が拡大されることが期待される。具体的には、ルシフェリンとルシフェラーゼとの組合せを選択することにより、異なる発光波長及び/又は発光色を有する複数の発光を得て、発光波長及び/又は発光色の相違を利用して、細胞内の現象を観察することができる。このような新規のルシフェラーゼが提供されることにより、細胞の機能解析に利用される発光反応の酵素の選択肢を増やし、これにより酵素と基質との組合せのバリエーションを増やすことができる。   According to the luciferase according to the embodiment, it is expected that the applicable range of the luminescence observation is expanded by variously combining the substrate and the enzyme used for the luminescence observation. Specifically, by selecting a combination of luciferin and luciferase, a plurality of luminescence having different emission wavelengths and / or emission colors can be obtained, and the difference in emission wavelength and / or emission color can be utilized to make intracellular changes. This phenomenon can be observed. By providing such a novel luciferase, the choice of the enzyme of the luminescent reaction utilized for the function analysis of a cell can be increased, and, thereby, the variation of the combination of an enzyme and a substrate can be increased.

そのような変異型スジグロボタルルシフェラーゼを得るための変異とは、ルシフェラーゼの性質に変化を与えない変異であってよい。例えば、発光反応に対する寄与率の高い配列またはドメインにおいては変化がなく、発光反応に対する寄与率の低い配列またはドメインについて変化が生じる変異であってよい。具体的には、例えば、発光反応にあまり関与しない部位を削る変異、そのような部位に特定の配列を挿入する変異、末端に特定の配列を付加する変異等であってよい。   The mutation for obtaining such a mutant squirrel firefly luciferase may be a mutation that does not change the properties of luciferase. For example, it may be a mutation in which there is no change in a sequence or domain having a high contribution rate to the luminescence reaction, and a change occurs in a sequence or domain having a low contribution rate to the luminescence reaction. Specifically, for example, it may be a mutation that deletes a site that is not significantly involved in the luminescence reaction, a mutation that inserts a specific sequence into such a site, a mutation that adds a specific sequence to the terminal, and the like.

また、変異型スジグロボタルルシフェラーゼを得るための変異とは、ルシフェラーゼとしての発光活性以外の性質を変化させる変異であってよい。例えば、実験的な操作性を向上させる変異であってよい。具体的には、例えば、野生型ルシフェラーゼが哺乳細胞内において低い可溶性を示す場合にその可溶性を高める変異であってよい。
さらに、変異型スジグロボタルルシフェラーゼを得るための変異とは、発光反応に関する性質を向上させる変異、例えば、最適pHを変更する変異、最適温度を変更する変異、分解安定性を向上させる変異等であってよい。
In addition, the mutation for obtaining the mutant type white luciferase may be a mutation that changes properties other than the luminescence activity as luciferase. For example, it may be a mutation that improves experimental operability. Specifically, for example, when wild-type luciferase exhibits low solubility in mammalian cells, it may be a mutation that increases its solubility.
Furthermore, the mutation for obtaining mutant-type warrior luciferase is a mutation that improves the properties related to the luminescence reaction, such as a mutation that changes the optimum pH, a mutation that changes the optimum temperature, a mutation that improves the degradation stability, etc. It may be.

実施形態に係る変異型スジグロボタルルシフェラーゼの例は、配列番号33に記載のアミノ酸配列を有するルシフェラーゼである。配列番号33は、野生型スジグロボタルルシフェラーゼのアミノ酸配列(配列番号1)にKozak配列を付与し、且つ148番目のイソロイシン(I)残基をバリン(V)残基に置換し(I148V)、および283番目のセリン(S)残基をロイシン(L)残基に置換した(S283L)ものである。この変異型ルシフェラーゼをコードする核酸は、例えば、配列番号34に示される塩基配列を有する核酸である。配列番号34に示される塩基配列は、野生型ルシフェラーゼをコードする配列番号2の塩基配列に対して、後述のような哺乳細胞における発現に対するコドン最適化を施し、更に、対応するアミノ酸配列上で上述の2つの置換が生じるような変異を入れたものである。   An example of the mutant type scallop firefly luciferase according to the embodiment is a luciferase having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33. SEQ ID NO: 33 gives the Kozak sequence to the amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) of wild-type cucumber luciferase, and replaces the 148th isoleucine (I) residue with a valine (V) residue (I148V), And the 283rd serine (S) residue is substituted with a leucine (L) residue (S283L). The nucleic acid encoding this mutant luciferase is, for example, a nucleic acid having the base sequence shown in SEQ ID NO: 34. The base sequence shown in SEQ ID NO: 34 is obtained by subjecting the base sequence of SEQ ID NO: 2 encoding wild-type luciferase to codon optimization for expression in mammalian cells as described below, and further on the corresponding amino acid sequence described above. These are mutations that cause two substitutions.

配列番号33に記載のアミノ酸配列を有する変異型ルシフェラーゼは、野生型ルシフェラーゼと比較して、特定のpHにおいて最大発光波長のシフトが生じている。このように発光スペクトルに最大発光波長のシフトを生ずる変異型ルシフェラーゼは、例えば、赤色の発光を生ずる。赤色の発光を生ずる変異型ルシフェラーゼを以降、「赤色変異体ルシフェラーゼ」または「赤色変異体」という。赤色の発光は、たとえば、発光スペクトルの最大発光波長が600〜780nmの光をいう。   The mutant luciferase having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33 has a maximum emission wavelength shift at a specific pH as compared with the wild-type luciferase. Thus, the mutant luciferase that causes the maximum emission wavelength shift in the emission spectrum, for example, emits red light. The mutant luciferase that produces red luminescence is hereinafter referred to as “red mutant luciferase” or “red mutant”. Red light emission refers to light having a maximum emission wavelength of the emission spectrum of 600 to 780 nm, for example.

図3から、ホタルルシフェリンを基質として用いた場合の赤色変異体による発光強度は、例えば、特定の測定条件下において、野生型ルシフェラーゼ(配列番号1)を用いた場合に達成され得る発光強度の0.43倍であることを示しているが、図4および5にそれぞれ示される野生型ルシフェラーゼおよび赤色変異体ルシフェラーゼにより得られる発光スペクトルの比較から、変異の導入により、最大発光波長を598nmから613nmにシフトさせることができることがわかる。長い波長を有する光は、生体内での透過性がより優れている。そのため、この変異型ルシフェラーゼを用いることにより、組織、胚および個体を測定の対象とする場合のように、ルシフェリンから光の検出手段までの間に遮蔽物が多く介在する場合であっても、発光強度の低下を抑えて発光を検出することができる。
また、図7から、赤色発光ルシフェリンアナログを用いた場合の赤色変異体が誘起する発光は、CBRルシフェラーゼの約2.2倍の発光強度を示すことがわかる。
なお、図3及び7においては、それぞれ、基質として、D−ルシフェリン及びジメチルアニリン−ジエン型ルシフェリンを使用した場合の発光強度について示したが、実施形態に係る変異型ルシフェラーゼを用いた発光反応においては、これら以外の他の基質を使用することもできる。例えば、WO2009/096197及びWO2010/106896に記載されている基質を使用することができる。当該基質は、例えば、ジメチルアニリン−モノエン型ルシフェリン、ジメチルアニリン型ルシフェリン、これらの誘導体、ジメチルアニリン−ジエン型ルシフェリンの誘導体及びD−ルシフェリンの誘導体である。
From FIG. 3, the luminescence intensity by the red mutant when firefly luciferin is used as a substrate is, for example, 0 of the luminescence intensity that can be achieved when wild-type luciferase (SEQ ID NO: 1) is used under specific measurement conditions. .43 times, but from the comparison of the emission spectra obtained with the wild type luciferase and the red mutant luciferase shown in FIGS. 4 and 5, respectively, the maximum emission wavelength was increased from 598 nm to 613 nm by introducing the mutation. It can be seen that it can be shifted. Light having a long wavelength is more excellent in permeability in the living body. Therefore, by using this mutant luciferase, even when there are many shields between the luciferin and the light detection means, as in the case of measuring tissues, embryos and individuals, light emission Luminescence can be detected while suppressing a decrease in intensity.
Further, FIG. 7 shows that the luminescence induced by the red mutant when using the red luminescence luciferin analog shows the luminescence intensity about 2.2 times that of CBR luciferase.
3 and 7 show the luminescence intensity when D-luciferin and dimethylaniline-diene-type luciferin are used as substrates, respectively, in the luminescence reaction using the mutant luciferase according to the embodiment. Other substrates than these can also be used. For example, the substrates described in WO2009 / 096197 and WO2010 / 106896 can be used. The substrate is, for example, dimethylaniline-monoene type luciferin, dimethylaniline type luciferin, derivatives thereof, dimethylaniline-diene type luciferin derivatives, and D-luciferin derivatives.

上述した2種の変異は、スジグロボタル野生型ルシフェラーゼのアミノ酸配列(配列番号1)に対して、全て同時に、または何れか一方のみ導入することができる。   The two types of mutations described above can be introduced all at the same time or only one of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 1 (SEQ ID NO: 1).

あるいは、上記2種の変異は、配列番号1とは異なるアミノ酸配列を有するルシフェーラゼタンパク質(たとえば、上記2種の変異を有していないが、配列番号1に示されるアミノ酸配列に対して80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上の相同性を示す程度の変異を有するアミノ酸配列からなるルシフェラーゼ、または上記2種の変異を有していないが、1ないし数個のアミノ酸の変異を有するアミノ酸配列からなるルシフェラーゼ)に対しても導入することができる。例えば、そのようなタンパク質のアミノ酸配列と配列番号1との対応関係を考慮して変異を導入することができる。たとえば、そのようなタンパク質にI148V変異を導入したい場合、配列番号1と導入の対象とするタンパク質の配列とを比較して、配列番号1に示されるアミノ酸配列の148番目のIに対応するアミノ酸残基を決定し、当該アミノ酸をVに置換することでI148V変異を導入することができる。ここにおいて「対応するアミノ酸残基」は、例えば相同性検索といった公知の技術を利用して決定することができる。   Alternatively, the two types of mutations are luciferase proteins having an amino acid sequence different from that of SEQ ID NO: 1 (for example, the two types of mutations are 80% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 but not having the two types of mutations). %, Preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more of luciferase having an amino acid sequence having a mutation showing a degree of homology, or the above two kinds of mutations. It can also be introduced into a luciferase consisting of an amino acid sequence having a mutation of one to several amino acids. For example, a mutation can be introduced in consideration of the correspondence between the amino acid sequence of such a protein and SEQ ID NO: 1. For example, when an I148V mutation is to be introduced into such a protein, the amino acid residue corresponding to the 148th I of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is compared by comparing SEQ ID NO: 1 with the sequence of the protein to be introduced. The I148V mutation can be introduced by determining the group and replacing the amino acid with V. Here, the “corresponding amino acid residue” can be determined using a known technique such as homology search.

また、実施形態は、赤色変異体に対して更なる変異を導入した改良型赤色変異体も含む。例えば、赤色変異体に対して、さらなる発光強度の向上を目的として、さらなる変異を導入した改良型赤色変異体を含む。あるいは、別の実施形態は、赤色変異体に対して、発光強度の向上とは別の目的、例えば、可溶性の向上、分解に対する耐性の向上等を目的として、さらなる変異を導入した改良型赤色変異体を含む。具体的には、実施形態は、赤色変異体のアミノ酸配列(配列番号33)との間で一定の相同性を示すアミノ酸配列を有し、配列番号1に示されるアミノ酸配列を有する野生型ルシフェラーゼと比較して、より高い強度でルシフェリンを発光させる改良型赤色変異体を含む。   Embodiments also include improved red mutants that introduce additional mutations to the red mutant. For example, an improved red mutant into which a further mutation is introduced for the purpose of further improving the emission intensity is included. Alternatively, another embodiment is an improved red mutation in which a further mutation is introduced for the purpose of improving the emission intensity of the red mutant, for example, for the purpose of improving the solubility and the resistance to degradation. Including the body. Specifically, the embodiment has a wild-type luciferase having an amino acid sequence having a certain homology with the amino acid sequence of the red mutant (SEQ ID NO: 33) and having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. In comparison, it contains an improved red mutant that causes luciferin to emit light at a higher intensity.

かかる改良型赤色変異体は、たとえば、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなる野生型ルシフェラーゼにおいて、下記8種類の変異から選ばれる少なくとも一つの変異を含むアミノ酸配列から構成される:
(1)配列番号1のアミノ酸配列の148番目のイソロイシンをバリンに置換する変異(I148V);
(2)配列番号1のアミノ酸配列の283番目のセリンをロイシンに置換する変異(S283L);
(3)配列番号1のアミノ酸配列の239番目のバリンをメチオニンに置換する変異(V239M);
(4)配列番号1のアミノ酸配列の313番目のセリンをトレオニンに置換する変異(S313T);
(5)配列番号1のアミノ酸配列の356番目のアスパラギン酸をチロシンに置換する変異(D356Y);
(6)配列番号1のアミノ酸配列の401番目のバリンをメチオニンに置換する変異(V401M);
(7)配列番号1のアミノ酸配列の464番目のフェニルアラニンをイソロイシンに置換する変異(F464I);および
(8)配列番号1のアミノ酸配列の503番目のグリシンをアルギニンに置換する変異(G503R)。
Such an improved red mutant is composed of, for example, an amino acid sequence containing at least one mutation selected from the following eight mutations in wild-type luciferase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
(1) a mutation (I148V) that replaces 148th isoleucine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with valine;
(2) a mutation that replaces the 283rd serine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with leucine (S283L);
(3) A mutation (V239M) that replaces the 239th valine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with methionine;
(4) A mutation that replaces the 313th serine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with threonine (S313T);
(5) A mutation (D356Y) for substituting 356th aspartic acid in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with tyrosine;
(6) A mutation (V401M) that replaces the 401st valine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with methionine;
(7) a mutation that replaces the 464th phenylalanine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with isoleucine (F464I); and (8) a mutation that replaces the 503rd glycine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 with arginine (G503R).

より具体的には、かかる改良型赤色変異体は、配列番号33に示されるアミノ酸配列からなる赤色変異体に、更なる変異を導入したものであり得る。すなわち、かかる改良型赤色変異体は、配列番号33に示されるアミノ酸配列からなる赤色変異体が既に有する変異I148VおよびS283Lに加えて、V239M、S313T、D356Y、V401M、F464IおよびG503Rから選ばれる少なくとも一つの変異を含むアミノ酸配列から構成され得る。かかる改良型赤色変異体の例として、下記の3つのタイプが挙げられる(後述の実施例5を参照):
(1)配列番号1のアミノ酸配列に、I148V、S283LおよびF464Iの3つの変異を有する変異体(配列番号36);
(2)配列番号1のアミノ酸配列に、I148V、S283L、V401M、F464IおよびG503Rの5つの変異を有する変異体(配列番号38);および
(3)配列番号1のアミノ酸配列に、I148V、S283L、V239M、S313T、D356YおよびF464Iの6つの変異を有する変異体(配列番号40)。
More specifically, such an improved red mutant may be one obtained by introducing a further mutation into a red mutant consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 33. That is, such an improved red mutant has at least one selected from V239M, S313T, D356Y, V401M, F464I and G503R in addition to the mutations I148V and S283L already possessed by the red mutant consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 33. It can consist of an amino acid sequence containing one mutation. Examples of such improved red variants include the following three types (see Example 5 below):
(1) A variant having the three mutations I148V, S283L and F464I in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (SEQ ID NO: 36);
(2) a variant having five mutations of I148V, S283L, V401M, F464I and G503R in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (SEQ ID NO: 38); and (3) in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, I148V, S283L, A mutant having six mutations of V239M, S313T, D356Y and F464I (SEQ ID NO: 40).

改良型赤色変異体は、D−ルシフェリンを基質として用いた場合に、610nm付近の最大発光波長、好ましくは610±10nmの最大発光波長を有する光を生じさせることができる。
上記3タイプの改良型赤色変異体は、赤色発光を示すため、小動物のin vivoイメージングなど生体組織に適用した際に生体組織での透過率が高いという利点を有するとともに(図11参照)、元の赤色変異体(配列番号33)や既存の赤色発光のルシフェラーゼCBRに比べて格段に高い発光強度を示すという利点も有する(図10参照)。
The improved red mutant can produce light having a maximum emission wavelength around 610 nm, preferably a maximum emission wavelength of 610 ± 10 nm, when D-luciferin is used as a substrate.
The three types of improved red mutants exhibit red light emission, and thus have the advantage of high transmittance in living tissues when applied to living tissues such as in vivo imaging of small animals (see FIG. 11). The red mutant (SEQ ID NO: 33) and the existing red luminescence luciferase CBR also have an advantage of showing significantly higher luminescence intensity (see FIG. 10).

実施形態に係る変異型ルシフェラーゼのその他の例は、実験的な操作性を向上させる変異が導入された変異型ルシフェラーゼである。たとえば、野生型ルシフェラーゼが哺乳細胞内において低い可溶性を示す場合、実施形態に係る変異型ルシフェラーゼは、その可溶性を高める変異が導入されたルシフェラーゼである。   Another example of the mutant luciferase according to the embodiment is a mutant luciferase into which a mutation that improves experimental operability is introduced. For example, when the wild-type luciferase exhibits low solubility in mammalian cells, the mutant luciferase according to the embodiment is a luciferase into which a mutation that increases its solubility is introduced.

変異型ルシフェラーゼとは、実施形態に係るルシフェラーゼの特徴、すなわちルシフェラーゼ活性が得られる限りにおいて(好ましくは従来のルシフェラーゼと比較して高い発光強度が得られる限りにおいて)、ルシフェラーゼのアミノ酸配列に任意の変異、例えば、アミノ酸の置換、欠失および/または付加等が生じたルシフェラーゼであってよい。この変異は、野生型ルシフェラーゼのアミノ酸配列の1以上のアミノ酸の変異または1から数個のアミノ酸の変異であり、好ましくは、野生型ルシフェラーゼのアミノ酸配列の1から20のアミノ酸の変異、より好ましくは1から15のアミノ酸の変異、より好ましくは1から10のアミノ酸の変異、より好ましくは1から5のアミノ酸の変異、より好ましくは1から4のアミノ酸の変異、より好ましくは1から3のアミノ酸の変異、より好ましくは1または2のアミノ酸の変異である。好ましくは、当該変異型ルシフェラーゼのアミノ酸配列は、野生型ルシフェラーゼのアミノ酸配列との間で75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上または99%以上の相同性を有する。   The mutant luciferase is an arbitrary variation in the amino acid sequence of the luciferase as long as the characteristics of the luciferase according to the embodiment, that is, the luciferase activity is obtained (preferably as long as high luminescence intensity is obtained as compared with the conventional luciferase). For example, it may be a luciferase in which amino acid substitution, deletion, and / or addition has occurred. This mutation is a mutation of one or more amino acids of the amino acid sequence of wild-type luciferase or a mutation of 1 to several amino acids, preferably a mutation of 1 to 20 amino acids of the amino acid sequence of wild-type luciferase, more preferably 1 to 15 amino acid mutations, more preferably 1 to 10 amino acid mutations, more preferably 1 to 5 amino acid mutations, more preferably 1 to 4 amino acid mutations, more preferably 1 to 3 amino acid mutations. Mutation, more preferably mutation of 1 or 2 amino acids. Preferably, the amino acid sequence of the mutant luciferase is 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more with respect to the amino acid sequence of the wild-type luciferase, It has 98% or more or 99% or more homology.

