JP6032862B2 - Cyclic GMP analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、サイクリックGMP解析方法および当該方法に使用されるタンパク質に関する。   The present invention relates to a cyclic GMP analysis method and a protein used in the method.

多くのホルモンや神経伝達物質はGタンパク質共役型受容体に働き、細胞内セカンドメッセンジャーを介して様々な細胞活動を引き起こしている。また、細胞活動の多様性は、細胞内のセカンドメッセンジャーの時間的および空間的な濃度分布によって制御されている。したがって、特定の細胞活動に関する細胞内情報伝達を解析するにあたって、セカンドメッセンジャーの時空間的な変化をリアルタイムに捉えることが必要である。   Many hormones and neurotransmitters act on G protein-coupled receptors and cause various cellular activities through intracellular second messengers. In addition, the diversity of cellular activities is controlled by the temporal and spatial concentration distribution of second messengers within the cell. Therefore, it is necessary to capture the temporal and spatial changes of the second messenger in real time when analyzing intracellular information transmission related to specific cellular activities.

細胞内セカンドメッセンジャーの1つである環状グアノシン一リン酸(サイクリックGMP)は、生体内において各種生化学反応過程のシグナル伝達分子として作用している。これまでに、循環器系筋細胞の弛緩、網膜における光受容−伝達、上皮における電解質運搬、骨の成長、ニューロンの活性化等の様々な生理的プロセスがサイクリックGMPによって制御されていることが明らかになっている。したがって、生細胞中でのサイクリックGMPの合成、分解、局在等がわかれば、細胞および組織レベルでの循環器系、腎臓、網膜、嗅覚、中枢神経等の作用機構が解明されるだけでなく、細胞内のサイクリックGMP濃度を調節する薬剤に関する知見を得ることが可能になると期待される。   Cyclic guanosine monophosphate (cyclic GMP), which is one of intracellular second messengers, acts as a signal transduction molecule for various biochemical reaction processes in vivo. So far, various physiological processes such as relaxation of cardiomyocytes, photoreceptor-transmission in the retina, electrolyte transport in the epithelium, bone growth, and neuronal activation have been controlled by cyclic GMP. It has become clear. Therefore, if the synthesis, degradation, localization, etc. of cyclic GMP in living cells are known, the mechanism of action of the circulatory system, kidney, retina, olfactory, central nervous system, etc. at the cellular and tissue levels can be clarified It is expected that it will be possible to obtain knowledge about drugs that regulate the intracellular cyclic GMP concentration.

従来、サイクリックGMPの測定は、放射線ラベルした化合物を使用し、多数の細胞に対して行われている。また、近年、いくつかのサイクリックGMPバイオセンサーが見出され、細胞レベルでのサイクリックGMPの測定が可能になっている。   Conventionally, the measurement of cyclic GMP is performed on a large number of cells using a radiolabeled compound. In recent years, several cyclic GMP biosensors have been found, and cyclic GMP can be measured at the cellular level.

例えば、特許文献1および非特許文献1には、シアン色蛍光タンパク質(ECFP)と黄色蛍光タンパク質(EYFP)との蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用し、サイクリックGMP依存性タンパク質キナーゼ(PKG)Iα遺伝子と蛍光タンパク質遺伝子とを融合した遺伝子を用いてイメージングするサイクリックGMP解析方法が開示されている。具体的には、PKGIα遺伝子配列の両端にYFPおよびCFPの配列を融合して細胞内で発現させている。通常の状態では、CFPを励起してもFRETが起こらないためYFPの蛍光は観察されない。一方、細胞内のサイクリックGMPが増加するとPKGIαの立体構造が変化し、FRETが起こるためアクセプターであるYFPの蛍光が観察される。このFRETシグナルを観察することで、サイクリックGMPの濃度変化を観察できることが明らかにされている。   For example, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, cyclic GMP-dependent protein kinase (PKG) is utilized using fluorescence resonance energy transfer (FRET) between cyan fluorescent protein (ECFP) and yellow fluorescent protein (EYFP). A cyclic GMP analysis method for imaging using a gene in which an Iα gene and a fluorescent protein gene are fused is disclosed. Specifically, YFP and CFP sequences are fused to both ends of the PKGIα gene sequence and expressed in cells. Under normal conditions, no fluorescence of YFP is observed because FRET does not occur even when CFP is excited. On the other hand, when the cyclic GMP in the cell increases, the three-dimensional structure of PKGIα changes and FRET occurs, so that the fluorescence of the acceptor YFP is observed. It has been clarified that the change in the concentration of cyclic GMP can be observed by observing the FRET signal.

また、特許文献2には、ある種のCNGチャネルおよびカルシウム感受性発光タンパク質を利用する、細胞内の環状ヌクレオチドであるサイクリックGMPおよびサイクリックAMP濃度を定量解析する方法が開示されている。この方法では、細胞内に、環状ヌクレオチドにより活性化される特定のイオンチャネル(CNGチャネル)およびカルシウム感受性発光タンパク質を発現させている。このとき細胞内のサイクリックGMPまたはサイクリックAMPが増加すると、CNGチャネルが開口し、それによりカルシウムイオンが流入する。流入したカルシウムは、Fura−2もしくはFlou−3等のカルシウム感受性発光インジケーター、またはエクオリンもしくはオベリンといったカルシウム感受性発光タンパク質により検出できることが明らかにされている。   Patent Document 2 discloses a method for quantitative analysis of cyclic GMP and cyclic AMP concentrations, which are intracellular cyclic nucleotides, using a certain CNG channel and calcium-sensitive photoprotein. In this method, specific ion channels (CNG channels) activated by cyclic nucleotides and calcium-sensitive photoproteins are expressed in cells. At this time, when the cyclic GMP or the cyclic AMP in the cell increases, the CNG channel is opened, and thereby calcium ions flow in. It has been shown that the inflowed calcium can be detected by a calcium sensitive luminescent indicator such as Fura-2 or Flou-3, or a calcium sensitive photoprotein such as aequorin or oberin.

また、非特許文献2には、青色発光タンパク質と緑色蛍光タンパク質(EGFP)との発光共鳴エネルギー移動(BRET)を利用する、サイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5A(PDE5A)のサイクリックGMP結合ドメイン遺伝子に発光タンパク質遺伝子および蛍光タンパク質遺伝子を融合して観察するサイクリックGMP解析方法が開示されている。PDE5AのサイクリックGMP結合ドメイン遺伝子、青色発光タンパク質であるレニラルシフェラーゼ遺伝子およびEGFP遺伝子を融合したタンパク質を発現させた細胞に対し、ルシフェラーゼの基質となるセレンテラジンを添加すると青色の発光が観察されている。この細胞において細胞内サイクリックGMPが増加すると、サイクリックGMP結合ドメインの立体構造が変化してルシフェラーゼの発光からEGFPの蛍光へ発光−蛍光共鳴エネルギーシフト(BRET)が起こり、EGFPの蛍光が検出される。このBRETシグナルを検出することで、サイクリックGMPの濃度変化を検出できることが明らかにされている。   Non-Patent Document 2 discloses a cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A (PDE5A) cyclic GMP binding domain gene that utilizes luminescence resonance energy transfer (BRET) between a blue photoprotein and a green fluorescent protein (EGFP). A cyclic GMP analysis method in which a photoprotein gene and a fluorescent protein gene are fused and observed is disclosed. Blue luminescence is observed when coelenterazine as a luciferase substrate is added to cells expressing a fusion of PDE5A cyclic GMP binding domain gene, blue luminescent protein Renilla luciferase gene and EGFP gene . When intracellular cyclic GMP increases in this cell, the three-dimensional structure of the cyclic GMP binding domain changes, causing a luminescence-fluorescence resonance energy shift (BRET) from luciferase luminescence to EGFP fluorescence, and EGFP fluorescence is detected. The It has been clarified that a change in the concentration of cyclic GMP can be detected by detecting this BRET signal.

また、特許文献3には、ヒトサイクリックGMP活性化プロテインキナーゼ由来Bドメイン(GKI−B)またはヒトホスホジエステラーゼ2A(PDE2A)のサイクリックGMP結合ドメインと円順列置換したホタルルシフェラーゼとを融合したタンパク質を利用して細胞内のサイクリックGMP濃度を定量解析する方法が開示されている。この方法では、GKI−BまたはPDE2AのサイクリックGMP結合ドメイン遺伝子と円順列置換したホタルルシフェラーゼ遺伝子とを融合したタンパク質を発現させた細胞に、ルシフェラーゼの基質となるルシフェリンを添加し、細胞からの発光を計測している。細胞内のサイクリックGMPが増加すると、サイクリックGMP結合ドメインの立体構造が変化してルシフェラーゼの発光が消失または増強する。この発光シグナルを検出することで、サイクリックGMPの濃度変化を検出できることが明らかにされている。   Patent Document 3 discloses a protein in which a cyclic GMP binding domain of human cyclic GMP-activated protein kinase-derived B domain (GKI-B) or human phosphodiesterase 2A (PDE2A) and firefly luciferase substituted with circular permutation are used. A method for quantitatively analyzing the intracellular cyclic GMP concentration by using it is disclosed. In this method, luciferin serving as a luciferase substrate is added to a cell expressing a protein in which a cyclic GMP binding domain gene of GKI-B or PDE2A and a circularly permuted firefly luciferase gene are expressed. Is measured. When the cyclic GMP in the cell increases, the three-dimensional structure of the cyclic GMP binding domain changes, and the luminescence of luciferase disappears or is enhanced. It has been clarified that a change in the concentration of cyclic GMP can be detected by detecting this luminescent signal.

特許第3643520号公報Japanese Patent No. 3644320 特表2006−520203号Special table 2006-520203 特表2009−532063号Special table 2009-532063

Honda A, Adams SR, Sawyer CL, Lev−Ram V, Tsien RY, Dostmann WRG. “Spatiotemporal dynamics of guanosine 3’,5’−cyclic monophosphate revealed by a genetically encoded, fluorescent indicator.” Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America, vol.98, no.5, pp.2437−2442, 2001Honda A, Adams SR, Sawyer CL, Lev-Ram V, Tsien RY, Postmann WRG. “Spatiotemporal dynamics of guanosine 3 ', 5'-cyclic mono phosphatically fed es the ce s e s e n e s e n e s e n e n e n e n e,” 98, no. 5, pp. 2437-2442, 2001 Biswas KH, Sopory S, Visweswariah SS. “The GAF domain of the cGMP−binding, cGMP−specific phosphodiesterase (PDE5) is a sensor and a sink for cGMP.” Biochemistry, Vol.47, pp.3534−3543, 2008Biswas KH, Society S, Visweriah SS. “The GAF domain of the cGMP-binding, cGMP-specific phosphoesterase (PDE5) is a sensor and a sink for cGMP.” Biochemistry, Vol. 47, pp. 3534-3543, 2008

特許文献1または非特許文献1に開示されるようなPKG酵素を利用する方法では、レポーターのサイクリックGMP結合部位にPKGの全長または酵素ドメインが含まれるため、レポーターがリン酸化酵素活性を有し、細胞内の情報伝達に影響を及ぼすという問題があった。また、蛍光タンパク質を用いるため、その影響で細胞内に存在する不特定のタンパク質が励起され蛍光を生じ(自己蛍光)、シグナル/ノイズ比を下げるという問題があった。さらに、ダイナミックレンジが狭いことにより、利用可能な測定対象の範囲が狭いという問題があった。   In the method using the PKG enzyme as disclosed in Patent Document 1 or Non-Patent Document 1, since the full length or enzyme domain of PKG is included in the cyclic GMP binding site of the reporter, the reporter has phosphorylase activity. There was a problem of affecting the information transmission in the cell. In addition, since fluorescent proteins are used, there is a problem that unspecific proteins existing in the cells are excited by the influence thereof to generate fluorescence (autofluorescence), and the signal / noise ratio is lowered. Furthermore, there is a problem that the range of available measurement objects is narrow due to the narrow dynamic range.

特許文献2に開示されるようなCNGチャネルおよびカルシウム感受性発光タンパク質を利用する方法では、2種類以上の遺伝子を同時に導入することが必要となり、細胞内への導入および発現効率が低いという問題があった。また、当該方法では、細胞内にカルシウムイオンが流入するため、細胞内の情報伝達に影響を及ぼし、細胞の本来の状態を測定できない可能性があるという問題があった。   In the method using a CNG channel and a calcium-sensitive photoprotein as disclosed in Patent Document 2, it is necessary to introduce two or more types of genes simultaneously, and there is a problem that introduction into cells and expression efficiency are low. It was. In addition, in this method, since calcium ions flow into the cell, there is a problem in that the information state in the cell is affected and the original state of the cell may not be measured.

非特許文献2に開示されるような発光タンパク質と蛍光タンパク質とのBRETを用いる方法では、ルミノメーターまたはフォトンカウンティングでのみ測定が行われるため、単一の細胞における測定は最適化されておらず又は不可能であり、利用可能な測定方法の範囲が狭いという問題があった。特に、BRETの変換効率が低くシグナルが小さくなるため、イメージングに使用できる程度のシグナル/ノイズ比が得られない。   In the method using BRET of a photoprotein and a fluorescent protein as disclosed in Non-Patent Document 2, measurement is performed only with a luminometer or photon counting, so measurement in a single cell is not optimized or There is a problem that it is impossible and the range of available measurement methods is narrow. In particular, since the BRET conversion efficiency is low and the signal is small, a signal / noise ratio that can be used for imaging cannot be obtained.

