JP6146797B2 - HER2 protein detection probe, method for producing HER2 protein detection probe, and method for detecting HER2 protein - Google Patents

HER2 protein detection probe, method for producing HER2 protein detection probe, and method for detecting HER2 protein Download PDF

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Description

本発明は、HER2タンパク質検出技術に関し、特に新規の融合タンパク質、その融合タンパク質を用いるHER2タンパク質検出プローブ、HER2タンパク質検出プローブの製造方法およびHER2タンパク質の検出方法に関する。   The present invention relates to HER2 protein detection technology, and more particularly to a novel fusion protein, a HER2 protein detection probe using the fusion protein, a method for producing a HER2 protein detection probe, and a method for detecting HER2 protein.

HER2は、心臓や神経の発達や維持に関与し、その他の細胞でも細胞増殖、分化などの調節に関与する受容体型チロシンキナーゼであり、1234残基から形成される約185kDaの糖タンパク質である。多くの癌細胞でHER2が過剰発現していることから、癌マーカーとして知られている。癌マーカーであるHER2を検出するために、HER2に対する抗体に標識化合物を結合させた分子が用いられている。標識化合物を抗体に結合させるには、通常、化学結合法が用いられている。一方、HER2に特異的に結合する分子として、プロテインAのZドメインが知られている(例えば、非特許文献1−3参照)。これは抗体に比べ分子の大きさが小さく、大腸菌等の微生物で作製可能であり、Affibody(登録商標)として知られているほか、標識分子と化学結合させたハイプリッド分子が作製されている。   HER2 is a receptor tyrosine kinase that is involved in the development and maintenance of the heart and nerves, and is also involved in the regulation of cell proliferation and differentiation in other cells, and is a glycoprotein of about 185 kDa formed from 1234 residues. Since HER2 is overexpressed in many cancer cells, it is known as a cancer marker. In order to detect HER2, which is a cancer marker, a molecule in which a labeled compound is bound to an antibody against HER2 is used. In order to bind the labeled compound to the antibody, a chemical bonding method is usually used. On the other hand, the Z domain of protein A is known as a molecule that specifically binds to HER2 (see, for example, Non-Patent Documents 1-3). This is smaller in size than an antibody and can be produced by microorganisms such as Escherichia coli. It is known as Affibody (registered trademark), and a hybrid molecule chemically bonded to a labeled molecule has been produced.

しかしながら、標識分子と抗体を化学的に結合した分子は、抗体の結合力が低下したり、標識分子の性能が低下することがある。特に、標識分子が酵素の場合は、酵素の性能が低下することが避けられない。また、標識分子と抗体を化学的に結合させる場合は、結合させるための化学反応や、化学反応後に結合しなかった余分な単体の分子を除去する精製作業が必要になり、作製するための手間が多くかかる。さらには、抗体を生産するには、一般的に、ウサギやマウス、ヤギといった高等生物を用いる必要があり、高コストであることが避けられないほか実験動物を使用せざるを得ない。   However, a molecule obtained by chemically binding a labeled molecule and an antibody may decrease the binding force of the antibody or the performance of the labeled molecule. In particular, when the labeling molecule is an enzyme, the performance of the enzyme is inevitably lowered. In addition, when a labeled molecule and an antibody are chemically bound, a chemical reaction for binding and a purification operation to remove an extra single molecule that has not been bound after the chemical reaction are required, which is a labor to prepare. Takes a lot. Furthermore, in order to produce antibodies, it is generally necessary to use higher organisms such as rabbits, mice, and goats, and it is inevitable that they are expensive, and experimental animals must be used.

一方、アミノ酸のリシン(Lys)とグルタミン(Gln)の側鎖同士を結合する活性を持つ酵素であるトランスグルタミナーゼ(TGase)を用いて、タンパク質に対して部位特異的に酵素修飾する技術がある(例えば、特許文献1、非特許文献4参照)。   On the other hand, there is a technique for site-specific enzyme modification of proteins using transglutaminase (TGase), which is an enzyme having an activity of binding side chains of amino acids lysine (Lys) and glutamine (Gln) ( For example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 4).

特開2008−54658号公報JP 2008-54658 A

Karin Nord, Elin Gunneriusson, Jenny Ringdahl, Stefan Stahl, Mathias Uhlen, Pre-Ake Nygren, Binding protein s selected from combinatorial libraries of an alpha-helical bacterial receptor domain, Nat.Biotechnol.,15, 772-777(1997)Karin Nord, Elin Gunneriusson, Jenny Ringdahl, Stefan Stahl, Mathias Uhlen, Pre-Ake Nygren, Binding protein s selected from combinatorial libraries of an alpha-helical bacterial receptor domain, Nat. Biotechnol., 15, 772-777 (1997) Anna Orlova, Mikaela Magnusson, Tove L.J.Eriksson, Martin Nilsson, Barbro Larsson, Ingmarie Hoiden-Guthenberg, Charles Widstrom, Jorgen Carlsson, Vladirmir Tolrmachev, Stefan Stahl, Fredrik Y.Nilsson, Tumor Imaging Using a Picomolar Affinity HER2 Binding Affibody Molecule, Cancer Res 2006;66:(8).April 15, 2006Anna Orlova, Mikaela Magnusson, Tove LJEriksson, Martin Nilsson, Barbro Larsson, Ingmarie Hoiden-Guthenberg, Charles Widstrom, Jorgen Carlsson, Vladirmir Tolrmachev, Stefan Stahl, Fredrik Y. Nilsson, Tumor Imaging Using a Picomolar Affinity HERecule Affinity HERec Res 2006; 66: (8) .April 15, 2006 Ilya Lyakhov, Rafal Zielinski, Monika Kuban, Gabriela Kramer-Marek, Robert Fisher, 0leg Chertov, Lakshman Bindu, Jacek capala, HER2- and EGFR-Specific Affiprobes: Novel Recombinant Oprical Probes for Cell Imaging, ChemBioChem 2010, 11, 345-350Ilya Lyakhov, Rafal Zielinski, Monika Kuban, Gabriela Kramer-Marek, Robert Fisher, 0leg Chertov, Lakshman Bindu, Jacek capala, HER2- and EGFR-Specific Affiprobes: Novel Recombinant Oprical Probes for Cell Imaging, ChemBioChem 2010, 11, 345-350 M.Kitaoka, Y.Tsuruda, Y Tanaka, M.Goto, M.Mitsumori, K.Hayashi, Y.Hiraishi, K.Miyawaki, S.Noji, N.Kamiya, Transglutaminase-mediated synthesis of a novel DNA-(enzyme)n probe for highly sensitive DNA detection, Chem.Eur.J., 19, 5387-5392(2011)M. Kitaoka, Y. Tsuruda, Y Tanaka, M. Goto, M. Mitsumori, K. Hayashi, Y. Hiraishi, K. Miyawaki, S. Noji, N. Kamiya, Transglutaminase-mediated synthesis of a novel DNA- (enzyme ) n probe for highly sensitive DNA detection, Chem. Eur. J., 19, 5387-5392 (2011)

本発明の目的は、良好な感度でHER2タンパク質を検出可能であり、HER2タンパク質検出プローブの製造等に適用可能な融合タンパク質を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fusion protein that can detect HER2 protein with good sensitivity and can be applied to production of a HER2 protein detection probe and the like.

また、本発明の目的は、良好な感度でHER2タンパク質を検出可能なHER2タンパク質検出プローブ、HER2タンパク質検出プローブの製造方法およびHER2タンパク質の検出方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a HER2 protein detection probe capable of detecting HER2 protein with good sensitivity, a method for producing a HER2 protein detection probe, and a method for detecting HER2 protein.

また、本発明は、複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体に、リシン(Lys)残基を有する複数の融合タンパク質が結合されて構成されており、前記複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体は、下記式(5)のヌクレオシド三リン酸誘導体が複数導入された核酸であり、前記融合タンパク質は、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とが融合されたものであり、リシン(Lys)残基を含むタグを有する、HER2タンパク質検出プローブである。
(式(5)中、XおよびYは、それぞれ独立して、エテニレン基、−(CO)−または−(CO)−(ここで、n=2,4,8,12,24)基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキレン基または炭素数2〜48のアルケニレン基であり、Zは、ジニトロフェニル基またはL−3,4−ジヒドロキシフェニル基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキル基、炭素数1〜48のアルコキシ基、炭素数6〜48のアリール基、炭素数6〜48のアリールオキシ基、炭素数7〜48のアリールアルキル基または炭素数7〜48のアリールアルキルオキシ基である。また、Y,Zは独立してLys以外のアミノ酸により少なくとも一方が置換されていてもよい。Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。mは0または1である。)
The present invention also comprises a polymer carrier having a plurality of glutamine (Gln) residues and a plurality of fusion proteins having a lysine (Lys) residue bound thereto, wherein the plurality of glutamine (Gln) residues are The polymer carrier having a group is a nucleic acid in which a plurality of nucleoside triphosphate derivatives of the following formula (5) are introduced, and the fusion protein is obtained by fusing a protein A mutant capable of binding to the HER2 protein and a labeling enzyme. It is a HER2 protein detection probe having a tag containing a lysine (Lys) residue.
(In formula (5), X and Y are each independently an ethenylene group, — (C 2 H 4 O) n — or — (C 3 H 6 O) n — (where n = 2, 4). , 8, 12, 24) which may be substituted with an alkylene group having 1 to 48 carbon atoms or an alkenylene group having 2 to 48 carbon atoms, and Z is a dinitrophenyl group or L-3,4-dihydroxy group. An alkyl group having 1 to 48 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 48 carbon atoms, an aryl group having 6 to 48 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 48 carbon atoms, and 7 carbon atoms, which may be substituted with a phenyl group An arylalkyl group having ˜48 or an arylalkyloxy group having 7 to 48 carbon atoms, and Y and Z may be independently substituted at least one with an amino acid other than Lys, and B is a hydrogen atom or hydroxyl to the group It is .m is 0 or 1.)

また、本発明は、トランスグルタミナーゼ(TGase)を用いて、複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体に、リシン(Lys)残基を有する複数の融合タンパク質を結合し、前記複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体は、下記式(5)のヌクレオシド三リン酸誘導体が複数導入された核酸であり、前記融合タンパク質は、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とが融合されたものであり、リシン(Lys)残基を含むタグを有する、HER2タンパク質検出プローブの製造方法である。
(式(5)中、XおよびYは、それぞれ独立して、エテニレン基、−(CO)−または−(CO)−(ここで、n=2,4,8,12,24)基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキレン基または炭素数2〜48のアルケニレン基であり、Zは、ジニトロフェニル基またはL−3,4−ジヒドロキシフェニル基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキル基、炭素数1〜48のアルコキシ基、炭素数6〜48のアリール基、炭素数6〜48のアリールオキシ基、炭素数7〜48のアリールアルキル基または炭素数7〜48のアリールアルキルオキシ基である。また、Y,Zは独立してLys以外のアミノ酸により少なくとも一方が置換されていてもよい。Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。mは0または1である。)
Further, the present invention uses a transglutaminase (TGase), a polymer carrier having a plurality of glutamine (Gln) residues, combines multiple fusion proteins with lysine (Lys) residue, wherein the plurality of glutamine The polymer carrier having a (Gln) residue is a nucleic acid into which a plurality of nucleoside triphosphate derivatives of the following formula (5) are introduced, and the fusion protein includes a protein A mutant capable of binding to HER2 protein and a labeling enzyme Is a method for producing a HER2 protein detection probe having a tag containing a lysine (Lys) residue.
(In formula (5), X and Y are each independently an ethenylene group, — (C 2 H 4 O) n — or — (C 3 H 6 O) n — (where n = 2, 4). , 8, 12, 24) which may be substituted with an alkylene group having 1 to 48 carbon atoms or an alkenylene group having 2 to 48 carbon atoms, and Z is a dinitrophenyl group or L-3,4-dihydroxy group. An alkyl group having 1 to 48 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 48 carbon atoms, an aryl group having 6 to 48 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 48 carbon atoms, and 7 carbon atoms, which may be substituted with a phenyl group An arylalkyl group having ˜48 or an arylalkyloxy group having 7 to 48 carbon atoms, and Y and Z may be independently substituted at least one with an amino acid other than Lys, and B is a hydrogen atom or hydroxyl to the group It is .m is 0 or 1.)

また、本発明は、HER2タンパク質の検出方法であって、前記HER2タンパク質検出プローブと、対象物中に存在するHER2タンパク質とを結合させ、結合している前記HER2タンパク質検出プローブを、前記標識酵素により検出するHER2タンパク質の検出方法である。   Further, the present invention is a method for detecting a HER2 protein, wherein the HER2 protein detection probe is bound to a HER2 protein present in an object, and the bound HER2 protein detection probe is bound by the labeling enzyme. This is a method for detecting HER2 protein to be detected.

本発明では、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合させることにより、良好な感度でHER2タンパク質を検出可能であり、HER2タンパク質検出プローブの製造等に適用可能な融合タンパク質を提供することができる。   In the present invention, a fusion protein that can detect a HER2 protein with good sensitivity by fusing a protein A mutant capable of binding to the HER2 protein and a labeling enzyme, and is applicable to the production of a HER2 protein detection probe, etc. Can be provided.

また、本発明では、その融合タンパク質を用いることにより、良好な感度でHER2タンパク質を検出可能なHER2タンパク質検出プローブ、HER2タンパク質検出プローブの製造方法およびHER2タンパク質の検出方法を提供することができる。   Moreover, in this invention, the HER2 protein detection probe which can detect HER2 protein with favorable sensitivity, the manufacturing method of a HER2 protein detection probe, and the detection method of HER2 protein can be provided by using the fusion protein.

融合タンパク質(ZZ−AP)とZ−QG導入DNA((Z−QG)−DNA)とから、MTGを用いた反応により(ZZ−AP)−DNAプローブを得る方法の一例を示す概略図である。Schematic diagram showing an example of a method for obtaining a (ZZ-AP) n -DNA probe from a fusion protein (ZZ-AP) and a Z-QG-introduced DNA ((Z-QG) n -DNA) by a reaction using MTG. It is. Z−QG−dUTPの合成方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the synthesis | combining method of Z-QG-dUTP. pUCminusMCS−ZZ−APプラスミドの情報を示す図である。It is a figure which shows the information of pUCminusMCS-ZZ-AP plasmid. pET22b(+)−ZZ−APの構築を示す図である。It is a figure which shows the structure of pET22b (+)-ZZ-AP. pET22b(+)−Z−APの構築を示す図である。It is a figure which shows construction | assembly of pET22b (+)-Z-AP. pET22b(+)−Z−GS−APの構築を示す図である。It is a figure which shows construction of pET22b (+)-Z-GS-AP. pET22b(+)−ZZ−GS−APの構築を示す図である。It is a figure which shows construction | assembly of pET22b (+)-ZZ-GS-AP. 実施例において得られた融合タンパク質のSDS−PAGEの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of the fusion protein obtained in the Example. 実施例における各種APの酵素活性評価を示す図である。It is a figure which shows the enzyme activity evaluation of various AP in an Example. 実施例において、得られた融合タンパク質に対し、蛍光物質をリジンを含むタグに結合させた後に、HER2陽性細胞を特異的に検出した例を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the example which detected the HER2 positive cell specifically, after making a fluorescent substance couple | bond with the tag containing a lysine with respect to the obtained fusion protein. 実施例において得られた融合タンパク質のHER2特異的結合力評価におけるWestern Blotの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Western Blot in HER2 specific binding strength evaluation of the fusion protein obtained in the Example. 実施例において得られた(Z−GS−AP)−DNAのアガロースゲル電気泳動の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the agarose gel electrophoresis of (Z-GS-AP) n -DNA obtained in the Example. 実施例において得られた(Z−GS−AP)−DNAのアニオン交換クロマトグラムの結果を示す図である(310bp)。It is a figure which shows the result of the anion exchange chromatogram of (Z-GS-AP) n -DNA obtained in the Example (310bp). 実施例において得られた(Z−GS−AP)−DNAのアニオン交換クロマトグラムの結果を示す図である(960bp)。It is a figure which shows the result of the anion exchange chromatogram of (Z-GS-AP) n -DNA obtained in the Example (960 bp). 実施例において得られた(Z−GS−AP)−DNAのZ−GS−APラベル量を示す図である(310bp)。It is a figure which shows the amount of Z-GS-AP labels of (Z-GS-AP) n -DNA obtained in the Example (310bp). 実施例において得られた(Z−GS−AP)−DNAのZ−GS−APラベル量を示す図である(960bp)。It is a figure which shows the amount of Z-GS-AP labels of (Z-GS-AP) n -DNA obtained in the Example (960 bp). 実施例において得られた(Z−GS−AP)−DNAの酵素数増加によるシグナル増幅の効果に関するELISAの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of ELISA regarding the effect of signal amplification by the increase in the enzyme number of (Z-GS-AP) n -DNA obtained in the Example. 実施例において得られた(Z−GS−AP)−DNAのZ342の多価効果に関するELISAの結果を示す図である。It is a diagram illustrating a multivalent effect regarding the ELISA results obtained (Z-GS-AP) n -DNA of Z 342 in the embodiment.

