JP6868232B2 - Screening method for collagen fusion protein and drugs using it - Google Patents
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Description
本発明は、コラーゲン融合タンパク質及びそれを用いた薬剤のスクリーニング方法、並びにコラーゲン融合タンパク質をコードする核酸を含むベクター、ベクターを含む大腸菌、及びそれらの製造方法に関する。本発明によれば、コラーゲン関連疾患の治療用又は予防用薬剤の候補物質をスクリーニングすることができる。また、本発明によれば、コラーゲン融合タンパク質、及びそれをコードする正常な核酸を有するベクターを得ることができる。 The present invention relates to a screening method for a collagen fusion protein and a drug using the collagen fusion protein, a vector containing a nucleic acid encoding the collagen fusion protein, Escherichia coli containing the vector, and a method for producing the same. According to the present invention, candidate substances for therapeutic or prophylactic agents for collagen-related diseases can be screened. Further, according to the present invention, a vector having a collagen fusion protein and a normal nucleic acid encoding the same can be obtained.
コラーゲンは、生体内のタンパク質の30%を占め、骨格支持及び細胞接着などの機能を有する重要なタンパク質であり、例えば、ヒトの身体の骨・軟骨、靭帯・腱、角膜実質、皮膚、肝臓、筋肉などの組織の主要構成成分である。コラーゲンには、コラーゲン線維を形成する線維性コラーゲンと、線維を形成しない非線維性コラーゲンが存在する。線維性コラーゲンは、コラーゲンのポリペプチド鎖が3本集まって3重らせん構造(トロポコラーゲン)を形成している。この3重らせん構造のトポコラーゲンは、自己組織化することによって、分子長の1/4ずつずれて整列し、コラーゲン原線維(コラーゲン細線維)を形成する。更に、このコラーゲン原線維が、多数集合して、コラーゲン線維(コラーゲン線維束)を形成している。更に、角膜実質や皮質骨においては、コラーゲン線維は同一方向に整列した二次元の層を形成し、更にこの層が1層ごとに直行して積層したベニヤ板様三次元層板構造を取っている。このベニヤ板様三次元層板構造を有するコラーゲンは、透明で且つ高い強度を有している。 Collagen accounts for 30% of proteins in the living body and is an important protein having functions such as skeletal support and cell adhesion. For example, bone / cartilage, ligaments / tendons, stroma, skin, liver, etc. of the human body. It is a major constituent of tissues such as muscle. Collagen includes fibrous collagen that forms collagen fibers and non-fibrous collagen that does not form fibers. In fibrous collagen, three polypeptide chains of collagen are gathered to form a triple helix structure (tropocollagen). By self-assembling, this triple-helical topocollagen is aligned with a deviation of 1/4 of the molecular length to form collagen fibrils (collagen fibrils). Furthermore, a large number of these collagen fibrils are assembled to form collagen fibers (collagen fiber bundles). Furthermore, in the stroma and cortical bone, collagen fibers form two-dimensional layers aligned in the same direction, and these layers form a veneer-like three-dimensional layered plate structure in which each layer is vertically laminated. .. Collagen having this plywood-like three-dimensional layer plate structure is transparent and has high strength.
このようなコラーゲンの分子異常を起因とする疾患として膠原病(例えば、皮膚筋炎、多発性筋炎)又は角膜の白濁などが挙げられるが、治療法が確立されていないものが多い。これは、コラーゲンの分泌過程および高次構造の形成過程が未解明であることも、1つの原因である。コラーゲンの分泌過程および高次構造の形成過程の解析を行うことが可能であれば、コラーゲンの分子異常を起因とする疾患の原因の解明、及びそれらの治療法の開発にも有効な手段として用いることができる。 Examples of diseases caused by such molecular abnormalities of collagen include collagen disease (for example, dermatomyositis and polymyositis) or cloudiness of the cornea, but many of them have no established treatment method. One reason for this is that the secretory process of collagen and the formation process of higher-order structures are unclear. If it is possible to analyze the collagen secretion process and the formation process of higher-order structures, it will be used as an effective means for elucidating the causes of diseases caused by molecular abnormalities of collagen and developing treatment methods for them. be able to.