特許文献3に開示されるような円順列置換ルシフェラーゼとGKI−BまたはPDE2AのサイクリックGMP結合ドメインとの融合タンパク質を用いる方法では、ルミノメーターまたはフォトンカウンティングでのみ測定が行われるため、単一の細胞における測定は最適化されておらず又は不可能であり、利用可能な測定方法の範囲が狭いという問題があった。特に、当該融合タンパク質からの発光量が小さいため、イメージングに使用できる程度のシグナル/ノイズ比が得られない。   In the method using a fusion protein of a circular permutation luciferase and a cyclic GMP binding domain of GKI-B or PDE2A as disclosed in Patent Document 3, measurement is performed only by a luminometer or photon counting. Measurement in cells is not optimized or impossible, and there is a problem that the range of available measurement methods is narrow. In particular, since the amount of luminescence from the fusion protein is small, a signal / noise ratio that can be used for imaging cannot be obtained.

本発明は、上述のような従来技術が抱える数々の問題に鑑みてなされたものであり、細胞本来の状態を正確に定量できるサイクリックGMP解析方法を提供することを目的とする。特に、細胞内の情報伝達に影響を及ぼすことなく、各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞においてサイクリックGMP濃度の変化を再現性良く経時的に観察することができるサイクリックGMP解析方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a cyclic GMP analysis method capable of accurately quantifying the original state of a cell. In particular, accurate quantitative results from each cell can be obtained without affecting intracellular information transmission. As a result, changes in cyclic GMP concentration in individual cells can be observed over time with good reproducibility. An object of the present invention is to provide a cyclic GMP analysis method that can be used.

本発明の一実施態様によれば、発光酵素のN末端側断片、前記発光酵素のC末端側断片およびサイクリックGMP結合領域を含むサイクリックGMPセンサータンパク質であって、前記サイクリックGMP結合領域は前記N末端側断片と前記C末端側断片との間に配置されたサイクリックGMPセンサータンパク質を含む細胞を作製する細胞作製工程と、前記細胞作製工程で作製した前記細胞に当該細胞外から所定の発光基質を添加する添加工程と、前記添加工程で前記所定の発光基質が与えられた前記細胞の発光画像を撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像した前記発光画像に基づいて、前記細胞内における前記サイクリックGMPの濃度を解析する解析工程とを含む細胞内サイクリックGMP解析方法が提供される。   According to one embodiment of the present invention, a cyclic GMP sensor protein comprising an N-terminal fragment of a luminescent enzyme, a C-terminal fragment of the luminescent enzyme, and a cyclic GMP binding region, wherein the cyclic GMP binding region is A cell production step for producing a cell containing a cyclic GMP sensor protein disposed between the N-terminal side fragment and the C-terminal side fragment, and a predetermined amount from the outside of the cell to the cell produced in the cell production step. An addition step of adding a luminescent substrate; an imaging step of taking a luminescent image of the cell to which the predetermined luminescent substrate is given in the addition step; and the intracellular light based on the luminescent image taken in the imaging step. And an analysis step of analyzing the concentration of the cyclic GMP in the cell.

また、本発明の一実施態様に因れば、発光酵素のN末端側断片、前記発光酵素のC末端側断片およびサイクリックGMP結合領域を含むサイクリックGMPセンサータンパク質であって、前記サイクリックGMP結合領域は前記N末端側断片と前記C末端側断片との間に配置されたサイクリックGMPセンサータンパク質が提供される。   According to another embodiment of the present invention, there is provided a cyclic GMP sensor protein comprising an N-terminal fragment of a luminescent enzyme, a C-terminal fragment of the luminescent enzyme, and a cyclic GMP binding region, wherein the cyclic GMP A cyclic GMP sensor protein is provided in which the binding region is disposed between the N-terminal fragment and the C-terminal fragment.

本発明によれば、細胞内のサイクリックGMPに関する情報を正確且つ定量的に個々の細胞から得ることができ、その結果、個々の細胞において細胞内のサイクリックGMP濃度を再現性良く観察することができる。   According to the present invention, information related to intracellular cyclic GMP can be obtained accurately and quantitatively from individual cells, and as a result, the intracellular cyclic GMP concentration can be observed with good reproducibility in individual cells. Can do.

発光観察システム100の全体構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of an overall configuration of a light emission observation system 100. FIG. 発光観察システム100の発光画像撮像ユニット106の構成の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a light emission image capturing unit 106 of the light emission observation system 100. 発光観察システム100の発光画像撮像ユニット106の構成の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a light emission image capturing unit 106 of the light emission observation system 100. FIG. 発光観察システム100の画像解析装置110の構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an image analysis device 110 of the light emission observation system 100. FIG. スプリットルシフェラーゼアッセイ法を用いたcGMPの検出原理を示す図である。It is a figure which shows the detection principle of cGMP using a split luciferase assay method. 種々のサイクリックGMPセンサータンパク質について、ルミノメーターによって測定した発光量を示すグラフ図である。It is a graph which shows the light-emission quantity measured with the luminometer about various cyclic GMP sensor proteins. GL4_N_PDE5A_GAFa1_Cを導入したHEK293細胞において、8−Br−cGMP刺激前の発光画像を示す図である。It is a figure which shows the luminescence image before 8-Br-cGMP stimulation in HEK293 cell which introduce | transduced GL4_N_PDE5A_GAFa1_C. GL4_N_PDE5A_GAFa1_Cを導入したHEK293細胞において、8−Br−cGMP刺激5分後の発光画像を示す図である。It is a figure which shows the luminescence image 5 minutes after 8-Br-cGMP stimulation in HEK293 cell which introduce | transduced GL4_N_PDE5A_GAFa1_C. 選択した細胞での8−Br−cGMP刺激によるGL4_N_PDE5A_GAFa1_Cの発光強度の経時変化を示した図である。It is the figure which showed the time-dependent change of the emitted light intensity of GL4_N_PDE5A_GAFa1_C by 8-Br-cGMP stimulation in the selected cell. GL4_N_PDE5A_GAFa7_Cを導入したHEK293細胞において、8−Br−cGMP刺激前の発光画像を示す図である。It is a figure which shows the luminescence image before 8-Br-cGMP stimulation in HEK293 cell which introduce | transduced GL4_N_PDE5A_GAFa7_C. GL4_N_PDE5A_GAFa7_Cを導入したHEK293細胞において、8−Br−cGMP刺激5分後の発光画像を示す図である。It is a figure which shows the luminescence image 5 minutes after 8-Br-cGMP stimulation in HEK293 cell which introduce | transduced GL4_N_PDE5A_GAFa7_C. 選択した細胞での8−Br−cGMP刺激によるGL4_N_PDE5A_GAFa7_Cの発光強度の経時変化を示した図である。It is the figure which showed the time-dependent change of the emitted light intensity of GL4_N_PDE5A_GAFa7_C by 8-Br-cGMP stimulation in the selected cell. cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_Nを導入したHEK293細胞において、8−Br−cGMP刺激前の発光画像を示す図である。It is a figure which shows the luminescence image before 8-Br-cGMP stimulation in HEK293 cell which introduce | transduced cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_N. cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_Nを導入したHEK293細胞において、8−Br−cGMP刺激5分後の発光画像を示す図である。It is a figure which shows the luminescence image 5 minutes after 8-Br-cGMP stimulation in HEK293 cell which introduce | transduced cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_N. 選択した細胞での8−Br−cGMP刺激によるcpGL4_C_PDE5A_GAFa7_Nの発光強度の経時変化を示した図である。It is the figure which showed the time-dependent change of the emitted light intensity of cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_N by 8-Br-cGMP stimulation in the selected cell. 種々のサイクリックGMPセンサータンパク質の作製を示す図である。It is a figure which shows preparation of various cyclic GMP sensor proteins.

[方法]
以下に、本発明に係る方法について説明する。
本発明は、発光酵素のN末端側断片、前記発光酵素のC末端側断片およびサイクリックGMP結合領域を含むサイクリックGMPセンサータンパク質であって、前記サイクリックGMP結合領域は前記N末端側断片と前記C末端側断片との間に配置されたサイクリックGMPセンサータンパク質を含む細胞を作製する細胞作製工程と、前記細胞作製工程で作製した前記細胞に当該細胞外から所定の発光基質を添加する添加工程と、前記添加工程で前記所定の発光基質が与えられた前記細胞の発光画像を撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像した前記発光画像に基づいて、前記細胞内における前記サイクリックGMPの濃度を解析する解析工程とを含む細胞内サイクリックGMP解析方法に関する。
[Method]
The method according to the present invention will be described below.
The present invention relates to a cyclic GMP sensor protein comprising an N-terminal fragment of a luminescent enzyme, a C-terminal fragment of the luminescent enzyme, and a cyclic GMP binding region, wherein the cyclic GMP binding region and the N-terminal side fragment A cell production step for producing a cell containing a cyclic GMP sensor protein arranged between the C-terminal fragment, and an addition for adding a predetermined luminescent substrate from the outside of the cell to the cell produced in the cell production step An imaging step of capturing a luminescence image of the cell to which the predetermined luminescent substrate is given in the addition step, and the cyclic GMP in the cell based on the luminescence image captured in the imaging step. The present invention relates to an intracellular cyclic GMP analysis method including an analysis step of analyzing a concentration.

簡潔には、本発明は、対象とする細胞にサイクリックGMPセンサータンパク質を導入し、発光基質を与えて発光を誘導し、その様子を撮像し、撮像した画像に基づいてcGMP濃度を特定等する方法に関する。   Briefly, the present invention introduces a cyclic GMP sensor protein into a target cell, induces luminescence by giving a luminescent substrate, images the state, and specifies cGMP concentration based on the captured image. Regarding the method.

本発明によれば、細胞内のサイクリックGMPの状態を解析することができる。特に、細胞内のサイクリックGMP濃度を定量的に測定することが可能である。また、測定はイメージングによって行うことができるため、細胞ごとに測定が可能であり、さらには細胞内の細胞小器官等の構造に絞って測定することもできる。さらに、一定間隔で同一の測定領域を測定することで、サイクリックGMP濃度の刺激に対する変化および時間的変化を解析することができる。細胞ごとに測定することで、細胞間の差異を解析することもできる。   According to the present invention, the state of cyclic GMP in a cell can be analyzed. In particular, it is possible to quantitatively measure the intracellular cyclic GMP concentration. In addition, since measurement can be performed by imaging, measurement can be performed for each cell, and further, measurement can be performed by focusing on the structure of an organelle in a cell. Furthermore, by measuring the same measurement region at regular intervals, changes in cyclic GMP concentration with respect to stimulation and temporal changes can be analyzed. Differences between cells can be analyzed by measuring each cell.

細胞作製工程では、サイクリックGMPセンサータンパク質を含む細胞が作製される。サイクリックGMPセンサータンパク質とは、発光酵素の2つのポリペプチド断片と、サイクリックGMPに結合できるポリペプチド断片と、任意にその他のポリペプチド断片とが融合したタンパク質であって、サイクリックGMPの存在に応じて当該発光酵素の活性が消失または回復するタンパク質である。サイクリックGMPセンサータンパク質の詳細については後述する。対象となる細胞の種類に限定はなく、細菌細胞、酵母細胞、植物細胞および動物細胞等を使用できる。動物細胞が使用される場合、特に哺乳細胞が使用され、例えばマウスの細胞、サルの細胞およびヒトの細胞が使用される。細胞は、生体組織の一部として培養された細胞集合体であってもよいし、生体組織が属している臓器等や生命個体の形態でもよい。細胞に対してサイクリックGMPセンサータンパク質を導入する方法に特別な限定はなく、既知の導入方法が使用できる。1つの方法は、当該タンパク質をコードする塩基配列を含む核酸を細胞に導入し、その後細胞内で当該タンパク質を発現させる方法である。例えば、当該核酸を含む発現ベクターを、リン酸カルシウム法、リポフェクション法またはエレクトロポレーション法等によって細胞内に導入し、発現ベクターから当該タンパク質を発現させることができる。ベクターから発現させるのではなく、当該核酸がゲノムに組み込まれた細胞を作製した後、ゲノムから当該タンパク質を発現させることもできる。別の方法は、細胞外で精製した当該タンパク質を細胞内に直接導入する方法である。例えば、マイクロインジェクション法によって当該タンパク質を細胞内に直接注入することができる。または、当該タンパク質を含む培養液にて細胞をインキュベートさせて、エンドサイトーシスによって当該タンパク質を細胞に取り込ませることができる。   In the cell production process, cells containing a cyclic GMP sensor protein are produced. Cyclic GMP sensor protein is a protein in which two polypeptide fragments of a luminescent enzyme, a polypeptide fragment capable of binding to cyclic GMP, and optionally other polypeptide fragments are fused, and the presence of cyclic GMP Depending on the protein, the activity of the luminescent enzyme disappears or recovers. Details of the cyclic GMP sensor protein will be described later. There are no limitations on the types of cells to be used, and bacterial cells, yeast cells, plant cells, animal cells, and the like can be used. When animal cells are used, particularly mammalian cells are used, for example mouse cells, monkey cells and human cells. The cell may be a cell aggregate cultured as a part of the living tissue, or may be in the form of an organ or the like to which the living tissue belongs or a living individual. There is no particular limitation on the method for introducing the cyclic GMP sensor protein into the cell, and a known introduction method can be used. One method is a method in which a nucleic acid containing a base sequence encoding the protein is introduced into a cell, and then the protein is expressed in the cell. For example, an expression vector containing the nucleic acid can be introduced into cells by the calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method, or the like, and the protein can be expressed from the expression vector. Instead of expressing from a vector, the protein can also be expressed from the genome after preparing a cell in which the nucleic acid is integrated into the genome. Another method is to introduce the protein purified outside the cell directly into the cell. For example, the protein can be directly injected into cells by a microinjection method. Alternatively, cells can be incubated in a culture solution containing the protein, and the protein can be taken into the cell by endocytosis.