アミノ酸の変異の導入は、公知の手法に従って、たとえば、Inverse PCR法やKunkel 法など一般的な手法に基づく部位特異的変異導入法、または、ランダムミュータジェネシス法などにより行うことができる。   The introduction of amino acid mutation can be performed according to a known technique, for example, by site-directed mutagenesis based on a general technique such as Inverse PCR method or Kunkel method, or random mutagenesis method.

本発明の他の実施形態は、配列番号1に示されるアミノ酸配列の部分配列からなるポリペプチド(すなわち、ルシフェラーゼタンパク質の断片)に関し、たとえば、配列番号1に示されるアミノ酸配列の30アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、40アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、50アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、60アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、70アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、80アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、90アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、100アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、150アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、200アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、250アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、300アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、350アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、400アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、450アミノ酸残基以上からなるポリペプチド、または500アミノ酸残基以上からなるポリペプチドに関する。また、本発明の他の実施形態は、上述のポリペプチドをコードする塩基配列からなるポリヌクレオチド(すなわち、ルシフェラーゼ遺伝子の断片)に関する。   Another embodiment of the present invention relates to a polypeptide consisting of a partial sequence of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (that is, a fragment of luciferase protein), for example, 30 amino acid residues or more of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. A polypeptide comprising 40 amino acid residues or more, a polypeptide comprising 50 amino acid residues or more, a polypeptide comprising 60 amino acid residues or more, a polypeptide comprising 70 amino acid residues or more, 80 amino acid residues or more A polypeptide comprising 90 amino acid residues, a polypeptide comprising 100 amino acid residues or more, a polypeptide comprising 150 amino acid residues or more, a polypeptide comprising 200 amino acid residues or more, 250 amino acid residues or more A polypeptide consisting of 300 amino acids Polypeptide having the above groups, 350 polypeptide having the above amino acid residues, polypeptides consisting of more than 400 amino acid residues, 450 polypeptide having the above amino acid residues or to a polypeptide consisting of more than 500 amino acid residues. In addition, another embodiment of the present invention relates to a polynucleotide (that is, a luciferase gene fragment) comprising a base sequence encoding the above-mentioned polypeptide.

かかるルシフェラーゼタンパク質の断片およびルシフェラーゼ遺伝子の断片は、スプリットルシフェラーゼアッセイに使用することができる。スプリットルシフェラーゼアッセイは、ルシフェラーゼを特定の位置で切断して生物発光能を失活させた2つの断片を作製し、各断片と2種類の被検タンパク質とをそれぞれ融合して2種類の融合タンパク質を作製し、これら融合タンパク質が相互作用すると、失われたルシフェラーゼ活性が回復するという原理に基づく。このアッセイにより、タンパク質間相互作用を検出したり、タンパク質の細胞内小器官への移行を検出したりすることができる。   Such luciferase protein fragments and luciferase gene fragments can be used in split luciferase assays. In the split luciferase assay, two fragments are prepared by cleaving luciferase at a specific position to inactivate bioluminescence, and fusing each fragment with two kinds of test proteins. Based on the principle that the lost luciferase activity is restored when these fusion proteins interact with each other. This assay can detect protein-protein interactions and detect protein translocation to intracellular organelles.

本発明の他の実施形態は、上記実施形態に係るルシフェラーゼをコードする塩基配列を含む核酸に関する。すなわち、当該核酸は、スジグロボタルに由来するルシフェラーゼ遺伝子を含む核酸である。実施形態において、核酸とは、例えばDNAまたはRNAを指す。また、実施形態において、ルシフェラーゼの「遺伝子」とは、主として、mRNAに転写される領域、すなわち構造遺伝子を意味する。   Other embodiment of this invention is related with the nucleic acid containing the base sequence which codes the luciferase which concerns on the said embodiment. That is, the nucleic acid is a nucleic acid containing a luciferase gene derived from a white squirrel firefly. In embodiments, nucleic acid refers to, for example, DNA or RNA. In the embodiments, the “gene” of luciferase mainly means a region transcribed into mRNA, that is, a structural gene.

実施形態に係るルシフェラーゼをコードする塩基配列を含む核酸の一例は、配列番号2に示される塩基配列を含む核酸である。この配列を有する遺伝子は、スジグロボタルからクローニングされており、野生型スジグロボタルルシフェラーゼをコードする。   An example of a nucleic acid containing a base sequence encoding luciferase according to an embodiment is a nucleic acid containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 2. A gene having this sequence has been cloned from the scorpionate firefly and encodes a wild-type squirrel firefly luciferase.

実施形態に係るルシフェラーゼをコードする塩基配列を含む核酸の別の例は、配列番号34に示される塩基配列を含む核酸である。配列番号34の配列を有する遺伝子は赤色変異体をコードする。配列番号34は、スジグロボタルからクローニングされた野生型の塩基配列に対して変異を導入することで得られる配列である。   Another example of the nucleic acid containing the base sequence encoding the luciferase according to the embodiment is a nucleic acid containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 34. The gene having the sequence of SEQ ID NO: 34 encodes a red mutant. SEQ ID NO: 34 is a sequence obtained by introducing a mutation into a wild-type base sequence cloned from Suji Globota.

実施形態に係る核酸は、野生型ルシフェラーゼ遺伝子の塩基配列を含む核酸であっても、そこにおいて変異が生じた変異型ルシフェラーゼ遺伝子の塩基配列を含む核酸であってもよい。ここにおいて、変異型ルシフェラーゼ遺伝子とは、コードされたルシフェラーゼが、実施形態に係るルシフェラーゼの特徴、すなわちルシフェラーゼ活性が得られる限りにおいて(好ましくは従来のルシフェラーゼと比較して高い発光強度が得られる限りにおいて)、塩基配列中の特定の塩基、たとえば数個の塩基の置換、欠失および/または付加等を受けた遺伝子であってよい。また、塩基配列の変異には、コードされるアミノ酸配列に変化が生じない変異が含まれる。すなわち、実施形態に係る核酸には、野生型ルシフェラーゼをコードする変異型ルシフェラーゼ遺伝子を含む核酸が含まれる。   The nucleic acid according to the embodiment may be a nucleic acid including a base sequence of a wild type luciferase gene or a nucleic acid including a base sequence of a mutant luciferase gene in which a mutation has occurred. Here, the mutant luciferase gene means that the encoded luciferase can obtain the characteristics of the luciferase according to the embodiment, that is, the luciferase activity (preferably as long as high luminescence intensity is obtained as compared with the conventional luciferase). ), A gene having undergone substitution, deletion and / or addition of a specific base in the base sequence, for example, several bases. Moreover, the variation | mutation which a change does not produce in the encoded amino acid sequence is contained in the variation | mutation of a base sequence. That is, the nucleic acid according to the embodiment includes a nucleic acid containing a mutant luciferase gene encoding a wild type luciferase.

そのようなコードされるアミノ酸配列に変化が生じない変異の一例は、遺伝子中に存在する特定の制限酵素の認識配列を無効にする変異である。この変異によって、遺伝子を含む核酸は当該制限酵素によって切断されなくなるものの、当該遺伝子は変異前と同じアミノ酸配列を有するタンパク質をコードできる。このような変異は、制限酵素の認識配列を構成するコドンを、異なる塩基配列の同義コドンに変換することで達成できる。このような変異は、遺伝子組み換えに使用する制限酵素の認識配列が当該遺伝子中に存在する場合に有用である。この場合、予め遺伝子中の認識配列を無効にしておくことで、制限酵素で処理した場合に遺伝子を含む核酸が断片化することを防ぐことができ、結果として組み換えが容易になる。特定の制限酵素の認識配列を無効にした例は、配列番号3に示される塩基配列である。当該塩基配列は、スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子の塩基配列(配列番号2)からBamHIおよびEcoRIの認識配列を無効にしたものである。   An example of such a mutation that does not change the encoded amino acid sequence is a mutation that invalidates the recognition sequence of a specific restriction enzyme present in the gene. Although this mutation prevents the nucleic acid containing the gene from being cleaved by the restriction enzyme, the gene can encode a protein having the same amino acid sequence as before the mutation. Such mutation can be achieved by converting the codons constituting the recognition sequence of the restriction enzyme into synonymous codons of different base sequences. Such a mutation is useful when a restriction enzyme recognition sequence used for gene recombination is present in the gene. In this case, by invalidating the recognition sequence in the gene in advance, the nucleic acid containing the gene can be prevented from being fragmented when treated with a restriction enzyme, and as a result, recombination is facilitated. An example in which the recognition sequence of a specific restriction enzyme is invalidated is the base sequence shown in SEQ ID NO: 3. This base sequence is obtained by invalidating the recognition sequence of BamHI and EcoRI from the base sequence (SEQ ID NO: 2) of the Japanese squirrel firefly luciferase gene.

そのようなコードされるアミノ酸配列に変化が生じない変異の別の例は、遺伝子のコドンを特定の生物種における発現に最適化させる変異である。ここにいう「最適化」とは、核酸に含まれる遺伝子のコドンを、特定の生物種においてコドン出現頻度が高いコドンに代えることを意味する。最適化を行った場合、特定の生物種における遺伝子の発現は、最適化をしない場合に比べて高まる。実施形態に係るルシフェラーゼ遺伝子はホタルから取得されたものであるため、当該遺伝子を導入しようとする生物種が分類学的にホタルから遠い程、最適化の効果はより高いと考えられる。実施形態において特定の生物種とは、例えば細菌細胞、酵母細胞および哺乳細胞である。更に哺乳細胞は、例えばマウスの細胞、サルの細胞およびヒトの細胞である。   Another example of a mutation that does not change the encoded amino acid sequence is a mutation that optimizes the codons of the gene for expression in a particular species. The term “optimization” as used herein means that a codon of a gene contained in a nucleic acid is replaced with a codon having a high codon appearance frequency in a specific biological species. When optimization is performed, gene expression in a specific species is increased compared to when optimization is not performed. Since the luciferase gene according to the embodiment is obtained from a firefly, the effect of optimization is considered to be higher as the species to which the gene is introduced is taxonomically far from the firefly. In the embodiment, specific species are, for example, bacterial cells, yeast cells, and mammalian cells. Furthermore, mammalian cells are, for example, mouse cells, monkey cells and human cells.

実施形態に係るコドンが最適化されたルシフェラーゼをコードする塩基配列を含む核酸の一例は、配列番号4に示される塩基配列を含む核酸である。当該核酸は、スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子の塩基配列(配列番号2)からBamHIおよびEcoRIの認識配列が無効にされており、且つ哺乳細胞における発現にコドンが最適化されている。配列番号4に示される塩基配列によりコードされるアミノ酸配列を配列番号5に示す。   An example of a nucleic acid containing a base sequence encoding a luciferase with optimized codons according to an embodiment is a nucleic acid containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 4. In the nucleic acid, the BamHI and EcoRI recognition sequences are invalidated from the base sequence (SEQ ID NO: 2) of the streak firefly luciferase gene, and the codon is optimized for expression in mammalian cells. The amino acid sequence encoded by the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 is shown in SEQ ID NO: 5.

実施形態に係る核酸は、Kozak配列が付与されたルシフェラーゼ遺伝子の塩基配列を含む核酸を含む。Kozak配列とは、開始コドンとその前後の複数の塩基配列から成る配列であり、Kozak配列が存在することで、その遺伝子の発現量が増大することがわかっている。Kozak配列は、生物種または生物群ごとに共通配列が見出されている。実施形態に係るKozak配列を含む核酸は、それを導入する生物種に対応したKozak配列を有する。例えば哺乳細胞に導入される場合、核酸は、Kozak配列としてgccrccatgg(配列番号6)(rはグアニンまたはアデニンを意味する)の配列を含む。Kozak配列を付与するルシフェラーゼ遺伝子は、野生型遺伝子であってもよいが、上述のようなコドンの最適化を行った変異型遺伝子であってもよい。   The nucleic acid according to the embodiment includes a nucleic acid including a base sequence of a luciferase gene to which a Kozak sequence is added. The Kozak sequence is a sequence composed of a start codon and a plurality of base sequences before and after the start codon. It is known that the presence of the Kozak sequence increases the expression level of the gene. In the Kozak sequence, a common sequence is found for each species or group of organisms. The nucleic acid containing the Kozak sequence according to the embodiment has a Kozak sequence corresponding to the species into which it is introduced. For example, when introduced into a mammalian cell, the nucleic acid comprises the sequence of gccrccatgg (SEQ ID NO: 6) (r means guanine or adenine) as a Kozak sequence. The luciferase gene that imparts the Kozak sequence may be a wild-type gene, or may be a mutant gene that has been subjected to codon optimization as described above.

本発明のさらに他の実施形態はこれらの核酸を含むベクターに関する。当該ベクターは、ルシフェラーゼをコードする核酸以外に、プロモーター配列、発現を調節するための配列、およびマーカー遺伝子の配列を含む核酸等を含んでよい。   Yet another embodiment of the invention relates to vectors comprising these nucleic acids. In addition to the nucleic acid encoding luciferase, the vector may contain a promoter sequence, a sequence for regulating expression, a nucleic acid containing a marker gene sequence, and the like.

本発明のさらに他の実施形態は、先述のベクターを含んだキットに関する。このキットは、2種類以上のベクターを含んでいてもよく、そのうちの少なくとも1つは、実施形態に係るベクターである。好ましくは、2種類以上のベクターは、それぞれ、ルシフェラーゼをコードする塩基配列を含んでおり、これらのルシフェラーゼは、各々、異なる発光色及び/又は発光波長を示す発光反応を触媒する。このようなキットを使用することによって、例えば、発光色及び/又は発光波長の相違に基づき、複数のタンパク質の挙動を同時に観察することができる。   Yet another embodiment of the present invention relates to a kit comprising the aforementioned vector. The kit may contain two or more types of vectors, at least one of which is the vector according to the embodiment. Preferably, the two or more types of vectors each include a base sequence encoding luciferase, and each of these luciferases catalyzes a luminescent reaction that exhibits a different luminescent color and / or luminescent wavelength. By using such a kit, for example, the behavior of a plurality of proteins can be observed simultaneously based on the difference in emission color and / or emission wavelength.

また、本発明のさらに他の実施形態は発光プローブに関する。当該発光プローブは、野生型のルシフェラーゼを含むものでもよいが、変異型ルシフェラーゼを含むものでもよい。特に、公知の技術によって、発光プローブとしての利用に適した改変を加えたものが好ましい。さらに実施形態は、上記発光プローブを用いた種々の試料(インビボ、インビトロ)に関する種々の使用(イメージング、測光等)に有効に適用できる。   Yet another embodiment of the present invention relates to a luminescent probe. The luminescent probe may contain wild-type luciferase or may contain mutant luciferase. In particular, those modified by a known technique and suitable for use as a luminescent probe are preferred. Furthermore, the embodiments can be effectively applied to various uses (imaging, photometry, etc.) related to various samples (in vivo, in vitro) using the luminescent probe.

本発明のさらに他の実施形態は、実施形態に係るルシフェラーゼを利用して細胞内の機能を解析する方法に関する。当該方法は、実施形態に係るルシフェラーゼを細胞内に導入する工程、および前記ルシフェラーゼが誘起するルシフェリンの発光をイメージング装置により検出する工程を含む。例えば、DNA中の特定の発現調節領域の下流に実施形態に係るルシフェラーゼ遺伝子を導入し、ルシフェラーゼの発現を、それが誘起するルシフェリンの発光の有無によって検出することで、発現調節領域の機能を調べることが可能である。   Yet another embodiment of the present invention relates to a method for analyzing intracellular functions using the luciferase according to the embodiment. The method includes a step of introducing the luciferase according to the embodiment into a cell, and a step of detecting luminescence of luciferin induced by the luciferase with an imaging device. For example, the function of the expression control region is examined by introducing the luciferase gene according to the embodiment downstream of a specific expression control region in DNA and detecting the expression of luciferase by the presence or absence of luciferin luminescence induced by the gene. It is possible.

本発明のさらに他の実施形態は、上記実施形態に係るルシフェラーゼを利用して細胞内タンパク質を解析する方法に関する。当該方法は、実施形態に係るルシフェラーゼと解析の対象とするタンパク質とから成る融合タンパク質を細胞内に導入する工程および前記ルシフェラーゼが誘起するルシフェリンの発光をイメージング装置により検出する工程を含む。   Still another embodiment of the present invention relates to a method for analyzing an intracellular protein using the luciferase according to the above embodiment. The method includes a step of introducing a fusion protein comprising the luciferase according to the embodiment and a protein to be analyzed into a cell, and a step of detecting luminescence of luciferin induced by the luciferase using an imaging device.

当該方法は、解析の対象とするタンパク質の細胞内の局在の観察およびその局在の時間変化の観察(タイムラプス)を含む。また、当該方法は、タンパク質の局在だけでなく、そのタンパク質が単に発現したか否かの確認をも含む。使用される細胞に特別な限定はなく、細胞のイメージングの分野において通常使用できる細胞であってよい。また、解析の対象とするタンパク質も特別に限定はなく、研究の目的に応じたタンパク質を選択することができる。当該タンパク質は、使用する細胞内に本来存在するタンパクであってよく、または細胞内に本来存在しない異種性の若しくは改変したタンパク質であってもよい。   The method includes observation of intracellular localization of a protein to be analyzed and observation of temporal change in the localization (time lapse). The method also includes not only localization of the protein, but also confirmation of whether or not the protein is expressed. The cell used is not particularly limited, and may be a cell that can be usually used in the field of cell imaging. The protein to be analyzed is not particularly limited, and a protein can be selected according to the purpose of research. The protein may be a protein that is originally present in the cell to be used, or may be a heterologous or modified protein that is not originally present in the cell.