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

本発明者らは、新規の融合タンパク質、およびその融合タンパク質を用いた新規高感度HER2タンパク質検出プローブの作製を検討した。アフィニティプロテインとして、例えば、Staphylococcal protein A由来Zドメインのライブラリからファージディスプレイ法を利用して選抜されたAffibody(登録商標)に着目した。Affibody(登録商標)は、抗体にはない特性としてサイズが約6kDaと非常に小さく、翻訳後修飾を必要としないため、微生物を宿主とした大量発現が可能であることを大きな特徴とする。2004年にAnti−HER2 Affibodyが、Wikmanらによって初めて報告され、2006年には、Orlovaらによってアフィニティ成熟の行程を経て、よりアフィニティの強いZher2:342(Z342)が見出され、二量体化させるとアフィニティが増大することが示された。 The present inventors examined the production of a novel fusion protein and a novel high-sensitivity HER2 protein detection probe using the fusion protein. As an affinity protein, for example, Affibody (registered trademark) selected using a phage display method from a library of Staphylococcal protein A-derived Z domains was focused. Affibody (registered trademark) is characterized by being capable of large-scale expression using a microorganism as a host because it has a very small size of about 6 kDa as a characteristic not found in antibodies and does not require post-translational modification. In 2004, Anti-HER2 Affibody was first reported by Wikman et al., And in 2006, the process of affinity maturation was found by Orlova et al., And a higher affinity Z HER2: 342 (Z 342 ) was found. It was shown that affinity increases when incorporated.

本発明者らは、遺伝子工学的手法により、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合した融合タンパク質を発現させることを検討し、新規の融合タンパク質を得た。また、部位特異的に酵素修飾する技術として、微生物由来トランスグルタミナーゼ(MTG)などのトランスグルタミナーゼ(TGase)が有する部位特異的なタンパク質修飾能に着目した。TGaseはアシル転移反応を触媒する酵素であり、例えば、タンパク質中の特定のGln残基(Q)のγ−カルボキシアミド基と、Lys残基(K)のε−アミノ基や各種一級アミンとの共有結合を触媒する酵素である。融合タンパク質の発現の際に、標識酵素にTGaseが認識可能なLys残基(K)またはGln残基(Q)を含むTGase認識配列をタグとして付与して、タグを付与した融合タンパク質を得る。一方、PCR法等を利用して、TGaseが認識可能なGln残基(Q)またはLys残基(K)を少なくとも1つ、好ましくは複数導入したDNAを調製する。これらをTGase触媒反応により架橋させることで、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素が少なくとも1つ、好ましくは複数導入されたHER2タンパク質検出プローブを創製する。   The inventors of the present invention studied expression of a fusion protein in which a protein A mutant capable of binding to HER2 protein and a labeling enzyme were fused by a genetic engineering technique, and obtained a novel fusion protein. In addition, as a technique for site-specific enzyme modification, attention was paid to site-specific protein modification ability of transglutaminase (TGase) such as microorganism-derived transglutaminase (MTG). TGase is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction. For example, TGase includes a γ-carboxyamide group of a specific Gln residue (Q) in a protein, an ε-amino group of a Lys residue (K), and various primary amines. An enzyme that catalyzes a covalent bond. During the expression of the fusion protein, a TGase recognition sequence containing a Lys residue (K) or a Gln residue (Q) that can be recognized by TGase as a tag is added as a tag to obtain a fusion protein to which the tag is attached. On the other hand, a DNA into which at least one, preferably a plurality of Gln residues (Q) or Lys residues (K) that can be recognized by TGase is introduced using a PCR method or the like. These are cross-linked by a TGase catalytic reaction to create a HER2 protein detection probe in which at least one protein A mutant capable of binding to the HER2 protein and preferably a plurality of labeling enzymes are introduced.

例えば図1に示すように、遺伝子工学的手法により、HER2に特異的に結合する能力を持つZ342の二量体(ZZ)と大腸菌由来アルカリホスファターゼ(BAP)とを融合した融合タンパク質(Z342−BAPとして発現させ、その際、BAPのC末端側にMTG認識配列K−tag(MRHKGS)を付与して、(Z342−BAP−CK(ZZ−AP)等の新規の融合タンパク質を得る。一方、PCR法を利用して、MTG認識基質であるZ−QGを少なくとも1つ、好ましくは複数導入したDNA((Z−QG)−DNA)、n=1以上)を調製する。これらをMTG触媒反応により架橋させることで、Z342の二量体(ZZ)とBAPが少なくとも1つ、好ましくは複数導入されたHER2タンパク質検出プローブ((ZZ−AP)−DNA)を創製する。 For example, as shown in FIG. 1, a fusion protein (Z 342 ) obtained by fusing a dimer of Z 342 (ZZ) capable of specifically binding to HER2 and an alkaline phosphatase (BAP) derived from Escherichia coli by genetic engineering techniques. ) 2 were expressed as -bap, this time, by applying the MTG recognition sequence K-tag (MRHKGS) the C-terminal side of BAP, (Z 342) 2 -BAP -CK (ZZ-AP) novel fusion such as Get protein. On the other hand, DNA ((Z-QG) n -DNA), n = 1 or more) into which at least one, preferably a plurality of Z-QGs, which are MTG recognition substrates, has been prepared is prepared using PCR. These By crosslinking by MTG catalysis, one 1 BAP at least dimers and (ZZ) of Z 342, preferably to create a plurality introduced HER2 protein detection probes ((ZZ-AP) n -DNA ) .

このような複合体を作製することで、例えば、1分子のプローブ中に導入する標識酵素数を増加することにより、シグナルの増幅による検出の高感度化が期待される。また、プローブ中に抗原認識部となるZ342の二量体(ZZ)を導入することにより、Z342の多価効果による抗原に対する見かけの親和力の増大が期待される。さらにDNAの特性を利用して負電荷による水溶性の付与、構造体の厳密な分子設計等も可能である。また、Affibodyライブラリの変異は13カ所のみであることから、HER2だけでなくあらゆるタンパク質検出技術の革新的プラットフォームとなることが期待される。 By producing such a complex, for example, by increasing the number of labeled enzymes introduced into one molecule of the probe, it is expected that the detection will be highly sensitive by signal amplification. Further, by introducing a dimer of Z 342 as the antigen recognition unit in probe (ZZ), the increase in apparent affinity for antigen by multivalent effect of Z 342 is expected. Furthermore, by utilizing the characteristics of DNA, it is possible to impart water solubility by a negative charge, and to strictly design a structure. Moreover, since there are only 13 mutations in the Affibody library, it is expected to become an innovative platform for not only HER2 but also any protein detection technology.

<融合タンパク質>
本発明の実施形態に係る融合タンパク質は、HER2タンパク質に結合可能なアフィニティ分子と標識酵素との融合タンパク質であり、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合した融合タンパク質である。本実施形態に係る融合タンパク質は、微生物等で生産可能である。この融合タンパク質を用いて、HER2タンパク質を特異的に検出することができる。
<Fusion protein>
The fusion protein according to the embodiment of the present invention is a fusion protein of an affinity molecule that can bind to the HER2 protein and a labeling enzyme, and is a fusion protein in which a protein A mutant that can bind to the HER2 protein and a labeling enzyme are fused. . The fusion protein according to this embodiment can be produced by a microorganism or the like. Using this fusion protein, the HER2 protein can be specifically detected.

本実施形態に係る融合タンパク質は、部位特異的な酵素修飾が可能なタグを有することが好ましく、TGaseによる部位特異的な酵素修飾が可能なタグ、例えば、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有するタグを有することがより好ましい。HER2タンパク質に対して特異的に結合することで知られているプロテインA変異体であるZドメインと、標識酵素のハイブリッド分子を、融合タンパク質として作製する。これにより、化学結合法によらずに、HER2に対するアフィニティ分子と標識酵素のハイプリット体を作製することができる。   The fusion protein according to this embodiment preferably has a tag capable of site-specific enzyme modification, such as a tag capable of site-specific enzyme modification by TGase, such as a glutamine (Gln) residue or lysine (Lys). It is more preferred to have a tag with residues). A hybrid molecule of a Z domain, which is a protein A mutant known to specifically bind to the HER2 protein, and a labeling enzyme is prepared as a fusion protein. Thereby, a hybrid of an affinity molecule for HER2 and a labeling enzyme can be produced without using a chemical bonding method.

化学結合法によらず、標識酵素とアフィニティ分子が融合した融合タンパク質を得ることにより、アフィニティ分子の性能をほとんど低下させることない。また、融合タンパク質が部位特異的な酵素修飾が可能なタグを有することにより、アフィニティ分子の性能をほとんど低下させることなく、蛍光物質等の標識を可能にする。さらに、そのタグを利用し、高分子担体に複数の融合タンパク質を連結させることにより、HER2タンパク質の検出能力および性能を向上させることも可能となる。   Regardless of the chemical binding method, obtaining the fusion protein in which the labeling enzyme and the affinity molecule are fused hardly reduces the performance of the affinity molecule. In addition, since the fusion protein has a tag capable of site-specific enzyme modification, it is possible to label a fluorescent substance or the like without substantially reducing the performance of the affinity molecule. Furthermore, it is possible to improve the detection ability and performance of the HER2 protein by using the tag and linking a plurality of fusion proteins to the polymer carrier.

アフィニティ分子である、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体としては、Affibody(登録商標)として知られているものがある。Affibody(登録商標)は、Staphylococcal protein Aの免疫グロブリン結合領域のうち、Bドメインに由来するタンパク質である。Bドメインは、比較的に短くCys残基を持たない58残基のペプチド(約6kDa)であり、3つのα−ヘリックスから形成される。フォールディング速度は、既報のタンパク質の中でも最も迅速なものの1つであり、加えて高い水溶性と耐熱性を有する。このBドメインに対し、化学的な耐性を高めるために変異を導入した組み換え体は、Zドメイン(Zwt, pI 5.16,Mw=6640)と称される。変異導入によるZドメインは、抗体のFc部に対するアフィニティを維持する一方で、Fab領域に対する弱いアフィニティが欠損されている。Zドメインの耐性力と、多種多様な免疫グロブリン種、プロテインA、免疫グロブリン結合ドメインの誘導体に特異的に結合する能力から、バイオテクノロジの分野で広く利用されている。Zドメインの有益な性質は、抗体結合種としての性質にとどまらず、いっそう広範にわたる多様なアプリケーションにおいても優れた利点である。   A protein A variant capable of binding to the HER2 protein, which is an affinity molecule, is known as Affibody (registered trademark). Affibody (registered trademark) is a protein derived from the B domain in the immunoglobulin binding region of Staphylococcal protein A. The B domain is a 58-residue peptide (approximately 6 kDa) that is relatively short and has no Cys residues, and is formed from three α-helices. The folding speed is one of the fastest proteins reported, and in addition has high water solubility and heat resistance. A recombinant having a mutation introduced into this B domain in order to increase chemical resistance is referred to as a Z domain (Zwt, pI 5.16, Mw = 6640). The Z domain by mutagenesis maintains affinity for the Fc region of the antibody, while lacking weak affinity for the Fab region. It is widely used in the field of biotechnology because of its resistance to the Z domain and its ability to specifically bind to a wide variety of immunoglobulin species, protein A, and derivatives of immunoglobulin binding domains. The beneficial nature of the Z domain is not only a property as an antibody binding species, but also an excellent advantage in a wider variety of applications.

標識酵素としては、発色反応などを利用して検出を行うことができる性質を有するものであればよく特に制限はない。例えば、アルカリホスファターゼ(AP)、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)、ルシフェラーゼ、ペルオキシダーゼなどが挙げられる。これらのうち、高い触媒活性と安定性の観点から、アルカリホスファターゼあるいはペルオキシダーゼが好ましい。ペプチドタグが容易に導入可能との観点からは、遺伝子工学的に製造可能なタンパク質が好ましい。融合タンパク質を大腸菌で作製できるように、標識酵素にバクテリア由来アルカリホスファターゼを用いることが好ましい。   The labeling enzyme is not particularly limited as long as it has a property capable of performing detection using a color development reaction or the like. For example, alkaline phosphatase (AP), glutathione-S-transferase (GST), luciferase, peroxidase and the like can be mentioned. Of these, alkaline phosphatase or peroxidase is preferable from the viewpoint of high catalytic activity and stability. From the viewpoint that a peptide tag can be easily introduced, a protein that can be produced by genetic engineering is preferred. It is preferable to use bacterial-derived alkaline phosphatase as the labeling enzyme so that the fusion protein can be produced in E. coli.

HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合した融合タンパク質としては、Zドメイン(Z)が2つ連なり、アルカリホスファターゼ(AP)が融合したZZ−APの他に、1つのZドメインにアルカリホスファターゼが融合したZ−AP、または発現効率等への影響も考慮し、ZZとAPの間、ZとAPの間に空間的余裕をもたせるためにリンカーを導入した分子(ZZ−linker−AP、Z−linker−AP)等がある。   As a fusion protein in which a protein A mutant capable of binding to the HER2 protein and a labeling enzyme are fused, two Z domains (Z) are linked in series, and AZ-AP fused with alkaline phosphatase (AP), one Z In consideration of the effect on the expression efficiency, etc., in which Z-AP is fused with alkaline phosphatase in the domain, a molecule in which a linker is introduced (ZZ-linker in order to provide a space between ZZ and AP and between Z and AP. -AP, Z-linker-AP) and the like.

リンカーとしては、GGGGSリンカー、GGGSGSGGGGSリンカー等が挙げられる。   Examples of the linker include GGGGS linker and GGGSGSGGGGS linker.

本発明の実施形態に係る融合タンパク質は、HER2タンパク質の特異的検出、後述するHER2タンパク質検出プローブの製造等に適用可能な他、分離、精製等に利用可能である。   The fusion protein according to the embodiment of the present invention can be used for separation, purification and the like in addition to the specific detection of HER2 protein, the production of a HER2 protein detection probe described later, and the like.

本発明の実施形態に係る融合タンパク質は、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合したものであるが、アフィニティ分子は、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体以外にも、一本鎖抗体、ラクダ抗体等であってもよい。   The fusion protein according to the embodiment of the present invention is a fusion of a protein A mutant capable of binding to the HER2 protein and a labeling enzyme, but the affinity molecule is not limited to the protein A mutant capable of binding to the HER2 protein. A single chain antibody, a camel antibody, or the like may be used.

<HER2タンパク質検出プローブおよびその製造方法>
本実施形態に係るHER2タンパク質検出プローブは、少なくとも1つのグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体に、リシン(Lys)残基を含む部位特異的な酵素修飾が可能なタグを有する、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合した少なくとも1つの融合タンパク質が結合されて構成されているものである。または、本実施形態に係るHER2タンパク質検出プローブは、少なくとも1つのリシン(Lys)残基を有する高分子担体に、グルタミン(Gln)残基を含む部位特異的な酵素修飾が可能なタグを有する、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合した少なくとも1つの融合タンパク質が結合されて構成されているものである。
<HER2 protein detection probe and production method thereof>
The HER2 protein detection probe according to the present embodiment has a HER2 protein having a tag capable of site-specific enzyme modification containing a lysine (Lys) residue on a polymer carrier having at least one glutamine (Gln) residue. At least one fusion protein in which a protein A mutant capable of binding to a marker enzyme and a labeling enzyme are fused. Alternatively, the HER2 protein detection probe according to the present embodiment has a tag capable of site-specific enzyme modification containing a glutamine (Gln) residue on a polymer carrier having at least one lysine (Lys) residue. At least one fusion protein obtained by fusing a protein A variant capable of binding to the HER2 protein and a labeling enzyme is bound to the HER2 protein.

