JP6551923B2 - Test substance measurement FRET molecular sensor - Google Patents

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本発明は、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用して被検物質を測定するFRET分子センサー、すなわち、被検物質測定FRET分子センサーに関し、特に、蛍光物質および被検物質結合部を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して被検物質結合部と結合ないし解離する蛍光競合物質を備え、かつ蛍光物質および蛍光競合物質が引き起こすFRETを利用する被検物質測定FRET分子センサーに関する。   The present invention relates to a FRET molecular sensor that measures a test substance using fluorescence resonance energy transfer (FRET), that is, a test substance measurement FRET molecular sensor, and more particularly, to a fluorescent target having a fluorescent substance and a test substance binding part. The present invention relates to a test substance sensor, and a test substance measurement FRET molecular sensor provided with a fluorescence competitor that competes with a test substance to bind to or dissociate from a test substance binding part, and utilizes FRET caused by a fluorescent substance and a fluorescence competitor.

近年、創薬分野、医療分野、あるいは食品分野などのポストゲノム関連技術分野において、被検物質を定量するためのタンパク質分子センサーの開発が盛んに行われている。そのようなタンパク質分子センサーとして、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用した分子センサーも多数開発されている。FRETとは、蛍光エネルギー供与体であるドナーチャネル(ドナー分子あるいはドナー蛍光分子)および蛍光エネルギー受容体であるアクセプターチャネル(アクセプター分子あるいはアクセプター蛍光分子)という2つの蛍光物質が近接した位置に存在する場合において、ドナーチャネルを光励起することによりそのエネルギーがアクセプターチャネルへ無輻射的に移動し、アクセプターチャネルが発光する非放射的なエネルギー移動現象をいう。   BACKGROUND ART In recent years, development of protein molecule sensors for quantifying test substances has been actively performed in post-genome related technical fields such as drug discovery fields, medical fields, or food fields. Many such molecular sensors using fluorescence resonance energy transfer (FRET) have been developed as protein molecular sensors. In FRET, two fluorescent substances, a donor channel (donor molecule or donor fluorescent molecule) that is a fluorescent energy donor and an acceptor channel (acceptor molecule or acceptor fluorescent molecule) that is a fluorescent energy acceptor exist in close proximity. In some cases, it refers to a nonradiative energy transfer phenomenon in which energy is nonradiatively transferred to the acceptor channel by photoexcitation of the donor channel, and the acceptor channel emits light.

FRETを利用した分子センサーとして、従来、ドナーチャネルおよびアクセプターチャネルが立体的に分離されている二分子型(分子間型)の分子センサーとドナーチャネルおよびアクセプターチャネルが立体的に一体化されている一分子型(分子内型)の分子センサーに大別される(特許文献1)。二分子型(分子間型)センサーは主に分子間相互作用を検出するものであり、一分子型(分子内型)センサーは主に分子の構造変化(FRETに影響を及ぼすような構造変化)を検出するものである。一分子型(分子内型)センサーの場合、ドナーチャネルとアクセプターチャネルの量が原則として同じになることから、アクセプター蛍光タンパク質検出チャネルへの漏れ込みやアクセプター蛍光タンパク質のFRETによらない直接励起などの二分子型(分子間型)センサーにおける問題点が改善され、FRETの効率の増減は、ドナーチャネルとアクセプターチャネルの蛍光量比をとるだけで十分評価することができるものであることから、現在のFRETを利用した分子センサーの多くは一分子型(分子内型)センサーとなっている。   As a molecular sensor using FRET, conventionally, a bimolecular (intermolecular) molecular sensor in which a donor channel and an acceptor channel are sterically separated is sterically integrated with a donor channel and an acceptor channel. These sensors can be broadly classified into molecular sensors of one molecular type (intramolecular type) (Patent Document 1). The bimolecular (intermolecular) sensor mainly detects intermolecular interactions, and the single molecular (intermolecular) sensor mainly changes molecular structure (structural change that affects FRET) To detect In the case of a single molecule type (intramolecular type) sensor, the amount of the donor channel and the acceptor channel is the same in principle, so that leakage into the acceptor fluorescent protein detection channel, direct excitation of the acceptor fluorescent protein without FRET, etc. Since the problems in the bimolecular (intermolecular) sensor of this are improved, the increase / decrease in the efficiency of FRET can be sufficiently evaluated only by taking the fluorescence amount ratio of the donor channel and the acceptor channel. Many of the current molecular sensors using FRET are single-molecule (intramolecular) sensors.

従来のFRETを利用した分子センサーとしては、例えば、ドナーチャネル、複数のアクセプターチャネル、およびドナーチャネルとアクセプターチャネルとの間に連結され構造変化領域とを有する分子センサー(特許文献2)や、ドナーチャネルが結合している化合物、アクセプターチャネルが結合している化合物、ならびにドナーチャネルおよびアクセプターチャネルのいずれも結合していない化合物を共重合させた分子センサー(特許文献3)、ドナー蛍光タンパク質と、アクセプター蛍光分子と、ドナー蛍光タンパク質とアクセプター蛍光分子との間に接続され、特異的生体分子認識領域とを含む分子センサー(特許文献4)を挙げることができる。また、本発明者らは、以前、FRETを利用した一分子型(分子内型)センサーである細胞内イノシトール1,4,5三リン酸(IP)測定用分子センサーについて特許出願を行い、特許取得している(特許文献5)。 As a conventional molecular sensor using FRET, for example, a molecular sensor (Patent Document 2) having a donor channel, a plurality of acceptor channels, and a structure change region connected between the donor channel and the acceptor channel, A molecular sensor (Patent Document 3), a donor fluorescent protein, which is a copolymer of a compound to which a donor channel is bound, a compound to which an acceptor channel is bound, and a compound to which neither a donor channel nor an acceptor channel is bound And a acceptor fluorescent molecule, and a molecular sensor (Patent Document 4) that is connected between a donor fluorescent protein and an acceptor fluorescent molecule and includes a specific biomolecule recognition region. In addition, the present inventors previously filed a patent application for a molecular sensor for measuring intracellular inositol 1,4,5 triphosphate (IP 3 ), which is a single molecule type (intramolecular type) sensor using FRET, It is patented (Patent Document 5).

国際公開第2012/043477号パンフレットInternational Publication No. 2012/043477 brochure 特開2010−233491号公報JP 2010-233491 A 特開2011−201943号公報JP 2011-201943 A 特開2014−055777号公報JP 2014-055577 A 特許第4803976号公報Japanese Patent No. 4803976

しかしながら、従来の二分子型(分子間型)センサーはもちろんのこと、一分子型(分子内型)センサーであっても、ドナーチャネルとアクセプターチャネルとの間に存在する被検物質結合部が長鎖の配列を有する場合や、被検物質が被検物質結合部に結合して生じる構造変化の程度や態様などによっては、アクセプター蛍光タンパク質検出チャネルへ漏れ込み、アクセプター蛍光タンパク質のFRETによらない直接励起、あるいはFRETに影響を及ぼさないような構造変化の感知不能などの問題が発生してしまい、結果としてセンサーの役割を果たし得ないものも存在していた。   However, not only the conventional bimolecular (intermolecular) sensor but also the single molecule (intramolecular) sensor, the test substance binding part existing between the donor channel and the acceptor channel is not present. Depending on the long chain sequence or the degree or mode of structural change caused by the binding of the test substance to the test substance binding site, it leaks into the acceptor fluorescent protein detection channel and does not depend on the FRET of the acceptor fluorescent protein. Problems such as direct excitation or imperceptibility of structural changes that do not affect FRET have occurred, and as a result, there are some that can not play the role of a sensor.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、従来の一分子型(分子内型)センサーと比較して、被検物質結合部の配列の長さや被検物質が被検物質結合部に結合して生じる構造変化の影響を受けることなく、かつ極めて感度を向上させた、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用して被検物質を測定するFRET分子センサーを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and compared to the conventional single molecule type (intramolecular type) sensor, the length of the arrangement of the test substance binding portion and the test substance The invention provides a FRET molecular sensor that measures analyte using fluorescence resonance energy transfer (FRET), which is extremely sensitive without being affected by the structural change caused by binding to the analyte binding part. The purpose is to

本発明者らは、鋭意研究の結果、蛍光物質および被検物質結合部を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して被検物質結合部と結合ないし解離する蛍光競合物質、詳述すれば、ドナーチャネルまたはアクセプターチャネルのいずれか一方である蛍光物質および被検物質結合部を有し、かつ前記蛍光物質がドナーチャネルの場合はアクセプターチャネルを有さず前記蛍光物質がアクセプターチャネルの場合はドナーチャネルを有さない蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して被検物質結合部と結合ないし解離する蛍光競合物質であって蛍光被検物質センサーがドナーチャネルを有する場合はアクセプターチャネルであり、蛍光被検物質センサーがアクセプターチャネルを有する場合はドナーチャネルである前記蛍光競合物質とを備えたFRET分子センサーとすることで、センサーの態様は二分子型(分子間型)に包含され得るものの、蛍光競合物質が被検物質結合部に結合した際、被検物質結合部の配列の長さや被検物質が被検物質結合部に結合して生じる構造変化の影響を受けることなくドナーチャネルとアクセプターチャネルとが近接でき、その結果、従来の一分子型(分子内型)センサーと比較して、センサーとしての感度が極めて向上することを見出し、下記の各発明を完成した。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that a fluorescent test substance sensor having a fluorescent substance and a test substance binding part, and a fluorescent competitor substance that competes with the test substance and binds to or dissociates from the test substance binding part. In other words, it has a fluorescent substance which is either a donor channel or an acceptor channel and a test substance binding part, and when the fluorescent substance is a donor channel, it has no acceptor channel and the fluorescent substance has no activity. In the case of a scepter channel, a fluorescent test substance sensor that does not have a donor channel and a fluorescent test substance that competes with the test substance and binds to or dissociates from the test substance binding part, and the fluorescent test substance sensor uses the donor channel. If the fluorescent analyte sensor has an acceptor channel, the fluorescent substance sensor is a donor channel. By using a FRET molecular sensor equipped with a competitive substance, the sensor mode can be included in the bimolecular type (intermolecular type), but when the fluorescent competitor binds to the test substance binding part, the test substance binding The donor channel and the acceptor channel can be close to each other without being affected by the structural length of the portion and the structural change that occurs when the test substance binds to the test substance binding part. As a result, the conventional single molecule type (intramolecular As a result, the inventors have found that the sensitivity as a sensor is greatly improved as compared with a sensor.

(1)蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用して被検物質を測定するFRET分子センサーであって、蛍光物質および被検物質結合部を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して前記被検物質結合部と結合ないし解離する蛍光競合物質を備え、かつ前記蛍光物質および前記蛍光競合物質が引き起こすFRETを利用する前記FRET分子センサー。 (1) A FRET molecular sensor that measures a test substance using fluorescence resonance energy transfer (FRET), which competes with a fluorescent test substance sensor having a fluorescent substance and a test substance binding portion, and a test substance The FRET molecular sensor comprising: a fluorescent competitor that binds to or dissociates from the analyte binding part; and FRET caused by the fluorescent substance and the fluorescent competitor.

(2)蛍光被検物質センサーが、前記蛍光物質がドナーチャネルの場合はアクセプターチャネルを有さず前記蛍光物質がアクセプターチャネルの場合はドナーチャネルを有さない前記蛍光被検物質センサーであり、ならびに蛍光競合物質が、蛍光被検物質センサーがドナーチャネルを有する場合はアクセプターチャネルであり蛍光被検物質センサーがアクセプターチャネルを有する場合はドナーチャネルである前記蛍光競合物質である、(1)に記載のFRET分子センサー。 (2) The fluorescent test substance sensor is the fluorescent test substance sensor that does not have an acceptor channel when the fluorescent substance is a donor channel and does not have a donor channel when the fluorescent substance is an acceptor channel. And the fluorescent competitor is said fluorescent competitor that is an acceptor channel if the fluorescent analyte sensor has a donor channel and is a donor channel if the fluorescent analyte sensor has an acceptor channel (1 ) FRET molecular sensor according to the above.

(3)蛍光被検物質センサーが、ドナーチャネルである蛍光物質および被検物質結合部を有する前記蛍光被検物質センサーであり、ならびに蛍光競合物質がアクセプターチャネルである前記蛍光競合物質である、(1)または(2)に記載のFRET分子センサー。 (3) A fluorescent test substance sensor is the fluorescent test substance sensor having a fluorescent substance that is a donor channel and a test substance binding part, and the fluorescent competitive substance is a fluorescent competitor that is an acceptor channel. The FRET molecular sensor according to (1) or (2).

(4)蛍光物質が蛍光タンパク質またはタンパク質蛍光標識物質である、(1)から(3)のいずれか一項に記載のFRET分子センサー。 (4) The FRET molecular sensor according to any one of (1) to (3), wherein the fluorescent substance is a fluorescent protein or a protein fluorescent labeling substance.

(5)被検物質結合部がイノシトール1,4,5三リン酸(IP)受容体のリガンド結合部であり、蛍光競合物質が9−[5−Deoxy−5−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenine(F−ADA)または(2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]methyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranoside(F−LL)である、(1)から(4)のいずれか一項に記載のFRET分子センサー。 (5) The test substance binding part is a ligand binding part of inositol 1,4,5 triphosphate (IP 3 ) receptor, and the fluorescent competitor is 9- [5-Deoxy-5- [N-[[1 -[5-[[3 ', 6'-dihydroxy-3-oxospiro (isobenfuran-1,9'-xanthen) -5-yl] amino] thioxoxyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol -4-yl]-(3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucopyranosyl) -2-O-phosphoryl-β-D-ribo-pentofuranosyl] adenine (F-ADA) or (2R, 3R, 4S) -4-O-phosphoryl-2- [N-[[1- [5-[[3 ′, 6 ′ dihydroxy-3-oxospiro (isobenzofuran-1,9'-xanthen) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl] methyl-tetrahydrofuran-tetrahydrofuran The FRET molecular sensor according to any one of (1) to (4), which is −3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucopyranoside (F-LL).

(6)被検物質結合部が抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分であって、蛍光競合物質が前記抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分と特異的に結合ないし解離しかつ蛍光修飾された物質である、(1)から(4)のいずれか一項に記載のFRET分子センサー。 (6) The test substance-binding portion is a paratope-containing polypeptide portion of an antibody, and the fluorescent competitor is a substance specifically bound to or dissociated from the paratope-containing polypeptide portion of the antibody and fluorescently modified ((6) The FRET molecular sensor according to any one of 1) to 4).

(7)蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用して被検物質を測定するFRET分子センサーであって、蛍光物質および被検物質結合部を有して担体に固定化された蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して前記被検物質結合部と結合ないし解離する蛍光競合物質を備え、かつ前記蛍光物質および前記蛍光競合物質が引き起こすFRETを利用する担体固定化被検物質測定FRET分子センサー。 (7) A FRET molecular sensor for measuring a test substance using fluorescence resonance energy transfer (FRET), which comprises a fluorescent substance and a test substance binding portion and is immobilized on a carrier And a fluorescence-compatibilizing substance that comprises a fluorescent competitor that competes with the analyte and binds or dissociates with the analyte binding portion, and a carrier-immobilized analyte measuring FRET molecule that utilizes FRET caused by the fluorescent substance and the fluorescent competitor. sensor.

(8)(1)から(6)のいずれか一項に記載の被検物質測定FRET分子センサーまたは(7)の担体固定化被検物質測定FRET分子センサーと対象とを接触させる工程と、励起光を照射して生じた蛍光を測定する工程とを有する、蛍光の強度を指標として対象中の被検物質を測定する方法。 (8) The test substance measurement FRET molecular sensor according to any one of (1) to (6) or the carrier-immobilized test substance measurement FRET molecular sensor according to (7) and a target are brought into contact with each other, excitation A method of measuring a test substance in a subject by using the intensity of fluorescence as an index, comprising the steps of: irradiating the light and measuring the fluorescence generated.

(9)9−[5−Deoxy−5−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenine(F−ADA)または(2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]methyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranoside(F−LL)の、(1)または(2)に記載のFRET分子センサーにおける蛍光競合物質としての使用。 (9) 9- [5-Deoxy-5- [N-[[1- [5-[[3 ′, 6′-dihydroxy-3-oxospiro (isobenzofuran-1,9′-xanthen) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl]-(3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucopyranosyl) -2-O-phosphoryl-β- D-ribo-pentofuranosyl] adenine (F-ADA) or (2R, 3R, 4S) -4-O-phosphoryl-2- [N-[[1- [5-[[3 ', 6'-dihydroxy-3] -Oxospiro (isobenzofuran-1, 9'-xanthen ) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl] methyl-tetrahydrofuran-3-yl-3,4-di-O-phosphoryl-α-D -Use of glucopyranoside (F-LL) as a fluorescence competitor in the FRET molecular sensor described in (1) or (2).

本発明に係る被検物質測定FRET分子センサーによれば、被検物質結合部の配列の長さや被検物質が被検物質結合部に結合して生じる構造変化の影響を受けることなく、被検物質を精度高く定量することができ、従って微量の被検物質についても定量することができ、従来のFRETを利用した分子センサーを用いた定量法と比較して極めて感度を向上させた定量法を確立させることができる。   According to the FRET molecular sensor for measuring a test substance according to the present invention, the length of the arrangement of the test substance binding portion and the structural change caused by the test substance binding to the test substance binding portion are not affected. Substances can be quantified with high accuracy, and therefore, even trace amounts of test substances can be quantified, and the determination method with extremely improved sensitivity compared to the conventional determination method using a molecular sensor using FRET It can be established.

化合物1を出発物質とした化合物2〜7の作成フローを示す図である。It is a figure which shows the preparation flow of the compounds 2-7 which made the compound 1 the starting material. FITCからの化合物12の作成フローを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a production flow of compound 12 from FITC. 化合物7と化合物12とからのF−ADA(化合物13)の作成フローおよび化合物11と化合物12とからのF−LL(化合物14)の作成フローを示す図である。FIG. 16 is a drawing showing a production flow of F-ADA (compound 13) from compound 7 and compound 12 and a production flow of F-LL (compound 14) from compound 11 and compound 12. 化合物2を出発物質とした化合物8〜11の作成フローを示す図である。It is a figure which shows the preparation flow of the compounds 8-11 which made the compound 2 the starting material. 細胞内ストア内のCa2+濃度変化を解析することによりIP、F−ADAおよびF−LLのIP受容体を介するCa2+放出の効力を算定した図である。図中、縦軸は算定したCa2+放出の効力を示し、横軸はIP、F−ADAまたはF−LLの濃度を示す。Diagrams were calculated potency of Ca 2+ release via the IP 3 receptor IP 3, F-ADA and F-LL by analyzing the Ca 2+ concentration change in intracellular stores. In the figure, the vertical axis shows the calculated potency of Ca 2+ release, and the horizontal axis shows the concentration of IP 3 , F-ADA or F-LL. 蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)の構成を示す図である。図中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「L1」および「L2」はいずれもリンカーを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusを示す。It is a diagram showing a configuration of a fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS). In the figure, “P” represents a cell membrane localization signal, “ECFP” represents a blue fluorescent protein ECFP, “L1” and “L2” both represent a linker, and “IP 3 R2 (1-604) with R440Q "Is a peptide consisting of the amino acid sequence 1 to 604 from the N-terminal of the rat type 2 IP 3 receptor, wherein arginine (R) at position 440 of the sequence is mutated to glutamine (Q), “Venus” indicates the yellow fluorescent protein Venus. 蛍光競合物質F−ADAと蛍光IPセンサーLIBRAvIISの特異性を解析した図である。図中、AaおよびAbの画像は30nMのF−ADAを作用させる前の時点(Bの矢印1の時点)の蛍光像を示す図であり、AcとAdの画像は30nMのF−ADAを作用させた後の時点(Bの矢印3の時点)の蛍光像を示す図であり、Bは蛍光競合物質F−ADAの添加による蛍光変化を示す図であり、Cは細胞を含む領域の蛍光からBG領域の蛍光を引いた場合の蛍光変化を示す図である。BおよびCの縦軸は蛍光強度を示し、横軸は経過時間を示す。また、Dは蛍光比480nm/535nmを示す図であり、Dの縦軸は蛍光比480nm/535nmの値を示し、横軸は経過時間を示す。Is a diagram of analyzing the specificity of the fluorescent competitor F-ADA and fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIIS. In the figure, the images of Aa and Ab are fluorescence images at the time point before the action of 30 nM F-ADA (time point of arrow B in FIG. 1), and the images of Ac and Ad act on 30 nM F-ADA. Is a diagram showing a fluorescence image at a time point (time point of arrow 3 in B), B is a diagram showing a change in fluorescence due to addition of the fluorescence competitor F-ADA, and C is a fluorescence from a region including cells. It is a figure which shows the fluorescence change at the time of subtracting the fluorescence of BG area | region. The vertical axes of B and C indicate the fluorescence intensity, and the horizontal axis indicates the elapsed time. Moreover, D is a figure which shows fluorescence ratio 480nm / 535nm, the vertical axis | shaft of D shows the value of fluorescence ratio 480nm / 535nm, and a horizontal axis shows elapsed time. 蛍光IPセンサーLIBRAvI(LvI)、LIBRAvII(LvII)、LIBRAvIII(LvIII)、LIBRAvN(LvN)、LIBRAvIIS(LvIIS)およびMP−LIBRAvIIS(MP−LvIIS)の構成を示す図である。図中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「MP」は小胞体局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「Cerulean」は青色蛍光タンパク質Ceruleanを示し、「L1」、「L1H1」、「L2」および「L2−6」はいずれもリンカーを示し、「IPR1(1−604)」はラット1型IP受容体アミノ酸配列のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドを示し、「IPR2(1−604)」はラット2型IP受容体アミノ酸配列のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示し、「IPR3(1−604)with K507A」はラット3型IP受容体アミノ酸配列のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の507番のリシン(K)をアラニン(A)へ変異させたペプチドを示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusを示す。Fluorescence IP 3 sensor LIBRAvI (LvI), LIBRAvII (LvII ), LIBRAvIII (LvIII), LIBRAvN (LvN), is a diagram showing a configuration of LIBRAvIIS (LvIIS) and MP-LIBRAvIIS (MP-LvIIS) . In the figure, “P” indicates cell membrane localization signal, “MP” indicates endoplasmic reticulum localization signal, “ECFP” indicates blue fluorescent protein ECFP, “Cerulean” indicates blue fluorescent protein Cerulean, “L1” “L1H1”, “L2” and “L2-6” all indicate linkers, and “IP 3 R1 (1-604)” is the 1-604 from the N-terminus of rat type 1 IP 3 receptor amino acid sequence “IP 3 R 2 (1-604)” represents a peptide consisting of the amino acid sequence of 1 to 604 from the N-terminus of rat type 2 IP 3 receptor amino acid sequence, “IP 3 R 2 (1-604) with R440Q "is a peptide consisting of the amino acid sequence No. 1 to No. 604 from the N-terminus of rat type 2 IP 3 receptor, and its 4 The peptide which mutated arginine (R) of number 40 to glutamine (Q) is shown, and "IP 3 R3 (1-604) with K507A" is 1 to 604 from the N-terminus of rat type 3 IP 3 receptor amino acid sequence. A peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10, wherein lysine (K) at position 507 of the sequence is mutated to alanine (A), and "Venus" indicates the yellow fluorescent protein Venus. LIBRAvIISVm(LvIISVm)遺伝子の作成手順を示す図である。図中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合配列を示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPの配列を示し、「LBD」はIP受容体のリガンド結合部の配列を示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusを示し、「Venus(m)」は無発色タンパク質Venus mutantを示す。It is a figure which shows the preparation procedure of a LIBRAvIISVm (LvIISVm) gene. In the figure, “→” indicates a part of the vector gene, “MT” indicates a membrane-binding sequence, “ECFP” indicates the sequence of the blue fluorescent protein ECFP, and “LBD” indicates the ligand binding site of the IP 3 receptor. The “Venus” indicates the yellow fluorescent protein Venus, and the “Venus (m)” indicates the non-chromogenic protein Venus mutant. 蛍光IPセンサーLIBRAvIISVm(LvIISVm)の構成を示す図である。図中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「L1」および「L2」はリンカーを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示し、「Venus mutant」は無発色タンパク質Venus mutantを示す。It is a figure which shows the structure of fluorescence IP 3 sensor LIBRAVIISVm (LvIISVm). In the figure, “P” indicates a cell membrane localization signal, “ECFP” indicates a blue fluorescent protein ECFP, “L1” and “L2” indicate linkers, and “IP 3 R2 (1-604) with R440Q” indicates A peptide consisting of an amino acid sequence from the N-terminus to the amino acid number 1 to 604 of the rat type 2 IP 3 receptor, in which arginine (R) at position 440 of the sequence is mutated to glutamine (Q), "Venus mutants Indicates a non-chromogenic protein Venus mutant. F−ADAを作用させた場合の、蛍光IPセンサーLIBRAvI(LvI)、LIBRAvII(LvII)、LIBRAvIII(LvIII)、LIBRAvN(LvN)、LIBRAvIIS(LvIIS)およびMP−LIBRAvIIS(MP−LvIIS)の、480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比を示す図である。図中、縦軸は蛍光比480nm/535nmの値を示し、横軸は経過時間を示す。また、図中の「10」および「30」の値ならびに横棒は、それぞれ、作用させたF−ADAの濃度(nM)、およびF−ADAが作用した時間帯を示す。Fluorescent IP 3 sensors LIBRAvI (LvI), LIBRAvII (LvII), LIBRAvIII (LvIII), LIBRAvN (LvN), LIBRAvIIS (LvIIS) and MP-LIBRAvIIS (MP-LvnmS) when F-ADA is allowed to act And a fluorescence ratio of 535 nm fluorescence. In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm, and the horizontal axis indicates the elapsed time. In addition, the values of “10” and “30” and the horizontal bars in the figure indicate the concentration of F-ADA (nM) and the time zone in which F-ADA was applied, respectively. LIBRAvIISVd(LvIISVd)遺伝子の作成手順を示す図である。図中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合配列を示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPの配列を示し、「LBD」はIP受容体のリガンド結合部の配列を示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusを示す。It is a figure which shows the preparation procedure of LIBRAvIISVd (LvIISVd) gene. In the figure, “→” indicates a part of the vector gene, “MT” indicates a membrane binding sequence, “ECFP” indicates a sequence of blue fluorescent protein ECFP, and “LBD” indicates a ligand binding portion of IP 3 receptor And the "Venus" indicates the yellow fluorescent protein Venus. 蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)の構成を示す図である。図中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「L1」はリンカーを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示す。It is a figure which shows the structure of fluorescence IP 3 sensor LIBRAVIISVd (LvIISVd). In the figure, “P” indicates a cell membrane localization signal, “ECFP” indicates a blue fluorescent protein ECFP, “L1” indicates a linker, and “IP 3 R2 (1-604) with R440Q” indicates rat type 2 IP. 3 shows a peptide consisting of an amino acid sequence of Nos. 1 to 604 from the N-terminal of 3 receptors, wherein arginine (R) at No. 440 in the sequence is mutated to glutamine (Q). F−ADAを作用させた場合の、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)の蛍光強度(上段)ならびに480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比(下段)を示す図である。図中、縦軸は蛍光強度(上段)または蛍光比480nm/535nmの値(下段)を示し、横軸は経過時間(上段および下段)を示す。また、図A中の「30」および「100」の値、ならびに横棒は、作用させたF−ADAの濃度(nM)およびF−ADAが作用した時間帯を示す。It is a figure which shows the fluorescence intensity (upper stage) of fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd), and the fluorescence ratio (lower stage) of the fluorescence of 480 nm, and the fluorescence of 535 nm when F-ADA is made to act. In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence intensity (upper) or the value of the fluorescence ratio 480 nm / 535 nm (lower), and the horizontal axis indicates the elapsed time (upper and lower). Also, the values “30” and “100” in FIG. A, and the horizontal bars indicate the concentration (nM) of F-ADA that was applied and the time zone in which F-ADA was acting. F−LLを作用させた場合の、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)の蛍光強度(上段)ならびに480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比(下段)を示す図である。図中、縦軸は蛍光強度(上段)または蛍光比480nm/535nmの値(下段)を示し、横軸は経過時間(上段および下段)を示す。また、図A中の「30」および「100」の値、ならびに横棒は、作用させたF−LLの濃度(nM)およびF−LLが作用した時間帯を示す。When allowed to act F-LL, it illustrates fluorescence intensity (top) and 480nm fluorescence and 535nm fluorescence fluorescence ratio of fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) a (lower). In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence intensity (upper) or the value of the fluorescence ratio 480 nm / 535 nm (lower), and the horizontal axis indicates the elapsed time (upper and lower). Further, the values of “30” and “100” in FIG. A and the horizontal bars indicate the concentration of F-LL (nM) applied and the time zone during which F-LL was applied. F−ADAを作用させた後にIPを作用させた場合の、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)の蛍光比480nm/535nmを示す図である。図中、縦軸は蛍光比480nm/535nmの値を示し、横軸は経過時間を示す。また、図中の「30」および「100」の値、ならびに横棒は、作用させたF−ADAの濃度(nM)およびF−ADAが作用した時間帯を示し、「10」の値、ならびに横棒は、作用させたIPの濃度(μM)およびIPが作用した時間帯を示す。When allowed to act IP 3 after reacted with F-ADA, a diagram illustrating a fluorescence ratio 480 nm / 535 nm fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd). In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm, and the horizontal axis indicates the elapsed time. In addition, the values of “30” and “100” and horizontal bars in the figure indicate the concentration of F-ADA (nM) and the time zone during which F-ADA was applied, the value of “10”, and The horizontal bar indicates the concentration of IP 3 applied (μM) and the time zone when IP 3 was applied. F−LLを作用させた後にIPを加えた場合の、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)の蛍光比480nm/535nmを示す図である。図中、縦軸は蛍光比480nm/535nmの値を示し、横軸は経過時間を示す。また、図中の「100」の値、ならびに横棒は、作用させたF−LLの濃度(nM)およびF−LLが作用した時間帯を示し、「0.1」、「1」および「10」の値、ならびに横棒は、作用させたIPの濃度(μM)およびIPが作用した時間帯を示す。When the IP 3 was added F-LL after reacted is a diagram showing the fluorescence ratio 480 nm / 535 nm fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd). In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm, and the horizontal axis indicates the elapsed time. Also, the value of "100" in the figure and the horizontal bar indicate the concentration (nM) of F-LL that has been acted and the time zone in which F-LL acted, and "0.1", "1" and " value of 10 "as well as the horizontal bar indicates the time zone in which the concentration ([mu] M) and IP 3 of IP 3 which was allowed to act acts. cyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)遺伝子の作成手順を示す図である。図中、「ERT」は小胞体結合配列を示し、「HisTag」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなる精製用のタグペプチドを示し、「Cerulean」は青色蛍光タンパク質Ceruleanを示し、「LBD」はIP受容体のリガンド結合部の配列を示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPの配列を示す。It is a figure which shows the preparation procedure of cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) gene. In the figure, "ERT" indicates an endoplasmic reticulum binding sequence, "HisTag" indicates a tag peptide for purification consisting of 6 consecutive histidine (His; H) residues, and "Cerulean" indicates a blue fluorescent protein Cerulean. In the figure, “LBD” indicates the sequence of the ligand binding part of IP 3 receptor, “Venus” indicates the yellow fluorescent protein Venus, and “ECFP” indicates the sequence of blue fluorescent protein ECFP. 蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)の構成を示す図である。図中、「6H」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなる精製用のタグペプチドを示し、「Cerulean」は青色蛍光タンパク質Ceruleanを示し、「L1H1」はリンカーを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示す。It is a diagram showing a configuration of a fluorescence IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd). In the figure, “6H” represents a tag peptide for purification consisting of 6 consecutive histidine (His; H) residues, “Cerulean” represents the blue fluorescent protein Cerulean, “L1H1” represents the linker, “IP 3 R2 (1-604) with R440Q” is a peptide consisting of the amino acid sequence 1 to 604 from the N-terminal of rat type 2 IP 3 receptor. The peptide mutated to) is shown. 蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)結合ビーズの蛍光像を示す図(A)、および蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)結合ビーズにそれぞれ10nM、30nM、100nMまたは300nMのF−LL、F−ADAまたはFITCを作用させた場合のそれぞれの蛍光変化率を示す図(B、CおよびD)である。図B、CおよびD中、縦軸は蛍光変化率を示し、横軸は濃度(nM)を示す。Fluorescence IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) shows a fluorescent image of the binding beads (A), and fluorescence IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) respectively coupled beads 10 nM, 30 nM, 100 nM or 300nM of F-LL, F-ADA or FITC It is a figure (B, C, and D) which shows each fluorescence change rate at the time of making act. In FIGS. B, C and D, the vertical axis indicates the rate of fluorescence change, and the horizontal axis indicates the concentration (nM). F−LLを作用させた後にIPを作用させた場合の、担体固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)の蛍光比480nm/535nm(A)および蛍光変化率(B)を示す図である。図中、縦軸は蛍光比480nm/535nmの値を示し、横軸は経過時間を示す。また、図中の「100」の値、ならびに横棒は、作用させたF−LLの濃度(nM)およびF−LLが作用した時間帯を示し、「0.1」、「1」および「10」の値、ならびに横棒は、作用させたIPの濃度(μM)およびIPが作用した時間帯を示す。When allowed to act IP 3 after reacted with F-LL, it illustrates fluorescence ratio 480nm / 535nm (A) and fluorescence rate of change of carrier immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) a (B). In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm, and the horizontal axis indicates the elapsed time. Also, the value of "100" in the figure and the horizontal bar indicate the concentration (nM) of F-LL that has been acted and the time zone in which F-LL acted, and "0.1", "1" and " value of 10 "as well as the horizontal bar indicates the time zone in which the concentration ([mu] M) and IP 3 of IP 3 which was allowed to act acts. OP1−ma(EN)−S遺伝子、OP1−ma(EN)−E遺伝子、およびOP1−ma(EN)−E−S遺伝子の作成手順を示す図である。図中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合遺伝子配列を示し、「FLAG」はFLAGタグの遺伝子配列を示し、「LT」および「LT」はLumioTagの遺伝子配列を示し、「E1」はScaI切断サイトを示し、「E2」はEco47III切断サイトを示し、「1−82−E1−LT−E1−83−140−E2−LT−E2−141−604」、「1−82−E1−LT−E1−83−140−E2−141−604」、「1−82−E1−83−140−E2−LT−E2−141−604」および「1−82−E1−83−140−E2−141−604」はIP受容体のリガンド結合部の改変タンパク質の遺伝子配列を示し、「Hx6」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなるタグペプチドの遺伝子配列を示す。It is a figure which shows the preparation procedure of OP1-ma (EN) -S gene, OP1-ma (EN) -E gene, and OP1-ma (EN) -ES gene. In the figure, “→” represents a part of the vector gene, “MT” represents the membrane-bound gene sequence, “FLAG” represents the gene sequence of the FLAG tag, and “LT” and “LT” represent the gene sequence of LumioTag "E1" indicates a ScaI cleavage site, "E2" indicates an Eco47III cleavage site, "1-82-E1-LT-E1-83-140-E2-LT-E2-141-604", " 1-82-E1-LT-E1-83-140-E2-141-604 "," 1-82-E1-83-140-E2-LT-E2-141-604 "and" 1-82-E1- “83-140-E2-141-604” indicates the gene sequence of the altered protein of the ligand binding part of the IP 3 receptor, and “Hx6” is a tag consisting of 6 consecutive histidine (His; H) residues. Shows the gene sequence of the F−ADAを作用させた場合の、蛍光IPセンサーOP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−Sの蛍光強度(上段)ならびに480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比(下段)を示す図である。図中、縦軸は蛍光強度(上段)または蛍光比480nm/535nmの値(下段)を示し、横軸は経過時間(上段および下段)を示す。また、上段図中の白抜きの横棒はDACMが作用した時間帯を示し、黒に塗りつぶした横棒はF−ADAが作用した時間帯を示す。Fluorescence intensity (upper) of fluorescent IP 3 sensors OP1-ma (EN) -S, OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma (EN) -ES when F-ADA is allowed to act; It is a figure which shows the fluorescence ratio (lower stage) of fluorescence of 480 nm and fluorescence of 535 nm. In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence intensity (upper) or the value of the fluorescence ratio 480 nm / 535 nm (lower), and the horizontal axis indicates the elapsed time (upper and lower). In addition, the white horizontal bars in the upper graph indicate the time zone in which the DACM has acted, and the black bars indicate the time zone in which the F-ADA has acted. OP1S−cpC157遺伝子、OP1S−cpC173遺伝子およびOP1S−cpC229遺伝子の作成手順を示す図である。図中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合遺伝子配列を示し、「FLAG」はFLAGタグの遺伝子配列を示し、「E1」はScaI切断サイトを示し、「E2」はEco47III切断サイトを示し、「1−82−E1−83−140−E2−141−604」はIP受容体のリガンド結合部の改変タンパク質の遺伝子配列を示し、「Hx6」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなるタグペプチドの遺伝子配列を示し、「cpSECFP157」、「cpSECFP173」および「cpSECFP229」はそれぞれECFPの円順列置換体である蛍光タンパク質cpSECFP157、cpSECFP173、およびcpSECFP229の遺伝子配列を示し、「1−82−cpSECFP157−83−140−E2−141−604」、「1−82−cpSECFP173−83−140−E2−141−604」、および「1−82−cpSECFP229−83−140−E2−141−604」はそれぞれECFPの円順列置換体である蛍光タンパク質cpSECFP157、cpSECFP173、およびcpSECFP229をIP受容体のリガンド結合部の改変タンパク質へ挿入した遺伝子配列を示す。It is a figure which shows the preparation procedure of OP1S-cpC157 gene, OP1S-cpC173 gene, and OP1S-cpC229 gene. In the figure, “→” represents a part of the vector gene, “MT” represents the membrane-bound gene sequence, “FLAG” represents the gene sequence of the FLAG tag, “E1” represents the ScaI cleavage site, “E2” "indicates the Eco47III cutting site," 1-82-E1-83-140-E2-141-604 "represents the gene sequence of the modified protein of the ligand binding portion of the IP 3 receptor," Hx6 "is six The gene sequence of a tag peptide consisting of consecutive histidine (His; H) residues is shown, wherein “cpSECFP157”, “cpSECFP173” and “cpSECFP229” are the circular permutations of ECFP, respectively, of the fluorescent proteins cpSECFP157, cpSECFP173, and cpSECFP229. The gene sequence is shown as “1-82-cpSECFFP1 57-83-140-E2-141-604 "," 1-82-cpSECFP173-83-140-E2-141-604 ", and" 1-82-cpSECFP229-83-140-E2-141-604 " each shows a gene sequence inserted fluorescent protein cpSECFP157, cpSECFP173, and cpSECFP229 the IP 3 into a modified protein of the ligand binding portion of the receptor is a circular permutation of ECFP. F−ADAを作用させた場合の、蛍光IPセンサーOP1S−cpC157、OP1S−cpC173、およびOP1S−cpC229の蛍光強度(上段)ならびに480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比(下段)を示す図である。図中、縦軸は蛍光強度(上段)または蛍光比480nm/535nmの値(下段)を示し、横軸は経過時間(上段および下段)を示す。また、上段図中の黒に塗りつぶした横棒はF−ADAが作用した時間帯を示す。When allowed to act F-ADA, a diagram showing fluorescence IP 3 sensors OP1S-cpC157, OP1S-cpC173, and fluorescence intensity of OP1S-cpC229 (top) and 480nm fluorescence and 535nm fluorescence fluorescence ratio of the (bottom) is there. In the figure, the vertical axis indicates the fluorescence intensity (upper) or the value of the fluorescence ratio 480 nm / 535 nm (lower), and the horizontal axis indicates the elapsed time (upper and lower). Moreover, the horizontal bar filled with black in the upper diagram shows the time zone in which F-ADA has acted. 蛍光競合物質F−CT2−18および被検物質CT2−18を作用させた場合の、リン酸緩衝液で洗浄したアガロースビーズ結合蛍光ABsII−CT2−18センサーの480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比(A)および洗浄しないアガロースビーズ結合蛍光ABsII−CT2−18センサーの480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比(B)を示す図である。図中、縦軸は蛍光比480nm/535nmの値を示し、横軸は蛍光競合物質F−CT2−18および被検物質CT2−18の濃度を示す。Fluorescence ratio of 480 nm fluorescence and 535 nm fluorescence of agarose bead bound fluorescent ABsII-CT2-18 sensor washed with phosphate buffer when fluorescent competitor F-CT2-18 and analyte CT2-18 are allowed to act (A) The fluorescence ratio (B) of the fluorescence at 480 nm and the fluorescence at 535 nm of agarose beads bound fluorescence ABsII-CT2-18 sensor without washing. In the figure, the vertical axis shows the value of the fluorescence ratio 480 nm / 535 nm, and the horizontal axis shows the concentrations of the fluorescence competitor F-CT2-18 and the test substance CT2-18. DACMでラベルされた抗c−Myc抗体固相化Protein GビーズとFITCでラベルされたc−Mycペプチドとを備えたFRET分子センサーの425nmの励起による480nmと535nmの蛍光比と、これにラベルされていないc−Mycを共存させたときの蛍光比の変化を示す。Fluorescence ratio of 480 nm and 535 nm by excitation of 425 nm of FRET molecular sensor equipped with anti-c-Myc antibody immobilized Protein G beads labeled with DACM and c-Myc peptide labeled with FITC, and labeled with this The change of the fluorescence ratio at the time of making c-Myc which does not coexist is shown. DACMでラベルされた抗DYK抗体固相化Protein GビーズとFITCでラベルされたDYKペプチドとを備えたFRET分子センサーの425nmの励起による480nmと535nmの蛍光比と、これにラベルされていないDYKペプチドを共存させたときの蛍光比の変化を示す。480 nm and 535 nm fluorescence ratio by excitation of 425 nm of FRET molecular sensor equipped with anti-DYK antibody-immobilized Protein G beads labeled with DACM and DYK peptide labeled with FITC, and unlabeled DYK peptide Shows a change in fluorescence ratio when coexistence of DACMでラベルされた抗IP受容体抗体固相化Ni−NTA錯体化Protein GビーズとFITCでラベルされたHisタグ付ペプチド(DYKペプチド)とを備えたFRET分子センサーの425nmの励起による480nmと535nmの蛍光比と、これにラベルされていないDYKペプチドを共存させたときの蛍光比の変化を示す。Anti-IP 3 Receptor Antibody Immobilized Ni-NTA Complexed Protein G Beads Labeled with DACM and His Taged Peptide (DYK Peptide) Labeled with FITC 480 nm by Excitation at 425 nm of FRET Molecular Sensor The fluorescence ratio at 535 nm and the change of the fluorescence ratio when DYK peptide not labeled therewith coexist are shown. DACMでラベルされたProtein GビーズとFITCでラベルされた抗体とを備えたFRET分子センサーの425nmの励起による480nmと535nmの蛍光比と、これにラベルされていない抗体を共存させたときの蛍光比の変化を示す。A fluorescence ratio of 480 nm and 535 nm by excitation of 425 nm of a FRET molecular sensor including Protein G beads labeled with DACM and an antibody labeled with FITC, and a fluorescence ratio when an unlabeled antibody coexists. Indicates a change in

