JP6425327B2 - Protein-magnetic particle complex and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、タンパク質−磁性粒子複合体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a protein-magnetic particle complex and a method for producing the same.

磁性粒子は、磁石により簡単に分離及び誘導することができ、且つ、それらの操作を比較的簡便に自動化できるため、近年、医療及び環境等の分野における応用が期待されている。例えば、医療分野における応用として、磁性粒子の表面上に、抗原又は抗体のような機能性タンパク質又はペプチド(以下、「タンパク質」と総称する)を固定化した複合体(以下、「タンパク質−磁性粒子複合体」という)を使用して、抗原抗体反応により、抗体又は抗原を検出する技術が提案されている(特許文献1〜3)。抗体又は抗原と反応した複合体は、磁気的に分離することができる。   Magnetic particles can be easily separated and guided by magnets, and their operation can be relatively easily automated. Therefore, applications in fields such as medical care and the environment are expected in recent years. For example, as an application in the medical field, a complex (hereinafter referred to as "protein-magnetic particle") in which a functional protein or peptide such as an antigen or an antibody (hereinafter referred to as "protein") is immobilized on the surface of a magnetic particle Techniques for detecting an antibody or an antigen by an antigen-antibody reaction using a “complex” are proposed (Patent Documents 1 to 3). Complexes reacted with the antibody or antigen can be separated magnetically.

このようなタンパク質−磁性粒子複合体は、目的のタンパク質と磁性粒子とをそれぞれ別の系で産生し、該タンパク質を該磁性粒子上に固定化することによって調製されていた。例えば、目的のタンパク質は、大腸菌や酵母等の細菌を用いて産生し、他方、磁性粒子は、菌体内で磁性細菌粒子(Bacterial magnetic particles(以下、「BacMPs」という))を生産する磁性細菌を用いて産生し、そして、該タンパク質を、多官能化合物や架橋剤等を用いた化学的処理によって該磁性粒子上に固定化することにより、タンパク質−磁性粒子複合体を形成していた。具体的には、表面をアミノ基またはカルボキシル基で修飾した磁性粒子と、タンパク質とを架橋剤存在下で混合することによって、タンパク質を磁性粒子表面の脂質二重膜に固定化できることが報告されている(特許文献2及び3)。しかし、このような手法は機能性タンパク質のアミノ基やカルボキシル基をランダムに担体上に固定化することから、該タンパク質の変性や失活を招く。更に、固定化には、多くのタンパク質が必要となることに加え、操作も煩雑となる。   Such a protein-magnetic particle complex has been prepared by producing a protein of interest and a magnetic particle in separate systems, and immobilizing the protein on the magnetic particle. For example, the protein of interest is produced using bacteria such as E. coli and yeast, while the magnetic particles are magnetic bacteria that produce magnetic bacterial particles (hereinafter referred to as "BacMPs") in the cells. A protein-magnetic particle complex is formed by producing the protein and immobilizing the protein on the magnetic particle by chemical treatment using a polyfunctional compound, a crosslinking agent or the like. Specifically, it has been reported that proteins can be immobilized on lipid bilayer membranes on the surface of magnetic particles by mixing magnetic particles whose surface is modified with amino groups or carboxyl groups with proteins in the presence of a crosslinking agent. (Patent Documents 2 and 3). However, such an approach causes the amino group or carboxyl group of the functional protein to be immobilized on the carrier at random, resulting in denaturation or inactivation of the protein. Furthermore, in addition to the need for many proteins for immobilization, the operation is also complicated.

また、遺伝子工学的手法を用いて、磁性細菌粒子(BacMPs)表面の脂質二重膜に局在するアンカータンパク質をコードする遺伝子に、目的の機能性タンパク質(ここでは、抗体)と結合親和性を有するタンパク質(ここでは、抗体結合ドメイン)をコードする遺伝子を融合させて作製したプラスミドを利用する方法も提案されている(特許文献4)。該プラスミドを磁性細菌に導入して得られた形質転換体を用いて培養して、アンカータンパク質と前記抗体結合ドメインとをディスプレイした磁性細菌粒子を得る。そして、菌体から該磁性細菌粒子を単離し、当該粒子に抗体を含んだ溶液を添加することにより、抗体を前記磁性粒子上に固定化することができる。しかし、この手法も前記複合体を得るまでに煩雑な操作を必要とする。   In addition, using genetic engineering techniques, the gene encoding an anchor protein localized to the lipid bilayer membrane of magnetic bacterial particle (BacMPs) surface has binding affinity with the target functional protein (here, antibody). A method has also been proposed that utilizes a plasmid produced by fusing a gene encoding a protein (here, antibody binding domain) that it has (Patent Document 4). The transformant obtained by introducing the plasmid into magnetic bacteria is cultured to obtain magnetic bacterial particles displaying an anchor protein and the antibody binding domain. Then, the magnetic bacterial particles are isolated from the cells, and a solution containing the antibody is added to the particles to immobilize the antibody on the magnetic particles. However, this method also requires complicated operations to obtain the complex.

特許第2948935号公報Patent No. 2948935 gazette 特開平5−209884号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-209884 特開平5−099926号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-099926 特許第5119398号公報Patent No. 5119398 gazette

近年、組み換えタンパク質−磁性粒子複合体の用途の拡大に伴い、様々な機能性分子で磁性粒子を修飾することにより、該複合体を多機能化及び高機能化することが求められている。また、煩雑な操作を必要とすることなく、タンパク質−磁性粒子複合体を製造するための方法の開発も求められている。
従って、本発明が解決しようとする課題は、新規且つ有用なタンパク質−磁性粒子複合体を提供すること、及び、煩雑な操作を必要とすることなく該複合体を製造する方法を提供することである。
In recent years, with the expansion of applications of recombinant protein-magnetic particle complexes, it has been required to make the complexes multifunctional and highly functional by modifying magnetic particles with various functional molecules. There is also a need for the development of methods for producing protein-magnetic particle complexes without the need for complicated procedures.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a novel and useful protein-magnetic particle complex, and to provide a method for producing the complex without requiring complicated operations. is there.

グラム陰性磁性細菌であるMagnetospirillum magneticum AMB−1は、鎖状に配列したナノサイズのBacMPsを細胞質で生産する。例えば、免疫学的検定、リガンド−受容体相互作用又は細胞分離等、遺伝子組み換えBacMPsの種々の適用が、目的タンパク質をBacMPs上に発現させることにより証明されてきたが、還元的環境であるグラム陰性磁性細菌の細胞質ではジスルフィド結合が形成されないため、適切なフォールディングのために分子内ジスルフィド結合の形成が必要であるタンパク質(以下、「ジスルフィド結合タンパク質」という)を、機能を保持した状態でBacMPs上に発現させることが難しかった。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ジスルフィド結合タンパク質を、酸化的環境であるペリプラズム内で発現させ、ジスルフィド結合タンパク質のドッキングパートナーであるタンパク質を、細胞質内で発現させる二重発現系を構築した。細菌培養後、細胞を破砕し、磁性細菌粒子とジスルフィド結合タンパク質とを前記ドッキングパートナーを介してドッキングさせることで、BacMPs上にジスルフィド結合タンパク質を機能的に発現した複合体を製造することができる。この方法によれば、ジスルフィド結合タンパク質と、そのドッキングパートナーであるタンパク質とを、in vitroでドッキングさせることにより複合体を形成することができるため、本明細書において「in vitro docking法」と称する。
A Gram-negative magnetic bacterium, Magnetospirillum magneticum AMB-1, produces cytosolic nanosized BacMPs arranged in a chain. For example, various applications of genetically modified BacMPs such as immunological assay, ligand-receptor interaction or cell separation have been proved by expressing the target protein on BacMPs, but the gram negative which is a reducing environment Since no disulfide bond is formed in the cytoplasm of magnetic bacteria, a protein requiring formation of an intramolecular disulfide bond for proper folding (hereinafter referred to as "disulfide bond protein") is retained on BacMPs while retaining its function. It was difficult to express it.
As a result of intensive studies, the present inventors have developed a dual expression system in which disulfide bond proteins are expressed in the periplasm, which is an oxidative environment, and proteins that are docking partners of disulfide bond proteins are expressed in the cytoplasm. did. After bacterial culture, cells can be disrupted, and magnetic bacterial particles and disulfide bond protein can be docked via the docking partner to produce a complex in which disulfide bond protein is functionally expressed on BacMPs. According to this method, a complex can be formed by in vitro docking of a disulfide-linked protein and a protein that is a docking partner thereof, and hence this method is referred to as “in vitro docking method”.

即ち、本発明の第1の側面は、
(1)グラム陰性磁性細菌における、ジスルフィド結合タンパク質と磁性粒子との複合体の製造方法であって、
(i)前記細菌中で、
(a)結合タンパク質に融合したジスルフィド結合タンパク質を含んだ第1の融合タンパク質、及び
(b)磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質に融合した結合パートナータンパク質を含んだ第2の融合タンパク質
を共発現させる共発現工程であって、前記第1の融合タンパク質の発現が前記細菌のペリプラズムへと誘導され、前記第2の融合タンパク質の発現が前記細菌の細胞質へと誘導される工程と;
(ii)前記第1及び第2の融合タンパク質を生産するのに充分な条件下で前記工程(i)の細菌を培養する培養工程と;
(iii)前記工程(ii)の細菌の細胞膜を破壊する工程であって、前記ジスルフィド結合タンパク質と磁性細菌粒子との複合体が形成される細胞膜破壊工程と;
を含む、製造方法である。
That is, the first aspect of the present invention is
(1) A method for producing a complex of a disulfide bond protein and a magnetic particle in a gram negative magnetic bacterium,
(I) in the bacteria,
(A) a first fusion protein comprising a disulfide linked protein fused to a binding protein, and (b) a second fusion protein comprising a binding partner protein fused to a protein capable of being bound or integrated into a magnetic bacterial particle A co-expression step of co-expression, wherein expression of said first fusion protein is induced to the periplasm of said bacteria and expression of said second fusion protein is induced to the cytoplasm of said bacteria;
(Ii) culturing the bacteria of step (i) under conditions sufficient to produce said first and second fusion proteins;
(Iii) a step of destroying the bacterial cell membrane of the step (ii), wherein the complex of the disulfide bond protein and the magnetic bacterial particle is formed;
Manufacturing method.

ここで、「タンパク質」の語には、タンパク質だけでなくペプチドも含まれるものとする。「ジスルフィド結合タンパク質」とは、分子中にジスルフィド結合を少なくとも1つ含むタンパク質をいう。また、「結合タンパク質」及び「結合パートナータンパク質」とは、互いに結合親和力を有し、特異的に結合を形成することのできるタンパク質同士をいう。更に、「磁性細菌粒子」とは、磁性細菌によって生成される磁性粒子をいい、本明細書では「BacMPs」とも称される。「磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質」とは、磁性細菌粒子に結合又は一体化することのできるタンパク質をいい、磁性細菌のオルガネラに本来備わっているタンパク質であっても、遺伝子工学的手法により磁性細菌粒子に結合又は一体化されるタンパク質であってもよい。   Here, the term "protein" includes not only proteins but also peptides. "Disulfide linked protein" refers to a protein comprising at least one disulfide bond in the molecule. Also, "binding protein" and "binding partner protein" refer to proteins that have binding affinity to each other and can specifically form a bond. Furthermore, "magnetic bacterial particles" refers to magnetic particles produced by magnetic bacteria, also referred to herein as "BacMPs". The "protein that can be bound or integrated into magnetic bacterial particles" refers to a protein that can be bound or integrated into magnetic bacterial particles, and even proteins intrinsic to organelles of magnetic bacteria can be genetically engineered. It may be a protein which is bound or integrated to magnetic bacterial particles by a technique.

また、本発明の一態様は、
(2)前記工程(iii)の前記複合体を前記破壊した細胞から単離する単離工程(iv)を更に含む、上記(1)に記載の製造方法である。
In one embodiment of the present invention,
(2) The production method according to (1) above, which further comprises an isolation step (iv) of isolating the complex of the step (iii) from the disrupted cells.

更に、本発明の好ましい態様は、
(3)前記複合体から、前記ジスルフィド結合タンパク質を回収する回収工程を更に含む、上記(1)又は(2)に記載の製造方法;
(4)前記結合タンパク質が、免疫グロブリンFcドメインである、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法;
(5)前記結合パートナータンパク質がStaphylococcus aureus由来のタンパク質AのZZドメインである、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法;
(6)前記ジスルフィド結合したタンパク質が単鎖可変フラグメント(scFv)である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の製造方法;及び
(7)前記磁性細菌粒子へ結合又は一体化され得るタンパク質が、Magnetospillum magneticum由来のMms13である、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の製造方法
である。
Furthermore, a preferred embodiment of the present invention is
(3) The method according to the above (1) or (2), further comprising a recovery step of recovering the disulfide bond protein from the complex;
(4) The method according to any one of the above (1) to (3), wherein the binding protein is an immunoglobulin Fc domain;
(5) The method according to any one of the above (1) to (4), wherein the binding partner protein is a ZZ domain of protein A derived from Staphylococcus aureus ;
(6) The method according to any one of (1) to (5) above, wherein the disulfide-linked protein is a single chain variable fragment (scFv); and (7) bound or integrated to the magnetic bacterial particle It is a manufacturing method in any one of said (1)-(7) whose protein to be obtained is Mms13 derived from Magnetospillum magneticum .

先述の通り、タンパク質−磁性粒子複合体の用途の拡大に伴い、多機能化及び高機能化が求められており、様々な機能性分子で磁性粒子を修飾する試みがなされている。例えば、in vivoでのオルガネラへの機能性タンパク質の固定化において、ペプチドリンカーを介して複数のタンパク質を融合し単一の融合タンパク質として発現することで、複数のタンパク質を固定化する方法がある。しかし、構造の複雑なタンパク質の融合や、複数のタンパク質の融合によって、凝集塊の形成、ミスフォールディング及びプロテアーゼによる分解が誘発される可能性がある。それ故、上記のような問題を伴うことなく、複数の機能性タンパク質を効率的にオルガネラへ固定化する技術が求められていた。   As described above, with the expansion of applications of protein-magnetic particle complexes, multifunctionalization and functionalization are required, and attempts are made to modify magnetic particles with various functional molecules. For example, in immobilizing a functional protein to organelle in vivo, there is a method of immobilizing a plurality of proteins by fusing a plurality of proteins via a peptide linker and expressing it as a single fusion protein. However, fusion of proteins with complex structures and fusion of multiple proteins may induce aggregate formation, misfolding and degradation by proteases. Therefore, there is a need for a technique for efficiently immobilizing a plurality of functional proteins on organelles without the problems as described above.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、タンパク質発現ホストに前記磁性細菌Magnetospirillum magneticum AMB−1を用い、in vivoで複数の目的タンパク質をBacMPs上に固定化する技術を確立した。この手法によれば、足場タンパク質をBacMPs上に局在させると同時に、複数の目的タンパク質をそれぞれ、該足場タンパク質(結合パートナータンパク質)に結合可能なタグタンパク質(結合タンパク質)と融合した融合タンパク質として共発現させることで、複数の目的タンパク質をBacMPs上に固定化することができる。該手法は、複数の目的タンパク質と、足場タンパク質とをin vivoでドッキングさせることにより複合体を形成するため、本明細書では「in vivo docking法」と称する。 As a result of intensive studies, the present inventors have established a technique for immobilizing a plurality of target proteins on BacMPs in vivo, using the magnetic bacterium Magnetospirillum magneticum AMB-1 as a protein expression host. According to this method, while the scaffold protein is localized on BacMPs, a plurality of target proteins are co-expressed as a fusion protein fused with a tag protein (binding protein) capable of binding to the scaffold protein (binding partner protein). By expressing, a plurality of target proteins can be immobilized on BacMPs. This method is referred to herein as the “in vivo docking method” because it forms a complex by docking a plurality of target proteins with a scaffold protein in vivo.

即ち、本発明の第2の側面は、
(8)磁性粒子と;
磁性粒子に結合又は一体化され得るタンパク質に融合し、且つ、第1の結合パートナータンパク質と第2の結合パートナータンパク質とを含んだ足場タンパク質と;
第1の結合タンパク質と、該第1の結合タンパク質に融合した第1の目的タンパク質とを含んだ第1の融合タンパク質と;
第2の結合タンパク質と、該第2の結合タンパク質に融合した第2の目的タンパク質とを含んだ第2の融合タンパク質と;
を含んだ、タンパク質と磁性粒子との複合体であって、
前記第1の目的タンパク質は、前記第1の結合タンパク質と前記第1の結合パートナータンパク質との結合を介して前記磁性粒子上に固定化され、
前記第2の目的タンパク質は、前記第2の結合タンパク質と前記第2の結合パートナータンパク質との結合を介して前記磁性粒子上に固定化されている、複合体。
That is, the second aspect of the present invention is
(8) with magnetic particles;
A scaffold protein fused to the protein that can be bound or integrated to the magnetic particle and comprising a first binding partner protein and a second binding partner protein;
A first fusion protein comprising a first binding protein and a first protein of interest fused to the first binding protein;
A second fusion protein comprising a second binding protein and a second protein of interest fused to said second binding protein;
A complex of protein and magnetic particles,
The first target protein is immobilized on the magnetic particle via binding of the first binding protein to the first binding partner protein.
The complex, wherein the second target protein is immobilized on the magnetic particle through the binding of the second binding protein and the second binding partner protein.

ここで、「第1の結合タンパク質」及び「第1の結合パートナータンパク質」は、親和力によって互いに結合を形成することができ、「第2の結合タンパク質」及び「第2の結合パートナータンパク質」も同様の関係を有する。   Here, the “first binding protein” and the “first binding partner protein” can form a bond with each other by affinity, and the “second binding protein” and the “second binding partner protein” are also the same. Have a relationship of

また、本発明の好ましい態様は、
(9)前記第1の目的タンパク質及び前記第2の目的タンパク質のうち一方のタンパク質の機能が、他方のタンパク質の存在により発現する、上記(8)に記載の複合体である。
Also, a preferred embodiment of the present invention is
(9) The complex according to (8), wherein the function of one of the first target protein and the second target protein is expressed by the presence of the other protein.

また、本発明の別の側面は、
(10)グラム陰性磁性細菌における、複数タンパク質と磁性粒子との複合体の製造方法であって、
(i)前記細菌中で、
(a)第1の結合タンパク質と該第1の結合タンパク質に融合した第1の目的タンパク質とを含んだ第1の融合タンパク質、
(b)第2の結合タンパク質と該第2の結合タンパク質に融合した第2の目的タンパク質とを含んだ第2の融合タンパク質、及び
(c)磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質に融合し、且つ、第1の結合パートナータンパク質と第2の結合パートナータンパク質とを含んだ足場タンパク質を共発現させる共発現工程と;
(ii)前記第1及び第2の目的タンパク質、並びに、前記足場タンパク質を生産するのに充分な条件下で前記工程(i)の細菌を培養する培養工程であって、前記第1及び第2の目的タンパク質と該磁性細菌粒子との複合体が形成される工程と;
を含む、製造方法である。
本発明の好ましい態様は、
(11)(iii)前記工程(ii)の細菌の細胞膜を破壊する細胞膜破壊工程と;
(iv)前記工程(ii)で形成された前記複合体を、前記工程(iii)で破壊された細胞から単離する単離工程と;
を更に含む、(10)に記載の製造方法である。
Also, another aspect of the present invention is
(10) A method for producing a complex of a plurality of proteins and magnetic particles in a gram negative magnetic bacterium,
(I) in the bacteria,
(A) a first fusion protein comprising a first binding protein and a first target protein fused to the first binding protein,
(B) a second fusion protein comprising a second binding protein and a second protein of interest fused to the second binding protein, and (c) a fusion to a protein that can be bound or integrated to a magnetic bacterial particle And co-expressing a scaffold protein comprising a first binding partner protein and a second binding partner protein;
(Ii) a culture step of culturing the bacteria of the step (i) under conditions sufficient to produce the first and second target proteins and the scaffold protein, the culture step comprising the first and second steps Forming a complex of the target protein of the present invention and the magnetic bacterial particle;
Manufacturing method.
The preferred embodiment of the present invention is
(11) (iii) a cell membrane disrupting step of disrupting the bacterial cell membrane of the step (ii);
(Iv) isolating the complex formed in the step (ii) from the cells disrupted in the step (iii);
The method according to (10), further comprising

本発明によれば、新規且つ有用なタンパク質−磁性粒子複合体が提供される。また、煩雑な操作を必要とすることなく該複合体を製造する方法も提供される。   According to the present invention, novel and useful protein-magnetic particle complexes are provided. There is also provided a method of producing the complex without the need for complicated operations.