また、本実施形態に係るHER2タンパク質検出プローブの製造方法は、トランスグルタミナーゼ(TGase)を用いて、少なくとも1つのグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体に、リシン(Lys)残基を含む部位特異的な酵素修飾が可能なタグを有する、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合した少なくとも1つの融合タンパク質を結合する方法である。または、本実施形態に係るHER2タンパク質検出プローブの製造方法は、トランスグルタミナーゼ(TGase)を用いて、少なくとも1つのリシン(Lys)残基を有する高分子担体に、グルタミン(Gln)残基を含む部位特異的な酵素修飾が可能なタグを有する、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とを融合した少なくとも1つの融合タンパク質を結合する方法である。   Moreover, the method for producing a HER2 protein detection probe according to the present embodiment uses a transglutaminase (TGase) and a site containing a lysine (Lys) residue on a polymer carrier having at least one glutamine (Gln) residue. This is a method of binding at least one fusion protein having a tag enzyme and a protein A variant capable of binding to HER2 protein having a tag capable of specific enzyme modification. Alternatively, in the method for producing a HER2 protein detection probe according to this embodiment, a site containing a glutamine (Gln) residue on a polymer carrier having at least one lysine (Lys) residue using transglutaminase (TGase). This is a method of binding at least one fusion protein having a tag enzyme and a protein A variant capable of binding to HER2 protein having a tag capable of specific enzyme modification.

上記融合タンパク質を高分子担体に共有結合的に導入する手法として、微生物由来トランスグルタミナーゼ(MTG)などのトランスグルタミナーゼ(TGase)が有する部位特異的なタンパク質修飾能に着目した。TGaseはアシル転移反応を触媒する酵素であり、例えば、タンパク質中の特定のGln残基(Q)のγ−カルボキシアミド基と、Lys残基(K)のε−アミノ基や各種一級アミンとの共有結合を触媒する酵素である。このTGaseを用いて、上記融合タンパク質を高分子担体に導入したHER2タンパク質検出プローブの創製を行う。MTG等は基質認識特性が高いため、高分子担体の反応点と上記融合タンパク質の反応タグ部分を選択的に架橋することができ、標識酵素の活性をほとんど低下させずに導入できる。   As a technique for covalently introducing the fusion protein into a polymer carrier, attention was paid to the site-specific protein modification ability of transglutaminase (TGase) such as microorganism-derived transglutaminase (MTG). TGase is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction. For example, TGase includes a γ-carboxyamide group of a specific Gln residue (Q) in a protein, an ε-amino group of a Lys residue (K), and various primary amines. An enzyme that catalyzes a covalent bond. Using this TGase, a HER2 protein detection probe in which the fusion protein is introduced into a polymer carrier is created. Since MTG and the like have high substrate recognition properties, the reaction site of the polymer carrier and the reaction tag portion of the fusion protein can be selectively cross-linked, and can be introduced without substantially reducing the activity of the labeling enzyme.

具体的には、例えば、図1に示すように、遺伝子工学的手法により、HER2に特異的に結合する能力を持つZ342の二量体(ZZ)と大腸菌由来アルカリホスファターゼ(BAP)とを融合した融合タンパク質(Z342−BAPとして発現させ、その際、BAPのC末端側にMTG認識配列K−tag(MRHKGS)を付与して、(Z342−BAP−CK(ZZ−AP)等の新規の融合タンパク質を得る。一方、例えば、図2に示すように、デオキシウリジン三リン酸(deoxyuridine triphosphate:dUTP)に、TGaseが認識するGln(MTG認識Gln)を有するZ−QGを結合させたヌクレオチド誘導体であるZ−QG−dUTPを合成する。Z−QG−dUTPを用い、PCR法を利用して、MTG認識基質であるZ−QGを少なくとも1つ、好ましくは複数導入したDNA((Z−QG)−DNA)、n=1以上)を調製する。これらをMTG触媒反応により架橋させることで、Z342の二量体(ZZ)とBAPが少なくとも1つ、好ましくは複数導入されたHER2タンパク質検出プローブ((ZZ−AP)−DNA)を創製する。 Specifically, for example, as shown in FIG. 1, by genetic engineering techniques, fusing dimer of Z 342 with the ability to specifically bind to HER2 (ZZ) and E. coli alkaline phosphatase (BAP) The fusion protein (Z 342 ) 2 -BAP was expressed, and at that time, the MTG recognition sequence K-tag (MRHKGS) was added to the C-terminal side of BAP, and (Z 342 ) 2 -BAP-CK (ZZ-AP A novel fusion protein such as On the other hand, for example, as shown in FIG. 2, Z-QG is a nucleotide derivative in which Z-QG having Gln (MTG recognition Gln) recognized by TGase is bound to deoxyuridine triphosphate (dUTP). -Synthesize dUTP. DNA using Z-QG-dUTP and at least one, preferably a plurality of Z-QGs, which are MTG recognition substrates, using the PCR method ((Z-QG) n -DNA), n = 1 or more) To prepare. These By crosslinking by MTG catalysis, one 1 BAP at least dimers and (ZZ) of Z 342, preferably to create a plurality introduced HER2 protein detection probes ((ZZ-AP) n -DNA ) .

なお、図1において、(Z−QG)−DNAにおけるGln残基と、融合タンパク質におけるLys残基とは逆であってもよい。すなわち、融合タンパク質(Z342−BAPとして発現させる際、BAPのC末端側にMTG認識Gln残基を含むタグを付与して、融合タンパク質を得る。一方、MTG認識Lys残基を少なくとも1つ、好ましくは複数導入したDNAを調製する。これらをMTG触媒反応により架橋させることで、Z342の二量体(ZZ)とBAPが少なくとも1つ、好ましくは複数導入されたHER2タンパク質検出プローブ((ZZ−AP)−DNA)を創製する。 In FIG. 1, the Gln residue in (Z-QG) n -DNA and the Lys residue in the fusion protein may be reversed. That is, when expressed as a fusion protein (Z 342 ) 2 -BAP, a tag containing an MTG recognition Gln residue is added to the C-terminal side of BAP to obtain a fusion protein. On the other hand, DNA into which at least one, preferably a plurality of MTG recognition Lys residues are introduced is prepared. These By crosslinking by MTG catalysis, one 1 BAP at least dimers and (ZZ) of Z 342, preferably to create a plurality introduced HER2 protein detection probes ((ZZ-AP) n -DNA ) .

このようにして、HER2タンパク質の認識部位、標識酵素の活性部位への影響を抑制し、高分子担体に部位特異的に上記標識部分を含む融合タンパク質を導入することができる。   In this way, it is possible to suppress the influence on the recognition site of the HER2 protein and the active site of the labeling enzyme, and to introduce the fusion protein containing the labeling moiety into the polymer carrier in a site-specific manner.

高分子担体としては、DNA、PNAおよびRNA等の核酸、アクリル酸ポリマ、メタクリル酸ポリマ、ポリアクリルアミド等の合成高分子等が挙げられる。核酸の配列および長さには特に制限はない。高分子担体がDNAであることにより、DNAの特性を利用して負電荷による水溶性の付与、構造体の厳密な分子設計等も可能である。   Examples of the polymer carrier include nucleic acids such as DNA, PNA and RNA, and synthetic polymers such as acrylic acid polymer, methacrylic acid polymer and polyacrylamide. There is no particular limitation on the sequence and length of the nucleic acid. When the polymer carrier is DNA, it is possible to impart water solubility due to negative charges and to strictly design the structure of the structure using the characteristics of DNA.

高分子担体が核酸である場合、MTGなどのTGaseが認識可能なグルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有するヌクレオシド三リン酸誘導体を用いて、TGase認識Gln残基またはLys残基を少なくとも1つ、好ましくは複数導入したDNAを調製すればよい。グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有するヌクレオシド三リン酸誘導体としては、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有する、ウリジン三リン酸(uridine triphosphate:UTP)誘導体、アデノシン三リン酸(adenosine triphosphate:ATP)誘導体、グアノシン三リン酸(guanosine triphosphate:GTP)誘導体、シチジン三リン酸(cytidine triphosphate:CTP)誘導体、デオキシウリジン三リン酸(deoxyuridine triphosphate:dUTP)誘導体、デオキシアデノシン三リン酸(deoxyadenosine triphosphate:dATP)誘導体、デオキシグアノシン三リン酸(deoxyguanosine triphosphate:dGTP)誘導体、デオキシシチジン三リン酸(deoxycytidine triphosphate:dCTP)誘導体などが挙げられる。本実施形態に係るヌクレオシド三リン酸誘導体において、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基は、例えば、ウラシル、アデニン、グアニン、シトシンの部分に直接または置換基を介して結合されている。   When the polymer carrier is a nucleic acid, a TGase-recognized Gln residue or Lys residue using a nucleoside triphosphate derivative having a glutamine (Gln) residue or lysine (Lys) residue that can be recognized by TGase such as MTG A DNA into which at least one, preferably a plurality of DNAs are introduced may be prepared. Examples of the nucleoside triphosphate derivative having a glutamine (Gln) residue or a lysine (Lys) residue include a uridine triphosphate (uridine triphosphate: UTP) derivative having a glutamine (Gln) residue or a lysine (Lys) residue. , Adenosine triphosphate (ATP) derivative, guanosine triphosphate (GTP) derivative, cytidine triphosphate (CTP) derivative, deoxyuridine triphosphate (deoxyuridine TP) derivative A deoxyadenosine triphosphate (dATP) derivative, Oxy guanosine triphosphate (deoxyguanosine triphosphate: dGTP) derivatives, deoxycytidine triphosphate (deoxycytidine triphosphate: dCTP) such derivatives. In the nucleoside triphosphate derivative according to the present embodiment, the glutamine (Gln) residue or lysine (Lys) residue is bound to, for example, a uracil, adenine, guanine, or cytosine moiety directly or through a substituent. .

これらのヌクレオシド三リン酸誘導体は、UTP、ATP、GTP、CTP、dUTP、dATP、dGTP、dCTPまたはそれらの各種誘導体から得ることができる。   These nucleoside triphosphate derivatives can be obtained from UTP, ATP, GTP, CTP, dUTP, dATP, dGTP, dCTP or their various derivatives.

また、これらのヌクレオシド三リン酸誘導体は、ウリジン、ウリジンの一リン酸(UMP)および二リン酸(UDP)、アデノシン、アデノシンの一リン酸(AMP)および二リン酸(ADP)、グアノシン、グアノシンの一リン酸(GMP)および二リン酸(GDP)、シチジン、シチジンの一リン酸(CMP)および二リン酸(CDP)、デオキシウリジン、デオキシウリジンの一リン酸(dUMP)および二リン酸(dUDP)、デオキシアデノシン、デオキシアデノシンの一リン酸(dAMP)および二リン酸(dADP)、デオキシグアノシン、デオキシグアノシンの一リン酸(dGMP)および二リン酸(dGDP)、デオキシシチジン、デオキシシチジンの一リン酸(dCMP)および二リン酸(dCDP)ならびにそれらの各種誘導体から得てもよい。   These nucleoside triphosphate derivatives also include uridine, uridine monophosphate (UMP) and diphosphate (UDP), adenosine, adenosine monophosphate (AMP) and diphosphate (ADP), guanosine, guanosine. Monophosphate (GMP) and diphosphate (GDP), cytidine, cytidine monophosphate (CMP) and diphosphate (CDP), deoxyuridine, deoxyuridine monophosphate (dUMP) and diphosphate ( dUDP), deoxyadenosine, deoxyadenosine monophosphate (dAMP) and diphosphate (dADP), deoxyguanosine, deoxyguanosine monophosphate (dGMP) and diphosphate (dGDP), deoxycytidine, deoxycytidine mono Phosphate (dCMP) and diphosphate (dCDP) and their It may be obtained from the seed derivatives.

例えば、ウリジン、アデノシン、グアノシン、シチジン、デオキシウリジン、デオキシアデノシン、デオキシグアノシン、デオキシシチジンのリン酸化酵素などによるリン酸化(例えば、生物工学会誌,85(9),p397−399(2007)、Journal of Bioscience and Bioengineering,87(6),p.732−738(1999)など参照)や、プロトンスポンジ存在下でのオキシ塩化リンなどによるリン酸化(例えば、Tetrahedron Letters,29(36),p.4525−4528(1988)など参照)などによって、それらの三リン酸体を得ることができる。   For example, phosphorylation of uridine, adenosine, guanosine, cytidine, deoxyuridine, deoxyadenosine, deoxyguanosine, deoxycytidine phosphorylase, etc. (for example, Journal of Biotechnology, 85 (9), p397-399 (2007), Journal of Bioscience and Bioengineering, 87 (6), p. 732-738 (1999), etc.) or phosphorylation with phosphorus oxychloride in the presence of a proton sponge (for example, Tetrahedron Letters, 29 (36), p. 4525- 4528 (1988) and the like) and the triphosphates can be obtained.

本実施形態に係るヌクレオシド三リン酸誘導体は、例えば、下記式(1)で示され、TGaseが認識可能なGln残基またはLys残基を有するウリジン三リン酸誘導体である。

(式(1)中、Aは、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有する置換基、Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。)
The nucleoside triphosphate derivative according to this embodiment is, for example, a uridine triphosphate derivative represented by the following formula (1) and having a Gln residue or a Lys residue that can be recognized by TGase.

(In formula (1), A represents a substituent having a glutamine (Gln) residue or a lysine (Lys) residue, and B represents a hydrogen atom or a hydroxyl group.)

本実施形態に係るヌクレオシド三リン酸誘導体は、例えば、下記式(2)で示され、TGaseが認識可能なGln残基またはLys残基を有するアデノシン三リン酸誘導体である。

(式(2)中、AおよびAのうち少なくとも1つは、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有する置換基で残りは水素原子を表し、Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。)
The nucleoside triphosphate derivative according to the present embodiment is, for example, an adenosine triphosphate derivative represented by the following formula (2) and having a Gln residue or a Lys residue that can be recognized by TGase.

(In Formula (2), at least one of A 1 and A 2 represents a substituent having a glutamine (Gln) residue or a lysine (Lys) residue, the rest represents a hydrogen atom, and B represents a hydrogen atom or a hydroxyl group) Represents a group.)

本実施形態に係るヌクレオシド三リン酸誘導体は、例えば、下記式(3)で示され、TGaseが認識可能なGln残基またはLys残基を有するシチジン三リン酸誘導体である。

(式(3)中、Aは、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有する置換基、Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。)
The nucleoside triphosphate derivative according to this embodiment is, for example, a cytidine triphosphate derivative represented by the following formula (3) and having a Gln residue or a Lys residue that can be recognized by TGase.

(In Formula (3), A represents a substituent having a glutamine (Gln) residue or a lysine (Lys) residue, and B represents a hydrogen atom or a hydroxyl group.)

本実施形態に係るヌクレオシド三リン酸誘導体は、例えば、下記式(4)で示され、TGaseが認識可能なGln残基またはLys残基を有するグアノシン三リン酸誘導体である。

(式(4)中、Aは、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有する置換基、Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。)
The nucleoside triphosphate derivative according to this embodiment is, for example, a guanosine triphosphate derivative represented by the following formula (4) and having a Gln residue or a Lys residue that can be recognized by TGase.

(In Formula (4), A represents a substituent having a glutamine (Gln) residue or a lysine (Lys) residue, and B represents a hydrogen atom or a hydroxyl group.)

Aで表されるグルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有する置換基としては、特に制限はないが、例えば、グルタミン(Gln)残基またはリシン(Lys)残基を有する直鎖、分岐、環状の飽和または不飽和のアルキル基、アミノアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を含む置換基が挙げられ、合成のし易さなどを考慮して決めればよい。   The substituent having a glutamine (Gln) residue or lysine (Lys) residue represented by A is not particularly limited, and for example, a linear chain having a glutamine (Gln) residue or a lysine (Lys) residue. And substituents including a branched or cyclic saturated or unsaturated alkyl group, aminoalkyl group, aryl group, or heteroaryl group, and may be determined in consideration of easiness of synthesis.