融合タンパク質を細胞内に導入する場合、既知の導入方法を使用することができる。1つの方法は、細胞外で精製した融合タンパク質を細胞内に直接導入する方法である。例えば、マイクロインジェクション法によって融合タンパク質を細胞内に直接注入することができる。または、融合タンパク質を含む培養液にて細胞をインキュベートさせて、エンドサイトーシスによって融合タンパク質を細胞に取り込ませることができる。また別の方法は、まず融合タンパク質をコードする塩基配列を含む核酸を導入し、その後細胞内で融合タンパク質を発現させる方法である。例えば、当該核酸を含む発現ベクターを、リン酸カルシウム法、リポフェクション法またはエレクトロポレーション法等によって細胞内に導入し、発現ベクターから融合タンパク質を発現させることができる。ここにおいて、融合タンパク質の遺伝子は、実施形態に係るルシフェラーゼ遺伝子と解析の対象とするタンパク質の遺伝子とを含む遺伝子であり、ここにおいて、ルシフェラーゼ遺伝子とタンパク質遺伝子とは、それぞれ正常に翻訳されるよう連結されている。   When the fusion protein is introduced into the cell, a known introduction method can be used. One method is to introduce a fusion protein purified outside the cell directly into the cell. For example, the fusion protein can be directly injected into the cell by the microinjection method. Alternatively, cells can be incubated in a culture solution containing the fusion protein, and the fusion protein can be taken into the cell by endocytosis. Another method is a method in which a nucleic acid containing a base sequence encoding a fusion protein is first introduced, and then the fusion protein is expressed in cells. For example, an expression vector containing the nucleic acid can be introduced into cells by the calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method or the like, and the fusion protein can be expressed from the expression vector. Here, the gene of the fusion protein is a gene including the luciferase gene according to the embodiment and the gene of the protein to be analyzed. Here, the luciferase gene and the protein gene are linked so as to be normally translated. Has been.

ルシフェリンの発光をイメージング装置により検出する工程は、既知の検出方法を使用することができる。例えば、ルシフェラーゼを含む融合タンパク質を発現する細胞に、ルシフェリン、ATPおよびMg2+イオン等を適宜与えてルシフェラーゼにルシフェリンの発光反応を誘起させ、発生した発光をイメージング装置により検出することができる。イメージング装置とは、例えば発光を捉えるためのフィルターを備えた顕微鏡である。顕微鏡を使用することで、細胞内における発光の位置を特定して、この情報をもとにタンパク質の局在を特定することが可能となる。また、イメージング装置として、経時的に撮像できる機能を備えた顕微鏡を使用することができ、この顕微鏡によって経時的観察も可能となる。 A known detection method can be used for the step of detecting luminescence of luciferin with an imaging device. For example, luciferin, ATP, Mg 2+ ions, and the like are appropriately given to cells expressing a fusion protein containing luciferase to induce a luciferin luminescence reaction, and the generated luminescence can be detected by an imaging device. An imaging apparatus is a microscope provided with a filter for capturing light emission, for example. By using a microscope, it is possible to specify the position of luminescence in the cell and specify the localization of the protein based on this information. In addition, a microscope having a function capable of imaging over time can be used as the imaging apparatus, and observation over time is also possible with this microscope.

[実施例1:スジグロボタル由来のルシフェラーゼ遺伝子のクローニング]
1.材料
材料として東京都青梅市で採集したスジグロボタル(Pristolycus sagulatus)の幼虫を用いた。
[Example 1: Cloning of a luciferase gene derived from a white-spotted firefly]
1. Materials As a material, larvae of sword-growing fireflies (Pristolyticus sagulatus) collected in Ome City, Tokyo were used.

2.トータルRNAの抽出とcDNAの合成
ホタルの幼虫からハサミを用いて発光器を切り取った。組織および細胞のホモジナイズ用のビーズを含むチューブであるLysing Matrix Dチューブ(MP−Biomedicals社)に、採取した発光器および1mLのトータルRNA抽出試薬TRIzol Reagent(インビトロジェン社)を入れた。このチューブを組織細胞破砕装置FastPrep 24(MP−Biomedicals社)またはFastPrep FP100A(MP−Biomedicals社)に装着し、振動速度6.5m/sおよび振動時間45秒の条件で、ホタルの発光器を試薬中にて破砕した。完了後、チューブを破砕装置から取り出し、30分間氷上に置いた。その後、もう一度同じ条件で破砕を実施した。
2. Extraction of Total RNA and Synthesis of cDNA A light emitter was cut out from firefly larvae using scissors. The collected light emitter and 1 mL of total RNA extraction reagent TRIzol Reagent (Invitrogen) were placed in a Lysing Matrix D tube (MP-Biomedicals), which is a tube containing beads for tissue and cell homogenization. This tube was attached to a tissue cell disruption device FastPrep 24 (MP-Biomedicals) or FastPrep FP100A (MP-Biomedicals), and a firefly light emitter was used as a reagent under conditions of a vibration speed of 6.5 m / s and a vibration time of 45 seconds. It was crushed inside. After completion, the tube was removed from the crusher and placed on ice for 30 minutes. Thereafter, crushing was performed again under the same conditions.

次に、トータルRNA抽出試薬TRIzol Reagentの説明書に従って、破砕した溶液からトータルRNAの分離精製を行った。得られたmRNA溶液100μlを、エタノール沈殿法によって沈殿濃縮した。次に、完全長cDNA合成試薬GeneRacer(インビトロジェン社)をマニュアルに従って使用して、沈殿濃縮したトータルRNAから完全長cDNAを合成した。得られたcDNA溶液20μlをホタル完全長cDNAライブラリーとして以下の遺伝子実験に用いた。   Next, according to the instructions of the total RNA extraction reagent TRIzol Reagent, the total RNA was separated and purified from the disrupted solution. 100 μl of the obtained mRNA solution was concentrated by precipitation by ethanol precipitation. Next, a full-length cDNA was synthesized from the precipitated and concentrated total RNA using a full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer (Invitrogen) according to the manual. 20 μl of the obtained cDNA solution was used as a firefly full-length cDNA library for the following gene experiments.

3.ホタルルシフェラーゼ遺伝子の5’末端側の同定
3−1.Rapid Amplification of cDNA End(RACE)法に用いるプライマーの作製
スジグロボタルのルシフェラーゼ遺伝子のクローニングをPolymerase chain reaction(PCR)法によって行った。このPCRに使用するプライマーは、既知の近縁生物由来のルシフェラーゼ遺伝子のアミノ酸配列に基づいて、以下の通り作製した。
3. 3. Identification of 5 ′ terminal side of firefly luciferase gene 3-1. Preparation of Primer for Rapid Amplification of cDNA End (RACE) Method Cloning of the luciferase gene of the white squirrel was performed by the Polymerase chain reaction (PCR) method. Primers used for this PCR were prepared as follows based on the amino acid sequence of a luciferase gene derived from a known related organism.

ホタルルシフェラーゼにおいてよく保存されているアミノ酸領域を確認するために、既に公開されている10種類のホタルルシフェラーゼのアミノ酸配列を、配列情報解析ソフトウェアDNASIS Pro(日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社)を用いて比較した。比較に用いた近縁生物は、ラムフィリス・ノクティルカ(Lampyris noctiluca)(登録番号CAA61668)、ルキオラ・クルシアタ(Luciola cruciata)(登録番号P13129)、ルキオラ・ラテラリス(Luciola lateralis)(登録番号Q01158)、ルキオラ・ミングレリカ(Luciola mingrelica)(登録番号Q26304)、ホタリア・パルヴラ(Hotaria parvula)(登録番号AAC37253)、フォティヌス・ピラリス(Photinus pyralis)(登録番号BAF48390)、フォトゥリス・ペンシルヴァニカ(Photuris pennsylvanica)(登録番号Q27757)、ピロコエリア・ミヤコ(Pyrocoelia miyako)(登録番号AAC37254)、ピロコエリア・ルファ(Pyrocoelia rufa)(登録番号AAG45439)およびラハゴフタルムス・オーバイ(Rhagophthalmus ohbai)(登録番号BAF34360)である。   In order to confirm amino acid regions that are well conserved in firefly luciferase, the amino acid sequences of 10 types of firefly luciferases that have already been released were compared using sequence information analysis software DNASIS Pro (Hitachi Software Engineering Co., Ltd.). The relative organisms used in the comparison were Rampyris noctiluca (registration number CAA61668), Luciola cruciata (registration number P13129), Luciola latero15 (Luciola laQal01)・ Mingrelica (registration number Q26304), Hotaria parvula (registration number AAC37253), Photinus pyralis (registration number BAF48390), Photouris pennsylva tyll vs. Q27757), Piroko area Miyako ( yrocoelia miyako) (registration number AAC37254), it is a Piroko area Alpha (Pyrocoelia rufa) (registration number AAG45439) and Rahagofutarumusu-Obai (Rhagophthalmus ohbai) (registration number BAF34360).

その結果、ホタルルシフェラーゼのC末端側440残基付近に位置するL−I−K−Y−K−G−Y−Q−V(配列番号7)のアミノ酸配列がよく保存されていることがわかった。この9つのアミノ酸配列をコードするコドンから塩基配列を予測し、5’末端RACE PCRに用いる12種類のホタルルシフェラーゼ特異的混合プライマーを設計した。このプライマーの名称および配列は以下の通りである(プライマー配列中のY、RおよびNは混合塩基を示す。すなわち、Yは、CまたはTを示し、Rは、AまたはGを示し、Nは、A、G、CまたはTを示す):
flexLuc5−ATA(5’−ACY TGR TAN CCY TTA TAT TTA AT−3’:配列番号8)、
flexLuc5−ATG(5’−ACY TGR TAN CCY TTA TAT TTG AT−3’:配列番号9)、
flexLuc5−ATT(5’−ACY TGR TAN CCY TTA TAT TTT AT−3’:配列番号10)、
flexLuc5−ACA(5’−ACY TGR TAN CCY TTA TAC TTA AT−3’:配列番号11)、
flexLuc5−ACG(5’−ACY TGR TAN CCY TTA TAC TTG AT−3’:配列番号12)、
flexLuc5−ACT(5’−ACY TGR TAN CCY TTA TAC TTT AT−3’:配列番号13)、
flexLuc5−GTA(5’−ACY TGR TAN CCY TTG TAT TTA AT−3’:配列番号14)、
flexLuc5−GTG(5’−ACY TGR TAN CCY TTG TAT TTG AT−3’:配列番号15)、
flexLuc5−GTT(5’−ACY TGR TAN CCY TTG TAT TTT AT−3’:配列番号16)、
flexLuc5−GCA(5’−ACY TGR TAN CCY TTG TAC TTA AT−3’:配列番号17)、
flexLuc5−GCG(5’−ACY TGR TAN CCY TTG TAC TTG AT−3’:配列番号18)、
flexLuc5−GCT(5’−ACY TGR TAN CCY TTG TAC TTT AT−3’:配列番号19)。これらのプライマーの合成はライフテクノロジーズジャパン株式会社に委託して行った。
As a result, it was found that the amino acid sequence of LI-KY-K-G-Q-V (SEQ ID NO: 7) located near the C-terminal 440 residues of firefly luciferase is well conserved. It was. A nucleotide sequence was predicted from codons encoding these nine amino acid sequences, and 12 kinds of firefly luciferase-specific mixed primers used for 5′-end RACE PCR were designed. The name and sequence of this primer are as follows (Y, R and N in the primer sequence represent mixed bases: Y represents C or T, R represents A or G, and N represents , A, G, C or T):
flexLuc5-ATA (5′-ACY TGR TAN CCY TTA TAT TTA AT-3 ′: SEQ ID NO: 8),
flexLuc5-ATG (5′-ACY TGR TAN CCY TTA TAT TTG AT-3 ′: SEQ ID NO: 9),
flexLuc5-ATT (5′-ACY TGR TAN CCY TTA TAT TTT AT-3 ′: SEQ ID NO: 10),
flexLuc5-ACA (5′-ACY TGR TAN CCY TTA TAC TTA AT-3 ′: SEQ ID NO: 11),
flexLuc5-ACG (5′-ACY TGR TAN CCY TTA TAC TTG AT-3 ′: SEQ ID NO: 12),
flexLuc5-ACT (5′-ACY TGR TAN CCY TTA TAC TTT AT-3 ′: SEQ ID NO: 13),
flexLuc5-GTA (5′-ACY TGR TAN CCY TTG TAT TTA AT-3 ′: SEQ ID NO: 14),
flexLuc5-GTG (5′-ACY TGR TAN CCY TTG TAT TTG AT-3 ′: SEQ ID NO: 15),
flexLuc5-GTT (5′-ACY TGR TAN CCY TTG TAT TTT AT-3 ′: SEQ ID NO: 16),
flexLuc5-GCA (5′-ACY TGR TAN CCY TTG TAC TTA AT-3 ′: SEQ ID NO: 17),
flexLuc5-GCG (5′-ACY TGR TAN CCY TTG TAC TTG AT-3 ′: SEQ ID NO: 18),
flexLuc5-GCT (5′-ACY TGR TAN CCY TTG TAC TTT AT-3 ′: SEQ ID NO: 19). The synthesis of these primers was outsourced to Life Technologies Japan.

3−2.5’−RACE PCRによる、ホタルルシフェラーゼ遺伝子の5’末端側のクローニング
上述の通り作製したホタル完全長cDNAライブラリーを鋳型として用い、上述の通り作製した12種類の特異的混合プライマーおよび5’末端特異的プライマーであるGeneRacer5’Primer(5’−CGA CTG GAG CAC GAG GAC ACT GA−3’:配列番号20)およびGeneRacer5’Nested Primer(5’−GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA−3’:配列番号21)を用いて5’−RACE PCRを行った。GeneRacer5’ PrimerおよびGeneRacer5’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれているものを使用した。5’−RACE PCRによって効率的にルシフェラーゼ遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型にし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRにはポリメラーゼEx−Taq(タカラバイオ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。
3-2.5′-RACE PCR cloning of the 5 ′ end of the firefly luciferase gene Using the firefly full-length cDNA library prepared as described above as a template, 12 kinds of specific mixed primers prepared as described above and GeneRacer 5 ′ Primer (5′-CGA CTG GAG CAC GAG GAC ACT GA-3 ′: SEQ ID NO: 20) and GeneRacer 5 ′ Nested Primer (5′-GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA 3 ′: 5′-RACE PCR was performed using SEQ ID NO: 21). The GeneRacer 5 ′ Primer and the GeneRacer 5 ′ Nested Primer included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen) were used. In order to efficiently amplify the luciferase gene by 5′-RACE PCR, nested PCR was carried out in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed using polymerase Ex-Taq (Takara Bio Inc.) according to the manual.

一度目のPCRとして、上述の通り作製した12種類の特異的混合プライマーのいずれかとGeneRacer5’ Primerとから成る12通りのプライマー対を用いてルシフェラーゼ遺伝子を増幅した。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)、最終濃度が1.0μMの12種類プライマーの内1つおよび最終濃度が0.3μMのGeneRacer3’ Primerを含む10μlのPCR反応溶液を作製し、そこへホタル完全長cDNAライブラリー溶液を0.2μl加えた。なお、ホタル完全長cDNAライブラリー溶液の濃度は未定量であった。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、45℃30秒および72℃90秒を30サイクル繰り返し、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%トリス酢酸緩衝液(TAE)アガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。12の反応溶液の全てにおいてわずかに遺伝子増幅が認められたため、これらのPCR反応溶液を鋳型としてそれぞれnested PCR反応を次の通り実施した。 As the first PCR, the luciferase gene was amplified using 12 kinds of primer pairs consisting of any of the 12 kinds of specific mixed primers prepared as described above and GeneRacer 5 ′ Primer. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl), 10 μl of a PCR reaction solution containing one of 12 primers with a final concentration of 1.0 μM and GeneRacer 3 ′ Primer with a final concentration of 0.3 μM was prepared. 2 μl was added. The concentration of the firefly full-length cDNA library solution was not quantified. In the PCR reaction, heat denaturation at 94 ° C. for 2 minutes was first performed, and then 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 90 seconds were repeated for 30 cycles, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes was performed. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% Tris acetate buffer (TAE) agarose gel, and after ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed in all 12 reaction solutions, nested PCR reactions were performed as follows using these PCR reaction solutions as templates.

nested PCRとして、一度目のPCRで使用した12種類プライマーのうちの4つとGeneRacer3’ Nested Primerとから成る4通りのプライマー対を用いてルシフェラーゼ遺伝子の増幅を行った。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)、最終濃度が1.0μMの12種類プライマーの内1つおよび最終濃度が0.3μMのGeneRacer3’ Primerを含む10μlのPCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型として1度目のPCR反応溶液を滅菌水で10倍希釈した溶液を1.0μl加えた。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、45℃30秒および72℃90秒を30サイクル繰り返し、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。約1.4kbp付近に効率よく遺伝子が増幅したプライマーの組み合わせ条件を確認した。 As nested PCR, the luciferase gene was amplified using 4 types of primer pairs consisting of 4 out of 12 kinds of primers used in the first PCR and GeneRacer 3 ′ Nested Primer. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl), 10 μl of a PCR reaction solution containing one of 12 kinds of primers with a final concentration of 1.0 μM and GeneRacer 3 ′ Primer with a final concentration of 0.3 μM was prepared, and the first PCR reaction solution was used as a template there. 1.0 μl of a solution diluted 10-fold with sterilized water was added. In the PCR reaction, heat denaturation at 94 ° C. for 2 minutes was first performed, and then 94 ° C. for 30 seconds, 45 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 90 seconds were repeated for 30 cycles, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes was performed. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. The combination conditions of primers that efficiently amplified the gene in the vicinity of about 1.4 kbp were confirmed.

3−3.5’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列の決定
5’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列を読み取るため、ゲル抽出によるPCR産物の精製、サブクローニングおよびダイレクトシークエンスを実施した。詳細を以下に示す。
Determination of the base sequence of the gene amplified by 3-3.5′-RACE In order to read the base sequence of the gene amplified by 5′-RACE, the PCR product was purified by gel extraction, subcloning and direct sequencing. Details are shown below.

約1.4kbp付近に効率よく遺伝子が増幅したプライマーの組み合わせでPCR(最終容量20μl)を実施し、ゲル抽出の手法を用いて目的とする遺伝子片を回収した。ゲル抽出はWizard SV Gel and PCR Clean−Up System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。TAクローニングの手法を用いて、ゲルから抽出したPCR産物のサブクローニングを実施した。TAクローニングはpGEM−T Easy Vector System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。その後、このベクターDNAを大腸菌(TOP10株またはDH5α株)に形質転換し、青・白スクリーニングの手法を用いてインサートポジティブコロニーを選択した。選択されたコロニーをダイレクトコロニーPCRに供し、遺伝子が導入されていることを確認した。ダイレクトコロニーPCRには、M13−F(−29) Primer(5’−CAC GAC GTT GTA AAA CGA C−3’:配列番号22)とM13 Reverse(5’−GGA TAA CAA TTT CAC AGG−3’:配列番号23)とから成るプライマー対を用いた。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)、最終濃度がそれぞれ0.2μMのプライマー対を含む10μlのPCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型として少量の大腸菌コロニーを加えた。PCR反応は、最初に94℃1分間の熱変性を行った後、94℃30秒、50℃30秒および72℃2分を25サイクル繰り返し、最後に72℃2分間の伸長反応を行った。PCR反応後、2μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。 PCR (final volume 20 μl) was performed with a combination of primers that efficiently amplified the gene in the vicinity of about 1.4 kbp, and the target gene fragment was recovered using a gel extraction technique. Gel extraction was performed according to the manual using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega Corporation). Subcloning of the PCR product extracted from the gel was performed using the TA cloning technique. TA cloning was performed using pGEM-T Easy Vector System (Promega Corporation) according to the manual. Thereafter, this vector DNA was transformed into E. coli (TOP10 strain or DH5α strain), and insert positive colonies were selected using a blue / white screening technique. The selected colony was subjected to direct colony PCR to confirm that the gene was introduced. For direct colony PCR, M13-F (−29) Primer (5′-CAC GAC GTT GTA AAA CGA C-3 ′: SEQ ID NO: 22) and M13 Reverse (5′-GGA TAA CAA TTT CAC AGG-3 ′: A primer pair consisting of SEQ ID NO: 23) was used. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl), a 10 μl PCR reaction solution containing a primer pair each having a final concentration of 0.2 μM was prepared, and a small amount of E. coli colony was added thereto as a template. The PCR reaction was first heat-denatured at 94 ° C. for 1 minute, then repeated 25 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 2 minutes. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation.