本発明の一態様に係るIn vitro docking法を示す。(A)目的のジスルフィド結合タンパク質はペリプラズムに移動し、一方、結合タンパク質は細胞質のBacMPs上に発現する。ジスルフィド結合タンパク質は、細胞溶解液からBacMPsを磁気的に分離する間に、BacMPs上の結合タンパク質にドッキングする。(B)発現ベクター。ここで示される融合遺伝子の全てが、M.Magneticum AMB−1由来のmms16プロモーターの下で発現される。2 shows an in vitro docking method according to an aspect of the present invention. (A) Disulfide bond proteins of interest migrate to the periplasm, while the binding proteins are expressed on cytoplasmic BacMPs. Disulfide linked proteins dock to bound proteins on BacMPs while magnetically separating BacMPs from cell lysates. (B) Expression vector. All fusion genes represented here, M. It is expressed under the mms 16 promoter from Magneticum AMB-1. IgG結合アッセイを示す。細胞溶解前にアルカリホスファターゼ(AP)結合donkey IgGをMms13ZZ形質転換体又はM.Magneticum AMB−1野生型に添加した。BacMPsを抽出し、IgG−APのMms13−ZZへの結合を化学発光により検出した。IgG binding assay is shown. Alkaline phosphatase prior to cell lysis (AP) coupled donkey IgG and Mms13ZZ transformant or M. Added to Magneticum AMB-1 wild type. BacMPs were extracted and binding of IgG-AP to Mms13-ZZ was detected by chemiluminescence. ZZ−BacMPs上へのscFv−Fc結合の経時変化を示す。BacMPsを、細胞破壊の0、10、30及び60分後に細胞の溶解液から磁気的に回収した。その後、マウス抗FLAG抗体及びdonkey抗マウスIgG−APを使用して、BacMPsから抽出した膜タンパク質をウェスタンブロットに供した。The time course of scFv-Fc binding on ZZ-BacMPs is shown. BacMPs were magnetically recovered from cell lysates at 0, 10, 30 and 60 minutes after cell disruption. Subsequently, membrane proteins extracted from BacMPs were subjected to Western blot using mouse anti-FLAG antibody and donkey anti-mouse IgG-AP. 還元条件((A))及び非還元条件((B)及び(C))下で調製されたMms13−ZZ、Mms13−scFv及びscFv−Fcのウェスタンブロット分析を示す。(A)及び(B):scFv融合タンパク質を抗FLAG IgG−APによって、Mms13−ZZをdonkey抗マウスIgG−APによって検出した。(C):Mms13−ZZ及びscFv融合タンパク質を、ウサギ抗ヒトλ軽鎖ポリクローナル抗体とAP結合抗ウサギIgGとによって検出した。「Mms13−ZZ」は、pUM13ZZに含まれる形質転換体由来のBacMPs膜タンパク質;「Mms13−ZZ+scFv−Fc」は、pUM13ZZ/scFvFcに含まれる形質転換体由来のBacMPs膜タンパク質;「Mms13−scFv」は、pUM13scFvに含まれる形質転換体由来のBacMPs膜タンパク質を示す。FIG. 7 shows Western blot analysis of Mms13-ZZ, Mms13-scFv and scFv-Fc prepared under reducing conditions ((A)) and non-reducing conditions ((B) and (C)). (A) and (B): scFv fusion proteins were detected by anti-FLAG IgG-AP and Mms13-ZZ by donkey anti-mouse IgG-AP. (C): Mms 13-ZZ and scFv fusion proteins were detected by rabbit anti-human λ light chain polyclonal antibody and AP conjugated anti-rabbit IgG. “Mms13-ZZ” is a BacMPs membrane protein derived from a transformant contained in pUM13ZZ; “Mms13-ZZ + scFv-Fc” is a BacMPs membrane protein derived from a transformant contained in pUM13ZZ / scFvF; “Mms13-scFv” is The BacMPs membrane protein derived from the transformant contained in pUM13 scFv is shown. BacMPs上でのβ−ガラクトシダーゼ結合アッセイを示す。「ZZ」は、pUM13ZZに含まれる形質転換体から抽出されたBacMPs;「scFv」は、pUM13scFvに含まれる形質転換体から抽出されたBacMPs;「ZZ+scFv−Fc」は、pUM13ZZ/scFvFcに含まれる形質転換体から抽出されたBacMPsを示す。Figure 3 shows [beta] -galactosidase binding assay on BacMPs. “ZZ” is BacMPs extracted from transformants contained in pUM13ZZ; “scFv” is BacMPs extracted from transformants contained in pUM13 scFv; “ZZ + scFv-Fc” is a trait contained in pUM13ZZ / scFvc BacMPs extracted from transformants are shown. M.magneticum AMB−1 DsbAタンパク質のin silico解析を示す。ClustalW 2.1を用いて、M.magneticum AMB−1由来のDsbAと大腸菌由来のものとを比較した。陰影は、確認された配列モチーフを示す。 M. Figure 2 shows in silico analysis of magneticum AMB-1 DsbA protein. C. using ClustalW 2.1 . DsbA derived from magneticum AMB-1 was compared with that derived from E. coli. Shades indicate confirmed sequence motifs. M.magneticum AMB−1 DsbBタンパク質のin silico解析を示す。ClustalW 2.1を用いて、M.magneticum AMB−1由来のDsbBと大腸菌由来のものとを比較した。濃い陰影は、確認された配列モチーフを、薄い陰影は予測された配列モチーフを示す。 M. Figure 2 shows in silico analysis of magneticum AMB-1 DsbB protein. C. using ClustalW 2.1 . DsbB derived from magneticum AMB-1 was compared with that derived from E. coli. Dark shading indicates a confirmed sequence motif and light shading indicates a predicted sequence motif. M.magneticum AMB−1 DsbCタンパク質のin silico解析を示す。ClustalW 2.1を用いて、M.magneticum AMB−1由来のDsbCと大腸菌由来のものとを比較した。濃い陰影は、確認された配列モチーフを、薄い陰影は予測された配列モチーフを示す。 M. FIG . 16 shows in silico analysis of magneticum AMB-1 DsbC protein. C. using ClustalW 2.1 . DsbC derived from magneticum AMB-1 was compared with that derived from E. coli. Dark shading indicates a confirmed sequence motif and light shading indicates a predicted sequence motif. M.magneticum AMB−1 DsbDタンパク質のin silico解析を示す。ClustalW 2.1を用いて、M.magneticum AMB−1由来のDsbDと大腸菌由来のものとを比較した。濃い陰影は、確認された配列モチーフを、薄い陰影は予測された配列モチーフを示す。 M. FIG . 7 shows in silico analysis of magneticum AMB-1 DsbD protein. C. using ClustalW 2.1 . DsbD derived from magneticum AMB-1 was compared with that derived from E. coli. Dark shading indicates a confirmed sequence motif and light shading indicates a predicted sequence motif. M.magneticum AMB−1 DsbGタンパク質のin silico解析を示す。ClustalW 2.1を用いて、M.magneticum AMB−1由来のDsbGと大腸菌由来のものとを比較した。濃い陰影は、確認された配列モチーフを、薄い陰影は予測された配列モチーフを示す。 M. FIG . 7 shows in silico analysis of magneticum AMB-1 DsbG protein. C. using ClustalW 2.1 . DsbG derived from magneticum AMB-1 was compared with that derived from E. coli. Dark shading indicates a confirmed sequence motif and light shading indicates a predicted sequence motif. 本発明の一態様に係るin vivo docking法を示す。(A)は、in vivo dockingに用いた発現ベクターの概略図を示し、(B)は、Mms13−miniscaffoldin、GFP−DocC及びmCherry−DocRを示す。2 shows an in vivo docking method according to an aspect of the present invention. (A) shows the schematic of the expression vector used for in vivo docking, (B) shows Mms13-miniscaffoldin, GFP-DocC and mCherry-DocR. Mms13−miniscaffolidinの発現及び局在化分析を示す。(A)はBacMPsの膜画分のウェスタンブロッティングを、(B)は抗体結合アッセイを示す。レーン1、レーン2及びレーン3はそれぞれ、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体、pUMtetDocを保持する形質転換体及び野生型を示す。FIG. 7 shows expression and localization analysis of Mms13-miniscaffollidin. (A) shows the western blotting of the membrane fraction of BacMPs, (B) shows the antibody binding assay. Lane 1, lane 2 and lane 3 show a transformant carrying pUMtetDoc-M13miniscaf, a transformant carrying pUMtetDoc and a wild type, respectively. ウェスタンブロッティングによる全細胞抽出物の発現分析を示す。(A)は抗GFP抗体によって、(B)は抗mCherry抗体によって検出した。レーン1、レーン2及びレーン3はそれぞれ、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体、pUMtetDocを保持する形質転換体及び野生型を示す。Figure 5 shows expression analysis of whole cell extract by western blotting. (A) was detected by anti-GFP antibody and (B) by anti-mCherry antibody. Lane 1, lane 2 and lane 3 show a transformant carrying pUMtetDoc-M13miniscaf, a transformant carrying pUMtetDoc and a wild type, respectively. BacMPs表面への抗体結合アッセイを示す。(A)は抗GFP抗体によって、(B)は抗mCherry抗体によって検出した。レーン1、レーン2及びレーン3はそれぞれ、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体由来のBacMPs、pUMtetDocを保持する形質転換体由来のBacMPs及び野生型由来のBacMPsを示す。Figure 12 shows antibody binding assay to BacMPs surface. (A) was detected by anti-GFP antibody and (B) by anti-mCherry antibody. Lane 1, lane 2 and lane 3 show BacMPs derived from a transformant carrying pUMtetDoc-M13miniscaf, BacMPs derived from a transformant carrying pUMtetDoc and BacMPs derived from a wild type, respectively. BacMPsの膜画分のウェスタンブロッティングを示す。(A)は抗GFP抗体によって、(B)は抗mCherry抗体によって検出した。レーン1及び2はそれぞれ、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体由来のBacMPsの膜画分、及び、野生型由来のBacMPsの膜画分を示す。The western blotting of the membrane fraction of BacMPs is shown. (A) was detected by anti-GFP antibody and (B) by anti-mCherry antibody. Lanes 1 and 2 show the membrane fraction of BacMPs derived from a transformant carrying pUMtetDoc-M13miniscaf and the membrane fraction of BacMPs derived from wild type, respectively. 上から順に、(A)〜(C)はそれぞれ、野生型、pUMtetDocを保持する形質転換体、及び、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体の蛍光画像を示す。In order from the top, (A) to (C) show fluorescence images of a wild type, a transformant carrying pUMtetDoc, and a transformant carrying pUMtetDoc-M13 miniscaf, respectively. 本発明の一態様に係るIn vivo docking法を示す。(A)はin vivo dockingに用いた発現ベクターの概略図を示し、(B)は、Mms13−miniscaffoldin、eMHC−DocC及びDM−DocRを示す。2 shows an in vivo docking method according to an aspect of the present invention. (A) shows the schematic of the expression vector used for in vivo docking, (B) shows Mms13-miniscaffoldin, eMHC-DocC and DM-DocR.

以下、本発明についてより詳細に説明する。
<1>In vitro dockingによるタンパク質−磁性粒子複合体の創製
本発明の第1の側面は、グラム陰性磁性細菌において、ジスルフィド結合タンパク質と磁性粒子との複合体を製造する方法に関する。即ち、該製造方法では、グラム陰性磁性細菌を使用し、磁性粒子と、該磁性粒子上に固定化されたジスルフィド結合タンパク質とを含んだ、組み換えタンパク質−磁性粒子複合体を製造する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<1> Creation of Protein-Magnetic Particle Complex by In Vitro Docking A first aspect of the present invention relates to a method for producing a complex of a disulfide bond protein and a magnetic particle in a gram negative magnetic bacterium. That is, in the production method, gram-negative magnetic bacteria are used to produce a recombinant protein-magnetic particle complex, which comprises magnetic particles and a disulfide-linked protein immobilized on the magnetic particles.

一般に、グラム陰性細菌の細胞質内は還元的環境である。そのため、ジスルフィド結合(以下、「S−S結合」ともいう)が構造形成に影響する外来タンパク質、例えば、抗体分子などを、細胞質内に存在する磁性細菌粒子上に発現させるとS−S結合を形成しない。一方、グラム陰性細菌のペリプラズムは酸化的環境であるため、S−S結合を含むタンパク質の発現に適している。そこで、該製造方法では、ジスルフィド結合タンパク質の発現をペリプラズムに誘導し、BacMPsの産生を細胞質にて行う。
グラム陰性磁性細菌としてはMagnetospirillum magneticum(M.magneticum) AMB−1を使用することができる。M.magneticum AMB−1は、鎖状に配列したナノサイズのBacMPsを細胞質で合成する。BacMPsは、脂質二重膜と、該脂質二重膜に囲まれた純粋なマグネタイト(直径50〜100nm)とを含み、強力なフェリ磁性を示す。同様なマグネタイトを生成する他のグラム陰性菌株も、本発明において使用可能である。
In general, the cytoplasm of Gram-negative bacteria is a reducing environment. Therefore, when a foreign protein whose disulfide bond (hereinafter, also referred to as "S-S bond") influences structure formation, such as an antibody molecule, is expressed on magnetic bacterial particles present in the cytoplasm, the S-S bond is Do not form. On the other hand, since the periplasm of gram negative bacteria is an oxidative environment, it is suitable for expression of a protein containing S-S bond. Therefore, in the production method, the expression of a disulfide bond protein is induced to the periplasm and the production of BacMPs is performed in the cytoplasm.
As Gram-negative magnetic bacteria, Magnetospirillum magneticum (M. magneticum) AMB-1 can be used. M. magneticum AMB-1 cytoplasmically synthesizes nanosized BacMPs arranged in a chain. BacMPs contain a lipid bilayer membrane and pure magnetite (50 to 100 nm in diameter) surrounded by the lipid bilayer membrane and show strong ferrimagnetism. Other gram negative strains that produce similar magnetite can also be used in the present invention.

該製造方法は、以下で説明する工程(i)〜(iii)を含む。
(i)共発現工程
本工程では、グラム陰性細菌中で、(a)結合タンパク質に融合したジスルフィド結合タンパク質を含んだ第1の融合タンパク質と、(b)磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質に融合した結合パートナータンパク質を含んだ第2の融合タンパク質とを共発現させる。
The production method includes the steps (i) to (iii) described below.
(I) Co-expression step In this step, in Gram-negative bacteria, (a) a first fusion protein comprising a disulfide-linked protein fused to a binding protein, and (b) bound or integrated to a magnetic bacterial particle It is coexpressed with a second fusion protein comprising the binding partner protein fused to the protein.

ジスルフィド結合タンパク質としては、例えば、図1(A)に示すscFv(単鎖抗体(single chain variable fragment))が挙げられる。scFvは、一般的に入手が容易であり、Fc融合scFvは、ヒンジ領域間でのジスルフィド結合とCH3領域間での相互作用によって抗体様の二量化構造を形成し、二価の結合の親和性効果を提供する。また、大腸菌の細胞質における溶解性とin vivoフォールディングとを改善する。
単一ドメインの抗体フラグメント(sdAb、VHH又はナノボディという)を細胞質においてBacMPs上で機能的に発現させる代替的なアプローチが報告されている。sdAbは、その厳密な折り畳み及び安定性のため、体内への適用に適しているが、それらはラクダ科の動物又はサメの免疫によって調製されるため、有用性が限定される。それに対し、scFvは一般に入手可能であり、抗体様の二量化構造を形成するため、抗体及び磁性粒子錯体の開発の可能性を拡張することが予想される。
ジスルフィド結合タンパク質は、図1に示すscFvに限定されず、IgG及びIgM等の免疫グロブリン(抗体)や、これらが特異的に認識する抗原のうち細菌やウイルス等の表面抗原、インターロイキン類及びケモカイン類等の各種サイトカイン、EGF及びTG等の各種増殖因子、それらの受容体、それらの断片、並びに、それらの変異体を使用することができる。
Examples of the disulfide bond protein include scFv (single chain variable fragment) shown in FIG. 1 (A). The scFv is generally readily available, and the Fc-fusion scFv forms an antibody-like dimerization structure by the interaction between the disulfide bond between the hinge region and the CH3 region, and has an affinity of bivalent binding Provide an effect. It also improves the solubility and in vivo folding in the cytoplasm of E. coli.
An alternative approach has been reported to functionally express single domain antibody fragments (referred to as sdAbs, VHHs or Nanobodies) on BacMPs in the cytoplasm. Although sdAbs are suitable for internal application due to their tight folding and stability, they have limited utility because they are prepared by camelid or shark immunity. In contrast, scFv are commonly available and are expected to expand the development possibilities of antibody and magnetic particle complexes as they form antibody-like dimerization structures.
The disulfide bond protein is not limited to the scFv shown in FIG. 1, and immunoglobulins (antibodies) such as IgG and IgM, surface antigens such as bacteria and viruses among antigens which they specifically recognize, interleukins and chemokines And the like, various growth factors such as EGF and TG, their receptors, their fragments, and their variants can be used.

ジスルフィド結合タンパク質には、結合タンパク質が融合される。
図1に示す例では、結合タンパク質として免疫グロブリンFcドメイン(Fc)が用いられているが、結合タンパク質はこれに限定されず、Strep−tag、p53、p16、E2F、それらの断片及びそれらの変異体を使用することができる。
結合タンパク質は、結合パートナータンパク質と結合親和性を有する。結合パートナータンパク質は図1ではZZ(Staphylococcus aureus由来のタンパク質AのZZドメイン)である。
結合パートナータンパク質としては、該ZZドメインに限られず、Streptavidin、MDM2、Cyclin D、DP、それらの断片及びそれらの変異体を使用することができる。
The disulfide bond protein is fused to the binding protein.
In the example shown in FIG. 1, an immunoglobulin Fc domain (Fc) is used as a binding protein, but the binding protein is not limited thereto, and Strep-tag, p53, p16, E2F, fragments thereof and mutations thereof You can use the body.
Binding proteins have binding affinity with binding partner proteins. The binding partner protein is ZZ (ZZ domain of protein A from Staphylococcus aureus ) in FIG.
The binding partner protein is not limited to the ZZ domain, and Streptavidin, MDM2, Cyclin D, DP, their fragments and variants thereof can be used.

結合タンパク質と結合パートナータンパク質との適切な組み合わせを選択することにより、これらの相互作用によって目的のジスルフィド結合タンパク質をBacMPs上に効率的に固定化することができる。
例えば、K値が10−12〜10−6の範囲にある組み合わせを使用することができる。具体的には、結合タンパク質と結合パートナータンパク質との組み合わせとしてStrep−tagとStreptavidinとの組み合わせ、p53とMDM2との組み合わせ、p16及びCyclin Dとの組み合わせ、E2FとDPとの組み合わせが挙げられる。なお、望むならば、結合タンパク質と結合パートナータンパク質とが相互に入れ替え可能であることを当業者は容易に理解するであろう。
By selecting an appropriate combination of the binding protein and the binding partner protein, these interactions allow the disulfide bond protein of interest to be efficiently immobilized on BacMPs.
For example, combinations having K D values in the range of 10 −12 to 10 −6 can be used. Specifically, a combination of Strep-tag and Streptavidin, a combination of p53 and MDM2, a combination of p16 and Cyclin D, and a combination of E2F and DP can be mentioned as a combination of a binding protein and a binding partner protein. One skilled in the art will readily appreciate that, if desired, the binding protein and the binding partner protein can be interchanged with one another.

磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質としては、図1(A)に示すMagnetospillum magneticum由来のMms13が挙げられる。Mms13タンパク質は、マグネタイトの表面上の脂質二重膜と一体化しており、BacMPsのマグネタイトと強固に結合することができる。
磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質としては、Mms13以外にも、Mms13と同様にアンカータンパク質であるMms16及びMms24や、マグネタイト形成に関与するMms5、Mms6及びMms7や、鉄イオン輸送タンパク質MagAが挙げられる。
Examples of proteins that can be bound or integrated to magnetic bacterial particles include Mms13 derived from Magnetospillum magneticum shown in FIG. 1 (A). Mms13 protein is integrated with lipid bilayers on the surface of magnetite and can bind tightly to magnetite of BacMPs.
As proteins that can be bound or integrated to magnetic bacterial particles, in addition to Mms13, anchor proteins Mms16 and Mms24 like Mms13, Mms5, Mms6 and Mms7 involved in magnetite formation, and iron ion transport protein MagA It can be mentioned.

該工程(i)では、第1の融合タンパク質(図1では、scFv−Fc)の発現が前記細菌のペリプラズムへと誘導され、第2の融合タンパク質(図1では、ZZ−Mms13)の発現が前記細菌の細胞質へと誘導される。そのため、第1の融合タンパク質に含まれるジスルフィド結合タンパク質は、ペリプラズムの酸化的環境下でジスルフィド結合を形成し、折り畳まれる。その結果、以下で説明する工程(iii)で形成される複合体において、ジスルフィド結合タンパク質は、その機能を維持した状態で磁性粒子上に固定化される。   In the step (i), the expression of the first fusion protein (in FIG. 1, scFv-Fc) is induced to the periplasm of the bacteria, and the expression of the second fusion protein (in FIG. 1, ZZ-Mms13) is It is induced to the cytoplasm of the bacteria. Therefore, the disulfide bond protein contained in the first fusion protein forms a disulfide bond in the oxidative environment of periplasm and is folded. As a result, in the complex formed in step (iii) described below, the disulfide bond protein is immobilized on the magnetic particles while maintaining its function.

前記第1の融合タンパク質の発現のペリプラズムへの誘導は、該タンパク質のN末端に付加されるシグナルペプチドにより行われる。該シグナルペプチドとしては、例えば、図1に示す大腸菌DsbC由来のものを使用することができる。内在性のDsbCは、in vitro docking法が成立する上で効率的にペリプラズムに移行すべきタンパク質であり、また、将来的な全長DsbCとの融合も想定し得るという利点がある。勿論、タンパク質の発現をペリプラズムに誘導できる他の公知のシグナルペプチドも本発明に利用可能である。そのようなシグナルペプチドとしては、大腸菌のDsbA、OmpA、PhoA、MdoD及びTorA由来のもの、Erwinia carotovoraのPelB由来のもの、並びに、M13ファージのpIII由来ものなどが挙げられる。 Induction of the expression of the first fusion protein into the periplasm is performed by a signal peptide added to the N-terminus of the protein. As the signal peptide, for example, those from E. coli DsbC shown in FIG. 1 can be used. Endogenous DsbC is a protein that should be efficiently transferred to the periplasm for establishment of in vitro docking method, and there is an advantage that fusion with future full-length DsbC can also be envisioned. Of course, other known signal peptides capable of inducing protein expression into the periplasm can also be used in the present invention. Such signal peptides include those derived from DsbA, OmpA, PhoA, MdoD and TorA of E. coli, those derived from PelB of Erwinia carotovora , those derived from pIII of M13 phage, and the like.

(ii)培養工程
本工程では、前記第1及び第2の融合タンパク質、並びに、前記足場タンパク質を生産するのに充分な条件下で前記工程(i)の細菌を培養する。ここで、融合タンパク質を生産するのに充分な条件とは、例えば、温度25〜29℃、pH6.0〜7.5、微好気条件において、Magnetic spirillum growth medium(MSGM)培地を用いて3〜7日間培養を行う培養条件である。
(Ii) Culture Step In this step, the bacteria of the step (i) are cultured under conditions sufficient to produce the first and second fusion proteins and the scaffold protein. Here, conditions sufficient for producing a fusion protein are, for example, temperature 25 to 29 ° C., pH 6.0 to 7.5, microaerobic conditions, using Magnetic spirillum growth medium (MSGM) medium 3 It is culture conditions which culture | cultivate for-7 days.

(iii)細胞膜破壊工程
本工程では、前記工程(ii)の細菌の細胞膜を破壊する。そしてこの工程により、ジスルフィド結合タンパク質と磁性細菌粒子との複合体が形成される。
即ち、細胞膜が破壊されることによって結合タンパク質と結合パートナータンパク質との相互作用が可能となり、ジスルフィド結合タンパク質が磁性細菌粒子上に捕捉され、ジスルフィド結合タンパク質とBacMPsとの複合体が形成される。
前記細菌の細胞膜の破壊は、当該分野で周知の方法を単独でまたは組み合わせて行ってもよい。例えば、リゾチーム等により細胞壁を破壊した時に、Triton X−100、Tween 20、Briji 35等の非イオン性界面活性剤、CHAPS、Zwittergent 3−12等の両イオン性界面活性剤、又は、SDSやN−lauroyl sarcosine等の陰イオン性界面活性剤などを添加することが好ましい。なお、本工程中、ジスルフィド結合タンパク質等の分解を防止するために、PMSFなどのプロテアーゼ阻害剤を存在させることも望ましい。
(Iii) Cell membrane destruction step In this step, the cell membrane of the bacteria of the step (ii) is destroyed. And this step forms a complex of the disulfide bond protein and the magnetic bacterial particle.
That is, disruption of the cell membrane enables interaction between the binding protein and the binding partner protein, and the disulfide bond protein is trapped on the magnetic bacterial particle, and a complex of the disulfide bond protein and BacMPs is formed.
The disruption of the cell membrane of said bacteria may be performed alone or in combination with methods known in the art. For example, when the cell wall is broken with lysozyme etc., nonionic surfactants such as Triton X-100, Tween 20, Briji 35 etc., zwitterionic surfactants such as CHAPS, Zwittergent 3-12 etc, or SDS or N It is preferable to add an anionic surfactant such as lauroyl sarcosine. In addition, in this step, in order to prevent decomposition of a disulfide bond protein or the like, it is also desirable to have a protease inhibitor such as PMSF.

(iv)単離工程
本発明の製造方法は、更に、前記工程(iii)で形成された、ジスルフィド結合タンパク質とBacMPsとの複合体を、前記破壊された細胞から単離する単離工程(iv)を含んでいても良い。
(Iv) Isolation step The production method of the present invention further comprises the isolation step of isolating the complex of disulfide bond protein and BacMPs formed in the step (iii) from the disrupted cells (iv ) May be included.

前記複合体を単離する方法は、特に限定されず、当該分野で周知の方法であってよい。ジスルフィド結合タンパク質の単離は例えば、磁気を利用してBacMPsを回収することにより行われる。磁気を利用した回収には、columnar neodymium−boron(Nd−B)磁石等の磁石が使用される。   The method of isolating the complex is not particularly limited, and may be a method known in the art. The isolation of disulfide bond proteins is performed, for example, by recovering BacMPs using magnetism. For recovery using magnetism, magnets such as columnar neodymium-boron (Nd-B) magnets are used.

前記複合体の単離は、細胞が完全に可溶化してから直ちに行ってもよいが、好ましくは10分以上経過した後に行われ得る。このタイミングであれば、第1の融合タンパク質と第2の融合タンパク質との相互作用により、目的のジスルフィド結合タンパク質が完全にBacMPs上に補足されているため、良好な収率で前記複合体を単離することができる。   The isolation of the complex may be performed immediately after complete solubilization of the cells, but may be performed preferably after 10 minutes or more. At this timing, since the desired disulfide bond protein is completely captured on BacMPs by the interaction between the first fusion protein and the second fusion protein, the complex is isolated in a good yield. It can be released.

本発明の別の態様は、ジスルフィド結合タンパク質の製造方法に関する。
該製造方法は、前記工程(i)〜(iii)に加え、更に、前記複合体から前記ジスルフィド結合タンパク質を回収する回収工程を含む。
例えば、pH2〜4の酸性緩衝液、pH10〜12のアルカリ性緩衝液、3M以上の高イオン強度緩衝液、結合タンパク質もしくは結合パートナータンパク質に対する特異的競合ペプチド等を用いて、前記複合体から前記ジスルフィド結合タンパク質を回収することができる。
Another aspect of the invention relates to a method of producing a disulfide linked protein.
The production method further includes a recovery step of recovering the disulfide-linked protein from the complex in addition to the steps (i) to (iii).
For example, the disulfide bond from the complex using an acidic buffer of pH 2 to 4, an alkaline buffer of pH 10 to 12, a high ionic strength buffer of 3 M or more, a specific protein for binding protein or binding partner protein, etc. Protein can be recovered.

次いで、前記製造方法で使用されるベクター及び該ベクターを含んだ形質転換体について説明する。
前記製造方法では、前記工程(ii)において、通常はベクターを導入した形質転換体が培養される。従って、本発明の範囲には、タンパク質−磁性粒子複合体の製造に使用されるベクター及び該ベクターを含んだ形質転換体も含まれる。
Next, the vector used in the above-mentioned production method and the transformant containing the vector will be described.
In the production method, in the step (ii), a transformant into which a vector has been introduced is usually cultured. Therefore, the scope of the present invention also includes a vector used for producing a protein-magnetic particle complex and a transformant containing the vector.

本発明の一態様に係るベクターは、第1の融合タンパク質をコードする遺伝子と;第2の融合タンパク質をコードする遺伝子と;該第1の融合タンパク質をコードする遺伝子に連結されたシグナル配列とを含む。
ここで、第1の融合タンパク質をコードする遺伝子は、結合タンパク質をコードする遺伝子とジスルフィド結合タンパク質をコードする遺伝子とを融合したものであり、第2の融合タンパク質をコードする遺伝子は、BacMPsに結合又は一体化され得るタンパク質をコードする遺伝子と結合パートナータンパク質をコードする遺伝子とを融合したものである。
A vector according to one aspect of the present invention comprises a gene encoding a first fusion protein; a gene encoding a second fusion protein; and a signal sequence linked to a gene encoding the first fusion protein. Including.
Here, the gene encoding the first fusion protein is a fusion of the gene encoding the binding protein and the gene encoding the disulfide bond protein, and the gene encoding the second fusion protein is linked to BacMPs Alternatively, it is a fusion of a gene encoding a protein that can be integrated with a gene encoding a binding partner protein.

シグナル配列は、ジスルフィド結合タンパク質を含んだ第1の融合タンパク質を、酸化的環境であるペリプラズムへと誘導するため、分子内でジスルフィド結合が形成される。これによって、ジスルフィド結合タンパク質が機能を保持した状態で、タンパク質−磁性粒子複合体を得ることができる。   A signal sequence forms a disulfide bond in the molecule in order to guide the first fusion protein containing the disulfide bond protein to the oxidative environment, periplasm. Thus, a protein-magnetic particle complex can be obtained while the disulfide bond protein retains its function.

本発明のベクターの一例が、図1(B)の(c)に示される。図1(B)の(c)に示す例において、第1の融合タンパク質をコードする遺伝子は「scFv−Fc」、第2の融合タンパク質をコードする遺伝子は「mms13−ZZ」、シグナル配列は、「dsbC」である。ただし、シグナル配列に連結した第1の融合タンパク質をコードする遺伝子と、第2の融合タンパク質をコードする遺伝子とは、それぞれ別のベクターに組み込まれて宿主細胞を形質転換してもよい。   An example of the vector of the present invention is shown in (c) of FIG. 1 (B). In the example shown in (c) of FIG. 1 (B), the gene encoding the first fusion protein is “scFv-Fc”, the gene encoding the second fusion protein is “mms13-ZZ”, and the signal sequence is It is "dsbC". However, the gene encoding the first fusion protein linked to the signal sequence and the gene encoding the second fusion protein may be incorporated into separate vectors to transform the host cell.

また、ベクターは、目的タンパク質の分離及び精製等に有利なタグペプチドをコードする遺伝子を含んでいてもよい。図1(B)に示す例では、ベクターは、scFv−Fc融合遺伝子の末端に連結されたFLAG tagをコードする遺伝子(FLAG)を含んでいる。
ベクターは更に、タンパク質合成効率を向上させるための遺伝子を含んでいてもよい。
In addition, the vector may contain a gene encoding a tag peptide that is advantageous for separation and purification of a target protein. In the example shown in FIG. 1 (B), the vector contains a gene (FLAG) encoding FLAG tag linked to the end of the scFv-Fc fusion gene.
The vector may further contain a gene to improve protein synthesis efficiency.

また、ベクターは、第1の融合タンパク質をコードする遺伝子及び第2の融合タンパク質をコードする遺伝子の発現を制御するプロモーターを含んでいるべきである。
図1(B)に示す例では、当該プロモーターとして、恒常的に発現するmms16プロモーターが使用され、scFv−Fc融合遺伝子及びmms13−ZZ融合遺伝子は、mms16プロモーターによって制御される。
本発明のベクターは、グラム陰性磁性細菌を形質転換できるものであれば、いずれでも使用可能であるが、例えば、プラスミドベクター、コスミドベクターが挙げられる。中でも、好適には、プラスミドベクターを使用することができる。
In addition, the vector should contain a gene encoding the first fusion protein and a promoter controlling the expression of the gene encoding the second fusion protein.
In the example shown in FIG. 1 (B), the mms16 promoter which is constitutively expressed is used as the promoter, and the scFv-Fc fusion gene and the mms13-ZZ fusion gene are controlled by the mms16 promoter.
The vector of the present invention may be any vector capable of transforming gram negative magnetic bacteria, and examples include plasmid vectors and cosmid vectors. Among them, preferably, a plasmid vector can be used.

本発明の第1の側面にかかるタンパク質−磁性粒子の製造方法、並びに、該製造方法で使用されるベクター及び形質転換体によれば、煩雑な作業を伴うことなく、ワンステップで、正確にフォールディングされたジスルフィド結合タンパク質をBacMPs上に固定した、タンパク質−磁性粒子複合体を得ることができる。従って、得られた複合体においてジスルフィド結合タンパク質はその機能を維持している。
より詳細に説明すると、BacMPsが生産される磁性細菌の細胞質は、還元的環境である。従って、細胞質でジスルフィド結合タンパク質を発現させる従来の方法では、BacMPs上でのタンパク質のジスルフィド結合は形成されない。このような従来の方法では、ジスルフィド結合の形成は、BacMPsの抽出及び精製プロセス中の空気酸化に依存し、空気酸化によるジスルフィド結合形成の速度と収率は、in vivoと比較して非常に遅く、且つ、ミスフィールディング又はアンフォールディングのために、タンパク質の凝集又は分解が生ずる懸念があった。本発明の第1側面にかかる製造方法等では、磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質を含んだ第2の融合タンパク質の発現が前記細菌の細胞質へと誘導される一方で、結合タンパク質に融合したジスルフィド結合タンパク質を含んだ第1の融合タンパク質の発現は、酸化的環境にあるペリプラズムへと誘導されるため、機能を維持した状態でジスルフィド結合タンパク質を磁性粒子上に固定化させた複合体を得ることができた。
また、複合体の調製のために、ターゲットタンパク質の精製やS−S結合形成を行うための前工程等を必要としなかった。調製された複合体は、細胞から抽出後、直接利用できた。
以上の事実から、本発明の第1の側面によれば、全く新しいS−S結合タンパク質の調製法(in vivo docking法)が提供される。該方法は、抗体とBacMPsとの複合体の開発の可能性を拡張することが期待される。
また、抗体のみならず、様々なジスルフィド結合タンパク質の磁性細菌粒子上への機能発現が可能となり、創薬研究における標的リガンド又はリード化合物スクリーニングのハイスループット化を実現する画期的な方法を提供することができる。例えば、該製造方法により得られたジスルフィド結合タンパク質−BacMPs複合体は、リガンド−受容体相互作用又はアフィニティー生成の磁性キャリアとして有用であり、可能性のあるリガンド又は薬剤の効率的なスクリーニングを提供する。
According to the method for producing protein-magnetic particles according to the first aspect of the present invention, and the vector and transformant used in the method, the protein is correctly folded in one step without complicated operations. A protein-magnetic particle complex can be obtained in which the immobilized disulfide bond protein is immobilized on BacMPs. Therefore, the disulfide bond protein maintains its function in the obtained complex.
More specifically, the cytoplasm of the magnetic bacteria in which BacMPs are produced is a reductive environment. Thus, conventional methods of cytoplasmic disulfide bond protein expression do not form protein disulfide bonds on BacMPs. In such conventional methods, disulfide bond formation is dependent on air oxidation during the extraction and purification process of BacMPs, and the rate and yield of disulfide bond formation by air oxidation is very slow compared to in vivo And, there has been a concern that protein aggregation or degradation may occur due to misfielding or unfolding. In the production method according to the first aspect of the present invention, while the expression of the second fusion protein containing a protein that can be bound or integrated into the magnetic bacterial particle is induced to the cytoplasm of the bacteria, Since the expression of the first fusion protein containing the fused disulfide bond protein is induced to the periplasm in the oxidative environment, a complex in which the disulfide bond protein is immobilized on the magnetic particle while maintaining the function I was able to get
In addition, for preparation of the complex, purification of the target protein and a pretreatment step for forming an S-S bond were not required. The prepared complex was directly available after extraction from cells.
From the above facts, according to the first aspect of the present invention, a completely new method of preparing an S-S binding protein (in vivo docking method) is provided. The method is expected to expand the possibilities of developing complexes of antibodies and BacMPs.
In addition, it is possible to express not only antibodies but also various disulfide bond proteins on magnetic bacterial particles, and provide an innovative method to realize high throughput of targeting ligand or lead compound screening in drug discovery research. be able to. For example, the disulfide bond protein-BacMPs complex obtained by the production method is useful as a magnetic carrier for ligand-receptor interaction or affinity generation, and provides efficient screening of potential ligands or drugs. .

以下、本発明の第2の側面について説明する。
<2>In vivoドッキングによる複数タンパク質−磁性粒子複合体の創製
本発明の別の側面は、複数のタンパク質と磁性粒子との複合体に関する。
該複合体について、図11を参照しながら説明する。
Hereinafter, the second aspect of the present invention will be described.
<2> Creation of Multiple Protein-Magnetic Particle Complex by In Vivo Docking Another aspect of the present invention relates to a complex of multiple proteins and magnetic particles.
The complex is described with reference to FIG.

本側面に係るタンパク質−磁性粒子複合体は、目的タンパク質である複数のタンパク質(即ち、第1及び第2の目的タンパク質)と、磁性粒子と、足場タンパク質と、を含む。該複合体において、足場タンパク質は磁性粒子に結合又は一体化され、複数のタンパク質は足場タンパク質を介して該磁性粒子上に固定されている。
図11に示す例では、第1及び第2の目的タンパク質はそれぞれ、蛍光緑色タンパク質(Green Fluorescent Protein(GFP))及びmCherryとして示される。また、磁性粒子は磁性細菌粒子(BacMPs)、足場タンパク質はMms13−miniscaffoldinとして示される。この例では、磁性粒子はグラム陰性磁性細菌によって産生された磁性細菌粒子(BacMPs)として示されるが、本側面に係るタンパク質−磁性粒子複合体において、磁性粒子は磁性細菌によらずに他の公知の方法で作製した磁性粒子であってもよい。
The protein-magnetic particle complex according to the present aspect includes a plurality of proteins that are target proteins (that is, first and second target proteins), magnetic particles, and a scaffold protein. In the complex, a scaffold protein is bound or integrated to a magnetic particle, and a plurality of proteins are immobilized on the magnetic particle via the scaffold protein.
In the example shown in FIG. 11, the first and second target proteins are shown as a fluorescent green protein (Green Fluorescent Protein (GFP)) and mCherry, respectively. Also, magnetic particles are shown as magnetic bacterial particles (BacMPs), and scaffold proteins are shown as Mms13-miniscaffoldin. In this example, the magnetic particles are shown as magnetic bacterial particles (BacMPs) produced by gram negative magnetic bacteria, but in the protein-magnetic particle complex according to this aspect, the magnetic particles are not otherwise known as magnetic bacteria. It may be a magnetic particle produced by the method of

上記のように、足場タンパク質は、該磁性粒子に結合又は一体化され得るタンパク質、並びに、第1の結合パートナータンパク質及び第2の結合パートナータンパク質を含んでいる。
図11の例では、磁性粒子に結合又は一体化され得るタンパク質はMms13として、第1の結合パートナータンパク質及び第2の結合パートナータンパク質はそれぞれ、CohC及びCohRとして示される。ここで、第1の結合パートナータンパク質及び第2の結合パートナータンパク質は、第1の結合タンパク質及び第2の結合タンパク質が足場タンパク質に結合するための足場の役割を果たす。典型的には、第1の結合タンパク質と第2の結合タンパク質とは異なるタンパク質である。
As mentioned above, the scaffold protein comprises a protein that can be bound or integrated to the magnetic particle, as well as a first binding partner protein and a second binding partner protein.
In the example of FIG. 11, the proteins that can be bound or integrated to the magnetic particle are shown as Mms13, and the first binding partner protein and the second binding partner protein are shown as CohC and CohR, respectively. Here, the first binding partner protein and the second binding partner protein play a role of a scaffold for binding the first binding protein and the second binding protein to the scaffold protein. Typically, the first and second binding proteins are different proteins.