本発明者らは、動物細胞内でのコラーゲンの動態及び動物細胞から分泌されたコラーゲンの動態を解析するために、コラーゲンを動物細胞で発現させるシステムの構築を試みた。具体的には、プロコラーゲンのC末端に蛍光タンパク質を結合させた融合タンパク質を構築した。この融合タンパク質を動物細胞に導入して、動物細胞からのプロコラーゲンおよびコラーゲンの分泌の検出を試みた。しかしながら、動物細胞からのプロコラーゲンおよびコラーゲンの分泌は検出できなかった。
従って、本発明の目的は、動物細胞からのプロコラーゲンおよびコラーゲンの分泌を検出できるシステムの構築である。
一方、本発明者らは、前記のシステムの構築に、遺伝子組換えを用いた。コラーゲンタンパク質の遺伝子操作については、例えば特許文献1に報告されている。本発明者らは、コラーゲンをコードする核酸を、ベクターに組み込み、大腸菌を用いて発現ベクターなどの構築を試みた。しかしながら、本発明者らは、通常タンパク質の発現に用いられているベクターを用い、大腸菌で形質転換を行った場合、コラーゲンタンパク質をコードする遺伝子に欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害が生じることに気がついた。すなわち、本発明者らは、目的のコラーゲン遺伝子を含む発現ベクターを得ることができなかった。この遺伝子の欠失挿入、制限酵素での切断の阻害は、特定の位置で発生するものではなく、コラーゲン遺伝子のランダムな位置で発生した。例えば、相同組換えにより、遺伝子の特定の位置に欠失が起きることは知られている。しかしながら、ベクターの構築において、不特定の位置で欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害が生じることは、本発明者の知る限りにおいて、知られておらず、非常に珍しい現象であると思われる。
従って、本発明のもう1つの目的は、コラーゲンタンパク質をコードする欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害のない核酸を有するベクターを提供することである。In order to analyze the dynamics of collagen in animal cells and the dynamics of collagen secreted from animal cells, the present inventors attempted to construct a system for expressing collagen in animal cells. Specifically, a fusion protein in which a fluorescent protein was bound to the C-terminal of procollagen was constructed. This fusion protein was introduced into animal cells to attempt to detect procollagen and collagen secretion from animal cells. However, procollagen and collagen secretion from animal cells could not be detected.
Therefore, an object of the present invention is to construct a system capable of detecting procollagen and collagen secretion from animal cells.
On the other hand, the present inventors used genetic recombination to construct the above system. Genetic engineering of collagen proteins is reported in, for example,
Therefore, another object of the present invention is to provide a vector having a nucleic acid that does not inhibit the deletion, insertion, or restriction enzyme cleavage encoding a collagen protein.
