JP6037259B2 - Recombinant vector for transformation for detecting nitric oxide, and nitric oxide sensor cell using the same - Google Patents

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Description

本発明は、一酸化窒素を探知するための形質転換用組換えベクター、およびこれを用いた一酸化窒素センサ細胞に関する。また本発明は、これらを用いて細胞内の一酸化窒素を検出または定量するための方法や、刺激による細胞内での一酸化窒素濃度の変化をモニタリングするための方法、被検細胞が産生する一酸化窒素を検出または定量するための方法に関する。   The present invention relates to a recombinant vector for transformation for detecting nitric oxide, and a nitric oxide sensor cell using the same. In addition, the present invention provides a method for detecting or quantifying intracellular nitric oxide using these, a method for monitoring changes in nitric oxide concentration in cells due to stimulation, and a test cell producing It relates to a method for detecting or quantifying nitric oxide.

一酸化窒素(Nitric Oxide;NO)については、1987年に血管内皮由来の血管弛緩因子であることが報告されて以来、その生理活性物質としての役割が次々に見出され、心血管系のみならず、免疫系、中枢神経系においても局所の細胞機能の調節や細胞間の連絡に種々の役割を果たしている重要な生体分子であることが明らかになっている。また疾患に関しても、免疫系では感染症、心血管系では動脈硬化、脳卒中、高血圧、中枢神経系では痴呆、アルツハイマー病等にNOが関係していると考えられている。   Since Nitric Oxide (NO) was reported to be a vascular relaxation factor derived from the vascular endothelium in 1987, its role as a physiologically active substance has been found one after another. In addition, it has been clarified that it is an important biomolecule that plays various roles in the regulation of local cell functions and communication between cells in the immune system and central nervous system. Regarding diseases, NO is considered to be related to infection in the immune system, arteriosclerosis, stroke, hypertension in the cardiovascular system, dementia, Alzheimer's disease, etc. in the central nervous system.

細胞内において、L−アルギニンを基質としてNO合成酵素(NO synthase;NOS)により合成されたNOは、その細胞から放出されて近隣の細胞に侵入し、作用を発揮することが知られている。そして、免疫系、心血管系、中枢神経系においては、マクロファージ、血管内皮細胞、ニューロン(postsynapse)等がそれぞれNOのドナー細胞となりうるものである。   It is known that NO synthesized by NO synthase (NOS) using L-arginine as a substrate in the cell is released from the cell and invades neighboring cells to exert its action. In the immune system, the cardiovascular system, and the central nervous system, macrophages, vascular endothelial cells, neurons (postsynapses), and the like can each be NO donor cells.

特に免疫系について見ると、マクロファージは、NOを産生することで免疫賦活効力を発揮し、種々の外来抗原に対する防御系を構成している。その一方で、アルギニンから生成されるNOは一般的にはラジカルな気体であることから、細胞障害や発癌性等の毒性作用も有している。例えば、敗血症ではマクロファージが一酸化窒素を大量に産生し、それによる血管拡張が低血圧の主因となると考えられている。このように、NOは、生体に対して善悪の二面性を有しているといえる。   Looking particularly at the immune system, macrophages exert an immunostimulatory effect by producing NO and constitute a defense system against various foreign antigens. On the other hand, NO produced from arginine is generally a radical gas and thus has toxic effects such as cell damage and carcinogenicity. For example, in sepsis, macrophages produce a large amount of nitric oxide, and vasodilation caused thereby is considered to be the main cause of hypotension. Thus, it can be said that NO has good and bad duality with respect to the living body.

したがって、生体内における細胞中のNO量を精密に制御することができれば、例えば薬物療法や免疫賦活療法などによって、感染症等の種々の疾患の治療を試みる際に、副作用といった好ましくない事象の発現を最小限に抑えつつ、治療効果を最大限に発揮させることが可能となると考えられる。そして、かような細胞中のNO量の精密な制御を行うためには、細胞中のNO量をリアルタイムに、かつ、広いダイナミックレンジ(識別可能な信号の最小値と最大値の比率)で測定する技術が欠かせないものとなる。   Therefore, if the amount of NO in the cells in the living body can be precisely controlled, for example, when trying to treat various diseases such as infectious diseases by drug therapy or immunostimulation therapy, the occurrence of undesirable events such as side effects It is considered possible to maximize the therapeutic effect while minimizing the above. In order to precisely control the amount of NO in the cell, the amount of NO in the cell is measured in real time and with a wide dynamic range (ratio of minimum and maximum identifiable signals). Technology to do is indispensable.

従来、細胞中のNO量を測定するための技術として、例えば非特許文献1には、NO濃度に依存して活性化する調節タンパク質(NorR)の発現を利用する技術が開示されている。具体的には、まず、NorRをコードしている調節遺伝子norRとそれによって転写が調節されるプロモーター領域とを、レポーター遺伝子であるβ−ガラクトシダーゼ遺伝子の上流に融合させてなるオペロンをプラスミドにクローニングし、センサプラスミドを構築する。次いで、得られたセンサプラスミドをβ−ガラクトシダーゼ活性を有していない大腸菌に形質転換させて、センサ細胞を得る。そして、曝露されたNO濃度に応じて得られたセンサ細胞が産生するβ−ガラクトシダーゼの酵素活性を指標として、NO濃度を測定するというものである。   Conventionally, as a technique for measuring the amount of NO in a cell, for example, Non-Patent Document 1 discloses a technique that utilizes expression of a regulatory protein (NorR) that is activated depending on the NO concentration. Specifically, first, an operon obtained by fusing a regulatory gene norR encoding NorR and a promoter region whose transcription is regulated thereby upstream of the reporter gene β-galactosidase gene is cloned into a plasmid. A sensor plasmid is constructed. Next, the obtained sensor plasmid is transformed into E. coli that does not have β-galactosidase activity to obtain sensor cells. Then, the NO concentration is measured using the enzyme activity of β-galactosidase produced by the sensor cell obtained according to the exposed NO concentration as an index.

M. I. Hutchings et al., J. Bacteriol., Vol. 184, No. 16, pp. 4640-4643 (2002)M. I. Hutchings et al., J. Bacteriol., Vol. 184, No. 16, pp. 4640-4643 (2002)

非特許文献1に開示の技術によるNOの検出・定量は、β−ガラクトシダーゼによる合成基質の切断により生じた発色を分光光度計によって測定することにより行われる。このため、発色の飽和等により分光光度計には測定上の限界が存在することから、広いダイナミックレンジでの測定が困難であるという問題がある。一方、モニター菌株を用いての真核細胞内に存在している少数の菌数(10〜10個)によるNO濃度の測定では分光光度計の検出限界以下となってしまい、やはり高感度の測定は極めて困難である。また、β−ガラクトシダーゼ活性の測定にはプラスミドにコードされていたβ−ガラクトシダーゼ遺伝子から産生された大腸菌内のβ−ガラクトシダーゼと合成基質とを反応させる必要があるため、大腸菌の破壊、合成基質の添加、および酵素反応といった多くのステップが必須である。その結果、これら一連の操作の必要性はNOセンサとしての検出操作の迅速性を低下させるという問題がある。さらに、ほとんどの大腸菌は内在性のβ−ガラクトシダーゼ活性を保持していることから、当該技術に用いられうる大腸菌は内在性のβ−ガラクトシダーゼ活性を保持していない菌株か、またはこれを遺伝的に欠失させた菌株に限られてしまうという問題もある。 The detection and quantification of NO by the technique disclosed in Non-Patent Document 1 is performed by measuring the color developed by cleavage of the synthetic substrate with β-galactosidase using a spectrophotometer. For this reason, the spectrophotometer has a measurement limit due to color saturation and the like, so that there is a problem that measurement in a wide dynamic range is difficult. On the other hand, measurement of NO concentration with a small number of bacteria (10 3 to 10 4 ) existing in eukaryotic cells using a monitor strain would be below the detection limit of the spectrophotometer, which is also highly sensitive. Is very difficult to measure. In addition, the measurement of β-galactosidase activity requires the reaction of β-galactosidase in Escherichia coli produced from the plasmid-encoded β-galactosidase gene with a synthetic substrate. And many steps such as enzymatic reactions are essential. As a result, the necessity of these series of operations has a problem that the speed of the detection operation as the NO sensor is lowered. In addition, since most E. coli retain endogenous β-galactosidase activity, E. coli that can be used in the art is a strain that does not retain endogenous β-galactosidase activity, or genetically There is also a problem that the strain is limited to the deleted strain.