第1の結合パートナータンパク質と第2の結合パートナータンパク質とは、通常、ペプチドリンカーで連結されている。ペプチドリンカーとしては、当該分野で一般的に使用されるペプチドリンカーを使用することができ、5〜100個、好ましくは5〜20個のアミノ酸からなるペプチドである。
ペプチドリンカーとしては、例えば、(NS)[式中、nは整数]で示されるペプチドを使用することができる。図11に示す例で使用したペプチドリンカーは、10個のアミノ酸からなる(NS)ペプチドである。
また、第1の結合パートナータンパク質及び第2の結合パートナータンパク質のいずれか一方と、磁性粒子に結合又は一体化され得るタンパク質との間も、通常、ペプチドリンカーで連結されている。ペプチドリンカーとしては、当該分野で一般的に使用されるペプチドリンカーを使用することができ、5〜200個、好ましくは50〜100個のアミノ酸からなるペプチドである。図11に示す例では、第1の結合パートナータンパク質と、磁性粒子に結合又は一体化され得るタンパク質とがペプチドリンカーで連結されており、該ペプチドリンカーは、100個のアミノ酸からなる(NS)20ペプチドである。
The first binding partner protein and the second binding partner protein are usually linked by a peptide linker. As a peptide linker, a peptide linker generally used in the art can be used, and it is a peptide consisting of 5 to 100, preferably 5 to 20 amino acids.
As the peptide linker, for example, a peptide represented by (N 4 S) n (wherein n is an integer) can be used. The peptide linker used in the example shown in FIG. 11 is an (N 4 S) 2 peptide consisting of 10 amino acids.
Also, any one of the first binding partner protein and the second binding partner protein and the protein that can be bound or integrated to the magnetic particle are usually linked by a peptide linker. As a peptide linker, a peptide linker generally used in the art can be used, and it is a peptide consisting of 5 to 200, preferably 50 to 100, amino acids. In the example shown in FIG. 11, the first binding partner protein and the protein which can be bound or integrated to the magnetic particle are linked by a peptide linker, and the peptide linker consists of 100 amino acids (N 4 S ) 20 peptides.

第1の結合タンパク質及び第2の結合タンパク質は、前記第1の結合パートナータンパク質及び第2の結合パートナータンパク質とそれぞれ結合し、これらの結合を介して第1及び第2の目的タンパク質が磁性粒子上に固定化される。即ち、第1及び第2の結合タンパク質はそれぞれ、第1及び第2の目的タンパク質が前記足場に結合するためのタグのような役割を果たす。   The first binding protein and the second binding protein bind to the first binding partner protein and the second binding partner protein, respectively, and the first and second target proteins are formed on the magnetic particle through these bindings. It is fixed to That is, the first and second binding proteins play a role as a tag for binding the first and second target proteins to the scaffold, respectively.

結合タンパク質と結合パートナータンパク質の組み合わせとしては、K値が10−10〜10−9の範囲のものを使用することができる。
結合タンパク質と結合パートナータンパク質との組み合わせの具体例として、例えば、cohesinとdockerinドメインとの組み合わせ、Protein Gと抗体Fc領域ドメインとの組み合わせ、Protein Aと抗体Fc領域ドメインとの組み合わせ、塩基性ロイシンジッパーモチーフと酸性ロイシンジッパーモチーフとの組み合わせが挙げられる。
As a combination of the binding protein and the binding partner protein, one having a K D value in the range of 10 −10 to 10 −9 can be used.
Specific examples of the combination of binding protein and binding partner protein include, for example, combination of cohesin and dockerin domain, combination of protein G and antibody Fc region domain, combination of protein A and antibody Fc region domain, basic leucine zipper A combination of a motif and an acidic leucine zipper motif is included.

図11に示す例では、結合タンパク質及び結合パートナータンパク質としてそれぞれ、セルロース分解菌が生産するタンパク質複合体セルロソームのcohesin及びdockerinドメインを用いた。Cohesin及びdockerinの組み合わせは、K値が10−10〜10−9と結合が強く、更に、Cohesin/dockerin結合には種特異性がある。BacMPs上に足場として複数のcohesinドメインを局在させ、タンパク質にdockerinドメインを融合した融合タンパク質を複数、共発現させることで、BacMPs上に複数のタンパク質を機能的に固定化できることが見出された。
図11に示す例では、第1の結合タンパク質及び第2の結合タンパク質であるDocC及びDocRがそれぞれ、第1の結合パートナータンパク質及び第2の結合パートナータンパク質であるCohC及びCohRに結合することにより、第1及び第2の目的タンパク質(GFP及びmCherry)をBacMPs上に固定化している。
In the example shown in FIG. 11, the cohesin and dockerin domains of the protein complex cellulosome produced by the cellulolytic bacteria were used as the binding protein and the binding partner protein, respectively. The combination of Cohesin and dockerin has a strong binding with a K D value of 10 -10 to 10 -9, and further, there is species specificity in Cohesin / dockerin binding. It was found that multiple proteins can be functionally immobilized on BacMPs by co-expressing multiple cohesin domains as scaffolds on BacMPs and co-expressing multiple fusion proteins in which the dockerin domain is fused to the protein .
In the example shown in FIG. 11, the first binding protein and the second binding proteins DocC and DocR respectively bind to the first binding partner protein and the second binding partner proteins CohC and CohR. The first and second target proteins (GFP and mCherry) are immobilized on BacMPs.

ここで、前記第1の目的タンパク質と前記第2の目的タンパク質のうち一方のタンパク質の機能が、もう一方のタンパク質の存在によって発現される系は、本発明において特に興味のある対象である。ここで、「タンパク質の機能が発現される」とは、該タンパク質の活性が増強されることの他に、該タンパク質が正確にフォールディングされること、該タンパク質に、その対象分子との結合能力を付与すること、該タンパク質の構造が安定化されることも意図する。   Here, a system in which the function of one of the first target protein and the second target protein is expressed by the presence of the other protein is an object of particular interest in the present invention. Here, "the function of a protein is expressed" means that the protein is correctly folded in addition to the enhancement of the activity of the protein, and the protein has an ability to bind to its target molecule. It is also intended to provide, the structure of the protein is stabilized.

第1の目的タンパク質と第2の目的タンパク質との組み合わせの具体例としては、例えば、
−GFP(Green Fluorescent Protein)とmCherryとの組み合わせ、
−MHC II(class II major histocompatibility complex(MHC II))とHLA−DM(Human leukocyte antigen DM)との組み合わせ、
−Tropomyosin receptor kinase Aとp75 neurotrophin receptorとの組み合わせ、
−Endoglucanaseとbeta−glucosidaseとの組み合わせ、
−EndoglucanaseとCellobiohydrolaseとの組み合わせ、
−beta−glucosidaseとCellobiohydrolaseとの組み合わせ、
−Horseradish peroxidaseとGlucose oxidaseとの組み合わせ
−Acyl−ACP reductaseとAldehyde deformylating oxygenaseとの組み合わせ
が挙げられる。
As a specific example of the combination of the first target protein and the second target protein, for example,
-A combination of GFP (Green Fluorescent Protein) and mCherry,
-A combination of MHC II (class II major histocompatibility complex (MHC II)) and HLA-DM (Human leukemia antigen DM),
-Combination of Tropomyosin receptor kinase A and p75 neurotrophin receptor,
-Combination of Endoglycanase and beta-glucosidase,
-Combination of Endoglucanase and Cellobiohydrolase,
-Combination of beta-glucosidase and Cellobiohydrolase,
-A combination of Horseradish peroxidase and glucose oxidase-A combination of Acyl-ACP reductase and Aldehyde deforming oxygenase is mentioned.

第1の目的タンパク質と第2の目的タンパク質との好ましい組み合わせとしては、MHC IIとHLA−DMとの組み合わせが興味深い。
eMHC II(empty MHC II)は、ヒトの免疫機構を担う重要なタンパク質であり、関節リウマチといった自己免疫疾患や臓器移植の際の拒絶反応に関連している。そして、MHC IIは、α鎖とβ鎖から構成されるヘテロ二量体の一回膜貫通タンパク質であり、細胞膜上に発現して種々の疾患及び病原体由来の抗原タンパク質の分解産物(抗原ペプチド)と結合し、抗原ペプチド−MHC II複合体(pMHC II)を形成する。MHC IIに結合した抗原ペプチドが特異的にT細胞受容体を介してヘルパーT細胞に認識されることで、細胞が活性化する。よって、抗原ペプチドをワクチンに用いたペプチドワクチン療法の開発では、MHC IIの抗原ペプチドとの結合能の解析や該抗原ペプチドの同定が重要である。
一方、HLA−DMはMHC IIと構造が類似したタンパク質であり、eMHC IIと相互作用することで構造を安定化するシャペロン様の機能を有する他、MHC IIに結合する抗原ペプチドの選択に関与していると考えられている。
As a preferable combination of the first target protein and the second target protein, a combination of MHC II and HLA-DM is intriguing.
eMHC II (empty MHC II) is an important protein responsible for human immune mechanism, and is associated with autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis and rejection in organ transplantation. And, MHC II is a heterodimeric, single-pass transmembrane protein composed of an α chain and a β chain, and it is expressed on the cell membrane and degradation products of antigenic proteins from various diseases and pathogens (antigen peptides) And form an antigenic peptide-MHC II complex (pMHC II). The recognition of the antigen peptide bound to MHC II by helper T cells through T cell receptors specifically activates the cells. Therefore, in the development of peptide vaccine therapy using an antigenic peptide as a vaccine, analysis of the binding ability of MHC II to the antigenic peptide and identification of the antigenic peptide are important.
On the other hand, HLA-DM is a protein whose structure is similar to that of MHC II, has a chaperone-like function that stabilizes the structure by interacting with eMHC II, and is involved in the selection of an antigen peptide that binds to MHC II. It is believed that

よって、MHC IIとそのシャペロン様機能を有するHLA−DMとをBacMPs上に共局在させたタンパク質−磁性粒子複合体において、MHC IIが、HLA−DMの存在によって抗原結合能を保持し得ることの利点は、当業者にとって明らかであろう。このようなタンパク質−磁性粒子は、例えば、抗体ペプチドのスクリーニングを目的としたペプチド結合試験等に有用である。また、磁性粒子を含んでいるため、混合物からの分離が容易である。しかしながら、本発明以前に、磁性粒子上で2種のタンパク質が足場を介して機能的に局在化され得るという証拠はなかった。   Therefore, in a protein-magnetic particle complex in which MHC II and HLA-DM having chaperone-like function are colocalized on BacMPs, MHC II can retain antigen binding ability by the presence of HLA-DM. The advantages of will be apparent to those skilled in the art. Such protein-magnetic particles are useful, for example, in peptide binding tests for the purpose of screening antibody peptides. In addition, since it contains magnetic particles, it is easy to separate from the mixture. However, prior to the present invention, there was no evidence that two proteins could be functionally localized through the scaffold on magnetic particles.

本発明の好適な態様では、本発明の第1の側面でも用いたグラム陰性磁性細菌M.magneticum AMB−1を使用することができる。従って、本発明の第2の側面の一態様は、グラム陰性磁性細菌において、磁性粒子と該磁性粒子に固定化された複数のタンパク質とを含んだ磁性粒子−複数タンパク質複合体の製造方法である。
より詳細には、以下の工程(i)及び(ii)を含む。
In a preferred embodiment of the present invention, the gram-negative magnetic bacteria M. aeruginosa also used in the first aspect of the present invention . magneticum AMB-1 can be used. Therefore, one embodiment of the second aspect of the present invention is a method for producing a magnetic particle-multiprotein complex, which comprises a magnetic particle and a plurality of proteins immobilized on the magnetic particle in gram negative magnetic bacteria. .
More specifically, the following steps (i) and (ii) are included.

(i)共発現工程
本工程では、グラム陰性磁性細菌中で、前記第1及び第2の融合タンパク質と、前記足場タンパク質とを共発現させる。
具体的には、(a)第1の結合タンパク質と該第1の結合タンパク質に融合した第1の目的タンパク質とを含んだ第1の融合タンパク質、(b)第2の結合タンパク質と該第2の結合タンパク質に融合した第2の目的タンパク質とを含んだ第2の融合タンパク質、及び(c)磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質に融合し、且つ、第1の結合パートナータンパク質と第2の結合パートナータンパク質とを含んだ足場タンパク質を共発現させる。
(I) Co-expression step In this step, the first and second fusion proteins and the scaffold protein are co-expressed in gram negative magnetic bacteria.
Specifically, (a) a first fusion protein comprising a first binding protein and a first target protein fused to the first binding protein, (b) a second binding protein and the second A second fusion protein comprising a second protein of interest fused to a binding protein of (1), and (c) a protein fused to or capable of being bound to or integrated with a magnetic bacterial particle, and a first binding partner protein and a first A scaffold protein containing the two binding partner proteins is coexpressed.

該工程で使用することのできる、第1及び第2の目的タンパク質、第1及び第2の結合タンパク質、並びに、第1及び第2の結合パートナータンパク質としては、上述したタンパク質を使用することができる。   As the first and second target proteins, the first and second binding proteins, and the first and second binding partner proteins that can be used in the step, the above-mentioned proteins can be used .

(ii)培養工程
本工程では、前記第1及び第2の目的タンパク質、並びに、前記足場タンパク質を生産するのに充分な条件下で前記工程(i)の細菌を培養する。ここで、「融合タンパク質を生産するのに充分な条件」とは、本発明の第1の側面で説明したのと同様の条件である。
本工程では、前記第1及び第2の目的タンパク質とBacMPsとの複合体が形成される。即ち、第1及び第2融合タンパク質並びに足場タンパク質はいずれも、磁性細菌の細胞質で発現される。該細菌を上記条件で培養することにより、細胞質内にこれらのタンパク質が生成し、結合タンパク質と結合パートナータンパク質との結合親和力によって、第1及び第2目的タンパク質がBacMPs上に足場タンパク質を介して固定され、複数タンパク質−磁性粒子複合体が形成される。勿論、目的のタンパク質の一つ又は両方がジスルフィド結合タンパク質である、それらに対して、本発明の第1の側面を使用してもよい。つまり、その一つ又は両方の発現をペリプラズムに誘導してもよい。
(Ii) Culture Step In this step, the bacteria of the step (i) are cultured under conditions sufficient to produce the first and second target proteins and the scaffold protein. Here, "a condition sufficient for producing a fusion protein" is a condition similar to that described in the first aspect of the present invention.
In this step, a complex of the first and second target proteins and BacMPs is formed. That is, both the first and second fusion proteins and the scaffold protein are expressed in the cytoplasm of magnetic bacteria. By culturing the bacteria under the conditions described above, these proteins are produced in the cytoplasm, and the first and second target proteins are immobilized on the BacMPs via the scaffold protein by the binding affinity between the binding protein and the binding partner protein. And multiple protein-magnetic particle complexes are formed. Of course, the first aspect of the invention may be used for those in which one or both of the proteins of interest are disulfide linked proteins. That is, the expression of one or both may be induced into the periplasm.

(iii)細胞膜破壊工程
本工程では、前記工程(ii)の細菌の細胞膜を破壊する。
前記細菌の細胞膜の破壊は、本発明の第1の側面の細胞膜破壊工程(iii)で説明したのと同様の方法によって行われてよい。
(iv)単離工程
該製造方法は、更に、前記工程(ii)で形成された前記複合体を、前記工程(iii)で破壊された細胞から単離する単離工程(iv)を更に含んでいてもよい。複合体の単離は、本発明の第1の側面の単離工程(iv)で説明したのと同様の方法によって行われてよい。
また、該製造方法は、更に、前記複合体から、第1及び第2の目的タンパク質を回収する回収工程を更に含んでいてもよい。該工程は第1の側面において説明した回収工程と同様の工程である。
(Iii) Cell membrane destruction step In this step, the cell membrane of the bacteria of the step (ii) is destroyed.
The disruption of the bacterial cell membrane may be carried out by the same method as described in the cell membrane disruption step (iii) of the first aspect of the present invention.
(Iv) Isolation step The production method further includes an isolation step (iv) of isolating the complex formed in the step (ii) from the cells disrupted in the step (iii). It may be. The isolation of the complex may be performed by the same method as described in the isolation step (iv) of the first aspect of the present invention.
In addition, the production method may further include a recovery step of recovering the first and second target proteins from the complex. This process is the same process as the recovery process described in the first aspect.

前記製造方法では、前記工程(ii)において、以下の構成を有するベクターを導入した形質転換体が培養される。従って、本発明の範囲には、タンパク質−磁性粒子複合体の製造に使用されるベクター及び該ベクターを含んだ形質転換体も含まれる。   In the production method, in the step (ii), a transformant into which a vector having the following constitution is introduced is cultured. Therefore, the scope of the present invention also includes a vector used for producing a protein-magnetic particle complex and a transformant containing the vector.

図11(A)は、前記製造方法で使用されるベクターの一例を示す。該ベクターは、足場タンパク質をコードする遺伝子(図1では、Mms13−miniscaffolidin)と、第1の融合タンパク質及び第2の融合タンパク質をコードする遺伝子(図1では、Target−Dockerin)とを含む。   FIG. 11A shows an example of a vector used in the above-mentioned production method. The vector contains a gene encoding a scaffold protein (Mms13-miniscaffolidin in FIG. 1) and a gene encoding a first fusion protein and a second fusion protein (Target-Dockerin in FIG. 1).

足場タンパク質をコードする遺伝子は、磁性粒子に結合又は一体化され得るタンパク質をコードする遺伝子(図11ではMms13)と;ペプチドリンカーをコードする遺伝子(図11では親水性ポリペプチドリンカーのNS liker(NS)20))と;第1及び第2の結合パートナータンパク質をコードする遺伝子(図11ではcohehinドメインのCohC及びCohR)と;第1の結合パートナータンパク質をコードする遺伝子と第2の結合パートナータンパク質をコードする遺伝子とを連結するペプチドリンカーをコードする遺伝子と;発現確認用の遺伝子(図11では、c−myc tag)と;で構成されている。 The gene encoding the scaffold protein is a gene encoding a protein (Mms13 in FIG. 11) which can be bound to or integrated with the magnetic particle; and a gene encoding a peptide linker (FIG. 11 a hydrophilic polypeptide linker NS liker (N 4) S) 20 ) and; genes encoding the first and second binding partner proteins (CohC and CohR in the cohehin domain in FIG. 11) and genes encoding the first binding partner protein and the second binding partner protein And a gene encoding a peptide linker which links with the gene encoding; and a gene for expression confirmation (c-myc tag in FIG. 11).