添加工程では、細胞作製工程にて作製された細胞に対し発光基質が添加される。本発明に係る方法は発光酵素による発光反応を利用するが、この発光反応を生じさせるためには発光基質が必要となる。発光基質は使用する発光酵素に応じて選択される。発光基質の詳細は後述する。発光基質を添加する方法に特別限定はなく、適宜選択できる。例えば、培養液に添加することで、培養液を介して細胞に発光酵素を取り込ませることができる。また、マイクロインジェクション法によって、発光基質を細胞内に直接注入することもできる。発光基質の添加のタイミングも適宜選択できる。例えば、細胞へのサイクリックGMPセンサータンパク質の導入の前に、それと同時に、またはその後に発光基質を添加することができる。例えば、一連の操作を通して、細胞を取り扱うための培養液中に発光基質を含めておくことができる。または、マイクロインジェクションにて当該タンパク質および発光基質を同時に細胞に注入することができる。好ましくは、発光基質は測定の直前に添加される。発光基質の添加量に特別な限定はないが、好ましくは、発光酵素が発光反応を生じるために十分な量で添加される。   In the addition step, a luminescent substrate is added to the cells produced in the cell production step. The method according to the present invention uses a luminescent reaction by a luminescent enzyme, but a luminescent substrate is required to cause this luminescent reaction. The luminescent substrate is selected according to the luminescent enzyme used. Details of the luminescent substrate will be described later. There is no special limitation in the method of adding a luminescent substrate, and it can select suitably. For example, by adding to a culture solution, a luminescent enzyme can be taken into cells via the culture solution. Alternatively, the luminescent substrate can be directly injected into the cell by the microinjection method. The timing of addition of the luminescent substrate can also be selected as appropriate. For example, a luminescent substrate can be added before, simultaneously with, or after introduction of the cyclic GMP sensor protein into the cell. For example, a luminescent substrate can be included in a culture solution for handling cells through a series of operations. Alternatively, the protein and the luminescent substrate can be simultaneously injected into cells by microinjection. Preferably, the luminescent substrate is added immediately before the measurement. There is no particular limitation on the amount of the luminescent substrate to be added, but preferably the luminescent enzyme is added in an amount sufficient to cause a luminescent reaction.

撮像工程では、発光反応が生じている細胞の画像が取得される。撮像は任意のタイミングで行うことができるが、好ましくは、基質添加から一定時間後に行われる。特に複数の測定を繰り返す場合、測定結果のばらつきを抑えるために、複数の測定を通じて同一のタイミングで撮像することが好ましい。撮像時間は条件に応じて最良の時間が適宜選択される。発光強度が小さい場合、撮像時間(顕微鏡を使用する場合、露出時間)は長くされ、逆に発光強度が大きすぎる場合、撮像時間は短くされる。例えば、5から10秒間の露出時間とすることができる。撮像は、発光反応に係る波長の光のみを取得して行うこともできるが、それと同時に明視野画像または別の波長の光による画像を取得してもよい。例えば、細胞にサイクリックGMPセンサータンパク質と同時にプローブ(例えば蛍光または発光タンパク質)を融合した特定のタンパク質を導入し、サイクリックGMPセンサータンパク質に由来する光と同時に、当該特定のタンパク質からの光を検出してもよい。なお、撮像に使用される装置については後述する。   In the imaging step, an image of a cell in which a luminescent reaction has occurred is acquired. Imaging can be performed at an arbitrary timing, but is preferably performed after a certain time from the addition of the substrate. In particular, when a plurality of measurements are repeated, it is preferable to capture images at the same timing through a plurality of measurements in order to suppress variations in measurement results. The best imaging time is appropriately selected according to the conditions. When the emission intensity is low, the imaging time (exposure time when using a microscope) is lengthened, and conversely, when the emission intensity is too high, the imaging time is shortened. For example, the exposure time can be 5 to 10 seconds. Imaging can be performed by acquiring only light having a wavelength related to the luminescence reaction, but at the same time, a bright field image or an image using light having another wavelength may be acquired. For example, a specific protein in which a probe (for example, a fluorescent or luminescent protein) is fused simultaneously with a cyclic GMP sensor protein is introduced into a cell, and light from the specific protein is detected simultaneously with light derived from the cyclic GMP sensor protein. May be. An apparatus used for imaging will be described later.

解析工程では、取得された画像に基づいて、細胞内のサイクリックGMP濃度等の解析が行われる。解析は、コンピュータにて機能するソフトウェアを使用して、発光量を数値に変換してもよい。当該数値を利用して、スタンダードとの比の算出、試料間の比較等が適宜行われる。このような処理によって、細胞内のサイクリックGMP濃度が特定される。また、濃度の特定とは、詳細な数値の特定でなくとも、サイクリックGMPが試料中に存在するか否かの特定、または設定した濃度範囲にあるかどうか等の大まかな特定であってもよい。なお、解析に使用される装置については後述する。   In the analysis step, analysis of the intracellular cyclic GMP concentration and the like is performed based on the acquired image. In the analysis, the amount of light emission may be converted into a numerical value by using software that functions on a computer. By using the numerical value, calculation of the ratio with the standard, comparison between samples, and the like are appropriately performed. By such processing, the intracellular cyclic GMP concentration is specified. In addition, the specification of concentration may be a rough specification such as whether or not cyclic GMP is present in a sample or whether or not it is within a set concentration range, without specifying a detailed numerical value. Good. An apparatus used for analysis will be described later.

また、本発明は、撮像工程が発光画像を繰り返し撮像することを含む上記の細胞内サイクリックGMP解析方法に関する。当該方法では、一定の間隔で撮像を繰り返し、または特定の時間に撮像が行われる。このように経時的に撮像されることで、タイムラプスによる観察または動画による観察が可能となる。撮像の都度、発光基質を添加してもよい。当該方法によって、同一細胞における時空間的な測定ができる。すなわち、時間に応じた又は刺激に応じたサイクリックGMP濃度の変化を測定することができる。また、明視野画像を同時に取得することで、サイクリックGMPの濃度変化と細胞の形態変化等との関係を知ることが出来る。また、プローブを付したタンパク質を発現させ、当該プローブの様子を同時に観察することで、当該タンパク質とサイクリックGMPとの関連性を知ることができる。   The present invention also relates to the above-described intracellular cyclic GMP analysis method, wherein the imaging step includes repeatedly capturing a luminescent image. In this method, imaging is repeated at regular intervals, or imaging is performed at a specific time. By taking images over time in this way, observation by time lapse or observation by moving images becomes possible. A luminescent substrate may be added for each imaging. By this method, the spatiotemporal measurement in the same cell can be performed. That is, it is possible to measure a change in cyclic GMP concentration according to time or according to stimulation. Further, by acquiring a bright field image at the same time, the relationship between the cyclic GMP concentration change and the cell shape change can be known. Moreover, the relationship between the protein and cyclic GMP can be known by expressing the protein with the probe and observing the state of the probe simultaneously.

また、本発明は、撮像工程が複数の異なる細胞に対して同時に行われ、且つ解析工程が細胞ごとに行われる細胞内サイクリックGMP解析方法に関する。当該方法では、一度の撮像において、複数の異なる細胞の画像が取得される。さらに、その後の解析が各々の細胞に対して行われる。撮像した1つの画像に含まれる複数の細胞について細胞ごとの解析を行うことが可能であり、または、撮像した複数の画像にそれぞれ含まれる複数の細胞について細胞ごとの解析を行うことが可能である。また、撮像を上述のような経時的な撮像にすることもできる。これらのような方法によって、個々の細胞におけるサイクリックGMP濃度変化を時空間的に解析できる。例えば、同一条件下におかれた細胞同士のサイクリックGMP濃度の比較に使用することができる。   The present invention also relates to an intracellular cyclic GMP analysis method in which an imaging step is simultaneously performed on a plurality of different cells and an analysis step is performed for each cell. In this method, images of a plurality of different cells are acquired in one imaging. Further analysis is then performed on each cell. Analysis for each cell can be performed for a plurality of cells included in one captured image, or analysis for each cell can be performed for a plurality of cells included in each of the plurality of captured images. . Further, the imaging can be performed over time as described above. By such a method, a cyclic GMP concentration change in an individual cell can be analyzed in spatio-temporal. For example, it can be used for comparison of cyclic GMP concentrations between cells placed under the same conditions.

[サイクリックGMPセンサータンパク質]
次に、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質について説明する。本発明は、サイクリックGMPセンサータンパク質を利用する上記方法に関し、またサイクリックGMPセンサータンパク質自体に関する。
[Cyclic GMP sensor protein]
Next, the cyclic GMP sensor protein according to the present invention will be described. The present invention relates to the above method utilizing a cyclic GMP sensor protein, and also relates to the cyclic GMP sensor protein itself.

本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質は、発光酵素のN末端側断片、発光酵素のC末端側断片およびサイクリックGMP結合領域を含み、且つ、サイクリックGMP結合領域はN末端側断片とC末端側断片との間に配置されている。当該タンパク質は、サイクリックGMPの存在に応じて当該発光酵素の活性が消失または回復する。   The cyclic GMP sensor protein according to the present invention includes an N-terminal fragment of a luminescent enzyme, a C-terminal fragment of a luminescent enzyme, and a cyclic GMP binding region, and the cyclic GMP binding region includes an N-terminal fragment and a C-terminal. It is arranged between the side pieces. The protein loses or recovers the activity of the luminescent enzyme depending on the presence of cyclic GMP.

また、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質においては、サイクリックGMP結合領域をサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ由来のものとすることができる。これによって、サイクリックGMPセンサータンパク質はサイクリックGMP依存的に結合できる。   In the cyclic GMP sensor protein according to the present invention, the cyclic GMP binding region can be derived from a cyclic GMP-specific phosphodiesterase. Thereby, the cyclic GMP sensor protein can bind in a cyclic GMP-dependent manner.

サイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼとは、サイクリックGMPのホスホジエステル結合を加水分解してGMPを作り出す反応を促進する酵素である。この例として、ホスホジエステラーゼ5A(PDE5A)が存在する。サイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼは、サイクリックGMPと結合できる部位を2つ有しており、当該部位をサイクリックGMP結合領域として利用することができる。サイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼの由来となる生物種には、当該ホスホジエステラーゼがサイクリックGMP結合領域を有していれば特別限定はないが、哺乳類に由来する当該ホスホジエステラーゼ、特にヒトまたはマウスに由来する当該ホスホジエステラーゼが好ましい。   Cyclic GMP-specific phosphodiesterase is an enzyme that promotes a reaction that hydrolyzes the phosphodiester bond of cyclic GMP to produce GMP. An example of this is phosphodiesterase 5A (PDE5A). The cyclic GMP-specific phosphodiesterase has two sites that can bind to cyclic GMP, and these sites can be used as a cyclic GMP binding region. The biological species from which the cyclic GMP-specific phosphodiesterase is derived is not particularly limited as long as the phosphodiesterase has a cyclic GMP binding region, but the phosphodiesterase derived from mammals, particularly those derived from humans or mice. Phosphodiesterases are preferred.

サイクリックGMP結合領域は、マウスサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5A中の特定の領域であってよい。当該「特定の領域」のアミノ酸配列における開始位置は、121番目、131番目または155番目のアミノ酸であってよく、終了位置は、308番目、320番目、330番目、343番目、358番目、366番目または384番目のアミノ酸であってよい。   The cyclic GMP binding region may be a specific region in mouse cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A. The start position in the amino acid sequence of the “specific region” may be the 121st, 131st or 155th amino acid, and the end position is 308th, 320th, 330th, 343rd, 358th, 366th Or it may be the 384th amino acid.

特に、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質において、サイクリックGMP結合領域が、マウスサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5Aのアミノ酸番号121番目から330番目、131番目から320番目、131番目から330番目、131番目から343番目、または131番目から358番目のアミノ酸配列を含んでいてよい。これによって、哺乳類細胞においてルシフェラーゼ活性を高く保ちつつ、サイクリックGMP依存的に結合するという効果が得られる。   In particular, in the cyclic GMP sensor protein according to the present invention, the cyclic GMP binding region has amino acid numbers 121 to 330, 131 to 320, 131 to 330, 131 of mouse cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A. It may contain the amino acid sequence from position 343, or position 131 to 358. As a result, an effect of binding in a cyclic GMP-dependent manner while maintaining a high luciferase activity in mammalian cells can be obtained.

また、サイクリックGMP結合領域の長さに関して、そのアミノ酸残基の数を、150から260としてよい。さらに、アミノ酸残基の数を190から230としてよい。特に、アミノ酸残基の数は、190、200、210、213または228であることが好ましい。   In addition, regarding the length of the cyclic GMP binding region, the number of amino acid residues may be 150 to 260. Furthermore, the number of amino acid residues may be 190 to 230. In particular, the number of amino acid residues is preferably 190, 200, 210, 213 or 228.

なお、サイクリックGMP結合領域としては、好ましくは配列番号20、24、26、27または28に示されるアミノ酸配列を含むポリペプチドを使用できる。   As the cyclic GMP binding region, a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 20, 24, 26, 27 or 28 can be preferably used.