本実施形態に係るヌクレオシド三リン酸誘導体は、例えば、下記式(5)で示され、TGaseが認識可能なGln残基またはLys残基を有するTGase基質修飾ヌクレオチド誘導体であることが好ましい。

(式(5)中、XおよびYは、それぞれ独立して2価の連結基を表し、Zは、置換基を表す。Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。mは0または1である。)
The nucleoside triphosphate derivative according to the present embodiment is preferably, for example, a TGase substrate-modified nucleotide derivative having a Gln residue or a Lys residue that is represented by the following formula (5) and can be recognized by TGase.

(In Formula (5), X and Y each independently represent a divalent linking group, Z represents a substituent, B represents a hydrogen atom or a hydroxyl group, and m is 0 or 1. )

XおよびYで表される2価の連結基としては、それぞれ独立して、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基などの炭素数1〜48のアルキレン基、エテニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基などの炭素数2〜48のアルケニレン基などが挙げられる。これらのうち、X,Yは、それぞれ独立して炭素数1〜48のアルキレン基または炭素数2〜48のアルケニレン基、炭素数1〜48のアルコキシ基であることが好ましく、Xはエテニレン基、Yはメチレン基であることがより好ましい。X,Yはさらにエテニレン基、オキシアルキレン基、例えば−(CO)−または−(CO)−(nは繰り返し数でありn=2,4,8,12,24)基などで置換されていてもよい。Yとしては、例えば、−(CO)−C−が挙げられる。 The divalent linking groups represented by X and Y are each independently an alkylene group having 1 to 48 carbon atoms such as a methylene group, an ethylene group, a propylene group, or a butylene group, an ethenylene group, a propenylene group, or a butenylene group. C2-C48 alkenylene group etc. are mentioned. Among these, X and Y are each independently preferably an alkylene group having 1 to 48 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 48 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 48 carbon atoms, and X is an ethenylene group, More preferably, Y is a methylene group. X and Y are further an ethenylene group, an oxyalkylene group, such as — (C 2 H 4 O) n — or — (C 3 H 6 O) n — (n is a repeating number, and n = 2, 4, 8, 12 , 24) may be substituted with a group or the like. The Y, for example, - (C 2 H 4 O ) n -C 2 H 4 - and the like.

Zで表される置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基などの炭素数1〜48のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロピオキシ基などの炭素数1〜48のアルコキシ基、フェニル基、ナフチル基などの炭素数6〜48のアリール基、フェニルオキシ基などの炭素数6〜48のアリールオキシ基、ベンジル基などの炭素数7〜48のアリールアルキル基、ベンジルオキシ基などの炭素数7〜48のアリールアルキルオキシ基などが挙げられる。これらのうち、Zは、炭素数1〜48のアルキル基、炭素数1〜48のアルコキシ基、炭素数6〜48のアリール基、炭素数6〜48のアリールオキシ基、炭素数7〜48のアリールアルキル基または炭素数7〜48のアリールアルキルオキシ基であることが好ましく、Zはベンジルオキシ基であることがより好ましい。Zはさらにジニトロフェニル基、L−3,4−ジヒドロキシフェニル基などで置換されていてもよい。また、上述したYで表される置換との組み合わせで、Y,Zは独立してLys以外のアミノ酸により少なくとも一方が置換されていてもよい。   Examples of the substituent represented by Z include an alkyl group having 1 to 48 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group and a propyl group, an alkoxy group having 1 to 48 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group and a propoxy group, and a phenyl group. , An aryl group having 6 to 48 carbon atoms such as a naphthyl group, an aryloxy group having 6 to 48 carbon atoms such as a phenyloxy group, an arylalkyl group having 7 to 48 carbon atoms such as a benzyl group, and a carbon number such as a benzyloxy group Examples include 7 to 48 arylalkyloxy groups. Among these, Z is an alkyl group having 1 to 48 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 48 carbon atoms, an aryl group having 6 to 48 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 48 carbon atoms, and a 7 to 48 carbon atom. It is preferably an arylalkyl group or an arylalkyloxy group having 7 to 48 carbon atoms, and Z is more preferably a benzyloxy group. Z may be further substituted with a dinitrophenyl group, an L-3,4-dihydroxyphenyl group, or the like. In combination with the substitution represented by Y described above, at least one of Y and Z may be independently substituted with an amino acid other than Lys.

X,Yを適宜選択することにより、Z−QGとUTPとを連結するリンカー部位の構造を最適化し、例えば柔軟なリンカー部位を導入することで、酵素などのアクセスを向上することができる。また、Y,Zを適宜選択することにより、基質ペプチド配列を最適化し、例えば酵素などの親和性を向上することができる。   By appropriately selecting X and Y, the structure of the linker site for linking Z-QG and UTP can be optimized. For example, by introducing a flexible linker site, access to enzymes and the like can be improved. In addition, by appropriately selecting Y and Z, the substrate peptide sequence can be optimized, and for example, the affinity of an enzyme or the like can be improved.

微生物由来TGase(MTG)を用いる場合、MTGが認識可能なGln残基は、ベンジルオキシカルボニル−L−グルタミルグリシン(Z−QG)として存在することが好ましい。Z−QGは、ジゴキシゲニン(DIG)などよりも分子サイズが小さいため好ましい。式(5)で示されるヌクレオシド三リン酸誘導体において、Xがエテニレン基、Yがメチレン基、Zがベンジルオキシ基、Bが水素原子、m=0であるヌクレオチド誘導体が、dUTPにZ−QGを結合させたヌクレオチド誘導体Z−QG−dUTPである。また、ヌクレオシド三リン酸誘導体中には、TGaseが認識可能なGln残基とLys残基または第一級アミンとが共存しないようなものを選択することが好ましい。共存する場合には、TGaseにより、自己架橋する可能性があり、目的のタンパク質−核酸複合体の収率に好ましくない影響を与える場合があるからである。   When microorganism-derived TGase (MTG) is used, the Gln residue that can be recognized by MTG is preferably present as benzyloxycarbonyl-L-glutamylglycine (Z-QG). Z-QG is preferable because it has a smaller molecular size than digoxigenin (DIG) or the like. In the nucleoside triphosphate derivative represented by the formula (5), a nucleotide derivative in which X is an ethenylene group, Y is a methylene group, Z is a benzyloxy group, B is a hydrogen atom, and m = 0, Z-QG is added to dUTP. The coupled nucleotide derivative Z-QG-dUTP. In addition, it is preferable to select a nucleoside triphosphate derivative that does not coexist with a Gln residue recognizable by TGase and a Lys residue or a primary amine. In the case of coexistence, TGase may cause self-crosslinking, which may adversely affect the yield of the target protein-nucleic acid complex.

また、微生物由来TGaseの良基質として、LLQG(配列番号:1)、LAQG(配列番号:2)、LGQG(配列番号:3)、PLAQSH(配列番号:4)、FERQHMDS(配列番号:5)、もしくはTEQKLISEEDL(配列番号:6)のアミノ酸配列からなるペプチド、またはGLGQGGG(配列番号:7)、GFGQGGG(配列番号:8)、GVGQGGG(配列番号:9)、もしくはGGLQGGG(配列番号:10)のアミノ酸配列からなるペプチドが知られている。また、guinea pig liver由来のTGaseの良基質として、ベンジルオキシカルボニル−L−グルタミルフェニルアラニン(Z−QF)、またはEAQQIVM(配列番号:11)のアミノ酸配列からなるペプチド、またはGGGQLGG(配列番号:12)、GGGQVGG(配列番号:13)、GGGQRGG(配列番号:14)、GQQQLG(配列番号:15)、PNPQLPF(配列番号:16)もしくはPKPQQFM(配列番号:17)のアミノ酸配列からなるペプチドが知られている。TGaseが認識可能なGln残基は、用いるTGaseの種類に応じ、このようなペプチドとして存在してもよい。   Moreover, as a good substrate of microorganism-derived TGase, LLQG (SEQ ID NO: 1), LAQG (SEQ ID NO: 2), LGQG (SEQ ID NO: 3), PLAQSH (SEQ ID NO: 4), FERQHMDS (SEQ ID NO: 5), Alternatively, a peptide consisting of the amino acid sequence of TEQKLISEEDL (SEQ ID NO: 6), or an amino acid of GLGQGGG (SEQ ID NO: 7), GGGQGGG (SEQ ID NO: 8), GVGQGGGG (SEQ ID NO: 9), or GGLQGGGG (SEQ ID NO: 10) Peptides consisting of sequences are known. Further, as a good substrate for TGase derived from guinea pig river, a peptide consisting of an amino acid sequence of benzyloxycarbonyl-L-glutamylphenylalanine (Z-QF) or EAQQIVM (SEQ ID NO: 11), or GGGQLGGG (SEQ ID NO: 12) , GGGQVGG (SEQ ID NO: 13), GGGQRGG (SEQ ID NO: 14), GQQQLG (SEQ ID NO: 15), PNPQLPF (SEQ ID NO: 16) or PKPQQFM (SEQ ID NO: 17) is known. Yes. A Gln residue that can be recognized by TGase may exist as such a peptide depending on the type of TGase used.

なお、N末端がグリシン(G)である基質ペプチドは、N末端アミノ基がTGaseの基質になりうるため、自己架橋による副産物が生じうる。したがって、N末端がグリシン(G)である基質ペプチドについては、N末端アミノ基の水素を適切な基で置換することによりTGaseの基質とはならないように保護して、所望の連結を行うことができるようにするとよい。なお、本明細書において「N末端保護」というときは、特別な場合を除き、このような意味で用いている。そして、N末端保護の手段により、反応性が異なることが知られている。詳細には、ほ乳類由来TGaseに関して、GQQQLGのN末端アセチル化による保護(すなわち、Ac−GQQQLG)、またN末端アミノ酸をDOPA(L−3,4−dihydroxyphenylalanine)にする(すなわち、DOPA−GQQQLG)と反応性が向上することが知られている。このような保護の例を、本実施形態においても利用することができる。   In addition, since the N-terminal amino group can be a substrate for TGase in the substrate peptide whose N-terminus is glycine (G), a by-product due to self-crosslinking can occur. Therefore, for a substrate peptide whose N-terminus is glycine (G), it can be protected from becoming a substrate for TGase by replacing the hydrogen of the N-terminal amino group with an appropriate group, and desired ligation can be performed. You should be able to do it. In the present specification, “N-terminal protection” is used in this sense except in special cases. It is known that the reactivity varies depending on the N-terminal protection means. Specifically, with regard to mammalian-derived TGase, protection by G-terminal Q-acetylation of GQQQLG (ie, Ac-GQQQLG) and N-terminal amino acid as DOPA (L-3,4-dihydroxyphenylalanine) (ie, DOPA-GQQQLG) It is known that the reactivity is improved. Examples of such protection can also be used in this embodiment.

Z−QG−dUTPの調製方法を図2に示す。これは、本実施形態に係るヌクレオシド三リン酸誘導体の調製方法の一例であって、これに限定されるものではない。   A method for preparing Z-QG-dUTP is shown in FIG. This is an example of a method for preparing the nucleoside triphosphate derivative according to the present embodiment, and is not limited thereto.

まず、ベンジルオキシカルボニル−L−グルタミルグリシン(Z−QG)にN−ヒドロキシスクシンイミド(N−hydroxysuccinimide:NHS)基などを導入し、活性化しておく(NHS化Z−QG)。そして、アミノアリルUTPなどの末端をアミノ化した置換基を有するdUTPと、NHS化Z−QGとを縮合することにより、Z−QG−dUTPを得ることができる。   First, an N-hydroxysuccinimide (NHS) group or the like is introduced into benzyloxycarbonyl-L-glutamylglycine (Z-QG) and activated (NHS-ized Z-QG). And Z-QG-dUTP can be obtained by condensing dUTP which has the substituent which aminated the ends, such as aminoallyl UTP, and NHS-ized Z-QG.

また、C末端のカルボキシル基を活性エステル化する上述の方法に加えて、TGaseが認識可能なGln残基を有するペプチドをdUTPに導入する方法として、アミノ基と反応性の高い官能基をペプチドに導入する方法がある。例えば、アルデヒド化、アシルアジド化、スルフォニルクロライド化、エポキシ化、イソシアネート化、またはイソチオシアネート化した基質ペプチドを調製できれば、これをアミノ化dUTPと反応させることにより、TGaseが認識可能なGln残基を有するdUTPを調製することができる。ただし、これらの反応性官能基は、基質ペプチドにおいてTGase認識に影響がない部分に導入する必要がある。したがって、上述のように、Gln残基とは離れたC末端のカルボキシル基を活性化する方法は、この目的において最も優れたものの一つである。   In addition to the above-described method for active esterification of the C-terminal carboxyl group, as a method for introducing a peptide having a Gln residue that can be recognized by TGase into dUTP, a functional group highly reactive with an amino group is added to the peptide. There is a way to introduce. For example, if an aldehyded, acylazidated, sulfonyl chlorided, epoxidized, isocyanated, or isothiocyanated substrate peptide can be prepared, it can be reacted with aminated dUTP to have a Gln residue that TGase can recognize. dUTP can be prepared. However, these reactive functional groups need to be introduced into a portion of the substrate peptide that does not affect TGase recognition. Therefore, as described above, the method of activating the C-terminal carboxyl group separated from the Gln residue is one of the most excellent for this purpose.

Z−QG−dUTPの精製は、高速液体クロマトグラフィ(HPLC)、ゲル濾過クロマトグラフィ(GPC)などにより行うことができる。また、Z−QG−dUTPの同定は、MALDI TOF−MS、NMR、IRなどにより行うことができる。また、HPLCにより、生成物の確認および収率を求めることができる。   Z-QG-dUTP can be purified by high performance liquid chromatography (HPLC), gel filtration chromatography (GPC), or the like. Further, Z-QG-dUTP can be identified by MALDI TOF-MS, NMR, IR, and the like. Moreover, confirmation and a yield of a product can be calculated | required by HPLC.

HER2タンパク質検出プローブにおいて、高分子担体と融合タンパク質との比率nは、1以上であれば特に制限はなく、適宜調整することができるが、nが2以上であることが好ましく、nが大きいほど検出感度が高くなり好ましい。ただし、nが大きすぎると、HER2との結合の効率が低下する場合がある。   In the HER2 protein detection probe, the ratio n between the polymer carrier and the fusion protein is not particularly limited as long as it is 1 or more, and can be appropriately adjusted. However, n is preferably 2 or more, and the larger n is, The detection sensitivity is preferably increased. However, if n is too large, the efficiency of coupling with HER2 may be reduced.

また、例えば、以下の方法により、異なる標識酵素を有する複数のHER2タンパク質検出プローブを調製することができる。
(1)TGaseの由来を変える。
(2)TGaseの基質特異性を変える。
In addition, for example, a plurality of HER2 protein detection probes having different labeling enzymes can be prepared by the following method.
(1) Change the origin of TGase.
(2) Change the substrate specificity of TGase.

(1)の方法では、例えば、用いるTGaseの種類に応じて、異なる基質ペプチドで修飾されたUTPなどを調製すればよい。   In the method (1), for example, UTP modified with a different substrate peptide may be prepared according to the type of TGase used.

(2)の方法では、例えば、TGaseに、タンパク質工学的にアミノ酸変異を導入して基質特異性を変えればよい。例えば、MTGを大腸菌で調製し(例えば、Christian K. Marx,Thomas C. Hertel and Markus Pietzsch,Enzyme and Microbial Technology,Volume 40,Issue 6,2 May 2007,p.1543−1550,”Soluble expression of a pro−transglutaminase from Streptomyces mobaraensis in Escherichia coli”参照)、さらに変異体ライブラリを作って耐熱性の向上したMTGを取得することができる(例えば、Christian K. Marx,Thomas C. Hertel and Markus Pietzsch,Journal of Biotechnology,Volume 136,Issues 3−4,10 September 2008,p.156−162,”Random mutagenesis of a recombinant microbial transglutaminase for the generation of thermostable and heat−sensitive variants”参照)。   In the method (2), for example, an amino acid mutation may be introduced into TGase by protein engineering to change the substrate specificity. For example, MTG is prepared in E. coli (see, for example, Christian K. Marx, Thomas C. Hertel and Markus Pietzsch, Enzyme and Microbiology Technology, Volume 40, Issue 6, 15p50, 15 May 2007, 50 May 15p. pro-transglutaminase from Streptomyces mobaraensis in Escherichia coli "), and MTG with improved thermostability can be obtained by making a mutant library (see, for example, Christian K. Marx, Thomas P, and Thomas P., Thomas P. , Journal of Biotechnology, Volume 136, Issues 3-4,10 September 2008, p.156-162, "Random mutagenesis of a recombinant microbial transglutaminase for the generation of thermostable and heat-sensitive variants" reference).