第1及び第2の融合タンパク質をコードする遺伝子(Target−Dokerin)はそれぞれ、第1及び第2の目的タンパク質をコードする遺伝子(図11ではGFP及びmCherry)と;第1及び第2結合タンパク質をコードする遺伝子(図11ではDocC及びDocR)とで構成されている。第1及び第2結合タンパク質をコードする遺伝子はそれぞれ、第1及び第2の目的タンパク質をコードする遺伝子に連結されている。即ち、図11では、GFPの末端にはDocCが融合しており(GFP−DocC)、Cherryの末端にはDocRが融合している(mCherry−DocR)。
そして、図11(B)にも示す通り、第1の融合タンパク質をコードする遺伝子と第1の融合タンパク質をコードする遺伝子との間には、リボソーム結合サイト(RBS)が含まれることが好ましい。或いは、それらの遺伝子を別々のベクター上に含ませてもよい。本発明の第2の側面で使用できるベクターも、本発明の第1の側面について記載したものである。
The genes encoding the first and second fusion proteins (Target-Dokerin) respectively correspond to the genes encoding the first and second target proteins (GFP and mCherry in FIG. 11); and the first and second binding proteins It is composed of a coding gene (in FIG. 11, DocC and DocR). The genes encoding the first and second binding proteins are linked to the genes encoding the first and second target proteins, respectively. That is, in FIG. 11, DocC is fused at the end of GFP (GFP-DocC), and DocR is fused at the end of Cherry (mCherry-DocR).
And, as also shown in FIG. 11 (B), it is preferable that a ribosome binding site (RBS) is included between the gene encoding the first fusion protein and the gene encoding the first fusion protein. Alternatively, the genes may be contained on separate vectors. The vectors that can be used in the second aspect of the invention are also as described for the first aspect of the invention.

足場タンパク質をコードする遺伝子の発現、並びに、第1の融合タンパク質をコードする遺伝子及び第2の融合タンパク質をコードする遺伝子の発現は、それぞれ、プロモーターによって制御される。
図11に示す例では、Mms13−miniscaffofdinの発現は、恒常的に発現するmms16プロモーターによって制御され、GFP−DocC及びmCherry−DocRの発現は、人工オペロンを構築しテトラサイクリン発現誘導システムであるPmsp1(tetO)によって制御される。
Expression of a gene encoding a scaffold protein, and expression of a gene encoding a first fusion protein and a gene encoding a second fusion protein are controlled by a promoter, respectively.
In the example shown in FIG. 11, the expression of Mms13-miniscaffofdin is controlled by the constitutively expressing mms16 promoter, and the expression of GFP-DocC and mCherry-DocR constructs an artificial operon and Pmsp1 (tetO, a tetracycline expression induction system. Controlled by).

上述の製造方法の工程(ii)では、上記構成を有するベクターを磁性細菌に導入し、作製した形質変換体を培養する。
図11(B)に示す例では、発現した足場タンパク質Mms13−miniscaffoldinは、BacMPs上に局在し、その後、テトラサイクリンの添加により発現が誘導されたGFP−DocC及びmCherry−DocRが、Mms13−miniscaffoldin中のCohC及びCohRに結合する。その結果、目的タンパク質であるGFP及びmCherryが、前記Mms13−miniscaffoldinを介してBacMPs上に固定化される。
In step (ii) of the above-mentioned production method, the vector having the above-described configuration is introduced into magnetic bacteria, and the transformants thus produced are cultured.
In the example shown in FIG. 11 (B), the expressed scaffold protein Mms13-miniscaffoldin is localized on BacMPs, and then GFP-DocC and mCherry-DocR whose expression is induced by the addition of tetracycline are in Mms13-miniscaffoldin Bind to CohC and CohR. As a result, the target proteins GFP and mCherry are immobilized on BacMPs via the Mms13-miniscaffoldin.

本発明の第2の側面にかかる複数タンパク質−磁性粒子の製造方法、並びに、該製造方法で使用されるベクター及び形質転換体によれば、機能性タンパク質の生産及び磁性粒子上への固定化をワンステップで行うことができ、機能性タンパク質の煩雑な精製ステップが必要ない。また、結合タンパク質(足場分子)と結合パートナータンパク質(タグ分子)との組み合わせにより、複数のタンパク質を任意の数で、任意の位置に固定化することができる。更に、タグの役割を果たす結合タンパク質と目的の機能性タンパク質とを遺伝子融合しているため、配向性を維持した状態で固定化することができる。
これまでに、in vivoでのオルガネラへの機能性タンパク質の固定化において、ペプチドリンカーを介して複数のタンパク質を融合し、単一の融合タンパク質として発現させることで、複数のタンパク質を固定化する方法があったが、構造の複雑なタンパク質の融合や複数のタンパク質の融合によって、凝集塊の形成、ミスフォールディング及びプロテアーゼによる分解が誘発されるという問題があった。本発明の製造方法、並びに、ベクター及び形質転換体によれば、足場タンパク質を介して複数のタンパク質を発現させているため、このような問題を伴うことなく複数のタンパク質を磁性粒子上に固定化することが可能である。
また、本発明の第2の側面にかかる複数タンパク質−磁性粒子によれば、例えば、一連の代謝反応を行う酵素群を固定化することによる反応効率の向上や、目的タンパク質の安定化を可能にすることが期待される。また、活性化にシャペロンや補因子となる特定のタンパク質が必要な目的タンパク質と、該シャペロンや捕因子とを共局在化させた複合体は、医療分野等での応用が期待される。
According to a method of producing a plurality of protein-magnetic particles according to the second aspect of the present invention, and a vector and a transformant used in the method, production of functional protein and immobilization on a magnetic particle can be achieved. It can be done in one step and does not require complicated purification steps of functional proteins. Also, by combining the binding protein (scaffold molecule) and the binding partner protein (tag molecule), a plurality of proteins can be immobilized in any number and at any position. Furthermore, since the binding protein that plays the role of a tag and the functional protein of interest are gene-fused, they can be immobilized with orientation maintained.
So far, in the immobilization of functional proteins to organelles in vivo, a method of immobilizing a plurality of proteins by fusing a plurality of proteins via a peptide linker and expressing it as a single fusion protein However, there has been a problem that fusion of complex proteins or fusion of multiple proteins induces formation of aggregates, misfolding and degradation by protease. According to the production method of the present invention, and the vector and the transformant, since a plurality of proteins are expressed via a scaffold protein, the plurality of proteins can be immobilized on magnetic particles without such problems. It is possible.
In addition, according to the multiple protein-magnetic particles according to the second aspect of the present invention, for example, it is possible to improve the reaction efficiency by immobilizing a group of enzymes performing a series of metabolic reactions and to stabilize the target protein. It is expected to do. In addition, a complex in which a target protein that requires a specific protein to be a chaperone or cofactor for activation and the chaperone or cofactor are colocalized is expected to be applied in the medical field and the like.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
<実施例1>In vitro docking法による磁性細菌粒子上でのscFvの機能的発現
(1−1)試料
発現ベクター構築のためのDNA断片のPCR増幅にはPhusion DNA Polymerase(NEB)を、遺伝子クローニング用の試薬としてIn−Fusion HD Cloning Kit(Clontech)及びQuick Ligation Kit(NEB)を使用した。IgG結合試験にはAP(アルカリホスファターゼ)標識donkey anti−mouse IgG(Novus Biologicals,Littleton)を、Anti−β−Galactosidase scFvの結合活性評価にはbiotin β−Galactosidase(AVIVA SYSTEMS)及びAlkaline Phosphatase Streptavidin(Vector Laboratories)を使用した。
遺伝子クローニングの宿主としては、大腸菌株TOP10(Life technologies,Carlsbad,CA,USA)を使用し、大腸菌形質転換体を、アンピシリン(100μg/ml)を含んだLuria−Bertani(LB)培地中で、37℃で培養した。
プラスミドベクターは、T.Yoshino,and T.Matsunaga.,Efficient and Stable Display of Functional Proteins on Bacterial Magnetic Particles Using Mms13 as a Novel Anchor Molecule,Society.(2006)に記載されたpUM13ZZを基にして構築した。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
<Example 1> Functional Expression of scFv on Magnetic Bacterial Particles by In Vitro Docking Method (1-1) Sample Phusion DNA Polymerase (NEB) is used for gene amplification of DNA fragment for expression vector construction. In-Fusion HD Cloning Kit (Clontech) and Quick Ligation Kit (NEB) were used as reagents for AP (alkaline phosphatase) labeled donkey anti-mouse IgG (Novus Biologicals, Littleton) for IgG binding test, biotin β-Galactosidase (AVIVA SYSTEMS) and Alkaline Phosphatase Streptavidin (Vector) for evaluation of the binding activity of Anti-β-Galactosidase scFv Laboratories were used.
As a host for gene cloning, E. coli strain TOP10 (Life technologies, Carlsbad, Calif., USA) is used, and E. coli transformants are prepared in Luria-Bertani (LB) medium containing ampicillin (100 μg / ml). Incubated at ° C.
The plasmid vector is T. Yoshino, and T. Matsunaga. , Efficient and Stable Display of Functional Proteins on Bacterial Magnetic Particles Using Mms13 as a Novel Anchor Molecule, Society. It was constructed based on pUM13 ZZ described in (2006).

(1−2)M.magneticum AMB−1由来Dsbタンパク質ファミリーのin silico解析
M..magneticum AMB−1の各Dsbタンパク質の配列はNCBIのProtein database(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein)より検索した。Dsbタンパク質のシグナルペプチドについては、まずSignal Peptide Website(http://www.signalpeptide.de/)におけるデータベースを用い、実験的に確定されているか又は配列から予測されているか、或いはデータベース上にないかどうかを調べた。データベース上にないものについては、PrediSi(http://www.predisi.de/)を用いてシグナル配列の予測を行った。膜貫通領域については、文献上で予測領域が報告されている大腸菌DsbB以外はSOSUI(http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui)を用いて予測を行った。
また、Dsbタンパク質の相同性解析にはClustalW(http://clustalw.ddbj.nig.ac.jp/)を使用した。
(1-2) M.I. In silico analysis of magneticum AMB-1 derived Dsb protein family
M .. The sequence of each Dsb protein of magneticum AMB-1 was searched from the protein database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein) of NCBI. As for the signal peptide of Dsb protein, whether it is experimentally confirmed or predicted from the sequence, or not on the database, using the database first on the Signal Peptide Website (http://www.signalpeptide.de/) I checked. For those not in the database, prediction of signal sequence was performed using PrediSi (http://www.predisi.de/). The transmembrane domain was predicted using SOSUI (http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui) except for E. coli DsbB, for which a predicted region has been reported in the literature.
Moreover, ClustalW (http://clustalw.ddbj.nig.ac.jp/) was used for the homology analysis of Dsb protein.

NCBIのProtein databaseよりM.magneticum AMB−1由来のDsbタンパク質ファミリーを検索した結果、大腸菌と同様、DsbB、DsbC、DsbD及びDsbGが見つかった。一方、oxidase機能を持つDsbAに相当するタンパク質は見つからなかった。各Dsbタンパク質について、大腸菌で解析されているモチーフやS−S結合部位を中心に、図6〜図10にまとめた。
DsbAを除いたM.magneticum AMB−1由来の各Dsbタンパク質は大腸菌とは相同性がほとんどないものの、触媒部位のCXXCモチーフを有していた。また、DsbBは大腸菌と同様に、DsbAの酸化に関わるCXXCモチーフに加え、もう1組のシステインのペアを有すると予想された。膜タンパク質であるDsbB及びDsbDについては、大腸菌と同様、それぞれ4つ及び8つの膜貫通(transmembrane:TM)領域を有することがSOSUIによって予測された。
M. from the NCBI Protein database . As a result of searching the Dsb protein family derived from magneticum AMB-1, DsbB, DsbC, DsbD and DsbG were found as in E. coli. On the other hand, no protein corresponding to DsbA having an oxidase function was found. For each Dsb protein, the motifs and S-S binding sites analyzed in E. coli are summarized in FIG.
M. D. excluding DsbA . Although each Dsb protein derived from magneticum AMB-1 has little homology with E. coli, it has a CXXC motif at the catalytic site. Also, DsbB was predicted to have another pair of cysteine pairs in addition to the CXXC motif involved in the oxidation of DsbA, like E. coli. For the membrane proteins DsbB and DsbD, SOSUI was predicted to have four and eight transmembrane (TM) regions, respectively, as in E. coli.

解析したM.magneticum AMB−1からはDsbAが見つからなかったが、機能的にDsbBのパートナー分子であることから、NCBIのデータベースの元となったM.magneticum AMB−1株ではdsbA遺伝子を含むゲノムの一部が欠落した可能性が考えられる。あるいは別の可能性として、大腸菌ではS−S結合isomeraseであるdsbC遺伝子の過剰発現がdsbA欠損株の機能を補完することから、M.magneticum AMB−1においてもDsbCがDsbAの機能の一部を担っていることも考えられる。
以上の解析結果から、M.magneticum AMB−1も大腸菌と同様、ペリプラズムにおけるS−S結合タンパク質の酸化とそれに伴うフォールディング機構を備えていることが示唆された。このことは、in vitro docking法が機能する前提として重要な知見である。
The analyzed M. Although DsbA was not found from magneticum AMB-1, it is functionally a partner molecule of DsbB . In the magneticum AMB-1 strain, there is a possibility that part of the genome containing the dsbA gene has been deleted. As another possibility, in E. coli, overexpression of the dsbC gene which is an S-S-linked isomerase complements the function of the dsbA-deficient strain . Also in magneticum AMB-1, it is conceivable that DsbC plays a part of the function of DsbA.
From the above analysis results, M. Similar to E. coli, magneticum AMB-1 was also suggested to have oxidation of the S-S binding protein in the periplasm and the accompanying folding mechanism. This is an important finding as a premise for the in vitro docking method to function.

(1−3)プラスミドの構築と磁性細菌の培養
プラスミドを、標準的なクローニング技術(J.Sambrook,D.W.Russell,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbour Press,2001)又はIn−Fusionクローニング技術(Clontech,Mountain View,CA,USA)によって構築した。
抗β−ガラクトシダーゼ単鎖抗体(scFv)とヒトIgG1の定常領域(Fc)の融合遺伝子とを発現するベクター(pUM13ZZ/scFvFc)(図1(B)の(c))は、両端にNsiI部位を持ち、かつ5’末端に大腸菌ペリプラズムタンパク質であるDsbCのシグナル配列(DsbCss)およびFLAGタグをコードする配列を持つように人工合成したscFv−Fc融合遺伝子を、アンカータンパク質Mms13をコードするmms13とProtein AのIgG結合ドメイン(ZZ)の融合遺伝子を発現するpUM13ZZ(図1(B)の(a))のNsiI部位(Mms13−ZZ遺伝子の開始コドンに相当)に挿入することで構築した。なお、mms16プロモーターからscFv13R4−Fc融合遺伝子およびMms13−ZZ融合遺伝子までを単一オペロンとして発現させるために、scFv−Fc遺伝子の挿入により失われたShine−Dalgarno(SD)配列をMms13−ZZ遺伝子の上流に付加するよう人工合成遺伝子を設計した。
一方、コントロールベクターとして従来型のMms13融合タンパク質として発現するMms13−scFv発現ベクターを構築するため、SspI消化したpUM13ZZに対し、両端にSspI部位を持つようにPCR増幅したscFv遺伝子を挿入した(pUM13scFv)(図1(B)の(b))。
(1-3) Construction of Plasmid and Cultivation of Magnetic Bacteria Plasmids were prepared by standard cloning techniques (J. Sambrook, D. W. Russell, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, 2001) or In-Fusion. Constructed by cloning technology (Clontech, Mountain View, CA, USA).
A vector (pUM13ZZ / scFvFc) ((c) in FIG. 1 (B)) expressing an anti-β-galactosidase single chain antibody (scFv) and a fusion gene of a constant region (Fc) of human IgG1 has NsiI sites at both ends A scFv-Fc fusion gene artificially synthesized to have a signal sequence (DsbCss) of E. coli periplasmic protein DsbC and a sequence encoding a FLAG tag at the 5 'end, mms13 and Protein A encoding anchor protein Mms13 The gene was constructed by inserting it into the NsiI site (corresponding to the start codon of the Mms13-ZZ gene) of pUM13ZZ ((a) of FIG. 1 (B)) expressing a fusion gene of the IgG binding domain (ZZ) of In order to express as a single operon from the mms16 promoter to the scFv13R4-Fc fusion gene and the Mms13-ZZ fusion gene, the Shine-Dalgarno (SD) sequence lost due to the insertion of the scFv-Fc gene is the Mms13-ZZ gene. The artificially synthesized gene was designed to be added upstream.
On the other hand, in order to construct an Mms13-scFv expression vector expressed as a conventional Mms13 fusion protein as a control vector, a scFv gene PCR-amplified with SspI site at both ends was inserted into SspI digested pUM13ZZ (pUM13 scFv) ((B) in FIG. 1 (B)).

各発現プラスミド(pUM13ZZ、pUM13scFv及びpUM13ZZ/scFvFc)を、Y.Okamura,H.Takeyama,T.Sekine,T.Sakaguchi,A.T.Wahyudi,R.Sato,et al.,Design and Application of a New Cryptic−Plasmid−Based Shuttle Vector for Magnetospirillum magneticum Design and Application of a New Cryptic−Plasmid−Based Shuttle Vector for Magnetospirillum magneticum,Society.(2003)に記載された方法に従って、エレクトロポレーションによってM.magneticum AMB−1に形質転換した。 Each expression plasmid (pUM13ZZ, pUM13scFv and pUM13ZZ / scFvFc) was purified by Y.3. Okamura, H .; Takeyama, T .; Sekine, T. Sakaguchi, A .; T. Wahyudi, R .; Sato, et al. Design and Application of Cryptic-Plasmid-Based Shuttle Vector for Magnetospirillum magneticum Design and Application of a New Cryptic-Plasmid-Based Shuttle Vector for Magnetospirillum magneticum, Society. By electroporation according to the method described in (2003) . It transformed to magneticum AMB-1.

M..magneticum AMB−1(ATCC 700264)を、T.Matsunaga,T.Sakaguchi,F.Tadakoro,Magnetite formation by a magnetic bacterium capable of growing aerobically,Appl Microbiol.Biotechnol.35(1991)651−655に記載される方法従い、28℃でmagnetic spirillum growth medium(MSGM)で磁性微好気的に培養し、作製したM.magneticum AMB−1形質転換体は同じ条件下、5μg/mlのアンピシリンを用いて培養した。 M .. magneticum AMB-1 (ATCC 700264), as described in T.M. Matsunaga, T .; Sakaguchi, F .; Tadakoro, Magnetite formation by a magnetic bacterium capable of growing aerobically, Appl Microbiol. Biotechnol. 35 (1991) 651-655, according to the method described in U.S. Pat . magneticum AMB-1 transformants were cultured under the same conditions, using 5 μg / ml of ampicillin.

(1−4)磁性細菌粒子の調製
集菌したAMB−1野生株もしくは各形質転換体(250ml culture相当)を2.5mlのExtraction buffer A(50mM Tris−HCl,5mM EDTA,pH8.0)に懸濁したのち、リゾチーム及びPMSFをそれぞれ終濃度0.4mg/mlおよび2mMとなるよう添加し、室温で5分間静置した。続いて、0.5mlのExtraction buffer B(1.5M NaCl,0.1M CaCl,0.1M MgCl,0.02mg/ml DNase I)を加え、室温で5分間静置した。次にTritonX−100を終濃度0.2%加え、室温にて0〜120分間穏やかに撹拌した後、Nd−B磁石を用いて磁性細菌粒子画分を磁気回収した。その後、PBS−Tで5回洗浄し、精製磁性細菌粒子を得た。
(1-4) Preparation of magnetic bacterial particles Collected AMB-1 wild strain or each transformant (equivalent to 250 ml culture) to 2.5 ml of Extraction buffer A (50 mM Tris-HCl, 5 mM EDTA, pH 8.0) After suspension, lysozyme and PMSF were added to final concentrations of 0.4 mg / ml and 2 mM, respectively, and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Subsequently, 0.5 ml of Extraction buffer B (1.5 M NaCl, 0.1 M CaCl 2 , 0.1 M MgCl 2 , 0.02 mg / ml DNase I) was added, and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Next, Triton X-100 was added to a final concentration of 0.2%, and after gently stirring for 0 to 120 minutes at room temperature, the magnetic bacterial particle fraction was magnetically recovered using an Nd-B magnet. Thereafter, the plate was washed five times with PBS-T to obtain purified magnetic bacterial particles.