そこで本発明は、従来技術と比較して、より簡便な手法で、より高感度、かつ、より広いダイナミックレンジで、生細胞中のNO濃度を測定することができる手段を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has an object to provide means capable of measuring NO concentration in living cells by a simpler method, with higher sensitivity, and with a wider dynamic range as compared with the prior art. To do.

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究を行った。その結果、レポーター遺伝子として発光タンパク質をコードする発光遺伝子を採用することで上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have conducted intensive studies in view of the above problems. As a result, the inventors have found that the above problem can be solved by adopting a photoluminescent gene encoding a photoprotein as a reporter gene, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の一形態によれば、発光タンパク質をコードする発光遺伝子と、当該発光遺伝子の発現を誘導する一連の遺伝子セットとを含み、当該遺伝子セットが、調節遺伝子norRと、当該調節遺伝子norRによってコードされるタンパク質NorRによって上記発光遺伝子の転写を誘導するプロモーター部位とを含むことを特徴とする、一酸化窒素を探知するための形質転換用組換えベクターが提供される。   That is, according to one aspect of the present invention, a luminescent gene encoding a luminescent protein and a series of gene sets that induce expression of the luminescent gene, the gene set comprising a regulatory gene norR and the regulatory gene norR And a promoter site for inducing transcription of the luminescent gene by the protein NorR encoded by the above, a recombinant vector for transformation for detecting nitric oxide is provided.

ここで、上記プロモーター部位は、norオペロンのプロモーター部位であることが好ましい。また、上記発光遺伝子は、luxCDABE遺伝子であることが好ましい。さらに、上記ベクターは、プラスミドpAcGFP1からなるものであることが好ましい。   Here, the promoter site is preferably the promoter region of the nor operon. The luminescent gene is preferably a luxCDABE gene. Furthermore, the vector is preferably composed of plasmid pAcGFP1.

また、本発明の他の形態によれば、上述した形質転換用組換えベクターを用いて宿主を形質転換してなる形質転換体からなる一酸化窒素センサ細胞もまた、提供される。   Moreover, according to the other form of this invention, the nitric oxide sensor cell which consists of a transformant which transforms a host using the recombinant vector for transformation mentioned above is also provided.

ここで、上記宿主は、大腸菌またはサルモネラ菌であることが好ましく、特に、腸管出血性大腸菌EHEC EDL933であることが好ましい。   Here, the host is preferably Escherichia coli or Salmonella, particularly enterohemorrhagic Escherichia coli EHEC EDL933.

さらに、本発明のさらに他の形態によれば、上述の一酸化窒素センサ細胞を用いた種々の方法が提供される。例えば、上述の一酸化窒素センサ細胞におけるシグナル変化を測定することを含む、細胞内の一酸化窒素を検出または定量する方法が提供される。また、上述の一酸化窒素センサ細胞に刺激を付与し、刺激付与前後におけるシグナル変化を測定することを含む、刺激による細胞内での一酸化窒素濃度の変化をモニタリングする方法もまた、提供される。   Furthermore, according to still another aspect of the present invention, various methods using the nitric oxide sensor cell described above are provided. For example, a method is provided for detecting or quantifying intracellular nitric oxide comprising measuring a signal change in the nitric oxide sensor cell described above. Also provided is a method for monitoring changes in nitric oxide concentration in a cell due to stimulation, including applying stimulation to the above-described nitric oxide sensor cell and measuring a signal change before and after the stimulation. .

さらに、一酸化窒素の産生を検出または定量したい被検細胞と、上述の一酸化窒素センサ細胞とを近接配置し、当該一酸化窒素センサ細胞におけるシグナル変化を測定することを含む、被検細胞が産生する一酸化窒素を検出または定量する方法もまた、提供される。ここで、上記被検細胞は、貪食細胞であることが好ましく、マクロファージであることがより好ましく、さらに、当該マクロファージは、感染症に罹患した生体由来のものであることがいっそう好ましい。なお、他の好ましい実施形態において、上記被検細胞は腸管上皮細胞であり、上記宿主はサルモネラ菌である。   Further, a test cell comprising: a test cell to be detected or quantified for production of nitric oxide; and the above-mentioned nitric oxide sensor cell are disposed in close proximity, and a signal change in the nitric oxide sensor cell is measured. A method for detecting or quantifying the produced nitric oxide is also provided. Here, the test cell is preferably a phagocytic cell, more preferably a macrophage, and the macrophage is more preferably derived from a living body suffering from an infectious disease. In another preferred embodiment, the test cell is an intestinal epithelial cell, and the host is Salmonella.

本発明によれば、従来技術と比較して、より簡便な手法で、より高感度、かつ、より広いダイナミックレンジで、生細胞中のNO濃度を測定することができる手段が提供されうる。   According to the present invention, it is possible to provide means capable of measuring NO concentration in living cells with a higher sensitivity and a wider dynamic range by a simpler method than in the prior art.

本発明に係る組換えベクターの特徴的な構成を、大腸菌のnorオペロン(norRVW)の構成、および、非特許文献1に開示のnorR-LacZ融合レポーターの構成と比較して示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic structure of the recombinant vector which concerns on this invention compared with the structure of the nor operon (norRVW) of E. coli, and the structure of the norR-LacZ fusion reporter disclosed in Non-Patent Document 1. 実施例において、本発明に係る組換えベクター(pRPL3)により形質転換された細胞株のNO分子に対する応答性を調べた結果を示すグラフである。図2(A)は、相対発光量(RLU)を測定した結果を示すグラフである。図2(B)は、発光強度(RLU/CFU)を算出した結果を示すグラフである。In an Example, it is a graph which shows the result of having investigated the responsiveness with respect to NO molecule of the cell strain transformed with the recombinant vector (pRPL3) which concerns on this invention. FIG. 2A is a graph showing the result of measuring the relative light emission amount (RLU). FIG. 2B is a graph showing the results of calculating the emission intensity (RLU / CFU). 実施例において、非特許文献1に開示されている、β−ガラクトシダーゼ遺伝子をレポーター遺伝子として用いたNOセンサ細胞のNO分子に対する応答性を調べた結果(発光強度(RLU/CFU)の変化)を示すグラフである。In an Example, the result (change of luminescence intensity (RLU / CFU)) which investigated the responsiveness with respect to NO molecule | numerator of the NO sensor cell currently disclosed by the nonpatent literature 1 using (beta) -galactosidase gene as a reporter gene is shown. It is a graph. 実施例において、腸管出血性大腸菌(EHEC)感染中のマクロファージ内のNOレベルの変化を調べた結果を示すグラフである。図4に示すグラフにおいて、■はRAW 264.7細胞(L-NMMA添加せず)の発光強度(RLU/CFU)を算出した結果を表し、□はRAW 264.7細胞(L-NMMA添加)の発光強度(RLU/CFU)を算出した結果を表し、▲はTHP-1細胞の発光強度(RLU/CFU)を算出した結果を表す。In an Example, it is a graph which shows the result of having investigated the change of NO level in the macrophage during enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) infection. In the graph shown in FIG. 4, ■ represents the result of calculating the luminescence intensity (RLU / CFU) of RAW 264.7 cells (without L-NMMA addition), and □ represents the luminescence intensity of RAW 264.7 cells (with L-NMMA addition) ( RLU / CFU) represents the result of calculation, and ▲ represents the result of calculation of the luminescence intensity (RLU / CFU) of THP-1 cells. 実施例において、宿主としてサルモネラ菌を用いたNOセンサ細胞によるNOの検出・定量が可能か否か調べる目的で、種々の濃度のSNPと接触したサルモネラ菌宿主のNOセンサ細胞の発光強度(RLU/CFU)を測定した結果を示すグラフである。In Examples, for the purpose of investigating whether NO can be detected and quantified by NO sensor cells using Salmonella as a host, the luminescence intensity (RLU / CFU) of NO sensor cells of Salmonella hosts in contact with various concentrations of SNPs It is a graph which shows the result of having measured.