本明細書において、「TGaseにより結合する」というときは、特別な場合を除き、得られる連結部は、Lys残基とGln残基とが、ε(γ−グルタミル)リシン結合を形成することにより構成されている。   In the present specification, “binding by TGase” means that, except for a special case, the resulting linking part is formed by forming an ε (γ-glutamyl) lysine bond between a Lys residue and a Gln residue. It is configured.

本実施形態においては、TGaseが認識可能なLys残基は、第一級アミンであってもよい。本明細書では、Lys残基を例に説明するが、その説明は、特別な場合を除き、第一級アミンにも当てはまる。   In the present embodiment, the Lys residue that can be recognized by TGase may be a primary amine. In the present specification, the Lys residue is described as an example, but the description also applies to a primary amine except in special cases.

TGaseに対し、Lys残基供与体となる基質は、Gln残基供与体となる基質に比較して構造的な制約が少ないと考えられる。したがって、修飾しようとする標識酵素が、TGaseが認識可能なLys残基を元来有している場合もあり、TGaseが認識可能なLys残基を含むタグを酵素に付加する場合もある。   In contrast to TGase, the substrate serving as the Lys residue donor is considered to have fewer structural restrictions than the substrate serving as the Gln residue donor. Therefore, the labeling enzyme to be modified may originally have a Lys residue that can be recognized by TGase, or a tag that includes a Lys residue that can be recognized by TGase may be added to the enzyme.

TGaseが認識可能なLys残基(K)は、MKHKGS(配列番号:18)、MRHKGS(配列番号:23)、MRRKGS(配列番号:24)、MHRKGS(配列番号:25)のアミノ酸配列を有するペプチドとして存在してもよい。このようなTGaseが認識可能なLys残基を含むペプチドによるタグ化は、標識酵素を、タンパク質の所望の部位、例えばC末端またはN末端に連結する目的で用いることができる。TGaseが認識可能なLys残基を含む他のペプチドまたはそのアミノ酸配列の例としては、改変型S−peptide(GSGMKETAAARFERAHMDSGS(配列番号:19))、MGGSTKHKIPGGS(配列番号:20)、N末端グリシン(N−terminal GGG、N−terminal GGGGG(配列番号:21))、N末端MKHKGSと対象タンパク質間のリンカー部位を伸ばしたMKHKGGGSGGGSGS(配列番号:22)などが挙げられる。   The Lys residue (K) that can be recognized by TGase is a peptide having the amino acid sequence of MKHKGS (SEQ ID NO: 18), MRHKGS (SEQ ID NO: 23), MRRKGS (SEQ ID NO: 24), MHRKGS (SEQ ID NO: 25). May exist as Such tagging with a peptide containing a Lys residue that can be recognized by TGase can be used for the purpose of linking a labeling enzyme to a desired site of the protein, for example, the C-terminus or the N-terminus. Examples of other peptides containing Lys residues recognizable by TGase or amino acid sequences thereof include modified S-peptide (GSGMKETAAARFERAHMGSGS (SEQ ID NO: 19)), MGGSTKHKIPGGGS (SEQ ID NO: 20), N-terminal glycine (N -Terminal GGG, N-terminal GGGGG (SEQ ID NO: 21)), MKHKGGGSGGGSGS (SEQ ID NO: 22) in which the linker site between the N-terminal MKHKGS and the target protein is extended.

C末端またはN末端にTGaseが認識可能なLys残基を含むペプチドを付加した標識酵素は、遺伝子工学的な手法を用いて、組換えタンパク質として調製することができる。C末端またはN末端にTGaseの基質ペプチドタグが導入された当該組換えタンパク質の精製は、それぞれN末端またはC末端に付加した精製用ペプチドタグ(例えば、(His)6−tag(ヘキサヒスチジンタグ))を利用し(TGaseの反応性の低下を回避するために、基質ペプチドタグを入れた末端とは異なる末端に精製用ペプチドタグを入れるようにデザインするとよい。)、ゲル濾過クロマトグラフィなどにより行うことができ、またアミノ酸配列の確認は当該タンパク質をコードするプラスミドベクターの遺伝子配列をDNAシーケンサにて確認するか、N末端に導入された基質ペプチドについてはN末端分析により直接同定することができる。タンパク質の精製の確認は、SDS−PAGEなどで行うことができる。   A labeling enzyme to which a peptide containing a Lys residue capable of recognizing TGase at the C-terminus or N-terminus can be prepared as a recombinant protein using genetic engineering techniques. Purification of the recombinant protein in which a TGase substrate peptide tag is introduced at the C-terminus or N-terminus is performed by purifying the peptide tag for purification added to the N-terminus or C-terminus, respectively (for example, (His) 6-tag (hexahistidine tag) (To avoid a decrease in TGase reactivity, it may be designed so that the purification peptide tag is inserted at a terminal different from the terminal where the substrate peptide tag is inserted.) The amino acid sequence can be confirmed by confirming the gene sequence of the plasmid vector encoding the protein with a DNA sequencer, or the substrate peptide introduced at the N-terminus can be directly identified by N-terminus analysis. Confirmation of protein purification can be performed by SDS-PAGE or the like.

融合タンパク質、HER2タンパク質検出プローブを用いる際に、比較的高温(例えば、70℃以上)の条件下で行う場合には、常温菌由来の酵素を利用すると活性の損失が懸念される。その場合は、酵素としては、超好熱菌Pyrococcus furiosus由来アルカリホスファターゼ(PfuAP)が好ましい。   When using a fusion protein or HER2 protein detection probe under conditions of relatively high temperature (for example, 70 ° C. or higher), there is a concern about loss of activity if an enzyme derived from thermophilic bacteria is used. In that case, the enzyme is preferably an alkaline phosphatase (PfuAP) derived from the hyperthermophilic bacterium Pyrococcus furiosus.

超好熱菌由来の酵素は、一般的に有機溶媒や熱に対して高い安定性を示すことが知られているため好ましく(例えば、H.Atomi,Current Opinion in Chemical Biology,9,p.166−173(2005)参照)、さらに、大腸菌を宿主とした大量調製が比較的容易に行うことができる点においても好ましい。大腸菌を宿主として耐熱性酵素を調製する場合、細胞破砕液を高温処理(例えば、80℃で30分温置)することで、大腸菌由来の共雑タンパク質のほとんどを沈殿させ、粗精製を容易に行うことができる。   Enzymes derived from hyperthermophilic bacteria are preferred because they are generally known to exhibit high stability against organic solvents and heat (for example, H. Atomi, Current Opinion in Chemical Biology, 9, p. 166). -173 (2005)), and is also preferable in that a large-scale preparation using E. coli as a host can be performed relatively easily. When preparing a thermostable enzyme using Escherichia coli as a host, the cell disruption solution is subjected to high-temperature treatment (for example, incubation at 80 ° C. for 30 minutes) to precipitate most of the E. coli-derived concomitant proteins and facilitate crude purification. It can be carried out.

超好熱菌は一般の生物がほとんど生育できない極限環境で生育することができる微生物であるため、超好熱菌由来のタンパク質は非常に高い耐熱性を有している。さらに、熱に対する耐性だけでなく、一般的に、変性剤、有機溶媒、pHなどに対する耐性も常温菌由来酵素に比べて極めて高いことから、PfuAPを使用することによって、酵素の失活を伴わない検出を行うことができると考えられる。   Since hyperthermophilic bacteria are microorganisms that can grow in extreme environments where general organisms hardly grow, proteins derived from hyperthermophilic bacteria have very high heat resistance. Furthermore, not only the resistance to heat, but generally the resistance to denaturing agents, organic solvents, pH, etc. is extremely higher than that of enzymes derived from room temperature bacteria, so the use of PfuAP does not cause enzyme inactivation. It is thought that detection can be performed.

また、融合タンパク質、HER2タンパク質検出プローブにおいて、酵素が有機溶媒や熱に対して安定な酵素であってもよい。このような安定性の高い酵素は、自然界からのスクリーニング(例えば、化学と工業,vol.61(No.6),p.571−575(2008)、内山拓,宮崎健太郎,バイオサイエンスとインダストリー,vol.66(No.5),p.234−239(2008)、道久則之,バイオサイエンスとインダストリー,vol.66(No.12),p.667−670(2008))や、タンパク質工学的手法により安定性を高める技術(例えば、荻野博康,BIO INDUSTRY,vol.25(No.7),p.16−23(2008)、宮崎健太郎,BIO INDUSTRY,vol.25(No.7),p.52−58(2008))により得ることができる。これらの手法により、常温菌由来の酵素であっても、有機溶媒耐性や耐熱性を有する酵素へと変換することができる。   Further, in the fusion protein and HER2 protein detection probe, the enzyme may be an enzyme that is stable against organic solvents and heat. Such highly stable enzymes are screened from nature (for example, Chemistry and Industry, vol. 61 (No. 6), p. 571-575 (2008), Taku Uchiyama, Kentaro Miyazaki, Bioscience and Industry, vol.66 (No.5), p.234-239 (2008), Noriyuki Michihisa, Bioscience and Industry, vol.66 (No.12), p.667-670 (2008)) and protein engineering Techniques for improving stability by techniques (for example, Hiroyasu Kanno, BIO INDUSTRY, vol. 25 (No. 7), p. 16-23 (2008), Kentaro Miyazaki, BIO INDUSTRY, vol. 25 (No. 7), p. .52-58 (2008)). By these techniques, even an enzyme derived from a thermophilic bacterium can be converted into an enzyme having resistance to organic solvents and heat resistance.

トランスグルタミナーゼ(TGase)としては、種々のものを用いることができる。現在、TGaseとして、哺乳類(guinea pig、ヒト)、無脊椎動物(昆虫、カブトガニ、ウニ)、植物、菌類、原生生物(粘菌)由来のものが知られており、またヒトの場合については、8種類のアイソザイムが見つかっている。本実施形態において用いることのできるTGaseの好ましい例は、安定性、ハンドリングの容易さ、バルク生産が可能などの点から微生物由来微生物由来トランスグルタミナーゼ(MTG)である。   Various types of transglutaminase (TGase) can be used. Currently, TGases are known to be derived from mammals (guinea pigs, humans), invertebrates (insects, horseshoe crabs, sea urchins), plants, fungi, and protists (slime molds). Eight types of isozymes have been found. A preferred example of TGase that can be used in this embodiment is microorganism-derived microorganism-derived transglutaminase (MTG) in terms of stability, ease of handling, and bulk production.

本実施形態においてMTGを用いた場合、予想されているMTGの触媒反応から、Lys残基を有する標識酵素を含む融合タンパク質と(Z−QG)−DNAとの連結反応は、MTG活性中心であるシステイン(Cys)残基の、(Z−QG)−DNAのGlnへの求核置換反応によるアシル−酵素複合体の形成と、続いて起こる標識化合物のLysによるアシル−酵素複合体への求核置換反応によるMTGの脱離、の2段階で進行すると予想される。 When MTG is used in the present embodiment, a ligation reaction between a fusion protein containing a labeling enzyme having a Lys residue and (Z-QG) n -DNA is predicted to occur at the MTG active center based on the expected catalytic reaction of MTG. Formation of an acyl-enzyme complex by nucleophilic substitution of a cysteine (Cys) residue with (Z-QG) n -DNA to Gln, followed by the labeling compound to the acyl-enzyme complex with Lys It is expected to proceed in two stages: MTG elimination by nucleophilic substitution reaction.

本実施形態の好ましい態様においては、TGaseが認識可能なGln残基を有する(Z−QG)−DNAに対する、TGaseが認識可能なLys残基を有する融合タンパク質のモル濃度比は、好ましくは2以上であり、より好ましくは5以上である。なお、本明細書で単に「濃度比」というときは、特別な場合を除き、モル濃度による比を指す。 In a preferred aspect of this embodiment, the molar concentration ratio of the fusion protein having a Lys residue recognizable by TGase to (Z-QG) n -DNA having a Gln residue recognizable by TGase is preferably 2 It is above, More preferably, it is 5 or more. In the present specification, the term “concentration ratio” refers to a ratio based on molar concentration unless otherwise specified.

TGaseとしてMTGを用いて連結反応を行う場合には、上述のようにモル濃度比が適切な範囲となるようにすることに加えて、pH5.5〜8.0、温度4〜50℃(例えば、室温(例えば、18℃〜22℃))の条件で行うことが好ましい。このようにすれば、12時間以内、好ましくは6時間以内、より好ましくは3時間以内に、充分に高い反応率が達成可能である。   When performing a ligation reaction using MTG as TGase, in addition to adjusting the molar concentration ratio to an appropriate range as described above, pH 5.5 to 8.0, temperature 4 to 50 ° C. (for example, , Preferably at room temperature (for example, 18 ° C. to 22 ° C.). In this way, a sufficiently high reaction rate can be achieved within 12 hours, preferably within 6 hours, more preferably within 3 hours.

<HER2タンパク質の検出方法>
本実施形態に係るHER2タンパク質の検出方法は、前記HER2タンパク質検出プローブと、対象物中に存在するHER2タンパク質とを結合させ、結合しているHER2タンパク質検出プローブを、標識酵素により検出する方法である。
<Method for detecting HER2 protein>
The HER2 protein detection method according to the present embodiment is a method in which the HER2 protein detection probe is bound to the HER2 protein present in the target, and the bound HER2 protein detection probe is detected by a labeling enzyme. .

本実施形態に係るHER2タンパク質の検出方法は、HER2タンパク質の定性、定量、識別、染色、局在化の調査などの目的で用いることができる。   The HER2 protein detection method according to the present embodiment can be used for the purpose of qualitative, quantitative, identification, staining, localization investigation, etc. of the HER2 protein.

アフィニティ分子を変えることによって、標的物をHER2タンパク質以外のものとすることも可能である。例えば、EGFRに対するアフィニティ分子としてZEGFR:1907、TNFに対するアフィニティ分子としてZTNFα:2やZTNFα:185等が挙げられる。   It is also possible to make the target other than the HER2 protein by changing the affinity molecule. Examples of affinity molecules for EGFR include ZEGFR: 1907, and affinity molecules for TNF include ZTNFα: 2 and ZTNFα: 185.

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although an example and a comparative example are given and the present invention is explained more concretely in detail, the present invention is not limited to the following examples.

プロテインA変異体−BAP融合タンパク質として、Z−AP−(His)−CK−tagおよびZZ−AP−(His)−CK−tagを候補とし、また発現効率への影響も考慮し、プロテインA変異体とAPの間に導入するリンカー長として、GGGSGSGGGGSを導入することとした。そして、GGGSGSGGGGSリンカーを導入する場合は、Z−GS−AP−(His)−CK−tag、ZZ−GS−AP−(His)−CK−tagと表記することとし、またこれ以降は、−(His)−CK−tagの表記は省略し、ZZ−AP、Z−GS−AP、ZZ−GS−APと表記する。 As protein A mutant-BAP fusion proteins, Z-AP- (His) 6 -CK-tag and ZZ-AP- (His) 6 -CK-tag are candidates, and the influence on the expression efficiency is considered. GGGSGSGGGGS was introduced as the linker length introduced between the A mutant and the AP. And when GGGSGSGGGGS linker is introduced, it shall be expressed as Z-GS-AP- (His) 6 -CK-tag, ZZ-GS-AP- (His) 6 -CK-tag, and thereafter, The notation of-(His) 6 -CK-tag is omitted and expressed as ZZ-AP, Z-GS-AP, and ZZ-GS-AP.

<ZZ−AP発現ベクターの構築>
[遺伝子組み換え用大腸菌JM109株へのZZ−AP遺伝子配列の形質転換]
pel B−(Z342)−BAP−His−CRK(ZZ−AP)(1905bp)の遺伝子をpUCminusMCSプラスミドにコードした「pUCminusMCS−ZZ−AP(5129bp)」を、組換え用大腸菌(Escherichia coil,JM109株)に形質転換し、グリセロールストックとして−80℃で保存した(図3)。
<Construction of ZZ-AP expression vector>
[Transformation of ZZ-AP gene sequence to Escherichia coli JM109 for genetic recombination]
“pUCminusMCS-ZZ-AP (5129 bp)” in which the gene of pel B- (Z342) 2 -BAP-His-CRK (ZZ-AP) (1905 bp) was encoded in the pUCminusMCS plasmid was transformed into Escherichia coli for recombination (Escherichia coil, JM109). Strain) and stored as a glycerol stock at −80 ° C. (FIG. 3).