(1−5)IgG捕捉試験
本発明のコンセプト証明を行うため、Mms13−ZZ融合タンパク質をコードするpUM13ZZのAMB−1形質転換体を用いたIgG結合試験を行った。
AMB−1野生株もしくはpUM13ZZ形質転換体の細胞ペレット(45ml culture相当)に対し、0から2μg/mlのAP標識donkey anti−mouse IgGを加え、磁性細菌粒子を抽出した。磁性細菌粒子各50μgを50μlのPBSに懸濁したのち、Lumi−Phos530を50μl加え、室温で20分間基質反応を行った後、ルミノメーターを用いて発光強度を測定した。
その結果、IgG−APの容量依存的な結合が認められ、少なくとも16ng/mlの低濃度であっても検出することが可能であることが示された(図2)。Donkey IgGとProtein Aとの結合はヒトIgG1と比べると弱いものの、この濃度は僅か0.18μg/l cultureに相当し、機能性分子の発現量が非常に低い場合であっても本システムが機能することが示された。
(1-5) IgG Capture Test In order to prove the concept of the present invention, an IgG binding test was performed using an AMB-1 transformant of pUM13ZZ encoding a Mms13-ZZ fusion protein.
0 to 2 μg / ml of AP-labeled donkey anti-mouse IgG was added to cell pellets (corresponding to 45 ml culture) of AMB-1 wild strain or pUM13 ZZ transformant to extract magnetic bacterial particles. After suspending 50 μg of each of the magnetic bacterial particles in 50 μl of PBS, 50 μl of Lumi-Phos 530 was added, and substrate reaction was performed at room temperature for 20 minutes, and then the luminescence intensity was measured using a luminometer.
As a result, a dose-dependent binding of IgG-AP was observed, and it was shown that even a low concentration of at least 16 ng / ml can be detected (FIG. 2). Although the binding between Donkey IgG and Protein A is weaker compared to human IgG1, this concentration corresponds to only 0.18 μg / l culture, and the system functions even when the expression amount of functional molecules is very low. It was shown to do.

(1−6)ウェスタンブロッティング
AMB−1野生株もしくは各AMB−1形質転換体より得られた磁性細菌粒子0.1〜0.2mgに対し、還元の場合は10mM DTTおよび5mM EDTAを含む1%LDS溶液を、非還元の場合は5mM EDTAを含む1%SDS溶液を10〜20μl加え、95℃で15分間熱処理を行い、磁気分離により上清を回収したものを粒子膜画分とした。得られた上清をサンプルバッファーと混合しSDS−PAGEゲル(10〜20% gradient)にて泳動したのち、Transfer Buffer(48mM Tris,39mM Glycine,20% Methanol)を用いたセミドライ法でPVDF膜にブロッティングした。抗原抗体反応は2%BSAを含むPBS−T(2%BSA/PBS−T)に溶解した1μg/mlの1次抗体もしくはAP標識2次抗体を用いて行った。2次反応後、PVDF膜をPBS−Tで3回洗浄したのち、BCIP/NBT−Blueを用いてAP活性の検出を行った。
(1-6) Western Blotting 1% containing 10 mM DTT and 5 mM EDTA in the case of reduction against 0.1 to 0.2 mg of magnetic bacterial particles obtained from AMB-1 wild strain or each AMB-1 transformant The LDS solution was added with 10 to 20 μl of a 1% SDS solution containing 5 mM EDTA if not reduced, heat-treated at 95 ° C. for 15 minutes, and the supernatant collected by magnetic separation was used as a particle membrane fraction. The obtained supernatant is mixed with a sample buffer, electrophoresed on an SDS-PAGE gel (10 to 20% gradient), and then applied to a PVDF membrane by a semi-dry method using Transfer Buffer (48 mM Tris, 39 mM Glycine, 20% Methanol) Blotted. The antigen-antibody reaction was performed using 1 μg / ml of primary antibody or AP-labeled secondary antibody dissolved in PBS-T (2% BSA / PBS-T) containing 2% BSA. After the secondary reaction, the PVDF membrane was washed three times with PBS-T, and then detection of AP activity was performed using BCIP / NBT-Blue.

(1−6−1)scFv−FcとMms13−ZZとの結合タイムコースの解析
次に、モデルタンパク質である変異型ヒト抗β−Galactosidase scFv−Fc融合タンパク質とMms13−ZZの共発現ベクター(pUM13/scFvFc)のAMB−1形質転換体を用いてFcとZZとの結合に必要な時間を調べた。ここで用いた変異型scFv(scFv13R4)は、大腸菌の細胞質内において高レベルで可能性発現するように改変されたものである。
リゾチームおよびDNase Iで10分間部分的に破砕処理した細胞に対し、細胞を完全に破砕し可溶化するためにTriton X−100を加え、0、10、30及び60分後に磁性細菌粒子を分離した。その結果、予想に反しFcとZZとの結合の大部分がtime0で起こり、TritonX−100の添加後10分以降に最大レベルに達した(図3)。これらの結果から、AMB−1形質転換体からFc融合タンパク質が結合した磁性細菌粒子を得るためには、細胞を完全に破砕してから10分後の回収で十分であることが示された。
(1-6-1) Analysis of binding time course of scFv-Fc and Mms13-ZZ Next, a co-expression vector of a mutant human anti-β-Galactosidase scFv-Fc fusion protein and Mms13-ZZ, which are model proteins (pUM13) The time required for the binding of Fc to ZZ was examined using AMB-1 transformants of The mutant scFv (scFv13R4) used here is one that has been modified so as to express at a high level in the cytoplasm of E. coli.
Triton X-100 was added to the cells partially disrupted with lysozyme and DNase I for 10 minutes to completely disrupt and solubilize the cells, and the magnetic bacterial particles were separated after 0, 10, 30 and 60 minutes . As a result, contrary to expectation, most of the binding between Fc and ZZ occurred at time 0, and reached the maximum level 10 minutes after the addition of Triton X-100 (FIG. 3). From these results, it was shown that recovery after 10 minutes after completely disrupting the cells was sufficient to obtain magnetic bacterial particles to which Fc fusion proteins were bound from AMB-1 transformants.

(1−6−2)scFv融合タンパク質の発現解析
Mms13−scFv、scFv−Fc各融合遺伝子発現ベクターのAMB−1形質転換体における発現レベルを確かめるため、リニアエピトープもしくは構造エピトープの抗体をそれぞれ用いたウェスタンブロッティングを行った。
その結果、Mms13−scFvは、還元条件および非還元条件で、リニアエピトープ認識の抗FLAG抗体により予想された41kDaの単一のバンドとして検出されたが、構造エピトープ認識の抗ヒトλ light chain(VL−λ)抗体では検出されなかった(図4)。一方、scFv−Fcの単量体(52kDa)は還元条件では抗FLAG抗体で検出されたが、非還元条件では抗FLAG抗体および抗ヒトVL−λの両方で2量体(105kDa)および3量体(157kDa)に相当する2本のバンドとして検出された(図4)。
これらの結果から、Mms13−scFvは、細胞質において磁性細菌粒子上で正しくフォールディングされなかったが、一方で、ペリプラズム内に発現したscFv−FcはFcのヒンジ領域を介すると思われる2量体、又は、2量体に非共有結合が加わった3量体としてS−S結合を伴い正しくフォールディングされたものと考えられる。なお、scFv−Fc融合タンパク質の多量体形成は他のグループでも報告されている。
(1-6-2) Expression Analysis of scFv Fusion Protein In order to confirm the expression level of Mms13-scFv and scFv-Fc fusion gene expression vectors in AMB-1 transformants, antibodies of linear epitope or structural epitope were used respectively Western blotting was performed.
As a result, Mms13-scFv was detected as a single 41 kDa band predicted by anti-FLAG antibody of linear epitope recognition under reducing and non-reducing conditions, but anti-human λ light chain of structural epitope recognition (VL -Λ) not detected with antibody (Figure 4). On the other hand, the scFv-Fc monomer (52 kDa) was detected by the anti-FLAG antibody under reducing conditions, but the dimer (105 kDa) and trimeric amounts of both anti-FLAG antibody and anti-human VL-λ were detected under non-reducing conditions It was detected as two bands corresponding to the body (157 kDa) (FIG. 4).
From these results, Mms13-scFv was not correctly folded on the magnetic bacterial particle in the cytoplasm, while the scFv-Fc expressed in the periplasm was a dimer that seems to be mediated through the hinge region of Fc, or As a trimer in which a non-covalent bond is added to the dimer, it is considered to be correctly folded with an S-S bond. In addition, multimer formation of scFv-Fc fusion protein is also reported by other groups.

(1−7)β−Galactosidase結合試験
磁性粒子上に捕捉されたscFv−Fcが抗原結合能を持っているかどうかを確かめるため、β−Galactosidaseの結合試験を行った。
pUM13ZZ、pUM13scFvもしくはpUM13ZZ/scFvFcを導入したAMB−1から抽出した磁性細菌粒子各50μgに対し、2%BSA/PBS−Tに懸濁したbiotin−β−Galactosidase(1μg/ml)を加え、室温で15分静置した。200μlのPBS−Tで1回洗浄したのち、Alkaline Phosphatase Streptavidin(1μg/ml)を加え、室温で15分静置した。200μlのPBS−Tで3回洗浄したのち、50μlのPBSに懸濁した。これにLumi−Phos530を50μl加えて30分間反応させ、ルミノメーターにより発光強度を測定した。
(1-7) β-Galactosidase Binding Test In order to confirm whether the scFv-Fc captured on the magnetic particle has antigen binding ability, β-Galactosidase binding test was performed.
Each 50 μg of magnetic bacterial particles extracted from AMB-1 into which pUM13ZZ, pUM13scFv or pUM13ZZ / scFvFc has been introduced is added with biotin-β-Galactosidase (1 μg / ml) suspended in 2% BSA / PBS-T at room temperature Let stand for 15 minutes. After washing once with 200 μl of PBS-T, Alkaline Phosphatase Streptavidin (1 μg / ml) was added and allowed to stand at room temperature for 15 minutes. After washing three times with 200 μl of PBS-T, the cells were suspended in 50 μl of PBS. To this, 50 μl of Lumi-Phos 530 was added and reacted for 30 minutes, and the luminescence intensity was measured by a luminometer.

scFv−FcとMms13−ZZの共発現形質転換体から抽出した磁性細菌粒子ではビオチンラベルしたβ−Galactosidaseの結合が検出されたのに対し(図5、ZZ+scFv−Fc)、Mms13−ZZ単独もしくはMms13−scFvの形質転換体から抽出した磁性細菌粒子では認められなかった(図5、ZZ及びscFv)。このことから、細胞質で発現したMms13−scFvは磁性細菌粒子上で機能発現しなかったのに対し、ペリプラズムに発現したscFv−Fcは磁性細菌粒子上で機能発現していることが示された。
ここで用いたscFv(scFv13R4)は、大腸菌の細胞質において高い可溶性とフォールディング能を持つよう機能改変された抗β−Galactosidase scFv(scFv13)の変異体である。しかしながら、高い可溶性を持つscFv13R4であっても従来の直接発現法では磁性細菌粒子上で機能発現しなかった。
The binding of biotin-labeled β-Galactosidase was detected in magnetic bacterial particles extracted from co-expressing transformants of scFv-Fc and Mms13-ZZ (FIG. 5, ZZ + scFv-Fc), whereas Mms13-ZZ alone or Mms13 -It was not recognized in the magnetic bacterial particle extracted from the transformant of scFv (FIG. 5, ZZ and scFv). From this, it was shown that the cytoplasmically expressed Mms13-scFv was not functionally expressed on the magnetic bacterial particle, whereas the periplasmic expressed scFv-Fc was functionally expressed on the magnetic bacterial particle.
As used herein, scFv (scFv13R4) is a variant of anti-β-Galactosidase scFv (scFv13) that has been functionally modified to have high solubility and folding ability in the cytoplasm of E. coli. However, even the highly soluble scFv13R4 did not express its function on magnetic bacterial particles by the conventional direct expression method.

以下で説明する実施例2及び3は、本発明の第2の側面に対応する。
<実施例2>In vivo docking法による磁性細菌粒子上でのGFP及びmCherryの共局在
本実施例では、BacMPsに固定化する複数の目的タンパク質として、GFP及びmCherryを使用した。
(2−1)試料
試薬類は全て研究用の市販特級品またはそれに準じたものを用い、試薬等の調製は蒸留水及び蒸留水をMilliQ Lab(日本ミリポア)で処理した純水を用いた。アルカリホスファターゼ(ALP)標識mouse由来anti−c−mycモノクローナル抗体は、ACRISより購入した。Mouse由来抗GFPモノクローナル抗体及び、mouse由来抗mCherryモノクローナル抗体はClontech Laboratoriesより購入した。Goat由来ALP標識抗mouse IgG抗体はSanta Cruz Biotechnologyより購入した。組み換えGFP及びmCherryはCELL BIOLABSより購入した。プレートリーダーにはSH−9000(コロナ電気)を用いた。ALPの発光基質には和光純薬株式会社のルミホス530を用いた。
また、本実施例では融合タンパク質の発現ホストとして磁性細菌M.magneticum AMB−1株のmms13遺伝子欠損株(Δmms13株)を使用した。プラスミド構築には、大腸菌TOP10(Invitrogen)を使用した。
Examples 2 and 3 described below correspond to the second aspect of the present invention.
Example 2 Co-localization of GFP and mCherry on Magnetic Bacteria Particles by In Vivo Docking Method In this example, GFP and mCherry were used as a plurality of target proteins to be immobilized on BacMPs.
(2-1) Samples All reagents used were commercially available special grade products for research or those based thereon, and the preparation of reagents etc. used distilled water and pure water obtained by treating distilled water with MilliQ Lab (Nippon Millipore). Alkaline phosphatase (ALP) -labeled mouse-derived anti-c-myc monoclonal antibody was purchased from ACRIS. Mouse-derived anti-GFP monoclonal antibody and mouse-derived anti-mCherry monoclonal antibody were purchased from Clontech Laboratories. Goat-derived ALP-labeled anti-mouse IgG antibody was purchased from Santa Cruz Biotechnology. Recombinant GFP and mCherry were purchased from CELL BIOLABS. SH-9000 (Corona Electric) was used as a plate reader. Lumiphos 530 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as a light emission substrate of ALP.
Also, in this example, as the expression host of the fusion protein, the magnetic bacteria M. coli were used. The mms13 gene deficient strain (Δmms13 strain) of magneticum AMB-1 strain was used. E. coli TOP10 (Invitrogen) was used for plasmid construction.

プラスミドベクターは、T.Yoshino,A.Shimojo,Y.Maeda,T.Matsunaga.,Inducible Expression of Transmembrane Protein on Bacterial Magnetic Particles in Mamnetospirillum magneticum AMB−1,Appl Environ Microbiol.(2010)に記載されたpUMtOR13GFPを基にして構築した。 The plasmid vector is T. Yoshino, A. et al. Shimojo, Y. Maeda, T .; Matsunaga. , Inducible Expression of Transmembrane Protein on Bacterial Magnetic Particles in Mamnetospirillum magneticum AMB-1, Appl Environ Microbiol. It was constructed based on pUMtOR13GFP described in (2010).

(2−2)プラスミドの構築と磁性細菌の培養
図11(A)に、本実施例で構築したプラスミドコンストラクトpUMtetDoc−M13miniscafを示す。該プラスミドは、Pmsp1(tetO)プロモーターの下流にGFPとClostridium thermocellumのCelS由来Dockerin(DocC)の融合タンパク質(GFP−DocC)、mCherryとRuminococcus flavefaciensのScaA由来Dockerin(DocR)の融合タンパク質(mCherry−DocR)、及びPmms16プロモーターの下流にMms13、NS linker、C.thermocellum由来Cohesin(CohC)、R.flavefaciens由来Cohesin(CohR)、c−myc tagの融合タンパク質(Mms13−miniscaffoldin)の遺伝子を含む。
更に、Pmms16プロモーターの下流にGFP−DocC、mCherry−DocRの遺伝子を含むpUMtetDoc(図示せず)を構築した。
(2-2) Construction of plasmid and culture of magnetic bacteria FIG. 11 (A) shows the plasmid construct pUMtetDoc-M13miniscaf constructed in this example. The plasmid is a fusion protein (GFP-DocC) of GFP and Clostridium thermocellum 's CelS derived Dockerin (DocC) downstream of the Pmsp1 (tetO) promoter, and a fusion protein (mCherry-DocR) of mCherry and Ruminococcus flavefaciens ScaA derived Docker (DocR) ), And downstream of the Pmms16 promoter Mms13, NS linker, C.I. thermocellum from Cohesin (CohC), R. It contains the gene of flavesfaciens-derived Cohesin (CohR), a fusion protein of c-myc tag (Mms13-miniscaffoldin).
Furthermore, pUMtetDoc (not shown) containing GFP-DocC and mCherry-DocR genes downstream of Pmms16 promoter was constructed.

作製した各プラスミドを用いて、エレクトロポレーション法によりΔmms13株の形質転換を行った。磁性細菌の培養には、magnetic spirillum growth medium(MSGM)を培地として用い、5Lの培地に、プレカルチャーを1/1000植菌し、室温26〜29℃で静置することで培養を行った。植菌時には、アルゴンガスでバブリング(15分間)することにより微好気状態を作った。また、形質転換体の培養の際は終濃度5.0μg/mlアンピシリンを添加し、対数増殖期中期に終濃度500ng/ml ATcを添加し、一晩培養した。BacMPsの回収は、以下に示す方法で行った。   The Δmms13 strain was transformed by electroporation using each of the prepared plasmids. For the culture of magnetic bacteria, magnetic spirillum growth medium (MSGM) was used as a culture medium, and preculture was inoculated 1/1000 in 5 L of culture medium, and culture was carried out by standing at room temperature of 26 to 29 ° C. At the time of inoculation, microaerobicity was made by bubbling with argon gas (15 minutes). In addition, when culturing the transformant, a final concentration of 5.0 μg / ml ampicillin was added, and a final concentration of 500 ng / ml ATc was added in the middle of the logarithmic growth phase, followed by overnight culture. Recovery of BacMPs was performed by the method described below.

(2−3)磁性細菌粒子の調製
菌体培養後、遠心分離(9000g、4℃、10分間)を行い、培養液から磁性細菌を回収した。回収した磁性細菌は、1mM CaClを含むHEPES緩衝液(10mM、pH7.4)に懸濁し、フレンチプレス(有限会社大岳製作所,5501M)を使用して1800kg/cmで菌体破砕を行った(3回)。破砕液をガラスの容器に移し、Nd−Fe−B(ネオジウム−鉄−ボロン)磁石を添付することにより、BacMPsを回収した。上清を取り除き、更に1mM CaClを含むHEPES緩衝液を加え、磁気分離することでBacMPsの洗浄を行った(10回)。BacMPsを適量のPBSに分散させ吸光度(660nm)を測定し、検量線より乾燥重量に換算した。
(2-3) Preparation of Magnetic Bacteria Particles After bacterial cell culture, centrifugation (9000 g, 4 ° C., 10 minutes) was performed to recover magnetic bacteria from the culture solution. The collected magnetic bacteria were suspended in HEPES buffer solution (10 mM, pH 7.4) containing 1 mM CaCl 2 and disrupted at 1800 kg / cm 2 using a French press (Otake Corporation, 5501 M) (3 times). BacMPs were recovered by transferring the disrupted solution to a glass container and attaching a Nd-Fe-B (neodymium-iron-boron) magnet. The supernatant was removed, HEPES buffer containing 1 mM CaCl 2 was further added, and magnetic separation was performed to wash BacMPs (10 times). BacMPs was dispersed in an appropriate amount of PBS, the absorbance (660 nm) was measured, and the dry weight was converted from the calibration curve.