本発明の第1の形態は、発光タンパク質をコードする発光遺伝子と、当該発光遺伝子の発現を誘導する一連の遺伝子セットとを含む形質転換用組換えベクターである。この形質転換用組換えベクターは、一酸化窒素(NO)を探知するために用いられる。そして、当該形質転換用組換えベクターにおいて、上記遺伝子セットは、調節遺伝子norRと、当該調節遺伝子norRによってコードされるタンパク質NorRによって上記発光遺伝子の転写を誘導するプロモーター部位(以下、「norR-norVプロモーター」とも称する)とを含む点に特徴を有する。   A first aspect of the present invention is a recombinant vector for transformation comprising a photoluminescent gene encoding a photoprotein and a series of gene sets that induce the expression of the photoprotein. This transformation recombinant vector is used to detect nitric oxide (NO). In the recombinant vector for transformation, the gene set includes a regulatory gene norR and a promoter site that induces transcription of the luminescent gene by the protein NorR encoded by the regulatory gene norR (hereinafter referred to as “norR-norV promoter”). ").

以下、まず、第1の形態に係る形質転換用組換えベクターについて詳細に説明し、次いで、当該ベクターを用いて得られる形質転換体、および、当該形質転換体の用途について、順に説明する。   Hereinafter, first, the recombinant vector for transformation according to the first embodiment will be described in detail, and then the transformant obtained using the vector and the use of the transformant will be described in order.

<形質転換用組換えベクター>
まず、本形態に係る形質転換用組換えベクターは、発光タンパク質をコードする発光遺伝子と、当該発光遺伝子の発現を誘導する一連の遺伝子セットとを含む。
<Recombinant vector for transformation>
First, the recombinant vector for transformation according to the present embodiment includes a photoluminescent gene encoding a photoprotein and a series of gene sets that induce the expression of the photoluminescent gene.

本形態において、組換えベクターが含む発光遺伝子は、発光タンパク質をコードするものであればよく、その具体的な形態は特に制限されない。好ましい実施形態では、発光遺伝子としてluxCDABE遺伝子が用いられる。ただし、可能であれば、ホタルルシフェラーゼ遺伝子やウミシイタケルシフェラーゼ遺伝子などの発光遺伝子が用いられてもよい。   In this embodiment, the photoluminescent gene contained in the recombinant vector may be any gene that encodes a photoprotein, and its specific form is not particularly limited. In a preferred embodiment, the luxCDABE gene is used as the luminescent gene. However, if possible, a luminescent gene such as a firefly luciferase gene or a Renilla luciferase gene may be used.

また、本形態において、組換えベクターは、所定の遺伝子セットを含む。そして、当該遺伝子セットは、調節遺伝子norRを含む。この調節遺伝子norRは、調節タンパク質であるNorRをコードしている。そして、当該調節タンパク質NorRは、NOの除去に関与するnorオペロンのプロモーター部位に結合して当該norオペロンの転写を調節するものである。   In this embodiment, the recombinant vector includes a predetermined gene set. The gene set includes a regulatory gene norR. This regulatory gene norR encodes the regulatory protein NorR. The regulatory protein NorR regulates transcription of the nor operon by binding to the promoter region of the nor operon involved in NO removal.

さらに、本形態において、上記遺伝子セットは、所定のプロモーター部位(norR-norVプロモーター)をも含む。そして、当該norR-norVプロモーターは、上述した調節遺伝子norRから発現される調節タンパク質NorRによってその作動が調節される。そのメカニズムは、NOが結合した状態の調節タンパク質NorRがnorR-norVプロモーターに結合することで、発光遺伝子の発現を調節(転写を誘導)するものと説明されうる。なお、図1に、本発明に係る組換えベクターの特徴的な構成を、大腸菌のnorオペロン(norRVW)の構成、および、非特許文献1に開示のnorR-LacZ融合レポーターの構成と比較して示す。   Furthermore, in this embodiment, the gene set also includes a predetermined promoter site (norR-norV promoter). The operation of the norR-norV promoter is regulated by the regulatory protein NorR expressed from the regulatory gene norR. The mechanism can be explained as regulating the expression of the luminescent gene (inducing transcription) by binding of the regulatory protein NorR in a state of NO binding to the norR-norV promoter. In FIG. 1, the characteristic configuration of the recombinant vector according to the present invention is compared with the configuration of the nor operon of E. coli (norRVW) and the configuration of the norR-LacZ fusion reporter disclosed in Non-Patent Document 1. Show.

上述したように、本形態の組換えベクターの好ましい実施形態において、発光遺伝子の発現を誘導するための遺伝子セットは、norR遺伝子と、norオペロンのプロモーター部位(norR-norVプロモーター)とを含む。これにより、上記遺伝子セットは全体が1つのプロモーターとして機能することができる。   As described above, in a preferred embodiment of the recombinant vector of the present embodiment, the gene set for inducing the expression of the luminescent gene includes the norR gene and the nor operon promoter site (norR-norV promoter). Thereby, the whole gene set can function as one promoter.

なお、上記実施形態における遺伝子セットは、例えば、腸管出血性大腸菌EHEC EDL933のゲノムDNAをテンプレートとして、配列番号:1のフォワードプライマー(P841)および配列番号:2のリバースプライマー(P842)からなるプライマーセットを用い、PCR法により増幅させることができる。   The gene set in the above embodiment is, for example, a primer set comprising a forward primer (P841) of SEQ ID NO: 1 and a reverse primer (P842) of SEQ ID NO: 2 using the genomic DNA of enterohemorrhagic E. coli EHEC EDL933 as a template. Can be amplified by the PCR method.

一方、発光遺伝子であるluxCDABE遺伝子は、例えばPhotorhabdus luminescens GTC00819のゲノムDNAをテンプレートとして、配列番号:3のフォワードプライマー(P685)および配列番号:4のリバースプライマー(P705)からなるプライマーセットを用い、PCR法により増幅させることができる。   On the other hand, the luxCDABE gene, which is a luminescent gene, is obtained by PCR using a primer set consisting of a forward primer (P685) of SEQ ID NO: 3 and a reverse primer (P705) of SEQ ID NO: 4, using, for example, the genomic DNA of Photorhabdus luminescens GTC00819 as a template. It can be amplified by the method.

そして、増幅されたluxCDABE遺伝子断片を、所定の制限酵素(後述の実施例ではNotIおよびNcoI)を用いて消化し、所定の組換えベクター(例えば、pAcGFP1)の制限酵素部位に挿入する。これにより、用いた組換えベクターが本来有するプロモーター(pAcGFP1ベクターではlacプロモーター)に依存性のLuxCDABE発現ベクターを構築することができる。   Then, the amplified luxCDABE gene fragment is digested with a predetermined restriction enzyme (NotI and NcoI in the examples described later), and inserted into a restriction enzyme site of a predetermined recombinant vector (for example, pAcGFP1). Thereby, it is possible to construct a LuxCDABE expression vector dependent on the promoter inherent in the used recombinant vector (lac promoter in the case of pAcGFP1 vector).