以下、本発明に係る被検物質測定FRET分子センサーについて詳細に説明する。本発明に係る被検物質測定FRET分子センサーは、蛍光物質および被検物質結合部を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して前記被検物質結合部と結合ないし解離する蛍光競合物質を備え、かつ蛍光物質および蛍光競合物質が引き起こすFRETを利用する分子センサーである。   Hereinafter, the test substance measurement FRET molecular sensor according to the present invention will be described in detail. A test substance measurement FRET molecular sensor according to the present invention includes a fluorescent test substance sensor having a fluorescent substance and a test substance binding part, and a fluorescence competition that binds to or dissociates from the test substance binding part in competition with the test substance. A molecular sensor comprising a substance and utilizing FRET triggered by a fluorescent substance and a fluorescent competitor.

本発明に係る被検物質測定FRET分子センサーは、蛍光被検物質センサーおよび蛍光競合物質という二分子型(分子間型)の分子センサーであって、かつ、蛍光被検物質センサーに含まれる蛍光物質および蛍光競合物質のいずれか一方がドナーチャネル(ドナー分子)であり、他方がアクセプターチャネル(アクセプター分子)であってもよい。すなわちその場合、蛍光物質がドナーチャネルの場合、蛍光被検物質センサーはアクセプターチャネルを有さず、かつ蛍光競合物質はアクセプターチャネルであり、蛍光物質がアクセプターチャネルの場合、蛍光被検物質センサーはドナーチャネルを有さず、かつ蛍光競合物質はドナーチャネルである。なお、本実施例においては、蛍光物質がドナーチャネルであって、蛍光被検物質センサーはアクセプターチャネルを有さず、かつ蛍光競合物質はアクセプターチャネルである事例を示しているが、本発明はこれに限定されない。   The test substance measurement FRET molecular sensor according to the present invention is a bimolecular (intermolecular type) molecular sensor of a fluorescent test substance sensor and a fluorescent competitor, and is a fluorescent substance contained in the fluorescent test substance sensor. And one of the fluorescence competitors may be a donor channel (donor molecule) and the other may be an acceptor channel (acceptor molecule). That is, in this case, when the fluorescent substance is a donor channel, the fluorescent analyte sensor does not have an acceptor channel, and the fluorescent competitor is an acceptor channel, and when the fluorescent substance is an acceptor channel, the fluorescent analyte The sensor does not have a donor channel, and the fluorescence competitor is a donor channel. In this embodiment, the fluorescent substance is a donor channel, the fluorescent analyte sensor does not have an acceptor channel, and the fluorescent competitor is an acceptor channel. Is not limited to this.

本発明における蛍光被検物質センサーが有する「蛍光物質」は、FRETにおけるドナーチャネル(ドナー分子)またはアクセプターチャネル(アクセプター分子)となり得る蛍光物質であれば特に限定されず、そのような蛍光物質としては、例えば、蛍光タンパク質やタンパク質蛍光標識物質を挙げることができる。そのような蛍光タンパク質としては、例えば、CFP、YEP、GFP、RFP、BFP、DsRedなどの蛍光タンパク質を挙げることができ、これら蛍光タンパク質の変異体などを利用してもよい。そのような変異体としては、ECFP、EYFP、EGFP、ERFP、EBFPおよびこれらの円順列置換体(円順列変異体)などを挙げることができる。   The “fluorescent substance” included in the fluorescent analyte sensor in the present invention is not particularly limited as long as it is a fluorescent substance that can be a donor channel (donor molecule) or an acceptor channel (acceptor molecule) in FRET, and such a fluorescent substance For example, fluorescent proteins and protein fluorescent labeling substances can be mentioned. Examples of such fluorescent proteins include fluorescent proteins such as CFP, YEP, GFP, RFP, BFP, and DsRed, and mutants of these fluorescent proteins may be used. Such variants include ECFP, EYFP, EGFP, ERFP, EBFP and their circular permutations (circular permutations).

また、「タンパク質蛍光標識物質」としては低分子蛍光物質を挙げることができ、例えば、ドナーチャネル(ドナー分子)としての低分子蛍光物質である1,5−IAEDANS、IAANS、MIANSなどのナフタレン誘導体;ピレンマレイミド、ピレンヨードアセタミドなどのピレン誘導体;CPM、DCIA、DACIA、DACM、MDCC、IDCCなどのクマリン誘導体;フルオロセインイソチオシアネート(FITC)、フルオレセインマレイミド、5−ヨードアセタミドフルオレセイン、5−ブロモメチルフルオレセイン、オレゴングリーン488マレイミド、オレゴングリーン488ヨードアセタミドなどのフロレセイン誘導体;アレクサ488マレイミド、アレクサ532マレイミド、アレクサ546マレイミド、アレクサ568マレイミド、アレクサ594マレイミド、アレクサ555マレイミドなどのアレクサ誘導体;BODIPY493/503ブロモメチル、BODIPY499/508マレイミド、BODIPY507/545ヨードアセタミド、BODIPY530/550ヨードアセタミドなどのBODIPY誘導体;テトラメチルローダミンマレイミド、テトラメチルローダミンヨードアセタミド、ローダミンレッドマレイミドなどのローダミン誘導体;テキサスレッドマレイミド、テキサスレッドヨードアセタミドなどのテキサスレッド誘導体;などを挙げることができ、アクセプターチャネル(アクセプター分子)としての低分子蛍光物質であるフルオロセインイソチオシアネート(FITC)、フルオレセインマレイミド、5−ヨードアセタミドフルオレセイン、5−ブロモメチルフルオレセイン、オレゴングリーン488マレイミド、オレゴングリーン488ヨードアセタミドなどのフロレセイン誘導体;アレクサ488マレイミド、アレクサ532マレイミド、アレクサ546マレイミド、アレクサ568マレイミド、アレクサ594マレイミド、アレクサ555マレイミド、アレクサ633マレイミド、アレクサ647マレイミド、アレクサ660マレイミド、アレクサ680マレイミドなどのアレクサ誘導体;BODIPY493/503ブロモメチル、BODIPY499/508マレイミド、BODIPY507/545ヨードアセタミド、BODIPY530/550ヨードアセタミド、BODIPY577/618マレイミド、BODIPY630/650マレイミドなどのBODIPY誘導体;テトラメチルローダミンマレイミド、テトラメチルローダミンヨードアセタミド、ローダミンレッドマレイミドなどのローダミン誘導体;テキサスレッドマレイミド、テキサスレッドヨードアセタミドなどのテキサスレッド誘導体;などを挙げることができる。   In addition, as the “protein fluorescent labeling substance”, low molecular weight fluorescent substances can be mentioned, for example, naphthalene derivatives such as 1,5-IAEDANS, IAANS, MIANS, etc. which are low molecular weight fluorescent substances as donor channels (donor molecules); Pyrene derivatives such as pyrenemaleimide and pyreneiodoacetamide; coumarin derivatives such as CPM, DCIA, DACIA, DACM, MDCC, IDCC; fluorocein isothiocyanate (FITC), fluorescein maleimide, 5-iodoacetamide fluorescein, 5- Fluorescein derivatives such as bromomethylfluorescein, Oregon green 488 maleimide, Oregon green 488 iodoacetamide; Alexa 488 maleimide, Alexa 532 maleimide, Alexa 546 maleimide, Alexa derivatives such as kusa 568 maleimide, alexa 594 maleimide, alexa 555 maleimide; BODIPY derivatives such as BODIPY493 / 503 bromomethyl, BODIPY499 / 508 maleimide, BODIPY507 / 545 iodoacetamide, BODIPY530 / 550 iodoacetamide; tetramethylrhodamine maleimide, Rhodamine derivatives such as cetamide and rhodamine red maleimide; Texas red derivatives such as Texas red maleimide and Texas red iodoacetamide; and fluoro, which is a low molecular fluorescent substance as an acceptor channel (acceptor molecule) Sein isothiocyanate (FITC), fluorescein maleimide, 5-yo Acetamidofluorescein, 5-bromomethyl fluorescein, Oregon green 488 maleimide, Oregon green 488 iodoacetamide, and other florethein derivatives; Alexa 488 maleimide, Alexa 532 maleimide, Alexa 546 maleimide, Alexa 568 maleimide, Alexa 594 maleimide, Alexa 555 maleimide, Alexa Alexa derivatives such as 633 maleimide, Alexa 647 maleimide, Alexa 660 maleimide, Alexa 680 maleimide, etc .; BODIPY derivatives such as maleimide; Rhodamine derivatives such as tetramethylrhodamine maleimide, tetramethylrhodamine iodoacetamide and rhodamine red maleimide; Texas red derivatives such as Texas red maleimide and Texas red iodoacetamide;

本発明における蛍光被検物質センサーが有する「被検物質結合部」とは、被験物質との間で特異的な結合を形成することができる物質又はその一部をいい、例えば、被検物質がイノシトール1,4,5三リン酸(IP)の場合はIP受容体又はそのリガンド結合部、被検物質がアセチルコリンであればアセチルコリン受容体又はそのリガンド結合部、被検物質が抗原であれば、その抗原に対する抗体又はそのパラトープ含有ポリペプチド部分、ヒスチジンタグ配列に対する金属−NTA錯体、イムノグロブリンに対するプロテインA、G及びL、アビジンに対するビオシン、酵素反応の基質に対する酵素(例えばグルタチオンに対するグルタチオン−S−トランスフェラーゼ)などをそれぞれ挙げることができる。 In the present invention, the “test substance binding part” of the fluorescent test substance sensor means a substance capable of forming a specific bond with a test substance or a part thereof, and, for example, the test substance is In the case of inositol 1,4,5 triphosphate (IP 3 ), the IP 3 receptor or its ligand binding part, and if the test substance is acetylcholine, the acetylcholine receptor or its ligand binding part, the test substance should be an antigen For example, an antibody against the antigen or a paratope-containing polypeptide portion thereof, a metal-NTA complex for the histidine tag sequence, proteins A, G and L for immunoglobulin, biocin for avidin, an enzyme for a substrate of the enzymatic reaction (eg glutathione-S for glutathione) -Transferase) etc. can be mentioned, respectively.

IP受容体のリガンド結合部としては、例えば、ラット、マウス、ウシ、ウサギ、ニワトリ、ヒト、アフリカツメガエル、ショウジョウバエ、ヒトデ、線虫などの広範な生物種のものを用いてもよい。例えば、ラットのIP受容体アイソタイプ1のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号1)、ラットのIP受容体アイソタイプ2のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号2)、ラットのIP受容体アイソタイプ3のアミノ酸配列のうち第225〜579番目(配列番号3)、マウスのIP受容体アイソタイプ1のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号4)、マウスのIP受容体アイソタイプ2のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号5)、マウスのIP受容体アイソタイプ3のアミノ酸配列のうち第225〜579番目(配列番号6)、ウシのIP受容体アイソタイプ1のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号7)、ウシのIP受容体アイソタイプ2のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号8)、ウシのIP受容体アイソタイプ3のアミノ酸配列のうち第225〜579番目(配列番号9)、ウサギのIP受容体アイソタイプ1のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号10)、ウサギのIP受容体アイソタイプ2のアミノ酸配列のうち第270〜625番目(配列番号11)、ウサギのIP受容体アイソタイプ3のアミノ酸配列のうち第378〜739番目(配列番号12)、ニワトリのIP受容体アイソタイプ1のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号13)、ニワトリのIP受容体アイソタイプ2のアミノ酸配列のうち第236〜591番目(配列番号14)、ニワトリのIP受容体アイソタイプ3のアミノ酸配列のうち第225〜579番目(配列番号15)、ヒトのIP受容体アイソタイプ1のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号16)、ヒトのIP受容体アイソタイプ2のアミノ酸配列のうち第224〜579番目(配列番号17)、ヒトのIP受容体アイソタイプ3のアミノ酸配列のうち第225〜579番目(配列番号18)を用いることができる。 As the ligand binding part of the IP 3 receptor, for example, those of a wide range of biological species such as rat, mouse, cow, rabbit, chicken, human, Xenopus, Drosophila, starfish, nematode and the like may be used. For example, the 224-579 th of the amino acid sequence of the IP 3 receptor isotypes 1 rat (SEQ ID NO: 1), the 224-579 th of the amino acid sequence of the IP 3 receptor isotypes 2 rat (SEQ ID NO: 2), Of the amino acid sequence of rat IP 3 receptor isotype 3, positions 225 to 579 (SEQ ID NO: 3), among the amino acid sequence of mouse IP 3 receptor isotype 1, positions 224 to 579 (SEQ ID NO: 4), The amino acid sequence of IP 3 receptor isotype 2 at positions 224 to 579 (SEQ ID NO: 5), the amino acid sequence of mouse IP 3 receptor isotype 3 at positions 225 to 579 (SEQ ID NO: 6), bovine IP 3 the 224-579-th of the amino acid sequence of the receptor isotypes 1 (SEQ ID NO: 7), bovine IP 3 receptor isoforms The 224-579-th of the amino acid sequence of type 2 (SEQ ID NO: 8), the 225-579 th of the amino acid sequence of the IP 3 receptor isotypes 3 of bovine (SEQ ID NO: 9), rabbit IP 3 receptor isotypes 1 224 to 579th (SEQ ID NO: 10) of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 270 to 625th (SEQ ID NO: 11) of the amino acid sequence of rabbit IP 3 receptor isotype 2, and the amino acid of rabbit IP 3 receptor isotype 3 378-739 (SEQ ID NO: 12) of the sequence, 224-579th (SEQ ID NO: 13) of the amino acid sequence of chicken IP 3 receptor isotype 1, and the amino acid sequence of chicken IP 3 receptor isotype 2 of the 236 to 591-th (SEQ ID NO: 14), amino acids of IP 3 receptor isotypes 3 chicken The 225-579-th of the column (SEQ ID NO: 15), the IP 3 receptor isotypes 1 of human 224-579 th of the amino acid sequence (SEQ ID NO: 16), the IP 3 receptor isotypes 2 human amino acid sequence Of these, the 224th to 579th positions (SEQ ID NO: 17) and the 225th to 579th positions (SEQ ID NO: 18) of the amino acid sequence of human IP 3 receptor isotype 3 can be used.

また、本発明における「被検物質結合部」には、上述したIP受容体又はそのリガンド結合部そのものの他、それらのホモログ、人為的改変体または保存的変異を有するタンパク質も包含される。本明細書において、当該ホモログ、人為的改変体、または保存的変異を有するタンパク質を、保存的バリアントという。保存的バリアントとしては、1もしくは数個から数十個のアミノ酸の置換、欠失、挿入または付加などを含む配列を有するタンパク質を挙げることができる。 The "test substance binding portion" in the present invention, other IP 3 receptor or ligand binding portion itself that described above, the proteins are also included having their homologs, artificial variants or conservative mutations. In the present specification, a protein having the homologue, the artificial variant, or the conservative mutation is referred to as a conservative variant. Conservative variants can include proteins having a sequence that includes one or a few to several tens of amino acid substitutions, deletions, insertions, additions, and the like.

「1もしくは数個から数十個」とは、アミノ酸残基のタンパク質の立体構造における位置やアミノ酸残基の種類によっても異なるが、具体的には1〜50個、好ましくは1〜40個、より好ましくは1〜30個、さらに好ましくは1〜20個、よりさらに好ましくは1〜10個、特に好ましくは1〜5個を意味する。また、保存的変異の代表的なものは、保存的置換である。   Although “one or several to several tens” is different depending on the position of the amino acid residue in the three-dimensional structure of the protein and the kind of amino acid residue, specifically 1 to 50, preferably 1 to 40, More preferably, it means 1 to 30, more preferably 1 to 20, still more preferably 1 to 10, particularly preferably 1 to 5. Also, representative of conservative mutations are conservative substitutions.

保存的置換とは、生じる分子の生理学的活性を変化させることなく一般的になされ得る範囲、すなわち保存的置換の範囲で認められるもの(Watson et al.,Molecular Biology of Geneなど)であり、例えば、置換部位が芳香族アミノ酸である場合には、Phe、Trp、Tyr間で、置換部位が疎水性アミノ酸である場合には、Leu、Ile、Val間で、極性アミノ酸である場合には、Gln、Asn間で、塩基性アミノ酸である場合には、Lys、Arg、His間で、酸性アミノ酸である場合には、Asp、Glu間で、ヒドロキシル基を持つアミノ酸である場合には、Ser、Thr間でお互いに置換する変異である。保存的置換とみなされる置換としては、具体的には、AlaからSerまたはThrへの置換、ArgからGln、HisまたはLysへの置換、AsnからGlu、Gln、Lys、HisまたはAspへの置換、AspからAsn、GluまたはGlnへの置換、CysからSerまたはAlaへの置換、GlnからAsn、Glu、Lys、His、AspまたはArgへの置換、GluからGly、Asn、Gln、LysまたはAspへの置換、GlyからProへの置換、HisからAsn、Lys、Gln、ArgまたはTyrへの置換、IleからLeu、Met、ValまたはPheへの置換、LeuからIle、Met、ValまたはPheへの置換、LysからAsn、Glu、Gln、HisまたはArgへの置換、MetからIle、Leu、ValまたはPheへの置換、PheからTrp、Tyr、Met、IleまたはLeuへの置換、SerからThrまたはAlaへの置換、ThrからSerまたはAlaへの置換、TrpからPheまたはTyrへの置換、TyrからHis、PheまたはTrpへの置換、およびValからMet、IleまたはLeuへの置換を挙げることができる。また、上記のようなアミノ酸の置換、欠失、挿入、付加、または逆位などには、遺伝子が由来する微生物の個体差、種の違いに基づく場合などの天然に生じる変異(mutantまたはvariant)によって生じるものも含まれる。   Conservative substitutions are those that can generally be made without altering the physiological activity of the resulting molecule, ie, those that are found in the range of conservative substitutions (Watson et al., Molecular Biology of Gene, etc.), for example If the substitution site is an aromatic amino acid, then Phe, Trp, or Tyr, if the substitution site is a hydrophobic amino acid, if it is a polar amino acid among Leu, Ile, or Val, then Gln. , Asn between basic amino acids, between Lys, Arg and His, between acidic amino acids, between Asp and Glu between amino acids with hydroxyl groups, Ser, Thr It is a mutation which substitutes each other between. Specifically, as a substitution considered as a conservative substitution, a substitution from Ala to Ser or Thr, a substitution from Arg to Gln, His or Lys, a substitution from Asn to Glu, Gln, Lys, His or Asp, Asp to Asn, Glu or Gln substitution, Cys to Ser or Ala substitution, Gln to Asn, Glu, Lys, His, Asp or Arg substitution, Glu to Gly, Asn, Gln, Lys or Asp Substitution, substitution of Gly to Pro, substitution of His to Asn, Lys, Gln, Arg or Tyr, substitution of Ile to Leu, Met, Val or Phe, substitution of Leu to Ile, Met, Val or Phe, Substitution of Lys to Asn, Glu, Gln, His or Arg Met to Ile, Leu, Val or Phe substitution, Phe to Trp, Tyr, Met, Ile or Leu substitution, Ser to Thr or Ala substitution, Thr to Ser or Ala substitution, Trp to Phe or A substitution to Tyr, a substitution from Tyr to His, Phe or Trp, and a substitution from Val to Met, Ile or Leu can be mentioned. In addition, amino acid substitutions, deletions, insertions, additions, or inversions as described above include naturally occurring mutations (mutants or variants) such as cases based on individual differences or species differences of the microorganism from which the gene is derived. Also includes those caused by

さらに、上記のような保存的変異を有するタンパク質は、アミノ酸配列全体に対して、例えば80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、よりさらに好ましくは98%以上、特に好ましくは99%以上の相同性を有し、かつ野生型タンパク質と同等の機能を有するタンパク質であってもよい。なお、本明細書において、「相同性」(homology)」は、「同一性」(identity)を指すことがある。   Furthermore, the protein having a conservative mutation as described above is, for example, 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, still more preferably 97% or more, still more preferably, relative to the entire amino acid sequence. It may be a protein having a homology of 98% or more, particularly preferably 99% or more, and having a function equivalent to that of a wild-type protein. In the present specification, “homology” may refer to “identity”.

「抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分」とは、被検物質である抗原(免疫原)のエピトープと結合する抗体の抗原結合部分すなわちパラトープを含むポリペプチド部分をいい、例えば、抗体そのものの他、Fab、Fab’、F(ab’)2およびF(v)などを挙げることができる。FabおよびF(ab’)2部分はそれぞれ、当技術分野で公知の方法によって実質的に完全形の抗体分子をパパインおよびペプシンでタンパク質分解反応させることによって作製できる。Fab’抗体分子部分も当技術分野で公知であり、2つのH鎖部分を連結しているジスルフィド結合をメルカプトエタノールで還元し、次いで得られたタンパク質メルカプタンをヨードアセトアミドのような試薬でアルキル化することによってF(ab’)2部分から作製される。また、抗原に対し免疫原性の存否は問われず、抗原にはハプテンが含まれる。さらに、抗体が、ある特定の抗原に対し「結合する」とは、当該特定抗原に対して結合性があることが明らかであればよい。当該特定抗原に対し「結合する」とは、他の抗原と全く結合しない場合も含むが、他の抗原と結合するとともに当該特定抗原に対し結合する場合も含む。   "A paratope-containing polypeptide portion of an antibody" refers to an antigen-binding portion of an antibody that binds to an epitope of an antigen (immunogen) that is a test substance, that is, a polypeptide portion containing a paratope; , Fab ′, F (ab ′) 2 and F (v), and the like. Fab and F (ab ') 2 moieties can be made, respectively, by proteolysis of substantially intact antibody molecules with papain and pepsin by methods known in the art. Fab ′ antibody molecule moieties are also known in the art, and the disulfide bond connecting the two heavy chain moieties is reduced with mercaptoethanol and the resulting protein mercaptan is then alkylated with a reagent such as iodoacetamide. Are made from the F (ab ') 2 moiety. Moreover, the presence or absence of immunogenicity with respect to an antigen is not ask | required, and a hapten is contained in an antigen. Furthermore, it may be obvious that an antibody "binds" to a specific antigen is capable of binding to the specific antigen. The term "bind" to the specific antigen also includes cases in which it does not bind to other antigens at all, but also includes cases in which it binds to other antigens and also binds to the specific antigen.

また、本発明において、抗体は任意の種々の方法によって調製することができる。例えば、被検物資である抗原性フラグメントを動物に投与してポリクローナル抗体を含有する血清の産生を誘導する方法の他、動物(好ましくは、マウス)を被検物質により免疫した後、脾臓細胞を抽出し、適切なミエローマ細胞株と融合させることによりハイブリドーマを作製してモノクローナル抗体(またはその被検物質結合性フラグメント)を調製する方法などを挙げることができる。   Also, in the present invention, antibodies can be prepared by any of various methods. For example, in addition to a method for inducing production of serum containing polyclonal antibodies by administering an antigenic fragment as a test substance to an animal, spleen cells are immunized after immunizing an animal (preferably a mouse) with a test substance. A method of preparing a monoclonal antibody (or a test substance-binding fragment thereof) and the like by extracting and fusing with an appropriate myeloma cell line can be mentioned.

ヒスチジン残基は、ニッケル、コバルト、銅、亜鉛などの金属イオンとキレート結合して錯体を形成することが知られており、これらの金属イオンを利用することで、ヒスチジンタグなどのヒスチジン残基を含有する被験物質を検出することができる。これらの金属イオンは、例えば、蛍光被検物質センサーのアミノ基にIsothiocyanobenzyl−NTAを反応させ、次いで当該金属イオンを含む溶液を加えることで、NTAとの錯体として蛍光被検物質センサーに導入することができる。   Histidine residues are known to form a complex by chelating with metal ions such as nickel, cobalt, copper, and zinc. By using these metal ions, histidine residues such as histidine tags can be converted. The test substance contained can be detected. These metal ions are introduced into the fluorescent analyte sensor as a complex with NTA, for example, by reacting Isothiocyanobenzyl-NTA with the amino group of the fluorescent analyte sensor and then adding a solution containing the metal ion. Can.

プロテインA及びGはイムノグロブリン、特にIgGのFc領域と特異的に結合することが知られており、これを被験物質結合部として用いることで、IgG又はそのFcフラグメントを被験物質として検出することができる。また、プロテインLはイムノグロブリンのκ軽鎖と特異的に結合することが知られており、これを被験物質結合部として用いることで、IgG、IgA、IgMなど、又はそれらのFab、F(ab’)2若しくはscFvフラグメントを被験物質として検出することができる。   Proteins A and G are known to specifically bind to the Fc region of immunoglobulins, particularly IgG, and using them as a test substance binding portion, it is possible to detect IgG or its Fc fragment as a test substance it can. Also, protein L is known to specifically bind to the kappa light chain of immunoglobulin, and by using this as a test substance binding part, IgG, IgA, IgM, etc., or their Fab, F (ab (ab) ') 2 or scFv fragments can be detected as a test substance.

蛍光物質である蛍光タンパク質と被検物質結合部は、直接結合して配列していても、リンカーを介して結合して配列されていてもよい。そのようなリンカーとしては特に限定されず、当技術分野において用いられているペプチド配列、通常2〜20アミノ酸程度の長さのペプチド配列を用いることができる。   The fluorescent protein which is a fluorescent substance and the test substance binding part may be directly bound and arranged, or may be linked and arranged via a linker. Such a linker is not particularly limited, and peptide sequences used in the art, usually peptide sequences having a length of about 2 to 20 amino acids can be used.

タンパク質蛍光標識物質を蛍光物質とするときは、蛍光被検物質センサーのアミノ酸残基との間における非ペプチド結合によって蛍光被検物質センサーに導入してもよい。例えば蛍光被検物質センサーがシステイン残基を含んでいる場合には、マレイミド基を有するタンパク質蛍光標識物質とシステイン残基とを反応させることによって、タンパク質蛍光標識物質を蛍光被検物質センサーに導入することができる。このようにしてタンパク質蛍光標識物質が導入された蛍光被験物質センサーは、後に説明する「蛍光競合物質」との結合によってFRETが生じ、FRET分子センサーとして機能する。なお、タンパク質蛍光標識物質の導入は、被験物質結合部のリガンドに対する結合能を妨げない限り、任意のアミノ酸残基に対して行ってもよい。   When the protein fluorescent labeling substance is a fluorescent substance, it may be introduced into the fluorescent test substance sensor by non-peptide bond with the amino acid residue of the fluorescent test substance sensor. For example, when the fluorescent analyte sensor contains a cysteine residue, the protein fluorescent labeling substance is introduced into the fluorescent analyte sensor by reacting the protein fluorescent labeling substance having a maleimide group with the cysteine residue. be able to. The fluorescent test substance sensor into which the protein fluorescent labeling substance has been introduced in this manner causes FRET by binding to the "fluorescent competitor" described later, and functions as a FRET molecular sensor. In addition, introduction of a protein fluorescent labeling substance may be performed on any amino acid residue as long as the binding ability of the test substance binding portion to the ligand is not impaired.

蛍光被検物質センサーは、必要に応じて局在化シグナルを有してもよい。蛍光被検物質センサーにおける局在化シグナルの結合位置はN末端またはC末端のいずれでもよく、局在化部位としては、細胞膜、ミトコンドリア、細胞骨格、核、小胞体などを挙げることができる。さらに、蛍光被検物質センサーはタグを有していてもよい。そのようなタグとしては例えば、FLAGタグ(FLAG−tag)、ヒスチジン(His;H)残基からなる精製用のタグペプチド(ヒスチジンタグ、His−tag)、strep−tag、GST(グルタチオン−S−トランスフェラーゼ)−tag、HA(へマグルチニンペプチド)−tag、Myc−tagなどを挙げることができる。   The fluorescent analyte sensor may optionally have a localization signal. The binding position of the localization signal in the fluorescent test substance sensor may be either N-terminal or C-terminal, and as the localization site, cell membrane, mitochondria, cytoskeleton, nucleus, endoplasmic reticulum, etc. can be mentioned. Furthermore, the fluorescent analyte sensor may have a tag. Such tags include, for example, FLAG tag (FLAG tag), tag tag for purification consisting of histidine (His; H) residue (histidine tag, His-tag), strep-tag, GST (glutathione-S-) Examples include transferase) -tag, HA (hemagglutinin peptide) -tag, Myc-tag and the like.

蛍光被検物質センサーは適当な担体に固定化されていてもよい。蛍光被験物質センサーを担体に固定する方法としては、前記タグを介して固定する方法の他に、例えば、分子センサーに結合性を持つ分子(抗体、プロテインA、プロテインG)を固定化した担体を用いる方法の他、分子センサーをビオチン化してアビジンあるいはストレプトアビジンなどを固定化した担体に結合させる方法、蛍光被検物質センサーの官能基(NH基、COOH基、フェノール基など)に反応性をもつNH基、COOH基、エポキシ基、OH基を固定化した担体に結合させる方法などを挙げることができる。 The fluorescent analyte sensor may be immobilized on an appropriate carrier. As a method of immobilizing a fluorescent test substance sensor on a carrier, in addition to the method of immobilizing via a tag, for example, a carrier on which a molecule (antibody, protein A, protein G) having a binding property to a molecular sensor is immobilized. In addition to the method used, the molecular sensor is biotinylated and bound to a carrier on which avidin or streptavidin is immobilized, and the functional group (NH 2 group, COOH group, phenol group, etc.) of the fluorescent analyte sensor is reactive. The method etc. which couple | bond with the support | carrier which fixed NH 2 group, COOH group, an epoxy group, and OH group to have can be mentioned.

本発明における蛍光被検物質センサーを固定化する担体としては、例えば、スチレン系重合性モノマー、アクリル系重合性モノマー、メタクリル系重合性モノマーおよびビニル系重合性モノマーなどの重合性モノマーが重合されてなる有機高分子化合物;磁性微粒子;金属酸化物;金属;半導体化合物;アガロース;セファロース;木板;ガラス板;シリコン基板;植物繊維、動物繊維、鉱物繊維および食物繊維などの天然繊維;合成繊維、半合成繊維、再生繊維、ガラス繊維、炭素繊維および人造鉱物繊維などの化学繊維;などを挙げることができる。   As the carrier for immobilizing the fluorescent test substance sensor in the present invention, for example, polymerizable monomers such as styrene polymerizable monomers, acrylic polymerizable monomers, methacrylic polymerizable monomers and vinyl polymerizable monomers are polymerized. Organic fine particles, magnetic particles, metal oxides, metals, semiconductor compounds, agarose, sepharose, wood boards, glass plates, silicon substrates, natural fibers such as plant fibers, animal fibers, mineral fibers and food fibers; And synthetic fibers, recycled fibers, glass fibers, carbon fibers, and artificial mineral fibers.

本発明において、「蛍光競合物質」とは、FRETにおけるドナーチャネル(ドナー分子)またはアクセプターチャネル(アクセプター分子)となり得る蛍光物質そのもの、あるいはそのような蛍光物質で修飾された、被検物質と競合して被検物質結合部と結合ないし解離する物質であって、例えば受容体に対するリガンドそれ自体又はそのアナログに相当する物質、又は被験物質結合部に対する特異的な結合能を有する物質などを意味する。例えば、被験物質結合部がIP受容体であるときは蛍光物質で修飾されたIP、9−[5−Deoxy−5−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenine(F−ADA)、(2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]methyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranoside(F−LL)などを蛍光競合物質として用いることができる。F−ADAの構造を下記式(I)に、F−LLの構造を下記式(II)に、それぞれ示す。 In the present invention, the term “fluorescent competitor” refers to a fluorescent substance itself that can be a donor channel (donor molecule) or an acceptor channel (acceptor molecule) in FRET, or a competitor that is modified with such a fluorescent substance. Means a substance that binds to or dissociates from the test substance binding part, for example, a substance corresponding to the ligand itself or an analog thereof, or a substance having a specific binding ability to the test substance binding part . For example, when the test substance binding portion is an IP 3 receptor, the fluorescent substance-modified IP 3 , 9- [5-Deoxy-5- [N-[[1- [5-[[3 ', 6' -Dihydroxy-3-oxospiro (isobenzofuran-1,9'-xanthen) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl]-(3,4-) di-O-phosphoryl-α-D-glucocopyranosyl) -2-O-phosphoryl-β-D-ribo-pentofuranosyl] adenine (F-ADA), (2R, 3R, 4S) -4-O-phosphoryl-2- [N-[[1- [5-[[3 ′, 6′-dihydroxy-3-oxos iro (isobenzofuran-1,9'-xanthen) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl] methyl-tetrahydrofuran-3-yl-3,4 -Di-O-phosphoryl-α-D-glucocopyranoside (F-LL) or the like can be used as a fluorescence competitor. The structure of F-ADA is shown in the following formula (I), and the structure of F-LL is shown in the following formula (II).

Figure 0006551923
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被験物質結合部に対する競合物質を蛍光物質で標識する方法は、当業者に広く知られた方法で行うことができる。例えば競合物質がタンパク質であるときは、先に例示したタンパク質蛍光標識物質を、それぞれについて知られた方法でタンパク質に導入すればよい。競合物質が低分子化合物であれば、被験物質結合部との特異的な結合能を妨げない範囲で、有機合成化学的手法によって蛍光物質で修飾すればよい。   The method of labeling the competitor for the test substance binding portion with a fluorescent substance can be carried out by methods widely known to those skilled in the art. For example, when the competitor is a protein, the protein fluorescent labeling substance exemplified above may be introduced into the protein by a method known for each. If the competitor is a low molecular weight compound, it may be modified with a fluorescent substance by an organic synthetic chemical method within the range not interfering with the specific binding ability with the test substance binding part.

なお、本発明において、「結合」は「作用」、「相互作用」、「特異的な相互作用」、「選択的な相互作用」「反応」、「認識」と交換可能に用いられる場合がある。   In the present invention, “binding” may be used interchangeably with “action”, “interaction”, “specific interaction”, “selective interaction”, “reaction”, or “recognition”. .

本発明においては、FRET分子センサーを細胞内で用いることもできる。蛍光被検物質センサーまたは蛍光競合物質を細胞内に導入するには、公知のいかなる方法を用いてもよく、蛍光被検物質センサーまたは蛍光競合物質を直接細胞に導入する方法の他、例えば、蛍光タンパク質と被験物質結合部との融合タンパク質である蛍光被検物質センサーをコードするDNAを細胞に導入して発現させた後に蛍光競合物質を導入してもよい。このような蛍光被検物質センサーをコードするDNAを細胞に導入して発現させる方法としては、例えば、かかる蛍光被検物質センサーをコードするDNAを適当なベクターに組み込むことにより、各種細胞や動物や植物を形質転換することができる。その場合のベクターとしては、例えば、プラスミドベクター、ウイルスベクター、アグロバクテリウムなどを挙げることができる。ベクターを細胞に導入する方法としては、例えば、リポフェクション法、リン酸カルシウム法、マイクロインジェクション法、プロプラスト融合法、エレクトロポレーション法、DEAEデキストラン法、Gene Gunによる遺伝子導入などの方法を用いることができる。   In the present invention, FRET molecular sensors can also be used in cells. For introducing a fluorescent analyte sensor or fluorescent competitor into cells, any known method may be used, and in addition to the method of directly introducing a fluorescent analyte sensor or fluorescent competitor into cells, for example, fluorescence The fluorescent competitor may be introduced after the DNA encoding the fluorescent test substance sensor, which is a fusion protein of the protein and the test substance binding part, is introduced into cells for expression. As a method for introducing such DNA encoding a fluorescent test substance sensor into cells for expression, for example, various DNAs, animals, animals and the like can be obtained by incorporating the DNA coding for such a fluorescent test substance sensor into an appropriate vector. Plants can be transformed. As the vector in that case, for example, plasmid vector, viral vector, Agrobacterium etc. can be mentioned. As a method for introducing a vector into a cell, for example, a lipofection method, a calcium phosphate method, a microinjection method, a proplast fusion method, an electroporation method, a DEAE dextran method, a gene introduction by Gene Gun, or the like can be used.

融合タンパク質の細胞内発現の方法としては、例えば、融合タンパク質遺伝子が染色体DNAに組込まれた遺伝子を動物または植物へ導入してトランスジェニック動物またはトランスジェニック植物を作出する方法を挙げることができる。トランスジェニック動物またはトランスジェニック植物の作出は公知の方法により行うこともでき、その作出において、融合遺伝子は染色体DNAの任意の部位に挿入されてもよい。このようなトランスジェニック動物またはトランスジェニック植物と蛍光競合物質とを用いれば、in vivoの系で被検物質の定量が可能であり、被検物質やその受容体の機能の解明、治療や診断法の確立、薬剤のスクリーニングなどに利用することができる。また、これらのトランスジェニック動物やトランスジェニック植物から得られた細胞は薬剤のスクリーニングなどにも利用することができ、蛍光競合物質と併せて被検物質測定キットや被検物質測定機器を作成することもできる。   Examples of the method for intracellular expression of the fusion protein include a method for producing a transgenic animal or a transgenic plant by introducing a gene in which a fusion protein gene is incorporated into chromosomal DNA into an animal or plant. Production of a transgenic animal or a transgenic plant can also be performed by a known method, and in the production, a fusion gene may be inserted into any site of chromosomal DNA. By using such a transgenic animal or transgenic plant and a fluorescent competitor, it is possible to quantify the test substance in an in vivo system, elucidate the function of the test substance and its receptor, treatment and diagnostic methods. It can be used for the establishment of medicines, screening of drugs, etc. In addition, cells obtained from these transgenic animals and plants can be used for drug screening, etc., and test substance measurement kits and test substance measurement instruments should be created together with fluorescent competitors. You can also.

次に、本発明における蛍光の強度を指標として対象中の被検物質を測定する方法は、下記の(I)、(II)の工程を有している。
(I)被検物質測定FRET分子センサーまたは担体固定化被検物質測定FRET分子センサーと対象とを接触させる工程(対象接触工程)、
(II)励起光を照射して生じた蛍光を測定する工程(照射測定工程)。
Next, the method for measuring a test substance in a subject by using the intensity of fluorescence as an indicator in the present invention has the following steps (I) and (II).
(I) measuring an analyte substance FRET molecular sensor or carrier-immobilized analyte substance measuring FRET molecular sensor (target contacting process);
(II) A step of measuring fluorescence generated by irradiating excitation light (irradiation measurement step).

対象接触工程(I)とは、蛍光競合物質が結合した蛍光被検物質センサーと被検物質を含むまたは被検物質を含むであろうと推測される対象(対象物)とを接触させる工程、または蛍光競合物質が結合していない蛍光被検物質センサーと被検物質を含むまたは被検物質を含むであろうと推測される対象(対象物)とを接触させた後に蛍光競合物質を導入する工程のいずれかである。   The target contact step (I) is a step of bringing a fluorescent test substance sensor bound with a fluorescent competitor into contact with a target (subject) that contains the test substance or is assumed to contain the test substance, or A process of introducing a fluorescent competitor after contacting a fluorescent analyte sensor to which a fluorescent competitor is not bound and a target (subject) containing or suspected of containing the analyte. It is either.

照射測定工程(II)において、励起光を照射するとは、所望の光源を用いて、ドナーチャネルの励起極大波長又はその近傍の波長を含む範囲の光を照射することをいい、光源としては、ブロードな紫外光や可視光をフィルターや分光器を用いて所望の波長範囲とした光源の他、レーザーなどの単色光を用いてもよい。レーザー光源としては、ヘリウムカドミウムレーザー(442nm)の他、ブルーダイオードレーザー(405nm)、アルゴンイオンレーザー(457nm)、LD励起固体レーザー(diode−pumped solid−state laser)(430nm)などを用いることができ、二光子励起法の場合は800nm付近のパルスレーザーを用いることができる。   In the irradiation measurement step (II), irradiating excitation light means irradiating light in a range including the excitation maximum wavelength of the donor channel or a wavelength in the vicinity thereof using a desired light source. Besides a light source having a desired wavelength range by using a filter or a spectroscope, it is also possible to use monochromatic light such as a laser or the like. As a laser light source, in addition to a helium cadmium laser (442 nm), a blue diode laser (405 nm), an argon ion laser (457 nm), an LD-pumped solid-state laser (430 nm), and the like can be used. In the case of the two-photon excitation method, a pulsed laser around 800 nm can be used.

また、蛍光を測定するとは、ドナーチャネル及び/又はアクセプターチャネルの蛍光極大波長又はその近傍の波長を含む範囲、例えば200〜800nm、好ましくは300〜700nm、より好ましくは400〜600nm、さらにより好ましくは460〜550nmの範囲における、FRETによるそれらの蛍光強度の変化を測定することをいう。   In addition, the measurement of fluorescence is a range including the fluorescence maximum wavelength of the donor channel and / or the acceptor channel or a wavelength in the vicinity thereof, for example, 200 to 800 nm, preferably 300 to 700 nm, more preferably 400 to 600 nm, and even more preferably. Refers to measuring changes in their fluorescence intensity due to FRET in the range of 460-550 nm.

対象中の被験物質の定量は、既知濃度の被験物質を用いて予め検量線を作成しておくことで算出することができ、典型的には以下の手順で算出することができる。最初に被験物質が存在しない条件下で蛍光被検物質センサーと蛍光競合物質とを接触させてFRETを生じさせた後、これらのドナーチャネル及び/又はアクセプターチャネルが有する蛍光極大波長又はその近傍の波長範囲における蛍光強度を測定する。次いで、既知濃度の被験物質をこの系に添加し、蛍光競合物質と被験物質との間で蛍光被験物質センサーに対する結合の競合を起こした状態で、蛍光強度を測定する。被験物質の濃度を変化させて同様の測定を行い、ドナーチャネルとアクセプターチャネルの蛍光強度の比と被験物質濃度とをプロットすることで検量線を作成する。その後、対象を用いて上記の対象接触工程(I)および蛍光照射工程(II)を行い、得られた蛍光強度比から対象中の被験物質量を算出する。   The quantification of the test substance in the subject can be calculated by preparing a calibration curve in advance using a test substance of known concentration, and can typically be calculated according to the following procedure. First, after contacting a fluorescent analyte sensor with a fluorescent competitor under the absence of a test substance to generate FRET, the fluorescence maximum wavelength of these donor channels and / or acceptor channels or in the vicinity thereof The fluorescence intensity in the wavelength range is measured. Then, a test substance of known concentration is added to this system, and the fluorescence intensity is measured in the state where competition of binding to the fluorescent test substance sensor occurs between the fluorescent competitor and the test substance. The concentration of the test substance is changed to perform the same measurement, and a calibration curve is created by plotting the ratio of the fluorescence intensity of the donor channel to the acceptor channel and the test substance concentration. Thereafter, the above-mentioned target contact step (I) and fluorescence irradiation step (II) are performed using the target, and the mass of the target substance in the target is calculated from the obtained fluorescence intensity ratio.

本発明の測定方法の好ましい態様の一つは、蛍光顕微鏡用のガラスプレート等の適当な支持体上で、担体に固定化された蛍光被験物質センサー及び蛍光競合物質を備えたFRET分子センサーと対象とを接触させる工程、及び蛍光顕微鏡を用いて励起光を照射して生じた蛍光を測定する工程を含む。また本発明の測定方法の好ましい別の態様は、蛍光測定が可能な素材からなるマイクロ流路又はこれを載せたマイクロチップ内で、担体に固定化された蛍光被験物質センサー及び蛍光競合物質を備えたFRET分子センサーと対象とを接触させる工程、及び励起光を照射して生じた蛍光を測定する工程を含む。いずれの場合も、FRETが生じる反応場を担体表面に凝縮すること、および短い光路を介してFRETにより生じる蛍光を測定することにより、検出感度を高めることができる。   One of the preferred embodiments of the measurement method of the present invention is a FRET molecular sensor comprising a fluorescent test substance sensor and a fluorescent competitor substance immobilized on a carrier on a suitable support such as a glass plate for a fluorescence microscope, and a subject. And irradiating the excitation light using a fluorescence microscope to measure the generated fluorescence. Another preferred embodiment of the measurement method of the present invention comprises a fluorescent test substance sensor and a fluorescent competitive substance immobilized on a carrier in a microchannel made of a material capable of measuring fluorescence or a microchip on which the microchannel is mounted. And a step of contacting the target with the FRET molecular sensor, and a step of measuring the fluorescence generated by irradiating the excitation light. In either case, detection sensitivity can be enhanced by condensing the reaction field where FRET occurs on the surface of the carrier and measuring the fluorescence generated by FRET through a short light path.

以下、本発明に係る被検物質測定FRET分子センサーについて、実施例に基づいて説明する。なお、本発明の技術的範囲は、これらの実施例によって示される特徴に限定されない。   Hereinafter, a test substance measurement FRET molecular sensor according to the present invention will be described based on examples. The technical scope of the present invention is not limited to the features shown by these embodiments.

<実施例1>IP受容体のリガンド結合部と結合する蛍光競合物質の作成
被験物質結合部としてイノシトール1,4,5三リン酸(IP)受容体のリガンド結合部と、これに結合する蛍光競合物質を作成した。
(1)F−ADAの作成
9−[5−Deoxy−5−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenine(F−ADA)を下記の手順に従って作成した。
EXAMPLE 1 Preparation of Fluorescent Competitor Binding to Ligand Binding Part of IP 3 Receptor Binding to Ligand Binding Part of Inositol 1,4,5 Triphosphate (IP 3 ) Receptor as a Test Substance Binding Part To create a fluorescent competitor.
(1) Preparation of F-ADA 9- [5-Deoxy-5- [N-[[1- [5-[[3 ', 6'-dihydroxy-3-oxospiro (isobenzofuran-1,9'-xanthen)] -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl]-(3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucocopysyl) -2-O -Phosphoryl- [beta] -D-ribo- pentofuranosyl] adenine (F-ADA) was made according to the following procedure.

[1−1]9−[5−Deoxy−5−ethynyl−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenineの作成
先ず、5’modified adenophostin誘導体合成の前駆体(化合物1、α−disaccharide triflate;T.Mochizuki et al.,Org.Lett.8:1455−1458,2006)を出発物質として、9−[5−Deoxy−5−ethynyl−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenine(化合物7)を作成した。
[1-1] 9- [5-Deoxy-5-ethynyl- (3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucocopyranosyl) -2-O-phosphoryl-β-D-ribo-pentofuranosyl] adenine Preparation First, a precursor of 5'-modified adenophostin derivative synthesis (compound 1, α-disaccharide triflate; T. Mochizuki et al., Org. Lett. 8: 1455-1458, 2006) was used as a starting material 9- [5- Deoxy-5-ethylyl- (3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucopyranyl) -2-O-phosphoryl-β-D-ribo-pentofuranosyl] ad An enine (compound 7) was created.

ジイソプロピルアミン(1.88mL,13.4mmol)とHMPA(2.33mL,13.4mmol)をTHF(100mL)に溶かし、−78℃にて1.66Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(5.03mL,13.4mmol)を加えた。0℃まで昇温させて30分間撹拌し、再び−78℃にてトリメチルシリルアセチレン(1.85mL,13.4mmol)を加えた後、化合物1(2.98g,3.83mmol)のTHF(50mL)溶液を加えてさらに1時間撹拌した。続いて、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて酢酸エチルで希釈した後、飽和塩化アンモニウム水溶液と分液し、続いて水と分液した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥した。ろ過後、ろ液を減圧下にて溶媒留去し、残渣をメタノール(150mL)に溶解した後、炭酸カリウム(632mg,4.60mmol)を加えて3時間撹拌した。反応液の溶媒を減圧下にて濃縮後、ジエチルエーテルを用いて希釈し、水と分液した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥した。ろ過後、減圧下にて溶媒留去して、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(hexane:AcOEt=4:1)により精製して、無色非結晶性固体の化合物2(2.35g,3.58mmol,94%)を得た。   Dissolve diisopropylamine (1.88 mL, 13.4 mmol) and HMPA (2.33 mL, 13.4 mmol) in THF (100 mL) and add 1.66 M n-butyllithium in hexane (5.03 mL, at -78.degree. C.). 13.4 mmol) was added. The mixture was warmed to 0 ° C. and stirred for 30 minutes. Trimethylsilylacetylene (1.85 mL, 13.4 mmol) was added again at −78 ° C., and then THF (50 mL) of compound 1 (2.98 g, 3.83 mmol) was added. The solution was added and stirred for another hour. Subsequently, a saturated aqueous solution of ammonium chloride was added and diluted with ethyl acetate, and then separated with a saturated aqueous solution of ammonium chloride and then separated with water. The organic layer was washed with brine and dried over anhydrous sodium sulfate. After filtration, the filtrate was evaporated under reduced pressure, and the residue was dissolved in methanol (150 mL), potassium carbonate (632 mg, 4.60 mmol) was added, and the mixture was stirred for 3 hours. The solvent of the reaction solution was concentrated under reduced pressure, diluted with diethyl ether, and separated from water. The organic layer was washed with saturated brine and dried over anhydrous sodium sulfate. After filtration, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (hexane: AcOEt = 4: 1) to give colorless amorphous solid compound 2 (2.35 g, 3.58 mmol, 94%).

続いて、化合物2(1.00g,1.53mmol)の80%トリフルオロ酢酸水溶液(50mL)を30分間撹拌した後、反応液の溶媒を減圧下にて留去し、トルエンを用いて残渣を共沸した。残渣をアセトニトリル(33mL)に溶かし、ジメチルアミノピリジン(2.24g,18.3mmol)、トリエチルアミン(2.56mL,18.3mmol)およびイソ酪酸無水物(2.03mL,12.2mmol)を加えて2時間撹拌した。反応液に飽和重曹水と酢酸エチルを加えて分液後、有機層を水で洗浄し、続いて飽和食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥して濾過した後、ろ液の溶媒を減圧下にて留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(hexane:AcOEt=4:1)により精製して、無色非結晶性固体の化合物3(1.08g,1.38mmol,2steps 90%)を得た。   Subsequently, after 80% aqueous trifluoroacetic acid (50 mL) of Compound 2 (1.00 g, 1.53 mmol) was stirred for 30 minutes, the solvent of the reaction solution was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified using toluene. It azeotroped. The residue is dissolved in acetonitrile (33 mL) and dimethylaminopyridine (2.24 g, 18.3 mmol), triethylamine (2.56 mL, 18.3 mmol) and isobutyric anhydride (2.03 mL, 12.2 mmol) are added 2 Stir for hours. Saturated aqueous sodium bicarbonate solution and ethyl acetate were added to the reaction solution to separate the layers, and then the organic layer was washed with water and then with saturated brine. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate and filtered, and then the solvent of the filtrate was distilled off under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography (hexane: AcOEt = 4: 1) to give compound 3 (1.08 g, 1.38 mmol, 2 steps 90%) as a colorless amorphous solid.