(2−4)ウェスタンブロッティング及びBacMPs上での抗体結合試験
野生型(WT)及び各形質転換体の菌体培養液を遠心分離(8000g、10分間)し、菌体を回収した。菌体2×10 cellsに対して1%SDS溶液20μlを添加し99℃で30分間煮沸した。更に、3×SDS sample bufferを添加し、99℃で5分間加熱し、菌体サンプルとした。また、WT及び各形質転換体から得られたBacMPs25〜500μgに対し、1%SDS溶液30μlを添加後、超音波により拡散させながら煮沸した(100℃、30分間)。遠心分離(18000g、5分間)により上清を回収し、3×SDS sample bufferをサンプルに15μl加え、99℃で5分間加熱し、粒子膜画分サンプルとした。コントロールとして、組み換えGFP及び組み換えmCherryを用いた。
(2-4) Western Blotting and Antibody Binding Test on BacMPs A cell culture solution of wild type (WT) and each transformant was centrifuged (8000 g, 10 minutes) to recover the cells. To 2 × 10 9 cells, 20 μl of a 1% SDS solution was added and boiled at 99 ° C. for 30 minutes. Furthermore, 3 × SDS sample buffer was added and heated at 99 ° C. for 5 minutes to prepare a cell sample. Further, 30 μl of a 1% SDS solution was added to 25 to 500 μg of BacMPs obtained from WT and each transformant, and the mixture was boiled while being diffused by ultrasonic waves (100 ° C., 30 minutes). The supernatant was collected by centrifugation (18000 g, 5 minutes), 15 μl of 3 × SDS sample buffer was added to the sample, and the mixture was heated at 99 ° C. for 5 minutes to obtain a particle membrane fraction sample. As controls, recombinant GFP and recombinant mCherry were used.

各サンプルをアクリルアミド濃度15%のゲルを用いてSDS−PAGEに供した。泳動後のゲルをPVDF膜へセミドライ法でブロッティングを行った。ブロッティング後のPVDF膜に対し、ALP標識抗c−myc抗体(1μg/ml、PBST)または、一次抗体に、mouse由来抗GFPモノクローナル抗体(0.05μg/ml、PBST)、mouse由来抗mCherryモノクローナル抗体(2μg/ml、PBST)、二次抗体にGoat由来ALP標識mouse IgG抗体(0.5μg/ml、PBST)を反応させた(室温、1時間)。PBS−Tを用いて10分間の洗浄を3回繰り返した後、基質としてNBT/BCIP−Blue Liquid Substrateを加え発色させた。また、解析には画像解析ソフトImage Jを用いてピクセル強度を算出した。   Each sample was subjected to SDS-PAGE using a gel with acrylamide concentration 15%. The gel after electrophoresis was subjected to semi-dry blotting on a PVDF membrane. ALP-labeled anti-c-myc antibody (1 μg / ml, PBST) or mouse-derived anti-GFP monoclonal antibody (0.05 μg / ml, PBST), or mouse-derived anti-mCherry monoclonal antibody to the PVDF membrane after blotting (2 μg / ml, PBST), the secondary antibody was reacted with Goat-derived ALP-labeled mouse IgG antibody (0.5 μg / ml, PBST) (room temperature, 1 hour). After washing for 10 minutes three times with PBS-T, NBT / BCIP-Blue Liquid Substrate was added as a substrate to cause color development. In addition, pixel intensity was calculated using image analysis software Image J for analysis.

次に、BacMPs上での抗体結合試験を行った。
WT及び形質転換体由来BacMPs 50μgにALP標識抗c−myc抗体(1μg/ml、PBST)、mouse由来抗GFPモノクローナル抗体(1μg/ml、PBST)またはmouse由来抗mCherryモノクローナル抗体(1μg/ml、PBST)100μlを室温で30分間反応させた。洗浄後、mouse由来抗GFPモノクローナル抗体またはmouse由来抗mCherryモノクローナル抗体を反応させたBacMPsは、更に二次抗体としてgoat由来ALP標識抗mouseIgG抗体(1μg/ml)を反応させた。洗浄後、TBS 50μlにBacMPsを懸濁した。96穴プレートに移した後にルミホス530を50μl添加し、5分後の発光強度を測定した。
Next, antibody binding tests on BacMPs were performed.
ALP-labeled anti-c-myc antibody (1 μg / ml, PBST), mouse-derived anti-GFP monoclonal antibody (1 μg / ml, PBST) or mouse-derived anti-mCherry monoclonal antibody (1 μg / ml, PBST) in WT and transformant-derived BacMPs 50 μg 100 μl was reacted for 30 minutes at room temperature. After washing, BacMPs reacted with mouse-derived anti-GFP monoclonal antibody or mouse-derived anti-mCherry monoclonal antibody were further reacted with goat-derived ALP-labeled anti-mouse IgG antibody (1 μg / ml) as a secondary antibody. After washing, BacMPs were suspended in 50 μl of TBS. After transferring to a 96-well plate, 50 μl of lumiphos 530 was added, and the luminescence intensity after 5 minutes was measured.

(2−4−1)形質転換体におけるMms13−miniscaffoldinの局在確認
Mms13−miniscaffoldinのC末端に融合したc−myc tagに対する抗体を用いて、形質転換体におけるMms13−miniscaffoldin(57kDa)の発現確認を行った。ウェスタンブロッティングの結果、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体において、Mms13−miniscaffoldinの発現を確認することができた(図12(A)、レーン1)。
また、上記BacMPsへの抗体結合試験により、精製したBacMPs上でのMms13−miniscaffoldinの局在を確認した。その結果、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体から精製したBacMPsにおいて、抗c−myc抗体の結合が確認された(図12(B)、レーン1)。
以上の結果より、形質転換体内で発現したMms13−miniscaffoldinはBacMPs膜上に局在し、固定化されていることが示された。
(2-4-1) Confirmation of localization of Mms13-miniscaffoldin in transformants Expression of Mms13-miniscaffoldin (57 kDa) in transformants using an antibody against c-myc tag fused to the C-terminus of Mms13-miniscaffoldin Did. As a result of western blotting, the expression of Mms13-miniscaffoldin could be confirmed in the transformant carrying pUMtetDoc-M13 miniscaf (FIG. 12 (A), lane 1).
Moreover, the localization of Mms13-miniscaffoldin on purified BacMPs was confirmed by the antibody binding test to BacMPs described above. As a result, binding of anti-c-myc antibody was confirmed in BacMPs purified from a transformant carrying pUMtetDoc-M13 miniscaf (FIG. 12 (B), lane 1).
From the above results, it was shown that Mms13-miniscaffoldin expressed in transformants was localized and immobilized on BacMPs membrane.

(2−4−2)形質転換体におけるGFP−DocC及びmCherry−DocRの発現並びにBacMPs上への結合確認
形質転換体におけるGFP−DocC及びmCherry−DocRの発現を確認するために、ウェスタンブロッティングによるGFP−DocC(36kDa)、mCherry−DocR(38kDa)の検出を行った。その結果、形質転換体において、GFP−DocC、mCherry−DocRの発現を確認することができた(図13(A)及び(B)、レーン1)。
また、各形質転換体のGFP−DocC及びmCherry−DocRのバンドを画像解析ソフトImage Jを用いて解析し、ピクセル強度の比較を行った。pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体のGFP−DocC及びmCherry−DocRのピクセル強度を100%としたとき、pUMtetDocを保持する形質転換体において、GFP−DocCが18%、mCherry−DocRが69%であった。よって、pUMtetDocを保持する形質転換体では、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体に比べ、GFP−DocC及びmCherry−DocRの発現量が低下していることが示された。Dockerinは、Cohesinと結合していない状態では構造が不安定となり、細胞内でプロテアーゼにより分解されることが報告されている。従って、Mms13−miniscaffoldinを発現しないpUMtetDocを保持する形質転換体では、GFP−DocC及びmCherry−DocRが分解され、発現量が低下したと考えられる。
(2-4-2) Expression of GFP-DocC and mCherry-DocR in Transformant and Confirmation of Binding on BacMPs In order to confirm expression of GFP-DocC and mCherry-DocR in transformant, GFP by Western blotting -Detection of DocC (36 kDa) and mCherry-DocR (38 kDa) was performed. As a result, in the transformant, the expression of GFP-DocC and mCherry-DocR could be confirmed (Fig. 13 (A) and (B), lane 1).
Moreover, the band of GFP-DocC and mCherry-DocR of each transformant was analyzed using image analysis software Image J, and the comparison of pixel intensity was performed. When the pixel intensity of GFP-DocC and mCherry-DocR of the transformant carrying pUMtetDoc-M13 miniscaf is 100%, in the transformant carrying pUMtetDoc, GFP-DocC is 18% and mCherry-DocR is 69% there were. Thus, it was shown that in the transformant carrying pUMtetDoc, the expression levels of GFP-DocC and mCherry-DocR were reduced as compared to the transformant carrying pUMtetDoc-M13 miniscaf. Dockerin is reported to be structurally unstable in the absence of binding to Cohesin and to be degraded by proteases in cells. Therefore, in the transformant carrying pUMtetDoc not expressing Mms13-miniscaffoldin, it is considered that GFP-DocC and mCherry-DocR were degraded and the expression amount was reduced.

また、GFP抗体及び抗mCherry抗体を用いたBacMPs上への抗体結合試験の結果、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体から精製したBacMPsにおいて、抗GFP抗体及び抗mCherry抗体の結合を確認できた(図14(A)及び(B)、レーン1)。よって、形質転換体内で発現したGFP−DocC及びmCherry−DocRは、Mms13−miniscaffoldinが局在したBacMPs上に結合していることが示された。
これらの結果から、足場となるMms13−miniscaffoldin及びGFP−DocC、mCherry−DocRを共発現させることで、BacMPs上にワンステップで2種類のタンパク質を固定化できることが示された。
In addition, as a result of antibody binding test on BacMPs using GFP antibody and anti-mCherry antibody, binding of anti-GFP antibody and anti-mCherry antibody was confirmed in BacMPs purified from a transformant carrying pUMtetDoc-M13miniscaf ( Fig. 14 (A) and (B), lane 1). Therefore, it was shown that GFP-DocC and mCherry-DocR which were expressed in the transformant were bound on BacMPs in which Mms13-miniscaffoldin was localized.
From these results, it was shown that two types of proteins can be immobilized on BacMPs in one step by co-expressing Mms13-miniscaffoldin as a scaffold, GFP-DocC, and mCherry-DocR.

(2−4−3)BacMPs上でのGFP−DocC及びmCherry−DocRの共局在の確認
足場であるMms13−miniscaffoldinは、それぞれDocC及びDocRと結合するCohC及びCohRを1ドメインずつ含んでいる。従って、Mms13−miniscaffoldin上にGFP−DocC及びmCherry−DocRが共局在した場合、GFP−DocC及びmCherry−DocRの結合量比が1:1になる。
BacMPs上に結合したGFP−DocC及びmCherry−DocRの固定化量を算出するために、精製したBacMPsの膜画分に含まれるGFP−DocC及びmCherry−DocR量をウェスタンブロッティングにより定量した。濃度既知のGFP及びmCherryを用いて検量線を作成し、Image Jによる解析を行った(図15)。
その結果、GFP−DocC及びmCherry−DocRの結合量はそれぞれ1mg BacMPsあたり380ng及び570ngであった。よってBacMPs上に同程度のGFP−DocC及びmCherry−DocRが固定化されていることが示された。mCherry−DocRの結合量と比較してGFP−DocCの結合量がわずかに低い理由は、GFP−DocCがプロテアーゼによる分解を受けやすいことが影響していることにあると考えられる。
(2-4-3) Confirmation of Co-localization of GFP-DocC and mCherry-DocR on BacMPs The scaffold Mms13-miniscaffoldin contains CohC and CohR each binding to DocC and DocR, respectively. Therefore, when GFP-DocC and mCherry-DocR co-localize on Mms13-miniscaffoldin, the binding amount ratio of GFP-DocC and mCherry-DocR is 1: 1.
In order to calculate the immobilized amount of GFP-DocC and mCherry-DocR bound on BacMPs, the amount of GFP-DocC and mCherry-DocR contained in the membrane fraction of purified BacMPs was quantified by Western blotting. Standard curves were prepared using known concentrations of GFP and mCherry, and analysis with Image J was performed (FIG. 15).
As a result, the binding amount of GFP-DocC and mCherry-DocR was 380 ng and 570 ng per 1 mg BacMPs, respectively. Therefore, it was shown that comparable GFP-DocC and mCherry-DocR were immobilized on BacMPs. The reason why the amount of binding of GFP-DocC is slightly lower than the amount of binding of mCherry-DocR is considered to be because GFP-DocC is susceptible to degradation by protease.

(2−5)形質転換体の蛍光顕微鏡観察
形質転換体のGFP及びmCherryの蛍光顕微鏡観察を行い、細胞内での局在解析を行った。WT及び形質転換体の培養液を、2%アガロースゲルを塗布したスライドガラス上に滴下し、観察を行った。GFP蛍光の検出にはGFP検出用フィルター(励起/検出:466nm:525nm)を用いた。mCherryの検出にはCY3フィルター(励起/検出:513−556nm/570−613nm)を用いた。GFP/mCherryのFRETの観察には励起フィルター(460−495nm)及び検出フィルター(580nm)を組み合わせたFRET検出フィルター用いた。
蛍光観察の結果、pUMtetDocを保持する形質転換体においてmCherryの蛍光は検出されたが、GFPの蛍光は検出されなかった(図16(B))。これはGFP−DocCの発現量が低いことが原因であると考えられる。pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体においてはGFP及びmCherryの蛍光が検出された(図16(C))。また、それらの蛍光から、GFP及びmCherryが細胞内で同一の位置に局在していることが示された。
(2-5) Fluorescence microscope observation of transformant The fluorescence microscope observation of GFP and mCherry of a transformant was performed, and the localization analysis in a cell was performed. Cultures of WT and transformants were dropped onto a slide glass coated with 2% agarose gel for observation. For detection of GFP fluorescence, a filter for GFP detection (excitation / detection: 466 nm: 525 nm) was used. A CY3 filter (excitation / detection: 513-556 nm / 570-613 nm) was used for detection of mCherry. For observation of FRET of GFP / mCherry, a FRET detection filter combined with an excitation filter (460-495 nm) and a detection filter (580 nm) was used.
As a result of the fluorescence observation, the fluorescence of mCherry was detected in the transformant carrying pUMtetDoc, but the fluorescence of GFP was not detected (FIG. 16 (B)). This is considered to be due to the low expression level of GFP-DocC. In the transformant carrying pUMtetDoc-M13 miniscaf, fluorescence of GFP and mCherry was detected (FIG. 16 (C)). In addition, their fluorescence showed that GFP and mCherry were localized at the same position in the cell.

更に、GEPの励起波長を照射し、mCherryの蛍光波長を検出することでGFPとmCherryと間のFRET(Fluorescence resonance energy transfer)を観察した。ここで、FRETとは、2個の蛍光分子が近接して(10nm以下)位置する場合に、一方の分子が吸収したエネルギーが、他方の分子に移動し、蛍光を発する現象である。
観察の結果、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体において、GFP及びmCherryの局在位置と同様の位置に、FRETによるmCherryの蛍光が検出された(図16(C)の“FRET”のレーン)。従って、GFP−DocC及びmCherry−DocRが近接に位置していることが示された。
これらの結果から、pUMtetDoc−M13miniscafを保持する形質転換体において、菌体内で発現したGFP−DocC及びmCherry−DocRは、BacMPs上に局在したMms13−miniscaffoldinに結合し共局在していることが示された。
Furthermore, by irradiating the excitation wavelength of GEP and detecting the fluorescence wavelength of mCherry, FRET (Fluorescence resonance energy transfer) between GFP and mCherry was observed. Here, FRET is a phenomenon in which, when two fluorescent molecules are positioned in close proximity (10 nm or less), the energy absorbed by one of the molecules is transferred to the other molecule to emit fluorescence.
As a result of observation, in the transformant carrying pUMtetDoc-M13miniscaf, fluorescence of mCherry by FRET was detected at the same position as the localization position of GFP and mCherry (lane of “FRET” in FIG. 16 (C)) . Therefore, it was shown that GFP-DocC and mCherry-DocR are located in proximity.
From these results, in the transformant carrying pUMtetDoc-M13 miniscaf, GFP-DocC and mCherry-DocR expressed in the cell were bound and co-localized to Mms13-miniscaffoldin localized on BacMPs. Indicated.

本実施例では、cohesinドメインを有するminiscafolldin及びdockerinを融合した蛍光タンパク質を磁性細菌AMB−1において共発現することで、BacMPs上に共局在できることが示された。本手法は、タンパク質の精製や固定化のために煩雑な操作を行う必要が無く、非常に簡便にタンパク質−磁性粒子複合体を作製することができる。   In this Example, it was shown that co-localization on BacMPs can be achieved by co-expressing a fluorescent protein in which miniscafollldin having a cohesin domain and dockerin are fused in the magnetic bacterium AMB-1. In this method, there is no need to perform complicated operations for purification and immobilization of proteins, and a protein-magnetic particle complex can be produced very simply.

<実施例3>In vitro docking法によるMHC class II及びシャペロン様タンパク質HLA−DRの磁性粒子上への共局在によるMHCの機能発現
本実施例では、BacMPsに固定化する複数の目的タンパク質として、eMHC II及びHLA−DMとを使用した。
<Example 3> Functional expression of MHC by colocalization of MHC class II and chaperone-like protein HLA-DR on magnetic particles by in vitro docking method In this example, as a plurality of target proteins to be immobilized on BacMPs, eMHC II and HLA-DM were used.

(3−1)試料
試薬類は全て研究用の市販特級品またはそれに準じたものを用い、試薬等の調製は蒸留水及び蒸留水をMilliQ Lab(日本ミリポア)で処理した純水を用いた。アルカリホスファターゼ(ALP)標識抗FLAGモノクローナル抗体はシグマアルドリッチジャパンより購入した。アルカリホスファターゼ(ALP)標識抗HA tagモノクローナル抗体はabcamより購入した。N末端ビオチン標識HA306−318(PKYVKQNTLKLAT)は株式会社ベックスより購入した。ALP標識ストレプトアビジンはRocheより購入した。プレートリーダーにはSH−9000(コロナ電気)を用いた。ALPの発光基質には和光純薬株式会社のルミホス530を用いた。
また、本実施例では融合タンパク質の発現ホストとして磁性細菌M.magneticum AMB−1株のmms13遺伝子欠損株(Δmms13株)を使用した。プラスミド構築には、大腸菌TOP10(Invitrogen社製)を使用した。
プラスミドベクターは、T.Yoshino,A.Shimojo,Y.Maeda,T.Matsunaga.,Inducible Expression of Transmembrane Protein on Bacterial Magnetic Particles in Mamnetospirillum magneticum AMB−1,Appl Environ Microbiol.(2010)に記載されたpUMtOR13GFPを基にして構築した。
(3-1) Samples The reagents used were all commercially available special grade products for research or those based thereon, and the preparation of reagents etc. used distilled water and pure water obtained by treating distilled water with MilliQ Lab (Nippon Millipore). Alkaline phosphatase (ALP) -labeled anti-FLAG monoclonal antibody was purchased from Sigma-Aldrich Japan. Alkaline phosphatase (ALP) -labeled anti-HA tag monoclonal antibody was purchased from abcam. N-terminal biotin-labeled HA 306-318 (PKYVKQNTLKLAT) was purchased from BEX Corporation. ALP labeled streptavidin was purchased from Roche. SH-9000 (Corona Electric) was used as a plate reader. Lumiphos 530 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as a light emission substrate of ALP.
Also, in this example, as the expression host of the fusion protein, the magnetic bacteria M. coli were used. The mms13 gene deficient strain (Δmms13 strain) of magneticum AMB-1 strain was used. E. coli TOP10 (manufactured by Invitrogen) was used for plasmid construction.
The plasmid vector is T. Yoshino, A. et al. Shimojo, Y. Maeda, T .; Matsunaga. , Inducible Expression of Transmembrane Protein on Bacterial Magnetic Particles in Mamnetospirillum magneticum AMB-1, Appl Environ Microbiol. It was constructed based on pUMtOR13GFP described in (2010).