[遺伝子組み換えによるZZ−AP発現ベクターの構築]
得られたpUCminusMCS−ZZ−APが形質転換された大腸菌JM109株のグリセロールストックを、一晩培養を行った後、プラスミド抽出を行った。得られたpUCminusMCS−ZZ−APを、Nde IとHind IIIの2種類の制限酵素で処理した。これをアガロースゲル電気泳動により分離を行い、ZZ−AP遺伝子産物のみを、ゲルカットにより精製した。次に、pET22b(+)(5493bp)を同様にNde IとHind IIIで処理した後、CIAPを用いて脱リン酸化を行った。その後、増幅したZZ−APの遺伝子産物をリガーゼにより挿入し、「pET22b(+)−ZZ−AP(7278bp)」を得た(図4、配列番号26)。調製したpET22b(+)−ZZ−APは、大腸菌JM109株に形質転換し、グリセロールストックとして−80℃で保存した。
[Construction of ZZ-AP expression vector by gene recombination]
The resulting glycerol stock of E. coli strain JM109 transformed with pUCminusMCS-ZZ-AP was cultured overnight and then extracted with a plasmid. The obtained pUCminusMCS-ZZ-AP was treated with two types of restriction enzymes, NdeI and HindIII. This was separated by agarose gel electrophoresis, and only the ZZ-AP gene product was purified by gel cutting. Next, pET22b (+) (5493 bp) was similarly treated with Nde I and Hind III, and then dephosphorylated using CIAP. Thereafter, the amplified ZZ-AP gene product was inserted by ligase to obtain “pET22b (+)-ZZ-AP (7278 bp)” (FIG. 4, SEQ ID NO: 26). The prepared pET22b (+)-ZZ-AP was transformed into E. coli strain JM109 and stored at -80 ° C as a glycerol stock.

<Z−AP発現ベクターの構築>
[インバースPCR法を利用した遺伝子組み換えによるZ−AP発現ベクターの構築]
pET22b(+)−ZZ−AP(7278bp)から、インバースPCRにより、N末端側から2番目のZ342配列が除かれるように、For.側のプライマーは、GGGS(リンカー)+BAP配列と相補的に、Rev.側のプライマーは、Z342配列のC末端側+G(リンカー)と相補的になるよう設計を行った(表1)。
<Construction of Z-AP expression vector>
[Construction of Z-AP expression vector by gene recombination using inverse PCR method]
In order to remove the second Z 342 sequence from the N-terminal side by inverse PCR from pET22b (+)-ZZ-AP (7278 bp). The primer on the side is complementary to the GGGS (linker) + BAP sequence, Rev. The primer on the side was designed to be complementary to the C-terminal side + G (linker) of the Z342 sequence (Table 1).

pET22b(+)−ZZ−APが形質転換された大腸菌JM109株のグリセロールストックを、一晩培養を行った後、プラスミド抽出を行った。得られたpET22b(+)−ZZ−APから、primer Z−AP Forとprimer Z−AP Rev(表1)を使用して、pET22b(+)−ZZ−APのインバースPCRを行い、pET22b(+)−Z−APのPCR産物を得た。そして、OriginalのpET22b(+)−ZZ−APを酵素により消化した後、Lygation High kitを使用して、pET22b(+)−Z−APのセルフライゲーションを行い、「pET22b(+)−Z−AP(7062bp)」を調製した(図5、配列番号27)。調製したpET22b(+)−Z−APは、大腸菌JM109株に形質転換し、グリセロールストックとして−80℃で保存した。   A glycerol stock of Escherichia coli JM109 strain transformed with pET22b (+)-ZZ-AP was cultured overnight and then extracted with a plasmid. From the obtained pET22b (+)-ZZ-AP, inverse PCR of pET22b (+)-ZZ-AP was performed using primer Z-AP For and primer Z-AP Rev (Table 1), and pET22b (+ ) -Z-AP PCR product was obtained. Then, after digesting Original pET22b (+)-ZZ-AP with an enzyme, self-ligation of pET22b (+)-Z-AP was performed using Lyation High kit, and “pET22b (+)-Z-AP (7062 bp) "was prepared (FIG. 5, SEQ ID NO: 27). The prepared pET22b (+)-Z-AP was transformed into E. coli strain JM109 and stored at −80 ° C. as a glycerol stock.

<Z−GS−AP発現ベクターの構築>
[インバースPCR法を利用した遺伝子組み換えによるZ−GS−AP発現ベクターの構築]
pET22b(+)−ZZ−AP(7278bp)から、インバースPCRにより、N末端側から2番目のZ342配列が除かれ、追加のGSリンカーを導入できるように、For.側のプライマーは、S挿入部+GGGGS(リンカー)+BAP配列と相補的に設計し、Rev.側のプライマーは、1番目のZ342配列のC末端側+GGGS(リンカー)+G挿入部と相補的になるよう設計を行った(表2)。
<Construction of Z-GS-AP expression vector>
[Construction of Z-GS-AP expression vector by gene recombination using inverse PCR method]
For p.22b (+)-ZZ-AP (7278 bp), the second Z 342 sequence from the N-terminal side was removed by inverse PCR, and an additional GS linker was introduced. The primer on the side is designed to be complementary to the S insert + GGGGS (linker) + BAP sequence, and Rev. Side Primers were designed first Z 342 C-terminal + GGGS (linker) sequence + G insertion portion complementary to become so (Table 2).

pET22b(+)−ZZ−APから、primer Z−GS−AP Forとprimer Z−GS−AP Revを使用して、pET22b(+)−ZZ−APのインバースPCRを行い、pET22b(+)−Z−GS−APのPCR産物を得た。そして、OriginalのpET22b(+)−ZZ−APを酵素により消化した後、Lygation High kitを使用して、pET22b(+)−Z−APのPCR産物をセルフライゲーションさせ、「pET22b(+)−Z−GS−AP(7080bp)」を調製した(図6、配列番号28)。調製したpET22b(+)−Z−GS−APは、大腸菌JM109株に形質転換し、グリセロールストックとして−80℃で保存した。   From pET22b (+)-ZZ-AP, using primer Z-GS-AP For and primer Z-GS-AP Rev, inverse PCR of pET22b (+)-ZZ-AP was performed, and pET22b (+)-Z -A PCR product of GS-AP was obtained. Then, after digesting the original pET22b (+)-ZZ-AP with an enzyme, the PCR product of pET22b (+)-Z-AP was self-ligated using Lyation High kit, and “pET22b (+)-Z -GS-AP (7080 bp) "was prepared (FIG. 6, SEQ ID NO: 28). The prepared pET22b (+)-Z-GS-AP was transformed into Escherichia coli JM109 strain and stored at −80 ° C. as a glycerol stock.

<ZZ−GS−AP発現ベクターの構築>
[インバースPCR法を利用した遺伝子組み換えによるZZ−GS−AP発現ベクターの構築]
pET22b(+)−ZZ−AP(7278bp)から、インバースPCRにより、追加のGSリンカーを導入できるように、For.側のプライマーは、SGS挿入部+GGGGS(リンカー)+BAP配列と相補的に設計し、Rev.側のプライマーは、2番目のZ342配列のC末端側+GGG挿入部と相補的になるよう設計を行った(表3)。
<Construction of ZZ-GS-AP expression vector>
[Construction of ZZ-GS-AP expression vector by gene recombination using inverse PCR method]
For additional GS linker can be introduced from pET22b (+)-ZZ-AP (7278 bp) by inverse PCR. The primer on the side is designed to be complementary to the SGS insert + GGGGS (linker) + BAP sequence, and Rev. The primer on the side was designed to be complementary to the C-terminal side + GGG insertion part of the second Z342 sequence (Table 3).

pET22b(+)−ZZ−APから、primer ZZ−GS−AP Forとprimer ZZ−GS−AP Revを使用して、pET22b(+)−ZZ−APのインバースPCRを行い、pET22b(+)−ZZ−GS−APのPCR産物を得た。そして、OriginalのpET22b(+)−ZZ−APを酵素により消化した後、Lygation High kitを使用して、pET22b(+)−ZZ−APのPCR産物をセルフライゲーションさせ、「pET22b(+)−ZZ−GS−AP(7296bp)」を調製した(図7、配列番号29)。調製したpET22b(+)−ZZ−GS−APは、大腸菌JM109株に形質転換し、グリセロールストックとして−80℃で保存した。   Using pET22b (+)-ZZ-AP, inverse PCR of pET22b (+)-ZZ-AP is performed using primer ZZ-GS-AP For and primer ZZ-GS-AP Rev, and pET22b (+)-ZZ -A PCR product of GS-AP was obtained. Then, after digesting the original pET22b (+)-ZZ-AP with an enzyme, the PCR product of pET22b (+)-ZZ-AP was self-ligated using Lyation High kit, and “pET22b (+)-ZZ” was obtained. -GS-AP (7296 bp) "was prepared (FIG. 7, SEQ ID NO: 29). The prepared pET22b (+)-ZZ-GS-AP was transformed into E. coli strain JM109 and stored at −80 ° C. as a glycerol stock.

各段階におけるPCRは、サーマルサイクラーを用い、表4,5に示す組成および反応条件のもと反応を行った。各種制限酵素処理、リン酸化、脱リン酸化、ライゲーションは、TaKaRaのカタログで推奨されている緩衝液、反応温度、反応時間で行った。表6,7にそれぞれの典型的な反応条件を示す。また、各種プラスミドベクターを、組換え用大腸菌JM109株および発現用大腸菌(Escherichia coli,BL21株)へ形質転換する際は、それぞれのコンピテントセルに各種プラスミドベクター0.30μLから0.60μLを添加し、サーマルサイクラーにより、表8の温度プログラムで熱処理を加えることで行った。   PCR in each stage was performed using a thermal cycler under the composition and reaction conditions shown in Tables 4 and 5. Various restriction enzyme treatments, phosphorylation, dephosphorylation, and ligation were performed using the buffer solution, reaction temperature, and reaction time recommended in the TaKaRa catalog. Tables 6 and 7 show typical reaction conditions for each. In addition, when transforming various plasmid vectors into E. coli for recombination JM109 and E. coli for expression (Escherichia coli, BL21), 0.30 μL to 0.60 μL of various plasmid vectors are added to each competent cell. The heat treatment was performed by a thermal cycler according to the temperature program shown in Table 8.

<(1)ZZ−APの発現>
[ZZ−APの発現]
ZZ−APは、大腸菌BL21株を用いて発現させた。まず、ZZ−AP遺伝子をコードしたプラスミドを大腸菌BL21株に形質転換し、グリセロールストックとした。そして、形質転換体をAnpicillin(100mg/L)を含む1LのLB培地中にて大量培養を行い、約2時間後、OD600=0.6となったところで、IPTGを終濃度0.1mMとなるよう添加し、一晩27℃で培養してZZ−APの発現を行った(配列番号30)。
<(1) Expression of ZZ-AP>
[Expression of ZZ-AP]
ZZ-AP was expressed using Escherichia coli BL21 strain. First, a plasmid encoding the ZZ-AP gene was transformed into E. coli BL21 strain to obtain a glycerol stock. The transformant was cultured in a large amount in 1 L of LB medium containing Anpicillin (100 mg / L). After about 2 hours, when OD 600 = 0.6, IPTG was adjusted to a final concentration of 0.1 mM. ZZ-AP was expressed by culturing at 27 ° C. overnight (SEQ ID NO: 30).

[菌体の回収および洗浄]
得られた菌体を、遠心分離により集菌し、ショ糖buffer(50mM Tris−HCl(pH7.4)、1mM EDTA、20%(w/w)ショ糖)にて2度洗浄を行った。その後、Wash buffer(ショ糖buffer(pH7.4)、5mM MgCl)を用いて再懸濁させた。そして、液体窒素で凍結後、ディープフリーザで一日保存した。
[Recovering and washing bacterial cells]
The obtained bacterial cells were collected by centrifugation and washed twice with sucrose buffer (50 mM Tris-HCl (pH 7.4), 1 mM EDTA, 20% (w / w) sucrose). Then, it was resuspended using Wash buffer (sucrose buffer (pH 7.4), 5 mM MgCl 2 ). Then, after freezing in liquid nitrogen, it was stored in a deep freezer for a day.

[大腸菌の超音波破砕]
凍結させた大腸菌溶液を解凍し、その後、超音波処理により大腸菌を破砕した。遠心分離後、得られた無細胞抽出液を、0.45μmフィルタおよび0.22μmのフィルタを用いて濾過した。
[Ultrasonic disruption of E. coli]
The frozen E. coli solution was thawed and then crushed by sonication. After centrifugation, the resulting cell-free extract was filtered using a 0.45 μm filter and a 0.22 μm filter.

[Ni−NTAカラムを利用したタンパク質精製]
His−tagを利用して、HisTrap HP column(5mL volume)により精製を行った。まず、Ni−NTA−平衡化buffer(20mM Tris−HCl(pH7.4)、500mM NaCl、35mM イミダゾール)で平衡化したカラムに、タンパク質溶液を流し、再度平衡化bufferで洗浄後、Ni−NTA−溶出buffer(20mM Tris−HCl(pH7.4)、500mM NaCl、500mM イミダゾール)を用いて、目的組み換えタンパク質の溶出を行った。精製後のタンパク質溶液は、PD−10カラムを用いて10mM Tris−HCl(pH8.0)にバッファ交換を行った。
[Protein purification using Ni-NTA column]
Purification was performed with HisTrap HP column (5 mL volume) using His-tag. First, a protein solution was applied to a column equilibrated with Ni-NTA-equilibrated buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.4), 500 mM NaCl, 35 mM imidazole), washed again with equilibrated buffer, Ni-NTA- The target recombinant protein was eluted using an elution buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.4), 500 mM NaCl, 500 mM imidazole). The purified protein solution was subjected to buffer exchange with 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) using a PD-10 column.

Ni−NTAカラム精製では、精製度が不十分であることが考えられたため、さらなるカラムによる精製を検討した。APのpIは4.5であることから、通常中性のpHでは、負電荷を帯びていると考えられるため、HiTrap DEAE columnを用いて精製を行った。   In Ni-NTA column purification, it was considered that the degree of purification was insufficient, and therefore purification using a further column was examined. Since the pI of AP is 4.5, it is considered that the AP is usually negatively charged at neutral pH. Therefore, purification was performed using HiTrap DEAE column.

[弱アニオン交換カラムを利用したタンパク質精製]
DEAE−平衡化buffer(20mM Tris−HCl(pH8.0))で平衡化したカラムに、タンパク質溶液を流した。また、この際、DEAEカラムに固定されずに溶出した溶液を残しておいた。再度平衡化bufferで洗浄後、DEAE−溶出buffer(20mM Tris−HCl(pH8.0)、1M NaCl)を使用し、NaCl濃度を緩やかに変化させるグラジエント溶出(NaCl濃度:0M→0.75M)により、目的タンパク質の溶出を行った。精製後のタンパク質溶液は、限外濾過(30kDa cut off)により濃縮した後、PD−10カラムを使用して、10mM Tris−HCl(pH8.0)にバッファ交換を行った。発現および精製の確認は、SDS−PAGEを利用し行った。
[Protein purification using weak anion exchange column]
The protein solution was applied to a column equilibrated with DEAE-equilibrated buffer (20 mM Tris-HCl (pH 8.0)). At this time, the eluted solution was left unfixed on the DEAE column. After washing with the equilibration buffer again, gradient elution (NaCl concentration: 0M → 0.75M) using DEAE-elution buffer (20 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1M NaCl) and slowly changing the NaCl concentration. The target protein was eluted. The protein solution after purification was concentrated by ultrafiltration (30 kDa cut off), and then buffer exchanged to 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) using a PD-10 column. Confirmation of expression and purification was performed using SDS-PAGE.

[BCA assayによる濃度算出]
アルカリ条件下でタンパク質は、Cu(II)をCu(I)に還元する作用がある。これを利用してBicinchoninic acidとCu(I)の錯体に由来する562nmの吸収波長から、タンパク質濃度の算出を行った。以後、特に述べない限り、タンパク質濃度の測定はBCA assayを利用して行っている。
[Concentration calculation by BCA assay]
Proteins have the effect of reducing Cu (II) to Cu (I) under alkaline conditions. Utilizing this, the protein concentration was calculated from the absorption wavelength of 562 nm derived from the complex of bicinchonic acid and Cu (I). Thereafter, unless otherwise stated, the protein concentration is measured using BCA assay.