そして、上記で得られたnorR-norVプロモーター断片を制限酵素(後述の実施例ではNcoIおよびPvuII)により消化したものを、上記で得られた発現ベクターを予め同一の制限酵素で消化しておいたものにクローニングさせることで当該発現ベクター本来のプロモーターを置換して、本発明に係る形質転換用組換えベクターを作製することができる。なお、得られた組換えベクターが正しく作製されているか否かは、PCRスクリーニング、制限酵素消化、およびDNA配列決定などの手法により確認することができる。   Then, the norR-norV promoter fragment obtained above was digested with restriction enzymes (NcoI and PvuII in the examples described later), and the expression vector obtained above was previously digested with the same restriction enzymes. It is possible to produce a recombinant vector for transformation according to the present invention by replacing the original promoter of the expression vector by cloning into the vector. Whether or not the obtained recombinant vector is correctly produced can be confirmed by techniques such as PCR screening, restriction enzyme digestion, and DNA sequencing.

なお、得られた組換えベクターは、抗生物質抵抗性遺伝子を含むものであることが好ましい。かような抗生物質抵抗性遺伝子としては、現在、多くのものが知られている(例えば、ゲンタマイシン、カナマイシン、アンピシリン、テトラサイクリンなど)。したがって、当業者であれば、従来公知の知見を参照することで、所望の抗生物質抵抗性遺伝子を組換えベクター中に含ませることができる。なお、この抗生物質抵抗性遺伝子は、所望の形質転換体を選抜するためのものである。よって、場合によっては、選抜に用いられうるのであれば、抗生物質抵抗性遺伝子以外の遺伝子を組換えベクター中に含ませてもよい。   In addition, it is preferable that the obtained recombinant vector contains an antibiotic resistance gene. Many such antibiotic resistance genes are currently known (for example, gentamicin, kanamycin, ampicillin, tetracycline, etc.). Therefore, those skilled in the art can include a desired antibiotic resistance gene in a recombinant vector by referring to known knowledge. This antibiotic resistance gene is for selecting a desired transformant. Therefore, in some cases, genes other than antibiotic resistance genes may be included in the recombinant vector as long as they can be used for selection.

<一酸化窒素(NO)センサ細胞>
本発明の第2の形態は、一酸化窒素(NO)センサ細胞に関する。このNOセンサ細胞は、上述した形質転換用組換えベクターを用いて宿主を形質転換してなる形質転換体からなるものである。
<Nitric oxide (NO) sensor cell>
A second aspect of the invention relates to a nitric oxide (NO) sensor cell. This NO sensor cell consists of a transformant obtained by transforming a host using the above-described recombinant vector for transformation.

宿主について特に制限はなく、上述の組換えベクターにより形質転換が可能で、かつ、発光遺伝子を発現することができるものであればよい。宿主は、好ましくは大腸菌(Escherichia coli)、またはサルモネラ菌である。これらの細菌は培養条件が簡単で、操作に便利であることから、本発明の実施に最も好適である。なお、後述する実施例では、大腸菌(JM109株)や、腸管出血性大腸菌(EHEC EDL933)、サルモネラ菌(Salmonella enterica serovar Typhimurium MI1株)などを宿主として用いた。また、これら以外に宿主として用いられうる細菌としては、例えば、赤痢菌、広義の病原性大腸菌、エルシニア属やクレブシエラ属などの腸内細菌科やビブリオ科のコレラ菌や腸炎ビブリオなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   There is no restriction | limiting in particular about a host, What is possible is just what can be transformed with the above-mentioned recombinant vector and can express a luminescent gene. The host is preferably Escherichia coli or Salmonella. These bacteria are most suitable for practicing the present invention because of simple culture conditions and convenient operation. In Examples described later, E. coli (JM109 strain), enterohemorrhagic E. coli (EHEC EDL933), Salmonella (Salmonella enterica serovar Typhimurium MI1 strain) and the like were used as hosts. In addition to these, bacteria that can be used as a host include, for example, Shigella, broadly pathogenic Escherichia coli, Enterobacteriaceae such as Yersinia and Klebsiella, Vibrio cholerae and Vibrio parahaemolyticus. However, it is not limited to these.

ここで、上述した非特許文献1に開示の技術によるNOの検出・定量は、β−ガラクトシダーゼによる合成基質の切断により生じた発色を分光光度計によって測定することにより行われるというものであった。ほとんどの大腸菌やサルモネラ菌は内在性のβ−ガラクトシダーゼ活性を保持していることから、上記従来技術に用いられうる細菌としては、内在性のβ−ガラクトシダーゼ活性を保持していない菌株か、またはこれを遺伝的に欠失させた菌株を選ばなくてはならないという問題があった。   Here, the detection and quantification of NO by the technique disclosed in Non-Patent Document 1 described above is performed by measuring the color developed by cleavage of the synthetic substrate by β-galactosidase with a spectrophotometer. Since most Escherichia coli and Salmonella have endogenous β-galactosidase activity, the bacteria that can be used in the above-mentioned prior art include strains that do not have endogenous β-galactosidase activity, or There was a problem that a genetically deleted strain had to be selected.

これに対し、本発明者らの検討によれば、本発明に係る組換えベクターを適用してNOセンサ細胞を作製するための宿主として、β−ガラクトシダーゼ活性を有する大腸菌やサルモネラ菌を用いても特に問題ないことが確認されている。   On the other hand, according to the study by the present inventors, even when E. coli or Salmonella having β-galactosidase activity is used as a host for producing a NO sensor cell by applying the recombinant vector according to the present invention. It has been confirmed that there is no problem.

組換えベクターを用いた宿主の形質転換は、当業者であれば従来公知の常法に関する知見を参照して、容易に行うことができる。また、形質転換された宿主の選抜についても、従来公知の種々の手法を用いて行うことができる。例えば、組換えベクターが抗生物質抵抗性遺伝子を含むものである場合には、対応する抗生物質を含む培地を用いて培養を行うことで、形質転換された宿主のみを選抜することができる。場合によっては、このようにして選抜された菌株について、さらにNO曝露に対する発光反応(つまり、発光遺伝子の発現)の有無またはその大きさに応じて、適当な菌株をさらに選抜してもよい。   Transformation of a host using a recombinant vector can be easily carried out by those skilled in the art with reference to known knowledge about conventional methods. In addition, selection of transformed hosts can also be performed using various conventionally known techniques. For example, when the recombinant vector contains an antibiotic resistance gene, only a transformed host can be selected by culturing using a medium containing the corresponding antibiotic. In some cases, an appropriate strain may be further selected from the strains selected in this manner, depending on the presence or absence of a luminescence reaction (ie, expression of a luminescent gene) with respect to NO exposure.

<NOセンサ細胞の用途>
このようにして得られる形質転換体(NOセンサ細胞)は、NOを感知すると、その発光強度が増加するという性質を有する。したがって、本発明に係るNOセンサ細胞は、以下のような種々の用途に用いられうる。
<Uses of NO sensor cells>
The transformant (NO sensor cell) thus obtained has a property that its luminescence intensity increases when NO is sensed. Therefore, the NO sensor cell according to the present invention can be used for various applications as follows.

例えば、NOセンサ細胞を用いると、細胞内に存在するNOを検出・定量することが可能である。本発明によれば、従来技術と比較して、より簡便な手法で、より高感度、かつ、より広いダイナミックレンジで、生細胞中のNO濃度を測定することができる手段が提供されうるのである。   For example, when NO sensor cells are used, NO present in the cells can be detected and quantified. According to the present invention, it is possible to provide means capable of measuring NO concentration in living cells with a simpler method, with higher sensitivity, and with a wider dynamic range as compared with the prior art. .

例えば、通常の条件で発せられるNOセンサ細胞からのシグナルを測定した後、特定の刺激を付与し、その際のシグナル変化(つまり、刺激付与前後でのシグナルの差)を測定することにより、当該刺激の細胞内NO濃度変化に与える影響をモニタリングすることが可能となる。そして、このような測定を連続して行うことで、刺激の時間的な影響、すなわち、刺激によるNO濃度の経時変化を観察することもできる。なお、この方法において付与される刺激について特に制限はなく、ホルモン、内分泌攪乱物質等の生化学的刺激であってもよいし、電気、放射線、熱等の物理的刺激であってもよい。   For example, after measuring a signal from a NO sensor cell emitted under normal conditions, a specific stimulus is applied, and the signal change (that is, the difference in signal before and after the stimulus is applied) is measured. It becomes possible to monitor the influence of stimulation on changes in intracellular NO concentration. Then, by continuously performing such measurement, it is possible to observe the temporal influence of the stimulus, that is, the temporal change in the NO concentration due to the stimulus. In addition, there is no restriction | limiting in particular about the irritation | stimulation provided in this method, Biochemical irritation | stimulation, such as a hormone and an endocrine disruptor, and physical irritation | stimulation, such as electricity, radiation, and heat, may be sufficient.