本発明者らは、動物細胞からのプロコラーゲンの分泌を検出できるシステムについて、鋭意研究した結果、驚くべきことに、プロコラーゲンタンパク質のN末端のNプロプロテイン、コラーゲンタンパク質、又はC末端のC−プロプロテインに蛍光タンパク質を結合又は挿入することにより、動物細胞からのプロコラーゲンおよびコラーゲンタンパク質の分泌を検出できるシステムを構築できることを見出した。そして、コラーゲンタンパク質に蛍光タンパク質又は発光タンパク質が挿入された融合タンパク質を発現したコラーゲン関連疾患の細胞を用いて、コラーゲン関連疾患の治療又は予防用薬剤のスクリーニングが可能であることを見出した。
また、本発明者らは、コラーゲンタンパク質をコードする欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害のない核酸を有するベクターについて、鋭意研究した結果、驚くべきことに、特定の遺伝子変異を有する大腸菌を、コラーゲン遺伝子を含むベクターの宿主として用いることにより、コラーゲンタンパク質をコードする遺伝子に欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害が生じないことを見出した。
本発明は、こうした知見に基づくものである。
従って、本発明は、
[1]Gly−Xaa−Yaa(式中、Glyはグリシンであり、そしてXaa及びYaaは任意のアミノ酸である)の繰り返しアミノ酸配列を有するプレプロコラーゲンタンパク質、プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、若しくはそれらの変異体、又はそれらの断片である、コラーゲン関連タンパク質と、蛍光タンパク質又は発光タンパク質との融合タンパク質、
[2]前記蛍光タンパク質又は発光タンパク質が、プロコラーゲンタンパク質のN末端のN−プロプロテイン、コラーゲンタンパク質、又はC末端のC−プロプロテインに結合又は挿入されている、[1]に記載の融合タンパク質、
[3]前記蛍光タンパク質又は発光タンパク質がコラーゲンタンパク質のC末端から30アミノ酸よりN末端側に挿入されており、及び/又は蛍光タンパク質又は発光タンパク質がC−プロプロテインのN末端から30アミノ酸よりC末側に挿入されている、[1]又は[2]に記載の融合タンパク質、
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の融合タンパク質を発現したコラーゲン関連疾患細胞と、試験物質とを接触させる工程、及び融合タンパク質の動態を解析する工程、を含むコラーゲン関連疾患の治療又は予防物質のスクリーニング方法、
[5]Gly−Xaa−Yaa(式中、Glyはグリシンであり、そしてXaa及びYaaは任意のアミノ酸である)の繰り返しアミノ酸配列を有するプレプロコラーゲンタンパク質、プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、若しくはそれらの変異体、又はそれらの断片である、コラーゲン関連タンパク質、又は前記コラーゲン関連タンパク質と蛍光タンパク質又は発光タンパク質との融合タンパク質をコードする核酸、
[6][5]に記載の核酸を含むベクター、
[7][6]に記載のベクターを含む、ベクター含有宿主細胞、
[8]前記宿主細胞が、mcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、recA1、endA1、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、galE、hsdS、及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異を有する大腸菌である、請求項7に記載のベクター含有宿主細胞、
[9]前記大腸菌が、DH10B、TOP10F’、MC1061、XL1−Blue MRF’、AG1、BL21(DE3)、DB3.1、DH1、DH5α、DH5α Turbo、DH12S、DM1、E.Cloni(r)5alpha、E.Cloni(r)10G、E.Cloni(r)10GF’、ER2267、HB101、HMS174(DE3)、High−Control(tm) BL21(DE3)、High−Control(tm)10G、IJ1126、JM108、JM109、Mach1、MC1061、MFDpir、OmniMAX2、OverExpress(tm)C41(DE3)、OverExpress(tm)C43(DE3)、Rosetta(DE3)、SOLR、SS320、STBL2、STBL3、STBL4、SURE、SURE2、TG1、TOP10、XL2−Blue、XL2−BlueMRF’、及びXL10−Goldからなる群から選択される、[8]に記載のベクター含有宿主細胞、
[10][8]又は[9]に記載のベクター含有宿主細胞から得られるベクター、
[11][6]に記載のベクターをmcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、recA1、endA1、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、galE、hsdS、及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異を有する大腸菌に導入することを特徴とする、ベクター含有大腸菌の製造方法、
[12][6]に記載のベクターをmcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、recA1、endA1、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、galE、hsdS、及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異を有する大腸菌に導入する工程、及び前記ベクターを回収する工程を含むことを特徴とする、ベクターの製造方法、
[13](1)請求項6に記載のベクターを、動物細胞に導入する工程、及び(2)前記ベクターが導入された動物細胞からコラーゲンを分泌させる工程、を含む、コラーゲンの製造方法、及び
[14](1)請求項6に記載のベクターを、動物細胞に導入する工程、及び(2)前記ベクターが導入された動物細胞において蛍光又は発光を検出する工程、を含む、コラーゲンの蛍光又は発光検出方法、
に関する。As a result of diligent research on a system capable of detecting the secretion of procollagen from animal cells, the present inventors surprisingly found that the N-terminal N-proprotein, collagen protein, or C-terminal C-protein of the procollagen protein was used. It has been found that by binding or inserting a fluorescent protein into a proprotein, a system capable of detecting the secretion of procollagen and collagen protein from animal cells can be constructed. Then, they have found that it is possible to screen a drug for treating or preventing a collagen-related disease by using cells of a collagen-related disease expressing a fusion protein in which a fluorescent protein or a photoprotein is inserted into the collagen protein.