増幅が確認できたPCR反応溶液について、ダイレクトシークエンシング法を用いてその遺伝子の塩基配列の決定を行った。PCR産物精製キットExoSAP−IT(GEヘルスケアバイオサイエンス)を用いて、PCR反応溶液に含まれる余剰なdNTPおよびプライマーを除去し、PCRダイレクトシークエンシングのための鋳型を調製した。BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオシステムズ)を用いて、この鋳型を含むシークエンシング反応溶液を調製し、サーマルサイクラーを用いてシークエンシング反応を行った。PCR産物の精製およびシークエンシングはそれぞれマニュアルに従って実施した。シークエンシング反応後、反応産物の精製を次の通りに行った。反応溶液に2.5倍量の100%エタノールを加え、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。次に、上清を取り除いた後、70%エタノールを加えて沈殿を洗浄し、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。最後に、上清を取り除いた後、沈殿を乾燥させた。精製した沈殿にHi−Di Formamide(アプライドバイオシステムズ)を15μl加え、溶解させた。この溶液を94℃で2分間熱変性させ、更に氷上で急冷して、塩基配列を決定するためのサンプルとした。このサンプルをApplied Biosystems 3130xl ジェネティックアナライザ(アプライドバイオシステムズ)を用いて塩基配列を読み取った。塩基配列の解析方法はマニュアルに従って実施した。得られた塩基配列を、スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子の5’末端側非翻訳領域の塩基配列として配列番号24に示す。   For the PCR reaction solution in which amplification was confirmed, the base sequence of the gene was determined using the direct sequencing method. Excess dNTPs and primers contained in the PCR reaction solution were removed using a PCR product purification kit ExoSAP-IT (GE Healthcare Bioscience) to prepare a template for PCR direct sequencing. Using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems), a sequencing reaction solution containing this template was prepared, and a sequencing reaction was performed using a thermal cycler. PCR product purification and sequencing were performed according to the respective manuals. After the sequencing reaction, the reaction product was purified as follows. 2.5 times volume of 100% ethanol was added to the reaction solution, and nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Next, after removing the supernatant, 70% ethanol was added to wash the precipitate, and the nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Finally, after removing the supernatant, the precipitate was dried. To the purified precipitate, 15 μl of Hi-Di Formatide (Applied Biosystems) was added and dissolved. This solution was heat denatured at 94 ° C. for 2 minutes and further rapidly cooled on ice to prepare a sample for determining the base sequence. The base sequence of this sample was read using an Applied Biosystems 3130xl genetic analyzer (Applied Biosystems). The base sequence analysis method was performed according to the manual. The obtained base sequence is shown in SEQ ID NO: 24 as the base sequence of the untranslated region at the 5 'end side of the Japanese scallop firefly luciferase gene.

シークエンシングによって得られた遺伝子配列を、配列情報解析ソフトウェア DNASIS Proの「シークエンス連結」機能を用いて解析した。この配列をNational Center for Biotechnology Information(NCBI)が提供するblastxサーチを利用して相同性検索を実施し、既知ホタルルシフェラーゼの塩基配列と高い相同性を示すことを確認した。以上の実験および解析で得られた塩基配列を新規ホタルルシフェラーゼ遺伝子の5’末端側であると決定した。   The gene sequence obtained by sequencing was analyzed using the “sequence ligation” function of the sequence information analysis software DNASIS Pro. This sequence was subjected to a homology search using a blastx search provided by National Center for Biotechnology Information (NCBI), and confirmed to show high homology with the base sequence of known firefly luciferase. The base sequence obtained by the above experiment and analysis was determined to be on the 5 'end side of the novel firefly luciferase gene.

4.ホタルルシフェラーゼ遺伝子の3’Race PCRおよび完全長cDNAの取得
4−1.3’Race PCRに用いるプライマーの設計
5’Race PCRの実験で得られたホタルルシフェラーゼ遺伝子の5’末端側非翻訳領域の配列を基にして、3’RACEに用いるプライマー(配列番号27)およびNested PCRに用いるプライマー(配列番号28)を作成した。プライマーの合成はライフテクノロジーズジャパン株式会社に委託した。
4). Obtaining 3 'Race PCR and full-length cDNA of firefly luciferase gene 4-1.3' Design of primers used for 'Race PCR' Sequence of 5 'terminal untranslated region of firefly luciferase gene obtained in 5' Race PCR experiment Based on the above, a primer (SEQ ID NO: 27) used for 3 ′ RACE and a primer (SEQ ID NO: 28) used for Nested PCR were prepared. Primer synthesis was outsourced to Life Technologies Japan.

4−2.ホタルルシフェラーゼ遺伝子の完全長cDNA取得のための3’Race PCR
上述の通り作成したホタル完全長cDNAライブラリーを鋳型として用い、目的とするホタルルシフェラーゼの5’末端側非翻訳領域の塩基配列から作製したプライマーJP−Sujiguro−Full−F1(CTTTATAACTTCGTGATTCAATAAAG):配列番号25)、GeneRacer3’ Primer(5’−GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G−3’:配列番号27)およびGeneRacer3’ Nested Primer(5’−CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG TG−3’:配列番号28)を用いて3’−RACE PCRを行った。GeneRacer3’ PrimerおよびGeneRacer3’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれているものを使用した。3’−RACE PCRによって効率的にルシフェラーゼ遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型にし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRにはポリメラーゼEx−Taq(タカラバイオ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。
4-2. 3 'Race PCR for obtaining full-length cDNA of firefly luciferase gene
Primer JP-Sujiguro-Full-F1 (CTTTAACTACTTCGTGTATTCAATAAAG) prepared from the base sequence of the 5′-terminal untranslated region of the target firefly luciferase using the firefly full-length cDNA library prepared as described above as a template: SEQ ID NO: 25 ), GeneRacer 3 ′ Primer (5′-GCT GTC AAC GAT ACG CTA CGT AAC G-3 ′: SEQ ID NO: 27) and GeneRacer 3 ′ Nested Primer (5′-CGC TAC GTA ACG GCA TGA CAG28-3 ) Was used for 3′-RACE PCR. GeneRacer 3 ′ Primer and GeneRacer 3 ′ Nested Primer used were those included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen). In order to efficiently amplify the luciferase gene by 3′-RACE PCR, a nested PCR was carried out in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed using polymerase Ex-Taq (Takara Bio Inc.) according to the manual.

一度目のPCRとして、5’末端側非翻訳領域の塩基配列から作製したプライマーとGeneRacer3’ Primerとから成るプライマー対を用いてルシフェラーゼ遺伝子の増幅を行った。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)および最終濃度がそれぞれ0.3μMのプライマーを含む20μlのPCR反応溶液を作製し、そこへホタル完全長cDNAライブラリー溶液を0.4μl加えた。なお、ホタル完全長cDNAライブラリー溶液の濃度は未定量であった。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、50℃30秒および72℃2分を30サイクル繰り返し、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。わずかに遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を鋳型としてそれぞれnested PCR反応を実施した。 As the first PCR, the luciferase gene was amplified using a primer pair consisting of a primer prepared from the base sequence of the 5 ′ end side untranslated region and GeneRacer 3 ′ Primer. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) and 20 μl of a PCR reaction solution containing primers each having a final concentration of 0.3 μM were prepared, and 0.4 μl of a firefly full-length cDNA library solution was added thereto. The concentration of the firefly full-length cDNA library solution was not quantified. The PCR reaction was first heat-denatured at 94 ° C. for 2 minutes, then repeated 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was slightly observed, nested PCR reactions were performed using this PCR reaction solution as a template.

Nested PCRとして、Nested PCR用のプライマーJP−Sujiguro−Full−F2(CTTTATAACTTCGTGATTCAATAAAGTAATTTAG:配列番号26)とGeneRacer3’ Nested Primerとから成るプライマー対を用いてルシフェラーゼ遺伝子の増幅を行った。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)および最終濃度がそれぞれ0.3μMのプライマーを含む20μlのNested PCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型として1度目のPCR反応溶液を滅菌水で10倍希釈した溶液を1.0μl加えた。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、50℃30秒および72℃2分を30サイクル繰り返し、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。約2kbp付近に効率よく遺伝子が増幅していることを確認した。 As a nested PCR, a luciferase gene amplification was performed using a primer pair consisting of a primer JP-Sujiguro-Full-F2 (CTTTAACTACTTCGTGATTCAATAAAGTAATTTAG: SEQ ID NO: 26) and a GeneRacer 3 ′ Nested Primer for nested PCR. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) and 20 μl of a nested PCR reaction solution containing primers each having a final concentration of 0.3 μM were prepared, and 1.0 μl of a solution obtained by diluting the first PCR reaction solution 10-fold with sterile water was added thereto as a template. The PCR reaction was first heat-denatured at 94 ° C. for 2 minutes, then repeated 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. It was confirmed that the gene was efficiently amplified in the vicinity of about 2 kbp.

4−3.3’−Raceで増幅した遺伝子の塩基配列の決定
3’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列を読み取るため、ゲル抽出によるPCR産物の精製、サブクローニングおよびダイレクトシークエンスを実施した。詳細を以下に示す。
Determination of the base sequence of the gene amplified with 4-3.3′-Race In order to read the base sequence of the gene amplified with 3′-RACE, purification of the PCR product by gel extraction, subcloning and direct sequencing were performed. Details are shown below.

約2kbp付近に効率よく遺伝子が増幅したプライマーの組み合わせでPCR(最終容量20μl)を実施し、ゲル抽出の手法を用いて目的とする遺伝子片を回収した。ゲル抽出はWizard SV Gel and PCR Clean−Up System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。TAクローニングの手法を用いて、ゲルから抽出したPCR産物のサブクローニングを実施した。TAクローニングはpGEM−T Easy Vector System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。その後、このベクターDNAを大腸菌(TOP10株またはDH5α株)に形質転換し、青・白スクリーニングの手法を用いてインサートポジティブコロニーを選択した。選択されたコロニーをダイレクトコロニーPCRに供し、遺伝子が導入されていることを確認した。ダイレクトコロニーPCRには、M13−F(−29) Primer(5’−CAC GAC GTT GTA AAA CGA C−3’:配列番号21)とM13 Reverse(5’−GGA TAA CAA TTT CAC AGG−3’:配列番号22)とから成るプライマー対を用いた。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)、最終濃度がそれぞれ0.2μMのプライマー対を含む10μlのPCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型として少量の大腸菌コロニーを加えた。PCR反応は、最初に94℃1分間の熱変性を行った後、94℃30秒、50℃30秒および72℃2分を25サイクル繰り返し、最後に72℃2分間の伸長反応を行った。PCR反応後、2μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。 PCR (final volume 20 μl) was performed with a combination of primers in which the gene was efficiently amplified in the vicinity of about 2 kbp, and the target gene fragment was recovered using a gel extraction technique. Gel extraction was performed according to the manual using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega Corporation). Subcloning of the PCR product extracted from the gel was performed using the TA cloning technique. TA cloning was performed using pGEM-T Easy Vector System (Promega Corporation) according to the manual. Thereafter, this vector DNA was transformed into E. coli (TOP10 strain or DH5α strain), and insert positive colonies were selected using a blue / white screening technique. The selected colony was subjected to direct colony PCR to confirm that the gene was introduced. For direct colony PCR, M13-F (−29) Primer (5′-CAC GAC GTT GTA AAA CGA C-3 ′: SEQ ID NO: 21) and M13 Reverse (5′-GGA TAA CAA TTT CAC AGG-3 ′: A primer pair consisting of SEQ ID NO: 22) was used. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl), a 10 μl PCR reaction solution containing a primer pair each having a final concentration of 0.2 μM was prepared, and a small amount of E. coli colony was added thereto as a template. The PCR reaction was first heat-denatured at 94 ° C. for 1 minute, then repeated 25 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 2 minutes. After the PCR reaction, 2 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation.

増幅が確認できたPCR反応溶液について、ダイレクトシークエンシング法を用いてその遺伝子の塩基配列の決定を行った。PCR産物精製キットExoSAP−IT(GEヘルスケアバイオサイエンス)を用いて、PCR反応溶液に含まれる余剰なdNTPおよびプライマーを除去し、PCRダイレクトシークエンシングのための鋳型を調製した。BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオシステムズ)を用いて、この鋳型を含むシークエンシング反応溶液を調製し、サーマルサイクラーを用いてシークエンシング反応を行った。シークエンスに用いたプライマーはベクタープライマーまたは遺伝子特異的なプライマーを用いた。PCR産物の精製およびシークエンシングはそれぞれマニュアルに従って実施した。シークエンシング反応後、反応産物の精製を次の通りに行った。反応溶液に2.5倍量の100%エタノールを加え、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。次に、上清を取り除いた後、70%エタノールを加えて沈殿を洗浄し、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。最後に、上清を取り除いた後、沈殿を乾燥させた。精製した沈殿にHi−Di Formamide(アプライドバイオシステムズ)を15μl加え、溶解させた。この溶液を94℃2分間の熱変性させ、更に氷上で急冷して、塩基配列を決定するためのサンプルとした。このサンプルをApplied Biosystems 3130xlジェネティックアナライザ(アプライドバイオシステムズ)を用いて塩基配列を読み取った。塩基配列の解析方法はマニュアルに従って実施した。得られた塩基配列を、野生型スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子の塩基配列として配列番号2に示す。   For the PCR reaction solution in which amplification was confirmed, the base sequence of the gene was determined using the direct sequencing method. Excess dNTPs and primers contained in the PCR reaction solution were removed using a PCR product purification kit ExoSAP-IT (GE Healthcare Bioscience) to prepare a template for PCR direct sequencing. Using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems), a sequencing reaction solution containing this template was prepared, and a sequencing reaction was performed using a thermal cycler. Primers used for sequencing were vector primers or gene-specific primers. PCR product purification and sequencing were performed according to the respective manuals. After the sequencing reaction, the reaction product was purified as follows. 2.5 times volume of 100% ethanol was added to the reaction solution, and nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Next, after removing the supernatant, 70% ethanol was added to wash the precipitate, and the nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Finally, after removing the supernatant, the precipitate was dried. To the purified precipitate, 15 μl of Hi-Di Formatide (Applied Biosystems) was added and dissolved. This solution was heat-denatured at 94 ° C. for 2 minutes and further rapidly cooled on ice to prepare a sample for determining the base sequence. The base sequence of this sample was read using an Applied Biosystems 3130xl genetic analyzer (Applied Biosystems). The base sequence analysis method was performed according to the manual. The obtained base sequence is shown in SEQ ID NO: 2 as the base sequence of the wild-type scallop luciferase luciferase gene.

シークエンシングによって完全長ホタルルシフェラーゼ遺伝子を獲得した。この塩基配列(配列番号2)もしくはアミノ酸へ翻訳した配列(配列番号1)について、NCBIが提供するblastxまたはblastpサーチを利用して相同性検索を実施した。それぞれの検索で既知ホタルルシフェラーゼの塩基配列と高い相同性を示すことを確認した。以上の実験および解析で得られた塩基配列を新規ホタルルシフェラーゼ遺伝子の完全長cDNA配列であると決定した。   The full-length firefly luciferase gene was obtained by sequencing. The base sequence (SEQ ID NO: 2) or the sequence translated into amino acids (SEQ ID NO: 1) was subjected to homology search using blastx or blastp search provided by NCBI. Each search confirmed high homology with the base sequence of known firefly luciferase. The base sequence obtained by the above experiment and analysis was determined to be the full-length cDNA sequence of the novel firefly luciferase gene.