続いて、N−ベンゾイルアデニン(1.44g,6.39mmol)をHMDS/ピリジン(2/1)の混合溶液(50mL)に懸濁して、反応液が透明になるまで加熱しつつ還流した。反応液の溶媒を留去した後、トルエンを用いて共沸し、残渣に化合物3(1.02g,1.28mmol)のアセトニトリル溶液(20mL)を加えた。生じた混合溶液に、氷冷下、四塩化スズ(1.81mL,7.68mmol)を滴下した後、同温度で1時間、さらに室温で2時間撹拌した。反応液に飽和重曹水と酢酸エチルを加えて分液後、有機層を水で洗浄し、続いて飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸ナトリウムを用いて有機層を乾燥、濾過後、ろ液を減圧下にて溶媒留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(hexane:AcOEt=4:1)により精製して、白色非結晶性固体の化合物4(906mg,0.971mmol,76%)を得た。 Subsequently, N 6 -benzoyladenine (1.44 g, 6.39 mmol) was suspended in a mixed solution (50 mL) of HMDS / pyridine (2/1) and refluxed while heating until the reaction solution became transparent. After distilling off the solvent of the reaction solution, the reaction solution was azeotroped with toluene, and an acetonitrile solution (20 mL) of compound 3 (1.02 g, 1.28 mmol) was added to the residue. After tin tetrachloride (1.81 mL, 7.68 mmol) was added dropwise to the resulting mixed solution under ice-cooling, the mixture was stirred at the same temperature for 1 hour and further at room temperature for 2 hours. Saturated aqueous sodium bicarbonate solution and ethyl acetate were added to the reaction solution to separate the layers, and then the organic layer was washed with water and then with saturated brine. The organic layer was dried using anhydrous sodium sulfate and filtered, and then the filtrate was evaporated under reduced pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography (hexane: AcOEt = 4: 1) to give a white amorphous Solid compound 4 (906 mg, 0.971 mmol, 76%) was obtained.

続いて、化合物4(100mg,0.107mmol)のメタノール(2mL)溶液に28%ナトリウムメトキサイド(21.0μL,0.107mmol)を加え、室温で24時間撹拌した。反応液をWK212(H)カラムを用いて精製して、白色非結晶性固体の化合物5(64.9mg,0.113mmol,quant.)を得た。 Subsequently, 28% sodium methoxide (21.0 μL, 0.107 mmol) was added to a methanol (2 mL) solution of compound 4 (100 mg, 0.107 mmol), and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. The reaction solution was purified using a WK212 (H + ) column to obtain Compound 5 (64.9 mg, 0.113 mmol, quant.) As a white amorphous solid.

続いて、化合物5(50.2mg,0.0811mmol)のテトラヒドロフラン(4mL)溶液にイミダゾリウムトリフレート(58.5mg,0.266mmol)およびジベンジルジイソプロピルホスホアミダイト(80.2μL,0.365mmol)を加え、室温で24時間撹拌した。少量の水を加えた後、−78℃にてmCPBA(62.9mg,0.365mmol)を加え、室温で30分間撹拌した。飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液とクロロホルムを加えて分液後、有機層を重曹水で洗浄し、続いて水で洗浄し、さらに食塩水で洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下にて溶媒留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(chloroform:methanol=99:1)により精製して、白色非結晶性固体の化合物6(104mg,0.0745mmol,92%)を得た。   Subsequently, imidazolium triflate (58.5 mg, 0.266 mmol) and dibenzyldiisopropylphosphoamidite (80.2 μL, 0.365 mmol) were added to a solution of compound 5 (50.2 mg, 0.0811 mmol) in tetrahydrofuran (4 mL). In addition, the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. After a small amount of water was added, mCPBA (62.9 mg, 0.365 mmol) was added at -78 ° C and stirred at room temperature for 30 minutes. Saturated aqueous sodium thiosulfate solution and chloroform were added thereto for liquid separation, and the organic layer was washed with aqueous sodium bicarbonate solution and then with water, and further washed with brine. After drying over anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (chloroform: methanol = 99: 1) to give compound 6 (104 mg, 0.0745 mmol) as a white amorphous solid. , 92%).

続いて、化合物6(64.2mg,0.0458mmol)をトルエンで3回共沸後、ジクロロメタン(4mL)に溶解し、−78℃にて1Mのトリブロモボランジクロロメタン溶液(424,μL,0.424mmol)を加えた。同温度で10時間撹拌し、28%アンモニア水溶液を加えた後、減圧下にて溶媒を留去した。残渣をAG resinカラム(水→150mMのTFA水溶液)により精製して、白色定形状結晶の化合物7(25mg,0.0369mmol,81%)を得た。化合物1を出発物質とした化合物2〜7の作成フローを図1に示し、化合物7のNMRスペクトルデータを下記に示す。   Subsequently, Compound 6 (64.2 mg, 0.0458 mmol) was azeotroped three times with toluene, then dissolved in dichloromethane (4 mL), and 1M tribromoborane dichloromethane solution (424 μL, 0.4 mL) at −78 ° C. 424 mmol) was added. After stirring at the same temperature for 10 hours and adding 28% aqueous ammonia, the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was purified by AG resin column (water → 150 mM aqueous TFA) to give compound 7 (25 mg, 0.0369 mmol, 81%) as white isomorphic crystals. The preparation flow of the compounds 2-7 which used the compound 1 as a starting material is shown in FIG. 1, and the NMR spectrum data of the compound 7 are shown below.

化合物7のNMRスペクトルデータ
m.p.158−159℃;H−NMR(DO 400MHz)δ8.47,8.38(each s, each 1H,H−2,H−8),6.33(d,1H,H−1’,J=4.98Hz),5.39(dd,1H,H−2’,J=4.98Hz,4.53Hz),5.24(d,1H,H−1’’,J=3.62Hz),4.70(t,1H,H−4’,J=4.98Hz),4.51(dd,1H,H−3’,J=9.06Hz),4.44(m,1H,H−3’’),4.13(t,1H,H−4’’,J=9.51Hz),3.84−3.73(m,4H,H−6’’a,6’’b,2’’,5’’),2.78(m,2H,H−5’a,5’b),2.41(s,1H,alkyne);13CNMR(DO 100MHz)δ150.49,148.96,145.02,143.86,119.44,98.33,88.25(J=2.40Hz),88.02,80.24,78.63(J=8.40Hz),75.80(J=3.60Hz),75.36,73.48,72.87,72.00,70.94,60.65,47.25;31P NMR(DO 162MHz)δ0.81,0.54,0.00;ESI−LRMS m/z 676(M+H);ESI−HRMS calcd for C182517 676.01176,found 676.01126(M+H),HPLC purity:RT 7.982,98.11%
NMR spectral data of compound 7 m. p. 158-159 ° C .; 1 H-NMR (D 2 O 400 MHz) δ 8.47, 7.38 (each s, each 1 H, H-2, H-8), 6.33 (d, 1 H, H-1 ′ , J = 4.98 Hz), 5.39 (dd, 1H, H-2 ′, J = 4.98 Hz, 4.53 Hz), 5.24 (d, 1H, H−1 ″, J = 3. 62 Hz), 4.70 (t, 1 H, H-4 ', J = 4. 98 Hz), 4.5 1 (dd, 1 H, H-3', J = 9.06 Hz), 4.44 (m, 1 H) , H-3 ''), 4.13 (t, 1 H, H-4 '', J = 9.51 Hz), 3.84-3.73 (m, 4 H, H-6 '' a, 6 ''b,2'',5''), 2.78 (m, 2 H, H-5' a, 5 'b), 2.41 (s, 1 H, alkyne); 13 C NMR (D 2 O 100 MHz) δ 150.49, 148.96 , 145.02, 143.86, 119.44, 98.33, 88.25 (J = 2.40 Hz), 88.02, 80.24, 78.63 (J = 8.40 Hz), 75.80 (J = 3.60 Hz), 75.36, 73.48, 72.87, 72.00, 70.94, 60.65, 45. 25; 31 P NMR (D 2 O 162 MHz) δ 0.81, 0 ESI-LRMS m / z 676 (M + H) + ; ESI-HRMS calcd for C 18 H 25 N 5 O 17 P 3 676.01176, found 676.01126 (M + H) + , HPLC purity: RT 7.982, 98.11%

[1−2]N−(3−azidepropyl)−N−(3’,6’−hydroxy−3−oxospiro[isobenzofuran−1(3H),9’−[9H]xanthen]−5−yl)−thioureaの作成
次に、フルオロセインイソチオシアネート(FITC)からN−(3−azidepropyl)−N−(3’,6’−hydroxy−3−oxospiro[isobenzofuran−1(3H),9’−[9H]xanthen]−5−yl)−thiourea(化合物12)を作成した。
[1-2] N- (3-Azidopropyl) -N- (3 ′, 6′-hydroxy-3-oxospiro [isobenzofuran-1 (3H), 9 ′-[9H] xanthen] -5-yl) -thiourea Next, N- (3-azidopropyl) -N- (3 ', 6'-hydroxy-3-oxospiro [isobenzofuran-1 (3H), 9'-[9H] xanthene from fluorocein isothiocyanate (FITC) ] -5-yl) -thiourea (compound 12).

FITC(20.2mg,0.0514mmol)を飽和重曹水(2mL)に溶解して、3−アジドプロピルアミン(30.8mg,0.308mmol)を加えて3時間撹拌し、減圧下にて溶媒を留去した後、C18逆層クロマトグラフィー(溶出溶媒;アセトニトリル:水=1:3,1:2,1:1)により精製して、赤色定形状結晶の化合物12(24.2mg,0.0491mmol,96%)を得た。FITCからの化合物12の作成フローを図2に示し、NMRスペクトルデータを下記に示す。   Dissolve FITC (20.2 mg, 0.0514 mmol) in saturated aqueous sodium bicarbonate (2 mL), add 3-azidopropylamine (30.8 mg, 0.308 mmol), stir for 3 hours, and remove the solvent under reduced pressure. After evaporation, the residue was purified by C18 reverse phase chromatography (elution solvent; acetonitrile: water = 1: 3, 1: 2, 1: 1) to give compound 12 (24.2 mg, 0.0491 mmol) of red shaped crystals. 96%). The flow of preparation of compound 12 from FITC is shown in FIG. 2 and NMR spectral data is shown below.

化合物12のNMRスペクトルデータ
m.p.185−186℃;H−NMR(CDOD,400MHz)δ7.98(d,1H,H−12,J=1.81Hz),7.69(dd,1H,H−10,J=1.81Hz,6.34Hz),7.19(d,1H,H−9,J=8.16Hz),7.10(d,2H,H−4,5,J=9.06Hz),6.62−6.59(m,H−1,2,7,8,4H),3.71(dd,2H,J=6.34Hz,6.80Hz),3.42(dd,2H,J=6.80Hz,6.34Hz),1.92(m,2H);13C−NMR(CDOD 125MHz)δ182.26,179.59,173.67,159.58,158.47,141.54,141.19,132.56,131.21,130.83,125.49,125.08,122.96,114.39,104.18,43.02,38.23,29.34,28.00;ESI−LRMS m/z 488(M+H);ESI−HRMS calcd for 488.10341 C2418S,found 488.10429(M+H),HPLC purity:RT 15.127,99.053%
NMR spectral data of compound 12 m. p. 185-186 ° C .; 1 H-NMR (CD 3 OD, 400 MHz) δ 7.98 (d, 1 H, H-12, J = 1.81 Hz), 7.69 (dd, 1 H, H-10, J = 1 6. 81 Hz, 6.34 Hz), 7.19 (d, 1 H, H-9, J = 8. 16 Hz), 7. 10 (d, 2 H, H-4, 5, J = 9. 06 Hz), 6. 62-6.59 (m, H-1, 2, 7, 8, 4 H), 3.71 (dd, 2 H, J = 6.34 Hz, 6.80 Hz), 3.42 (dd, 2 H, J = 6.80 Hz, 6.34 Hz), 1.92 (m, 2 H); 13 C-NMR (CD 3 OD 125 MHz) δ 182.26, 179.59, 173.67, 159.58, 158.47, 141. 54, 141.19, 132.56, 131.21, 130.83, 125.49, 12 ESI-LRMS m / z 488 (M + H) + ; ESI-HRMS calcd for 488 5.08, 122. 96, 114. 39, 104. 18, 43. 10341 C 24 H 18 O 5 N 5 S, found 488.10429 (M + H) + , HPLC purity: RT 15.127, 99.053%

[1−3]F−ADAの作成
次に、本実施例1(1)[1−1]において作成した化合物7と本実施例1(1)[1−2]において作成した化合物12からF−ADA(化合物13)を作成した。
[1-3] Preparation of F-ADA Next, compound 7 prepared in Example 1 (1) [1-1] and compound 12 prepared in Example 1 (1) [1-2] ADA (compound 13) was made.

化合物7(7.00mg,0.0103mmol)のリン酸ナトリウム緩衝液(0.2M,pH=7.0,700μL)溶液に化合物12(7.07mg,0.0145mmol)、硫酸銅(1.65mg,0.0103mmol)およびアスコルビン酸ナトリウム(8.19mg,0.0412mmol)を加え、室温で5時間撹拌した後、反応液をC18逆相カラムクロマトグラフィー(溶出溶媒;アセトニトリル:水=1:3,1:2,1:1)により精製して、黄色定形状結晶のF−ADA(化合物13;10.1mg,0.00850mmol,83%)を得た。F−ADAの構造を下記式(I)に、化合物7と化合物12とからのF−ADA(化合物13)の作成フローを図3に、NMRスペクトルデータを下記に、それぞれ示す。   Compound 12 (7.07 mg, 0.0145 mmol) and copper sulfate (1.65 mg) were added to a solution of compound 7 (7.00 mg, 0.0103 mmol) in a sodium phosphate buffer solution (0.2 M, pH = 7.0, 700 μL). , 0.0103 mmol) and sodium ascorbate (8.19 mg, 0.0412 mmol), and after stirring for 5 hours at room temperature, the reaction solution is subjected to C18 reverse phase column chromatography (elution solvent: acetonitrile: water = 1: 3, Purification by 1: 2, 1: 1) gave F-ADA (compound 13; 10.1 mg, 0.00850 mmol, 83%) as yellow-shaped crystals. The structure of F-ADA is shown in the following formula (I), the production flow of F-ADA (compound 13) from compound 7 and compound 12 is shown in FIG. 3, and the NMR spectrum data is shown below.

Figure 0006551923
Figure 0006551923

F−ADA(化合物13)のNMRスペクトルデータ
m.p.294−295℃(dec.);H−NMR(CDCl 400MHz)δ7.94,7.89(each s,each 1H,H−2,8),7.48(s,1H,triazole),7.35(s,1H,fluorescein−H−12),7.27(s,1H,fluorescein−H−10),7.12(m,3H,fluorescein−H−9,4,5),6.45(m,4H,fluorescein−H−1,2,7,8),6.19(m,1H,H−1’),5.15(m,2H,H−1’’,2’),4.49(m,1H,H−3’’),4.40(m,1H,H−3’),4.19(m,3H,H−4’’,triazole−CH),3.93(m,4H,H−4’,6’’a,6’’B,2’’),3.87(m,1H,H−5’’,3.35,2H,H−5’a,H−5’b),3.05(m,CHNH),1.90(m,CHCHCH);31P−NMR(CDCl 202MHz)δ5.23,4.67,4.42;ESI−LRMS m/z 1165(M+H);ESI−HRMS calcd for C42452210 165.15652,found 1165.15385(M+H),HPLC purity:RT 11.480,92.150%
NMR spectral data of F-ADA (compound 13) m. p. 294-295 ° C. (dec.); 1 H-NMR (CDCl 3 400 MHz) δ 7.94, 7.89 (each s, each 1H, H-2,8), 7.48 (s, 1H, triazole), 7.35 (s, 1H, fluorescein-H-12), 7.27 (s, 1H, fluorescein-H-10), 7.12 (m, 3H, fluorescein-H-9, 4, 5), 6 .45 (m, 4H, fluorescein-H-1, 2, 7, 8), 6.19 (m, 1H, H-1 ′), 5.15 (m, 2H, H-1 ″, 2 ′ ), 4.49 (m, 1H, H-3 ″), 4.40 (m, 1H, H-3 ′), 4.19 (m, 3H, H-4 ″, triazole-CH 2 ) , 3.93 (m, 4H, H-4 ', 6''a,6''B,2''), 3.87 (m, H, H-5 '', 3.35,2H, H-5'a, H-5'b), 3.05 (m, CH 2 NH), 1.90 (m, CH 2 CH 2 CH 2 ); 31 P-NMR (CDCl 3 202 MHz) δ 5.23, 4.67, 4.42; ESI-LRMS m / z 1165 (M + H) + ; ESI-HRMS calcd for C 42 H 45 O 22 N 10 165. 15652, found 1165.15385 (M + H) + , HPLC purity: RT 11.480, 92. 150%

(2)F−LLの作成
(2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]methyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranoside(F−LL)を下記の手順に従って作成した。
(2) Creation of F-LL (2R, 3R, 4S) -4-O-phosphoryl-2- [N-[[1- [5-[[3 ′, 6′-dihydroxy-3-oxospiro (isobenzofuran- 1,9′-xanthhen) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl] methyl-tetrahydrofuran-3-yl-3,4-di-O -Phosphoryl-α-D-glucocopyranoside (F-LL) was made according to the following procedure.

[2−1](2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−ethynylmethyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosideの作成
先ず、本実施例1(1)[1−1]における反応中間体である化合物2(5−Deoxy−5−ethynyl−3−O−[2,6−di−O−benzyl−3,4−O−(2,3−dimethoxybutan−2,3−diyl)−α−D−glucopyranosyl]−1,2−O−isopropylidene−D−ribo−pentofuranose)を出発物質として、(2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−ethynylmethyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranoside(化合物11)を作成した。
Preparation of [2-1] (2R, 3R, 4S) -4-O-phosphoryl-2-ethynylmethyl-tetrahydrofuran-3-yl-3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucopyranoside First, this practice Example 1 (1) Compound 2 (5-Deoxy-5-ethyl-3-O- [2,6-di-O-benzyl-3,4-O- (2) which is a reaction intermediate in [1-1] (2-R, 3R, 4S) -4-O- using, as a starting material, phosphoryl-2-ethynylmethyl-te rahydrofuran-3-yl-3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucopyranoside (Compound 11) was created.

化合物2(50.0mg,0.0761mmol)を90%トリフルオロ酢酸水溶液(5mL)に溶かし、室温で5分間撹拌した後、反応液を減圧下にて濃縮し、残渣を水(x3)およびエタノールで共沸した。残渣をピリジン(2mL)に溶かして無水酢酸(422μL,4.51mmol)を加え、室温で12時間撹拌した後、溶媒を減圧下にて留去した。残渣を酢酸エチルと飽和重曹水(10mLx2)で分液後、有機層を水(10mL)、飽和食塩水(10mL)で洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥して濾過した後、ろ液を減圧下にて濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(hexane:AcOEt=8:1)により精製して、白色非結晶性固体の化合物8(44.1mg,0.0674mmol,2 steps 87%)を得た。   Compound 2 (50.0 mg, 0.0761 mmol) was dissolved in 90% aqueous trifluoroacetic acid solution (5 mL) and stirred at room temperature for 5 minutes. The reaction mixture was then concentrated under reduced pressure, and the residue was diluted with water (x3) and ethanol. Azeotropically. The residue was dissolved in pyridine (2 mL), acetic anhydride (422 μL, 4.51 mmol) was added, and after stirring for 12 hours at room temperature, the solvent was evaporated under reduced pressure. The residue was partitioned between ethyl acetate and saturated aqueous sodium bicarbonate solution (10 mL × 2), and the organic layer was washed with water (10 mL) and saturated brine (10 mL). After drying over anhydrous sodium sulfate and filtration, the filtrate is concentrated under reduced pressure, and the residue is purified by silica gel chromatography (hexane: AcOEt = 8: 1) to give compound 8 (44 of a white non-crystalline solid) .1 mg, 0.0674 mmol, 2 steps 87%) were obtained.

続いて、0℃にて化合物8(20.0mg,28.2μmol)とトリエチルシラン(13.0μL,56.3μmol)のジクロロメタン溶液(500μL)にTMSOTf(10.2μL,56.6μmol)を滴下し、同温下にて20分間撹拌した後、室温に昇温させて30分間撹拌した。飽和重曹水とクロロホルムを加えて分液後、有機層を水(4mL)で洗浄し、続いて飽和食塩水(4mL)で洗浄した。無水硫酸ナトリウムで乾燥して濾過した後、ろ液を減圧下にて留去し、白色固体を得た。この固体をMeOH(1mL)に溶解し、NaOMe(28% in MeOH,30μL)を加えた後、室温で12時間撹拌した。WK212(H)カラムで精製して、白色非結晶性固体の化合物9(8mg,0.0171mmol,quant.)を得た。 Subsequently, TMSOTf (10.2 μL, 56.6 μmol) was dropped to a dichloromethane solution (500 μL) of compound 8 (20.0 mg, 28.2 μmol) and triethylsilane (13.0 μL, 56.3 μmol) at 0 ° C. After stirring for 20 minutes at the same temperature, the mixture was warmed to room temperature and stirred for 30 minutes. Saturated aqueous sodium bicarbonate solution and chloroform were added for separation, and then the organic layer was washed with water (4 mL) and then with saturated brine (4 mL). After drying over anhydrous sodium sulfate and filtration, the filtrate was distilled off under reduced pressure to obtain a white solid. The solid was dissolved in MeOH (1 mL) and NaOMe (28% in MeOH, 30 μL) was added and then stirred at room temperature for 12 hours. Purification on a WK 212 (H + ) column gave compound 9 (8 mg, 0.0171 mmol, quant.) As a white non-crystalline solid.

続いて、本実施例1(1)[1−1]における反応中間体である化合物6を作成した手法に従い、化合物9(22.2mg,40.2μmol)、1H−tetrazol(25.3mg,360μmol)、Dibenzyl diethylphosphoamidite(58.4mg,240μmol)およびmCPBA(41.1mg,240μmol)を用いて、白色非結晶性固体の化合物10(47.3mg,37.5μmol,92%)を得た。   Subsequently, according to the procedure for preparing Compound 6, which is a reaction intermediate in Example 1 (1) [1-1], Compound 9 (22.2 mg, 40.2 μmol), 1H-tetrazol (25.3 mg, 360 μmol) ), Dibenzyl diethylphosphoamidite (58.4 mg, 240 μmol) and mCPBA (41.1 mg, 240 μmol) were used to obtain white amorphous solid compound 10 (47.3 mg, 37.5 μmol, 92%).

続いて、化合物10(36.0mg,0.0281mmol)をトルエン共沸(x3)した後、ジクロロメタン(2mL)に溶解し、−78℃にて1Mのトリブロモボランジクロロメタン溶液(450μL,0.451mmol)を加え、同温度下7時間撹拌した。少量のエタノールを加えた後、減圧下にて溶媒を留去した。水を溶出溶媒としてC18逆相カラムにより残渣を精製して、白色定形状結晶の化合物11(13.1mg,0.0241mmol,86%)を得た。化合物2を出発物質とした化合物8〜11の作成フローを図4に示し、化合物11のNMRスペクトルデータを下記に示す。   Subsequently, Compound 10 (36.0 mg, 0.0281 mmol) was azeotroped with toluene (x3), then dissolved in dichloromethane (2 mL), and 1M tribromoborane dichloromethane solution (450 μL, 0.451 mmol) at −78 ° C. ) Was added and stirred for 7 hours under the same temperature. After adding a small amount of ethanol, the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was purified by C18 reverse phase column using water as an eluting solvent to obtain Compound 11 (13.1 mg, 0.0241 mmol, 86%) of white isomorphic crystals. The preparation flow of compounds 8 to 11 starting from compound 2 is shown in FIG. 4, and NMR spectrum data of compound 11 is shown below.

化合物11のNMRスペクトルデータ
m.p.143−144℃;H−NMR(D0,500MHz)δ5.08(d,1H,H−1’,J=3.43Hz),4.76(m,1H,H−2),4.36(dd,1H,H−3’,J=8.59Hz,9.16Hz),4.21(t,1H,H−3,J=5.73Hz),4.05−3.91(m,4H,H−6’a,6’b,1a,1b),3.71−3.63(m,4H,H−4,4’,5’,2’),2.60−2.46(m,2H,H−5a,5b),2.30(s,1H,alkyne);13C−NMR(DO,125MHz)δ97.59,80.65,78.49,77.44(J=6.00Hz),73.38,72.59,72.30,71.96,71.93(J=4.80),71.05,70.99(J=2.40),60.63,22.29;31P−NMR(DO,202MHz)δ0.70,0.48,0.13;ESI−LRM m/z 543(M+H);ESI−HRMS calcd for C132217 543.00753,found 543.00846(M+H)
NMR spectrum data of compound 11 m. p. 143-144 ° C .; 1 H-NMR (D 20, 500 MHz) δ 5.08 (d, 1 H, H-1 ′, J = 3.43 Hz), 4.76 (m, 1 H, H-2), 4 .36 (dd, 1 H, H-3 ', J = 8.59 Hz, 9.16 Hz), 4.21 (t, 1 H, H-3, J = 5. 73 Hz), 4.05-3.91 ( m, 4H, H-6'a, 6'b, 1a, 1b), 3.71-3. 63 (m, 4H, H-4, 4 ', 5', 2 '), 2.60-2. .46 (m, 2H, H-5a, 5b), 2.30 (s, 1 H, alkyne); 13 C-NMR (D 2 O, 125 MHz) δ 97.59, 80.65, 57.49, 77. 44 (J = 6.00 Hz), 73.38, 72.59, 72.30, 71.96, 71.93 (J = 4.80), 71.05, 70.99 (J = 2. 40), 60.63, 22.29; 31 P-NMR (D 2 O, 202 MHz) δ 0.70, 0.48, 0.13; ESI-LRM m / z 543 (M + H) + ; ESI-HRMS calcd for C 13 H 22 O 17 P 3 543.00753, found 543.00846 (M + H) +

[2−2]F−LLの作成
次に、本実施例1(1)本実施例1(2)[2−1]において作成した化合物11と[1−2]において作成した化合物12からF−LL(化合物14)を作成した。
[2-2] Preparation of F-LL Next, F from compound 11 prepared in Example 1 (1) Example 1 (2) [2-1] and compound 12 prepared in [1-2] -LL (compound 14) was made.

アルゴン雰囲気下、化合物11(13.5mg,0.0242mmol)と化合物12(16.0mg,0.0331mmol)をジメチルスルホキシド(0.8mL)とリン酸ナトリウム緩衝液(0.2M,pH=7.0,0.2mL)の混合溶液に溶かした後、硫酸銅(19.2mg,0.121mmol)およびアスコルビン酸ナトリウム(95.1mg,0.482mmol)の水溶液(500μL)を加え室温で5時間撹拌した。反応液をC18逆相カラムクロマトグラフィー[溶出溶媒:アセトニトリル/トリエチルアンモニウムアセテート緩衝液(5mM,pH7.0)]により精製後、キレックス100カラム(K型、溶出溶媒:水)を通して、黄色定形状結晶のF−LL(化合物14;5.02mg,0.00491mmol,単離収率20%)を得た。F−LLの構造を下記式(II)に、化合物11と化合物12とからのF−LL(化合物14)の作成フローを図3に、NMRスペクトルデータを下記に、それぞれ示す。 Under an argon atmosphere, compound 11 (13.5 mg, 0.0242 mmol), compound 12 (16.0 mg, 0.0331 mmol), dimethyl sulfoxide (0.8 mL) and sodium phosphate buffer (0.2 M, pH = 7. After dissolving in a mixed solution of 0, 0.2 mL), an aqueous solution (500 μL) of copper sulfate (19.2 mg, 0.121 mmol) and sodium ascorbate (95.1 mg, 0.482 mmol) was added and stirred at room temperature for 5 hours. did. The reaction solution is purified by C18 reverse phase column chromatography [eluent: acetonitrile / triethylammonium acetate buffer (5 mM, pH 7.0)], and passed through a KILEX 100 column (K + form, elution solvent: water) to obtain a yellow definite shape. Crystalline F-LL (compound 14; 5.02 mg, 0.00491 mmol, 20% isolated yield) was obtained. The structure of F-LL is shown in the following formula (II), the production flow of F-LL (compound 14) from compound 11 and compound 12 is shown in FIG. 3, and NMR spectrum data is shown below.

Figure 0006551923
Figure 0006551923

F−LL(化合物14)のNMRスペクトルデータ
m.p.298−299℃(dec.);H−NMR(DO,500MHz)δ7.80(m,1H,fluorescein−H−12),7.52(s,1H,triazole),7.42(m,1H,fluorescein−H−10),7.12(m,3H,fluorescein−H−9,4,5),6,47(m,4H,fluorescein−H−1,2,7,8),5.07(m,1H,H−1’),4.53(m,1H,H−2),4.38(m,3H,H−4,triazole−CH),4.19(m,1H,H−5’),4.09(m,1H,H−3’),3.92(1H,H−3),3.80(m,3H,H−1a,1b,4’),3.70(m,1H,H−4),3.62(m,1H,H−2’),3.36(m,2H,H−5a,5b),3.25(m,2H,H−6’a,6’b),3.10(m,2H,CHN),2.01(m,2H,CHCHCH31P−NMR(DO,202MHz)δ5.15,4.51,4.32;ESI−LRMS m/z 1032(M+H);ESI−HRMS calcd for C374122 1032.11767,found 1032.11795(M+H),HPLC purity:RT 10.680,90.679%
NMR spectral data of F-LL (compound 14) m. p. 298-299 ° C. (dec.); 1 H-NMR (D 2 O, 500 MHz) δ 7.80 (m, 1H, fluorescein-H-12), 7.52 (s, 1H, triazole), 7.42 ( m, 1 H, fluorescein-H-10), 7.12 (m, 3 H, fluorescein-H-9, 4, 5), 6, 47 (m, 4 H, fluorescein-H-1, 2, 7, 8) , 5.07 (m, 1H, H -1 '), 4.53 (m, 1H, H-2), 4.38 (m, 3H, H-4, triazole-CH 2), 4.19 ( m, 1 H, H-5 '), 4.09 (m, 1 H, H-3'), 3.92 (1 H, H-3), 3. 80 (m, 3 H, H-1 a, 1 b, 4) '), 3.70 (m, 1H, H-4), 3.62 (m, 1H, H-2'), 3.36 (M, 2H, H-5a , 5b), 3.25 (m, 2H, H-6'a, 6'b), 3.10 (m, 2H, CH 2 N), 2.01 (m, 2H, CH 2 CH 2 CH 2 ) 31 P-NMR (D 2 O, 202 MHz) δ 5.15, 4.51, 4.32; ESI-LRMS m / z 1032 (M + H) + ; ESI-HRMS calcd for C 37 H 41 O 22 N 5 P 3 1032.11767, found 1032.11795 (M + H) + , HPLC purity: RT 10.680, 90.679%

(3)細胞内Ca2+貯蔵部位からのCa2+放出試験
本実施例1(1)で得られたF−ADAおよび同(2)で得られたF−LLがIP受容体のリガンド結合部と結合する蛍光競合物質になり得るかどうかの確認試験を行うべく、先ずは細胞内Ca2+貯蔵部位(Ca2+ストア)からCa2+が放出されるか否かの確認試験を行った。IPはCa2+シグナルを誘導する細胞内メッセンジャーであり、IPがCa2+チャネルであるIP受容体のリガンド結合部と結合すると、IP受容体が活性化して小胞体等の細胞内Ca2+貯蔵部位(Ca2+ストア)から細胞質にCa2+が放出される。この原理を利用した確認試験を行った。
(3) Test of Ca 2+ Release from Intracellular Ca 2+ Storage Site The F-ADA obtained in the present Example 1 (1) and the F-LL obtained in the same (2) are the ligand binding portions of the IP 3 receptor In order to determine whether it could be a fluorescent competitor that binds to H, the first step was to determine whether Ca 2+ is released from the intracellular Ca 2+ storage site (Ca 2+ store). IP 3 is an intracellular messenger that induces Ca 2+ signal, and when IP 3 binds to the ligand binding part of IP 3 receptor which is a Ca 2+ channel, IP 3 receptor is activated and intracellular Ca such as endoplasmic reticulum Ca 2+ is released into the cytoplasm from the 2+ storage site (Ca 2+ store). A confirmation test using this principle was conducted.