また、NOセンサ細胞を用いて、細胞から放出されるNOを検出・定量することもできる。これは、NOの放出を検出・定量したい細胞(以下、「被検細胞」とも称する)と、NOセンサ細胞とを近接配置し、NOセンサ細胞におけるシグナル変化を測定することにより可能となる。すなわち、この方法は、被検細胞から放出されたNOがNOセンサ細胞に侵入することで、NOセンサ細胞におけるシグナル変化が生じるという原理により可能となる。   Further, NO released from cells can be detected and quantified using NO sensor cells. This can be achieved by placing a cell (hereinafter also referred to as “test cell”) in which NO release is to be detected / quantified in close proximity to the NO sensor cell and measuring a signal change in the NO sensor cell. That is, this method is enabled by the principle that NO released from the test cell enters the NO sensor cell, thereby causing a signal change in the NO sensor cell.

この際、被検細胞としては、例えば、貪食細胞が挙げられる。被検細胞として貪食細胞を用いると、その貪食作用によってNOセンサ細胞が貪食細胞中に取り込まれる。このため、被検細胞中にNOセンサ細胞をわざわざ導入するための操作が不要であるという利点がある。かような貪食細胞としては、例えば、マクロファージ、好中球、単球、樹状細胞などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。特に、マクロファージとして、感染症に罹患した生体由来のものを被検細胞に用いることで、感染中のマクロファージにおける細胞内のNO量をリアルタイムで非破壊的にモニターすることが可能となるため、極めて好ましい。   In this case, examples of the test cell include phagocytic cells. When phagocytic cells are used as test cells, NO sensor cells are taken into phagocytic cells by the phagocytosis. For this reason, there exists an advantage that operation for introducing a NO sensor cell into a test cell is unnecessary. Examples of such phagocytic cells include, but are not limited to, macrophages, neutrophils, monocytes, dendritic cells and the like. In particular, since macrophages derived from living organisms affected by infectious diseases are used as test cells, the amount of intracellular NO in infected macrophages can be monitored non-destructively in real time. preferable.

また、他の好ましい実施形態では、被検細胞として腸管上皮細胞等の上皮細胞が用いられ、宿主としてサルモネラ菌が用いられる。細胞侵入性細菌であるサルモネラ菌を宿主として用いてNOセンサ細胞を作製することで、マクロファージや好中球などのような貪食細胞内のNO濃度のモニターだけでなく、貪食作用のない腸管上皮細胞のような多くの真核細胞内のNO濃度をモニターすることも可能となる。   In another preferred embodiment, epithelial cells such as intestinal epithelial cells are used as test cells, and Salmonella is used as a host. By producing NO sensor cells using Salmonella, which is a cell-invading bacterium, as a host, in addition to monitoring NO concentration in phagocytic cells such as macrophages and neutrophils, intestinal epithelial cells without phagocytosis It is also possible to monitor the NO concentration in many eukaryotic cells.

なお、上述した各種の用途において、NOセンサ細胞からのシグナル(発光)の計測は、発光遺伝子を用いた技術において従来公知の知見を参照することにより、適宜行うことが可能である。例えば、ルミノメーターを用いて相対発光量(RLU)を測定することができる。かような手法を用いることで、従来技術では考えられなかったような高感度で、かつ広い直線性を持ったダイナミックレンジ(7けた以上)での検出・定量が可能となる。このことは、非常に強く発光している菌体も非常に弱く発光している菌体も同様に測定することが可能なことを示している。このように、試料を希釈することなく、同じ操作で行えることは多数の検体を測定する際には非常に有利である。また、本発明に係るNOセンサ細胞は、合成基質を加えることなく自立的に継続発光しうる。このため、NOセンサ細胞が存在するあらゆる環境中のNO濃度の変化を連続的にモニターすることができる。これにより、従来技術の手法では測定ができなかった真核細胞内環境においての連続的な測定が可能になった。また、比較的高価である合成基質を加える必要がないというこの方法の利点は操作の迅速性、簡便性だけではなく、測定に関わるコストダウンももたらすことから、本発明は、従来技術と比較して極めて優位性の高いものであることが理解される。   In various applications described above, measurement of a signal (luminescence) from the NO sensor cell can be appropriately performed by referring to conventionally known knowledge in a technique using a luminescent gene. For example, the relative luminescence (RLU) can be measured using a luminometer. By using such a method, detection and quantification can be performed in a dynamic range (7 digits or more) with high sensitivity and wide linearity that could not be considered in the prior art. This indicates that it is possible to measure both microbial cells that emit light very strongly and microbial cells that emit light very weakly. Thus, it is very advantageous when measuring a large number of specimens that the same operation can be performed without diluting the sample. Moreover, the NO sensor cell according to the present invention can continuously emit light independently without adding a synthetic substrate. For this reason, it is possible to continuously monitor changes in the NO concentration in any environment where NO sensor cells exist. As a result, continuous measurement in a eukaryotic cell environment, which could not be measured by the conventional technique, has become possible. In addition, the advantage of this method that it is not necessary to add a relatively expensive synthetic substrate is not only quick and easy to operate, but also reduces the cost of measurement. Therefore, the present invention is compared with the prior art. It is understood that it is extremely superior.

以下、実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is explained in full detail using an Example, this invention is not limited to a following example.

≪形質転換用組換えベクターの構築≫
調節遺伝子norRと、norVに隣接してnorRにより調節を受けるnorR-norVプロモーターとを含む領域を、腸管出血性大腸菌EHEC EDL933のゲノムDNAをテンプレートとして、PCR法により増幅させてプロモーター断片を得た。この際、プライマーとしては、下記の表1に示すものを用いた。
≪Construction of recombinant vector for transformation≫
A region containing the regulatory gene norR and the norR-norV promoter that is regulated by norR adjacent to norV was amplified by PCR using the genomic DNA of enterohemorrhagic E. coli EHEC EDL933 as a template to obtain a promoter fragment. At this time, the primers shown in Table 1 below were used.

一方、Photorhabdus luminescens GTC00819のゲノムDNA(ナショナルバイオリソースプロジェクト(岐阜大学)より入手)をテンプレートとして、PCR法により、発光遺伝子であるluxCDABE遺伝子を含む領域を増幅させて、luxCDABE遺伝子断片を得た。この際、プライマーとしては、下記の表2に示すものを用いた。   On the other hand, using the genomic DNA of Photorhabdus luminescens GTC00819 (obtained from National Bioresource Project (Gifu University)) as a template, a region containing the luxCDABE gene, which is a luminescent gene, was amplified by PCR to obtain a luxCDABE gene fragment. At this time, the primers shown in Table 2 below were used.

増幅されたluxCDABE遺伝子断片を、制限酵素(NotIおよびNcoI)を用いて消化し、次いでpAcGFP1ベクター(Clontech)のNotI-NcoI部位に挿入して、lacプロモーター依存性LuxCDABE発現プラスミド(placlux8)を構築した。   The amplified luxCDABE gene fragment was digested with restriction enzymes (NotI and NcoI) and then inserted into the NotI-NcoI site of the pAcGFP1 vector (Clontech) to construct a lac promoter-dependent LuxCDABE expression plasmid (placlux8) .