配列番号19には、マウス由来のサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5A(PDE5A)のアミノ酸配列が示される。また、配列番号20から30には、当該マウス由来PDE5Aのポリペプチド断片のアミノ酸配列が示されており、それぞれ順に、PDE5A_GAFa1、PDE5A_GAFa2、PDE5A_GAFa3、PDE5A_GAFa4、PDE5A_GAFa5、PDE5A_GAFa6、PDE5A_GAFa7、PDE5A_GAFa8、PDE5A_GAFa9、PDE5A_GAFa10およびPDE5A_GAFa11と称されるポリペプチド断片のアミノ酸配列に対応する。   SEQ ID NO: 19 shows the amino acid sequence of cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A (PDE5A) derived from mouse. In addition, SEQ ID NOs: 20 to 30 show the amino acid sequences of the polypeptide fragments of the mouse-derived PDE5A, which are respectively PDE5A_GAFa1, PDE5A_GAFa2, PDE5A_GAFa3, PDE5A_GAFa4, PDE5A_GAFa5, PDE5A_GAF5, PDE5A_GAF5, PDE5A_GAFA6 It corresponds to the amino acid sequence of a polypeptide fragment called PDE5A_GAFa11.

本願において、発光酵素とは発光を伴う反応を触媒する酵素を意味する。発光酵素としてはルシフェラーゼを使用できる。ルシフェラーゼとしては、ホタル由来のもの、ウミシイタケ由来のものおよびバクテリア由来のもの等を使用できるが、特にホタル由来ルシフェラーゼを使用することが好ましい。また、発光基質は発光酵素に応じて選択されるが、ルシフェラーゼを発光酵素として使用する場合、発光基質としてはルシフェリンを使用することができる。   In the present application, the luminescent enzyme means an enzyme that catalyzes a reaction involving luminescence. Luciferase can be used as the luminescent enzyme. As the luciferase, a firefly-derived one, a Renilla-derived one, a bacteria-derived one or the like can be used, and it is particularly preferable to use a firefly-derived luciferase. The luminescent substrate is selected according to the luminescent enzyme. When luciferase is used as the luminescent enzyme, luciferin can be used as the luminescent substrate.

サイクリックGMPセンサータンパク質に含まれる発光酵素は、当該タンパク質において、N末端側断片とC末端側断片として含まれている。「N末端側断片」とは、C末端から複数のアミノ酸が欠失した発光酵素の断片であって、発光酵素活性を失った断片を意味する。「C末端側断片」とは、N末端から複数のアミノ酸が欠失した発光酵素の断片であって、発光酵素活性を失った断片を意味する。N末端側断片とC末端側断片との間にサイクリックGMP結合領域が配置されており、その条件を満たせば、発光酵素のN末端側断片およびC末端側断片のサイクリックGMPセンタータンパク質内における配置に限定はない。すなわち、サイクリックGMPセンサータンパク質のN末端側に発光酵素のN末端側断片が配置され、サイクリックGMPセンサータンパク質のC末端側に発光酵素のC末端側断片が配置されたものを使用できる(図5a)。または、サイクリックGMPセンサータンパク質のN末端側に発光酵素のC末端側断片が配置され、サイクリックGMPセンサータンパク質のC末端側に発光酵素のN末端側断片が配置されたものを使用できる(図5b)。なお、後者のサイクリックGMPセンサータンパク質には「変異型」または「cp(circular permutaion)」といった用語が付され、前者のものと適宜区別される。   The luminescent enzyme contained in the cyclic GMP sensor protein is contained in the protein as an N-terminal fragment and a C-terminal fragment. The “N-terminal fragment” means a fragment of a luminescent enzyme from which a plurality of amino acids have been deleted from the C-terminus, and has lost the luminescent enzyme activity. The “C-terminal fragment” means a fragment of a luminescent enzyme from which a plurality of amino acids have been deleted from the N-terminus, and has lost the luminescent enzyme activity. A cyclic GMP binding region is arranged between the N-terminal fragment and the C-terminal fragment, and if the conditions are satisfied, the N-terminal fragment and the C-terminal fragment of the luminescent enzyme in the cyclic GMP center protein There is no limitation on the arrangement. That is, the cyclic GMP sensor protein can be used in which the N-terminal fragment of the luminescent enzyme is arranged on the N-terminal side and the C-terminal fragment of the luminescent enzyme is arranged on the C-terminal side of the cyclic GMP sensor protein (see FIG. 5a). Alternatively, it is possible to use a product in which the C-terminal fragment of the luminescent enzyme is arranged on the N-terminal side of the cyclic GMP sensor protein and the N-terminal fragment of the luminescent enzyme is arranged on the C-terminal side of the cyclic GMP sensor protein (see FIG. 5b). The latter cyclic GMP sensor protein is given a term such as “mutant” or “cp (circular permutation)”, and is appropriately distinguished from the former.

サイクリックGMPセンサータンパク質において、発光酵素の断片は、それぞれ単独では全長の配列を有していないため通常の環境下(例えばサイクリックGMPが存在していない環境下)で活性が失われているが、特定の環境下(例えばサイクリックGMPが存在する環境下)で活性を回復する。例えば、サイクリックGMP結合領域にサイクリックGMPが結合し、サイクリックGMP結合領域の構造が変化する結果、離れていたN末端側断片とC末端側断片とが結合することで、本来の発光酵素の活性が回復する。この「結合」の態様に限定はなく、共有結合または非共有結合等の化学的結合であってもよいが、N末端側断片とC末端側断片とがルシフェラーゼの本来の機能を果たしうる程度に「接近」または「接触」している状態であることが好ましい。あるいは、N末端側断片とC末端側断片とが「会合」する状態であってもよい。すなわち、当該表現において使用される「結合」という用語は、「接近」、「接触」または「会合」という意味を含む。   In the cyclic GMP sensor protein, each luminescent enzyme fragment does not have a full-length sequence, so that its activity is lost in a normal environment (for example, in an environment where no cyclic GMP is present). The activity is restored under a specific environment (for example, in an environment where cyclic GMP exists). For example, cyclic GMP binds to the cyclic GMP binding region, and the structure of the cyclic GMP binding region changes. As a result, the separated N-terminal fragment and C-terminal fragment bind to each other. Activity is restored. There is no limitation on the mode of this “binding”, and chemical bonding such as covalent bonding or non-covalent bonding may be used, but to the extent that the N-terminal fragment and the C-terminal fragment can perform the original function of luciferase. It is preferable that the state is “approaching” or “contacting”. Alternatively, the N-terminal fragment and the C-terminal fragment may be “associated”. That is, the term “binding” used in the expression includes the meaning of “approach”, “contact”, or “meeting”.

発光酵素が、その中のどの位置で分割されているかに限定はないが、発光酵素としてルシフェラーゼを使用する場合、N末端側断片はルシフェラーゼの1番目から400番目のアミノ酸を含み、C末端側断片はルシフェラーゼの401番目から550番目のアミノ酸を含むことが好ましい。また、N末端側断片はルシフェラーゼの1番目から416番目のアミノ酸を含み、C末端側断片はルシフェラーゼの399番目から550番目のアミノ酸を含む場合のように、N末端側断片およびC末端側断片は、それらの一部の配列が重複していてもよい。   There is no limitation on the position where the luminescent enzyme is divided, but when luciferase is used as the luminescent enzyme, the N-terminal fragment contains the first to 400th amino acids of luciferase, and the C-terminal fragment Preferably contains the 401st to 550th amino acids of luciferase. Further, the N-terminal fragment contains the 1st to 416th amino acids of luciferase, and the C-terminal fragment contains the 399th to 550th amino acids of luciferase. , Those partial sequences may overlap.

特に、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質において、発光酵素がホタルルシフェラーゼであり、N末端側断片がホタルルシフェラーゼのアミノ酸番号1番目から416番目のアミノ酸配列を含み、C末端側断片がホタルルシフェラーゼのアミノ酸番号399番目から550番目のアミノ酸配列を含むことが好ましい。これによって、発光酵素のN末断片とC末側断片とが再会合した時にだけ発光するので、シグナル/ノイズ比が大きいという効果が得られる。   In particular, in the cyclic GMP sensor protein according to the present invention, the luminescent enzyme is firefly luciferase, the N-terminal fragment contains the amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 416 of firefly luciferase, and the C-terminal fragment is firefly luciferase. It preferably contains the amino acid sequence from amino acid number 399th to 550th. As a result, light is emitted only when the N-terminal fragment and the C-terminal fragment of the luminescent enzyme reassociate, so that the effect of a large signal / noise ratio is obtained.

さらに、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質は、配列番号31、35、37、48、38または39に示されるアミノ酸配列を含むサイクリックGMPセンサータンパク質であってよい。これらの配列は、それぞれ、後述するサイクリックGMPセンサータンパク質GL4_N_PDE5A_GAFa1_C、GL4_N_PDE5A_GAFa5_C、GL4_N_PDE5A_GAFa7_C、cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_N、GL4_N_PDE5A_GAFa8_CおよびGL4_N_PDE5A_GAFa9_Cのアミノ酸配列である。   Furthermore, the cyclic GMP sensor protein according to the present invention may be a cyclic GMP sensor protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 31, 35, 37, 48, 38 or 39. These sequences are the cyclic GMP sensor proteins GL4_N_PDE5A_GAFa1_C, GL4_N_PDE5A_GAFa5_C, GL4_N_PDE5A_GAFa7_C, cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_N, and GL4_N4A9

上述のとおり、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質は、サイクリックGMPの存在に応じて、発光酵素の活性が消失または回復する。また、本発明に係る方法は、当該タンパク質のこのような特徴を利用する。従来の分子間のエネルギー共鳴(FRET、BRET等)を利用する技術では、エネルギー共鳴の効率の低さに起因して発光量が少なく、また、検出される波長の違いによってサイクリックGMPの存在/非存在が解析される。これに対し、本発明では、ルシフェラーゼといった発光酵素による単純な反応を利用するため発光量は大きく、イメージングも可能となり、また、サイクリックGMPの存在/非存在は発光の発生/非発生に対応するため、シグナル/ノイズ比の高い検出結果が得られる。   As described above, the cyclic GMP sensor protein according to the present invention loses or recovers the activity of the luminescent enzyme depending on the presence of cyclic GMP. In addition, the method according to the present invention utilizes such characteristics of the protein. In the conventional technology using intermolecular energy resonance (FRET, BRET, etc.), the amount of luminescence is small due to the low efficiency of energy resonance, and the presence / absence of cyclic GMP due to the difference in detected wavelengths. Absence is analyzed. In contrast, in the present invention, since a simple reaction by a luminescent enzyme such as luciferase is used, the amount of luminescence is large and imaging is possible, and the presence / absence of cyclic GMP corresponds to the occurrence / non-occurrence of luminescence. Therefore, a detection result with a high signal / noise ratio can be obtained.

[核酸]
次に、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質をコードする遺伝子を含む核酸に関して説明する。
[Nucleic acid]
Next, a nucleic acid containing a gene encoding the cyclic GMP sensor protein according to the present invention will be described.

当該核酸は、本発明に係るサイクリックGMPセンサータンパク質をコードする遺伝子を含む。特に、そのような遺伝子のORF領域を含む。この遺伝子のコドンは、対象とする細胞における発現に最適化されていてよい。また、Kozak配列等、発現量を上昇させるための配列を含んでよく、または付与されていてよい。   The nucleic acid includes a gene encoding the cyclic GMP sensor protein according to the present invention. In particular, it includes the ORF region of such genes. The codon for this gene may be optimized for expression in the cell of interest. In addition, a sequence for increasing the expression level, such as a Kozak sequence, may be included or added.

また、本発明は上記核酸を含むベクターに関する。当該ベクターは、対象とする細胞における発現のための発現ベクターであってよい。発現ベクターである場合、サイクリックGMPセンサータンパク質をコードする遺伝子の配列のほかに、発現を制御するための配列、マーカー遺伝子の配列等、一般的な発現ベクターに含まれる配列を含んでよい。本発明に係る細胞内サイクリックGMP解析方法の細胞作製工程において、当該発現ベクターを使用することができる。すなわち、当該発現ベクターを細胞に導入し、サイクリックGMPセンサータンパク質を発現させて、サイクリックGMPの検出に使用できる。   The present invention also relates to a vector containing the nucleic acid. The vector may be an expression vector for expression in a target cell. In the case of an expression vector, in addition to the sequence of a gene encoding a cyclic GMP sensor protein, a sequence included in a general expression vector such as a sequence for controlling expression and a sequence of a marker gene may be included. The expression vector can be used in the cell preparation step of the intracellular cyclic GMP analysis method according to the present invention. That is, the expression vector can be introduced into a cell to express a cyclic GMP sensor protein and used for detection of cyclic GMP.

[装置]
次に、本発明に係るサイクリックGMP解析方法(特に撮像工程および解析工程)にて使用される発光観察システム100について、図1から3を用いて説明する。図1は、発光観察システム100の全体構成の一例を示す図である。図2は、発光観察システム100の発光画像撮像ユニット106の構成の一例を示す図である。図3は、発光観察システム100の発光画像撮像ユニット106の構成の一例を示す図である。
[apparatus]
Next, a light emission observation system 100 used in the cyclic GMP analysis method (particularly the imaging process and the analysis process) according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of the light emission observation system 100. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the light emission image capturing unit 106 of the light emission observation system 100. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the light emission image capturing unit 106 of the light emission observation system 100.

まず、図1に示すように、発光観察システム100は、細胞102を収納した容器103(具体的にはシャーレ、スライドガラス、マイクロプレート、ゲル支持体、微粒子担体など)と、容器103を配置するステージ104と、発光画像撮像ユニット106と、画像解析装置110と、で構成されている。微弱な発光を測定するための発光画像撮像ユニット106をステージ104の下側に配置してもよい。これにより、カバー開閉によるサンプル上方からの外乱光を完全に遮断できて発光画像のS/N比を増すことができる。発光画像撮像ユニット106は、レーザー走査式の光学系であってもよい。   First, as shown in FIG. 1, the luminescence observation system 100 arranges a container 103 (specifically, a petri dish, a slide glass, a microplate, a gel support, a fine particle carrier, etc.) containing the cells 102 and the container 103. The stage 104, the light emission image capturing unit 106, and the image analysis device 110 are configured. A light emission image capturing unit 106 for measuring weak light emission may be disposed below the stage 104. Thereby, disturbance light from above the sample due to opening and closing of the cover can be completely blocked, and the S / N ratio of the luminescent image can be increased. The light emission image capturing unit 106 may be a laser scanning optical system.