[3−1]細胞内にmag−fura−2を取り込ませたサポニン穿孔COS−7細胞の作成
容量が約100μLの実験チャンバーの中においてCOS−7細胞(RIKEN gene bank)を培養し、細胞を含む実験チャンバー内において10μMのmag−fura−2を含むHanks−Hepes液を30分間作用させることにより細胞の細胞内小器官内にmag−fura−2を取り込ませ、100μg/mLのサポニンを含む細胞内溶液様緩衝液(ICM;124mM KCl,25mM NaCl,1mM EGTA,330μM CaCl,pH7.3)に細胞を約3分間暴露することによりチャンバー内の細胞をサポニンで穿孔してサポニン穿孔細胞を得た後、チャンバー内を1mM ATPと1mM MgClを含むICMに置換した。
[3-1] Preparation of saponin-perforated COS-7 cells into which mag-fura-2 has been incorporated into cells COS-7 cells (RIKEN gene bank) are cultured in an experimental chamber having a volume of about 100 μL. A cell containing 100 μg / mL saponin by incorporating Mag-fura-2 into the cell organelle by allowing a Hanks-Hepes solution containing 10 μM mag-fura-2 to act in the experimental chamber for 30 minutes. The cells in the chamber are perforated with saponin to obtain saponin-perforated cells by exposing the cells to an internal solution-like buffer (ICM; 124 mM KCl, 25 mM NaCl, 1 mM EGTA, 330 μM CaCl 2 , pH 7.3) for about 3 minutes. after, I a chamber containing 1 mM ATP and 1 mM MgCl 2 It was replaced with M.

[3−2]蛍光イメージング法による小胞体内Ca2+ストア内のCa2+濃度変化の解析
本実施例1(3)[3−1]で得られたサポニン穿孔細胞に対し、様々な濃度のIP、F−ADAおよびF−LLを作用させ、蛍光イメージング法により小胞体内Ca2+ストア内のCa2+濃度の変化を解析した。蛍光イメージング法は、蛍光倒立顕微鏡TE2000(ニコンインステック社)と、EM−CCDカメラC9100−13、高速波長切り替え装置U7773、W−View光学系および画像解析ソフトウェアAQUACOSMOSから構成されるイメージングシステム(浜松ホトニクス社)を用いて行った。具体的には、様々な濃度のIP、F−ADAおよびF−LLを作用させたサポニン穿孔細胞を蛍光倒立顕微鏡TE2000(ニコンインステック社)にセットして345nmまたは380nmの光を照射し、蛍光フィルターを用いて535±12.5の蛍光を抽出した。得られた蛍光をEM−CCDカメラで同時記録して、画像解析ソフトウェアを用いて蛍光比を算出し、蛍光比の変化から、細胞内ストア内のCa2+濃度変化を解析することにより、IP、F−ADAおよびF−LLのIP受容体を介するCa2+放出の効力を算定した。その結果を図5に示す。
[3-2] Analysis of Ca 2+ concentration change in endoplasmic reticulum Ca 2+ store by fluorescence imaging method IP of various concentration to saponin perforated cells obtained in Example 1 (3) [3-1] 3. F-ADA and F-LL were allowed to act, and the change in Ca 2+ concentration in the endoplasmic reticulum Ca 2+ store was analyzed by fluorescence imaging. The fluorescence imaging method is an imaging system (Hamamatsu Photonics) comprising a fluorescence inverted microscope TE2000 (Nikon Instech), EM-CCD camera C9100-13, high-speed wavelength switching device U7773, W-View optical system, and image analysis software AQUACOSMOS. ). Specifically, saponin-perforated cells treated with various concentrations of IP 3 , F-ADA and F-LL are set in a fluorescent inverted microscope TE2000 (Nicon Instec) and irradiated with light at 345 nm or 380 nm, The fluorescence of 535 ± 12.5 was extracted using a fluorescence filter. The resulting fluorescence was recorded simultaneously with EM-CCD camera, it calculates the fluorescence ratio using an image analysis software, from the change in the fluorescence ratio, by analyzing the Ca 2+ concentration change in intracellular stores, IP 3 The potency of Ca 2+ release via IP 3 receptors of F-ADA and F-LL was calculated. The result is shown in FIG.

図5に示すように、IP、F−ADAおよびF−LLのいずれも、Ca2+放出による濃度依存的な蛍光変化が確認され、そのEC50値はIPの334nMに対して、F−ADAは2.4nM、F−LLは158nMであった。このことから、F−ADAおよびF−LLによっても、IPと同様にIP受容体を介して細胞内Ca2+ストアからCa2+が放出させることができることが明らかとなった。 As shown in FIG. 5, IP 3, none of the F-ADA and F-LL, concentration dependent fluorescence changes due to Ca 2+ release was confirmed, the EC50 value for 334nM of IP 3, F-ADA Was 2.4 nM and F-LL was 158 nM. From this, it was clarified that Ca 2+ can be released from intracellular Ca 2+ stores via IP 3 receptors as well as IP 3 by F-ADA and F-LL.

(4)蛍光競合物質と蛍光IPセンサーとの特異性の解析
次に、蛍光IPセンサーLIBRAvIIS発現細胞に対するF−ADAの特異性を、次の手順に従って解析した。
(4) Analysis of Specificity of Fluorescent Competitor and Fluorescent IP 3 Sensor Next, the specificity of F-ADA for fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIIS expressing cells was analyzed according to the following procedure.

[4−1]蛍光IPセンサー発現細胞の作成
既報(Tanimura et al.,J.Biol.Chem.,284:8910−8917,2009)に掲載されているLIBRAvIIS(LvIIS)発現プラスミドを細胞内に導入して、既存の蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)が発現した細胞を作成した。具体的には、容量が約100μLの実験チャンバーの中においてCOS−7細胞(RIKEN gene bank)を培養し、リポフェクトアミン2000(Life Technologies Corporation社)を用いて細胞にLIBRAvIIS(LvIIS)の遺伝子(配列番号19)を導入することにより、蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)が発現した細胞を得た。図6に蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)の構成を示す。図6中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「L1」および「L2」はリンカーを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のリガンド結合部に親和性を高めるアミノ酸変異R440Qを入れたペプチド、すなわちラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質EYFPのミュータントであってEYFP配列の46番のフェニルアラニン(F)をロイシン(L)へ、64番のフェニルアラニン(F)をロイシン(L)へ、153番のメチオニン(M)をトレオニン(T)へ、163番のバリン(V)をアラニン(A)へ、175番のセリン(S)をグリシン(G)へ、それぞれ変異させた黄色蛍光タンパク質Venus(T.Nagai et al.,Nat.Biotechnol.,20(1):87−90,2002)を示す。
[4-1] Preparation of Fluorescent IP 3 Sensor Expressing Cells The LIBRAvIIS (LvIIS) expression plasmid described in Tanimura et al., J. Biol. Chem., 284: 8910-8917, 2009, was made intracellular It was introduced to prepare a conventional fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS) was expressing cells. Specifically, COS-7 cells (RIKEN gene bank) are cultured in an experimental chamber having a volume of about 100 μL, and the LIBRAvIIS (LvIIS) gene (LIVIIS) is used in cells using Lipofectamine 2000 (Life Technologies Corporation). By introducing SEQ ID NO: 19), cells expressing the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS) were obtained. FIG. 6 shows the configuration of the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS). In FIG. 6, “P” indicates a cell membrane localization signal, “ECFP” indicates a blue fluorescent protein ECFP, “L1” and “L2” indicate a linker, and “IP 3 R2 (1-604) with R440Q” is a peptide consisting of the amino acid mutation R440Q peptide containing the, namely 1-604 number of the amino acid sequence from the N-terminus of the rat type 2 IP 3 receptors increase the affinity to the ligand binding portion of the rat type 2 IP 3 receptors A peptide in which arginine (R) at position 440 of the sequence is mutated to glutamine (Q), "Venus" is a mutant of yellow fluorescent protein EYFP and phenylalanine (F) at position 46 of EYFP is leucine (L) ), Phenylalanine (F) at position 64 to leucine (L) and methionine at position 153 (M) to threonine T), a yellow fluorescent protein Venus (T. Nagai et al., Nat. 2) mutated to No. 163 valine (V) to alanine (A) and No. 175 serine (S) to glycine (G), respectively. Biotechnol., 20 (1): 87-90, 2002).

[4−2]蛍光IPセンサー発現サポニン穿孔細胞の作成
細胞の細胞内小器官内にmag−fura−2を取り込ませることを除く他は、本実施例1(3)[3−1]と同様の手法に基づいて、同(4)[4−1]で得られた蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)が発現した細胞から蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)発現サポニン穿孔細胞を得た。
[4-2] Other except that incorporation of mag-fura-2 is the fluorescent IP 3 sensors expressing saponin perforations cells within organelles creation cells, the first embodiment (3) and [3-1] Based on the same method, fluorescent IP 3- sensor LIBRAVIIS (LvIIS) -expressing saponin-perforated cells were obtained from cells in which the fluorescent IP 3- sensor LIBRAvIIS (LvIIS) obtained in (4) [4-1] was expressed.

[4−3]蛍光イメージング法による解析
得られた蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)発現サポニン穿孔細胞にF−ADAを反応させ、本実施例1(3)[3−2]のイメージングシステム(浜松ホトニクス社)を用いて、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を蛍光イメージング法にて解析した。具体的には、蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)発現サポニン穿孔細胞に対しF−ADAを作用させた後、蛍光倒立顕微鏡TE2000(ニコンインステック社)にセットして435nmの光を照射し、試料からの蛍光をW−View光学系485nmのダイクロイックミラーを用いて2光路に分離した後、それぞれの光路に取り付けた蛍光フィルターを用いて480±15nmおよび535±12.5nmの蛍光を抽出した。それぞれの蛍光をEM−CCDカメラで同時記録して、画像解析ソフトウェアを用いて480nmの蛍光と535nmの蛍光の蛍光比を算出した。
[4-3] Analysis by Fluorescence Imaging Method The obtained fluorescence IP 3- sensor LIBRAvIIS (LvIIS) -expressing saponin-perforated cells are reacted with F-ADA to obtain an imaging system (Hamamatsu, Example 1 (3) [3-2]. Fluorescence resonance energy transfer (FRET) was analyzed by fluorescence imaging using Photonics. Specifically, after causing F-ADA to act on the fluorescent IP 3- sensor LIBRAvIIS (LvIIS) -expressing saponin-perforated cells, the sample is set in a fluorescent inverted microscope TE2000 (Nicon Instec Co., Ltd.) and irradiated with 435 nm light. Were separated into two light paths using a W-View optical system 485 nm dichroic mirror, and then fluorescence of 480 ± 15 nm and 535 ± 12.5 nm was extracted using fluorescence filters attached to the respective light paths. Each fluorescence was simultaneously recorded with an EM-CCD camera, and a fluorescence ratio of fluorescence at 480 nm and fluorescence at 535 nm was calculated using image analysis software.

蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)発現サポニン穿孔細胞を、蛍光競合物質(F−ADA 30nM)を含むICMと置換すると、当該細胞のみならずバックグラウンドの蛍光のわずかな上昇が認められたことから、当該細胞の蛍光強度からバックグラウンド蛍光を減算することによって、蛍光競合物質F−ADAと蛍光IPセンサーLIBRAvIISの特異性を解析した。その結果を図7に示す。 Fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS) expressing saponin drilling cells, replacing the ICM containing a fluorescent competitor (F-ADA 30nM), since a slight increase in background fluorescence as well the cells only were observed, by subtracting the background fluorescence from the fluorescence intensity of the cells was analyzed the specificity of the fluorescent competitor F-ADA and fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIIS. The results are shown in FIG.

図7中、AaおよびAbの画像は30nMのF−ADAを作用させる前の時点(Bの矢印1の時点)の蛍光像を示す図であり、AcとAdの画像は30nMのF−ADAを作用させた後の時点(Bの矢印1の時点)の蛍光像を示す図であり、Bは蛍光競合物質F−ADAの添加による蛍光変化を示す図である。また、Cは蛍光競合物質F−ADAと蛍光IPセンサーLIBRAvIISとの反応による蛍光成分を抽出するための、細胞を含む領域の蛍光からBG領域の蛍光を引いた場合の蛍光変化を示す図であり、Dはその蛍光比480nm/535nmを示す図である。図7に示すように、蛍光IPセンサー発現細胞を含む領域と含まない領域(BG)の蛍光変化を比較したところ、蛍光IPセンサー発現細胞を含む領域では、F−ADAを添加した時点(矢印2)でCFP蛍光を主に含む480nmの蛍光が低下し、Venusと蛍光競合物質F−ADAの蛍光を含む535nmの蛍光が上昇したことが認められ、細胞を含まないBG領域では、F−ADAの蛍光である535nmの蛍光のみがわずかに上昇したことが認められた。これらのことから、蛍光競合物質と蛍光IPセンサーとの反応によって、蛍光比(480nm/535nm)が低下することが明らかとなり、作成した蛍光競合物質は蛍光IPセンサーの特異性を有すること、すなわちIP受容体のリガンド結合部と結合してCFPとFRETを引き起こすことが明らかとなった。 In FIG. 7, images of Aa and Ab show fluorescence images of time points (time points of arrow 1 of B) before acting with 30 nM F-ADA, and images of Ac and Ad show 30 nM F-ADA. It is a figure which shows the fluorescence image of the time point (point of arrow 1 of B) after making it act, B is a figure which shows the fluorescence change by addition of the fluorescence competition substance F-ADA. In addition, C is a diagram showing a change in fluorescence when the fluorescence of the BG region is subtracted from the fluorescence of the region including the cells for extracting the fluorescence component due to the reaction between the fluorescence competitor F-ADA and the fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIIS. D is a figure which shows the fluorescence ratio 480 nm / 535 nm. As shown in FIG. 7, when the change in fluorescence of the region containing fluorescent IP 3 sensor expressing cells and the region not containing it (BG) was compared, in the region containing fluorescent IP 3 sensor expressing cells, the time when F-ADA was added ( Arrow 2) shows that the fluorescence at 480 nm mainly containing CFP fluorescence is reduced, and the fluorescence at 535 nm containing the fluorescence of Venus and the fluorescence competitor F-ADA is increased. In the cell-free BG region, F- It was observed that only the fluorescence at 535 nm of ADA was slightly increased. From these facts, it is clear that the reaction between the fluorescence competitor and the fluorescence IP 3 sensor lowers the fluorescence ratio (480 nm / 535 nm), and the created fluorescence competitor has the specificity of the fluorescence IP 3 sensor, That is, it was revealed that CFP and FRET are caused by binding to the ligand binding part of the IP 3 receptor.

<実施例2>蛍光IPセンサーにおける蛍光タンパク質の検討
従来の蛍光IPセンサーは、蛍光物質としてCFP(ECFP)およびYFP(Venus)の2つの蛍光タンパク質を有しているが、実施例1(4)の結果より、IP受容体のリガンド結合部、蛍光物質として1つの蛍光タンパク質を備えていれば、F−ADAまたはF−LLといった蛍光競合物質とともに蛍光IPセンサーとして十分機能するのではないかとの知見が得られたことから、これを確認する試験を行った。
<Example 2> Examination of fluorescent protein in fluorescent IP 3 sensor The conventional fluorescent IP 3 sensor has two fluorescent proteins of CFP (ECFP) and YFP (Venus) as fluorescent substances. From the results of 4), if one ligand protein is provided as the ligand binding part of the IP 3 receptor and the fluorescent substance, it cannot function sufficiently as a fluorescent IP 3 sensor together with a fluorescent competitor such as F-ADA or F-LL. Since the finding of the availability was obtained, a test was conducted to confirm this.

(1)既存の各種蛍光IPセンサー発現細胞の作成
実施例1(4)[4−1]と同様の手法に基づいて、既報(Tanimura et al.,J.Biol.Chem.,284:8910−8917,2009)に掲載されている既存の蛍光IPセンサーであるLIBRAvI(LvI)(配列番号20)、LIBRAvII(LvII)(配列番号21)、LIBRAvIII(LvIII)(配列番号22)、LIBRAvN(LvN)(配列番号23)、LIBRAvIIS(LvIIS)(配列番号19)およびMP−LIBRAvIIS(MP−LvIIS)(配列番号24)の各プラスミドをそれぞれの細胞内に導入して、蛍光IPセンサーLIBRAvI(LvI)、LIBRAvII(LvII)、LIBRAvIII(LvIII)、LIBRAvN(LvN)、LIBRAvIIS(LvIIS)およびGeneScript社に依頼して合成したMP−LIBRAvIIS(MP−LvIIS)が発現した細胞をそれぞれ作成した。それぞれの蛍光IPセンサーの構成を図8に示す。図8中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「MP」は小胞体局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「Cerulean」は青色蛍光タンパク質Ceruleanを示し、「L1」、「L1H1」、「L2」および「L2−6」はいずれもリンカーを示し、「IPR1(1−604)」はラット1型IP受容体アミノ酸配列のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドを示し、「IPR2(1−604)」はラット2型IP受容体アミノ酸配列のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示し、「IPR3(1−604)with K507A」はラット3型IP受容体アミノ酸配列のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の507番のリシン(K)をアラニン(A)へ変異させたことを示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusを示す。
(1) Preparation of Existing Various Fluorescent IP 3 Sensor Expressing Cells Based on the same method as in Example 1 (4) [4-1], the previous report (Tanimura et al., J. Biol. Chem., 284: 8910). is a conventional fluorescent IP 3 sensors listed in -8917,2009) LIBRAvI (LvI) (SEQ ID NO: 20), LIBRAvII (LvII) (SEQ ID NO: 21), LIBRAvIII (LvIII) (SEQ ID NO: 22), LIBRAvN ( LvN) (SEQ ID NO: 23), LIBRAvIIS (LvIIS) (SEQ ID NO: 19) and MP-LIBRAvIIS (MP-LvIIS) (SEQ ID NO: 24) were introduced into the respective cells, and fluorescent IP 3 sensor LIBRAvI ( LvI), LIBRAvII (LvII), LIBRA III (LvIII), LIBRAvN (LvN), was prepared LIBRAvIIS (LvIIS) and GeneScript Corporation cells MP-LIBRAvIIS you ask synthesized (MP-LvIIS) was expressed in each. The configuration of each fluorescent IP 3 sensor is shown in FIG. In FIG. 8, “P” indicates a cell membrane localization signal, “MP” indicates an endoplasmic reticulum localization signal, “ECFP” indicates a blue fluorescent protein ECFP, “Cerulean” indicates a blue fluorescent protein Cerulean, “ L1 "," L1H1 "," L2 "and" L2-6 "all indicate linkers, and" IP 3 R1 (1-604) "is 1 to 604 from the N-terminus of rat type 1 IP 3 receptor amino acid sequence “IP 3 R 2 (1-604)” represents a peptide consisting of the amino acid sequence of 1 to 604 from the N terminus of rat type 2 IP 3 receptor amino acid sequence, “IP 3 R2 (1-604) with R440Q ”is a peptide consisting of the amino acid sequence 1 to 604 from the N-terminal of rat type 2 IP 3 receptor, A peptide obtained by mutating arginine (R) of No. 440 to glutamine (Q), wherein “IP 3 R3 (1-604) with K507A” is Nos. 1 to 604 from the N-terminal of the rat type 3 IP 3 receptor amino acid sequence. It is shown that the peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, and lysine (K) at position 507 of the sequence was mutated to alanine (A), and "Venus" represents the yellow fluorescent protein Venus.

(2)黄色蛍光タンパク質が発光しない蛍光IPセンサー発現細胞の作成
[2−1]黄色蛍光タンパク質が発光しない蛍光IPセンサーLIBRAvIISVm(LvIISVm)遺伝子の作成
次に、蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)のVenusを蛍光発色させないように変異させた蛍光IPセンサーLIBRAvIISVm(LvIISVm)を下記の手順に従って作成した。
(2) Preparation of fluorescent IP 3 sensor expression cells in which yellow fluorescent protein does not emit light [2-1] Preparation of fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVm (LvIISVm) gene in which yellow fluorescent protein does not emit light Next, fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS) A fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVm (LvIISVm) in which the Venus of Venus was mutated so as not to cause fluorescence development was prepared according to the following procedure.

先ず、Venus発現プラスミドをテンプレートとし、QuikCange II XL site−directed mutagenesis kit(Strategene社)、ならびに次のPCRプライマー、Venus mutFP(フォワードプライマー)およびVenus mutRP(リバースプライマー)を用いて、黄色蛍光タンパク質Venusの発色団のアミノ酸を変異させた無発色タンパク質Venus mutant(Venus配列の65番のグリシン(G)をバリン(V)へ、66番のチロシン(Y)をアスパラギン(N)へ、67番のグリシン(G)をアルギニン(R)へ、それぞれ変異させたmutant)発現プラスミドを作成した。
Venus mutFP:GTG ACC ACC CTG GTC AAC CGC CTG CAG TGC TTC(配列番号25)
Venus mutRP:GAA GCA CTG CAG GCG GTT GAC CAG GGT GGT CAC(配列番号26)
First, using the Venus expression plasmid as a template and using the QuikCange II XL site-directed mutagenesis kit (Strategene), and the following PCR primers, Venus mutFP (forward primer) and Venus mutRP (reverse primer), the yellow fluorescent protein Venus The non-chromogenic protein Venus mutant (glycine (G) at position 65 of the Venus sequence to valine (V), tyrosine (Y) at position 66 to asparagine (N), glycine at position 67 G) was mutated to arginine (R) to prepare a mutant) expression plasmid.
Venus mutFP: GTG ACC ACC CTG GTC AAC CGC CTG CAG TG TTC (SEQ ID NO: 25)
Venus mutRP: GAA GCA CTG CAG GCG GTT GAC CAG GGT GGT CAC (SEQ ID NO: 26)

次に、蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)遺伝子の黄色蛍光タンパク質Venus遺伝子と、作成した無蛍光発色タンパク質Venus mutant遺伝子とを入れ替えた。具体的には、LIBRAvIIS(LvIIS)発現プラスミドを制限酵素EcoRIとNotIにより切断し、Venus mutant発現プラスミドをLIBRAvIIS(LvIIS)発現プラスミドに挿入することによってLIBRAvIISVm(LvIISVm)遺伝子(配列番号27)を作成した。LIBRAvIISVm(LvIISVm)遺伝子の作成手順を図9に示す。図9中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合遺伝子配列を示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPの遺伝子配列を示し、「LBD」はIP受容体のリガンド結合部の遺伝子配列を示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusの遺伝子配列を示し、「Venus(m)」は無発色タンパク質Venus mutantの遺伝子配列を示す。 Next, the yellow fluorescent protein Venus gene of the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS) gene and the created non-fluorescent chromogenic protein Venus mutant gene were replaced. Specifically, a LIBRAvIISVm (LvIISVm) gene (SEQ ID NO: 27) was prepared by cutting a LIBRAvIIS (LvIIS) expression plasmid with restriction enzymes EcoRI and NotI and inserting the Venus mutant expression plasmid into the LIBRAvIIS (LvIIS) expression plasmid. . FIG. 9 shows the procedure for preparing the LIBRAvIISVm (LvIISVm) gene. In FIG. 9, “→” represents a part of the vector gene, “MT” represents the membrane-bound gene sequence, “ECFP” represents the gene sequence of the blue fluorescent protein ECFP, and “LBD” represents the IP 3 receptor. The gene sequence of a ligand binding part is shown, "Venus" shows the gene sequence of yellow fluorescent protein Venus, and "Venus (m)" shows the gene sequence of the non-chromogenic protein Venus mutant.

[2−2]蛍光IPセンサーLIBRAvIISVm(LvIISVm)発現細胞の作成
次に、実施例1(4)[4−1]と同様の手法に基づいて、LIBRAvIISVm(LvIISVm)発現プラスミドを細胞内に導入して、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVm(LvIISVm)が発現した細胞を作成した。蛍光IPセンサーLIBRAvIISVm(LvIISVm)の構成を図10に示す。図10中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「L1」および「L2」はリンカーを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示し、「Venus mutant」は無発色タンパク質Venus mutantを示す。
[2-2] Creation of fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVm (LvIISVm) -expressing cells Next, a LIBRAvIISVm (LvIISVm) -expressing plasmid was introduced into cells based on the same method as in Example 1 (4) [4-1]. Thus, cells expressing the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVm (LvIISVm) were prepared. The configuration of the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVm (LvIISVm) is shown in FIG. In FIG. 10, “P” indicates a cell membrane localization signal, “ECFP” indicates a blue fluorescent protein ECFP, “L1” and “L2” indicate linkers, and “IP 3 R2 (1-604) with R440Q”. Is a peptide consisting of the amino acid sequence 1 to 604 from the N-terminal of the rat type 2 IP 3 receptor, in which arginine (R) at position 440 of the sequence is mutated to glutamine (Q), and “Venus” “mutant” indicates the chromogenic protein Venus mutant.

(3)蛍光IPセンサー発現サポニン穿孔細胞の作成および蛍光イメージング法による解析
続いて、実施例1(4)[4−2]と同様の手法に基づいて、本実施例2(1)および(2)で得られた蛍光IPセンサーLIBRAvI(LvI)、LIBRAvII(LvII)、LIBRAvIII(LvIII)、LIBRAvN(LvN)、LIBRAvIIS(LvIIS)およびMP−LIBRAvIIS(MP−LvIIS)が発現した細胞からそれぞれの蛍光IPセンサー発現サポニン穿孔細胞を得て、終濃度が10nMまたは30nMとなるようにF−ADAを作用させた他は、実施例1(4)[4−3]と同様の手法に基づいて、それぞれの蛍光IPセンサー発現サポニン穿孔細胞における480nmの蛍光と535nmの蛍光の蛍光比を算出した。その結果を図11に示す。
(3) Preparation of Fluorescent IP 3 Sensor Expressing Saponin Perforated Cells and Analysis by Fluorescent Imaging Method Subsequently, based on the same method as in Example 1 (4) [4-2], Example 2 (1) and (2) Each of the fluorescent IP 3 sensors LIBRAvI (LvI), LIBRAvII (LvII), LIBRAvIII (LvIII), LIBRAvN (LvN), LIBRAvIIS (LvIIS) and MP-LIBRAvIIS (MP-LvIIS) expressed in 2) from respective cells Fluorescent IP 3 sensor expressing saponin-perforated cells were obtained and treated with F-ADA so that the final concentration was 10 nM or 30 nM, based on the same procedure as in Example 1 (4) [4-3]. , fluorescence of 480nm in each of the fluorescent IP 3 sensors expressing saponin drilling cells and 5 It was calculated fluorescence fluorescence ratio of 5nm. The results are shown in FIG.

図11に示すように、1型〜3型IP受容体のリガンド結合部を含む蛍光IPセンサーLIBRAvI(LvI)、LIBRAvII(LvII)およびLIBRAvIII(LvIII)とF−ADAとの反応では、いずれも480nmの蛍光が低下するとともに535nmの蛍光が上昇し、その結果、いずれも480nm/535nmの蛍光比は低下した。2型IP受容体のリガンド結合部に親和性を高めるアミノ酸変異(R440Q)を入れたLIBRAvIIS(LvIIS)においても同様の蛍光比の低下が認められた。さらにLIBRAvIIS(LvIIS)の細胞膜局在配列を小胞体局在配列に置換したMP−LIBRAvIIS(MP−LvIIS)や蛍光タンパク質のアミノ酸置換によって蛍光を発しないVenus mutantを用いたLIBRAvIISVm(LvIISVm)でも同様の蛍光比の変化が認められた。一方、3型IP受容体のリガンド結合部においてIPが結合するために必須なアミノ酸の1つを変異(K507A)させたLIBRAvN(LvN)では蛍光変化が全く起こらなかった。 As shown in FIG. 11, in the reaction of fluorescent IP 3 sensors LIBRAvI (LvI), LIBRAvII (LvII) and LIBRAvIII (LvIII) containing a ligand binding part of type 1 to type 3 IP 3 receptor with F-ADA, In addition, the fluorescence at 480 nm decreased and the fluorescence at 535 nm increased, and as a result, the fluorescence ratio at 480 nm / 535 nm decreased. A similar decrease in fluorescence ratio was also observed in LIBRAvIIS (LvIIS), which contains an amino acid mutation (R440Q) that increases the affinity to the ligand binding site of the type 2 IP 3 receptor. Further, the same applies to MP-LIBRAvIIS (MP-LvIIS) in which the cell membrane localization sequence of LIBRAvIIS (LvIIS) is replaced with an endoplasmic reticulum localization sequence and LIBRAvIISVm (LvIISVm) using Venus mutant that does not emit fluorescence due to amino acid substitution of a fluorescent protein. A change in fluorescence ratio was observed. On the other hand, mutation of one of the essential amino acids for IP 3 binds (K507A) is LIBRAvN (LvN) in fluorescence changes were did not occur at all in a ligand binding portion of the type 3 IP 3 receptor.