(3−2)プラスミドの構築と磁性細菌の培養
図17(A)に、本実施例で構築したベクターコンストラクトpUMMHC II−DMDoc−M13miniscafを示す。
該ベクターは、Pmsp1(tetO)プロモーターの下流にMHC IIの細胞外ドメイン、FLAG tag、Clostridium thermocellumのCelS由来Dockerin(DocC)の融合タンパク質(MHC II−DocC)、HLA−DM、HA−tag、Ruminococcus flavefaciensのScaA由来Dockerin(DocR)の融合タンパク質(DM−DocR)、及びPmms16プロモーターの下流にMms13、NS linker、C.thermocellum由来Cohesin(CohC)、R.flavefaciens由来Cohesin(CohR)、c−myc tagの融合タンパク質(Mms13−miniscaffoldin)の遺伝子を含む。
更に、Mms13、NS linker、C.thermocellum由来Cohesin(CohC)、c−myc tagの融合タンパク質(Mms13−cohC)の遺伝子を含むベクターコンストラクトpUMMHC II−DMDoc−M13cohC(図示せず)を構築した。
(3-2) Construction of plasmid and culture of magnetic bacteria FIG. 17 (A) shows the vector construct pUMMHC II-DMDoc-M13 miniscaf constructed in this example.
The vector is composed of an extracellular domain of MHC II downstream of the Pmsp1 (tetO) promoter, a FLAG tag, a fusion protein of CelS-derived Dockerin (DocC) from Clostridium thermocellum (MHC II-DocC), HLA-DM, HA-tag, Ruminococcus flavefaciens of ScaA from Dockerin (DocR) of the fusion protein (DM-DocR), and downstream of the Pmms16 promoter Mms13, NS linker, C. thermocellum from Cohesin (CohC), R. It contains the gene of flavesfaciens-derived Cohesin (CohR), a fusion protein of c-myc tag (Mms13-miniscaffoldin).
Furthermore, Mms 13, NS linker, C.I. A vector construct pUMMHC II-DMDoc-M13cohC (not shown) was constructed which contains the gene of thermocellum- derived Cohesin (CohC) and a fusion protein of c-myc tag (Mms13-cohC).

作製した各プラスミドを用いて、エレクトロポレーション法によりΔmms13株の形質転換を行った。
また、磁性細菌の培養には、magnetic spirillum growth medium(MSGM)を培地として用い、5Lの培地に、プレカルチャーを1/1000植菌し、室温(26〜29℃)で静置することで培養を行った。植菌時には、アルゴンガスでバブリング(15分間)することにより微好気状態を作った。また、形質転換体の培養の際は終濃度5.0μg/mlアンピシリンを添加し、対数増殖期中期に終濃度500ng/ml ATcを添加し、一晩培養した。
The Δmms13 strain was transformed by electroporation using each of the prepared plasmids.
In addition, for culture of magnetic bacteria, magnetic spirillum growth medium (MSGM) is used as a culture medium, and preculture is inoculated 1/1000 in 5 L of culture medium and left to stand at room temperature (26-29 ° C.) Did. At the time of inoculation, microaerobicity was made by bubbling with argon gas (15 minutes). In addition, when culturing the transformant, a final concentration of 5.0 μg / ml ampicillin was added, and a final concentration of 500 ng / ml ATc was added in the middle of the logarithmic growth phase, followed by overnight culture.

(3−3)磁性細菌粒子の調製
磁性細菌粒子の調製は、上記実施例2の(2−3)で説明したのと同様の方法で行った。
(3-3) Preparation of Magnetic Bacterial Particles Preparation of magnetic bacterial particles was performed by the same method as described in (2-3) of Example 2 above.

(3−4)ウェスタンブロッティング及びBacMPs上での抗体結合試験
WT及び各形質転換体の菌体培養液を遠心分離(8000g、10分間)し、菌体を回収した。菌体2×10cellsに対して1%SDS溶液20μlを添加し99℃で30分間煮沸した。更に、3×SDS sample bufferを添加し99℃で5分間加熱し、菌体サンプルとした。WT及び各形質転換体から得られたBacMPs200μgに対し、1%SDS溶液30μlを添加後、超音波により拡散させながら煮沸した(100℃、30分間)。遠心分離(18000g、5分間)により上清を回収し、3×SDS sample bufferをサンプルに15 μl加えて99℃で5分間加熱し、粒子膜画分サンプルとした。
各サンプルを、アクリルアミド濃度12.5%のゲルを用いてSDS−PAGEを行った。泳動後のゲルをPVDF膜へセミドライ法でブロッティングを行った。ブロッティング後のPVDF膜に対し、ALP標識抗FLAGモノクローナル抗体(1μg/ml、PBST)またはALP標識抗HA tagモノクローナル抗体(1μg/ml、PBST)を反応させた(室温、1時間)。PBS−Tを用いて10分間の洗浄を3回繰り返した後、基質としてNBT/BCIP−Blue Liquid Substateを加え、発色させた。
(3-4) Western Blotting and Antibody Binding Test on BacMPs A cell culture solution of WT and each transformant was centrifuged (8000 g, 10 minutes) to recover the cells. To 2 × 10 9 cells, 20 μl of a 1% SDS solution was added and boiled at 99 ° C. for 30 minutes. Furthermore, 3 × SDS sample buffer was added and heated at 99 ° C. for 5 minutes to obtain a cell sample. After adding 30 μl of a 1% SDS solution to 200 μg of BacMPs obtained from WT and each transformant, the mixture was boiled while being diffused by ultrasonic waves (100 ° C., 30 minutes). The supernatant was recovered by centrifugation (18000 g, 5 minutes), and 15 μl of 3 × SDS sample buffer was added to the sample and heated at 99 ° C. for 5 minutes to obtain a particle membrane fraction sample.
Each sample was subjected to SDS-PAGE using a gel with an acrylamide concentration of 12.5%. The gel after electrophoresis was subjected to semi-dry blotting on a PVDF membrane. The blotted PVDF membrane was reacted with ALP-labeled anti-FLAG monoclonal antibody (1 μg / ml, PBST) or ALP-labeled anti-HA tag monoclonal antibody (1 μg / ml, PBST) (room temperature, 1 hour). After repeating washing for 10 minutes three times with PBS-T, NBT / BCIP-Blue Liquid Substate was added as a substrate to develop color.

次に、形質転換体由来BacMPs上に、目的タンパク質であるeMHC II−DocC及びDM−DocRが結合していることを確認するため、抗体結合試験を行った。
WT及び形質転換体由来BacMPs50μgにALP標識抗FLAGモノクローナル抗体(1μg/mL、PBST)、ALP標識抗HA tagモノクローナル抗体(1μg/ml、PBST)100μLを、室温で30分間反応させた。洗浄後、TBS50μlにBacMPsを懸濁した。96穴プレートに移した後、ルミホス530を50μl添加し、5分後の発光強度を測定した。
Next, an antibody binding test was performed to confirm that the target proteins eMHC II-DocC and DM-DocR were bound on the transformant-derived BacMPs.
50 μg of WT and transformant-derived BacMPs were reacted with 100 μL of ALP-labeled anti-FLAG monoclonal antibody (1 μg / mL, PBST) and ALP-labeled anti-HA tag monoclonal antibody (1 μg / ml, PBST) at room temperature for 30 minutes. After washing, BacMPs were suspended in 50 μl of TBS. After transferring to a 96-well plate, 50 μl of lumiphos 530 was added, and the luminescence intensity after 5 minutes was measured.

(3−4−1)eMHC II−DocC及びDM−DocRの発現確認
図17(A)に示すように、プラスミドpUMMHC II−DMDoc−M13miniscafは、eMHC−DocC及びDM−DocRはリボソーム結合サイト(RBS)を介してオペロンを構成している。また、pUMMHC II−DMDoc−M13cohC(図示せず)も同様の構成を有する。
ウェスタンブロッティングの結果から、pUMMHC II−DMDoc−M13miniscafを保持する形質転換体、及び、pUMMHC II−DMDoc−M13cohCを保持する形質転換体おいて、eMHC−DocC及びDM−DocRの発現を確認した。ここでは、eMHC−DocCに導入したFLAG tag及びDM−DocRに導入したHA tagに対する抗体を用いて検出を行った。
(3-4-1) Confirmation of Expression of eMHC II-DocC and DM-DocR As shown in FIG. 17 (A), in the plasmid pUMMHC II-DMDoc-M13 miniscaf, the eMHC-DocC and DM-DocR are ribosome binding sites (RBS The operon is configured via). Moreover, pUMMHC II-DMDoc-M13cohC (not shown) also has the same configuration.
From the results of western blotting, the expression of eMHC-DocC and DM-DocR was confirmed in the transformant carrying pUMMHC II-DMDoc-M13 miniscaf and in the transformant carrying pUMMHC II-DMDoc-M13cohC. Here, detection was performed using an FLAG tag introduced into eMHC-DocC and an antibody against HA tag introduced into DM-DocR.

(3−4−2)eMHC II−DocC及びDM−DocRのBacMPs上への結合確認
形質転換体由来BacMPs上にeMHC II−DocC及びDM−DocRが結合していることを確認するために、抗体結合試験を行った。pUMMHC II−DMDoc−M13miniscafを保持する形質転換体由来BacMPsにおいては、eMHC II−DocC及びDM−DocRの結合を確認することができた。一方、pUMMHC I−DMDoc−M13cohCを保持する形質転換体由来BacMPsにおいては、eMHC II−DocCの結合が確認できた。
(3-4-2) Confirmation of Binding of eMHC II-DocC and DM-DocR on BacMPs An antibody is used to confirm that eMHC II-DocC and DM-DocR are bound on transformant-derived BacMPs. The binding test was done. In transformant-derived BacMPs carrying pUMMHC II-DMDoc-M13 miniscaf, it was possible to confirm the binding of eMHC II-DocC and DM-DocR. On the other hand, in transformant-derived BacMPs carrying pUMMHC I-DMDoc-M13cohC, binding of eMHC II-DocC could be confirmed.

(3−5)ペプチド結合アッセイ及びeMHC II−DocCのペプチド結合能の評価
ペプチド結合アッセイを行い、eMHC II−DocCのペプチド結合能の評価を行った。具体的には、eMHC II−DocC及びDM−DocR結合BacMPs(eMHC II/DM−BacMPs)及びeMHC II−DocC結合BacMPs(eMHC II−BacMPs)に対して、インフルエンザヘマグルチニン由来抗原ペプチド(HA306−318)の結合能を評価した。
ペプチドは、DMSOを用いて5mg/mlに調整し、使用するまで−20℃で保存した。WT及び各形質転換体から得られたBacMPs50μgに0.1〜10μM(PBST)に調整したビオチン標識HA306−318100μlを加え、37℃で3時間反応させた。その後100μl PBSを用いて3回洗浄を行い、ALP標識ストレプトアビジン(ALP−SA:0.5U/ml、PBST)100μLを加え、30分間室温で反応させた。その後、Tris−HCl buffer(pH7.4)100μlを用いて2回洗浄を行い、TBS 50μlに懸濁したものをサンプルとして使用した。96−well microtiterplateに移し、ルミホス530(50μl)を加え、5分間室温で反応させた後、発光プレートリーダーを用いて発光強度を測定した。
(3-5) Peptide binding assay and evaluation of peptide binding ability of eMHC II-DocC A peptide binding assay was performed to evaluate peptide binding ability of eMHC II-DocC. Specifically, influenza hemagglutinin-derived antigenic peptide (HA 306-318 ) is used for eMHC II-DocC and DM-DocR binding BacMPs (eMHC II / DM-BacMPs) and eMHC II-DocC binding BacMPs (eMHC II-BacMPs). ) Was evaluated.
The peptide was adjusted to 5 mg / ml with DMSO and stored at -20 <0> C until use. Biotin-labeled HA 306-318 ( 100 μl) adjusted to 0.1 to 10 μM (PBST) was added to 50 μg of BacMPs obtained from WT and each transformant, and reacted at 37 ° C. for 3 hours. Thereafter, the plate was washed three times with 100 μl PBS, 100 μL of ALP-labeled streptavidin (ALP-SA: 0.5 U / ml, PBST) was added, and allowed to react at room temperature for 30 minutes. After that, washing was performed twice using 100 μl of Tris-HCl buffer (pH 7.4), and suspended in 50 μl of TBS was used as a sample. After transferring to a 96-well microtiter plate, adding lumiphos 530 (50 μl) and reacting at room temperature for 5 minutes, luminescence intensity was measured using a luminescence plate reader.

その結果、eMHC II/DM−BacMPsでは抗原ペプチドの結合が確認されたが、一方、DM−DocRが共局在していないeMHC II−BacMPsには、抗原ペプチドは結合しなかった。
更に、HA306−318濃度、反応時間のカイネティクスを解析した。
As a result, binding of the antigen peptide was confirmed in eMHC II / DM-BacMPs, while the antigen peptide did not bind to eMHC II-BacMPs in which DM-DocR is not colocalized.
Furthermore, the kinetics of HA 306-318 concentration and reaction time were analyzed.

本実施例では、磁性細菌内でeMHC II及びシャペロンであるHLA−DMを共局在させることにより、従来生産が困難であったeMHC IIの調製に成功した。
既に述べた通り、MHC II分子は、ヒトの免疫機構を担う重要なタンパク質であり、種々の疾患及び病原体由来の抗原タンパク質の分解産物(抗原ペプチド)と結合し、抗原ペプチド−MHC II複合体(pMHC II)を形成する。それ故、MHC IIのペプチド結合能の解析、抗原ペプチドの同定は重要である。
抗原ペプチドと結合していない状態のMHC II(eMHC II)は構造が不安定であり、凝集塊を形成する。そのため、組み換えMHC IIは、例えば、α鎖及びβ鎖を封入体として別々に生産した後、抗原ペプチドと混合しリホールディングすることにより作製されており、この方法では、煩雑な操作が必要である。また、UV分解性抗原ペプチドを導入したpMHC IIにHLA−DMを添加し、UVを照射することでペプチド結合能を有したeMHC IIを作製されることが報告されているが、この系においてペプチド結合能を有したeMHC IIを作製するためには、高濃度のHLA−DMが必要になる。即ち、従来、MHC IIの、目的の抗原ペプチド候補とのペプチド結合能を評価するためには、煩雑な実験ステップを必要とするか、又は、非常に高濃度の試料を必要としていた。加えて、親和性の高い抗原ペプチドを用いてpMHC IIを作製しなければ充分な安定性が得られなかった。このような、組み換えMHC IIの作製の煩雑さ及び困難さがMHC II研究のボトルネックとなっていた。
しかし、本実施例では、磁性細菌内でeMHC II及びシャペロンであるHLA−DMを共局在させることで、従来生産が困難であったeMHC IIを簡便且つ効率的に、またその機能を維持した状態で調製することができた。本実施例においては、磁性細菌の菌体内という限られた空間内でeMHC IIとHLA−DMとを共発現させ、且つ、足場タンパク質を介してこれらを共局在させ、eMHC IIとHLA−DMを近接した位置に配置できることから、ペプチド結合能を保持したeMHC IIを効率的に生産することが可能である。更に、eMHC II及びHLA−DMはBacMps上に固定化されていることから、外部磁場を用いて簡便に回収することが出来るため、抗原ペプチドスクリーニング技術の簡便化や応用が期待できる。
In this example, co-localization of eMHC II and the chaperone HLA-DM in magnetic bacteria succeeded in preparation of eMHC II, which was conventionally difficult to produce.
As mentioned above, MHC II molecules are important proteins responsible for human immune system, and bind to degradation products (antigen peptides) of antigenic proteins derived from various diseases and pathogens, and thus they can be used as antigenic peptide-MHC II complex ( Form pMHC II). Therefore, analysis of peptide binding ability of MHC II and identification of antigenic peptide are important.
MHC II (eMHC II) not bound to antigenic peptides is structurally unstable and forms aggregates. Therefore, recombinant MHC II is produced, for example, by separately producing an α chain and a β chain as inclusion bodies and then mixing with an antigen peptide and refolding, and this method requires complicated operations. . In addition, it has been reported that addition of HLA-DM to pMHC II into which a UV-degradable antigenic peptide has been introduced, and irradiation of UV produces eMHC II with peptide binding ability, but in this system High concentrations of HLA-DM are required to generate binding-capable eMHC II. That is, conventionally, in order to evaluate the peptide-binding ability of MHC II with a target antigenic peptide candidate, a complicated experimental step was required or a very high concentration of sample was required. In addition, sufficient stability could not be obtained unless pMHC II was produced using a high affinity antigen peptide. Such complexity and difficulty of producing recombinant MHC II has been a bottleneck for MHC II research.
However, in this example, co-localization of eMHC II and the chaperone HLA-DM in magnetic bacteria enabled simple and efficient maintenance of the function of eMHC II which was conventionally difficult to produce. It was possible to prepare in the state. In this example, eMHC II and HLA-DM are coexpressed in the limited space of the bacterial cell of magnetic bacteria, and co-localized via a scaffold protein to eMHC II and HLA-DM. Can be placed in close proximity, which makes it possible to efficiently produce an eMHC II that retains peptide binding ability. Furthermore, since eMHC II and HLA-DM are immobilized on BacMps, they can be easily recovered using an external magnetic field, so that simplification and application of antigen peptide screening techniques can be expected.

Claims (7)

グラム陰性磁性細菌における、ジスルフィド結合タンパク質と磁性粒子との複合体の製造方法であって、
(i)前記細菌中で、
(a)結合タンパク質に融合したジスルフィド結合タンパク質を含んだ第1の融合タンパク質、及び
(b)磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質に融合した結合パートナータンパク質を含んだ第2の融合タンパク質
を共発現させる共発現工程であって、前記第1の融合タンパク質の発現が前記細菌のペリプラズムへと誘導され、前記第2の融合タンパク質の発現が前記細菌の細胞質へと誘導される工程と;
(ii)前記第1及び第2の融合タンパク質を生産するのに充分な条件下で前記工程(i)の細菌を培養する培養工程と;
(iii)前記工程(ii)の細菌の細胞膜を破壊する細胞膜破壊工程であって、前記ジスルフィド結合タンパク質と磁性細菌粒子との複合体が形成される工程と;
を含む、製造方法。
A method for producing a complex of a disulfide bond protein and a magnetic particle in a gram negative magnetic bacterium,
(I) in the bacteria,
(A) a first fusion protein comprising a disulfide linked protein fused to a binding protein, and (b) a second fusion protein comprising a binding partner protein fused to a protein capable of being bound or integrated into a magnetic bacterial particle A co-expression step of co-expression, wherein expression of said first fusion protein is induced to the periplasm of said bacteria and expression of said second fusion protein is induced to the cytoplasm of said bacteria;
(Ii) culturing the bacteria of step (i) under conditions sufficient to produce said first and second fusion proteins;
(Iii) a cell membrane disruption step of disrupting the bacterial cell membrane of the step (ii), wherein a complex of the disulfide bond protein and the magnetic bacterial particle is formed;
Including the manufacturing method.
(iv)前記工程(iii)の前記複合体を前記破壊された細胞から単離する単離工程を更に含む請求項1に記載の製造方法。   The production method according to claim 1, further comprising: (iv) isolating the complex of step (iii) from the disrupted cells. 前記複合体から、前記ジスルフィド結合タンパク質を回収する回収工程を更に含む、請求項1又は2に記載の製造方法。   The production method according to claim 1, further comprising a recovery step of recovering the disulfide bond protein from the complex. 前記結合タンパク質が、免疫グロブリンFcドメインである請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the binding protein is an immunoglobulin Fc domain. 前記結合パートナータンパク質がStaphylococcus aureus由来のタンパク質AのZZドメインである、請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the binding partner protein is a ZZ domain of protein A derived from Staphylococcus aureus . 前記ジスルフィド結合したタンパク質が単鎖可変フラグメント(scFv)である、請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the disulfide-linked protein is a single chain variable fragment (scFv). 前記磁性細菌粒子に結合又は一体化され得るタンパク質が、Magnetospillum magneticum由来のMms13である、請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the protein capable of being bound or integrated to the magnetic bacterial particle is Mms13 derived from Magnetospillum magneticum .
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