<(2)Z−GS−APおよびZZ−GS−APの発現と酵素活性評価>
BAPに対し、GSリンカーをはさみZ342が1つまたは2つ導入されたZ−GS−APおよびZZ−GS−APの組換え体を発現し(配列番号31,32)、硫安分画、Ni−NTAカラム、カチオン交換カラムによる精製を行った。
<(2) Expression of Z-GS-AP and ZZ-GS-AP and evaluation of enzyme activity>
For BAP, a recombinant of Z-GS-AP and ZZ-GS-AP in which one or two Z342 were inserted by inserting a GS linker (SEQ ID NO: 31, 32), ammonium sulfate fraction, Ni -Purification by NTA column and cation exchange column was performed.

[Z−GS−APおよびZZ−GS−APの発現]
Z−GS−APおよびZZ−GS−APは、形質転換した大腸菌BL21株のグリセロールストックを使用し、この形質転換体をAnpicillin(100mg/L)を含む1LのLB培地中にて大量培養を行った。約2時間後、OD600=0.6となったところで、IPTGを終濃度0.1mMとなるよう添加し、一晩15℃で培養し、目的タンパク質の発現を行った。
[Expression of Z-GS-AP and ZZ-GS-AP]
Z-GS-AP and ZZ-GS-AP use a transformed glycerol stock of Escherichia coli BL21, and this transformant was cultured in a large amount in 1 L of LB medium containing Anpicillin (100 mg / L). It was. After about 2 hours, when OD 600 = 0.6, IPTG was added to a final concentration of 0.1 mM, and cultured overnight at 15 ° C. to express the target protein.

[菌体の回収および洗浄]
得られた菌体を、遠心分離により集菌し、TBSにて2度洗浄を行った。その後、Wash buffer(1×TBS(pH7.4)、5mM MgCl、3錠/30mLのprotease inhibitor cocktail Complete mini)を用いて再懸濁させた。そして、液体窒素で凍結後、ディープフリーザで一日保存した。
[Recovering and washing bacterial cells]
The obtained bacterial cells were collected by centrifugation and washed twice with TBS. Thereafter, the suspension was resuspended using Wash buffer (1 × TBS (pH 7.4), 5 mM MgCl 2 , 3 tablets / 30 mL of protease inhibitor cocktail mini). Then, after freezing in liquid nitrogen, it was stored in a deep freezer for a day.

[大腸菌の超音波破砕]
凍結させた大腸菌溶液を解凍し、その後、超音波処理により大腸菌を破砕した。遠心分離後、得られた無細胞抽出液を、0.45μmフィルタおよび0.22μmのフィルタを用いて濾過した。
[Ultrasonic disruption of E. coli]
The frozen E. coli solution was thawed and then crushed by sonication. After centrifugation, the resulting cell-free extract was filtered using a 0.45 μm filter and a 0.22 μm filter.

[硫安沈殿を利用した目的タンパク質の粗分画]
硫安沈殿を利用して、発現した組換えタンパク質の粗分画を行った。まず、40%飽和となるように、粉末の硫安を少しずつ加えた。30分間静置した後に、遠心を行い、目的タンパク質を含む上清を得た。同様に、硫安を60%飽和とし、目的タンパク質を沈殿させ、濃縮操作を行った。この沈殿物を、1×TBSを用いて懸濁させ、その後、PD−10カラムを用いて1×TBSにバッファ交換を行った。
[Rough fractionation of target protein using ammonium sulfate precipitation]
A crude fractionation of the expressed recombinant protein was performed using ammonium sulfate precipitation. First, powdered ammonium sulfate was added little by little so that it might become 40% saturation. After standing for 30 minutes, centrifugation was performed to obtain a supernatant containing the target protein. Similarly, ammonium sulfate was saturated to 60%, the target protein was precipitated, and the concentration operation was performed. This precipitate was suspended with 1 × TBS, and then buffer exchange was performed with 1 × TBS using a PD-10 column.

[Ni−NTAカラムを利用したタンパク質精製]
His−tagを利用して、HisTrap HP column(1mL volume)により精製を行った。まず、Ni−NTA−平衡化buffer(20mM Tris−HCl(pH7.4)、500mM NaCl、35mM イミダゾール)で平衡化したカラムに、タンパク質溶液を流し、再度平衡化bufferで洗浄後、Ni−NTA−溶出buffer(20mM Tris−HCl(pH7.4)、500mM NaCl、500mM イミダゾール)を用いて、目的組み換えタンパク質の溶出を行った。精製後のタンパク質溶液は、PD MidiTrap(商標) G−25カラムを用いて50mM HEPES buffer(pH7.5)にバッファ交換した。
[Protein purification using Ni-NTA column]
Purification was performed with HisTrap HP column (1 mL volume) using His-tag. First, a protein solution was applied to a column equilibrated with Ni-NTA-equilibrated buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.4), 500 mM NaCl, 35 mM imidazole), washed again with equilibrated buffer, Ni-NTA- The target recombinant protein was eluted using an elution buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.4), 500 mM NaCl, 500 mM imidazole). The protein solution after purification was buffer-exchanged to 50 mM HEPES buffer (pH 7.5) using a PD MidiTrap ™ G-25 column.

[カチオン交換カラムを利用したタンパク質精製]
Zに由来するタンパク質の正電荷を利用して、HiTrap SP column(GE Healthcare社)により精製を行った。まず、SP−平衡化buffer(50mM HEPES buffer(pH7.5))で平衡化させたカラムに、タンパク質溶液を流し、再度平衡化bufferで洗浄後、SP−溶出buffer(50mM HEPES buffer(pH8.0)、1M NaCl)を使用し、NaCl濃度を緩やかに変化させるグラジエント溶出により、目的タンパク質の溶出を行った。精製後のタンパク質溶液は、PD MidiTrap(商標) G−25カラムを用いて10mM Tris−HCl(pH8.0)にバッファ交換を行い、30kDa cut offの限外濾過カラムを使用して濃縮した。
[Protein purification using cation exchange column]
Purification was performed by HiTrap SP column (GE Healthcare) using the positive charge of the protein derived from Z. First, the protein solution is passed through a column equilibrated with SP-equilibrated buffer (50 mM HEPES buffer (pH 7.5)), washed again with equilibrated buffer, and then SP-eluted buffer (50 mM HEPES buffer (pH 8.0)). ) 1M NaCl) was used to elute the target protein by gradient elution with a gradual change in NaCl concentration. The purified protein solution was subjected to buffer exchange with 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) using a PD MidiTrap ™ G-25 column, and concentrated using a 30 kDa cut off ultrafiltration column.

調製したタンパク質の精製度をSDS−PAGEにより評価した。結果を、図8に示す。ZZ−GS−APに関しては部分的に切断された夾雑タンパク質の存在が示唆されたものの、目的の組換えタンパク質である融合タンパク質Z−GS−APおよびZZ−GS−APが得られた。   The purity of the prepared protein was evaluated by SDS-PAGE. The results are shown in FIG. Although the presence of partially cleaved contaminating proteins was suggested for ZZ-GS-AP, fusion proteins Z-GS-AP and ZZ-GS-AP, which are the desired recombinant proteins, were obtained.

また、基質溶液(1M Tris−HCl(pH8.0),1mM p−Nitro Phenyl phosphate)1mLに対し、1μMの各種BAP溶液10μLを加え、十分に撹拌した後、410nmの吸収の時間変化を測定した。得られた傾きを初期活性として、各種BAPの酵素活性の比較を行った。Z−GS−APおよびZZ−GS−APの酵素活性を測定した結果を、図9に示す。図9からわかるように、遺伝子工学的にAPに対してZを1つ導入しても(Z−GS−AP)酵素活性に影響を与えず、アルカリホスファターゼ活性の低下は見られないが、Zを2つ導入すると(ZZ−GS−AP)酵素活性が若干低下した。これは、電気泳動結果でわかるように不純物が含まれるために比活性が低めに測定されたためと考えられる。   Moreover, 10 μL of various 1 μM BAP solutions were added to 1 mL of the substrate solution (1 M Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM p-Nitro Phenyl phosphate), and after sufficient stirring, changes over time in absorption at 410 nm were measured. . Using the obtained slope as the initial activity, the enzyme activities of various BAPs were compared. The results of measuring the enzyme activities of Z-GS-AP and ZZ-GS-AP are shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, even if one Z is introduced into AP by genetic engineering (Z-GS-AP), the enzyme activity is not affected, and the alkaline phosphatase activity is not reduced. When two of these were introduced (ZZ-GS-AP), the enzyme activity slightly decreased. This is probably because the specific activity was measured to be low because impurities were included as can be seen from the electrophoresis results.

<(3)FITC標識Z−GS−APおよびZZ−GS−APの細胞免疲蛍光染色によるHER2結合能力評価>
Z−GS−APおよびZZ−GS−APに対して蛍光基を標識する手法として、Z342の機能に影響を与えないように、Z−GS−APおよびZZ−GS−APに導入されているK−tagを利用して、微生物由来トランスグルタミナーゼ(MTG)により部位特異的に蛍光基を架橋する手法を選択し、選抜した基質配列に蛍光基を導入したFITC−SSYALQMRを使用した。調製したFITC標識Z−GS−APおよびZZ−GS−APのFITCラベル量は、それぞれAP二量体に対し2.2個、3.2個であつた。細胞の免疫蛍光染色実験では、陽性細胞としてSK−BR−3細胞株(HER2発現量3+相当)を使用し、陰性細胞としてHeLa細胞株(HER2発現量0相当)を使用した。HeLa細胞とSK−BR−3細胞に対して、83.3nMとなるように調製したFITC標識Z−GS−APおよびZZ−GS−AP溶液を300μLずつ滴下し、37℃で1時間静置した。ホルマリンによる固定処理、DAPIによる核染色を行った後、蛍光顕微鏡を用いてHER2に対する免疫蛍光染色の観察を行った。図10に結果を示す。HER2陽性のSK−BR−3細胞に対してのみ緑色の蛍光が観察され、Z−GS−AP、ZZ−GS−AP共にHER2を特異的に染色可能であることがわかった。
<(3) Evaluation of HER2 binding ability by cell-free fluorescence staining of FITC-labeled Z-GS-AP and ZZ-GS-AP>
As a technique for labeling fluorescent groups to Z-GS-AP and ZZ-GS-AP, K introduced in Z-GS-AP and ZZ-GS-AP so as not to affect the function of Z342. A technique for site-specific cross-linking of a fluorescent group using microorganism-derived transglutaminase (MTG) was selected using -tag, and FITC-SSYALQMR in which a fluorescent group was introduced into the selected substrate sequence was used. The prepared FITC-labeled Z-GS-AP and ZZ-GS-AP had FITC label amounts of 2.2 and 3.2, respectively, with respect to the AP dimer. In the immunofluorescence staining experiment of cells, SK-BR-3 cell line (corresponding to HER2 expression level 3+) was used as positive cells, and HeLa cell line (corresponding to HER2 expression level 0) was used as negative cells. 300 μL of FITC-labeled Z-GS-AP and ZZ-GS-AP solutions prepared to 83.3 nM were added dropwise to HeLa cells and SK-BR-3 cells, and allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. . After fixing with formalin and nuclear staining with DAPI, immunofluorescence staining for HER2 was observed using a fluorescence microscope. The results are shown in FIG. Green fluorescence was observed only for HER2-positive SK-BR-3 cells, and it was found that HER2 can be specifically stained for both Z-GS-AP and ZZ-GS-AP.

<(4)Z−GS−APおよびZZ−GS−APの無細胞抽出液のWestern BlotによるHER2特異的結合力評価>
Z−GS−APおよびZZ−GS−APがHER2特異的に結合しているかどうか、また両者のHER2検出能力をWestern Blot法により評価した。ネイティブの状態でタンパク質の分画を行うことが可能なBlue−Native PAGE(BN−PAGE)を利用し、SK−BR−3細胞およびHeLa細胞の無細胞抽出液の泳動を行った。セミドライ式のブロッティングにより、BN−PAGE後のゲルからPVDF膜にタンパク質を転写後、2.09nMとなるように調製したZ−GS−APおよびZZ−GS−APによる免疫反応を行った。内在性のAP活性を抑えるため2mMのLevamisoleを添加した0.02mMのECF substrate溶液を用いて染色を行った。結果を図11に示す。実験条件は異なるが、市販のBiotin−Affibodyを使用した実験で確認されるHER2と思われる90kDa付近のバンドが、Z−GS−AP、ZZ−GS−APでも確認された。非特異的なバンドも確認されないことから両者ともにHER2に対して特異的なアフィニティを有していることがわかった。また、Z−GS−APの方がZZ−GS−APよりも検出感度が高いことを示唆する結果が得られ、精製度、比活性も考慮して、以後の実験では標識酵素としてZ−GS−APを選択した。
<(4) Evaluation of HER2-specific binding force by Western Blot of cell-free extracts of Z-GS-AP and ZZ-GS-AP>
Whether Z-GS-AP and ZZ-GS-AP were specifically bound to HER2, and the HER2 detection ability of both were evaluated by Western Blot method. The cell-free extracts of SK-BR-3 cells and HeLa cells were electrophoresed using Blue-Native PAGE (BN-PAGE), which can fractionate proteins in their native state. After transferring the protein from the gel after BN-PAGE to the PVDF membrane by semi-dry blotting, immunoreaction with Z-GS-AP and ZZ-GS-AP prepared to 2.09 nM was performed. In order to suppress endogenous AP activity, staining was performed using a 0.02 mM ECF substrate solution added with 2 mM Levamisole. The results are shown in FIG. Although the experimental conditions were different, a band around 90 kDa that was considered to be HER2 confirmed in an experiment using a commercially available Biotin-Affibody was also confirmed in Z-GS-AP and ZZ-GS-AP. Since no non-specific band was confirmed, it was found that both had specific affinity for HER2. Moreover, the results suggesting that Z-GS-AP has higher detection sensitivity than ZZ-GS-AP were obtained, and in consideration of the degree of purification and specific activity, Z-GS was used as a labeling enzyme in the subsequent experiments. -AP was selected.

<(5)(Z−GS−AP)−DNAの調製>
[Z−QG−dUTPの合成・精製]
まず、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)4mL中にて、100mM N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド(DIC)、100mM N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)、50mM Z−QGを、室温(調製した日は18〜22℃程度)で20時間反応させることによって、NHS化Z−QG(50mM)を調製した。一方、50mM 5−(3−aminoallyl)−dUTP(以下、aminoallyl−dUTPと略記、SIGMA社製)を含む10mM Tris−HCl(pH7.5)溶液(Ambion製)16μLと200mM ホウ酸緩衝液(pH8.8)40μL、滅菌水16μLとを混合し、10mM aminoallyl−dUTP溶液を80μL調製した。この溶液に対して、上記で調製したNHS化Z−QG溶液を80μL添加し、25℃で一晩反応させた。反応終了後、サンプルをMilli−Qで10倍希釈し、HPLC(日本分光製、高速液体クロマトグラフ・ポンプ:TRI ROTAR−V型、バリアブル・ループ・インジェクタ:VL−613型、紫外可視分光検出器:UVIDEC−100−IV型)によって、表9に示す条件で精製を行った。生成物の同定はMALDI TOF−MS(BRUKER DALTONICS製、autoflex III)によって行った。この際、3−ヒドロキシピコリン酸(3−HPA)をマトリックスとして使用した。
<Preparation of (5) (Z-GS-AP) n -DNA>
[Synthesis and purification of Z-QG-dUTP]
First, in 4 mL of N, N-dimethylformamide (DMF), 100 mM N, N′-diisopropylcarbodiimide (DIC), 100 mM N-hydroxysuccinimide (NHS), and 50 mM Z-QG were obtained at room temperature (the day of preparation was 18 NHS-ized Z-QG (50 mM) was prepared by reacting at about -22 ° C for 20 hours. Meanwhile, 16 μL of 10 mM Tris-HCl (pH 7.5) solution (manufactured by Ambion) containing 50 mM 5- (3-aminoallyl) -dUTP (hereinafter abbreviated as “aminoallyl-dUTP”, manufactured by SIGMA) and 200 mM borate buffer (pH 8) .8) 40 μL and 16 μL of sterilized water were mixed to prepare 80 μL of a 10 mM aminoallyl-dUTP solution. To this solution, 80 μL of the NHS-modified Z-QG solution prepared above was added and reacted at 25 ° C. overnight. After completion of the reaction, the sample was diluted 10-fold with Milli-Q, and HPLC (manufactured by JASCO, high-performance liquid chromatograph pump: TRI ROTAR-V type, variable loop injector: VL-613 type, UV-visible spectroscopic detector : UVIDEC-100-IV type) under the conditions shown in Table 9. The product was identified by MALDI TOF-MS (manufactured by BRUKER DALTONICS, autoflex III). At this time, 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA) was used as a matrix.