これらのことから、これらの蛍光変化は蛍光IPセンサーと蛍光競合物質の特異的反応によって起こることが明らかになった。発明者らによるこれまでの研究では、LIBRAvI(LvI)、LIBRAvII(LvII)、LIBRAvIIS(LvIIS)およびLIBRAvIII(LvIII)とIPとの結合は、480nm/535nmの蛍光比を上昇させることが明らかにされている(Tanimura et al.,J.Biol.Chem.,284:8910−8917,2009)。発明者らは、これらの蛍光変化が、IPの結合によってIP受容体のリガンド結合部の立体構造が変化し、IP受容体のリガンド結合部のN末端とC末端に連結したCFP(ECFP)とYFP(Venus)の間におけるFRETの効率の低下によるものであると考えている。これに対し、本実施例2における蛍光IPセンサーと蛍光競合物質との反応では蛍光比が低下したことから、全く異なる原理が働いていることが明らかになった。すなわち、LIBRAvIIS(LvIIS)のFRETアクセプターであるVenusを無蛍光無発色のVenus mutantに置換したLIBRAvIISVm(LvIISVm)を用いても、蛍光競合物質F−ADAとの反応によって大きな蛍光変化が観察されたことから、蛍光IPセンサーと蛍光競合物質の反応にはYFPの蛍光が必要ではないことが示された。 From these facts, it has become clear that these fluorescence changes are caused by the specific reaction of the fluorescent IP 3 sensor and the fluorescent competitor. Previous studies by the inventors have shown that the binding of LIBRAv I (Lv I), LIBRAv II (LvII), LIBRAvIIS (LvIIS) and LIBRAv III (LvIII) to IP 3 increases the fluorescence ratio at 480 nm / 535 nm (Tanimura et al., J. Biol. Chem., 284: 8910-8917, 2009). It, these fluorescent changes, conformation of the ligand binding portion of the IP 3 receptor is changed by the binding of IP 3, CFP linked to the N-terminus and C-terminus of the ligand binding portion of the IP 3 receptor ( We believe that this is due to the decrease in the efficiency of FRET between ECFP) and YFP (Venus). On the other hand, in the reaction of the fluorescent IP 3 sensor with the fluorescent competitor in Example 2, the fluorescence ratio was lowered, so it became clear that a completely different principle was working. That is, even if LIBRAvIISVm (LvIISVm) was used in which Venus, which is the FRET acceptor of LIBRAvIIS (LvIIS), was replaced with a non-fluorescent, non-colored Venusant, a large fluorescence change was observed by reaction with the fluorescence competitor F-ADA. Thus, it was shown that the reaction of the fluorescent IP 3 sensor with the fluorescent competitor does not require the fluorescence of YFP.

<実施例3>1つの蛍光タンパク質を備えた蛍光IPセンサーの検討
次に、1つの蛍光タンパク質を備えた蛍光IPセンサーについて、次の手順に従って検討した。
<Example 3> Examination of fluorescent IP 3 sensor provided with one fluorescent protein Next, a fluorescent IP 3 sensor provided with one fluorescent protein was examined according to the following procedure.

(1)1つの蛍光タンパク質を備えた蛍光IPセンサーの作成
蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)遺伝子からVenus遺伝子を除去した蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)発現ベクターを作成した。具体的には、LIBRAvIIS(LvIIS)発現プラスミドおよびECFP−C1発現プラスミド(Clontech社;配列番号28)を制限酵素NheIとEcoRIにより切断し、LIBRAvIIS(LvIIS)発現プラスミドから精製したECFPとラット2型IP受容体のリガンド結合部遺伝子を含むDNA断片をECFP−C1発現プラスミドのNheI/EcoRI切断サイトに挿入することによりLIBRAvIISVd(LvIISVd)遺伝子(配列番号29)を作成した。LIBRAvIISVd(LvIISVd)遺伝子の作成手順を図12に示す。図12中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合遺伝子配列を示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPの遺伝子配列を示し、「LBD」はIP受容体のリガンド結合部の遺伝子配列を示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusの遺伝子配列を示す。
(1) One creation fluorescent IP 3 sensor with a fluorescent protein fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIIS (LvIIS) fluorescence IP 3 sensors LIBRAvIISVd removing the Venus gene from the gene (LvIISVd) created the expression vector. Specifically, ECFP and rat type 2 IP purified from LIBRAvIIS (LvIIS) expression plasmid were digested with LIBRAvIIS (LvIIS) expression plasmid and ECFP-C1 expression plasmid (Clontech; SEQ ID NO: 28) with restriction enzymes NheI and EcoRI. A LIBRAvIISVd (LvIISVd) gene (SEQ ID NO: 29) was prepared by inserting a DNA fragment containing the 3 receptor ligand binding site gene into the NheI / EcoRI cleavage site of the ECFP-C1 expression plasmid. FIG. 12 shows the procedure for preparing the LIBRAvIISVd (LvIISVd) gene. In FIG. 12, “→” represents a part of the vector gene, “MT” represents the membrane-bound gene sequence, “ECFP” represents the gene sequence of the blue fluorescent protein ECFP, and “LBD” represents the IP 3 receptor. The gene sequence of the ligand binding part is shown, and “Venus” shows the gene sequence of the yellow fluorescent protein Venus.

(2)蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)発現細胞の作成
次に、実施例1(4)[4−1]と同様の手法に基づいて、LIBRAvIISVd(LvIISVd)発現プラスミドを細胞内に導入して、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)が発現した細胞を作成した。蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)の構成を図13に示す。図13中、「P」は細胞膜局在シグナルを示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPを示し、「L1」はリンカーを示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示す。
(2) Preparation of Fluorescent IP 3- Sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) Expressing Cells Next, LIBRAvIISVd (LvIISVd) expression plasmid is introduced into cells based on the same method as in Example 1 (4) [4-1]. to prepare a cell fluorescence IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) was expressed. The configuration of the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) is shown in FIG. In FIG. 13, “P” indicates a cell membrane localization signal, “ECFP” indicates a blue fluorescent protein ECFP, “L1” indicates a linker, and “IP 3 R2 (1-604) with R440Q” indicates rat type 2. A peptide consisting of the amino acid sequence 1 to 604 from the N-terminal of the IP 3 receptor, wherein arginine (R) at position 440 of the sequence is mutated to glutamine (Q).

(3)蛍光IPセンサー発現サポニン穿孔細胞の作成および蛍光イメージング法による解析
続いて、実施例1(4)[4−2]と同様の手法に基づいて、本実施例3(2)で得られた蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)が発現した細胞から蛍光IPセンサー発現サポニン穿孔細胞を得て、終濃度が30nMまたは100nMとなるように蛍光競合物質F−ADAまたはF−LLを作用させた他は、実施例1(4)[4−3]と同様の手法に基づいて、それぞれ蛍光競合物質F−ADAまたはF−LLを作用させた蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)発現サポニン穿孔細胞における480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比を算出した。その結果を図14および図15に示す。
(3) Following analysis by fluorescence IP 3 Creating a Sensor expressing saponins drilling cells and fluorescence imaging method, obtained in Example 1 (4) [4-2] on the basis of the same method as the present example 3 (2) Fluorescent IP 3 sensor-expressing saponin perforated cells are obtained from cells expressing the obtained fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd), and a fluorescent competitor F-ADA or F-LL is allowed to act so that the final concentration is 30 nM or 100 nM. Otherwise, the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) -expressing saponin perforated cells in which the fluorescent competitor F-ADA or F-LL was acted on the basis of the same method as in Example 1 (4) [4-3] The fluorescence ratio of 480 nm fluorescence and 535 nm fluorescence was calculated. The results are shown in FIG. 14 and FIG.

図14に示すように、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)が発現したサポニン穿孔細胞に100nMのF−ADAを作用させることにより、480nm蛍光が約20%低下するとともに535nm蛍光が70%上昇(1.7倍に上昇)し(図14A)、その結果、480nm/535nm蛍光比が約50%低下した(図14B)。また、図15に示すように、F−LLでも同様の蛍光比の変化が認められ(図15A)、100nMのF−LLによる480nm/535nm蛍光比が約20%低下した(図15B)。蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)とIPとの反応による蛍光比の変化は約15%である(Tanimura et al.,J.Biol.Chem.,284:8910−8917,2009)のに対し、蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)とF−ADAとの反応による蛍光比の変化は約150%(1.5倍)であった(図14B)。これらのことから、一種類の蛍光タンパク質(ECFP)およびIP受容体のリガンド結合部を有する蛍光IPセンサー、ならびに蛍光競合物質を備えた、蛍光タンパク質(ECFP)および蛍光競合物質が引き起こすFRETを利用するIP測定FRET分子センサーを構築できることが示された。 As shown in FIG. 14, by causing saponin-perforated cells expressing the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) to act with 100 nM F-ADA, 480 nm fluorescence is reduced by about 20% and 535 nm fluorescence is increased by 70% (1 As a result, the 480 nm / 535 nm fluorescence ratio decreased by about 50% (FIG. 14B). Further, as shown in FIG. 15, the same change in the fluorescence ratio was observed with F-LL (FIG. 15A), and the 480 nm / 535 nm fluorescence ratio with 100 nM F-LL decreased by about 20% (FIG. 15B). The change in the fluorescence ratio by the reaction of the fluorescent IP 3 sensor LIBRAVIIS (LvIIS) with IP 3 is about 15% (Tanimura et al., J. Biol. Chem., 284: 8910-8917, 2009), the change in fluorescence ratio by reaction with the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) and F-ADA was approximately 150% (1.5-fold) (Figure 14B). From these facts, FRET caused by fluorescent protein (ECFP) and fluorescent competitor having fluorescent binding agent with fluorescent IP 3 sensor having ligand binding part of one type of fluorescent protein (ECFP) and IP 3 receptor It has been shown that an IP 3 measuring FRET molecular sensor can be constructed.

<実施例4>蛍光競合物質が被検物質IPと競合してIP受容体のリガンド結合部と結合ないし解離するか否かの検討
蛍光競合物質が被検物質IPと競合してIP受容体のリガンド結合部と結合ないし解離するか否かを確認する試験を、下記の手順に従って行った。
<Example 4> IP fluorescence competition whether consideration fluorescent competitor substance binds to dissociate the ligand-binding portion of the IP 3 receptors in competition with the analyte IP 3 is in conflict with the test substance IP 3 A test for confirming whether or not it binds to or dissociates from the ligand binding part of 3 receptors was performed according to the following procedure.

実施例3(3)で作成した蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)が発現したサポニン穿孔細胞に、終濃度が30nMもしくは100nMとなるように蛍光競合物質F−ADAを作用させた後に10μMのIPを作用させ、または、終濃度が100nMとなるように蛍光競合物質F−LLを作用させた後に終濃度が0.1μM、1μMないし10μMとなるように段階的にIPを作用させた他は、実施例1(4)[4−3]と同様の手法に基づいて、それぞれ蛍光競合物質F−ADAおよびIP、ならびにF−LLおよびIPを作用させた蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(LvIISVd)発現サポニン穿孔細胞における480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光比を算出した。その結果を図16および図17に示す。 Saponin-perforated cells expressing the fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) prepared in Example 3 (3) were treated with the fluorescent competitor F-ADA to a final concentration of 30 nM or 100 nM and then 10 μM of IP 3 Or by applying IP 3 stepwise so that the final concentration becomes 0.1 μM, 1 μM to 10 μM after the fluorescence competitor F-LL is made to act so that the final concentration becomes 100 nM. Fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (LvIISVd) in which fluorescent competitors F-ADA and IP 3 and F-LL and IP 3 were allowed to act, respectively, based on the same method as in Example 1 (4) [4-3] The fluorescence ratio of fluorescence at 480 nm and fluorescence at 535 nm in the expressed saponin perforated cells was calculated. The results are shown in FIG. 16 and FIG.

図16に示すように、親和性がIPの約150倍である蛍光競合物質F−ADAを作用させると、F−ADAが結合して480nm/535nm蛍光比が下降した。その後、実験チャンバー内を洗浄したが、F−ADAの解離が極めて遅いため、480nm/535nm蛍光比の変化はごくわずかであった。続いて、IPを添加することによりF−ADAの解離が促進され、その結果、480nm/535nm蛍光比は急速に上昇した。一方、図17に示すように、親和性が低い蛍光競合物質F−LLを作用させた場合において、F−LLの存在下でIPを添加することによってF−LLおよびIPの競合が起こり、IPの濃度に依存して480nm/535nm蛍光比は上昇した。これらの結果から、蛍光競合物質が被検物質IPと競合してIP受容体のリガンド結合部と結合ないし解離することが示された。 As shown in FIG. 16, when a fluorescent competitor F-ADA having an affinity about 150 times that of IP 3 was allowed to act, F-ADA was bound and the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm decreased. Thereafter, the inside of the experimental chamber was washed, but since the dissociation of F-ADA was extremely slow, the change in the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm was negligible. Subsequently, the addition of IP 3 promoted the dissociation of F-ADA, and as a result, the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm increased rapidly. On the other hand, as shown in FIG. 17, when a fluorescent competitor F-LL having a low affinity is allowed to act, competition between F-LL and IP 3 occurs by adding IP 3 in the presence of F-LL. , 480 nm / 535 nm fluorescence ratio depending on the concentration of IP 3 is increased. From these results, it was shown that the fluorescence competitor competes with the test substance IP 3 and binds to or dissociates from the ligand binding part of the IP 3 receptor.

<実施例5>担体固定化IP測定FRET分子センサーの検討
実施例3において、一種類の蛍光タンパク質およびIP受容体のリガンド結合部を有する蛍光IPセンサー、ならびに蛍光競合物質を備えた、蛍光タンパク質(ECFP)および蛍光競合物質が引き起こすFRETを利用するIP測定FRET分子センサーを構築できることが示された。そこで、当該蛍光IPセンサーを担体に固定化し、これと蛍光競合物質との組み合わせにより、担体に固定化したIPを測定したFRET分子センサーを構築できるか否かを検討した。
<Example 5> Examination of carrier-immobilized IP 3 measurement FRET molecular sensor In Example 3, a fluorescent IP 3 sensor having a ligand binding part of one type of fluorescent protein and IP 3 receptor, and a fluorescent competitor, can be constructed of IP 3 measurements FRET molecular sensors that utilize FRET fluorescent protein (ECFP) and fluorescent competitor causes showed. Therefore, whether or not a FRET molecular sensor that measures IP 3 immobilized on a carrier can be constructed by immobilizing the fluorescent IP 3 sensor on a carrier and combining this with a fluorescent competitor is examined.

(1)担体固定化蛍光IPセンサーの作成
[1−1]蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)遺伝子の作成
先ず、実施例2(1)のMP−LIBRAvIIS(MP−LvIIS)(図8)発現プラスミド(配列番号24)を制限酵素SacIにより切断し、小胞体局在ドメインMPを除去した後に再結合させて、細胞質型蛍光IPセンサーであるcyLIBRAvIIS(cyLvIIS)発現プラスミド(配列番号30)を作成した。続いて、作成したcyLIBRAvIIS(cyLvIIS)発現プラスミドを制限酵素SmaIとHincIIにより切断、再結合させてVenus遺伝子を除去することにより、1つの蛍光タンパク質を備えた細胞質型蛍光IPセンサーであるcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)遺伝子(配列番号31)を作成した。cyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)遺伝子の作成手順を図18に示す。図18中、「ERT」は小胞体結合遺伝子配列を示し、「HisTag」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなるタグペプチドの遺伝子配列を示し、「Cerulean」は青色蛍光タンパク質Ceruleanの遺伝子配列を示し、「LBD」はIP受容体のリガンド結合部の遺伝子配列を示し、「Venus」は黄色蛍光タンパク質Venusの遺伝子配列を示し、「ECFP」は青色蛍光タンパク質ECFPの遺伝子配列を示す。
(1) Preparation of Carrier Immobilized Fluorescent IP 3 Sensor [1-1] Preparation of Fluorescent IP 3 Sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) Gene First, MP-LIBRAvIIS (MP-LvIIS) (FIG. 8) expression of Example 2 (1) plasmid was digested with restriction enzymes SacI (SEQ ID NO: 24), and recombining after removal of the endoplasmic reticulum localization domain MP, creating a cytoplasmic fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIIS (cyLvIIS) expression plasmid (SEQ ID NO: 30) did. Subsequently, the prepared cyLIBRAvIIS (cyLvIIS) expression plasmid was cleaved with restriction enzymes SmaI and HincII, and rejoined to remove the Venus gene, thereby cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd), which is a cytoplasmic fluorescent IP 3 sensor equipped with one fluorescent protein. ) A gene (SEQ ID NO: 31) was prepared. The procedure for producing the cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) gene is shown in FIG. In FIG. 18, "ERT" indicates the endoplasmic reticulum binding gene sequence, "HisTag" indicates the gene sequence of a tag peptide consisting of 6 consecutive histidine (His; H) residues, and "Cerulean" indicates a blue fluorescent protein The gene sequence of Cerulean is shown, "LBD" is the gene sequence of the ligand binding part of IP 3 receptor, "Venus" is the gene sequence of yellow fluorescent protein Venus, and "ECFP" is the gene sequence of blue fluorescent protein ECFP. Indicates.

[1−2]ビーズ固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)の作成
次に、実施例1(4)[4−1]と同様の手法に基づいて、cyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)発現プラスミドを細胞内に導入して、蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)が発現した細胞を作成した。蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)の構成を図19に示す。図19中、「6H」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなる精製用のタグペプチドを示し、「Cerulean」は青色蛍光タンパク質Ceruleanを示し、「L1H1」はリンカー(Glu−Ala−Ala−Ala−Arg−Ser−Arg(EAAARSR);配列番号32)を示し、「IPR2(1−604)with R440Q」はラット2型IP受容体のリガンド結合部に親和性を高めるアミノ酸変異R440Qを入れたペプチド、すなわちラット2型IP受容体のN末端から1〜604番のアミノ酸配列からなるペプチドであってその配列の440番のアルギニン(R)をグルタミン(Q)へ変異させたペプチドを示す。
[1-2] Preparation of bead-immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) Next, a cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) expression plasmid was introduced into the cell based on the same method as in Example 1 (4) [4-1]. was introduced to prepare a cell fluorescence IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) was expressed. The configuration of the fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) is shown in FIG. In FIG. 19, “6H” indicates a tag peptide for purification consisting of six consecutive histidine (His; H) residues, “Cerulean” indicates a blue fluorescent protein Cerulean, and “L1H1” indicates a linker (Glu- Ala-Ala-Ala-Arg-Ser-Arg (EAAARSR); SEQ ID NO: 32), “IP 3 R 2 (1-604) with R440Q” has affinity for the ligand binding part of rat type 2 IP 3 receptor A peptide having an increased amino acid mutation R440Q, that is, a peptide consisting of amino acid sequence 1 to 604 from the N-terminal of rat type 2 IP 3 receptor, and arginine (R) at position 440 of the sequence to glutamine (Q) The mutated peptide is shown.

続いて、実施例1(4)[4−2]と同様の手法に基づいて、得られた蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)が発現した細胞をサポニンで穿孔し、その上清にTalonビーズ(タカラバイオ社)を加えて2時間インキュベートすることによりビーズ固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)を作成した。さらに、セルタックを塗布した実験チャンバーにこのビーズ固定化蛍光IPセンサーLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)を接着させ、蛍光倒立顕微鏡TE2000(ニコンインステック社)およびEM−CCDカメラC9100−13を用いて蛍光像を撮影した後、終濃度が10nM、30nM、100nMまたは300nMとなるように蛍光競合物質F−ADA、蛍光競合物質F−LLまたはFITCを作用させ、実施例1(3)[3−2]のイメージングシステム(浜松ホトニクス社)を用いて蛍光変化率を算出した。その結果を図20に示す。 Subsequently, Example 1 (4) [4-2] on the basis of the same technique as, cells resulting fluorescence IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) expressed the perforated saponin, Talon beads the supernatant ( Takara Bio Inc.) was added and incubated for 2 hours to prepare a bead-immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd). Further, this bead-immobilized fluorescent IP 3 sensor LIBRAvIISVd (cyLvIISVd) was adhered to an experimental chamber coated with Celltac, and a fluorescent image was taken using a fluorescence inverted microscope TE2000 (Nikon Instech) and EM-CCD camera C9100-13. Then, the fluorescent competitor F-ADA, the fluorescent competitor F-LL, or FITC was allowed to act so that the final concentration was 10 nM, 30 nM, 100 nM, or 300 nM, and the imaging system of Example 1 (3) [3-2] The fluorescence change rate was calculated using (Hamamatsu Photonics Co., Ltd.). The results are shown in FIG.

図20に示すように、F−LLまたはF−ADAを作用させた場合、濃度依存的な蛍光比の変化が認められ、F−LLおよびF−ADAによる最大蛍光変化率はそれぞれ60%(1.6倍)と75%(1.75倍)であった(図20AおよびB)。これらに対し、IP受容体と結合しないFITCを加えても蛍光変化率は0に近い値であった(図20D)。これらのことから、担体固定化蛍光IPセンサーであるビーズ固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)は、蛍光競合物質との特異的な結合によって480nm/535nm蛍光比が変化することが明らかになった。さらにこの定量的解析によって、従来の蛍光IPセンサーLIBRAvIIS(LvIIS)およびIPによる480nm/535nm蛍光比の変化の約10倍という大きな反応が起こることが明らかになった。 As shown in FIG. 20, when F-LL or F-ADA was allowed to act, a concentration-dependent change in fluorescence ratio was observed, and the maximum fluorescence change rate by F-LL and F-ADA was 60% (1%, respectively). 6) and 75% (1.75) (FIGS. 20A and B). On the other hand, the fluorescence change rate was close to 0 even when FITC not bound to the IP 3 receptor was added (FIG. 20D). From these facts, it becomes clear that the bead-immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd), which is a carrier-immobilized fluorescent IP 3 sensor, changes its fluorescence ratio at 480 nm / 535 nm by specific binding with a fluorescent competitor. The Furthermore, this quantitative analysis revealed that a large reaction of about 10 times the change in the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm by the conventional fluorescent IP 3 sensors LIBRAvIIS (LvIIS) and IP 3 occurs.

(2)蛍光競合物質が被検物質IPと競合して担体固定化蛍光IPセンサーのIP受容体のリガンド結合部と結合ないし解離するか否かの検討
蛍光競合物質が被検物質IPと競合して担体固定化蛍光IPセンサーのIP受容体のリガンド結合部と結合ないし解離するか否かを確認する試験を、下記の手順に従って行った。
本実施例5(1)で作成した担体固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)に、終濃度が100nMとなるように蛍光競合物質F−LLを作用させた後に終濃度が0.1μM、1μMないし10μMとなるように段階的にIPを作用させた他は、実施例1(4)[4−3]と同様の手法に基づいて、F−LLおよびIPを作用させた担体固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)における480nmの蛍光と535nmの蛍光の蛍光比および蛍光変化率を算出した。その結果を図21に示す。
(2) Examination of whether or not the fluorescent competitor competes with the test substance IP 3 and binds to or dissociates from the ligand binding part of the IP 3 receptor of the carrier-immobilized fluorescent IP 3 sensor. A test for confirming whether or not it binds to or dissociates from the ligand binding part of the IP 3 receptor of the carrier-immobilized fluorescent IP 3 sensor in competition with 3 was performed according to the following procedure.
After the fluorescent competitor F-LL is made to act on the carrier immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) prepared in the present Example 5 (1) so that the final concentration is 100 nM, the final concentration is 0.1 μM, 1 μM The carrier immobilization using F-LL and IP 3 was carried out based on the same procedure as in Example 1 (4) [4-3] except that IP 3 was allowed to act stepwise to 10 μM. The fluorescence ratio between the fluorescence at 480 nm and the fluorescence at 535 nm and the rate of fluorescence change in the fluorescence IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) were calculated. The result is shown in FIG.

図21に示すように、ビーズ固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)に100nMのF−LLを作用させると480nm/535nm蛍光比が低下し、その後IPを加えるとF−LLおよびIPの競合によってビーズ固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)およびF−LLの結合が阻害され、IP濃度に依存して480nm/535nm蛍光比が上昇した(図21A)。すなわち、F−LLおよびIPを含む試料をビーズ固定化蛍光IPセンサーcyLIBRAvIISVd(cyLvIISVd)に作用させた場合に、480nm/535nm蛍光比の上昇率からIP濃度を測定できることが示された。競合するリガンドの結合はそれぞれの濃度に依存することから、F−LL濃度を低下させることによってより低濃度のIP測定が可能になると考えられ、30nMのF−LLおよび100nMのF−LLをそれぞれ作用させ、さらにIPを作用させることにより比較したところ、その通りに、すなわち低濃度のF−LLを作用させ、さらにIPを作用させることによりIPによる蛍光変化率は大きくなった(図21B)。これらの結果から、担体固定化蛍光IPセンサーおよび蛍光競合物質を有する担体固定化IP測定FRET分子センサーによれば、精度の高いIP測定が可能になることが示された。 As shown in FIG. 21, when 100 nM F-LL is allowed to act on the bead-immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd), the 480 nm / 535 nm fluorescence ratio decreases, and when IP 3 is added, F-LL and IP 3 are competitive binding of the beads immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd) and F-LL is inhibited by, 480 nm / 535 nm fluorescence ratio is increased depending on the IP 3 concentration (Figure 21A). That is, a sample containing F-LL and IP 3 when allowed to act on the bead-immobilized fluorescent IP 3 sensor cyLIBRAvIISVd (cyLvIISVd), was shown to be capable of measuring the IP 3 concentration from the rate of increase in 480 nm / 535 nm fluorescence ratio. Since the binding of competing ligands is dependent on their respective concentrations, it is believed that lowering F-LL concentrations will allow lower concentrations of IP 3 to be measured, and 30 nM F-LL and 100 nM F-LL each reacted further were compared by the action of IP 3, the street, that is by the action of low concentrations of F-LL, fluorescence change rate due to IP 3 by further action of IP 3 is increased ( Figure 21 B). From these results, it was shown that the carrier-immobilized fluorescent IP 3 sensor and the carrier-immobilized IP 3 measurement FRET molecular sensor having the fluorescent competitor enable highly accurate IP 3 measurement.

<実施例6>IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸配列改変の検討および蛍光IPセンサーにおける蛍光物質の検討
IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸配列に1〜十数個のアミノ酸が付加、挿入等されたアミノ酸配列を有するタンパク質がIP受容体のリガンド結合部として機能するか否か、および蛍光IPセンサーにおいて、蛍光タンパク質の代わりに有機蛍光化合物を蛍光物質として用いることができるか否かを同時に検討した。
<Example 6> IP 3 receptors study of amino acid sequence variants of the ligand binding portions of and fluorescent IP 3 Study IP 3 receptor added 1 dozen amino acids in the amino acid sequence of the ligand binding portions of the fluorescent material in the sensor Whether or not a protein having an inserted amino acid sequence functions as a ligand binding part of an IP 3 receptor, and whether a fluorescent IP 3 sensor can use an organic fluorescent compound as a fluorescent substance instead of a fluorescent protein We examined at the same time whether or not.

(1)IP受容体のリガンド結合部の改変タンパク質発現遺伝子の作成
蛍光タンパク質の代わりにシステイン結合性蛍光有機化合物であるN−[4−メチル−7−(ジメチルアミノ)クマリン−3−イル]マレインイミド(DACM)を用いることを目的として、マウス1型IP受容体のリガンド結合部の上流に位置するアミノ酸82番と83番との間にLumioTag(LT、CCPGCC、配列番号33)を挿入したOP1−ma(EN)−E、ラット1型IP受容体のリガンド結合部の上流に位置するアミノ酸140番と141番との間にLumioTagを挿入したOP1−ma(EN)−S、および当該挿入したLumioTagを除去したOP1−ma(EN)−E−Sを、以下の手順に従ってそれぞれ作成した。
(1) IP 3 is cysteine binding fluorescent organic compound instead of creating a fluorescent protein variant proteins expressed genes of the ligand binding portion of the receptor N- [4- methyl-7- (dimethylamino) coumarin-3-yl] In order to use maleimide (DACM), LumioTag (LT, CCPGCC, SEQ ID NO: 33) is inserted between amino acids 82 and 83 located upstream of the ligand binding site of mouse type 1 IP 3 receptor OP1-ma (EN) -E, OP1-ma (EN) -S with LumioTag inserted between amino acids 140 and 141 located upstream of the ligand binding site of rat type 1 IP 3 receptor, and OP1-ma (EN) -ES from which the inserted LumioTag was removed was prepared according to the following procedure.

[1−1]Lhb−ma遺伝子の作成
先ず、膜結合ドメイン、FLAGタグ、ヒスチジンタグおよびLumioTagを含む12個のアミノ酸からなるペプチド鎖をマウス1型IP受容体のリガンド結合部に付加または挿入したLhb−ma(配列番号34)を作成した。具体的には、膜結合ドメイン、FLAGタグおよびヒスチジンタグを付加し、かつLumioTagをマウス1型IP受容体のリガンド結合部の上流に位置するアミノ酸82番と83番との間、およびアミノ酸140番と141番との間に挿入した遺伝子配列を有するLhb−1プラスミド(配列番号35)をGeneScript社に依頼して合成し、得られたLhb−1プラスミドおよび実施例2(1)のLIBRAvIII(LvIII)プラスミド(配列番号22)を制限酵素NheIおよびNotIにより切断した後、Lhb−1遺伝子を含むDNA断片をLIBRAvのベクターに挿入することによりLhb−ma遺伝子を作成した。
[1-1] Preparation of Lhb-ma gene First, a peptide chain consisting of 12 amino acids including a membrane-binding domain, a FLAG tag, a histidine tag and a LumioTag is added or inserted into the ligand binding site of the mouse type 1 IP 3 receptor. Lhb-ma (SEQ ID NO: 34) was prepared. Specifically, a membrane-binding domain, a FLAG tag and a histidine tag are added, and LumioTag is located between amino acids 82 and 83 located upstream of the ligand binding site of mouse type 1 IP 3 receptor, and amino acids 140 Lhb-1 plasmid (SEQ ID NO: 35) having a gene sequence inserted between No. 141 and No. 141 was synthesized by requesting GeneScript, and the obtained Lhb-1 plasmid and LIBRAvIII of Example 2 (1) ( LvIII) Plasmid (SEQ ID NO: 22) was cleaved with restriction enzymes NheI and NotI, and a DNA fragment containing the Lhb-1 gene was inserted into a LIBRAv vector to prepare the Lhb-ma gene.

[1−2]OP1−ma(EN)遺伝子の作成
本実施例6(1)[1−1]で得られたLhb−ma遺伝子を制限酵素EcoRVおよびNru1により切断した後、再結合することにより、マウス1型IP受容体のリガンド結合部上流のLumioTagを除去した。これによって、マウス1型IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸82番と83番との間、およびアミノ酸140番と141番との間にLumioTagを含むOP1−ma(EN)遺伝子が得られた。
[1-2] Preparation of OP1-ma (EN) gene The Lhb-ma gene obtained in Example 6 (1) [1-1] was cleaved with restriction enzymes EcoRV and Nru1, and then recombined. The LumioTag upstream of the ligand binding site of the mouse type 1 IP 3 receptor was removed. This resulted in an OP1-ma (EN) gene containing LumioTag between amino acids 82 and 83 and between amino acids 140 and 141 of the ligand binding site of the mouse type 1 IP 3 receptor. .