塩基配列(配列番号2)は、以下の通りである。
ATGGATAACGATAAAAATATTGTATATGGTCCCGAGCCATTTTACCCTGTTGATAAAGGATCCGCAGGAGCACAAATACACAAATATTTGCATCAATACTCAAAACTTGGAGCAATCGCGTTTACCAACGCGCTTACTGGTGTTGATATTACTTACGCCGAATACTTTGATATAACTTGCCGTTTAGGAGAAGCAATGAAAAGATATGGTATTAAAGTAGATGGAAGAATTGCTTTATGCAGTGAAAACTGTGAAGAATTTTTTTATCCTGTAATTGCTGGACTTTACATAGGTGCAGGCGTTGCTCCCACAAACGAGATTTACACCTTACGCGAGTTAGTCCACAGTTTAGGTATCTCAAAACCAACAATTGTATTTAGCTCTAAAAAAGGTTTAGATAAAGTTTTGCACGTACAAAAAACAGTGACATGCATTAAAACGATTGTTATATTAGACAGCAAAGTGGATTATAAAGGATACGACTGTGTGGAAAGTTTTATAAAAAGATACAATCCGCCAGGTTTCcAAGCTGCGAGTTTCAAAACTGTAGAGGTTGACCGCAAAGAGCAAATTGCTCTCATTATGAACTCTTCCGGTTCTACCGGTTTACCAAAAGGTGTACAACTTACTCACGAATGCGCGGTTACTAGATTCTCTCATGCCAAGGATCCCATTTACGGCAACCAAGTTTCACCAGGCACAGCCGTTTTAACTGTTGTTCCATTCCATCATGGTTTTGGTATGTTTACCACTTTAGGATATTTAGCTTGTGGATTTCGCGTCGTTATGCTAACAAGATTTGACGAAGAGATATTTTTAAAAACTATACAAGACTATAAATGTACAAGTGTCATTCTTGTACCGACTTTGTTCGGAATCCTCTCTAAAAGTAAGTTATTGGACAAATACGATCTGTCGAATCTAGTTGAAATTGCGTCTGGCGGAGCTCCATTAGCAAAAGAAGTTAGCGAAGCCGTAGCCAGACGGTTCAACCTTCCCGGAGTCCGTCAAGGTTACGGTTTGACGGAAACAACGTCTGCTATTATTATCACTCCAGAAGGTGACGATAAACCGGGTGCATCTGGAAAAGTTGTACCGTTGTTCAAAGCAAAAGTTGTTGACCTTGACACCAAAAAAACGTTGGGTCCTAACCAACGAGGTGAAGTATGCGTTAAAGGCCCTATGCTTATGAAAGGATACGTAGATAATCCGGAAGCAACCAGAGAAATTATTGACGAAGATGGCTGGTTGCACACTGGGGATATTGGATATTACGATGAGGACCAACACTTCTTTATTGTTGATCGTTTGAAGTCGTTAATAAAATACAAGGGATACCAAGTACCACCTGCAGAATTAGAATCTGTTCTTTTGCAACATCCATACATATTTGATGCTGGAGTAGCTGGTGTTCCTGATGCTGAAGCTGGTGAACTTCCTGGAGCAGTTGTTGTACTTGAAAAAGGAAAGCACGTGACTGAAAAAGAAATAATGGATTACGTTGCTGGCCAAGTCTCAAATGCAAAACGTTTGCGTGCTGGTGTTCGTTTTGTGGACGAAGTACCTAAAGGTCTTACTGGAAAAATTGATGGCAAAGCTATTAGAGAAATTCTTATGAAACCAAAATCTAAAATGTAA
The base sequence (SEQ ID NO: 2) is as follows.
ATGGATAACGATAAAAATATTGTATATGGTCCCGAGCCATTTTACCCTGTTGATAAAGGATCCGCAGGAGCACAAATACACAAATATTTGCATCAATACTCAAAACTTGGAGCAATCGCGTTTACCAACGCGCTTACTGGTGTTGATATTACTTACGCCGAATACTTTGATATAACTTGCCGTTTAGGAGAAGCAATGAAAAGATATGGTATTAAAGTAGATGGAAGAATTGCTTTATGCAGTGAAAACTGTGAAGAATTTTTTTATCCTGTAATTGCTGGACTTTACATAGGTGCAGGCGTTGCTCCCACAAACGAGATTTACACCTTACGCGAGTTAGTCCACAGTTTAGGTATCTCAAAACCAACAATTGTATTTAGCTCTAAAAAAGGTTTAGATAAAGTTTTGCACGTACAAAAAACAGTGACATGCATTAAAACGATTGTTATATTAGACAGCAAAGTGGATTATAAAGGATACGACTGTGTGGAAAGTTTTATAAAAAGATACAATCCGCCAGGTTTCcAAGCTGCGAGTTTCAAAACTGTAGAGGTTGACCGCAAAGAGCAAATTGCTCTCATTATGAACTCTTCCGGTTCTACCGGTTTACCAAAAGGTGTACAACTTACTCACGAATGCGCGGTTACTAGATTCTCTCATGCCAAGGATCCCATTTACGGCAACCAAGTTTCACCAGGCACAGCCGTTTTAACTGTTGTTCCATTCCATCATGGTTTTGGTATGTTTACCACTTTAGGATATTTAGCTTGTGGATTTCGCGTCGTTATGCTAACAAGATTTGACGAAGAGATATTTTTAAAAACTATACAAGACTATAAATGTACAAGTGTCATTCTTGTACCGACTTTGTTCGGAATCCTCTCTAAAAGTAAGTTATTGGACAAATACGATCTGTCGAATCTAGTTGAAATTGCGTCTGGCGGAGCTCCATTAGCAAAAGAAGTTAGCGAAGCCGTAGCCAGACGGTTCAACCTTCCCG GAGTCCGTCAAGGTTACGGTTTGACGGAAACAACGTCTGCTATTATTATCACTCCAGAAGGTGACGATAAACCGGGTGCATCTGGAAAAGTTGTACCGTTGTTCAAAGCAAAAGTTGTTGACCTTGACACCAAAAAAACGTTGGGTCCTAACCAACGAGGTGAAGTATGCGTTAAAGGCCCTATGCTTATGAAAGGATACGTAGATAATCCGGAAGCAACCAGAGAAATTATTGACGAAGATGGCTGGTTGCACACTGGGGATATTGGATATTACGATGAGGACCAACACTTCTTTATTGTTGATCGTTTGAAGTCGTTAATAAAATACAAGGGATACCAAGTACCACCTGCAGAATTAGAATCTGTTCTTTTGCAACATCCATACATATTTGATGCTGGAGTAGCTGGTGTTCCTGATGCTGAAGCTGGTGAACTTCCTGGAGCAGTTGTTGTACTTGAAAAAGGAAAGCACGTGACTGAAAAAGAAATAATGGATTACGTTGCTGGCCAAGTCTCAAATGCAAAACGTTTGCGTGCTGGTGTTCGTTTTGTGGACGAAGTACCTAAAGGTCTTACTGGAAAAATTGATGGCAAAGCTATTAGAGAAATTCTTATGAAACCAAAATCTAAAATGTAA

アミノ酸へ翻訳した配列(配列番号1)は、以下の通りである。
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKTIVILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCTSVILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYIFDAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM
The sequence translated into amino acids (SEQ ID NO: 1) is as follows.
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKTIVILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCTSVILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYIFDAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM

以下、この新規のルシフェラーゼ遺伝子にコードされるタンパク質を野生型スジグロボタルルシフェラーゼと称する。   Hereinafter, the protein encoded by the novel luciferase gene is referred to as wild-type swordfish luciferase.

[実施例2:野生型スジグロボタルルシフェラーゼの酵素学的なパラメータの測定]
1.野生型スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子のタンパク質発現
野生型スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子を大腸菌でタンパク質発現させるため、pRSET−Bベクター(インビトロジェン)に導入した。遺伝子発現ベクターの構築は標準的な方法に従い以下のように実験を実施した。
[Example 2: Measurement of enzymological parameters of wild-type scallop firefly luciferase]
1. Protein expression of wild-type Japanese cypress firefly luciferase gene The wild-type Japanese cypress firefly luciferase gene was introduced into pRSET-B vector (Invitrogen) for protein expression in E. coli. The gene expression vector was constructed according to a standard method as follows.

1−1.野生型スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子の制限酵素認識部位の改変
上述の通り決定した塩基配列によれば、野生型スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子はBamHIおよびEcoRIの制限酵素認識配列を含む。ルシフェラーゼのアミノ酸配列を維持しつつ、これらの塩基配列におけるこれらの認識配列を除去する遺伝子改変を実施した。この処理は、後述するルシフェラーゼ遺伝子の発現ベクターへの導入を容易にするために行った。遺伝子変異の導入は、多比良和誠編「遺伝子の機能阻害実験法―簡単で確実な遺伝子機能解析から遺伝子治療への応用まで」(羊土社、2001年発行、p.17−25)に示される方法に従った。変異導入後の配列は、配列番号3に示される塩基配列である。
1-1. Modification of restriction enzyme recognition site of wild-type scallop luciferase gene According to the base sequence determined as described above, the wild-type squirrel luciferase gene contains restriction enzyme recognition sequences of BamHI and EcoRI. While maintaining the amino acid sequence of luciferase, genetic modification was performed to remove these recognition sequences in these base sequences. This treatment was performed to facilitate the introduction of the luciferase gene described later into an expression vector. The introduction of gene mutation is shown in Taichi Yoshikazu's “Methods for Gene Function Inhibition—From Simple and Reliable Gene Function Analysis to Application to Gene Therapy” (Yodosha, 2001, p. 17-25) Followed the method. The sequence after mutagenesis is the base sequence shown in SEQ ID NO: 3.

変異導入後の配列(配列番号3)は、以下の通りである。
ATGGATAACGATAAAAATATTGTATATGGTCCCGAGCCATTTTACCCTGTTGATAAAGGTTCCGCAGGAGCACAAATACACAAATATTTGCATCAATACTCAAAACTTGGAGCAATCGCGTTTACCAACGCGCTTACTGGTGTTGATATTACTTACGCCGAATACTTTGATATAACTTGCCGTTTAGGAGAAGCAATGAAAAGATATGGTATTAAAGTAGATGGAAGAATTGCTTTATGCAGTGAAAACTGTGAAGAATTTTTTTATCCTGTAATTGCTGGACTTTACATAGGTGCAGGCGTTGCTCCCACAAACGAGATTTACACCTTACGCGAGTTAGTCCACAGTTTAGGTATCTCAAAACCAACAATTGTATTTAGCTCTAAAAAAGGTTTAGATAAAGTTTTGCACGTACAAAAAACAGTGACATGCATTAAAACGATTGTTATATTAGACAGCAAAGTGGATTATAAAGGATACGACTGTGTGGAAAGTTTTATAAAAAGATACAATCCGCCAGGTTTCCAAGCTGCGAGTTTCAAAACTGTAGAGGTTGACCGCAAAGAGCAAATTGCTCTCATTATGAACTCTTCCGGTTCTACCGGTTTACCAAAAGGTGTACAACTTACTCACGAATGCGCGGTTACTAGATTCTCTCATGCCAAGGACCCCATTTACGGCAACCAAGTTTCACCAGGCACAGCCGTTTTAACTGTTGTTCCATTCCATCATGGTTTTGGTATGTTTACCACTTTAGGATATTTAGCTTGTGGATTTCGCGTCGTTATGCTAACAAGATTTGACGAAGAGATATTTTTAAAAACTATACAAGACTATAAATGTACAAGTGTCATTCTTGTACCGACTTTGTTCGGAATCCTCTCTAAAAGTAAGTTATTGGACAAATACGATCTGTCGAATCTAGTTGAAATTGCGTCTGGCGGAGCTCCATTAGCAAAAGAAGTTAGCGAAGCCGTAGCCAGACGGTTCAACCTTCCCGGAGTCCGTCAAGGTTACGGTTTGACGGAAACAACGTCTGCTATTATTATCACTCCAGAAGGTGACGATAAACCGGGTGCATCTGGAAAAGTTGTACCGTTGTTCAAAGCAAAAGTTGTTGACCTTGACACCAAAAAAACGTTGGGTCCTAACCAACGAGGTGAAGTATGCGTTAAAGGCCCTATGCTTATGAAAGGATACGTAGATAATCCGGAAGCAACCAGAGAAATTATTGACGAAGATGGCTGGTTGCACACTGGGGATATTGGATATTACGATGAGGACCAACACTTCTTTATTGTTGATCGTTTGAAGTCGTTAATAAAATACAAGGGATACCAAGTACCACCTGCAGAATTAGAATCTGTTCTTTTGCAACATCCATACATATTTGATGCTGGAGTAGCTGGTGTTCCTGATGCTGAAGCTGGTGAACTTCCTGGAGCAGTTGTTGTACTTGAAAAAGGAAAGCACGTGACTGAAAAAGAAATAATGGATTACGTTGCTGGCCAAGTCTCAAATGCAAAACGTTTGCGTGCTGGTGTTCGTTTTGTGGACGAAGTACCTAAAGGTCTTACTGGAAAAATTGATGGCAAAGCTATTAGAGAAATTCTTATGAAACCAAAATCTAAAATGTAA
The sequence after mutagenesis (SEQ ID NO: 3) is as follows.
ATGGATAACGATAAAAATATTGTATATGGTCCCGAGCCATTTTACCCTGTTGATAAAGGTTCCGCAGGAGCACAAATACACAAATATTTGCATCAATACTCAAAACTTGGAGCAATCGCGTTTACCAACGCGCTTACTGGTGTTGATATTACTTACGCCGAATACTTTGATATAACTTGCCGTTTAGGAGAAGCAATGAAAAGATATGGTATTAAAGTAGATGGAAGAATTGCTTTATGCAGTGAAAACTGTGAAGAATTTTTTTATCCTGTAATTGCTGGACTTTACATAGGTGCAGGCGTTGCTCCCACAAACGAGATTTACACCTTACGCGAGTTAGTCCACAGTTTAGGTATCTCAAAACCAACAATTGTATTTAGCTCTAAAAAAGGTTTAGATAAAGTTTTGCACGTACAAAAAACAGTGACATGCATTAAAACGATTGTTATATTAGACAGCAAAGTGGATTATAAAGGATACGACTGTGTGGAAAGTTTTATAAAAAGATACAATCCGCCAGGTTTCCAAGCTGCGAGTTTCAAAACTGTAGAGGTTGACCGCAAAGAGCAAATTGCTCTCATTATGAACTCTTCCGGTTCTACCGGTTTACCAAAAGGTGTACAACTTACTCACGAATGCGCGGTTACTAGATTCTCTCATGCCAAGGACCCCATTTACGGCAACCAAGTTTCACCAGGCACAGCCGTTTTAACTGTTGTTCCATTCCATCATGGTTTTGGTATGTTTACCACTTTAGGATATTTAGCTTGTGGATTTCGCGTCGTTATGCTAACAAGATTTGACGAAGAGATATTTTTAAAAACTATACAAGACTATAAATGTACAAGTGTCATTCTTGTACCGACTTTGTTCGGAATCCTCTCTAAAAGTAAGTTATTGGACAAATACGATCTGTCGAATCTAGTTGAAATTGCGTCTGGCGGAGCTCCATTAGCAAAAGAAGTTAGCGAAGCCGTAGCCAGACGGTTCAACCTTCCCG GAGTCCGTCAAGGTTACGGTTTGACGGAAACAACGTCTGCTATTATTATCACTCCAGAAGGTGACGATAAACCGGGTGCATCTGGAAAAGTTGTACCGTTGTTCAAAGCAAAAGTTGTTGACCTTGACACCAAAAAAACGTTGGGTCCTAACCAACGAGGTGAAGTATGCGTTAAAGGCCCTATGCTTATGAAAGGATACGTAGATAATCCGGAAGCAACCAGAGAAATTATTGACGAAGATGGCTGGTTGCACACTGGGGATATTGGATATTACGATGAGGACCAACACTTCTTTATTGTTGATCGTTTGAAGTCGTTAATAAAATACAAGGGATACCAAGTACCACCTGCAGAATTAGAATCTGTTCTTTTGCAACATCCATACATATTTGATGCTGGAGTAGCTGGTGTTCCTGATGCTGAAGCTGGTGAACTTCCTGGAGCAGTTGTTGTACTTGAAAAAGGAAAGCACGTGACTGAAAAAGAAATAATGGATTACGTTGCTGGCCAAGTCTCAAATGCAAAACGTTTGCGTGCTGGTGTTCGTTTTGTGGACGAAGTACCTAAAGGTCTTACTGGAAAAATTGATGGCAAAGCTATTAGAGAAATTCTTATGAAACCAAAATCTAAAATGTAA

1−2.野生型スジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子の遺伝子発現ベクターへの導入
ルシフェラーゼ遺伝子を、pRSET−Bベクターの制限酵素サイトBamHI−EcoRI間に導入するため、開始コドンおよびその前に制限酵素BamHI認識配列GGATCCを含むプライマー(配列番号29)、並びに終止コドンおよびその後ろに制限酵素EcoRI認識配列GAATTCを含むプライマー(配列番号30)を作成した。このプライマー対を用いて、ルシフェラーゼ遺伝子の両端に上述の制限酵素認識部位を含んだ断片の増幅を行った。PCRは、ポリメラーゼKOD−Plus−(東洋紡績株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。
1-2. Introduction of wild-type Japanese cypress firefly luciferase gene into gene expression vector In order to introduce the luciferase gene between restriction enzyme sites BamHI-EcoRI of pRSET-B vector, a primer containing a restriction enzyme BamHI recognition sequence GGATCC in front of it A primer (SEQ ID NO: 30) containing (SEQ ID NO: 29) and a stop codon and a restriction enzyme EcoRI recognition sequence GAATTC behind it was prepared. Using this primer pair, a fragment containing the above-mentioned restriction enzyme recognition sites at both ends of the luciferase gene was amplified. PCR was performed according to the manual using polymerase KOD-Plus- (Toyobo Co., Ltd.).

最終濃度が等倍の10×PCR Buffer、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が1.0mMのMgSO、最終濃度が0.02U/μlのTOYOBO KOD−Plus−(1U/μl)、最終濃度がそれぞれ0.3μMのプライマー対を含む20μlのPCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型としてBamHIとEcoRI認識配列を持たないルシフェラーゼ遺伝子の溶液を0.4μl加えた。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、55℃30秒および68℃2分を30サイクル繰り返し、最後に68℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。遺伝子増幅が認められたため、このPCR反応溶液を通常のエタノール沈殿法により沈殿濃縮し、制限酵素処理用10×H Bufferを4μl、制限酵素BamHI(東洋紡績株式会社)および制限酵素EcoRI(東洋紡績株式会社)を各2μlならびに滅菌脱イオン水32μlを加えて溶解し、37℃で2時間保温して制限酵素処理した。その後、この反応溶液をエタノール沈殿法により沈殿濃縮した後、滅菌脱イオン水に溶解した。この溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色を行った。紫外線照射下において確認されるDNAバンドを含むゲルを、ナイフを用いて切り出した。この切り出したゲルからWizard(R) SV Gel and PCR Clean−Up System(プロメガ)を用いてDNAを抽出した。これらの操作はマニュアルに従って実施した。その後、Ligation Pack(ニッポンジーン)をマニュアルに従って用いて、あらかじめ同様の方法で制限酵素BamHIと制限酵素EcoRIで処理したpRSET−Bベクターに抽出したDNAを導入した。このベクターDNAを大腸菌JM109(DE3)株に形質転換し、コロニーを形成させた。 10 × PCR Buffer with final concentration of 1 ×, final concentration of 0.2 mM dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration of 1.0 mM MgSO 4 , final concentration of 0.02 U / μl TOYOBO KOD− A PCR reaction solution of 20 μl containing a primer pair of Plus- (1 U / μl) and a final concentration of 0.3 μM is prepared, and 0.4 μl of a solution of luciferase gene having no BamHI and EcoRI recognition sequences is added thereto as a template. It was. In the PCR reaction, after heat denaturation at 94 ° C. for 2 minutes, 94 cycles of 30 ° C., 55 ° C. for 30 seconds and 68 ° C. for 2 minutes were repeated 30 times, and finally, an extension reaction at 68 ° C. for 5 minutes was performed. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation. Since gene amplification was confirmed, this PCR reaction solution was precipitated and concentrated by the usual ethanol precipitation method, 4 μl of 10 × H Buffer for restriction enzyme treatment, restriction enzyme BamHI (Toyobo Co., Ltd.) and restriction enzyme EcoRI (Toyobo Co., Ltd.) 2) each and 32 μl of sterilized deionized water were dissolved, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 2 hours for restriction enzyme treatment. Then, this reaction solution was precipitated and concentrated by an ethanol precipitation method and then dissolved in sterilized deionized water. This solution was electrophoresed using 1% TAE agarose gel and stained with ethidium bromide. A gel containing a DNA band confirmed under ultraviolet irradiation was cut out using a knife. DNA was extracted from this excised gel using Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega). These operations were performed according to the manual. Thereafter, using Ligation Pack (Nippon Gene) according to the manual, the extracted DNA was introduced into the pRSET-B vector previously treated with the restriction enzymes BamHI and EcoRI by the same method. This vector DNA was transformed into Escherichia coli JM109 (DE3) strain to form colonies.