続いて、上記で得られたプロモーター断片を制限酵素(NcoIおよびPvuII)により消化したものを、上記で得られた発現プラスミド(placlux8)を予めNcoI-PvuIIで消化しておいたものにクローニングさせることでplaclux8のlacプロモーターを置換して、本発明に係る形質転換用組換えベクターであるプラスミド(pRPL3)を得た。なお、このプラスミド(pRPL3)において、プロモーターを欠失したPhotorhabdus luminescensのluxCDABE遺伝子の上流にnorR-norVプロモーター断片が配置されていることを、PCRスクリーニング、制限酵素消化、およびDNA配列決定により確認した。   Subsequently, the digestion of the promoter fragment obtained above with restriction enzymes (NcoI and PvuII) is cloned into the expression plasmid obtained above (placlux8) previously digested with NcoI-PvuII. The plasmid (pRPL3), a recombinant vector for transformation according to the present invention, was obtained by replacing the lac promoter of placlux8. In this plasmid (pRPL3), it was confirmed by PCR screening, restriction enzyme digestion, and DNA sequencing that the norR-norV promoter fragment was located upstream of the luxCDABE gene of Photorhabdus luminescens lacking the promoter.

≪NOセンサ細胞の作製および発光強度の測定≫
上記で構築した組換えベクター(pRPL3)により形質転換された細胞株のNO分子に対する応答性を調べる目的で、以下の手法により、形質転換細胞株(NOセンサ細胞)の比発光強度(specific luminescence)(RLU/CFU)を測定した。なお、この発光強度の値は、測定される相対発光量(Relative Light Unit; RLU)の値を、細菌のコロニー形成単位(Colony Forming Unit; CFU)の値で除した値であり、細菌の単位量あたりの発光量を表す指標となりうる。
≪Preparation of NO sensor cells and measurement of luminescence intensity≫
For the purpose of investigating the responsiveness of the cell line transformed with the recombinant vector (pRPL3) constructed above to the NO molecule, the specific luminescence intensity of the transformed cell line (NO sensor cell) was determined by the following method. (RLU / CFU) was measured. In addition, the value of this luminescence intensity is a value obtained by dividing the value of the measured relative luminescence (Relative Light Unit; RLU) by the value of the colony forming unit (CFU) of bacteria. It can be an index representing the amount of light emission per unit amount.

まず、β−ガラクトシダーゼ活性を有しない大腸菌JM109株を宿主として用い、エレクトロポーレーション法により、上記で構築した組換えベクター(pRPL3)によって形質転換して、形質転換細胞株(NOセンサ細胞;JM109(pRPL3))を得た。   First, Escherichia coli JM109 strain having no β-galactosidase activity was used as a host, and transformed with the recombinant vector (pRPL3) constructed above by electroporation, and transformed cell strain (NO sensor cell; JM109 ( pRPL3)) was obtained.

次いで、得られたNOセンサ細胞をLB培地中で一晩培養した後、LB培地で1:100に希釈し、そこに種々の濃度(0mM(コントロール)、0.001mM、0.01mM、0.1mM、および1mM)になるようにニトロプルシドナトリウム(Sodium Nitroprusside; SNP)を添加し、嫌気条件下でさらに37℃にて6時間培養した。   Subsequently, the obtained NO sensor cells were cultured overnight in LB medium, and then diluted 1: 100 with LB medium, and various concentrations (0 mM (control), 0.001 mM, 0.01 mM,. Sodium nitroprusside (SNP) was added to 1 mM and 1 mM), and the cells were further cultured at 37 ° C. for 6 hours under anaerobic conditions.

その後、0.1mLの培養液について、GLOMAX 20/20ルミノメーター(Promega)を用いて相対発光量(RLU)を測定した。結果を図2(A)に示す。また、同じ培養液の生菌数をコロニーカウント法によってコロニー形成単位(CFU)として測定して、発光強度(RLU/CFU)を算出した。結果を図2(B)に示す。なお、本実施例に記載の実験について、図などに示す値はすべて、独立して少なくとも3回繰り返して得られた値の平均値(±標準誤差)である。   Then, relative luminescence (RLU) was measured about 0.1 mL culture solution using GLOMAX 20/20 luminometer (Promega). The results are shown in FIG. In addition, the number of viable cells in the same culture was measured as a colony forming unit (CFU) by the colony counting method, and the luminescence intensity (RLU / CFU) was calculated. The results are shown in FIG. In the experiment described in this example, all the values shown in the figure and the like are average values (± standard error) of values obtained independently and repeated at least three times.

図2(B)に示すように、発光強度(RLU/CFU)の値は、norR遺伝子産物の量に依存して変化することが確認されたことから、SNPによるnorVプロモーターの活性化によるNOセンサ細胞の応答は、NorRタンパク質により担われていることが示された。このように、本実施例に係るNOセンサ細胞は広いダイナミックレンジでNOを検出・定量できることから、増殖している細胞中でのNO分子の広い濃度範囲における定量アッセイが可能となる。   As shown in FIG. 2 (B), it was confirmed that the value of luminescence intensity (RLU / CFU) changes depending on the amount of the norR gene product, so that the NO sensor by activation of the norV promoter by SNP. The cellular response was shown to be borne by the NorR protein. As described above, since the NO sensor cell according to this example can detect and quantify NO in a wide dynamic range, a quantitative assay in a wide concentration range of NO molecules in proliferating cells becomes possible.

なお、本発明者らの検討では、SNPよりも半減期の短いNOドナーであるPROLI NONOateを添加した場合にも、嫌気条件下における発光強度は濃度依存的に増加することが確認されている。また、NOの特異的スカベンジャー分子であるC-PTIOを同時に添加すると、PROLI NONOateを単独で添加した場合と比較して、発光強度(RLU/CFU)は有意に減少すること、本発明に係るNOセンサ細胞は硝酸塩および過酸化水素に対しては応答せず、亜硝酸塩には応答するものの、C-PTIOを添加することによって亜硝酸塩によるLuxCDABEタンパク質の発現レベルはコントロールと同程度にまで低下すること、が確認されている。これらのことから、本実施例で構築したNOセンサ細胞の主要なエフェクターはNOであるものと判断される。   In addition, it has been confirmed by the present inventors that the emission intensity under anaerobic conditions increases in a concentration-dependent manner even when PROLI NONOate, which is an NO donor having a shorter half-life than SNP, is added. Further, when C-PTIO, which is a specific scavenger molecule of NO, is added at the same time, the emission intensity (RLU / CFU) is significantly reduced compared to the case where PROLI NONOate is added alone, the NO according to the present invention. Sensor cells do not respond to nitrate and hydrogen peroxide, but respond to nitrite, but the addition of C-PTIO reduces the level of LuxCDABE protein expression by nitrite to the same level as the control , Has been confirmed. From these, it is judged that the main effector of the NO sensor cell constructed in this example is NO.

≪従来技術によるβ−ガラクトシダーゼ遺伝子をレポーター遺伝子として用いたNOセンサ細胞によるNO濃度の測定≫
本発明の比較例として、以下の手法により、非特許文献1に開示されている、β−ガラクトシダーゼ遺伝子をレポーター遺伝子として用いたNOセンサ細胞を用いて、NO濃度の測定を行った。
≪Measurement of NO concentration by NO sensor cells using β-galactosidase gene as a reporter gene according to the prior art≫
As a comparative example of the present invention, the NO concentration was measured by the following method using NO sensor cells disclosed in Non-Patent Document 1 using a β-galactosidase gene as a reporter gene.

具体的には、大腸菌JM109株を宿主として用い、エレクトロポーレーション法により、非特許文献1と同様の手法を用いて構築した組換えベクター(pRPZ2)によって形質転換して、形質転換細胞株(NOセンサ細胞;JM109(pRPZ2))を得た。   Specifically, E. coli JM109 strain was used as a host and transformed by a recombinant vector (pRPZ2) constructed using the same method as in Non-Patent Document 1 by electroporation, and transformed cell strain (NO Sensor cell; JM109 (pRPZ2)) was obtained.