In addition, as a result of diligent research on a vector having a nucleic acid that does not inhibit deletion, insertion, or restriction with a deletion, insertion, or restriction enzyme that encodes a collagen protein, the present inventors surprisingly found that Escherichia coli having a specific gene mutation. Was used as a host for a vector containing an Escherichia coli gene, and it was found that the gene encoding the collagen protein was not deleted, inserted, or inhibited by a restriction enzyme.
The present invention is based on these findings.
Therefore, the present invention
[1] Preprocollagen protein, procollagen protein, collagen protein, or a mutation thereof having a repeating amino acid sequence of Gly-Xaa-Yaa (in the formula, Gly is glycine, and Xaa and Yaa are arbitrary amino acids). A fusion protein of a collagen-related protein and a fluorescent protein or a luminescent protein, which is a body or a fragment thereof,
[2] The fusion protein according to [1], wherein the fluorescent protein or luminescent protein is bound or inserted into the N-terminal N-proprotein, collagen protein, or C-terminal C-proprotein of the procollagen protein. ,
[3] The fluorescent protein or luminescent protein is inserted from the C-terminal of the collagen protein to the N-terminal side from 30 amino acids, and / or the fluorescent protein or luminescent protein is C-terminal from the N-terminal to 30 amino acids of the C-proprotein. The fusion protein according to [1] or [2], which is inserted on the side.
[4] Collagen-related disease including a step of contacting a collagen-related disease cell expressing the fusion protein according to any one of [1] to [3] with a test substance, and a step of analyzing the dynamics of the fusion protein. Method of screening for therapeutic or prophylactic substances,
[5] Preprocollagen protein, procollagen protein, collagen protein, or a mutation thereof having a repeating amino acid sequence of Gly-Xaa-Yaa (in the formula, Gly is glycine, and Xaa and Yaa are arbitrary amino acids). A nucleic acid encoding a collagen-related protein, which is a body or a fragment thereof, or a fusion protein of the collagen-related protein and a fluorescent protein or a luminescent protein.
[6] A vector containing the nucleic acid according to [5].
[7] A vector-containing host cell containing the vector according to [6].
[8] The host cells are mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str r ), nupG. , GalE, hsdS, and the vector-containing host cell according to claim 7, which is an Escherichia coli having a gene mutation selected from the group consisting of two or more combinations thereof.
[9] The E. coli is DH10B, TOP10F', MC1061, XL1-Blue MRF', AG1, BL21 (DE3), DB3.1, DH1, DH5α, DH5α Turbo, DH12S, DM1, E. coli. Clone (r) 5 alpha, E.I. Clone (r) 10G, E.I. Clone (r) 10GF', ER2267, HB101, HMS174 (DE3), High-Control (tm) BL21 (DE3), High-Control (tm) 10G, IJ1126, JM108, JM109, Mach1, MC1061, MFDpir, OmpressMA (Tm) C41 (DE3), OverExpress (tm) C43 (DE3), Rosetta (DE3), SOLR, SS320, STBL2, STBL3, STBL4, SURE, SURE2, TG1, TOP10, XL2-Blue, XL2-BlueMRF', and The vector-containing host cell according to [8], selected from the group consisting of XL10-Gold.