ここで、細胞102は、例えば、サイクリックGMP濃度に依存して発光するよう発光標識された生きた細胞である。また、サイクリックGMP濃度に依存して発光するタンパク質として、N末側発光酵素とC末側発光酵素との間にサイクリックGMP結合タンパク質を挿入した融合タンパク質の他に、例えば、特表2009−532063号公報に開示されている融合タンパク質を用いてもよい。また、ここで、細胞102に、上記融合タンパク質が発現されるよう構成した、当該融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを導入することにより、融合タンパク質が細胞102内で発現されるよう構成してもよい。なお、細胞102には、添加工程において、当該細胞外から所定の発光基質(例えばルシフェリンなど)および所定の刺激(例えば薬物刺激など)が与えられる。   Here, the cell 102 is, for example, a living cell that is luminescence-labeled so as to emit light depending on the cyclic GMP concentration. In addition to a fusion protein in which a cyclic GMP-binding protein is inserted between an N-terminal luminescent enzyme and a C-terminal luminescent enzyme as a protein that emits light depending on the cyclic GMP concentration, for example, JP 2009- You may use the fusion protein currently disclosed by 532063 gazette. Also, here, the expression of the fusion protein is expressed in the cell 102 by introducing into the cell 102 an expression vector containing the polynucleotide encoding the fusion protein, which is configured to express the fusion protein. May be. In the addition step, the cell 102 is given a predetermined luminescent substrate (for example, luciferin) and a predetermined stimulus (for example, drug stimulus) from the outside of the cell.

また、発光画像撮像ユニット106は、具体的には、正立型の発光顕微鏡であり、細胞102の発光画像を撮像する。発光画像撮像ユニット106は、図示の如く、対物レンズ106aと、ダイクロイックミラー106bと、CCDカメラ106cと、結像レンズ106fと、で構成されている。対物レンズ106aは、具体的には、(開口数/倍率)の値が0.01以上のものである。ダイクロイックミラー106bは、細胞102から発せられた発光を色別に分離し、2色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合に用いる。CCDカメラ106cは、対物レンズ106a、ダイクロイックミラー106bおよび結像レンズ106fを介して当該CCDカメラ106cのチップ面に投影された細胞102の発光画像および明視野画像を撮る。また、CCDカメラ106cは、画像解析装置110と有線または無線で通信可能に接続される。ここで、細胞102が撮像範囲中に複数存在する場合、CCDカメラ106cは、当該撮像範囲中に含まれる複数の細胞102の発光画像および明視野画像を撮像してもよい。結像レンズ106fは、対物レンズ106aおよびダイクロイックミラー106bを介して当該結像レンズ106fに入射した像(具体的には細胞102を含む像)を結像する。なお、図1では、ダイクロイックミラー106bで分離した2つの発光に対応する発光画像を2台のCCDカメラ106cで別々に撮像する場合の一例を示しており、1つの発光を用いる場合には、発光画像撮像ユニット106は、対物レンズ106a、1台のCCDカメラ106cおよび結像レンズ106fで構成されてもよい。 Further, the luminescent image capturing unit 106 is specifically an upright luminescent microscope, and captures a luminescent image of the cell 102. As shown in the figure, the luminescent image capturing unit 106 includes an objective lens 106a, a dichroic mirror 106b, a CCD camera 106c, and an imaging lens 106f. Specifically, the objective lens 106a has a value of (numerical aperture / magnification) 2 of 0.01 or more. The dichroic mirror 106b is used when the light emitted from the cell 102 is separated by color and the light emission amount and light emission intensity are measured by color using two colors of light emission. The CCD camera 106c takes a light emission image and a bright field image of the cell 102 projected onto the chip surface of the CCD camera 106c via the objective lens 106a, the dichroic mirror 106b, and the imaging lens 106f. The CCD camera 106c is connected to the image analysis device 110 so as to be able to communicate with each other by wire or wirelessly. Here, when there are a plurality of cells 102 in the imaging range, the CCD camera 106c may capture a light-emitting image and a bright-field image of the plurality of cells 102 included in the imaging range. The imaging lens 106f forms an image (specifically, an image including the cell 102) incident on the imaging lens 106f via the objective lens 106a and the dichroic mirror 106b. Note that FIG. 1 shows an example in which a light emission image corresponding to two light emissions separated by the dichroic mirror 106b is separately captured by the two CCD cameras 106c. The image capturing unit 106 may include an objective lens 106a, a single CCD camera 106c, and an imaging lens 106f.

ここで、2色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合、発光画像撮像ユニット106は、図2に示すように、対物レンズ106aと、CCDカメラ106cと、スプリットイメージユニット106dと、結像レンズ106fと、で構成されてもよい。そして、CCDカメラ106cは、スプリットイメージユニット106dおよび結像レンズ106fを介して当該CCDカメラ106cのチップ面に投影された細胞102の発光画像(スプリットイメージ)および明視野画像を撮像してもよい。スプリットイメージユニット106dは、細胞102から発せられた発光を色別に分離し、ダイクロイックミラー106bと同様、2色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合に用いる。   Here, when measuring the light emission amount and the light emission intensity for each color using the light emission of two colors, as shown in FIG. 2, the light emission image pickup unit 106 includes an objective lens 106a, a CCD camera 106c, and a split image unit 106d. And the imaging lens 106f. The CCD camera 106c may capture a light emission image (split image) and a bright field image of the cell 102 projected onto the chip surface of the CCD camera 106c via the split image unit 106d and the imaging lens 106f. The split image unit 106d separates the light emitted from the cell 102 by color, and is used when measuring the light emission amount and light emission intensity by color using two colors of light, similar to the dichroic mirror 106b.

また、複数色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合(つまり、多色の発光を用いる場合)、発光画像撮像ユニット106は、図3に示すように、対物レンズ106aと、CCDカメラ106cと、フィルターホイール106eと、結像レンズ106fと、で構成されてもよい。そして、CCDカメラ106cは、フィルターホイール106eおよび結像レンズ106fを介して当該CCDカメラ106cのチップ面に投影された細胞102の発光画像および明視野画像を撮像してもよい。フィルターホイール106eは、細胞102から発せられた発光をフィルタ交換によって色別に分離し、複数色の発光を用いて発光量や発光強度を色別に測定する場合に用いる。   Further, when measuring the emission amount and emission intensity for each color using light emission of a plurality of colors (that is, when using multicolor light emission), the light emission image pickup unit 106 includes an objective lens 106a and an objective lens 106a as shown in FIG. The CCD camera 106c, the filter wheel 106e, and the imaging lens 106f may be used. Then, the CCD camera 106c may capture a light emission image and a bright field image of the cell 102 projected onto the chip surface of the CCD camera 106c via the filter wheel 106e and the imaging lens 106f. The filter wheel 106e is used when light emitted from the cells 102 is separated by color by exchanging filters, and a light emission amount and light emission intensity are measured for each color using light emission of a plurality of colors.

図1に戻り、画像解析装置110は、具体的にはパーソナルコンピュータである。そして、画像解析装置110は、図4に示すように、大別して、制御部112と、システムの時刻を計時するクロック発生部114と、記憶部116と、通信インターフェース部118と、入出力インターフェース部120と、入力装置122と、出力装置124と、で構成されており、これら各部はバスを介して接続されている。   Returning to FIG. 1, the image analysis apparatus 110 is specifically a personal computer. As shown in FIG. 4, the image analysis device 110 is roughly divided into a control unit 112, a clock generation unit 114 that measures the system time, a storage unit 116, a communication interface unit 118, and an input / output interface unit. 120, an input device 122, and an output device 124. These units are connected via a bus.

記憶部116は、ストレージ手段であり、具体的には、RAMやROM等のメモリ装置、ハードディスクのような固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等を用いることができる。そして、記憶部116は制御部112の各部の処理により得られたデータなどを記憶する。通信インターフェース部118は、画像解析装置110と、CCDカメラ106cと、の間における通信を媒介する。すなわち、通信インターフェース部118は他の端末と有線または無線の通信回線を介してデータを通信する機能を有する。入出力インターフェース部120は、入力装置122や出力装置124に接続する。ここで、出力装置124には、モニタ(家庭用テレビを含む)の他、スピーカやプリンタを用いることができる(なお、以下で、出力装置124をモニターとして記載する場合がある。)。また、入力装置122には、キーボードやマウスやマイクの他、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現するモニターを用いることができる。   The storage unit 116 is a storage unit. Specifically, a memory device such as a RAM or a ROM, a fixed disk device such as a hard disk, a flexible disk, an optical disk, or the like can be used. And the memory | storage part 116 memorize | stores the data etc. which were obtained by the process of each part of the control part 112. FIG. The communication interface unit 118 mediates communication between the image analysis device 110 and the CCD camera 106c. That is, the communication interface unit 118 has a function of communicating data with other terminals via a wired or wireless communication line. The input / output interface unit 120 is connected to the input device 122 and the output device 124. Here, in addition to a monitor (including a home television), a speaker or a printer can be used as the output device 124 (hereinafter, the output device 124 may be described as a monitor). In addition to the keyboard, mouse, and microphone, the input device 122 can be a monitor that realizes a pointing device function in cooperation with the mouse.

また、制御部112は、OS(Operating System)等の制御プログラムや各種の処理手順等を規定したプログラムや所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラムに基づいて種々の処理を実行する。そして、制御部112は、大別して、発光画像撮像指示部112aと、発光画像取得部112bと、画像解析部112cと、解析結果出力部112dと、で構成されている。   The control unit 112 has an internal memory for storing control programs such as an OS (Operating System), programs that define various processing procedures, and necessary data, and performs various processes based on these programs. Run. The control unit 112 is roughly composed of a light emission image capturing instruction unit 112a, a light emission image acquisition unit 112b, an image analysis unit 112c, and an analysis result output unit 112d.

また、発光画像撮像指示部112aは、通信インターフェース部118を介して、CCDカメラ106cへ発光画像および明視野画像の撮像を指示する。発光画像取得部112bは、CCDカメラ106cで撮像した発光画像および明視野画像を、通信インターフェース部118を介して取得する。ここで、発光画像撮像指示部112aは、発光画像および明視野画像を繰り返し撮像する指示を行ってもよく、複数の異なる細胞102について同時に撮像を実行してもよい。なお、発光画像取得部112bは、撮像した発光画像および明視野画像を、クロック発生部114による時間情報とともに記憶部116に格納してもよい。   The light emission image capturing instruction unit 112a instructs the CCD camera 106c to capture a light emitting image and a bright field image via the communication interface unit 118. The luminescent image acquisition unit 112b acquires the luminescent image and bright field image captured by the CCD camera 106c via the communication interface unit 118. Here, the light emission image capturing instruction unit 112a may instruct to repeatedly capture the light emitting image and the bright field image, or may simultaneously perform image capturing for a plurality of different cells 102. Note that the luminescent image acquisition unit 112b may store the captured luminescent image and bright field image in the storage unit 116 together with the time information from the clock generation unit 114.

また、画像解析部112cは、発光画像取得部112bで取得した発光画像に基づいて、細胞102から発せられる発光の発光強度に基づいてサイクリックGMPの濃度を解析する。ここで、画像解析部112cは、発光画像取得部112bにより繰り返し撮像された複数の発光画像に基づいて、経時的なサイクリックGMP濃度の変動を測定してもよく、複数の異なる細胞102について同時に発光画像が撮像された場合に、複数の発光画像を細胞102ごとに照合してサイクリックGMPの濃度を解析してもよい。   In addition, the image analysis unit 112c analyzes the concentration of cyclic GMP based on the emission intensity of the luminescence emitted from the cell 102 based on the emission image acquired by the emission image acquisition unit 112b. Here, the image analysis unit 112c may measure a change in cyclic GMP concentration over time based on a plurality of light emission images repeatedly captured by the light emission image acquisition unit 112b. When a luminescent image is captured, the concentration of cyclic GMP may be analyzed by comparing a plurality of luminescent images for each cell 102.

解析結果出力部112dは、画像解析部112cでの解析結果を出力装置124に出力する。より具体的には、解析結果出力部112dは、画像解析部112cで得られた、細胞102から発せられる発光の発光強度に基づくサイクリックGMP濃度の時系列データを、グラフ化して出力装置124に表示する。   The analysis result output unit 112d outputs the analysis result from the image analysis unit 112c to the output device 124. More specifically, the analysis result output unit 112d graphs the time series data of the cyclic GMP concentration based on the emission intensity of the luminescence emitted from the cell 102, which is obtained by the image analysis unit 112c, to the output device 124. indicate.

[実施例1]
種々のサイクリックGMPセンサータンパク質を作製し、それぞれの特性を調べた。具体的には、マウスのサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5A(PDE5A)由来のサイクリックGMP結合領域と、ホタルルシフェラーゼ由来の2つの断片とから成るサイクリックGMPセンサータンパク質を作製し、各種環状ヌクレオチドに対する応答性を調べた。
[Example 1]
Various cyclic GMP sensor proteins were prepared and their characteristics were examined. Specifically, a cyclic GMP sensor protein comprising a cyclic GMP-binding region derived from mouse cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A (PDE5A) and two fragments derived from firefly luciferase was prepared, and responses to various cyclic nucleotides I examined the sex.