Z−QG−dUTPを合成した後、逆相HPLCを行ったところ、aminoallyl−dUTPの場合と比較して、疎水側に新たなピークが出現しており、このピークがZ−QG−dUTPであると推測された。そこで、保持時間19.1分のピークを回収してMALDI TOF−MS分析を行ったところ、841.46のピークが確認され、理論分子量の842.13と良く一致した結果が得られたため、Z−QG−dUTPの合成が示された。   After synthesizing Z-QG-dUTP, reverse phase HPLC was performed. As a result, a new peak appeared on the hydrophobic side as compared with aminoallyl-dUTP, and this peak is Z-QG-dUTP. It was speculated. Therefore, when a peak with a retention time of 19.1 minutes was collected and subjected to MALDI TOF-MS analysis, a peak of 841.46 was confirmed, and a result that closely matched the theoretical molecular weight of 842.13 was obtained. The synthesis of -QG-dUTP was shown.

[(Z−GS−AP)−DNAの調製]
DNAを構成する4つのヌクレオチドのうちdTTPに関して、「dTTP+Z−QG−dUTP」濃度を一定(0.4mM)とし、Z−QG−dUTPの濃度比0,10,40,80%と変化させPCRを行うことで、異なる割合でZ−QG基が導入された、(X%Z−QG)−DNA(X=0,10,40,80)を調製した。FITC修飾primerを使用し、5’端が蛍光標識された310bp(配列番号33)、960bp(配列番号34)の足場DNAをそれぞれ調製した。アガロースゲル電気泳動によりDNAの生成を確認した結果、960bpの(80%Z−QG)−DNAのみ得られなかった。これは、本来の基質でない修飾ヌクレオチドの割合が高まることで、伸長反応を続けられない配列部位が生じたためと考えられる。
[Preparation of (Z-GS-AP) n -DNA]
Regarding the dTTP among the four nucleotides constituting the DNA, the “dTTP + Z-QG-dUTP” concentration is kept constant (0.4 mM), and the Z-QG-dUTP concentration ratio is changed to 0, 10, 40, 80% to perform PCR. As a result, (X% Z-QG) n -DNA (X = 0, 10, 40, 80) in which Z-QG groups were introduced at different ratios was prepared. Using FITC-modified primer, 310 bp (SEQ ID NO: 33) and 960 bp (SEQ ID NO: 34) scaffold DNAs, which were fluorescently labeled at the 5 ′ end, were prepared. As a result of confirming the production of DNA by agarose gel electrophoresis, only 960 bp of (80% Z-QG) n -DNA was not obtained. This is thought to be due to the increase in the proportion of modified nucleotides that are not the original substrate, resulting in a sequence site that cannot continue the extension reaction.

調製した各種(Z−QG)−DNA(10ng/μL、310bp:52.2nM、960bp:16.9nM)に対し、約3μMのZ−GS−APを、20mM Tris−HCl buffer(pH8.0)中で0.01U/mLのMTG(味の素社製)と混合し、37℃で1時間架橋反応を行った。約3μMのZ−GS−APは、(40%Z−QG)−DNAに理論的に取込まれるZ−QG基のモル濃度と等しくなるように設定している。アガロースゲル電気泳動で反応の進行を評価した。結果を図12に示す。この結果より、MTG存在下でのみ架橋反応が進行し、高分子量側にバンドがシフトしている様子が確認され、(Z−GS−AP)−DNAを調製することができた。 About 3 μM of Z-GS-AP was added to 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) with respect to various prepared (Z-QG) n -DNA (10 ng / μL, 310 bp: 52.2 nM, 960 bp: 16.9 nM). ) And 0.01 U / mL of MTG (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.), and a crosslinking reaction was carried out at 37 ° C. for 1 hour. About 3 μM of Z-GS-AP is set to be equal to the molar concentration of Z-QG groups that are theoretically incorporated into (40% Z-QG) n -DNA. The progress of the reaction was evaluated by agarose gel electrophoresis. The results are shown in FIG. From this result, it was confirmed that the crosslinking reaction proceeded only in the presence of MTG and the band was shifted to the high molecular weight side, and (Z-GS-AP) n -DNA could be prepared.

<(6)各種(Z−GS−AP)−DNAのアニオン交換カラムを利用した精製およびZ−GS−APラベル量評価>
(Z−QG)−DNAと、Z−GS−AP、MTGはpIが異なり表面電荷に差がある。この性質を利用して、アニオン交換カラムであるHiTrap Q HPを用いて精製を行った。Q−溶出buffer(20mM Tris−HCl(pH7.5)、1M NaCl)を使用し、塩濃度勾配をかけ目的の(Z−GS−AP)−DNAの溶出を行った。参照実験として、Z−GS−APのみをカラムにかけ、Z−GS−APのピーク位置の確認を行った。実験で得られたクロマトグラムを図13,14に示す。Z−QG導入量の増大に伴いZ−GS−APに由来する保持時間1100秒付近のピークが減少し、新たにピークが現れることが確認された。また、新たなピークはZ−QG導入量の増大に伴いZ−GS−AP側に移動していることから、Z−GS−APのラベル量が増大しDNAの強い負電荷を和らげることで溶出時間が早まったと考えられる。
<(6) Purification using various (Z-GS-AP) n -DNA anion exchange columns and evaluation of the amount of Z-GS-AP label>
(Z-QG) n -DNA, Z-GS-AP, and MTG have different pI and different surface charges. Using this property, purification was performed using HiTrap Q HP, which is an anion exchange column. Q-elution buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1M NaCl) was used, and the target (Z-GS-AP) n -DNA was eluted by applying a salt concentration gradient. As a reference experiment, only Z-GS-AP was applied to the column, and the peak position of Z-GS-AP was confirmed. The chromatograms obtained in the experiment are shown in FIGS. As the Z-QG introduction amount increased, the peak near the retention time of 1100 seconds derived from Z-GS-AP decreased, and it was confirmed that a new peak appeared. In addition, since the new peak moves to the Z-GS-AP side as the amount of Z-QG introduced increases, the amount of Z-GS-AP label increases, and elution occurs by relieving the strong negative charge of DNA. It seems that time has been accelerated.

DNAに対するZ−GS−AP標識数を定量的に評価するため、精製後に得られた(Z−GS−AP)−DNAに関して、5’末端に修飾されたFITCによる蛍光強度と、Z−GS−APに由来する酵素活性から、Z−GS−APラベル量の定量を行った。結果を図15,16に示す。Z−GS−APラベル量が増大し、DNA鎖長310bpでは最大約40分子、DNA鎖長960bpでは最大約77分子のZ−GS−APがラベルされていることがわかった。 In order to quantitatively evaluate the number of Z-GS-AP labels on DNA, with respect to (Z-GS-AP) n -DNA obtained after purification, the fluorescence intensity by FITC modified at the 5 ′ end, and Z-GS From the enzyme activity derived from -AP, the amount of Z-GS-AP label was quantified. The results are shown in FIGS. It was found that the amount of Z-GS-AP label increased, and a maximum of about 40 molecules of Z-GS-AP was labeled at a DNA chain length of 310 bp and a maximum of about 77 molecules at a DNA chain length of 960 bp.

<(7)(Z−GS−AP)−DNAのシグナル増幅(DNA等モル)および多価効果の検討(Z−GS−AP等モル)>
ここでは、プローブ中の(a)酵素数増加によるシグナル増幅、(b)Z342の多価効果による見かけの親和力増大を狙いとした。そこで、調製した(Z−GS−AP)−DNAが上述の2つの機能を兼ね備えたプローブとなっているかを、HER2−Fc Chimeraタンパク質を用いたELISAにより評価した。(a)の効果を検討するため、HER2タンパク質100ngを固定化し、DNAモル濃度0.258nMに統一してELISAを行った。また、(b)の効果を検討するため、HER2タンパク質100ng〜0.025ngの希釈系列を固定化し、Z−GS−APモル濃度を1.0nMに統一してELISAを行った。図17の結果より、(a)のシグナル増幅の効果に関して、Z−QG導入量、DNA鎖長の増大に応じてシグナルが増幅する結果を得ることができた。また、図18には310bpの(Z−GS−AP)−DNAの結果のみ示すが、(b)の多価効果に関しても、低濃度領域でも免疫反応が進行することがわかり、Z−GS−AP単体と比較して検出感度が10倍程度向上した。したがって、両実験の結果より本実施例のプローブの有用性が示される結果となった。
<(7) (Z-GS-AP) n -DNA signal amplification (DNA equimolar) and examination of multivalent effect (Z-GS-AP equimolar)>
Here, signal amplification by (a) increasing the number enzyme in the probe, was aimed at increasing the apparent affinity by multivalent effect of (b) Z 342. Therefore, it was evaluated by ELISA using HER2-Fc Chimera protein whether the prepared (Z-GS-AP) n -DNA was a probe having the two functions described above. In order to examine the effect of (a), 100 ng of the HER2 protein was immobilized, and the ELISA was performed with a DNA molar concentration of 0.258 nM. Moreover, in order to examine the effect of (b), a dilution series of HER2 protein 100 ng to 0.025 ng was immobilized, and the Z-GS-AP molar concentration was unified to 1.0 nM, and ELISA was performed. From the result of FIG. 17, it was possible to obtain a result that the signal was amplified in accordance with the amount of Z-QG introduction and the increase in the DNA chain length with respect to the signal amplification effect of (a). Further, FIG. 18 shows only the result of 310 bp (Z-GS-AP) n -DNA, but it can be seen that the immune reaction proceeds even in a low concentration region with respect to the multivalent effect of (b). -The detection sensitivity was improved about 10 times compared with AP alone. Therefore, the results of both experiments showed the usefulness of the probe of this example.

以上のように、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素を基本ユニット(Z−GS−AP)とする融合タンパク質をDNA上に複数提示した新たな分子プローブを用いて、Z−GS−AP単体よりも10倍程度高い検出感度で目的抗原を検出することができた。   As described above, using a new molecular probe that presents a plurality of fusion proteins having a protein A mutant capable of binding to HER2 protein and a labeling enzyme as a basic unit (Z-GS-AP) on DNA, Z-GS is used. -The target antigen could be detected with detection sensitivity about 10 times higher than that of AP alone.

Claims (3)

複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体に、リシン(Lys)残基を有する複数の融合タンパク質が結合されて構成されており、
前記複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体は、下記式(5)のヌクレオシド三リン酸誘導体が複数導入された核酸であり、
前記融合タンパク質は、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とが融合されたものであり、リシン(Lys)残基を含むタグを有することを特徴とするHER2タンパク質検出プローブ。
(式(5)中、XおよびYは、それぞれ独立して、エテニレン基、−(CO)−または−(CO)−(ここで、n=2,4,8,12,24)基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキレン基または炭素数2〜48のアルケニレン基であり、Zは、ジニトロフェニル基またはL−3,4−ジヒドロキシフェニル基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキル基、炭素数1〜48のアルコキシ基、炭素数6〜48のアリール基、炭素数6〜48のアリールオキシ基、炭素数7〜48のアリールアルキル基または炭素数7〜48のアリールアルキルオキシ基である。また、Y,Zは独立してLys以外のアミノ酸により少なくとも一方が置換されていてもよい。Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。mは0または1である。)
A plurality of fusion proteins having a lysine (Lys) residue are bound to a polymer carrier having a plurality of glutamine (Gln) residues,
The polymer carrier having a plurality of glutamine (Gln) residues is a nucleic acid into which a plurality of nucleoside triphosphate derivatives of the following formula (5) are introduced,
The HER2 protein detection probe, wherein the fusion protein is a protein A mutant capable of binding to the HER2 protein and a labeling enzyme, and has a tag containing a lysine (Lys) residue.
(In formula (5), X and Y are each independently an ethenylene group, — (C 2 H 4 O) n — or — (C 3 H 6 O) n — (where n = 2, 4). , 8, 12, 24) which may be substituted with an alkylene group having 1 to 48 carbon atoms or an alkenylene group having 2 to 48 carbon atoms, and Z is a dinitrophenyl group or L-3,4-dihydroxy group. An alkyl group having 1 to 48 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 48 carbon atoms, an aryl group having 6 to 48 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 48 carbon atoms, and 7 carbon atoms, which may be substituted with a phenyl group An arylalkyl group having ˜48 or an arylalkyloxy group having 7 to 48 carbon atoms, and Y and Z may be independently substituted at least one with an amino acid other than Lys, and B is a hydrogen atom or hydroxyl to the group It is .m is 0 or 1.)
トランスグルタミナーゼ(TGase)を用いて、複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体に、リシン(Lys)残基を有する複数の融合タンパク質を結合し、
前記複数のグルタミン(Gln)残基を有する高分子担体は、下記式(5)のヌクレオシド三リン酸誘導体が複数導入された核酸であり、
前記融合タンパク質は、HER2タンパク質に結合可能なプロテインA変異体と標識酵素とが融合されたものであり、リシン(Lys)残基を含むタグを有することを特徴とするHER2タンパク質検出プローブの製造方法。
(式(5)中、XおよびYは、それぞれ独立して、エテニレン基、−(CO)−または−(CO)−(ここで、n=2,4,8,12,24)基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキレン基または炭素数2〜48のアルケニレン基であり、Zは、ジニトロフェニル基またはL−3,4−ジヒドロキシフェニル基で置換されていてもよい、炭素数1〜48のアルキル基、炭素数1〜48のアルコキシ基、炭素数6〜48のアリール基、炭素数6〜48のアリールオキシ基、炭素数7〜48のアリールアルキル基または炭素数7〜48のアリールアルキルオキシ基である。また、Y,Zは独立してLys以外のアミノ酸により少なくとも一方が置換されていてもよい。Bは水素原子またはヒドロキシル基を表す。mは0または1である。)
Using transglutaminase (TGase), a plurality of fusion proteins having lysine (Lys) residues are bound to a polymer carrier having a plurality of glutamine (Gln) residues,
The polymer carrier having a plurality of glutamine (Gln) residues is a nucleic acid into which a plurality of nucleoside triphosphate derivatives of the following formula (5) are introduced,
The method for producing a HER2 protein detection probe, wherein the fusion protein is obtained by fusing a protein A mutant capable of binding to the HER2 protein and a labeling enzyme, and has a tag containing a lysine (Lys) residue. .
(In formula (5), X and Y are each independently an ethenylene group, — (C 2 H 4 O) n — or — (C 3 H 6 O) n — (where n = 2, 4). , 8, 12, 24) which may be substituted with an alkylene group having 1 to 48 carbon atoms or an alkenylene group having 2 to 48 carbon atoms, and Z is a dinitrophenyl group or L-3,4-dihydroxy group. An alkyl group having 1 to 48 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 48 carbon atoms, an aryl group having 6 to 48 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 48 carbon atoms, and 7 carbon atoms, which may be substituted with a phenyl group An arylalkyl group having ˜48 or an arylalkyloxy group having 7 to 48 carbon atoms, and Y and Z may be independently substituted at least one with an amino acid other than Lys, and B is a hydrogen atom or hydroxyl to the group It is .m is 0 or 1.)
HER2タンパク質の検出方法であって、
請求項1に記載のHER2タンパク質検出プローブと、対象物中に存在するHER2タンパク質とを結合させ、結合している前記HER2タンパク質検出プローブを、前記標識酵素により検出することを特徴とするHER2タンパク質の検出方法。
A method for detecting a HER2 protein, comprising:
The HER2 protein detection probe according to claim 1 is bound to the HER2 protein present in an object, and the bound HER2 protein detection probe is detected by the labeling enzyme. Detection method.
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