[1−3]OP1−ma(EN)−S遺伝子、OP1−ma(EN)−E遺伝子、およびOP1−ma(EN)−E−S遺伝子の作成
本実施例6(1)[1−2]で得られたOP1−ma(EN)遺伝子を制限酵素ScaIで切断した後、再結合することにより、マウス1型IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸82番と83番との間のLumioTagを除去した。これによって、マウス1型IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸140番と141番との間にLumioTagを含むOP1−ma(EN)−S遺伝子(配列番号36)が得られた。
[1-3] Preparation of OP1-ma (EN) -S gene, OP1-ma (EN) -E gene, and OP1-ma (EN) -ES gene Example 6 (1) [1-2 The OP1-ma (EN) gene obtained in [1] was cleaved with the restriction enzyme ScaI, and then recombined, whereby the LumioTag between amino acids 82 and 83 of the ligand binding site of the mouse type 1 IP 3 receptor. Was removed. As a result, an OP1-ma (EN) -S gene (SEQ ID NO: 36) containing LumioTag between amino acids 140 and 141 of the ligand binding site of the mouse type 1 IP 3 receptor was obtained.

次に、本実施例6(1)[1−2]で得られたOP1−ma(EN)遺伝子を制限酵素Eco47IIIで切断した後、再結合することにより、マウス1型IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸140番と141番との間のLumioTagを除去した。これによって、マウス1型IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸82番と83番との間にLumioTagを含むOP1−ma(EN)−E(配列番号37)遺伝子が得られた。 Next, the OP1-ma (EN) gene obtained in Example 6 (1) [1-2] was cleaved with the restriction enzyme Eco47III and then rebound to thereby bind the ligand of mouse type 1 IP 3 receptor. The LumioTag between amino acids 140 and 141 of the junction was removed. As a result, an OP1-ma (EN) -E (SEQ ID NO: 37) gene containing LumioTag between amino acids 82 and 83 of the ligand binding site of the mouse type 1 IP 3 receptor was obtained.

続いて、得られたOP1−ma(EN)−E遺伝子を制限酵素ScaIで切断した後、再結合することにより、マウス1型IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸82番と83番との間のLumioTagを除去した。これによって、マウス1型IP受容体のリガンド結合部にLumioTagを含まないOP1−ma(EN)−E−S遺伝子(配列番号38)が得られた。OP1−ma(EN)−S遺伝子、OP1−ma(EN)−E遺伝子、およびOP1−ma(EN)−E−S遺伝子の作成手順を図22に示す。図22中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合遺伝子配列を示し、「FLAG」はFLAGタグの遺伝子配列を示し、「LT」および「LT」はLumioTagの遺伝子配列を示し、「E1」はScaI切断サイトを示し、「E2」はEco47III切断サイトを示し、「1−82−E1−LT−E1−83−140−E2−LT−E2−141−604」、「1−82−E1−LT−E1−83−140−E2−141−604」、「1−82−E1−83−140−E2−LT−E2−141−604」および「1−82−E1−83−140−E2−141−604」はIP受容体のリガンド結合部の改変タンパク質の遺伝子配列を示し、「Hx6」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなるタグペプチドの遺伝子配列を示す。 Subsequently, the obtained OP1-ma (EN) -E gene is cleaved with a restriction enzyme ScaI and then rejoined to thereby bind amino acids 82 and 83 of the ligand binding part of mouse type 1 IP 3 receptor. Removed the LumioTag in between. As a result, an OP1-ma (EN) -ES gene (SEQ ID NO: 38) that did not contain LumioTag in the ligand binding site of the mouse type 1 IP 3 receptor was obtained. FIG. 22 shows the procedure for preparing the OP1-ma (EN) -S gene, the OP1-ma (EN) -E gene, and the OP1-ma (EN) -ES gene. In FIG. 22, “→” indicates a part of a vector gene, “MT” indicates a membrane bound gene sequence, “FLAG” indicates a gene sequence of FLAG tag, and “LT” and “LT” indicate LumioTag gene “E1” indicates the ScaI cleavage site, “E2” indicates the Eco47III cleavage site, “1-82-E1-LT-E1-83-140-E2-LT-E2-141-604”, "1-82-E1-LT-E1-83-140-E2-141-604", "1-82-E1-83-140-E2-LT-E2-141-604" and "1-82-E1" -83-140-E2-141-604 "shows the gene sequence of the variant protein of the ligand binding part of IP 3 receptor, and" Hx6 "consists of 6 consecutive histidine (His; H) residues Shows the gene sequence of the tag peptide.

(2)蛍光IPセンサーOP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−S発現サポニン穿孔細胞の作成および蛍光イメージング法による解析
続いて、実施例1(4)[4−1]と同様の手法に基づき、OP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−Sのそれぞれの発現プラスミドを細胞内に導入することによりOP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−Sがそれぞれ発現した細胞を作成した後、実施例1(4)[4−2]と同様の手法に基づき、OP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−Sがそれぞれ発現した細胞からそれぞれのサポニン穿孔細胞を得た。得られたそれぞれのサポニン穿孔細胞に対し、システイン結合性蛍光有機化合物であるN−[4−メチル−7−(ジメチルアミノ)クマリン−3−イル]マレインイミド(DACM)2μMにて処理を2分間行い、DACMが結合した蛍光IPセンサーOP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−Sを細胞膜上に発現させた。これら蛍光IPセンサーOP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−S発現サポニン穿孔細胞に対し、終濃度が100nMとなるように蛍光競合物質F−ADAを作用させた他は、実施例1(4)[4−3]と同様の手法に基づいて、それぞれ蛍光競合物質F−ADAを作用させた蛍光IPセンサーOP1−ma(EN)−S、OP1−ma(EN)−E、およびOP1−ma(EN)−E−S発現サポニン穿孔細胞における480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光強度、ならびに480nm/535nm蛍光比を算出した。その結果を図23に示す。
(2) Fluorescent IP 3 sensors OP1-ma (EN) -S, followed analysis by OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma (EN) of -E-S expressing saponin perforated cell creation and fluorescence imaging method Based on the same method as in Example 1 (4) [4-1], each of OP1-ma (EN) -S, OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma (EN) -ES After preparing cells expressing OP1-ma (EN) -S, OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma (EN) -ES by introducing the expression plasmid of Based on the same procedure as in Example 1 (4) [4-2], OP1-ma (EN) -S, OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma (EN) -ES are expressed, respectively. Saponin penetration from isolated cells The cells were obtained. Each saponin perforated cell obtained was treated with 2 μM of N- [4-methyl-7- (dimethylamino) coumarin-3-yl] maleimide (DACM), which is a cysteine-binding fluorescent organic compound, for 2 minutes. performed, fluorescence DACM bound IP 3 sensors OP1-ma (EN) -S, OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma a (EN) -E-S is expressed on the cell membrane. For these fluorescence IP 3 sensors OP1-ma (EN) -S, OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma (EN) -E- S expressing saponin drilling cells, fluorescence to a final concentration of 100nM Except that the competitor F-ADA was allowed to act, the fluorescent IP 3 sensor OP1-ma (to which the fluorescence competitor F-ADA was caused to act, respectively, based on the same method as in Example 1 (4) [4-3] The fluorescence intensities of 480 nm fluorescence and 535 nm fluorescence in saponin-perforated cells expressing EN) -S, OP1-ma (EN) -E, and OP1-ma (EN) -E-S, and the 480 nm / 535 nm fluorescence ratio were calculated . The result is shown in FIG.

図23に示すように、DACMから蛍光競合物質F−ADAへのFRETによって、480nmの蛍光が3〜5倍に増加し、480nm/535nm蛍光比が大きく低下した。このことから、IP受容体のリガンド結合部のアミノ酸配列に1〜数十個のアミノ酸が付加、挿入等されたアミノ酸配列を有するタンパク質がIP受容体のリガンド結合部として機能し、かつ蛍光IPセンサーにおいて、蛍光タンパク質の代わりに有機蛍光化合物を蛍光物質として用いることができることが示された。 As shown in FIG. 23, FRET from DACM to the fluorescence competitor F-ADA increased the fluorescence at 480 nm 3 to 5 times, and greatly decreased the 480 nm / 535 nm fluorescence ratio. Therefore, IP 3 receptors to several tens of amino acids are added to the amino acid sequence of a ligand binding portion of the protein having the amino acid sequence inserted such functions as a ligand-binding portion of the IP 3 receptor and fluorescent in IP 3 sensor has been shown that it is possible to use an organic fluorescent compound as a fluorescent substance instead of the fluorescent protein.

DACMはシステインに結合することによって蛍光物質に変化する化合物であり、また、LumioTagは4個のシステイン残基を含むペプチドであることから、DACMはLumioTagに結合し得る。しかし、LumioTagを除去したOP1−ma(EN)−E−Sにおいても反応が見られたことから、F−ADAとのFRETに関与するDACMは、挿入したLumioTagを除くIP受容体のリガンド結合部中のシステインに結合したことが示された。また、OP1−ma(EN)−E−Sには、マウス1型IP受容体のリガンド結合部の253番,292番,326番,394番,530番,553番および556番に該当する、計7個のシステイン残基が存在する(Bosanac et al.,Nature,420:696−700,2002)ことが知られていることから、これらに有機蛍光化合物を結合させても蛍光IPセンサーとしての機能が失われないことが示された。 Since DACM is a compound that changes to a fluorescent substance by binding to cysteine, and LumioTag is a peptide containing 4 cysteine residues, DACM can bind to LumioTag. However, since a reaction was also observed in OP1-ma (EN) -E-S from which LumioTag was removed, DACM involved in FRET with F-ADA is ligand binding of IP 3 receptor excluding inserted LumioTag. It was shown that it bound to cysteine in the part. In addition, OP1-ma (EN) -ES corresponds to the ligand binding part 253, 292, 326, 394, 530, 553 and 556 of the mouse type 1 IP 3 receptor. It is known that there are a total of 7 cysteine residues (Bosanac et al., Nature, 420: 696-700, 2002). Therefore, even if an organic fluorescent compound is bound to these, a fluorescent IP 3 sensor As a function was shown not to be lost.

さらに、IP受容体では、そのN末端側700個程度のアミノ酸によってリガンド結合部が構成されている。例えば、N末端の734個のアミノ酸と比較して、そのN末端側の1〜31番,1〜62番,1〜146番,1〜162番,1〜183番,1〜199番,1〜215番のアミノ酸を除去した場合のIP結合能は大きく低下するが消失はしない。さらに1〜220番,1〜223番,1〜225番のアミノ酸を除去すると結合能が回復するが、1〜228番,1〜238番,1〜261番,1〜283番,1〜307番のアミノ酸を除去すると結合能が消失する。また、579〜649番のアミノ酸を除去しても結合能は変化しないが、568〜649番のアミノ酸を除去すると結合能は消失する。さらに、224〜579番のペプチド鎖のIP結合親和性は1〜734番のペプチド鎖のIP結合親和性と比較して約10倍であることが知られており(Yoshikawa et al.,J.Biol.Chem.271:18277−18284,1996)、アミノ酸224〜579番がリガンド結合部として必須であり、coreドメインと呼ばれている。また、241番のアルギニン(241R)、249番のリシン(249K)、265番のアルギニン(265R)、269番のアルギニン(269R)、504番のアルギニン(504R)、506番のアルギニン(506R)、508番のリシン(508K)、511番のアルギニン(511R)、568番のアルギニン(568R)、および569番のリシン(569K)の10個のアミノ酸が必須であり、これらを変異させることによってIP結合能が消失することが知られている(Bosanac et al.,Nature,420:696−700,2002;およびYoshikawa et al.,J.Biol.Chem.271:18277−18284,1996)。 Furthermore, in the IP 3 receptor, a ligand binding part is constituted by about 700 amino acids at the N-terminal side. For example, in comparison with the N-terminal 734 amino acids, 1 to 31, 1 to 62, 1 to 146, 1 to 162, 1 to 183, 1 to 199, 1 in the N-terminal side IP 3 binding capacity in the case of removing to 215 th amino acids greatly reduced but not eliminated. Furthermore, the binding ability is restored by removing the amino acids 1-220, 1-223 and 1-225, but the binding ability is restored, but 1-228, 1-238, 1-261, 1-283, 1-307 The binding ability disappears by removing the No. amino acid. Moreover, although the binding ability does not change even if the amino acids 579 to 649 are removed, the binding ability disappears when the amino acids 568 to 649 are removed. Furthermore, IP 3 binding affinities of the peptide chains of number 224-579 is known to be about 10-fold compared to IP 3 binding affinities of the peptide chains of number 1~734 (Yoshikawa et al., J. Biol. Chem. 271: 18277-18284, 1996), amino acids 224 to 579 are essential as the ligand binding part, and are called the core domain. Also, No. 241 Arginine (241R), No. 249 Lysine (249K), No. 265 Arginine (265R), No. 269 Arginine (269R), No. 504 Arginine (504R), No. 506 Arginine (506R), Ten amino acids of 508th lysine (508K), 511th arginine (511R), 568th arginine (568R), and 569th lysine (569K) are essential, and by mutating them, IP 3 It is known that the binding ability is lost (Bosanac et al., Nature, 420: 696-700, 2002; and Yoshikawa et al., J. Biol. Chem. 271: 18277-18284, 1996).

一方、それ以外のアミノ酸は置換が可能であり、これまでに、100番のリシンをグルタミンへ置換(K100Q)、101番のリシンをグルタミンへ置換(K101Q)、235番のリシンをグルタミンへ置換(K235Q)、257番のアルギニンをグルタミンへ、258番のリシンをグルタミンへ、および259番のリシンをグルタミンへ置換(R257Q/K258Q/K259Q)、293番のアルギニンをグルタミンへ置換(R293Q)、304番のアルギニンをグルタミンへ、および306番のリシンをグルタミンへ置換(R304Q/K306Q)、350番のリシンをグルタミンへ置換(K350Q)、376番のアルギニンをグルタミンへ置換(R376Q)、412番のリシンをグルタミンへ置換(K412Q)、424番のリシンをグルタミンへ置換(K424Q)、427番のリシンをグルタミンへ置換(K427Q)、459番のリシンをグルタミンへ置換(K459Q)、470番および471番のアルギニンをグルタミンへ置換(R470Q/R471Q)、501番のリシンをグルタミンへ置換(K501Q)、537番のアルギニンをグルタミンへ置換(R537Q)、545番のアルギニンをグルタミンへ置換(R545Q)、554番のアルギニンをグルタミンへ置換(R554Q)、561番のアルギニンをグルタミンへ置換(R561Q)、576番のリシンをグルタミンへ置換(K576Q)、603番のアルギニンをグルタミンへ、および604番のリシンをグルタミンへ置換(R603Q/K604Q)、623番のアルギニンをグルタミンへ、および624番のリシンをグルタミンへ置換(R623Q/K624Q)、626番のアルギニンをグルタミンへ置換(R626Q)、629番のアルギニンをグルタミンへ置換(R629Q)することによってはIP結合の活性は大きく変化しないことが知られている(Bosanac et al.,Mol.Cell,17:193−203,2005)。 On the other hand, other amino acids can be substituted, so far, lysine No. 100 has been substituted with glutamine (K 100 Q), lysine No. 101 has been substituted with glutamine (K 101 Q), lysine No. 235 has been substituted with glutamine (K K 235 Q), replace 257 arginine with glutamine, # 258 lysine with glutamine, and # 259 lysine with glutamine with R 257 Q / K 258 Q / K 259 Q, replace # arginine with glutamine (R 293 Q), # 304 Arginine to glutamine, and lysine 306 to glutamine (R304Q / K306Q), lysine 350 to glutamine (K350Q), 376 arginine to glutamine (R376Q), lysine 412 to lysine Substitution to glutamine (K412Q), Substitution of lysine No. 24 to glutamine (K 424 Q), substitution of lysine No. 427 to glutamine (K 427 Q), substitution of lysine No. 459 to glutamine (K 459 Q), substitution of arginine No. 470 and 471 to glutamine (R 470 Q / R 471 Q), substitution of lysine No. 501 with glutamine (K 501 Q), substitution of 537 arginine with glutamine (R 537 Q), substitution of 545 arginine with glutamine (R 545 Q), substitution of 554 arginine with glutamine (R 554 Q) , Substitution of arginine at position 561 to glutamine (R 561 Q), substitution of lysine at position 576 to glutamine (K 576 Q), substitution of arginine at position 603 to glutamine, and substitution of lysine at position 604 to glutamine (R 603 Q / K 604 Q), 623 The Argi The emissions to glutamine, and replace 624 No. lysine to glutamine (R623Q / K624Q), replacing the 626 th arginine to glutamine (R626Q), IP 3 binding by the 629 th arginine substitution of glutamine (R629Q) Is known not to change significantly (Bosanac et al., Mol. Cell, 17: 193-203, 2005).

さらにN末端の604個のアミノ酸で構成されるIP受容体のリガンド結合部において調べた場合、30番のロイシンをリシンへ置換(L30K)、32番のロイシンをリシンへ置換(L32K)、33番のバリンをリシンへ置換(V33K)、34番のアスパラギン酸をリシンへ置換(D34K)、36番のアルギニンをグルタミン酸へ置換(R36E)、54番のアルギニンをグルタミン酸へ置換(R54E)、127番のリシンをグルタミン酸へ置換(K127E)、54番のアルギニンをグルタミン酸へ、および127番のリシンをグルタミン酸へ置換(R54E/K127E)、ならびに67〜108番の除去することによってIP結合親和性が上昇し、Kd値が30〜90%低下するのに対し、35番のアスパラギン酸をリシンへ置換(D35K)、51番のリシンをグルタミン酸へ置換(K51E)、52番のリシンをグルタミン酸へ置換(K52E)、97番のアスパラギン酸をリシンへ置換(D97K)、99番のグルタミン酸をリシンへ置換(E99K)、104番のグルタミン酸をリシンへ置換(E104K)、106番のグルタミン酸をリシンへ置換(E106K)、97番のアスパラギン酸および99番のグルタミン酸をいずれもリシンへ置換(D97A/E99A)、104番および106番のグルタミン酸をリシンへ置換(E104K/E106K)することによっては、IP結合親和性は50〜80%に低下する。 Furthermore, when examined at the ligand binding site of the IP 3 receptor composed of 604 amino acids at the N-terminus, substitution of leucine 30 with lysine (L30K), substitution of leucine 32 with lysine (L32K), 33 No. valine is replaced with lysine (V33K), No. 34 aspartic acid is replaced with lysine (D34K), No. 36 arginine is substituted with glutamic acid (R36E), No. 54 arginine is substituted with glutamic acid (R54E), No. 127 Substituting lysine for glutamic acid (K127E), 54th arginine for glutamic acid, 127th lysine for glutamic acid (R54E / K127E), and removal of 67-108 increase IP 3 binding affinity While the Kd value decreases by 30 to 90%, Substitution with sine (D35K), substitution of lysine 51 with glutamic acid (K51E), substitution of lysine 52 with glutamic acid (K52E), substitution of aspartic acid 97 with lysine (D97K), and substitution of 99th glutamic acid with lysine (E99K), No. 104 glutamic acid to lysine (E104K), No. 106 glutamic acid to lysine (E106K), No. 97 aspartic acid and No. 99 glutamic acid to lysine (D97A / E99A) ), by the 104 th and 106 th glutamic acid substitution to lysine (E104K / E106K) is, IP 3 binding affinity is reduced to 50-80%.

以上のように、241番のアルギニン(241R)、249番のリシン(249K)、265番のアルギニン(265R)、269番のアルギニン(269R)、504番のアルギニン(504R)、506番のアルギニン(506R)、508番のリシン(508K)、511番のアルギニン(511R)、568番のアルギニン(568R)、および569番のリシン(569K)の10個の必須アミノ酸以外については、アミノ酸の除去や置換を行ってもIP受容体のリガンド結合部の機能が損なわれないといえる。さらに、マウス1型IP受容体のリガンド結合部の441番のアルギニンをグルタミンへ置換すること(R441Q)は、IP結合親和性を大きく高めるが、同じ置換(R441Q)をマウス2型IP受容体のリガンド結合部の441番で行っても、同様の親和性の上昇が起こることから(Tanimura et al.,J.Biol.Chem.,284:8910−8917,2009)、IP受容体のサブタイプや動物種にかかわらず、10個の必須アミノ酸以外は変異が可能であると考えられる。 As described above, arginine No. 241 (241 R), lysine No. 249 (249 K), arginine No. 265 (265 R), arginine No. 269 (269 R), arginine No. 504 (504 R), arginine No. 506 ( Removal and substitution of amino acids except for the 10 essential amino acids of 506R), lysine at position 508 (508K), arginine at position 511 (511R), arginine at position 568 (568R), and lysine at position 569 (569K) It can be said that the function of the ligand binding part of the IP 3 receptor is not impaired even if the step is performed. Furthermore, replacing arginine at position 441 of the ligand binding part of mouse type 1 IP 3 receptor with glutamine (R 441 Q) greatly enhances IP 3 binding affinity, but the same substitution (R 441 Q) is carried out as mouse 2 type 2 IP 3 The same increase in affinity occurs even if it is performed at position 441 of the ligand binding part of the receptor (Tanimura et al., J. Biol. Chem., 284: 8910-8917, 2009), IP 3 receptor Regardless of the subtype and animal species, mutations are considered possible except for the 10 essential amino acids.

<実施例7>IP受容体のリガンド結合部にECFPの円順列置換体を挿入した蛍光IPセンサーの検討
実施例6の結果から、IP受容体のリガンド結合部の内部にペプチド鎖を挿入しても、IP受容体のリガンド結合部の機能は損なわれなかったことから、IP受容体のリガンド結合部の内部に蛍光タンパク質であるECFPの円順列置換体を挿入した蛍光IPセンサーについて検討するとともに、蛍光競合物質との組み合わせにより担体固定化IP測定FRET分子センサーの構築可能か否かについて検討した。
From <Example 7> IP 3 results receptors fluorescent IP 3 sensor study Example 6 inserting a circular permutation of the ECFP in the ligand binding part, the peptide chain within the ligand binding portion of the IP 3 receptors be inserted, IP 3 since the function of the ligand-binding portion of the receptor was not impaired, fluorescence IP 3 inserting the circular permutation of the ECFP is inside fluorescent protein of the ligand binding portion of the IP 3 receptors as well as consider the sensor was examined whether the fluorescent competitor in combination with a carrier immobilized IP 3 measurements FRET molecular sensor of possible building.

(1)蛍光IPセンサーOP1S−cpC157、OP1S−cpC173、およびOP1S−cpC229の作成
実施例6(1)[1−3]で作成したOP1−ma(EN)−E−Sのリガンド結合部のアミノ酸82番と83番との間に、ECFPの円順列置換体である蛍光タンパク質cpSECFP157、cpSECFP173、およびcpSECFP229(Nagai et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,101:10554−10559,2004)を挿入した。具体的には、cpSECFP157、cpSECFP173、およびcpSECFP229を発現するベクター(配列番号39〜41)を制限酵素EcoRVおよびXca1(SnaI)で切断して各蛍光タンパク質遺伝子を精製した。精製した各蛍光タンパク質遺伝子を、ScaIで切断したOP1−ma(EN)−E−S発現プラスミドに挿入して、蛍光IPセンサーOP1S−cpC157,OP1S−cpC173およびOP1S−cpC229発現プラスミド(配列番号42〜44)を作成した。OP1S−cpC157遺伝子,OP1S−cpC173遺伝子およびOP1S−cpC229遺伝子の作成手順を図24に示す。図24中、「→」はベクター遺伝子の一部を示し、「MT」は膜結合遺伝子配列を示し、「FLAG」はFLAGタグの遺伝子配列を示し、「E1」はScaI切断サイトを示し、「E2」はEco47III切断サイトを示し、「1−82−E1−83−140−E2−141−604」はIP受容体のリガンド結合部の改変タンパク質の遺伝子配列を示し、「Hx6」は6個の連続するヒスチジン(His;H)残基からなるタグペプチドの遺伝子配列を示し、「cpSECFP157」、「cpSECFP173」および「cpSECFP229」はそれぞれECFPの円順列置換体である蛍光タンパク質cpSECFP157、cpSECFP173、およびcpSECFP229の遺伝子配列を示し、「1−82−cpSECFP157−83−140−E2−141−604」、「1−82−cpSECFP173−83−140−E2−141−604」、および「1−82−cpSECFP229−83−140−E2−141−604」はそれぞれECFPの円順列置換体である蛍光タンパク質cpSECFP157、cpSECFP173、およびcpSECFP229をIP受容体のリガンド結合部の改変タンパク質へ挿入した遺伝子配列を示す。
(1) Preparation of fluorescent IP 3 sensors OP1S-cpC157, OP1S-cpC173, and OP1S-cpC229 Example 6 (1) OP1-ma (EN) -E-S ligand binding site prepared in [1-3] Between amino acids 82 and 83, the fluorescent proteins cpSECFP157, cpSECFP173, and cpSECFP229, which are circular permutations of ECFP (Nagai et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 101: 10554-10559, 2004) was inserted. Specifically, vectors (SEQ ID NOS: 39 to 41) expressing cpSECFP157, cpSECFP173, and cpSECFP229 were digested with restriction enzymes EcoRV and Xca1 (SnaI) to purify each fluorescent protein gene. The purified fluorescent protein genes are inserted into the ScaI-cleaved OP1-ma (EN) -E-S expression plasmid, and the fluorescent IP 3 sensor OP1S-cpC157, OP1S-cpC173 and OP1S-cpC229 expression plasmid (SEQ ID NO: 42) ~ 44) was created. FIG. 24 shows the procedure for preparing the OP1S-cpC157 gene, OP1S-cpC173 gene, and OP1S-cpC229 gene. In FIG. 24, “→” represents a part of the vector gene, “MT” represents the membrane-bound gene sequence, “FLAG” represents the gene sequence of the FLAG tag, “E1” represents the ScaI cleavage site, "E2" indicates the Eco47III cleavage site, "1-82-E 1-83-140-E 2-141-604" indicates the gene sequence of the variant protein of the ligand binding part of IP 3 receptor, "Hx 6" indicates 6 Shows the gene sequence of a tag peptide consisting of consecutive histidine (His; H) residues, and “cpSECFP157”, “cpSECFP173” and “cpSECFP229” are circular permutations of ECFP, respectively, fluorescent proteins cpSECFP157, cpSECFP173, and cpSECFP229 The gene sequence of “1-82-cpSECF” P157-83-140-E2-141-604 "," 1-82-cpSECFP 173-83-140-E2-141-604 ", and" 1- 82-cpSECFP 229-83-140-E2-141-604 "are each shows a gene sequence inserted fluorescent protein cpSECFP157, cpSECFP173, and cpSECFP229 the IP 3 into a modified protein of the ligand binding portion of the receptor is a circular permutation of ECFP.

(2)蛍光IPセンサーOP1S−cpC157,OP1S−cpC173、およびOP1S−cpC229発現サポニン穿孔細胞の作成および蛍光イメージング法による解析
続いて、実施例1(4)[4−1]と同様の手法に基づき、蛍光IPセンサーOP1S−cpC157、蛍光IPセンサーOP1S−cpC173、および蛍光IPセンサーOP1S−cpC229のそれぞれの発現プラスミドを細胞内に導入することにより蛍光IPセンサーOP1S−cpC157,OP1S−cpC173、およびOP1S−cpC229がそれぞれ発現した細胞を作成した後、実施例1(4)[4−2]と同様の手法に基づき、蛍光IPセンサーOP1S−cpC157,OP1S−cpC173、およびOP1S−cpC229がそれぞれ発現した細胞からそれぞれのサポニン穿孔細胞を得た。終濃度が100nMとなるように蛍光競合物質F−ADAを作用させた他は、実施例1(4)[4−3]と同様の手法に基づいて、それぞれ蛍光競合物質F−ADAを作用させた蛍光IPセンサーOP1S−cpC157,OP1S−cpC173、およびOP1S−cpC229発現サポニン穿孔細胞における480nmの蛍光および535nmの蛍光の蛍光強度、ならびに480nm/535nm蛍光比を算出した。その結果を図25に示す。
(2) Preparation of fluorescent IP 3 sensors OP1S-cpC157, OP1S-cpC173, and OP1S-cpC229-expressing saponin-perforated cells and analysis by fluorescence imaging method Subsequently, in the same manner as in Example 1 (4) [4-1] The fluorescent IP 3 sensor OP 1 S-cpC 157, the fluorescent IP 3 sensor OP 1 S-cp C 173, and the fluorescent IP 3 sensor OP 1 S-cp C 229 are introduced into cells to express the fluorescent IP 3 sensor OP 1 S-cp C 157, OP 1 S-cp C 173. And OP1S-cpC229 were respectively expressed, and then the fluorescent IP 3 sensor OP1S-cpC157, OP1S-cpC173, and OP1S-cpC were prepared based on the same method as in Example 1 (4) [4-2]. Each saponin perforated cell was obtained from each cell in which 229 was expressed. Except that the fluorescent competitor F-ADA was allowed to act so that the final concentration would be 100 nM, the fluorescent competitor F-ADA was allowed to act on the same method as in Example 1 (4) [4-3]. The fluorescence intensities of 480 nm fluorescence and 535 nm fluorescence in the fluorescent IP 3 sensors OP1S-cpC157, OP1S-cpC173, and OP1S-cpC229-expressing saponin-perforated cells were calculated, as well as the 480 nm / 535 nm fluorescence ratio. The result is shown in FIG.

図25に示すように、これら蛍光IPセンサーOP1S−cpC157,OP1S−cpC173、およびOP1S−cpC229が機能することが確認された。このことから、蛍光タンパク質をIP受容体のリガンド結合部の内部に挿入することが可能であることが示された。なお、ラット1型IP受容体のリガンド結合部の場合は、ループを形成しているN末端側の1〜13番,23〜24番,30〜36番,40〜51番,61〜66番,76〜86番,109〜119番,126〜129番,140〜146番,153〜156番,160番,166〜180番,187〜192番,200〜206番,212〜216番,225番,229〜238番,245〜248番,257〜259番,266〜277番,281番,287〜301番,308〜312番,319〜352番,359〜363番,366番,373〜386番,393〜396番,406〜414番,422〜430番,435〜436番,463〜466番,485〜503番,513〜514番,524〜551番,564〜567番,573〜579番のアミノ酸において、蛍光タンパク質を挿入できることが示唆される(Bosanac et al.,Nature,420:696−700,2002;Bosanac et al.,Mol.Cell,17:193−203,2005;およびTanimura et al.,J.Biol.Chem.271:30904−30908,1996)。 As shown in FIG. 25, it was confirmed that these fluorescent IP 3 sensors OP1S-cpC157, OP1S-cpC173, and OP1S-cpC229 function. This indicates that the fluorescent protein can be inserted into the ligand binding site of the IP 3 receptor. In addition, in the case of the ligand binding part of rat type 1 IP 3 receptor, 1 to 13, 23 to 24, 30 to 36, 40 to 51, 61 to 66 on the N terminal side forming a loop. No. 76 to 86, 109 to 119, 126 to 129, 140 to 146, 153 to 156, 160, 166 to 180, 187 to 192, 200 to 206, 212 to 216, 225, 229-238, 245-248, 257-259, 266-277, 281, 287-301, 308-312, 319-352, 359-363, 366, 373 ~ 386, 393-396, 406-414, 422-430, 435-436, 463-466, 485-503, 513-514, 524-551, 564-5 It is suggested that a fluorescent protein can be inserted at amino acids 67, 573-579 (Bosanac et al., Nature, 420: 696-700, 2002; Bosanac et al., Mol. Cell, 17: 193-203). 2005; and Tanimura et al., J. Biol. Chem. 271: 30904-30908, 1996).