(手順1)
PCR(polymerase chain reaction)によって、ルシフェラーゼの各種断片を増幅した。図5aに示すサイクリックGMPセンサータンパク質の作製のために、N末側発光酵素(NLuc)遺伝子およびC末側発光酵素(CLuc)遺伝子を増幅した。また、図5bに示すサイクリックGMPセンサータンパク質の作製のために、N末側発光酵素(cpNLuc)遺伝子およびC末側発光酵素(cpCLuc)遺伝子を増幅した。増幅のための合成オリゴDNAは以下のものを使用した。
[NLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
NLuc_Fw (配列番号1): 5’ − TGTGGATCCAGCCACCATGGAAGATGCCAA − 3’
NLuc_Rv (配列番号2): 5’ − CAGCTCGAGGTCCTTGTCGATGAGAGCGTT − 3’
[CLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
CLuc_Fw (配列番号3): 5’ − ATCAGATCTGGCTACGTTAACAACCCCGAG − 3’
CLuc_Rv (配列番号4): 5’ − CTAGAATTCTTACACGGCGATCTTGCCGCC − 3’
[cpNLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
cpNLuc_Fw(配列番号5):5’−ATCAGATCTGAAGATGCCAAAAACATTAAG−3’
cpNLuc_Rv(配列番号6):5’−CTAGAATTCTTAGTCCTTGTCGATGAGAGC−3’
[cpCLuc遺伝子作製用合成オリゴDNA配列]
cpCLuc_Fw(配列番号7):5’−TGTGGATCCAGCCACCATGAGCGGCTACGTTAACAACCCC−3’
cpCLuc_Rv(配列番号8):5’−CAGCTCGAGCACGGCGATCTTGCCGCCCTT−3’
(Procedure 1)
Various fragments of luciferase were amplified by PCR (polymerase chain reaction). For the production of the cyclic GMP sensor protein shown in FIG. 5a, the N-terminal luminescent enzyme (NLuc) gene and the C-terminal luminescent enzyme (CLuc) gene were amplified. For the production of the cyclic GMP sensor protein shown in FIG. 5b, the N-terminal luminescent enzyme (cpNLuc) gene and the C-terminal luminescent enzyme (cpCLuc) gene were amplified. The following synthetic oligo DNA was used for amplification.
[Synthetic oligo DNA sequence for NLuc gene preparation]
NLuc_Fw (SEQ ID NO: 1): 5'-TGTGGATCCCAGCCACCCATGAAGATGCCCAA-3 '
NLuc_Rv (SEQ ID NO: 2): 5′-CAGCTCGAGGTCCTTGTCGATGAGAGCGTT-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for CLuc gene preparation]
CLuc_Fw (SEQ ID NO: 3): 5′-ATCAGATCTGGCTACGTTAACAAACCCCGAG-3 ′
CLuc_Rv (SEQ ID NO: 4): 5′-CTAGAATTCTTACACGGCGATTCTGCCGCC-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for cpNLuc gene preparation]
cpNLuc_Fw (SEQ ID NO: 5): 5′-ATCAGATCTGAAGATCGCAAAAAACATTAAG-3 ′
cpNLuc_Rv (SEQ ID NO: 6): 5′-CTAGAATTCTTAGTCTCTGTCGATGGAGAGC-3 ′
[Synthetic oligo DNA sequence for cpCLuc gene preparation]
cpCLuc_Fw (SEQ ID NO: 7): 5′-TGTGGATCCCCACCCACATGAGCGGCTACGTTAACAAACCCC-3 ′
cpCLuc_Rv (SEQ ID NO: 8): 5'-CAGCTCCGAGCACGGCGATCTTGCCGCCCTTT-3 '

また、PCRによって、PDE5AのcGMP結合ドメイン遺伝子を増幅した。増幅には以下のプライマーを組み合わせて用い、種々の遺伝子を取得した。
PDE5A_GAFa_1_Fw (配列番号9): 5’− CCCCTCGAGTTTGATCATGATGAAGGGGACCAGTGCTCA −3’
PDE5A_GAFa_2_Fw (配列番号10): 5’− CCCCTCGAGGTCACAGCATTGTGTCACAAA −3’
PDE5A_GAFa_3_Fw (配列番号11): 5’− CTCGAGAAGGAACAAATGCCACTAACCCCC −3’
PDE5A_GAFa_1_Rv (配列番号12): 5’− CCCAGATCTCTTGTTCTCCAGCAGTGAAGTCTCATAGAG −3’
PDE5A_GAFa_2_Rv (配列番号13): 5’− CCCAGATCTCTGAGCATTGTGAAGAACAAT −3’
PDE5A_GAFa_3_Rv (配列番号14): 5’− AGATCTGATTAAGCTGGCAAGGTCAAGTAA −3’
PDE5A_GAFa_4_Rv (配列番号15): 5’− AGATCTCTTCTTCAGAATGACTTCCAGTGA −3’
PDE5A_GAFa_5_Rv (配列番号16): 5’− AGATCTGGTGCACTTCTGCACCTGCATGAA −3’
PDE5A_GAFa_6_Rv (配列番号17): 5’− AGATCTACAGTCTTCATCCACAATGAAGAT −3’
PDE5A_GAFa_7_Rv (配列番号18): 5’− AGATCTGGGTTTTCCTACTTCCTCACACTC −3’
Moreover, the cGMP binding domain gene of PDE5A was amplified by PCR. Various genes were obtained by using the following primers in combination for amplification.
PDE5A_GAFa_1_Fw (SEQ ID NO: 9): 5′-CCCCCTGAGGTTGATCATGATGGAAGGGGACCAGTGCTCA-3 ′
PDE5A_GAFa_2_Fw (SEQ ID NO: 10): 5′-CCCCTCGAGGTCACAGCATGTGTCACAAA-3 ′
PDE5A_GAFa — 3_Fw (SEQ ID NO: 11): 5′—CTCGAGAAGGAACAAATGCCCACTACACCCC-3 ′
PDE5A_GAFa_1_Rv (SEQ ID NO: 12): 5′-CCCAGATCTCTTGTTCTCCCAGCAGTGAAGTCCTCATAGAG-3 ′
PDE5A_GAFa_2_Rv (SEQ ID NO: 13): 5′-CCCAGATCTCTGAGCATGTGAGAAACAAT-3 ′
PDE5A_GAFa — 3_Rv (SEQ ID NO: 14): 5′-AGATCTGATTAGCTGGCAAGGTCAAGTAA-3 ′
PDE5A_GAFa — 4_Rv (SEQ ID NO: 15): 5′-AGATCTCTTCTTCAGAATGAACTTCCAGTGA-3 ′
PDE5A_GAFa_5_Rv (SEQ ID NO: 16): 5′-AGATCTGGTGCACTTCTGCACCTGCATGAA-3 ′
PDE5A_GAFa — 6_Rv (SEQ ID NO: 17): 5′-AGATCTACAGTCTTCATCCCAAATGAAGAT-3 ′
PDE5A_GAFa — 7_Rv (SEQ ID NO: 18): 5′-AGATCTGGGTTTTCTCACTTCCTCACACTC-3 ′

(手順2)
pGL4.10(プロメガ(株)製)を鋳型とするPCRによって、N末側ルシフェラーゼ遺伝子(NLuc)、C末側ルシフェラーゼ遺伝子(CLuc)、変異型N末側ルシフェラーゼ遺伝子(cpNLuc)および変異型C末側ルシフェラーゼ遺伝子(cpCLuc)を、以下の表1に示されるプライマーを使用して増幅した。これらの遺伝子の、ルシフェラーゼ(GL4.10)のアミノ酸配列中の対応する位置を表1に示す。
(Procedure 2)
N-terminal luciferase gene (NLuc), C-terminal luciferase gene (CLuc), mutant N-terminal luciferase gene (cpNLuc) and mutant C-terminal by PCR using pGL4.10 (manufactured by Promega Corporation) as a template The lateral luciferase gene (cpCLuc) was amplified using the primers shown in Table 1 below. The corresponding positions of these genes in the amino acid sequence of luciferase (GL 4.10) are shown in Table 1.

Figure 0006032862
(手順3)
サイクリックGMP結合領域として使用するために、マウスのサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5A(PDE5A)のcDNAを鋳型として種々の遺伝子をPCRによって増幅した。図16に、増幅した遺伝子の名称および使用したプライマーを示す。さらに、増幅した遺伝子の、PDE5Aのアミノ酸配列中の対応する位置、および当該遺伝子がコードする断片のアミノ酸残基の数を示す。なお、PDE5AにはサイクリックGMP結合ドメインがAとBの2ヶ所存在するが、そのうちAを含む領域を増幅した。
Figure 0006032862
(Procedure 3)
For use as a cyclic GMP-binding region, various genes were amplified by PCR using the mouse cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A (PDE5A) cDNA as a template. FIG. 16 shows the names of the amplified genes and the primers used. Furthermore, the position of the amplified gene corresponding to the amino acid sequence of PDE5A and the number of amino acid residues of the fragment encoded by the gene are shown. PDE5A has two cyclic GMP binding domains, A and B. Among them, a region containing A was amplified.

(手順4)
次のようにして、2種の原核生物発現用プラスミドを作製した。手順2にて取得したNLuc遺伝子を原核生物発現用プラスミドであるpRSET2B(インビトロジェン社製)内のBamHI部位とXhoI部位の間に挿入した後、手順2にて取得したCLuc遺伝子をBglII部位とEcoRI部位の間に挿入し、原核生物発現用プラスミド(pRSET/GL4_N_C)を作製した。また、手順2にて取得したcpCLuc遺伝子を原核生物発現用プラスミドであるpRSET2B内のBamHI部位とXhoI部位の間に挿入した後、手順2にて取得したcpNLuc遺伝子をBglII部位とEcoRI部位の間に挿入し、原核生物発現用プラスミド(pRSET/cpGL4_C_N)を作製した。
(Procedure 4)
Two prokaryotic expression plasmids were prepared as follows. After inserting the NLuc gene obtained in Procedure 2 between the BamHI site and the XhoI site in pRSET2B (manufactured by Invitrogen) which is a prokaryotic expression plasmid, the CLuc gene obtained in Procedure 2 is inserted into the BglII site and the EcoRI site. To insert a prokaryotic expression plasmid (pRSET / GL4_N_C). In addition, after inserting the cpCLuc gene obtained in step 2 between the BamHI site and the XhoI site in pRSET2B, which is a prokaryotic expression plasmid, the cpNLuc gene obtained in step 2 is inserted between the BglII site and the EcoRI site. This was inserted to produce a prokaryotic expression plasmid (pRSET / cpGL4_C_N).

(手順5)
次のようにして、サイクリックGMPセンサータンパク質の発現プラスミドを作製した。手順3にて増幅した11種のPDE5A由来の遺伝子を、手順4にて作製した2種の発現用プラスミドのXhoI認識部位とBglII認識部位との間にそれぞれ挿入した。作製された22種の発現用プラスミドの名称は、図16の表中「得られるプラスミドの名称」の項目に示される。
(Procedure 5)
An expression plasmid for cyclic GMP sensor protein was prepared as follows. The 11 PDE5A-derived genes amplified in Procedure 3 were inserted between the XhoI recognition site and the BglII recognition site of the two expression plasmids prepared in Procedure 4, respectively. The names of the 22 types of expression plasmids prepared are shown in the item “Name of the resulting plasmid” in the table of FIG.

(手順6)
各種サイクリックGMPセンサータンパク質を大腸菌で発現させ、さらに精製した。
(Procedure 6)
Various cyclic GMP sensor proteins were expressed in E. coli and further purified.

手順5にて作製した各種発現プラスミドを、それぞれ大腸菌JM109(DE3)株にトランスフォームし、The QIAexpressionist(キアゲン社製)を用いて、キットのマニュアルに従ってサイクリックGMPセンサータンパク質を精製した。精製手順を簡略に説明すると、上記原核生物発現用プラスミドを大腸菌JM109(DE3)株にトランスフォームして、5mLのLB培地中に植菌した。一晩培養した後、遠心分離して集菌し、集菌した大腸菌を溶解バッファー(50mM NaHPO、300mM NaCl、10mM イミダゾール、pH8.0)500μLに再懸濁してリゾチームを添加し(1mg/mL)、4℃で60分間インキュベートした。細胞を、ボルテックスミキサー等を用いて静かに撹拌して溶解し、15,000xgで10分間遠心分離して上清を新しいチューブに移した。50% Ni−NTAレジン懸濁液 50μLを添加し、4℃で60分間静かに混合した。15,000xgで10秒間遠心分離してレジンを沈殿させ、レジンを洗浄バッファー(50mM NaHPO、300mM NaCl、20mM イミダゾール、pH8.0) 500μLで2回洗浄した。溶出バッファー(50mM NaHPO、300mM NaCl、250mM イミダゾール、pH8.0)50μLでタンパク質を2回溶出し、種々のサイクリックGMPセンサータンパク質を得た。得られた22種のサイクリックGMPセンサータンパク質は、図16の表中「得られえるサイクリックGMPセンサータンパク質の名称」の項目に示される。 The various expression plasmids prepared in Procedure 5 were each transformed into Escherichia coli JM109 (DE3) strain, and cyclic GMP sensor protein was purified using The QIA expressionist (manufactured by Qiagen) according to the manual of the kit. Briefly explaining the purification procedure, the prokaryotic expression plasmid was transformed into E. coli JM109 (DE3) strain and inoculated into 5 mL of LB medium. After overnight culture, the cells were collected by centrifugation, and the collected E. coli cells were resuspended in 500 μL of lysis buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, 10 mM imidazole, pH 8.0), and lysozyme was added (1 mg). / ML) for 60 minutes at 4 ° C. The cells were lysed by gentle agitation using a vortex mixer or the like, centrifuged at 15,000 × g for 10 minutes, and the supernatant was transferred to a new tube. 50 μL of 50% Ni-NTA resin suspension was added and gently mixed at 4 ° C. for 60 minutes. The resin was precipitated by centrifugation at 15,000 × g for 10 seconds, and the resin was washed twice with 500 μL of washing buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, 20 mM imidazole, pH 8.0). The protein was eluted twice with 50 μL of elution buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, 250 mM imidazole, pH 8.0) to obtain various cyclic GMP sensor proteins. The obtained 22 types of cyclic GMP sensor proteins are shown in the item of “name of the cyclic GMP sensor protein that can be obtained” in the table of FIG.