得られたコロニーを鋳型としてダイレクトコロニーPCRを実施し、pRSET−Bに導入したルシフェラーゼ遺伝子を増幅した。ダイレクトコロニーPCRは、T7 promoter Primer(5’−TAA TAC GAC TCA CTA TAG GG−3’:配列番号31)およびT7 Reverse Primer(5’−CTA GTT ATT GCT CAG CGG TGG−3’:配列番号32)のプライマー対を用いて行った。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)および最終濃度がそれぞれ0.2μMのプライマーを含む10μlのPCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型として少量の大腸菌コロニーを加えた。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、50℃30秒および72℃2分を25サイクル繰り返し、最後に72℃5分間の伸長反応を行った。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察した。 Direct colony PCR was performed using the obtained colony as a template to amplify the luciferase gene introduced into pRSET-B. Direct colony PCR was performed using T7 promoter Primer (5′-TAA TAC GAC TCA CTA TAG GG-3 ′: SEQ ID NO: 31) and T7 Reverse Primer (5′-CTA GTT ATT GCT CAG CGG TGG-3 ′: SEQ ID NO: 32). The primer pairs were used. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) and 10 μl of a PCR reaction solution containing primers each having a final concentration of 0.2 μM were prepared, and a small amount of E. coli colony was added thereto as a template. The PCR reaction was first heat-denatured at 94 ° C. for 2 minutes, followed by 25 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes, and finally an extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution was electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band was observed under ultraviolet irradiation.

増幅が確認できたPCR反応溶液について、ダイレクトシークエンシング法を用いてその遺伝子の塩基配列の決定を行った。PCR産物精製キットExoSAP−ITを用いて、PCR反応溶液に含まれる余剰なdNTPおよびプライマーを除去し、PCRダイレクトシークエンシングのための鋳型を調製した。BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kitを用いて、この鋳型を含むシークエンシング反応溶液を調製し、サーマルサイクラーを用いてシークエンシング反応を行った。シークエンスには、ベクタープライマーまたは遺伝子特異的なプライマーを用いた。PCR産物の精製およびシークエンシングはそれぞれマニュアルに従って実施した。シークエンシング反応後、反応産物の精製を次の通りに行った。反応溶液に2.5倍量の100%エタノールを加え、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。次に、上清を取り除いた後、70%エタノールを加えて沈殿を洗浄し、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。最後に、を取り除いた後、沈殿を乾燥させた。精製した沈殿にHi−Di Formamide(アプライドバイオシステムズ)を15μl加え、溶解させた。この溶液を94℃2分間の熱変性させ、更に氷上で急冷して、塩基配列を決定するためのサンプルとした。このサンプルをApplied Biosystems 3130xl ジェネティックアナライザを用いて塩基配列を読み取り、配列番号3の塩基配列が、正常に遺伝子発現ベクターpRSET−Bに導入されていることを確認した。   For the PCR reaction solution in which amplification was confirmed, the base sequence of the gene was determined using the direct sequencing method. Using PCR product purification kit ExoSAP-IT, excess dNTPs and primers contained in the PCR reaction solution were removed, and a template for PCR direct sequencing was prepared. Using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit, a sequencing reaction solution containing this template was prepared, and a sequencing reaction was performed using a thermal cycler. For the sequencing, vector primers or gene-specific primers were used. PCR product purification and sequencing were performed according to the respective manuals. After the sequencing reaction, the reaction product was purified as follows. 2.5 times volume of 100% ethanol was added to the reaction solution, and nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Next, after removing the supernatant, 70% ethanol was added to wash the precipitate, and the nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Finally, after removing, the precipitate was dried. To the purified precipitate, 15 μl of Hi-Di Formatide (Applied Biosystems) was added and dissolved. This solution was heat-denatured at 94 ° C. for 2 minutes and further rapidly cooled on ice to prepare a sample for determining the base sequence. The base sequence of this sample was read using an Applied Biosystems 3130xl genetic analyzer, and it was confirmed that the base sequence of SEQ ID NO: 3 was normally introduced into the gene expression vector pRSET-B.

2.発光タンパク質の精製
JM109(DE3)を含む大腸菌溶液50μlにルシフェラーゼ発現ベクター0.5μlを添加し、氷上で10分、その後42℃で1分、最後に氷上で2分インキュベートした。その後、大腸菌溶液50μlをSOC培地200μlに加えた。その大腸菌/SOC培地混合溶液を37℃で20分間振とうしながらインキュベートした。インキュベート後のサンプル100μlをLB培地プレート(100μg/mlアンピシリンを含む)にストリークし、37℃で一晩インキュベートした。翌日得られたコロニーをピックアップし、500mlスケールのLB培地で培養した。培養は37℃で24時間、18℃で24時間行った。合計48時間の培養の後、遠心分離で菌体を回収し、0.1M Tris−HCl溶液(pH8.0)に再度懸濁して超音波破砕した。菌体破砕液を遠心分離(15000rpm、10分)し、沈査を除去して上清を回収した。ベッドボリューム2mlのカラムにNi−Agar懸濁液500μlと0.1M Tris−HCl2mlを加え、カラムを平衡化した。回収した上清をカラムに添加し、自然落下させた。上清の全量がカラムを通過するまでの間の操作は全て4℃の条件で行った。25mMイミダゾール/0.1M Tris−HCl溶液2mlでカラムを洗浄した。洗浄後のカラムに500mMイミダゾール/0.1M Tris−HCl溶液を2ml加え、ルシフェラーゼを溶出した。溶出されたサンプルをゲルろ過カラムPD−10(GEヘルスケア)でろ過し、脱塩した。脱塩後のサンプルをVivaspin6(ザルトリウス)で限界ろ過し、濃縮されたサンプルにグリセリンを添加して、50%グリセリン溶液とした。保存は−20℃で行った。
2. Purification of photoprotein 0.5 μl of luciferase expression vector was added to 50 μl of E. coli solution containing JM109 (DE3), and incubated on ice for 10 minutes, then at 42 ° C. for 1 minute, and finally on ice for 2 minutes. Thereafter, 50 μl of E. coli solution was added to 200 μl of SOC medium. The E. coli / SOC medium mixed solution was incubated at 37 ° C. for 20 minutes with shaking. 100 μl of the incubated sample was streaked on an LB medium plate (containing 100 μg / ml ampicillin) and incubated overnight at 37 ° C. The colonies obtained the next day were picked up and cultured in a 500 ml scale LB medium. The culture was performed at 37 ° C. for 24 hours and at 18 ° C. for 24 hours. After a total of 48 hours of culture, the cells were collected by centrifugation, resuspended in a 0.1 M Tris-HCl solution (pH 8.0), and sonicated. The cell disruption solution was centrifuged (15000 rpm, 10 minutes), the sediment was removed, and the supernatant was recovered. To a column with a bed volume of 2 ml, 500 μl of Ni-Agar suspension and 2 ml of 0.1 M Tris-HCl were added to equilibrate the column. The collected supernatant was added to the column and allowed to fall naturally. All operations until the entire amount of the supernatant passed through the column were performed at 4 ° C. The column was washed with 2 ml of 25 mM imidazole / 0.1 M Tris-HCl solution. 2 ml of 500 mM imidazole / 0.1 M Tris-HCl solution was added to the washed column to elute luciferase. The eluted sample was filtered through a gel filtration column PD-10 (GE Healthcare) and desalted. The desalted sample was ultrafiltered with Vivaspin 6 (Sartorius), and glycerin was added to the concentrated sample to obtain a 50% glycerin solution. Storage was performed at -20 ° C.

3.発光スペクトルの測定
測定のための装置としてLumiFlSpectroCapture(ATTO)を用い、0.1Mクエン酸/0.1M NaHPO buffer(pH6.0−8.0)に1mM D−ルシフェリン、2mM ATPおよび4mM MgClを含む溶液に、精製酵素を1μg/mlから10μg/mlの間の最終濃度で添加し、酵素添加後15秒経過時点で発光スペクトルを測定した。測定結果を図1に示す。
3. Measurement of emission spectrum LumiFl SpectroCapture (ATTO) was used as an apparatus for measurement, and 0.1 mM citric acid / 0.1 M Na 2 HPO 4 buffer (pH 6.0-8.0) was used with 1 mM D-luciferin, 2 mM ATP and 4 mM. The purified enzyme was added to the solution containing MgCl 2 at a final concentration between 1 μg / ml and 10 μg / ml, and the emission spectrum was measured when 15 seconds had elapsed after the addition of the enzyme. The measurement results are shown in FIG.

図1より、取得された野生型スジグロボタルルシフェラーゼは、pH8.0の環境において、583nm付近に最大発光波長を示している。また、また、最大発光波長は、pH7.5、pH7.0、pH6.5、pH6.0およびpH5.5で、それぞれ、約590nm、約600nm、約609nm、約614nmおよび約613nm、であり、pHが下がるほど最大波長は長くなる傾向がみられる。   As shown in FIG. 1, the obtained wild-type scallop firefly luciferase has a maximum emission wavelength in the vicinity of 583 nm in an environment of pH 8.0. Moreover, the maximum emission wavelengths are about 590 nm, about 600 nm, about 609 nm, about 614 nm and about 613 nm at pH 7.5, pH 7.0, pH 6.5, pH 6.0 and pH 5.5, respectively. There is a tendency that the maximum wavelength becomes longer as the pH is lowered.

4.速度論的解析
4−1.D−ルシフェリンおよびATPの濃度の決定
D−ルシフェリン溶液中のD−ルシフェリン濃度およびATP溶液中のATP濃度を以下の通りに決定した。
4). Kinetic analysis 4-1. Determination of D-luciferin and ATP concentrations The D-luciferin concentration in the D-luciferin solution and the ATP concentration in the ATP solution were determined as follows.

UV−Visible Spectrometer(Hitachi)を用いて、D−ルシフェリン溶液およびATP溶液の紫外可視吸収スペクトルを測定し、この測定結果と以下のε値とから濃度を算出した。
D−ルシフェリン:λmax 328nm、ε18200、pH5.0
ATP:λmax 259nm、ε15400、pH7.0。
Using a UV-Visible Spectrometer (Hitachi), the UV-visible absorption spectra of the D-luciferin solution and the ATP solution were measured, and the concentration was calculated from the measurement results and the following ε values.
D-luciferin: λ max 328 nm, ε18200, pH 5.0
ATP: λ max 259 nm, ε 15400, pH 7.0.

測定はそれぞれ10回ずつ行い、吸光度の平均値を濃度算出に用いた。このように濃度を決定したD−ルシフェリン溶液およびATP溶液を用いて、以下のKm値算出を行った。   Each measurement was performed 10 times, and the average value of absorbance was used for concentration calculation. The following Km value calculation was performed using the D-luciferin solution and the ATP solution thus determined.

4−2.D−ルシフェリンに対するKm値の測定
様々なD−ルシフェリン濃度の環境下において、得られたルシフェラーゼによる発光の強度を測定した。測定結果に基づいて、D−ルシフェリンに対するKm値を決定した。
4-2. Measurement of Km value for D-luciferin The intensity of luminescence by the obtained luciferase was measured under various D-luciferin concentrations. Based on the measurement results, the Km value for D-luciferin was determined.

D−ルシフェリンを0.1M Tris−HCl(pH8.0)に添加して、異なる濃度の12種類のD−ルシフェリン溶液を作製した。これらの溶液は、D−ルシフェリンの終濃度がそれぞれ0.625、1.25、2.5、5、10、20、40、80、160、320、480および640μMとなるようにD−ルシフェリンを含む。これらのD−ルシフェリン溶液を96穴マイクロプレートに50μlずつ分注した。各種精製ルシフェラーゼ、4mM ATPおよび8mM MgSOを含む0.1M Tris−HCl(pH8.0)溶液をルミノメーターの標準ポンプに接続し、当該溶液をウェルに50μl添加すると同時に測定を行った。測定にはLuminescensor(ATTO)を使用した。測定は各ルシフェリン濃度について3回ずつ行った。 D-luciferin was added to 0.1 M Tris-HCl (pH 8.0) to make 12 types of D-luciferin solutions with different concentrations. These solutions contain D-luciferin so that the final concentration of D-luciferin is 0.625, 1.25, 2.5, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 480 and 640 μM, respectively. Including. 50 μl of each of these D-luciferin solutions was dispensed into a 96-well microplate. A 0.1 M Tris-HCl (pH 8.0) solution containing various purified luciferases, 4 mM ATP and 8 mM MgSO 4 was connected to a standard pump of a luminometer, and 50 μl of the solution was added to the wells, and measurement was performed. Luminescence (ATTO) was used for the measurement. The measurement was performed three times for each luciferin concentration.

得られたフォトンカウント値のピーク強度を初速度Vとして、ルシフェリン濃度Sに対してプロットした。このプロットにミカエリス・メンテン型のカーブフィッティングを行い、Km値を算出した。カーブフィッティングは非線形の最小二乗法で行い、パラメータの探索にはニュートン法を用いた。   The peak intensity of the photon count value obtained was plotted against the luciferin concentration S as the initial velocity V. This plot was subjected to Michaelis-Menten type curve fitting to calculate the Km value. Curve fitting was performed by a non-linear least square method, and Newton's method was used for parameter search.

4−3.ATPに対するKm値の測定
様々なATP濃度の環境下において、得られたルシフェラーゼによる発光の強度を測定した。測定結果に基づいて、ATPに対するKm値を決定した。
4-3. Measurement of Km value for ATP The intensity of luminescence by the obtained luciferase was measured under various ATP concentration environments. Based on the measurement results, the Km value for ATP was determined.

ATPを0.1M Tris−HCl(pH8.0)に添加して、異なる濃度の12種類のATP溶液を作製した。これらの溶液は、ATPの終濃度がそれぞれ5、10、20、40、80、160、320、480、640、800、1280、1600および1920μMとなるようにATPを含む。これらのATP溶液をそれぞれ96穴マイクロプレートに50μlずつ分注した。各種精製ルシフェラーゼ、1mM D−ルシフェリン、8mM MgSOを含む0.1M Tris−HCl(pH8.0)溶液をルミノメーターの標準ポンプに接続し、当該溶液をウェルに50μl添加すると同時に測定を行った。測定は各ATP濃度について3回ずつ行った。 ATP was added to 0.1 M Tris-HCl (pH 8.0) to prepare 12 types of ATP solutions with different concentrations. These solutions contain ATP such that the final concentrations of ATP are 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 480, 640, 800, 1280, 1600 and 1920 μM, respectively. 50 μl of each ATP solution was dispensed into a 96-well microplate. A 0.1M Tris-HCl (pH 8.0) solution containing various purified luciferases, 1 mM D-luciferin, and 8 mM MgSO 4 was connected to a standard pump of a luminometer, and 50 μl of the solution was added to the wells for measurement. The measurement was performed three times for each ATP concentration.

得られたフォトンカウント値のピーク強度を初速度Vとして、ATP濃度Sに対してプロットした。このプロットにミカエリス・メンテン型のカーブフィッティングを行い、Km値を算出した。カーブフィッティングは非線形の最小二乗法で行い、パラメータの探索にはニュートン法を用いた。   The peak intensity of the obtained photon count value was plotted against the ATP concentration S as the initial velocity V. This plot was subjected to Michaelis-Menten type curve fitting to calculate the Km value. Curve fitting was performed by a non-linear least square method, and Newton's method was used for parameter search.

上記のようにして決定されたD−ルシフェリンに対するKm値およびATPに対するKm値を表1に示す。表1には、同様に測定した既知のルシフェラーゼの各Km値も示される。P.ピラリスとは既知のホタル由来のルシフェラーゼである。また、ELuc、CBGおよびCBRとは既知のコメツキムシ由来のルシフェラーゼである。これらの既知のルシフェラーゼは市販されるものを使用した。   Table 1 shows the Km value for D-luciferin and the Km value for ATP determined as described above. Table 1 also shows the Km values of known luciferases measured in the same manner. P. Pyralis is a known firefly-derived luciferase. ELuc, CBG, and CBR are luciferases derived from known beetles. These known luciferases were used commercially.

Figure 0005980608
Figure 0005980608

さらに、これらの結果について、縦軸をATPに対するKm値とし、横軸をD−ルシフェリンに対するKm値としてプロットした図を、図2として示す。   Furthermore, about these results, the figure which plotted the vertical axis | shaft as Km value with respect to ATP and the horizontal axis | shaft as Km value with respect to D-luciferin is shown as FIG.

[実施例3:変異型スジグロボタルルシフェラーゼの作製とHeLa細胞内における発光強度および発光スペクトルの比較]
1.変異型スジグロボタルルシフェラーゼの作製
下記のとおり、変異型スジグロボタルルシフェラーゼを発現する変異型遺伝子を作製した。
[Example 3: Production of mutant-type white luciferase luciferase and comparison of emission intensity and emission spectrum in HeLa cells]
1. Production of Mutant Lepidoptera Luciferase As described below, a mutant gene that expresses mutant Lepidoptera luciferase was produced.

哺乳細胞における発現に最適化したルシフェラーゼ遺伝子(配列番号4)に対し、配列番号4によりコードされるアミノ酸配列上283番目のセリンをロイシンに置換する変異(S283L)を導入した。   A mutation (S283L) was introduced into the luciferase gene (SEQ ID NO: 4) optimized for expression in mammalian cells, which replaces the 283rd serine in the amino acid sequence encoded by SEQ ID NO: 4 with leucine.

なお、哺乳細胞における発現に最適化したルシフェラーゼ遺伝子(配列番号4)は、以下の通りである。
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCATCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCTCTGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTGGCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGCTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCTTCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA
The luciferase gene (SEQ ID NO: 4) optimized for expression in mammalian cells is as follows.
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCATCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCTCTGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTG GCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGCTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCTTCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA

上記変異の導入のために、以下のプライマーを用いた。
S283L変異:(GACTACAAGTGCACCnnnGTGATCCTGGTGCCC:配列番号35)(nnnは、任意の塩基からなる配列を表す。)
このプライマーを用いて、283番目のアミノ酸に任意の改変を有し、高輝度の発光を誘起する活性を有し、かつ、発光色が長波長側にシフトした変異型ルシフェラーゼをコードする遺伝子を作成した。
The following primers were used for introducing the mutations.
S283L mutation: (GATACCAAGTGCACCnnnnGTGATCCCTGGTCCCC: SEQ ID NO: 35) (nnn represents a sequence consisting of an arbitrary base)
Using this primer, a gene encoding a mutant luciferase that has an arbitrary modification at the 283rd amino acid, has an activity of inducing high-intensity luminescence, and has a luminescent color shifted to the long wavelength side did.