<実施例8>蛍光物質および抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して対象とする抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分と特異的に結合ないし解離しかつ蛍光修飾された物質を備えた被検物質測定FRET分子センサーの構築、および競合的蛍光抗原アッセイ(Competitive Fluorescence Antigen Assay:CFAA)の構築
蛍光物質および抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して対象とする抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分と特異的に結合ないし解離しかつ蛍光修飾された物質を備えた被検物質測定FRET分子センサーを構築して、競合的蛍光抗原アッセイ(Competitive Fluorescence Antigen Assay:CFAA)の構築を試みた。
<Example 8> A fluorescent test substance sensor having a fluorescent substance and a paratope-containing polypeptide part of an antibody, and specifically binding to or dissociating from a paratope-containing polypeptide part of the target antibody in competition with the test substance; Construction of analyte-measuring FRET molecular sensor with fluorescently modified substance and construction of competitive fluorescent antigen assay (CFAA) Fluorescent substance and paratope-containing polypeptide moiety of antibody Competing by constructing a sensor and a test substance measurement FRET molecular sensor comprising a substance that specifically binds or dissociates with a paratope-containing polypeptide portion of the target antibody in competition with the test substance and is fluorescently modified Fluorescent antigen assay (Compe An attempt was made to construct a Titive Fluorescence Antigen Assay (CFAA).

(1)FITCによりCT2−18を蛍光修飾して得られる蛍光ペプチドF−CT2−18の作成
ヒトIP受容体のパラログであるヒト2型IP受容体(ヒトIP3R2)のC末端、2685〜3001番の18アミノ酸CGFLGSNTPHVNHHMPPHで構成されるペプチドであるCT2−18(配列番号45)をFITCにより蛍光修飾して得られる蛍光ペプチド(F−CT2−18)は、CT2−18と競合し、かつCT2−18を抗原として作成した抗体(ABsII)のパラトープ含有ポリペプチド部分と特異的に結合する蛍光競合物質である。抗体の作成に使用した抗原ペプチドCT2−18およびCT2−18のN末端にFITCによりラベルした蛍光ペプチドF−CT2−18を、United Biosystems Inc.のDr.CabinJohn,MD(USA)に依頼することにより合成した。
(1) C-terminus of human type 2 IP 3 receptor CT2-18 paralogs of creating human IP 3 receptor fluorescent peptide F-CT2-18 obtained by fluorescence-modified by FITC (human IP3R2), 2685~ A fluorescent peptide (F-CT2-18) obtained by fluorescently modifying CT2-18 (SEQ ID NO: 45), which is a peptide consisting of 18 amino acids CGFLGSNTPV NHHMPPH of No. 3001, with FITC, competes with CT2-18, and CT2 It is a fluorescent competitor specifically binding to the paratope-containing polypeptide portion of an antibody (ABsII) prepared using -18 as an antigen. The fluorescent peptide F-CT2-18 labeled with FITC at the N-terminus of the antigen peptide CT2-18 and CT2-18 used for preparation of the antibody was purchased from United Biosystems Inc. Dr. It was synthesized by asking CabinJohn, MD (USA).

(2)蛍光物質でラベルした抗体ABsII結合アガロースビーズの作成
既報(Tanimura et al.,J.Biol.Chem.,275:27488−27493,2000)に記載されているCT2−18を抗原として作成した抗体ABsIIに対し、200μMのDACMを30分間作用させることにより、蛍光物質DACMでラベルしたABsIIを有する蛍光ABsII−CT2−18センサーを作成した。具体的には、約10μgのABsIIおよび0.05%のウシ血清アルブミンを含むリン酸緩衝液(pH7.4)1000μLに10μMのDACMを加え、4℃で2時間静置した後、10μLのProtein Gアガロースビーズを加え、さらに4℃で2時間静置することによりアガロースビーズに蛍光ABsII−CT2−18センサーを結合させた後、リン酸緩衝液で洗浄した。蛍光ABsII−CT2−18センサーを結合させたアガロースビーズを100μLのリン酸緩衝液に分散し、AからDのチューブに20μLずつ分注した。Aのチューブにはリン酸緩衝液を、Bのチューブには1μMの蛍光競合物質F−CT2−18を、Cのチューブには1μMの蛍光競合物質F−CT2−18および1μMの被検物質CT2−18を、Dのチューブには1μMの蛍光競合物質F−CT2−18および10μMの被検物質CT2−18を、それぞれ100μL加え、2時間静置した。
(2) Preparation of antibody ABsII-binding agarose beads labeled with fluorescent substance CT2-18 described in a previous report (Tanimura et al., J. Biol. Chem., 275: 27488-27493, 2000) was prepared as an antigen. By acting 200 μM DACM for 30 minutes on antibody ABsII, a fluorescent ABsII-CT2-18 sensor having ABsII labeled with fluorescent substance DACM was produced. Specifically, 10 μM DACM was added to 1000 μL of a phosphate buffer (pH 7.4) containing about 10 μg of ABsII and 0.05% bovine serum albumin, and the mixture was allowed to stand at 4 ° C. for 2 hours, and then 10 μL of Protein. G agarose beads were added, and the fluorescent ABsII-CT2-18 sensor was bound to the agarose beads by further standing at 4 ° C. for 2 hours, followed by washing with phosphate buffer. The agarose beads coupled with the fluorescent ABsII-CT2-18 sensor were dispersed in 100 μL of phosphate buffer, and aliquoted into 20 μL aliquots of tubes A to D. A tube contains phosphate buffer, B tube contains 1 μM fluorescence competitor F-CT2-18, C tube contains 1 μM fluorescence competitor F-CT2-18 and 1 μM analyte CT2 100 μL each of 1 μM of the fluorescence competitor F-CT2-18 and 10 μM of the test substance CT2-18 were added to the tube of D-18, and allowed to stand for 2 hours.

(3)蛍光イメージング法による解析
これらのアガロースビーズ結合蛍光ABsII−CT2−18センサーおよび蛍光競合物質F−CT2−18の作用による蛍光を、実施例1(3)[3−2]のイメージングシステム(浜松ホトニクス社)を用いて測定して、480nm/535nm蛍光比を算出した。その結果を図26に示す。図26Aはアガロースビーズ結合蛍光ABsII−CT2−18センサーをリン酸緩衝液で洗浄後に蛍光測定を行った結果であり、図26Bはアガロースビーズ結合蛍光ABsII−CT2−18センサーを洗浄せずに蛍光測定を行った結果である。
(3) Analysis by Fluorescence Imaging Method Fluorescence due to the action of these agarose bead-bound fluorescence ABsII-CT2-18 sensor and fluorescence competitor F-CT2-18 was measured using the imaging system of Example 1 (3) [3-2] ( A fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm was calculated using Hamamatsu Photonics Co., Ltd.). The result is shown in FIG. FIG. 26A shows the result of fluorescence measurement after washing the agarose bead-bound fluorescent ABsII-CT2-18 sensor with a phosphate buffer, and FIG. 26B shows the fluorescence measurement without washing the agarose bead-bound fluorescent ABsII-CT2-18 sensor. It is the result of having performed.

図26Aに示すように、蛍光ABsII−CT2−18センサーにおけるDACMおよび蛍光競合物質F−CT2−18のFRETにより、480nm/535nm蛍光比が85%低下した。このFRETによる蛍光変化はCT2−18の濃度に依存して回復し、蛍光競合物質F−CT2−18の10倍量に該当する被検物質CT2−18の添加により蛍光比が5倍に増大した。また、図26Bに示すように、アガロースビーズ結合蛍光ABsII−CT2−18センサーを洗浄せずに同様の蛍光測定を行った場合、溶液中の蛍光の影響を受けるため、蛍光ABsII−CT2−18センサーにおけるDACMおよび蛍光競合物質F−CT2−18の蛍光変化は若干小さくなるものの、被検物質CT2−18の添加による480nm/535nm蛍光比の回復を十分に確認することができた。   As shown in FIG. 26A, the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm decreased by 85% by FRET of DACM and the fluorescent competitor F-CT2-18 in the fluorescent ABsII-CT2-18 sensor. This fluorescence change due to FRET was recovered depending on the concentration of CT2-18, and the fluorescence ratio increased 5 times by adding the test substance CT2-18 corresponding to 10 times the amount of the fluorescence competitor F-CT2-18. . In addition, as shown in FIG. 26B, when the same fluorescence measurement is performed without washing the agarose bead-bound fluorescence ABsII-CT2-18 sensor, the fluorescence ABsII-CT2-18 sensor is affected by the fluorescence in the solution. Although the change in fluorescence of DACM and the fluorescence competitor F-CT2-18 was slightly reduced, the recovery of the fluorescence ratio of 480 nm / 535 nm by addition of the test substance CT2-18 could be sufficiently confirmed.

以上の結果から、蛍光物質および抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して対象とする抗体のパラトープ含有ポリペプチド部分と特異的に結合ないし解離しかつ蛍光修飾された物質を備えた被検物質測定FRET分子センサーを構築して、競合的蛍光抗原アッセイ(Competitive Fluorescence Antigen Assay:CFAA)を構築することができることが示された。   From the above results, a fluorescent test substance sensor having a fluorescent substance and a paratope-containing polypeptide part of the antibody, and a specific binding or dissociation with the paratope containing polypeptide part of the target antibody in competition with the test substance It has been shown that an analyte-measuring FRET molecular sensor with fluorescently modified material can be constructed to construct a competitive fluorescent antigen assay (CFAA).

<実施例9>蛍光物質でラベルしたニコチン性アセチルコリン受容体およびFITCによりラベルしたニコチン性アセチルコリンの組み合わせからなるFRET分子センサーの検討
細胞膜表面のニコチン性アセチルコリン受容体を蛍光物質でラベルし、FITCによりラベルしたニコチン性アセチルコリンである蛍光競合物質を用いることにより、生体内のアセチルコリン濃度を測定することができる。
<Example 9> Examination of FRET molecular sensor comprising a combination of nicotinic acetylcholine receptor labeled with a fluorescent substance and nicotinic acetylcholine labeled with FITC. A nicotinic acetylcholine receptor on the cell membrane surface is labeled with a fluorescent substance and labeled with FITC. By using a fluorescent competitor that is nicotinic acetylcholine, the in vivo acetylcholine concentration can be measured.

<実施例10>抗c−Myc抗体を用いた固相化FRET分子センサー
(1)蛍光被験物質センサーの作製
Protein Gビーズ(SANTA CRUS社製 protein G agalose)溶液100μLに、抗cMycモノクローナル抗体(1mg/mL)25μLを加え、4℃で2時間インキュベートして、ビーズに抗体を結合させた。リン酸緩衝液(PBS)で抗体ビーズを洗浄後、400μLの抗体ビーズ溶液に対して8μLの10mM DACMを加えて4℃で30分間インキュベートした(最終濃度200μM)。その後、50μMのシステインを加えて反応を停止して、DACMでラベルされた抗c−Myc抗体がビーズに固相化された蛍光被験物質センサーを作製した。
<Example 10> Solid-phased FRET molecular sensor using anti-c-Myc antibody (1) Preparation of fluorescent test substance sensor Anti-cMyc monoclonal antibody (1 mg) was added to 100 μL of protein G beads (protein G agarose) manufactured by SANTA CRUS. Antibody was added to the beads by adding 25 μL / mL) and incubating at 4 ° C. for 2 hours. After washing the antibody beads with a phosphate buffer (PBS), 8 μL of 10 mM DACM was added to 400 μL of the antibody bead solution and incubated at 4 ° C. for 30 minutes (final concentration 200 μM). Thereafter, 50 μM cysteine was added to stop the reaction, and a fluorescent test substance sensor in which an anti-c-Myc antibody labeled with DACM was immobilized on beads was prepared.

(2)FITCでラベルされたc−Mycペプチドの作製
2mMのc−Mycペプチド(アミノ酸配列:EQKLISEEDL、配列番号46)溶液100μL(240μg)にFITCラベル試薬(Dojindo社製 Fluorescein Labeling Kit−NH)5μLを加え、4℃、10分間のインキュベーションによりペプチドをFITCラベルした。その後、10%ウシ血清アルブミン(BSA)を5μL(500μg)加え、20分間のインキュベーションによって、余剰のラベル試薬をBSAと反応させた。その後、限外濾過によって分子量<50Kdの蛍光ペプチド(FITC−cMyc)を回収することで、蛍光競合物質を作製した。
(2) Preparation of FITC-labeled c-Myc peptide 2 μm c-Myc peptide (amino acid sequence: EQKLISEEDL, SEQ ID NO: 46) solution in 100 μL (240 μg) FITC labeling reagent (Fluorescein Labeling Kit-NH manufactured by Dojindo) 5 μL The peptide was labeled with FITC by incubation at 4 ° C. for 10 minutes. Thereafter, 5 μL (500 μg) of 10% bovine serum albumin (BSA) was added, and the excess labeling reagent was reacted with BSA by incubation for 20 minutes. Thereafter, a fluorescent competitor was produced by recovering a fluorescent peptide (FITC-cMyc) having a molecular weight of <50 Kd by ultrafiltration.

(3)非固相化蛍光被験物質センサーの作製
25μgの抗cMycモノクローナル抗体を含むPBS 400μLに対して8μLの10mM DACMを加えて4℃で30分間インキュベートした。その後、50μMのシステインで反応を停止して、限外濾過によって分子量<50Kdの画分を除去し、DACMでラベルされた抗c−Myc抗体である蛍光被験物質センサーを作製した。
(3) Preparation of non-immobilized fluorescent test substance sensor 8 μL of 10 mM DACM was added to 400 μL of PBS containing 25 μg of anti-cMyc monoclonal antibody, and incubated at 4 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the reaction was stopped with 50 μM of cysteine, the fraction with a molecular weight of <50 Kd was removed by ultrafiltration, and a fluorescent test substance sensor which is an anti-c-Myc antibody labeled with DACM was prepared.

(4)蛍光イメージング法による解析
0.01%BSAを含むPBSに(1)及び(3)で作製した蛍光被験物質センサーをそれぞれ加え、(2)で作製した蛍光競合物質20μMを、または蛍光競合物質20μMと被験物質(FITCでラベルされていないc−Mycペプチド)400μMとを加え、2時間反応させた。それぞれの反応溶液5μLをカバーガラスに滴下し、×20の対物レンズを装着した蛍光イメージング・システム(実施例1、(4)、[4−3]参照)を用いて、425nmの励起による、480nmと535nmの蛍光イメージを記録し、その蛍光比(480nm/535nm)を測定した。その結果を図27に示す。左のグラフが固相化された蛍光被験物質センサーを用いたときの、右のグラフが固相化されていない蛍光被験物質センサーを用いたときの蛍光比である。
(4) Analysis by fluorescence imaging method The fluorescent test substance sensors produced in (1) and (3) were added to PBS containing 0.01% BSA, respectively, and 20 μM of the fluorescent competitor produced in (2) or fluorescence competition 20 μM of the substance and 400 μM of the test substance (c-Myc peptide not labeled with FITC) were added and reacted for 2 hours. Using a fluorescence imaging system (see Example 1, (4) and [4-3]) in which 5 μL of each reaction solution was dropped onto a cover glass and equipped with a × 20 objective lens, 480 nm by excitation at 425 nm And 535 nm fluorescence images were recorded, and the fluorescence ratio (480 nm / 535 nm) was measured. The result is shown in FIG. The graph on the left is the fluorescence ratio when using the fluorescent test substance sensor on which the solid phase is used, and the graph on the right is the fluorescence ratio when using the fluorescent test substance sensor on which the solid phase is not used.

図27に示すように、DACMからFITCへのFRETによる480nm/535nmの蛍光比は、被験物質の存在により上昇した。特に、固相化された蛍光被験物質センサーを備えるFRET分子センサーの方が明確に上昇する、すなわち感度が優れることが確認された。   As shown in FIG. 27, the fluorescence ratio at 480 nm / 535 nm by FRET from DACM to FITC was increased due to the presence of the test substance. In particular, it was confirmed that the FRET molecular sensor provided with the immobilized fluorescent test substance sensor is clearly elevated, that is, the sensitivity is excellent.

<実施例11>抗DYK抗体を用いたFRET分子センサー
(1)蛍光被験物質センサーの作製
実施例10の(1)と同様にして、DACMでラベルされた抗DYK抗体がビーズに固相化された蛍光被験物質センサーを作製した。
<Example 11> FRET molecular sensor using anti-DYK antibody (1) Preparation of fluorescent test substance sensor In the same manner as in (1) of Example 10, an anti-DYK antibody labeled with DACM was immobilized on beads. A fluorescent test substance sensor was produced.

(2)FITCでラベルされたDYKペプチドの作製
United Peptide社に依頼して、FITCでラベルされたDYKペプチド(アミノ酸配列:GDYKDDDDKCCPGCCGGGGGGGGGHHHHHH、配列番号47、FT1と表す)を蛍光競合物質として作製した。また被験物質として蛍光ラベルされていないDYKペプチド(FT2)を作製した。
(2) Preparation of FITC-labeled DYK peptide: Requested to United Peptide, Inc., FITC-labeled DYK peptide (amino acid sequence: GDYKDDDDKCCPGCCGGGGGGGGHHHHH, represented as SEQ ID NO: 47, FT1) was prepared as a fluorescence competitor. In addition, a DYK peptide (FT2) that was not fluorescently labeled was prepared as a test substance.

(3)蛍光イメージング法による解析
実施例10の(4)と同様にして、DACMでラベルされた抗DYK抗体がビーズに固相化された蛍光被験物質センサーと蛍光競合物質であるFT1 0.4μM、またはFT1 0.4μMと被験物質4.0μMとを反応させ、蛍光イメージング・システムを用いて蛍光比(480nm/535nm)を測定した。その結果を図28に示す。
(3) Analysis by fluorescence imaging method In the same manner as (4) in Example 10, a fluorescent test substance sensor in which DACM-labeled anti-DYK antibody was immobilized on beads and FT1 0.4 μM as a fluorescence competitor Alternatively, FT1 0.4 μM and test substance 4.0 μM were reacted, and the fluorescence ratio (480 nm / 535 nm) was measured using a fluorescence imaging system. The results are shown in FIG.

図28に示すように、DACMからFITCへのFRETによる480nm/535nmの蛍光比は、被験物質の存在により上昇した。   As shown in FIG. 28, the fluorescence ratio at 480 nm / 535 nm by FRET from DACM to FITC was increased due to the presence of the test substance.

実施例10及び実施例11の結果から、特異抗体を被験物質結合部とする固相化された蛍光被験物質センサーおよび蛍光競合物質を備えたFRET分子センサーは、その抗体の特異的抗原の検出に利用することができることが確認された。   From the results of Example 10 and Example 11, the solid-stated fluorescent test substance sensor using the specific antibody as the test substance binding site and the FRET molecular sensor equipped with the fluorescent competitor substance can detect the specific antigen of the antibody. It was confirmed that it could be used.

<実施例12>ヒスチジンタグ付タンパク質検出用FRET分子センサー
(1)蛍光被験物質センサーの作製
Protein Gビーズ(SANTA CRUS社製 protein G agalose)溶液100μLに、抗タイプ2 IP受容体抗体(ABsII)を加え4℃で2時間インキュベートし、抗体ビーズを作成した。リン酸緩衝液(PBS)で抗体ビーズを洗浄後、400μLの抗体ビーズ溶液に対して8μLの10mM DACMを加えて(最終濃度200μM)4℃で30分間インキュベートした。その後、50μMのシステインで反応を停止させた。さらに、8μLの10mMのIsothiocyanobenzyl−NTA(Dojindo社製)(最終濃度200μM)を加えて4℃で30分間インキュベートした。その後、50μMのシステインで反応を停止させ、さらに10mMのNiClを加えて30分間インキュベーションすることで、DACMで標識され、Ni−NTA錯体を有する蛍光被験物質センサーを作製した。
<Example 12> Preparation of FRET molecular sensor for protein detection with histidine tag (1) Preparation of fluorescent test substance sensor Anti-type 2 IP 3 receptor antibody (ABsII) in 100 μL solution of protein G beads (protein G agarose from SANTA CRUS) Was added and incubated at 4 ° C. for 2 hours to prepare antibody beads. After washing the antibody beads with phosphate buffer (PBS), 8 μL of 10 mM DACM was added to 400 μL of antibody bead solution (final concentration 200 μM) and incubated at 4 ° C. for 30 minutes. The reaction was then stopped with 50 μM cysteine. Furthermore, 8 μL of 10 mM Isothiocyanobenzyl-NTA (manufactured by Dojindo) (final concentration 200 μM) was added and incubated at 4 ° C. for 30 minutes. Then, the reaction was stopped with 50 μM of cysteine, and 10 mM of NiCl 2 was further added and incubated for 30 minutes to prepare a fluorescent test substance sensor labeled with DACM and having a Ni-NTA complex.

(2)蛍光イメージング法による解析
実施例10の(4)と同様にして、0.01%BSAを含むPBSに(1)で作製した蛍光被験物質センサーを加え、実施例11の(2)で作製したFT1 100μM、又はFT1 100μMと被験物質(FT1と競合するペプチド)であるFT2 100μMとを反応させ、蛍光イメージング・システム(対物レンズの倍率は×10)を用いて蛍光比(480nm/535nm)を測定した。その結果を図29に示す。
(2) Analysis by fluorescence imaging method In the same manner as in (4) of Example 10, the fluorescent test substance sensor prepared in (1) was added to PBS containing 0.01% BSA. The prepared FT1 100 μM, or FT1 100 μM and FT2 100 μM, which is a test substance (a peptide that competes with FT1), are reacted, and the fluorescence ratio (480 nm / 535 nm) using a fluorescence imaging system (the magnification of the objective lens is × 10). Was measured. The result is shown in FIG.

図29に示すように、DACMからFITCへのFRETによる480nm/535nmの蛍光比は、被験物質であるFT2の存在により上昇した。FT1及びFT2は、いずれもヒスチジンタグを有するペプチドであってNi−NTA錯体と結合する一方、ABsIIとは結合しない。このことから、上記の蛍光比の上昇は、FT1及びFT2と蛍光被験物質センサーに含まれるNi−NTA錯体との結合によるものであり、このことはかかる蛍光被験物質センサー及びヒスチジンタグを有するペプチドである蛍光競合物質を備えたFRET分子センサーが、ヒスチジンタグを有するペプチドの検出、定量さらには分離精製にも利用可能であることを意味する。   As shown in FIG. 29, the fluorescence ratio at 480 nm / 535 nm by FRET from DACM to FITC was increased due to the presence of the test substance FT2. Both FT1 and FT2 are peptides having a histidine tag and bind to the Ni-NTA complex, but not to ABsII. From this, the above-mentioned increase in the fluorescence ratio is due to the binding of FT1 and FT2 to the Ni-NTA complex contained in the fluorescent test substance sensor, which means that such a fluorescent test substance sensor and the peptide having a histidine tag It means that FRET molecular sensor equipped with a certain fluorescent competitor can be used for detection, quantification and separation / purification of a peptide having a histidine tag.

<実施例13>抗体分子検出用FRET分子センサー
(1)DACMでラベルされたビーズの作製
Protein Gビーズ(SANTA CRUS社製 protein G agalose)溶液400μLに対して8μLの10mM DACMを加えて(最終濃度200μM)4℃で30分間インキュベートした。その後、50μMのシステインを加えて反応を停止して、DACMでラベルされたProtein Gビーズ(DACM−PG)を蛍光被験物質センサーとして作製した。
<Example 13> FRET molecular sensor for antibody molecule detection (1) Preparation of DACM-labeled beads 8 μL of 10 mM DACM was added to 400 μL of Protein G beads (Stained Crus protein protein g agarose) solution (final concentration) (200 μM) Incubated at 4 ° C. for 30 minutes. Thereafter, 50 μM cysteine was added to stop the reaction, and Protein G beads (DACM-PG) labeled with DACM were produced as a fluorescent test substance sensor.

(2)FITCでラベルされた抗タイプ2 IP受容体抗体(ABsII)の作製
100μgの抗タイプ2 IP受容体抗体(ABsII)を含むPBS溶液にFITCラベル試薬(Dojindo社製 Fluorescein Labeling Kit−NH)5μLを加え、4℃、10分間のインキュベーションによりABsIIをFITCラベルした。その後、限外濾過によって分子量<50Kdの画分を除去し、FITCでラベルされたABsII(FITC−ABsII)を回収することで、蛍光競合物質を作製した。
(3)蛍光イメージング法による解析
0.01%BSAを含むPBSに(1)で作製した蛍光被験物質センサーを加え、(2)で作製した蛍光競合物質0.1μg/mLを、または蛍光競合物質0.1μg/mLと被験物質(FITCでラベルされていないABsII)0.1μg/mLまたは1.0μg/mLとを加え、2時間反応させた。それぞれの反応溶液5μLをカバーガラスに滴下し、×10の対物レンズを装着した蛍光イメージング・システム(実施例1、(4)、[4−3]参照)を用いて、425nmの励起による、480nmと535nmの蛍光イメージを記録し、その蛍光比(480nm/535nm)を測定した。その結果を図30に示す。
(2) FITC -labelled anti Type 2 IP 3 receptor antibody Anti-Type 2 IP 3 receptor antibody (ABsII) FITC labeled reagent PBS solution containing Preparation 100μg of (ABsII) (Dojindo Inc. Fluorescein Labeling Kit- NH) 5 μL was added, and ABsII was FITC labeled by incubation at 4 ° C. for 10 minutes. Thereafter, a fraction having a molecular weight of <50 Kd was removed by ultrafiltration, and FIs-labeled ABsII (FITC-ABsII) was collected to produce a fluorescence competitor.
(3) Analysis by fluorescence imaging method The fluorescent test substance sensor prepared in (1) is added to PBS containing 0.01% BSA, and the fluorescent competitor 0.1 μg / mL prepared in (2) or the fluorescence competitor 0.1 μg / mL and 0.1 μg / mL or 1.0 μg / mL of a test substance (ABsII not labeled with FITC) were added and allowed to react for 2 hours. Using a fluorescence imaging system (see Example 1, (4) and [4-3]) in which 5 μL of each reaction solution was dropped onto a cover glass and equipped with a × 10 objective lens, 480 nm by excitation at 425 nm And 535 nm fluorescence images were recorded, and the fluorescence ratio (480 nm / 535 nm) was measured. The result is shown in FIG.

図30に示すように、DACMからFITCへのFRETによる480nm/535nmの蛍光比は、被験物質の量に依存して上昇した。このことから、DACMでラベルされた抗体結合用ビーズである蛍光被験物質センサーおよび蛍光ラベルされた任意の抗体である蛍光競合物質を備えたFRET分子センサーは、被験試料中の抗体分子の検出を検出に利用可能であることが確認された。   As shown in FIG. 30, the fluorescence ratio at 480 nm / 535 nm by FRET from DACM to FITC increased depending on the amount of the test substance. From this, the fluorescence test substance sensor that is a bead for antibody binding labeled with DACM and the FRET molecular sensor equipped with a fluorescence competitor that is any antibody labeled with fluorescence detect the detection of the antibody molecule in the test sample It was confirmed that it was available to

Claims (5)

蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用して被検物質を測定するFRET分子センサーであって、
蛍光物質および被検物質結合部を有する蛍光被検物質センサー、ならびに被検物質と競合して前記被検物質結合部と結合ないし解離する蛍光競合物質を備え、
ここで被検物質結合部はイノシトール1,4,5三リン酸(IP )受容体のリガンド結合部であり、蛍光競合物質は9−[5−Deoxy−5−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenine(F−ADA)または(2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]methyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranoside(F−LL)であり、
かつ前記蛍光物質および前記蛍光競合物質が引き起こすFRETを利用する前記FRET分子センサー。
A FRET molecular sensor for measuring a test substance using fluorescence resonance energy transfer (FRET),
A fluorescent test substance sensor having a fluorescent substance and a test substance binding part; and a fluorescent competitor that competes with the test substance and binds to or dissociates from the test substance binding part,
Here, the test substance binding portion is a ligand binding portion of inositol 1, 4, 5 triphosphate (IP 3 ) receptor, and the fluorescence competitor is 9- [5-Deoxy-5- [N-[[1-]. [5-[[3 ′, 6′-dihydroxy-3-oxospiro (isobenfuran-1,9′-xanthen) -5-yl] amino] thioxoxyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol- 4-yl]-(3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucocopyrasyl) -2-O-phosphoryl-β-D-ribo-pentofuranosyl] adenine (F-ADA) or (2R, 3R, 4S) ) -4-O-phosphoryl-2- [N-[[1- [5-[[3 ', 6'] dihydroxy-3-oxospiro (isobenzofuran-1,9'-xanthen) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl] methyl-tetrahydrofuran-3-yl -3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucopyranoside (F-LL),
And the FRET molecular sensor utilizing FRET caused by the fluorescent substance and the fluorescent competitor.
蛍光物質が蛍光タンパク質またはタンパク質蛍光標識物質である、請求項1に記載のFRET分子センサー。   The FRET molecular sensor according to claim 1, wherein the fluorescent substance is a fluorescent protein or a protein fluorescent labeling substance. 蛍光被検物質センサーが担体に固定化されている、請求項1または2に記載のFRET分子センサー。The FRET molecular sensor according to claim 1 or 2, wherein the fluorescent test substance sensor is immobilized on a carrier. 請求項1から3のいずれか一項に記載のFRET分子センサーと対象とを接触させる工程と、
励起光を照射して生じた蛍光を測定する工程と
を有する、蛍光の強度を指標として対象中の被検物質を測定する方法。
Contacting the subject with the FRET molecular sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
A method of measuring a test substance in a subject by using the intensity of fluorescence as an index, comprising the steps of: irradiating fluorescence with excitation light;
9−[5−Deoxy−5−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]−(3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranosyl)−2−O−phosphoryl−β−D−ribo−pentofuranosyl]adenine(F−ADA)または(2R,3R,4S)−4−O−phosphoryl−2−[N−[[1−[5−[[3’,6’−dihydroxy−3−oxospiro(isobenzofuran−1,9’−xanthen)−5−yl]amino]thioxomethyl]amino]propyl]−1H−1,2,3−triazol−4−yl]methyl−tetrahydrofuran−3−yl−3,4−di−O−phosphoryl−α−D−glucopyranoside(F−LL)の、請求項1から3のいずれか一項に記載のFRET分子センサーにおける蛍光競合物質としての使用。 9- [5-Deoxy-5- [N-[[1- [5-[[3 ', 6'-dihydroxy-3-oxospiro (isobenzofuran-1,9'-xanthen) -5-yl] amino] thiooxomethyl ] Amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl]-(3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucocopyrasyl) -2-O-phosphoryl-β-D-ribo -Pentofuranosyl] adenine (F-ADA) or (2R, 3R, 4S) -4-O-phosphoryl-2- [N-[[1- [5-[[3 ', 6'-dihydroxy-3-oxospiro ( isobenzofuran-1,9'-xanthen) -5-yl] amino] thioxomethyl] amino] propyl] -1H-1,2,3-triazol-4-yl] methyl-tetrahydrofuran-3-yl-3,4-di-O-phosphoryl-α-D-glucocopyanoside (F-LL Use as a fluorescence competitor in the FRET molecular sensor according to any one of claims 1 to 3 .
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