[10] A vector obtained from the vector-containing host cell according to [8] or [9].
[11] The vector according to [6] is mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str r). ), NupG, galE, hsdS, and a method for producing vector-containing Escherichia coli, which comprises introducing into Escherichia coli having a gene mutation selected from the group consisting of two or more combinations thereof.
[12] The vector according to [6] is mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str r). ), NupG, galE, hsdS, and a step of introducing into Escherichia coli having a gene mutation selected from the group consisting of two or more combinations thereof, and a step of recovering the vector. Production method,
[13] A method for producing collagen, which comprises (1) a step of introducing the vector according to claim 6 into an animal cell, and (2) a step of secreting collagen from the animal cell into which the vector has been introduced. [14] Fluorescence of collagen or including (1) a step of introducing the vector according to claim 6 into an animal cell and (2) a step of detecting fluorescence or luminescence in the animal cell into which the vector has been introduced. Luminescence detection method,
Regarding.
本発明の融合タンパク質は、動物細胞からのプロコラーゲンの分泌を検出することができる。コラーゲン関連タンパク質は三重らせん構造を形成するため、プロコラーゲンタンパク質に蛍光タンパク質を挿入するとタンパク質の構造が変化し、三重らせん構造を形成できなくなると考えられている。しかしながら、コラーゲンタンパク質及び/又はC−プロプロテインの特定の位置に蛍光タンパク質を挿入することにより、三重らせん構造を維持することが可能となり、動物細胞からのプロコラーゲンの分泌を検出できるシステムを構築できた。また、N−プロプロテインの特定の位置に蛍光タンパク質を挿入することにより、三重らせん構造を維持することが可能となり、動物細胞からのプロコラーゲンの分泌を検出できるシステムを構築できた。
更に、本発明の特定の遺伝子変異を有する大腸菌から得られるベクターによれば、コラーゲンタンパク質をコードする、欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害が生じていない遺伝子を得ることができる。また、本発明のベクター含有大腸菌によれば、コラーゲンタンパク質をコードする、欠失などの障害が生じていない遺伝子を含むベクターを得ることができる。本発明のベクター含有大腸菌の製造方法及びベクターの製造方法によれば、コラーゲンタンパク質をコードする、欠失などの障害が生じていない遺伝子を含むベクター及びそのベクターを含む大腸菌を製造することができる。
本発明によって得られたベクターを用いて、動物細胞でコラーゲンを製造することができる。また、本発明によって得られたベクターを用いることにより、コラーゲンの高次構造の形成過程を解析することが可能である。The fusion protein of the present invention can detect the secretion of procollagen from animal cells. Since collagen-related proteins form a triple helix structure, it is thought that when a fluorescent protein is inserted into a procollagen protein, the protein structure changes and the triple helix structure cannot be formed. However, by inserting the fluorescent protein at a specific position of collagen protein and / or C-proprotein, it is possible to maintain the triple helix structure and construct a system that can detect the secretion of procollagen from animal cells. It was. In addition, by inserting the fluorescent protein at a specific position of the N-proprotein, it became possible to maintain the triple helix structure, and it was possible to construct a system capable of detecting the secretion of procollagen from animal cells.
Furthermore, according to a vector obtained from Escherichia coli having a specific gene mutation of the present invention, it is possible to obtain a gene encoding a collagen protein that is not inhibited by deletion, insertion, or restriction enzyme. Further, according to the vector-containing Escherichia coli of the present invention, it is possible to obtain a vector containing a gene encoding a collagen protein and having no disorder such as deletion. According to the method for producing vector-containing Escherichia coli and the method for producing a vector of the present invention, it is possible to produce a vector containing a gene encoding a collagen protein and not causing a disorder such as deletion, and an Escherichia coli containing the vector.
Collagen can be produced in animal cells using the vector obtained by the present invention. Moreover, by using the vector obtained by the present invention, it is possible to analyze the formation process of the higher-order structure of collagen.