変異の導入は文献の記載に基づいて行った(Asako Sawano and Atsushi Miyawaki, Nucleic Acids Research,2000, Vol.28, No.16)。変異導入後にシーケンサーを用いて配列を読み取り、目的とする変異がスジグロボタルルシフェラーゼ遺伝子に導入されていること及び更にI148Vの変異が導入されていることを確認した。I148Vの変異は、当初意図していなかった変異であり、PCRにおいて偶然に置換されたものである。   Mutation was introduced based on the description in the literature (Asako Sawano and Atsushi Miyawaki, Nucleic Acids Research, 2000, Vol. 28, No. 16). After introduction of the mutation, the sequence was read using a sequencer, and it was confirmed that the target mutation was introduced into the squirrel luciferase gene and that the I148V mutation was further introduced. The I148V mutation is a mutation that was not originally intended and was accidentally substituted in PCR.

作製したスジグロボタル変異型ルシフェラーゼを赤色変異体1と称する。これは、I148VおよびS283Lの変異を有する。この赤色変異体1は、更にKozak配列の付与による変異を有する。
赤色変異体1のアミノ酸配列は配列番号33に記載され、この赤色変異体1をコードする遺伝子の塩基配列は配列番号34に記載される。
The produced sujiglobotaru mutant luciferase is referred to as red mutant 1. It has I148V and S283L mutations. This red variant 1 further has a mutation due to the addition of the Kozak sequence.
The amino acid sequence of red variant 1 is set forth in SEQ ID NO: 33, and the base sequence of the gene encoding red variant 1 is set forth in SEQ ID NO: 34.

赤色変異体1のアミノ酸配列(配列番号33)は、以下の通りである。変異アミノ酸に下線を付す。
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKTVVILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCTLVILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYIFDAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM
The amino acid sequence of red mutant 1 (SEQ ID NO: 33) is as follows. Mutant amino acids are underlined.
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKT V VILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCT L VILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYIFDAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM

赤色変異体1をコードする遺伝子の塩基配列(配列番号34)は、以下の通りである。
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTGGCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGCTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCTTCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA
The base sequence (SEQ ID NO: 34) of the gene encoding red variant 1 is as follows.
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTG GCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGCTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCTTCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA

2.HeLa細胞内における発光強度および発光スペクトルの比較
次に、スジグロボタル野生型および赤色変異体1ルシフェラーゼによるHeLa細胞内での発光強度を測定し、これらを、フォティヌス・ピラリス(Photinus pyralis)ルシフェラーゼ(プロメガ社のLuc2ルシフェラーゼ)およびコメツキムシ由来の赤色発光のルシフェラーゼCBR(プロメガ社のCBRルシフェラーゼ)と比較した。
2. Comparison of luminescence intensity and luminescence spectrum in HeLa cells Next, the luminescence intensity in HeLa cells by wild squirrel firefly and red mutant 1 luciferase was measured, and these were measured with Photinus pyralis (Promega). Luc2 luciferase) and red luminescence luciferase CBR (Promega CBR luciferase) from beetles.

スジグロボタル野生型ルシフェラーゼの遺伝子を含む核酸および赤色変異体1の遺伝子を含む核酸に対してKozak配列を付与した。なお、これら2種の配列(配列番号4および配列番号34)とも哺乳細胞における発現に対してコドン最適化されている。その後、これら配列を、それぞれ、pF9A CMV hRLuc neo Flexi vector(Promega)のマルチクローニングサイトのSgfIおよびPmeIのサイト間に挿入した。pF9Aベクターは内部コントロールとしてウミシイタケルシフェラーゼ遺伝子(hRLuc)をベクター配列に含んでおり、マルチクローニングサイトに挿入された発光遺伝子による発光強度をウミシイタケルシフェラーゼによる発光強度との比として算出することが可能である。
同様の手順に従って、フォティヌス・ピラリス(Photinus pyralis)ルシフェラーゼおよびCBRルシフェラーゼの遺伝子を含む核酸をpF9Aベクターのマルチクローニングサイトに挿入した。
A Kozak sequence was added to the nucleic acid containing the gene for the wild white luciferase and the nucleic acid containing the gene for red mutant 1. Note that these two sequences (SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 34) are also codon optimized for expression in mammalian cells. These sequences were then inserted between the SgfI and PmeI sites of the multicloning site of pF9A CMV hRLuc neo Flexi vector (Promega), respectively. The pF9A vector contains the Renilla luciferase gene (hRLuc) as an internal control in the vector sequence, and the luminescence intensity of the luminescence gene inserted into the multicloning site can be calculated as the ratio of the luminescence intensity of Renilla luciferase. is there.
According to a similar procedure, a nucleic acid containing the genes for Photinus pyralis luciferase and CBR luciferase was inserted into the multicloning site of the pF9A vector.

発光強度の比較は、Dual−Glo(登録商標)Luciferase Assay System(米国プロメガ社製、製品番号E2940)を用いて実施した。得られた4種のプラスミドを、48穴のプレートに播種したHeLa細胞にそれぞれリポフェクション法で遺伝子導入し、24時間後PBSで細胞を洗浄した。48穴プレートの各ウェルに2mM D−ルシフェリン/CO Independent Medium(Invitrogen)を200μlずつ添加し、37℃、各ウェルあたり1秒間測定の条件でLuminescensor(ATTO)を用いて90分間発光強度を測定した。90分経過時点の発光強度を4種ルシフェラーゼの発光強度とした。その後、マニュアルに従ってセレンテラジンを添加し、内部コントロールであるウミシイタケルシフェラーゼによる発光強度を37℃、各ウェルあたり1秒間測定の条件でLuminescensorを用いて15分間発光強度を測定した。スジグロボタル野生型ルシフェラーゼ、赤色変異体1、P.ピラリスルシフェラーゼ(Luc2 ルシフェラーゼ、プロメガ社)およびCBRルシフェラーゼ(プロメガ社)による発光強度をウミシイタケルシフェラーゼによる発光強度でそれぞれ除算した値を算出し、その値を各ルシフェラーゼの発光強度としてグラフ化した。その結果を図3に示す。図3において、発光強度は、P.ピラリスルシフェラーゼによる発光強度を1としたときの比で表している。 Comparison of luminescence intensity was performed using Dual-Glo (registered trademark) Luciferase Assay System (product number E2940, manufactured by Promega Corp., USA). The four types of plasmids thus obtained were each transfected into HeLa cells seeded in a 48-well plate by the lipofection method, and after 24 hours, the cells were washed with PBS. 200 μl of 2 mM D-luciferin / CO 2 Independent Medium (Invitrogen) was added to each well of a 48-well plate, and the luminescence intensity was measured for 90 minutes using a Luminescence (ATTO) at 37 ° C. for 1 second per well. did. The luminescence intensity at the time when 90 minutes had elapsed was defined as the luminescence intensity of the four luciferases. Thereafter, coelenterazine was added according to the manual, and the luminescence intensity by Renilla luciferase as an internal control was measured at 37 ° C. for 1 second using a Luminescence sensor under the conditions of measurement for 1 second per well. Japanese black luciferase, red mutant 1, P. aeruginosa A value obtained by dividing the luminescence intensity by Pyralis luciferase (Luc2 luciferase, Promega) and CBR luciferase (Promega) by the luminescence intensity by Renilla luciferase was calculated, and the value was graphed as the luminescence intensity of each luciferase. The result is shown in FIG. In FIG. It is expressed as a ratio when the light emission intensity by pyralis luciferase is 1.

図3に示されるように、HeLa細胞におけるスジグロボタル野生型ルシフェラーゼよって得られた発光強度は、P.ピラリスルシフェラーゼによる発光強度の2.60倍であった。赤色変異体1によって得られた発光強度は、P.ピラリスルシフェラーゼによる発光強度の1.13倍であった。
また、HeLa細胞で発現させた各種ルシフェラーゼ(スジグロボタル野生型、赤色変異体1およびCBR)の発光スペクトルを実施例2と同様に測定した。ルシフェリン濃度は2mMで、温度は25℃と37℃の2点で測定した。その結果を図4〜6に示す。図4は、野生型の測定結果、図5は赤色変異体1の測定結果、図6はCBRの測定結果を示す。
As shown in FIG. 3, the luminescence intensity obtained by the wild luciferase in HeLa cells The emission intensity by pyralis luciferase was 2.60 times. The emission intensity obtained with the red mutant 1 is P.P. It was 1.13 times the luminescence intensity by pyralis luciferase.
In addition, the emission spectra of various luciferases expressed in HeLa cells (Suji globot wild type, red mutant 1 and CBR) were measured in the same manner as in Example 2. The luciferin concentration was 2 mM, and the temperature was measured at two points of 25 ° C. and 37 ° C. The results are shown in FIGS. FIG. 4 shows the wild-type measurement results, FIG. 5 shows the red mutant 1 measurement results, and FIG. 6 shows the CBR measurement results.

図4より、温度が25℃から37℃へと上がるに連れて、野生型では最大発光波長が598nmから609nmへと長波長側にシフトしていることがわかる。これは、図1に示した高pHから低pHへ変化したときのスペクトル変化と同様の結果である。
また、図5に示す赤色変異体1による発光スペクトルでは、温度が25℃から37℃に上昇しても、最大発光波長の明確なシフトはみられなかった。図4、5及び6により、HeLa細胞内において、赤色変異体1は、野生型とは異なる最大発光波長(616nm)を示し、この発光波長は、市販されている赤色発光ルシフェラーゼCBRの最大発光波長(620nm)と同程度であることが示された。さらに、図3により、このスジグロボタル赤色変異体1による発光強度は、CBRの3.42倍であることが示された。
FIG. 4 shows that as the temperature increases from 25 ° C. to 37 ° C., the maximum emission wavelength of the wild type shifts from 598 nm to 609 nm on the longer wavelength side. This is the same result as the spectrum change when changing from high pH to low pH shown in FIG.
Moreover, in the emission spectrum by the red variant 1 shown in FIG. 5, even if temperature rose from 25 degreeC to 37 degreeC, the clear shift of the maximum light emission wavelength was not seen. According to FIGS. 4, 5 and 6, in HeLa cells, red mutant 1 shows a maximum emission wavelength (616 nm) different from the wild type, and this emission wavelength is the maximum emission wavelength of commercially available red-emitting luciferase CBR. It was shown to be comparable to (620 nm). Further, FIG. 3 shows that the luminescence intensity of this red stripe red mutant 1 is 3.42 times that of CBR.

[実施例4:近赤外発光ルシフェリンアナログを基質として用いた場合のHeLa細胞におけるスジグロボタルルシフェラーゼによる発光強度およびスペクトルの比較]
実施例3にて作製したルシフェラーゼ遺伝子を含む4種類(スジグロボタル野生型、赤色変異体1、P.ピラリスおよびコメツキ由来CBR)のプラスミドを、実施例3と同様にHeLa細胞に導入し、近赤外発光ルシフェリンアナログ(ジメチルアニリン−ジエン型ルシフェリン、和光社製、アカルミネ(登録商標))を発光基質として使用し、各々のルシフェラーゼによる発光スペクトルを測定した。近赤外発光ルシフェリンアナログの濃度は1mM、温度は37℃で測定した。図7および8は、それぞれ、測定した発光強度の比較および発光スペクトルを示す。
[Example 4: Comparison of luminescence intensity and spectrum by streak firefly luciferase in HeLa cells when a near-infrared luminescence luciferin analog is used as a substrate]
Four types of plasmids containing luciferase gene prepared in Example 3 (Suji Globotar wild type, red mutant 1, P. pyralis, and click-derived CBR) were introduced into HeLa cells in the same manner as in Example 3, and near-infrared. Luminescent luciferin analogs (dimethylaniline-diene luciferin, manufactured by Wako Co., Ltd., Akalumine (registered trademark)) were used as luminescent substrates, and emission spectra of each luciferase were measured. The concentration of the near-infrared emission luciferin analog was 1 mM, and the temperature was 37 ° C. 7 and 8 show the comparison of the measured emission intensity and the emission spectrum, respectively.

図8は、近赤外発光ルシフェリンアナログを使用した場合、スジグロボタルの野生型および赤色変異型ルシフェラーゼによる発光スペクトルの最大発光波長が、共に、664nmであることを示している。
また、図7より、P.ピラリスに対して、スジグロボタル野生型では0.94倍、赤色変異体1では0.65倍の発光強度を示すことがわかる。一方で、コメツキ由来の赤色ルシフェラーゼ(CBR)に対しては、スジグロボタル野生型は3.13倍、赤色変異体1で2.16倍の発光強度を示すことがわかる
FIG. 8 shows that, when a near-infrared light emitting luciferin analog is used, the maximum emission wavelength of the emission spectrum of both wild-type and red mutant luciferases of sedges is 664 nm.
From FIG. It can be seen that the light intensity of 0.94 times is shown in the wild wild type and 0.65 times that in the red mutant 1 with respect to the pyralis. On the other hand, with respect to red luciferase (CBR) derived from rice, it can be seen that the wild type of Sugigrobottal is 3.13 times, and the red variant 1 shows 2.16 times the emission intensity.

図9は、D−ルシフェリンおよび近赤外発光ルシフェリンアナログを基質として使用した場合にスジグロボタルルシフェラーゼにより得られた発光スペクトルを示している。
図9より、近赤外発光ルシフェリンアナログを基質として使用した場合、D−ルシフェリンを基質として使用した場合に比べ、野生型スジグロボタルルシフェラーゼでは、最大発光波長が、609nmから664nmへと、赤色変異体1では、613nmから664nmへと、長波長側にシフトしていることが分かる。
FIG. 9 shows an emission spectrum obtained by a white-spotted firefly luciferase when D-luciferin and a near-infrared emitting luciferin analog are used as substrates.
From FIG. 9, when near-infrared light emitting luciferin analog is used as a substrate, the maximum emission wavelength of wild type s. Globular luciferase is mutated from 609 nm to 664 nm as compared with the case where D-luciferin is used as a substrate. It can be seen that the body 1 is shifted from 613 nm to 664 nm toward the longer wavelength side.

[実施例5:改良型赤色変異体ルシフェラーゼの作製とHeLa細胞内における発光強度および発光スペクトルの比較]
1.改良型赤色変異体ルシフェラーゼの作製
下記のとおり、実施例3で作製された赤色変異体1に更なる変異を導入することにより、改良型赤色変異体ルシフェラーゼを発現する変異型遺伝子を作製した。
[Example 5: Production of improved red mutant luciferase and comparison of emission intensity and emission spectrum in HeLa cells]
1. Production of improved red mutant luciferase As described below, a mutant gene expressing the improved red mutant luciferase was produced by introducing further mutations into the red mutant 1 produced in Example 3.

(i)赤色変異体2
実施例3で作製された赤色変異体1(配列番号33)をコードする遺伝子(配列番号34)に対し、配列番号33のアミノ酸配列の464番目のフェニルアラニンをイソロイシンに置換する変異(F464I)を更に導入した。得られた変異型ルシフェラーゼ遺伝子によりコードされる変異型ルシフェラーゼを赤色変異体2と称する。赤色変異体2は、I148V、S283LおよびF464Iの3つの変異を有する。この赤色変異体をコードする遺伝子は、更にKozak配列の付与による変異を有する。
(I) Red mutant 2
A mutation (F464I) that replaces the 464th phenylalanine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 with isoleucine is further added to the gene (SEQ ID NO: 34) encoding red variant 1 (SEQ ID NO: 33) prepared in Example 3. Introduced. The obtained mutant luciferase encoded by the mutant luciferase gene is referred to as red mutant 2. Red variant 2 has three mutations: I148V, S283L and F464I. The gene encoding this red mutant further has a mutation due to the addition of a Kozak sequence.

(ii)赤色変異体3
また、実施例3で作製された赤色変異体(配列番号33)をコードする遺伝子(配列番号34)に対し、下記(a)〜(c)の変異を更に導入した:
(a)配列番号33のアミノ酸配列の401番目のバリンをメチオニンに置換する変異(V401M);
(b)配列番号33のアミノ酸配列の464番目のフェニルアラニンをイソロイシンに置換する変異(F464I);および
(c)配列番号33のアミノ酸配列の503番目のグリシンをアルギニンに置換する変異(G503R)。
(Ii) Red mutant 3
Further, the following mutations (a) to (c) were further introduced into the gene (SEQ ID NO: 34) encoding the red mutant (SEQ ID NO: 33) prepared in Example 3:
(A) a mutation (V401M) that replaces the 401st valine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 with methionine;
(B) a mutation that replaces the 464th phenylalanine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 with isoleucine (F464I); and (c) a mutation that replaces the 503rd glycine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 with arginine (G503R).

得られた変異型ルシフェラーゼ遺伝子によりコードされる変異型ルシフェラーゼを赤色変異体3と称する。赤色変異体3は、I148V、S283L、V401M、F464IおよびG503Rの5つの変異を有する。この赤色変異体をコードする遺伝子は、更にKozak配列の付与による変異を有する。   The obtained mutant luciferase encoded by the mutant luciferase gene is referred to as red mutant 3. Red variant 3 has five mutations: I148V, S283L, V401M, F464I and G503R. The gene encoding this red mutant further has a mutation due to the addition of a Kozak sequence.

(iii)赤色変異体4
また、実施例3で作製された赤色変異体(配列番号33)をコードする遺伝子(配列番号34)に対し、下記(d)〜(g)の変異を更に導入した:
(d)配列番号33のアミノ酸配列の239番目のバリンをメチオニンに置換する変異(V239M);
(e)配列番号33のアミノ酸配列の313番目のセリンをトレオニンに置換する変異(S313T);
(f)配列番号33のアミノ酸配列の356番目のアスパラギン酸をチロシンに置換する変異(D356Y);および
(g)配列番号33のアミノ酸配列の464番目のフェニルアラニンをイソロイシンに置換する変異(F464I)。
(Iii) Red mutant 4
Further, the following mutations (d) to (g) were further introduced into the gene (SEQ ID NO: 34) encoding the red mutant (SEQ ID NO: 33) prepared in Example 3:
(D) a mutation (V239M) that substitutes methionine for the 239th valine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33;
(E) a mutation that substitutes threonine for the 313th serine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 (S313T);
(F) a mutation that replaces the 356th aspartic acid of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 with tyrosine (D356Y); and (g) a mutation that replaces the 464th phenylalanine of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 with isoleucine (F464I).

得られた変異型ルシフェラーゼ遺伝子によりコードされる変異型ルシフェラーゼを赤色変異体4と称する。赤色変異体4は、I148V、S283L、V239M、S313T、D356YおよびF464Iの6つの変異を有する。この赤色変異体をコードする遺伝子は、更にKozak配列の付与による変異を有する。   The obtained mutant luciferase encoded by the mutant luciferase gene is referred to as red mutant 4. Red variant 4 has six mutations: I148V, S283L, V239M, S313T, D356Y and F464I. The gene encoding this red mutant further has a mutation due to the addition of a Kozak sequence.