次いで、得られたNOセンサ細胞をLB培地中で一晩培養した後、LB培地で1:100に希釈し、そこに種々の濃度(0mM(コントロール)、0.001mM、0.01mM、0.1mM、および1mM)になるようにニトロプルシドナトリウム(Sodium Nitroprusside; SNP)を添加し、嫌気条件下でさらに37℃にて6時間培養した。   Subsequently, the obtained NO sensor cells were cultured overnight in LB medium, and then diluted 1: 100 with LB medium, and various concentrations (0 mM (control), 0.001 mM, 0.01 mM,. Sodium nitroprusside (SNP) was added to 1 mM and 1 mM), and the cells were further cultured at 37 ° C. for 6 hours under anaerobic conditions.

その後、0.1mLの培養液について、GLOMAX 20/20ルミノメーター(Promega)を用いて相対発光量(RLU)を測定し、また、同じ培養液の生菌数をコロニーカウント法によってコロニー形成単位(CFU)として測定して、発光強度(RLU/CFU)を算出した。結果を図3に示す。   Thereafter, the relative luminescence (RLU) of 0.1 mL of the culture solution was measured using a GLOMAX 20/20 luminometer (Promega), and the viable cell count of the same culture solution was determined by the colony counting method (colony forming unit ( CFU), and the emission intensity (RLU / CFU) was calculated. The results are shown in FIG.

図3に示すように、非特許文献1に開示の技術を用いてNO濃度を測定した場合には、広いダイナミックレンジでの測定ができなかった。   As shown in FIG. 3, when the NO concentration was measured using the technique disclosed in Non-Patent Document 1, measurement with a wide dynamic range could not be performed.

≪EHEC感染中のマクロファージ内のNOレベルの定量≫
マクロファージの細胞中におけるNOレベルが腸管出血性大腸菌(EHEC)との接触によって増加するかどうかを調べる目的で、以下の手法により、EHECに感染しているマクロファージ細胞におけるNOセンサ細胞の発光強度(RLU/CFU)を測定した。なお、EHEC EDL933は、マクロファージの細胞中で少なくとも24時間生存できることが知られている。
≪Quantification of NO level in macrophages during EHEC infection≫
In order to investigate whether or not NO levels in macrophage cells are increased by contact with enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC), the luminescence intensity (RLU) of NO sensor cells in macrophage cells infected with EHEC by the following method / CFU). EHEC EDL933 is known to be able to survive in macrophage cells for at least 24 hours.

具体的には、まず、24ウェルの組織培養ディッシュにマクロファージ細胞株(RAW 264.7)を5×10細胞/ウェルで播種し、37℃にて12時間培養した。同様に、24ウェルの組織培養ディッシュにヒト単球由来細胞株(THP-1)を5×10細胞/ウェルで播種し、10−7Mのホルボール12−ミリステート13−アセテート(PMA)を添加後48時間、37℃にて培養して、THP-1細胞株をマクロファージ様の細胞へと分化させた。なお、THP-1細胞はRAW 264.7細胞よりもNO産生が低いことが報告されている。 Specifically, first, a macrophage cell line (RAW 264.7) was seeded at 5 × 10 5 cells / well in a 24-well tissue culture dish and cultured at 37 ° C. for 12 hours. Similarly, a human monocyte-derived cell line (THP-1) was seeded at 5 × 10 5 cells / well in a 24-well tissue culture dish, and 10 −7 M phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) was added. After the addition, the cells were cultured at 37 ° C. for 48 hours to differentiate the THP-1 cell line into macrophage-like cells. THP-1 cells have been reported to produce lower NO production than RAW 264.7 cells.

上記で確立した培養系のそれぞれ(いずれも単層培養系)に、上記で作製したEHEC由来のNOセンサ細胞を感染多重度(m.o.i.)10で添加した。   The EHEC-derived NO sensor cells prepared above were added at a multiplicity of infection (m.o.i.) of 10 to each of the culture systems established above (all were monolayer culture systems).

次いで、プレートを軽く遠心分離して実際に感染を起こさせた後、37℃にて20分間インキュベートした(このインキュベートの終了時点を「0時間」とした)。培地を回収し、細胞を洗浄し、RAW 264.7細胞株には新鮮なDMEM培地(10%FBSおよび100μg/mLゲンタマイシンを含有)を、THP-1細胞株には新鮮なRPMI-1640培地(10%FBSおよび100μg/mLゲンタマイシンを含有)をそれぞれ添加して、細胞外の細菌を死滅させた。2時間後、培地を回収し、細胞を洗浄し、12μg/mLのゲンタマイシンを含むように培地を交換した。この際、マクロファージにおけるNO合成酵素の特異的な阻害剤である1mMのL-NMMA(N−モノメチル−L−アルギニン)をゲンタマイシンとともに含む群と含まない群とに分けた。 Next, the plate was lightly centrifuged to actually cause infection, and then incubated at 37 ° C. for 20 minutes (the end point of this incubation was defined as “0 hour”). Media was collected, cells were washed, fresh DMEM medium (containing 10% FBS and 100 μg / mL gentamicin) for the RAW 264.7 cell line, and fresh RPMI-1640 medium (10% for the THP-1 cell line). FBS and 100 μg / mL gentamicin) were added respectively to kill extracellular bacteria. After 2 hours, the medium was collected, the cells were washed, and the medium was changed to contain 12 μg / mL gentamicin. At this time, 1 mM L-NMMA ( NG -monomethyl-L-arginine), which is a specific inhibitor of NO synthase in macrophages, was divided into a group containing gentamicin and a group not containing it.

続いて、各ディッシュの細胞を、0.1%デオキシコール酸を含有するPBSの添加により溶解させるか、またはさらにインキュベートさせた。溶解させた細胞について、上記と同様の手法により、ルミノメーターを用いて相対発光量(RLU)を、コロニー形成単位(CFU)の計数により生菌数を、それぞれ測定した。これらの測定値に基づき発光強度(RLU/CFU)を算出した結果を、図4にグラフとして示す。なお、図4に示すグラフにおいて、■はRAW 264.7細胞(L-NMMA添加せず)の結果を表し、□はRAW 264.7細胞(L-NMMA添加)の結果を表し、▲はTHP-1細胞の結果を表す。   Subsequently, the cells of each dish were lysed by addition of PBS containing 0.1% deoxycholic acid or further incubated. For the lysed cells, the relative luminescence (RLU) was measured using a luminometer and the viable cell count was counted by counting colony forming units (CFU) by the same method as described above. The results of calculating the emission intensity (RLU / CFU) based on these measured values are shown as a graph in FIG. In the graph shown in FIG. 4, ■ represents the result of RAW 264.7 cells (without L-NMMA added), □ represents the results of RAW 264.7 cells (with L-NMMA added), and ▲ represents the results of THP-1 cells. Represents the result.

図4に示すように、RAW264.7細胞の発光強度(RLU/CFU)は感染直後から上昇し始め、感染の8時間後には高いレベル(0.5)に到達した。一方、L-NMMAで処理したRAW264.7細胞の発光強度(RLU/CFU)は、感染の6時間後および8時間後において、未処理のRAW264.7細胞よりも有意に低い値を示した。なお、PMA処理したTHP-1細胞における発光強度(RLU/CFU)は、RAW264.7細胞と同様、感染後にゆっくりと上昇した。   As shown in FIG. 4, the luminescence intensity (RLU / CFU) of RAW264.7 cells began to increase immediately after infection and reached a high level (0.5) 8 hours after infection. On the other hand, the luminescence intensity (RLU / CFU) of RAW264.7 cells treated with L-NMMA was significantly lower than that of untreated RAW264.7 cells at 6 hours and 8 hours after infection. The luminescence intensity (RLU / CFU) in PMA-treated THP-1 cells slowly increased after infection, as in RAW264.7 cells.

以上のことから、本発明に係る組換えベクターやNOセンサ細胞は、細菌感染中のマクロファージ細胞内のNO分子を特異的に認識し、これに応答して発光することができることが示される。したがって、本発明に係る組換えベクターやNOセンサ細胞は、細菌感染中のマクロファージ細胞内のNOを検出・定量するための有用なツールとなりうることが示唆される。   From the above, it is shown that the recombinant vector and the NO sensor cell according to the present invention can specifically recognize NO molecules in macrophage cells during bacterial infection and emit light in response thereto. Therefore, it is suggested that the recombinant vector and NO sensor cell according to the present invention can be useful tools for detecting and quantifying NO in macrophage cells during bacterial infection.