[1]融合タンパク質
本発明の融合タンパク質は、コラーゲン関連タンパク質と蛍光タンパク質又は発光タンパク質とが融合したタンパク質である。以下に、コラーゲン関連タンパク質について、説明する。[1] Fusion protein The fusion protein of the present invention is a protein in which a collagen-related protein is fused with a fluorescent protein or a photoprotein. The collagen-related proteins will be described below.
《コラーゲン関連タンパク質》
コラーゲン関連タンパク質は、Gly−Xaa−Yaa(式中、Glyはグリシンであり、そしてXaa及びYaaは任意のアミノ酸である)の繰り返しアミノ酸配列を有するプレプロコラーゲンタンパク質、プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、若しくはそれらの変異体、又はそれらの断片である。
前記コラーゲン関連タンパク質は、前記Gly−Xaa−Yaaの繰り返しアミノ酸配列を有する限りにおいて、特に限定されるものではないが、例えばヒトのI型〜XXVIII型コラーゲンタンパク質、そのプレプロコラーゲンタンパク質又はプロコラーゲンタンパク質、それらの変異体、又はそれらの断片を挙げることができる。プレプロコラーゲンタンパク質はコラーゲンタンパク質のN末側に、シグナルペプチド及びN−プロプロテインを有し、そしてC末側にC−プロプロテインを有している。またプロコラーゲンタンパク質は、コラーゲンタンパク質のN末側に、N−プロプロテインを有し、そしてC末側にC−プロプロテインを有している。前記Gly−Xaa−Yaaの繰り返しアミノ酸配列はコラーゲン様配列と呼ばれ、このGly−Xaa−Yaaのコラーゲン様配列を有することがコラーゲン関連タンパク質の重要な特徴である。
また、前記コラーゲン関連タンパク質の由来する生物種も限定されるものではないが、例えば、哺乳類(例えば、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、マウス、ラット、モルモット、又はサル)、鳥類(例えば、ニワトリ、ガチョウ、アヒル、又はダチョウ)、爬虫類(例えば、ワニ)、両生類(例えば、カエル)、魚類(例えば、チョウザメ、テラピア、タイ、ヒラメ、サメ、イワシ、マグロ、フグ、キンギョ、タラ、カレイ、又はコイ)、又は無脊椎動物(例えば、クラゲ)を挙げることができる。
前記コラーゲン関連タンパク質に含まれるGly−Xaa−Yaaの繰り返しアミノ酸配列の数は、2つ以上であれば特に限定されるものではないが、好ましくは10以上であり、より好ましくは20以上であり、更に好ましくは30以上であり、最も好ましくは50以上である。また、コラーゲン関連タンパク質は、前記コラーゲン様配列以外のアミノ酸配列を含むことができ、例えば、N末端又はC末端にシグナルペプチド、プロプロテイン、テロペプチドを含むことができる。《Collagen-related protein》
Collagen-related proteins are preprocollagen proteins, procollagen proteins, collagen proteins, or them, which have a repeating amino acid sequence of Gly-Xaa-Yaa (in the formula, Gly is glycine, and Xaa and Yaa are arbitrary amino acids). A variant of, or a fragment thereof.
The collagen-related protein is not particularly limited as long as it has the repeating amino acid sequence of Gly-Xaa-Yaa, but for example, human type I to XXVIII collagen proteins, preprocollagen proteins or procollagen proteins thereof, and the like. Variants thereof, or fragments thereof, can be mentioned. The preprocollagen protein has a signal peptide and N-proprotein on the N-terminal side of the collagen protein, and has a C-proprotein on the C-terminal side. Further, the procollagen protein has N-proprotein on the N-terminal side of the collagen protein and C-proprotein on the C-terminal side. The repeating amino acid sequence of Gly-Xaa-Yaa is called a collagen-like sequence, and having this Gly-Xaa-Yaa collagen-like sequence is an important feature of collagen-related proteins.