(手順7)
種々のサイクリックGMPセンサータンパク質の特性を測定した。
(Procedure 7)
The properties of various cyclic GMP sensor proteins were measured.

手順6にて取得されたタンパク質の発光活性を、環状ヌクレオチドの非存在下、サイクリックGMP存在下、8−Br−cGMP存在下またはサイクリックAMP存在下でそれぞれ測定した。測定方法を簡単に説明すると、上述のタンパク質溶液20μLに、リン酸緩衝液(PBS)20μLを加えた。そこへ、4mMのサイクリックGMP、8−Br−cGMPまたはサイクリックAMP溶液を1μL加え(終濃度100μM)、またネガティブコントロールにはPBSを同量加えた。さらに、Bright−Glo(プロメガ社製)を40μL加えて、Luminescencer JNR−II(アトー社製)を使用して発光量(5秒間の積算)を測定した。   The luminescence activity of the protein obtained in Procedure 6 was measured in the absence of cyclic nucleotide, in the presence of cyclic GMP, in the presence of 8-Br-cGMP, or in the presence of cyclic AMP, respectively. To briefly explain the measurement method, 20 μL of phosphate buffer (PBS) was added to 20 μL of the above protein solution. Thereto was added 1 μL of 4 mM cyclic GMP, 8-Br-cGMP or cyclic AMP solution (final concentration 100 μM), and the same amount of PBS was added to the negative control. Furthermore, 40 μL of Bright-Glo (manufactured by Promega) was added, and the amount of luminescence (integration for 5 seconds) was measured using Luminescence JNR-II (manufactured by ATTO).

(結果)
手順7による測定の結果を図6に示す。
サイクリックGMP存在下において、発光量が特に高かったのは、GL4_N_PDE5A_GAFa1_C、GL4_N_PDE5A_GAFa5_CおよびGL4_N_PDE5A_GAFa8_Cであった。これらに準じて、GL4_N_PDE5A_GAFa7_C、GL4_N_PDE5A_GAFa9_CおよびGL4_C_PDE5A_GAFa7_Nが一定の発光量を示した。
(result)
The result of the measurement according to procedure 7 is shown in FIG.
In the presence of cyclic GMP, GL4_N_PDE5A_GAFa1_C, GL4_N_PDE5A_GAFa5_C, and GL4_N_PDE5A_GAFa8_C had particularly high light emission amounts. In accordance with these, GL4_N_PDE5A_GAFa7_C, GL4_N_PDE5A_GAFa9_C, and GL4_C_PDE5A_GAFa7_N showed a constant light emission amount.

さらに、これらのタンパク質(GL4_N_PDE5A_GAFa1_C、GL4_N_PDE5A_GAFa5_C、GL4_N_PDE5A_GAFa7_C、GL4_N_PDE5A_GAFa8_C、GL4_N_PDE5A_GAFa9_CおよびGL4_C_PDE5A_GAFa7_N)では、環状ヌクレオチド非存在下(コントロール)における発光量と、サイクリックGMP存在下における発光量とで明確な差が示された。   Furthermore, these proteins (GL4_N_PDE5A_GAFa1_C, GL4_N_PDE5A_GAFa5_C, GL4_N_PDE5A_GAFa7_C, GL4_N_PDE5A_GAFa8_C, GL4_and luminescence) .

[実施例2]
本発明に係る方法により、HEK293細胞中のサイクリックGMP濃度の変動を測定した。
[Example 2]
By the method according to the present invention, the fluctuation of cyclic GMP concentration in HEK293 cells was measured.

(手順1)
次のようにして、種々のサイクリックGMPセンサータンパク質についての動物細胞発現用プラスミドを作製した。
(Procedure 1)
Animal cell expression plasmids for various cyclic GMP sensor proteins were prepared as follows.

実施例1の手順5にて作製した原核細胞発現用プラスミドから、制限酵素BamHIおよびEcoRIを使用して、サイクリックGMPセンサータンパク質をコードする領域を切り出し、それを動物細胞発現用プラスミドであるpcDNA3.1(インビトロジェン社製)のBamHI認識部位とEcoRI認識部位との間に挿入した。具体的に使用した原核細胞発現用プラスミドは、pRSET/GL4_N_GAFa1_C、pRSET/GL4_N_GAFa5_C、pRSET/GL4_N_GAFa7_C、およびpRSET/cpGL4_C_GAFa7_Nの4種であり、これらに基づいて、動物細胞発現用プラスミドであるpcDNA/GL4_N_GAFa1_C、pcDNA/GL4_N_GAFa5_C、pcDNA/GL4_N_GAFa7_C、およびpcDNA/cpGL4_C_GAFa7_Nを作製した。   Using the restriction enzymes BamHI and EcoRI, a region encoding a cyclic GMP sensor protein was excised from the plasmid for prokaryotic cell expression prepared in Procedure 5 of Example 1, and this was transformed into pcDNA3. 1 (manufactured by Invitrogen) was inserted between the BamHI recognition site and the EcoRI recognition site. The prokaryotic expression plasmids specifically used are four types of pRSET / GL4_N_GAFa1_C, pRSET / GL4_N_GAFa5_C, pRSET / GL4_N_GAFa7_C, and pRSET / cpGL4_C_GAFa7_N, based on these. pcDNA / GL4_N_GAFa5_C, pcDNA / GL4_N_GAFa7_C, and pcDNA / cpGL4_C_GAFa7_N were prepared.

(手順2)
使用するHEK293細胞の培養は次のように行った。HEK293細胞をATCC社より入手し、5% COインキュベーター内で、10% Fetal Bovine Serum、および、1x Nonessential amino acidsを添加したEarle’s MEM/培地(GIBCO社製)で培養した。
(Procedure 2)
The HEK293 cells used were cultured as follows. HEK293 cells were obtained from ATCC, and cultured in Earle's MEM / medium (GIBCO) supplemented with 10% Fetal Bovine Serum and 1 × Nonesential amino acids in a 5% CO 2 incubator.

(手順3)
次のようにして、HEK293細胞に手順1で作製した動物細胞発現用プラスミドを導入した。細胞を直径35mmガラスボトムディッシュに、2x10/dishの細胞密度で播種し、5% COインキュベーター内で一晩培養し、それぞれの動物細胞発現用プラスミドを、FuGENE HD(ロシュ社製)を用いてトランスフェクションを行い、5% COインキュベーター内で一晩培養した。
(Procedure 3)
The animal cell expression plasmid prepared in Procedure 1 was introduced into HEK293 cells as follows. Cells were seeded in a 35 mm diameter glass bottom dish at a cell density of 2 × 10 5 / dish, cultured overnight in a 5% CO 2 incubator, and each animal cell expression plasmid was used with FuGENE HD (Roche). The cells were transfected and cultured overnight in a 5% CO 2 incubator.

(手順4)
次のようにして、手順3で作製した細胞のタイムラプス撮影を行った。培地中にルシフェリン2mM(プロメガ社製)を添加して1時間静置し、発光顕微鏡LV(LUMINOVIEW)−200(オリンパス社製)にセットし、5秒間隔で発光画像のタイムラプス撮影を行った。発光観察条件として、対物レンズの倍率は40倍、露出時間は5〜10秒間、ビニングは1x1、EM−CCDカメラiXon(アンドール社製)を用い、画像解析装置110として構成したパーソナルコンピュータに取り込んだ。
(Procedure 4)
The time lapse photography of the cell produced by the procedure 3 was performed as follows. 2 mM luciferin (manufactured by Promega) was added to the medium and allowed to stand for 1 hour, and set in a light emission microscope LV (LUMINOVIEW) -200 (manufactured by Olympus). As the light emission observation conditions, the magnification of the objective lens is 40 times, the exposure time is 5 to 10 seconds, the binning is 1 × 1, and the EM-CCD camera iXon (manufactured by Andor) is used, and the image analysis apparatus 110 is used. .

(手順5)
タイムラプス撮影中のHEK293細胞に刺激を与えた。タイムラプス撮影開始から2分後、培養液に8−Br−cGMP(最終濃度 100μM)を添加し、引き続き発光画像のタイムラプス撮影を行った。
(Procedure 5)
Stimulation was given to HEK293 cells during time-lapse photography. Two minutes after the start of time-lapse photography, 8-Br-cGMP (final concentration 100 μM) was added to the culture solution, and then time-lapse photography of the luminescence image was performed.

(手順6)
撮影した画像の発光強度の解析を行った。
手順4および5による一連のタイムラプス撮影によって得られた発光画像においてROI(Region of Interest:関心領域)を指定した。指定したROIにおける発光強度の経時変化をグラフに表示した。
(Procedure 6)
The emission intensity of the photographed image was analyzed.
An ROI (Region of Interest) was designated in the luminescence image obtained by a series of time-lapse imaging according to procedures 4 and 5. The change over time of the emission intensity in the designated ROI was displayed in a graph.

図7から9は、GL4_N_PDE5A_GAFa1_Cを発現させた細胞における測定結果である。図7には、刺激前における発光画像が示される。画像中1から4のROIが指定されている。一方、図8には、刺激後における、図7と同一の位置を撮影した発光画像が示される。図8においても、図7と同様にROIが指定されている。さらに、図9には、指定した各ROIの発光強度の経時変化がグラフとして示される。図7および8にて指定した1から4のROIは、図9のグラフ中の「cell1」から「cell4」にそれぞれ対応する。なお、発光画像の解析は、画像解析部112cとして機能するMetamorphソフトウェア(ユニバーサルイメージング社製)を用いて行った。   FIGS. 7 to 9 show measurement results in cells in which GL4_N_PDE5A_GAFa1_C was expressed. FIG. 7 shows a light emission image before stimulation. 1 to 4 ROIs are designated in the image. On the other hand, FIG. 8 shows a luminescent image obtained by photographing the same position as in FIG. 7 after stimulation. Also in FIG. 8, the ROI is designated as in FIG. Further, FIG. 9 shows a graph showing the change over time of the emission intensity of each designated ROI. The ROIs 1 to 4 specified in FIGS. 7 and 8 correspond to “cell1” to “cell4” in the graph of FIG. 9, respectively. The analysis of the luminescence image was performed using Metamorph software (made by Universal Imaging) that functions as the image analysis unit 112c.

一方、図10から12はGL4_N_PDE5A_GAFa7_Cを発現させた細胞における測定結果であり、図13から15はcpGL4_C_PDE5A_GAFa7_N発現させた細胞における測定結果である。図10および13には刺激前の発光画像が示され、図11および14には刺激後の発光画像が示され、図12および15には指定した各ROIの発光強度の経時変化のグラフが示される。   On the other hand, FIGS. 10 to 12 show measurement results in cells expressing GL4_N_PDE5A_GAFa7_C, and FIGS. 13 to 15 show measurement results in cells expressing cpGL4_C_PDE5A_GAFa7_N. 10 and 13 show the luminescence images before stimulation, FIGS. 11 and 14 show the luminescence images after stimulation, and FIGS. 12 and 15 show graphs of the luminescence intensity of each designated ROI over time. It is.

(結果)
8−Br−cGMPは膜透過性サイクリックGMPアナログであり、細胞培養液にこれを添加することで細胞内部のサイクリックGMPが上昇することが予想される。GL4_N_GAFa1_C、GL4_N_GAFa7_CおよびcpGL4_C_GAFa7_Nをそれぞれ利用する本発明に係る方法により、当該予想を反映した結果が得られた。すなわち、8−Br−cGMPの添加後、発光量が増大した。本発明によれば、そのような結果を単一の細胞にて確認することができた。また、個々の細胞における発光強度の変化を見ると、8−Br−cGMP刺激において細胞間の応答に大きなばらつきのあることがわかった(図9、図12および図15参照)。
(result)
8-Br-cGMP is a membrane-permeable cyclic GMP analog, and it is expected that the cyclic GMP inside the cell will increase by adding it to the cell culture medium. The results of reflecting the prediction were obtained by the method according to the present invention using GL4_N_GAFa1_C, GL4_N_GAFa7_C, and cpGL4_C_GAFa7_N, respectively. That is, the amount of luminescence increased after the addition of 8-Br-cGMP. According to the present invention, such a result could be confirmed in a single cell. Moreover, when the change of the emitted light intensity in each cell was seen, it turned out that there is a big dispersion | variation in the response between cells in 8-Br-cGMP stimulation (refer FIG.9, FIG12 and FIG.15).

これまでのサイクリックGMPを介する細胞内情報伝達機構の研究から、サイクリックGMP濃度変化の細胞内分布あるいは時間経過が異なると、シグナルの意味が異なることが明らかにされている。従来のルミノメーターを用いた発光量変化の解析では、細胞集団全体の観測に留まり、個々の細胞の応答までは解析できなかった。しかし、本発明に係る方法(装置としてLV−200を使用する)では、生体内の変化を1細胞毎にリアルタイムに観察することができ、細胞内シグナルの働きを詳細に研究することができた。   Previous studies of intracellular signal transduction mechanisms via cyclic GMP have revealed that the meaning of the signal is different when the intracellular distribution or time course of cyclic GMP concentration changes. In the analysis of changes in the amount of luminescence using a conventional luminometer, it was not possible to analyze the response of individual cells, but only to observe the entire cell population. However, in the method according to the present invention (using LV-200 as an apparatus), changes in the living body can be observed in real time for each cell, and the function of intracellular signals can be studied in detail. .