それぞれの変異の導入は、GeneMorph II Random Mutagenesis kit(商標登録)(アジレント・テクノロジー株式会社)を用いて、マニュアルにしたがって実施した。
変異導入後、エレクトロポレーション法を用いて大腸菌JM109(DE3)株に形質転換して寒天培地上にコロニーを形成させた。このコロニーに対して最終濃度2mMのD-Luciferinを噴霧後、CCDカメラDP-70(オリンパス)にて発光を撮像した。他のコロニーよりも明るく、赤い発光を呈するコロニーを拾い上げ、シーケンサーを用いて配列を確認した。
Each mutation was introduced according to the manual using GeneMorph II Random Mutagenesis kit (registered trademark) (Agilent Technology Co., Ltd.).
After mutagenesis, E. coli JM109 (DE3) strain was transformed by electroporation to form colonies on the agar medium. The colony was sprayed with D-Luciferin at a final concentration of 2 mM, and then luminescence was imaged with a CCD camera DP-70 (Olympus). Colonies that were brighter than the other colonies and showed red luminescence were picked up, and the sequence was confirmed using a sequencer.

赤色変異体1〜4の変異を下記の表2にまとめて示す。表2において、“〇”は、赤色変異体が、該当する変異を有することを意味する。   The mutations of red mutants 1 to 4 are summarized in Table 2 below. In Table 2, “◯” means that the red mutant has the corresponding mutation.

Figure 0005980608
Figure 0005980608

赤色変異体2のアミノ酸配列は配列番号36に記載され、赤色変異体2をコードする遺伝子の塩基配列は配列番号37に記載される。   The amino acid sequence of red variant 2 is set forth in SEQ ID NO: 36, and the base sequence of the gene encoding red variant 2 is set forth in SEQ ID NO: 37.

赤色変異体2のアミノ酸配列(配列番号36)は、以下の通りである。変異アミノ酸に下線を付す。
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKTVVILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCTLVILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYIIDAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM
The amino acid sequence (SEQ ID NO: 36) of red variant 2 is as follows. Mutant amino acids are underlined.
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKT V VILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCT L VILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYI I DAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM

赤色変異体2をコードする遺伝子の塩基配列(配列番号37)は、以下の通りである。
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTGGCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGGTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCATCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAAGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA
The base sequence (SEQ ID NO: 37) of the gene encoding red variant 2 is as follows.
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTG GCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGGTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCATCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAAGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA

赤色変異体3のアミノ酸配列は配列番号38に記載され、赤色変異体3をコードする遺伝子の塩基配列は配列番号39に記載される。   The amino acid sequence of red variant 3 is set forth in SEQ ID NO: 38, and the base sequence of the gene encoding red variant 3 is set forth in SEQ ID NO: 39.

赤色変異体3のアミノ酸配列(配列番号38)は、以下の通りである。変異アミノ酸に下線を付す。
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKTVVILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCTLVILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYMDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYIIDAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVARQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM
The amino acid sequence of red mutant 3 (SEQ ID NO: 38) is as follows. Mutant amino acids are underlined.
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKT V VILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTVVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLKTIQDYKCT L VILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIASGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDDKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGY M DNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYI I DAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVA R QVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM

赤色変異体3をコードする遺伝子の塩基配列(配列番号39)は、以下の通りである。
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTGGCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAGGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACATGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGCTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCATCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCAGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA
The base sequence (SEQ ID NO: 39) of the gene encoding red variant 3 is as follows.
ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACACGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCGTGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAAAACCATCCAGGACTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTGGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGCTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATCGCCTCTGGCGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTG GCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACGATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAGGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACATGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGCTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCATCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCAGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA

赤色変異体4のアミノ酸配列は配列番号40に記載され、赤色変異体4をコードする遺伝子の塩基配列は配列番号41に記載される。   The amino acid sequence of red variant 4 is set forth in SEQ ID NO: 40, and the base sequence of the gene encoding red variant 4 is set forth in SEQ ID NO: 41.

赤色変異体4のアミノ酸配列(配列番号40)は、以下の通りである。変異アミノ酸に下線を付す。
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKTVVILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLTMVPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLRTIQDYKCTLVILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIATGGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGDYKPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYIIDAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM
The amino acid sequence of red mutant 4 (SEQ ID NO: 40) is as follows. Mutant amino acids are underlined.
MDNDKNIVYGPEPFYPVDKGSAGAQIHKYLHQYSKLGAIAFTNALTGVDITYAEYFDITCRLGEAMKRYGIKVDGRIALCSENCEEFFYPVIAGLYIGAGVAPTNEIYTLRELVHSLGISKPTIVFSSKKGLDKVLHVQKTVTCIKT V VILDSKVDYKGYDCVESFIKRYNPPGFQAASFKTVEVDRKEQIALIMNSSGSTGLPKGVQLTHECAVTRFSHAKDPIYGNQVSPGTAVLT M VPFHHGFGMFTTLGYLACGFRVVMLTRFDEEIFLRTIQDYKCT L VILVPTLFGILSKSKLLDKYDLSNLVEIA T GGAPLAKEVSEAVARRFNLPGVRQGYGLTETTSAIIITPEGD Y KPGASGKVVPLFKAKVVDLDTKKTLGPNQRGEVCVKGPMLMKGYVDNPEATREIIDEDGWLHTGDIGYYDEDQHFFIVDRLKSLIKYKGYQVPPAELESVLLQHPYI I DAGVAGVPDAEAGELPGAVVVLEKGKHVTEKEIMDYVAGQVSNAKRLRAGVRFVDEVPKGLTGKIDGKAIREILMKPKSKM

赤色変異体4をコードする遺伝子の塩基配列(配列番号41)は、以下の通りである。ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACATGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCATGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAGAACCATCCAGGATTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTTGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGTTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATTGCCACTGGTGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTGGCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACTATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGGTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCATCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA   The base sequence (SEQ ID NO: 41) of the gene encoding red variant 4 is as follows. ATGGACAACGACAAGAACATCGTGTACGGCCCCGAGCCCTTCTACCCCGTGGATAAGGGATCTGCCGGCGCTCAGATCCACAAGTACCTGCACCAGTACAGCAAGCTGGGCGCCATTGCCTTCACCAATGCCCTGACCGGCGTGGACATCACCTACGCCGAGTACTTCGACATCACCTGTCGGCTGGGCGAGGCCATGAAGAGATACGGCATCAAGGTGGACGGCCGGATCGCCCTGTGCAGCGAGAACTGCGAAGAGTTCTTCTACCCTGTGATCGCCGGCCTGTACATCGGAGCTGGCGTGGCCCCCACCAACGAGATCTACACCCTGCGGGAACTGGTGCACAGCCTGGGCATCAGCAAGCCCACCATCGTGTTCAGCAGCAAGAAAGGCCTGGACAAGGTGCTGCATGTGCAGAAAACCGTGACCTGCATCAAGACCGTCGTGATCCTGGACAGCAAGGTGGACTACAAGGGCTACGACTGCGTGGAATCCTTCATCAAGCGGTACAACCCCCCAGGCTTCCAGGCCGCCAGCTTCAAGACCGTGGAAGTGGACCGGAAAGAGCAGATCGCCCTGATCATGAACAGCAGCGGCAGCACCGGCCTGCCTAAAGGCGTGCAGCTGACACATGAGTGCGCCGTGACCAGATTCAGCCACGCCAAGGACCCCATCTACGGCAACCAGGTGTCCCCTGGAACCGCCGTGCTGACCATGGTGCCTTTCCACCACGGCTTCGGCATGTTCACCACCCTGGGCTATCTGGCCTGCGGCTTCAGAGTGGTCATGCTGACCCGCTTCGACGAGGAAATCTTCCTGAGAACCATCCAGGATTACAAGTGCACCCTAGTGATCCTTGTGCCCACCCTGTTCGGCATCCTGAGCAAGAGCAAGCTGTTGGATAAGTACGACCTGAGCAACCTGGTGGAAATTGCCACTGGTGGAGCCCCCCTGGCCAAAGAAGTGTCTGAAGCCGTCGCCAGACGGTTCAACCTGCCTG GCGTGCGGCAGGGCTACGGACTGACAGAGACAACCAGCGCCATCATCATCACCCCCGAGGGCGACTATAAGCCTGGCGCCTCTGGAAAGGTGGTGCCCCTGTTCAAGGCCAAGGTGGTGGACCTGGACACCAAGAAAACCCTGGGCCCCAACCAGCGGGGCGAAGTCTGTGTGAAGGGCCCCATGCTGATGAAGGGCTACGTGGACAACCCCGAGGCCACCAGAGAGATCATCGACGAGGACGGCTGGCTGCACACAGGCGACATCGGCTACTACGACGAGGACCAGCACTTCTTCATCGTGGACCGGCTGAAGTCCCTGATCAAGTATAAGGGGTACCAGGTGCCCCCAGCCGAGCTGGAATCTGTGCTGCTGCAGCATCCCTACATCATCGATGCCGGCGTGGCCGGGGTGCCAGATGCTGAAGCAGGCGAACTGCCTGGGGCTGTCGTGGTGCTGGAAAAGGGCAAGCACGTGACCGAGAAAGAAATCATGGACTACGTGGCCGGACAGGTGTCCAACGCCAAGAGACTGAGAGCCGGCGTGCGCTTCGTGGATGAAGTGCCTAAGGGCCTGACCGGCAAGATCGACGGCAAGGCCATCCGCGAGATCCTGATGAAGCCCAAGAGCAAGATGTGA

2.HeLa細胞内における発光強度および発光スペクトルの比較
次に、赤色変異体1〜4によるHeLa細胞内での発光強度を測定し、これらを、Photinus pyralis由来のルシフェラーゼLuc2(プロメガ社より入手)およびコメツキムシ由来の赤色発光のルシフェラーゼCBR(プロメガ社のCBRルシフェラーゼ)と比較した。
2. Comparison of luminescence intensity and emission spectrum in HeLa cells Next, the luminescence intensity in HeLa cells by red mutants 1 to 4 was measured, and these were derived from Photinus pyralis-derived luciferase Luc2 (obtained from Promega) and click beetle The red luminescence luciferase CBR (Promega CBR luciferase) was compared.

赤色変異体2〜4をコードする変異型遺伝子は、赤色変異体1と同様、Kozak配列が付与されている上に、哺乳細胞における発現に対してコドン最適化されている。赤色変異体2〜4をコードする変異型遺伝子を、それぞれ、pF9A CMV hRLuc neo Flexi vector(Promega)のマルチクローニングサイトのSgfIおよびPmeIのサイト間に挿入した。pF9Aベクターは内部コントロールとしてウミシイタケルシフェラーゼ遺伝子(hRLuc)をベクター配列に含んでおり、マルチクローニングサイトに挿入された発光遺伝子による発光強度をウミシイタケルシフェラーゼによる発光強度との比として算出することが可能である。   Like the red mutant 1, the mutant gene encoding the red mutants 2 to 4 is given a Kozak sequence and is codon-optimized for expression in mammalian cells. Mutant genes encoding red mutants 2 to 4 were inserted between the SgfI and PmeI sites of the multicloning site of pF9A CMV hRLuc neo Flexi vector (Promega), respectively. The pF9A vector contains the Renilla luciferase gene (hRLuc) as an internal control in the vector sequence, and the luminescence intensity of the luminescence gene inserted into the multicloning site can be calculated as the ratio of the luminescence intensity of Renilla luciferase. is there.

同様の手順に従って、ホタル由来ルシフェラーゼLuc2(プロメガ株式会社)の遺伝子およびCBRルシフェラーゼ(プロメガ株式会社)の遺伝子を、それぞれpF9Aベクターのマルチクローニングサイトに挿入した。   According to the same procedure, the firefly-derived luciferase Luc2 (Promega Corporation) gene and the CBR luciferase (Promega Corporation) gene were each inserted into the multicloning site of the pF9A vector.

発光強度の比較は、Dual−Glo(登録商標)Luciferase Assay System(米国プロメガ社製、製品番号E2940)を用いて実施した。得られた6種のプラスミドを、48穴のプレートに播種したHeLa細胞にそれぞれリポフェクション法で遺伝子導入し、24時間後PBSで細胞を洗浄した。48穴プレートの各ウェルに2mM D−ルシフェリン/CO Independent Medium(Invitrogen)を200μlずつ添加し、37℃、各ウェルあたり1秒間測定の条件でLuminescensor(ATTO)を用いて90分間発光強度を測定した。90分経過時点の発光強度を6種ルシフェラーゼの発光強度とした。その後、マニュアルに従ってセレンテラジンを添加し、内部コントロールであるウミシイタケルシフェラーゼによる発光強度を37℃、各ウェルあたり1秒間測定の条件でLuminescensorを用いて15分間発光強度を測定した。 Comparison of luminescence intensity was performed using Dual-Glo (registered trademark) Luciferase Assay System (product number E2940, manufactured by Promega Corp., USA). The resulting 6 types of plasmids were each transfected into HeLa cells seeded in a 48-well plate by the lipofection method, and after 24 hours, the cells were washed with PBS. 200 μl of 2 mM D-luciferin / CO 2 Independent Medium (Invitrogen) was added to each well of a 48-well plate, and the luminescence intensity was measured for 90 minutes using a Luminescence (ATTO) at 37 ° C. for 1 second per well. did. The luminescence intensity after 90 minutes was defined as the luminescence intensity of 6 luciferases. Thereafter, coelenterazine was added according to the manual, and the luminescence intensity by Renilla luciferase as an internal control was measured at 37 ° C. for 1 second using a Luminescence sensor under the conditions of measurement for 1 second per well.

赤色変異体1〜4、ホタル由来ルシフェラーゼLuc2およびCBRルシフェラーゼによる発光強度を、ウミシイタケルシフェラーゼによる発光強度でそれぞれ除算した値を算出し、その値を各ルシフェラーゼの発光強度としてグラフ化した。その結果を図10に示す。図10において、発光強度は、ホタル由来ルシフェラーゼLuc2(プロメガ株式会社)による発光強度を1としたときの比で表している。   Values obtained by dividing the luminescence intensities by the red mutants 1-4, firefly-derived luciferase Luc2 and CBR luciferase by the luminescence intensities by Renilla luciferase were calculated, and the values were graphed as the luminescence intensities of the respective luciferases. The result is shown in FIG. In FIG. 10, the luminescence intensity is expressed as a ratio when the luminescence intensity by firefly-derived luciferase Luc2 (Promega Corporation) is 1.

図10に示されるように、赤色変異体1〜4によって得られた発光強度は、ホタル由来ルシフェラーゼLuc2による発光強度に対して、それぞれ約1.1倍、約3.2倍、約3.3倍および約3.2倍であった。さらに、図10により、赤色変異体1〜4による発光強度は、それぞれ、CBRルシフェラーゼの約8.3倍、約23.1倍、約24.2倍、約23.1倍であることが示された。   As shown in FIG. 10, the luminescence intensities obtained by the red mutants 1 to 4 are about 1.1 times, about 3.2 times, and about 3.3 times the luminescence intensity by the firefly-derived luciferase Luc2, respectively. Times and about 3.2 times. Furthermore, FIG. 10 shows that the luminescence intensity of the red mutants 1 to 4 is about 8.3 times, about 23.1 times, about 24.2 times, and about 23.1 times that of CBR luciferase, respectively. It was done.

また、HeLa細胞で発現させた赤色変異体1〜4の発光スペクトルを実施例2と同様に測定した。ルシフェリン濃度は2mMで、温度は37℃で測定した。その結果を図11に示す。   Moreover, the emission spectrum of the red mutants 1-4 expressed in HeLa cells was measured in the same manner as in Example 2. The luciferin concentration was 2 mM and the temperature was measured at 37 ° C. The result is shown in FIG.

図11より、赤色変異体1〜4は、いずれも、野生型とは異なる最大発光波長を示し、赤色変異体1は約616nm、赤色変異体2は610nm、赤色変異体3は609nm、赤色変異体4は約609nmの最大発光波長を示した。図11は、最大発光波長における発光強度を1として、それぞれの赤色変異体の発光スペクトルを示す。このため、赤色変異体1は、スペクトルデータの揺れが大きい。図11の結果から、赤色変異体1〜4の最大発光波長は、市販されている赤色発光ルシフェラーゼCBRの最大発光波長(620nm)と同程度であることが示された。   From FIG. 11, red mutants 1 to 4 all have a maximum emission wavelength different from the wild type, red mutant 1 is about 616 nm, red mutant 2 is 610 nm, red mutant 3 is 609 nm, and red mutant. Body 4 exhibited a maximum emission wavelength of about 609 nm. FIG. 11 shows the emission spectrum of each red mutant, where the emission intensity at the maximum emission wavelength is 1. For this reason, the red mutant 1 has large fluctuations in the spectrum data. From the result of FIG. 11, it was shown that the maximum emission wavelengths of the red mutants 1 to 4 were comparable to the maximum emission wavelength (620 nm) of the commercially available red emission luciferase CBR.

Claims (8)

配列番号36、配列番号38または配列番号40の何れかに示されるアミノ酸配列を含むルシフェラーゼ。 A luciferase comprising the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NO: 36, SEQ ID NO: 38 or SEQ ID NO: 40 . Photinus pyralisホタルルシフェラーゼが誘起する発光およびコメツキムシ赤色ルシフェラーゼが誘起する発光のうちの少なくとも一方に比べて高い発光強度を示す発光を誘起する活性を有する請求項1に記載のルシフェラーゼ。   2. The luciferase according to claim 1, which has an activity of inducing luminescence exhibiting a higher luminescence intensity than at least one of luminescence induced by Photinus pyralis firefly luciferase and luminescence induced by click beetle red luciferase. 配列番号1に示されるアミノ酸配列を含むルシフェラーゼにより誘起された発光の最大発光波長よりも長い最大発光波長を有する発光を誘起する請求項1に記載のルシフェラーゼ。 The luciferase according to claim 1, which induces luminescence having a maximum emission wavelength longer than the maximum emission wavelength of luminescence induced by luciferase comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. 前記発光が、赤色発光を示す請求項に記載のルシフェラーゼ。 The luciferase according to claim 3 , wherein the luminescence exhibits red luminescence. 請求項1に記載のルシフェラーゼであって、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなる野生型ルシフェラーゼと比べて高い発光強度を示す発光を誘起する活性を有し、かつ赤色発光を示す、ルシフェラーゼ。 A luciferase as claimed in claim 1, comprising an activity to induce light emission showing a high emission intensity compared to wild type luciferase comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and shows a red light emitting luciferase. 610nm付近の最大発光波長を有する発光を誘起する請求項に記載のルシフェラーゼ。 The luciferase according to claim 1 , which induces light emission having a maximum emission wavelength in the vicinity of 610 nm. 請求項1からの何れか1項に記載のルシフェラーゼをコードする塩基配列を含む核酸。 A nucleic acid comprising a base sequence encoding the luciferase according to any one of claims 1 to 6 . 配列番号37、配列番号39または配列番号41に示される塩基配列を含む請求項に記載の核酸。 The nucleic acid according to claim 7 , comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 37 , SEQ ID NO: 39 or SEQ ID NO: 41.
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