≪宿主としてサルモネラ菌を用いたNOセンサ細胞によるNOの検出・定量≫
サルモネラ菌の細胞中におけるNOレベルがSNPとの接触によって増加するかどうかを調べる目的で、以下の手法により、種々の濃度のSNPと接触したサルモネラ菌宿主のNOセンサ細胞の発光強度(RLU/CFU)を測定した。
≪NO detection and quantification by NO sensor cells using Salmonella as a host≫
In order to investigate whether or not the NO level in Salmonella cells increases upon contact with SNP, the luminescence intensity (RLU / CFU) of the NO sensor cells of Salmonella host in contact with various concentrations of SNP was determined by the following method. It was measured.

具体的には、まず、上記と同様の手法により、サルモネラ菌(Salmonella enterica serovar Typhimurium MI1株)を組換えベクターpRPL3により形質転換した。次いで、得られた形質転換体(NOセンサ細胞)をLB培地中で一晩培養した後、LB培地で1:100に希釈し、そこに種々の濃度(0mM(コントロール)、0.001mM、0.01mM、0.1mM、および1mM)になるようにニトロプルシドナトリウム(Sodium Nitroprusside; SNP)を添加し、嫌気条件下でさらに37℃にて6時間培養した。   Specifically, first, Salmonella enterica serovar Typhimurium MI1 strain was transformed with the recombinant vector pRPL3 by the same method as described above. Subsequently, the obtained transformant (NO sensor cell) was cultured overnight in LB medium, and then diluted 1: 100 with LB medium, and various concentrations (0 mM (control), 0.001 mM, 0) were added thereto. Sodium nitroprusside (SNP) was added to a concentration of 0.01 mM, 0.1 mM, and 1 mM, and the cells were further cultured at 37 ° C. for 6 hours under anaerobic conditions.

その後、0.1mLの培養液について、上記と同様の手法により、発光強度(RLU/CFU)を算出した。結果を図5に示す。図5に示す結果から、サルモネラ菌を宿主として用いた場合であっても、腸管出血性大腸菌EHEC EDL933を用いた場合と同様に、NOの検出・定量を行うことが可能であった。このことから、細胞侵入性細菌であるサルモネラ菌を宿主として用いて本発明に係るNOセンサ細胞を作製することで、貪食作用をもたない上皮細胞(例えば、腸管上皮細胞など)等の各種の真核細胞におけるNO濃度のモニタリングが可能となりうることが示唆される。   Thereafter, the luminescence intensity (RLU / CFU) was calculated for 0.1 mL of the culture solution by the same method as described above. The results are shown in FIG. From the results shown in FIG. 5, even when Salmonella was used as a host, it was possible to detect and quantify NO as in the case of using enterohemorrhagic Escherichia coli EHEC EDL933. Therefore, by producing the NO sensor cell according to the present invention using Salmonella, which is a cell-invading bacterium, as a host, various kinds of true cells such as epithelial cells having no phagocytosis (eg, intestinal epithelial cells) can be obtained. It is suggested that monitoring of NO concentration in nuclear cells may be possible.

〔配列番号:1〕
norR遺伝子およびnorR-norVプロモーターを含む領域を増幅するためのフォワードプライマーの塩基配列を表す。
〔配列番号:2〕
norR遺伝子およびnorR-norVプロモーターを含む領域を増幅するためのリバースプライマーの塩基配列を表す。
〔配列番号:3〕
luxCDABE遺伝子を増幅するためのフォワードプライマーの塩基配列を表す。
〔配列番号:4〕
luxCDABE遺伝子を増幅するためのリバースプライマーの塩基配列を表す。
[SEQ ID NO: 1]
The nucleotide sequence of the forward primer for amplifying the region containing the norR gene and the norR-norV promoter.
[SEQ ID NO: 2]
This represents the base sequence of the reverse primer for amplifying the region containing the norR gene and the norR-norV promoter.
[SEQ ID NO: 3]
Represents the base sequence of the forward primer for amplifying the luxCDABE gene.
[SEQ ID NO: 4]
Represents the base sequence of the reverse primer for amplifying the luxCDABE gene.

Claims (9)

発光タンパク質をコードする、luxCDABE遺伝子である発光遺伝子と、
前記発光遺伝子の発現を誘導する一連の遺伝子セットと、
を含み、
前記遺伝子セットが、調節遺伝子norRと、前記調節遺伝子norRによってコードされるタンパク質NorRによって前記発光遺伝子の転写を誘導する、norオペロンのプロモーター部位であるプロモーター部位と、を含む一酸化窒素を探知するための形質転換用組換えベクターを用い、大腸菌またはサルモネラ菌である宿主を形質転換してなる形質転換体からなる一酸化窒素センサ細胞
A photogenic gene that encodes a photoprotein and is a luxCDABE gene ;
A series of gene sets that induce the expression of the luminescent gene;
Including
Said gene set is to detect a regulatory gene Norr, to induce transcription of the light-emitting gene by a protein NorR encoded by the regulatory gene Norr, a promoter site is a promoter site nor operon, the the including nitric oxide A nitric oxide sensor cell comprising a transformant obtained by transforming a host which is Escherichia coli or Salmonella using a recombinant vector for transformation.
前記宿主が、腸管出血性大腸菌EHEC EDL933である、請求項に記載の一酸化窒素センサ細胞。 The nitric oxide sensor cell according to claim 1 , wherein the host is enterohemorrhagic E. coli EHEC EDL933. 細胞内の一酸化窒素を検出または定量するための方法であって、請求項1または2に記載の一酸化窒素センサ細胞におけるシグナル変化を測定することを含む、検出または定量方法。 A method for detecting or quantifying intracellular nitric oxide, comprising measuring a signal change in a nitric oxide sensor cell according to claim 1 or 2 . 刺激による細胞内での一酸化窒素濃度の変化をモニタリングするための方法であって、請求項1または2に記載の一酸化窒素センサ細胞に刺激を付与し、刺激付与前後におけるシグナル変化を測定することを含む、モニタリング方法。 A method for monitoring changes in nitric oxide concentration in cells due to stimulation, wherein stimulation is applied to the nitric oxide sensor cell according to claim 1 or 2, and signal change before and after the stimulation is measured. Monitoring method. 被検細胞が産生する一酸化窒素を検出または定量するための方法であって、一酸化窒素の産生を検出または定量したい被検細胞と、請求項1または2に記載の一酸化窒素センサ細胞とを近接配置し、前記一酸化窒素センサ細胞におけるシグナル変化を測定することを含む、細胞産生一酸化窒素の検出または定量方法。 A method for detecting or quantifying nitric oxide produced by a test cell, the test cell for detecting or quantifying nitric oxide production, and the nitric oxide sensor cell according to claim 1 or 2 , And measuring the signal change in the nitric oxide sensor cell, a method for detecting or quantifying cell-produced nitric oxide. 前記被検細胞が貪食細胞である、請求項に記載の検出または定量方法。 The detection or quantification method according to claim 5 , wherein the test cell is a phagocytic cell. 前記貪食細胞がマクロファージである、請求項またはに記載の検出または定量方法。 The detection or quantification method according to claim 5 or 6 , wherein the phagocytic cell is a macrophage. 前記マクロファージが、感染症に罹患した生体由来のものである、請求項に記載の検出または定量方法。 The detection or quantification method according to claim 7 , wherein the macrophages are derived from a living body suffering from an infectious disease. 前記被検細胞が腸管上皮細胞であり、前記一酸化窒素センサ細胞がサルモネラ菌由来のものである、請求項に記載の検出または定量方法。 The detection or quantification method according to claim 5 , wherein the test cell is an intestinal epithelial cell, and the nitric oxide sensor cell is derived from Salmonella.
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