以上、本実施例によれば、細胞内の情報伝達に影響を及ぼすことなく、各細胞からの正確な定量的結果を得ることができ、その結果、個々の細胞においてサイクリックGMP濃度の変化を再現性良く経時的に観察することができる。上述した実施例において使用するルシフェラーゼ遺伝子やルシフェリン等は、他の市販試薬であってもよいし、生物発光等を発生する生物から直接抽出等されたものであってもよい。   As described above, according to the present embodiment, accurate quantitative results from each cell can be obtained without affecting intracellular information transmission. As a result, the change in cyclic GMP concentration in each cell can be obtained. It can be observed over time with good reproducibility. The luciferase gene, luciferin, and the like used in the above-described examples may be other commercially available reagents, or those extracted directly from organisms that generate bioluminescence or the like.

[その他の実施例]
上記実施例に示される実施の形態のほかに、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施することができる。
[Other Examples]
In addition to the embodiments shown in the above examples, the present invention can be implemented in various different embodiments within the scope of the technical idea described in the claims.

例えば、上述した実施の形態においては、主に、互いに結合することにより発光酵素活性が回復するよう分割させたN末側発光酵素とC末側発光酵素、および、PDE5AのサイクリックGMP結合ドメインからなる融合タンパク質をサイクリックGMPセンサータンパク質として使用するとしたが、これに限らず、特表2009−532063号公報等に開示されているサイクリックGMPセンサータンパク質を用いてもよい。   For example, in the above-described embodiment, mainly from the N-terminal luminescent enzyme and the C-terminal luminescent enzyme that are separated so that the luminescent enzyme activity is recovered by binding to each other, and the cyclic GMP binding domain of PDE5A However, the present invention is not limited to this, and a cyclic GMP sensor protein disclosed in JP-T-2009-532063 may be used.

また、上述した記載によれば、以下の要旨に表現されるポリペプチドの態様も本発明に包含される。   Moreover, according to the description mentioned above, the aspect of polypeptide represented by the following summary is also included by this invention.

[ポリペプチド態様1](機能:スプリットルシフェラーゼの相互作用)
発光酵素のN末端側断片、発光酵素のC末端側断片、および、サイクリックGMP結合タンパク質のアミノ酸配列を含むポリペプチドであって、前記N末端側断片およびC末端側断片は非共有結合的に相互作用し、前記非共有結合的相互作用は調整可能であることを特徴とするポリペプチド。
[ポリペプチド態様2](機能:サイクリックGMP結合タンパク質の作用)
前記サイクリックGMP結合タンパク質が前記非共有結合的相互作用を検出可能に変化させることを特徴とする前記態様1に記載のポリペプチド。
[ポリペプチド態様3](機能:外因性因子の作用)
前記非共有結合的相互作用は外因性因子の存在下で強化されること、を特徴とする前記態様1に記載のポリペプチド。
[ポリペプチド態様4](機能:サイクリックGMPの作用)
前記外因性因子はサイクリックGMPであること、を特徴とする前記態様2に記載のポリペプチド。
[ポリペプチド態様5](機能:発光)
前記態様3に記載のポリペプチドであって、前記非共有的相互作用により発光することを特徴とするポリペプチド。
以下に、本願の出願当初の請求項を実施の態様として付記する。
[1]
発光酵素のN末端側断片、前記発光酵素のC末端側断片およびサイクリックGMP結合領域を含むサイクリックGMPセンサータンパク質であって、前記サイクリックGMP結合領域は前記N末端側断片と前記C末端側断片との間に配置されたサイクリックGMPセンサータンパク質を含む細胞を作製する細胞作製工程と、
前記細胞作製工程で作製した前記細胞に当該細胞外から所定の発光基質を添加する添加工程と、
前記添加工程で前記所定の発光基質が与えられた前記細胞の発光画像を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像した前記発光画像に基づいて、前記細胞内における前記サイクリックGMPの濃度を解析する解析工程と
を含む細胞内サイクリックGMP解析方法。
[2]
前記サイクリックGMP結合領域がサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ由来である、[1]に記載の細胞内サイクリックGMP解析方法。
[3]
前記サイクリックGMP結合領域が、マウスサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5Aのアミノ酸番号
121番目から330番目、
131番目から320番目、
131番目から330番目、
131番目から343番目、または
131番目から358番目
のアミノ酸配列を含む、[2]に記載の細胞内サイクリックGMP解析方法。
[4]
前記発光酵素がホタルルシフェラーゼであり、
前記N末端側断片がホタルルシフェラーゼのアミノ酸番号1番目から416番目のアミノ酸配列を含み、
前記C末端側断片がホタルルシフェラーゼのアミノ酸番号399番目から550番目のアミノ酸配列を含む
[1]から[3]の何れか1項に記載の細胞内サイクリックGMP解析方法。
[5]
前記撮像工程が前記発光画像を繰り返し撮像することを含む、[1]から[4]の何れか1項に記載の細胞内サイクリックGMP解析方法。
[6]
前記撮像工程が複数の異なる細胞に対して同時に行われ、
前記解析工程が前記細胞ごとに行われる、
[1]から[6]の何れか1項に記載の細胞内サイクリックGMP解析方法。
[7]
発光酵素のN末端側断片、前記発光酵素のC末端側断片およびサイクリックGMP結合領域を含むサイクリックGMPセンサータンパク質であって、前記サイクリックGMP結合領域は前記N末端側断片と前記C末端側断片との間に配置されたサイクリックGMPセンサータンパク質。
[8]
前記サイクリックGMP結合領域が、マウスサイクリックGMP特異的ホスホジエステラーゼ5Aのアミノ酸番号
121番目から330番目、
131番目から320番目、
131番目から330番目、
131番目から343番目、または
131番目から358番目
のアミノ酸配列を含む、[7]に記載のサイクリックGMPセンサータンパク質。
[9]
前記発光酵素がホタルルシフェラーゼであり、
前記N末端側断片がホタルルシフェラーゼのアミノ酸番号1番目から416番目のアミノ酸配列を含み、
前記C末端側断片がホタルルシフェラーゼのアミノ酸番号399番目から550番目のアミノ酸配列を含む
[7]または[8]に記載のサイクリックGMPセンサータンパク質。
[10]
配列番号31、35、37、48、38または39に示されるアミノ酸配列を含む[7]から[9]の何れか1項に記載のサイクリックGMPセンサータンパク質。
[Polypeptide Aspect 1] (Function: Interaction of split luciferase)
A polypeptide comprising an N-terminal fragment of a luminescent enzyme, a C-terminal fragment of a luminescent enzyme, and an amino acid sequence of a cyclic GMP binding protein, wherein the N-terminal fragment and the C-terminal fragment are non-covalently bound A polypeptide that interacts and said non-covalent interaction is tunable.
[Polypeptide Aspect 2] (Function: Action of cyclic GMP binding protein)
The polypeptide according to Aspect 1, wherein the cyclic GMP binding protein detectably changes the non-covalent interaction.
[Polypeptide Aspect 3] (Function: Action of exogenous factor)
The polypeptide according to aspect 1, wherein the non-covalent interaction is enhanced in the presence of an exogenous factor.
[Polypeptide Aspect 4] (Function: Action of cyclic GMP)
The polypeptide according to Aspect 2, wherein the exogenous factor is cyclic GMP.
[Polypeptide Aspect 5] (Function: Luminescence)
4. The polypeptide according to aspect 3, which emits light by the non-covalent interaction.
Below, the claims at the beginning of the filing of the present application are appended as embodiments.
[1]
A cyclic GMP sensor protein comprising an N-terminal fragment of a luminescent enzyme, a C-terminal fragment of the luminescent enzyme, and a cyclic GMP binding region, wherein the cyclic GMP binding region comprises the N-terminal fragment and the C-terminal side. A cell production step of producing a cell containing a cyclic GMP sensor protein disposed between the fragments;
An addition step of adding a predetermined luminescent substrate from the outside of the cell prepared in the cell preparation step;
An imaging step of capturing a luminescence image of the cell provided with the predetermined luminescent substrate in the adding step;
An analysis step of analyzing the concentration of the cyclic GMP in the cell based on the luminescence image captured in the imaging step;
An intracellular cyclic GMP analysis method comprising:
[2]
The intracellular cyclic GMP analysis method according to [1], wherein the cyclic GMP binding region is derived from a cyclic GMP-specific phosphodiesterase.
[3]
The cyclic GMP binding region is the amino acid number of mouse cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A.
121st to 330th,
131st to 320th,
131st to 330th,
131st to 343rd, or
131st to 358th
The intracellular cyclic GMP analysis method according to [2], comprising the amino acid sequence of
[4]
The luminescent enzyme is firefly luciferase,
The N-terminal fragment comprises the amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 416 of firefly luciferase,
The C-terminal fragment contains the amino acid sequence of amino acid numbers 399 to 550 of firefly luciferase
The intracellular cyclic GMP analysis method according to any one of [1] to [3].
[5]
The intracellular cyclic GMP analysis method according to any one of [1] to [4], wherein the imaging step includes repeatedly capturing the luminescent image.
[6]
The imaging step is performed simultaneously on a plurality of different cells;
The analysis step is performed for each cell;
The intracellular cyclic GMP analysis method according to any one of [1] to [6].
[7]
A cyclic GMP sensor protein comprising an N-terminal fragment of a luminescent enzyme, a C-terminal fragment of the luminescent enzyme, and a cyclic GMP binding region, wherein the cyclic GMP binding region comprises the N-terminal fragment and the C-terminal side. Cyclic GMP sensor protein placed between the fragments.
[8]
The cyclic GMP binding region is the amino acid number of mouse cyclic GMP-specific phosphodiesterase 5A.
121st to 330th,
131st to 320th,
131st to 330th,
131st to 343rd, or
131st to 358th
The cyclic GMP sensor protein according to [7], comprising the amino acid sequence of
[9]
The luminescent enzyme is firefly luciferase,
The N-terminal fragment comprises the amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 416 of firefly luciferase,
The C-terminal fragment contains the amino acid sequence of amino acid numbers 399 to 550 of firefly luciferase
The cyclic GMP sensor protein according to [7] or [8].
[10]
The cyclic GMP sensor protein according to any one of [7] to [9], comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 31, 35, 37, 48, 38 or 39.

以上詳述に説明したように、本発明にかかるサイクリックGMP解析方法は、バイオ、製薬、医療など様々な分野で好適に用いることができる。   As described above in detail, the cyclic GMP analysis method according to the present invention can be suitably used in various fields such as biotechnology, pharmaceuticals, and medicine.

100 発光観察システム
103 容器(シャーレ)
104 ステージ
106 発光画像撮像ユニット
106a 対物レンズ(発光観察用)
106b ダイクロイックミラー
106c CCDカメラ
106d スプリットイメージユニット
106e フィルターホイール
106f 結像レンズ
110 画像解析装置
112 制御部
112a 発光画像撮像指示部
112b 発光画像取得部
112c 画像解析部
112d 解析結果出力部
114 クロック発生部
116 記憶部
118 通信インターフェース部
120 入出力インターフェース部
122 入力装置
124 出力装置
100 Luminescence observation system
103 container (petri dish)
104 stages
106 Luminous image pickup unit
106a Objective lens (for light emission observation)
106b Dichroic mirror
106c CCD camera
106d Split image unit
106e Filter wheel
106f Imaging lens
110 Image analyzer
112 Control unit
112a Luminous image capturing instruction unit
112b Luminescent image acquisition unit
112c Image analysis unit
112d Analysis result output part
114 Clock generator
116 storage unit
118 Communication interface
120 I / O interface section
122 Input device
124 Output device

Claims (4)

配列番号31、35、37、48、38または39に示されるアミノ酸配列を含むサイクリックGMPセンサータンパク質を含む細胞を作製する細胞作製工程と、
前記細胞作製工程で作製した前記細胞に当該細胞外から所定の発光基質を添加する添加工程と、
前記添加工程で前記所定の発光基質が与えられた前記細胞の発光画像を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像した前記発光画像に基づいて、前記細胞内における前記サイクリックGMPの濃度を細胞ごとに解析する解析工程と
を含む細胞内サイクリックGMP解析方法。
A cell production step of producing a cell containing a cyclic GMP sensor protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 31, 35, 37, 48, 38 or 39 ;
An addition step of adding a predetermined luminescent substrate from the outside of the cell prepared in the cell preparation step;
An imaging step of capturing a luminescence image of the cell provided with the predetermined luminescent substrate in the adding step;
An intracellular cyclic GMP analysis method including an analysis step of analyzing the concentration of the cyclic GMP in the cell for each cell based on the luminescence image captured in the imaging step.
前記撮像工程が前記発光画像を繰り返し撮像することを含む、請求項1に記載の細胞内サイクリックGMP解析方法。 The intracellular cyclic GMP analysis method according to claim 1 , wherein the imaging step includes repeatedly capturing the luminescent image. 前記撮像工程が複数の異なる細胞に対して同時に行われ、
前記解析工程が前記細胞ごとに行われる、
請求項1または請求項2に記載の細胞内サイクリックGMP解析方法。
The imaging step is performed simultaneously on a plurality of different cells;
The analysis step is performed for each cell;
The intracellular cyclic GMP analysis method according to claim 1 or 2 .
配列番号31、35、37、48、38または39に示されるアミノ酸配列を含むサイクリックGMPセンサータンパク質。 A cyclic GMP sensor protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 31, 35, 37, 48, 38 or 39.
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