The species from which the collagen-related protein is derived is also not limited, but for example, mammals (eg, cows, pigs, ducks, goats, mice, rats, guinea pigs, or monkeys), birds (eg, chickens, etc.). Gutters, ducks, or ostriches), reptiles (eg, crocodile), amphibians (eg, frogs), fish (eg, butterfly sharks, terapias, ties, flatfish, sharks, sardines, tuna, pufferfish, goldfish, cod, curry, or carp ), Or invertebrates (eg, ostriches).
The number of repeating amino acid sequences of Gly-Xaa-Yaa contained in the collagen-related protein is not particularly limited as long as it is 2 or more, but is preferably 10 or more, more preferably 20 or more. It is more preferably 30 or more, and most preferably 50 or more. In addition, the collagen-related protein can contain an amino acid sequence other than the collagen-like sequence, and can include, for example, a signal peptide, a proprotein, and a telopeptide at the N-terminal or C-terminal.
コラーゲンタンパク質(以下、単に「コラーゲン」と称することがある)は、線維性コラーゲン及び非線維性コラーゲンに分けられ、線維性コラーゲンとしては、I型コラーゲン、II型コラーゲン、III型コラーゲン、V型コラーゲン、又はXI型コラーゲン等を挙げることができる。
例えば、I型コラーゲンは、分子量約10万のポリペプチド鎖が3本集まって「3重らせん構造(トロポコラーゲン)」を作っており、分子量は約30万である。この3重らせん構造は、長さ300nmで、直径1.5nmの1本の硬い棒のような形態をしており、トロポコラーゲンと称される。この3重らせん構造のトポコラーゲンは、自己組織化することによって、分子長の1/4ずつずれて整列し、コラーゲン原線維(コラーゲン細線維)を形成する。更に、このコラーゲン原線維が、多数集合して、コラーゲン線維(コラーゲン線維束)を形成している。更に、角膜実質や皮質骨においては、コラーゲン線維は同一方向に整列した二次元の層を形成し、更にこの層が1層ごとに直行して積層したベニヤ板様三次元層板構造を取っている。このベニヤ板様三次元層板構造を有するコラーゲンは、透明で且つ高い強度を有している。また、I型コラーゲンにおいては、Gly−Xaa−YaaのXaaはプロリン又は3−ヒドロキシプロリン、そしてYaaは4−ヒドロキシプロリン、又はヒドロキシリジンであることが多い。ヒドロキシプロリンは、通常のタンパク質に含まれておらず、コラーゲンに特有のアミノ酸であるが、ヒドロキシプロリンの水酸基と水和水との水素結合によって3重らせん構造が安定すると考えられる。Collagen protein (hereinafter, may be simply referred to as "collagen") is divided into fibrous collagen and non-fibrous collagen, and the fibrous collagen includes type I collagen, type II collagen, type III collagen, and type V collagen. , Or XI type collagen and the like.
For example, type I collagen has a "triple helix structure (tropocollagen)" in which three polypeptide chains having a molecular weight of about 100,000 are gathered to form a "triple helix structure (tropocollagen)", and the molecular weight is about 300,000. This triple helix structure has a length of 300 nm and a shape like a single hard rod having a diameter of 1.5 nm, and is called tropocollagen. By self-assembling, this triple-helical topocollagen is aligned with a deviation of 1/4 of the molecular length to form collagen fibrils (collagen fibrils). Furthermore, a large number of these collagen fibrils are assembled to form collagen fibers (collagen fiber bundles). Furthermore, in the stroma and cortical bone, collagen fibers form two-dimensional layers aligned in the same direction, and these layers form a veneer-like three-dimensional layered plate structure in which each layer is vertically laminated. .. Collagen having this plywood-like three-dimensional layer plate structure is transparent and has high strength. Further, in type I collagen, Xaa of Gly-Xaa-Yaa is often proline or 3-hydroxyproline, and Yaa is 4-hydroxyproline or hydroxylysine in many cases. Hydroxyproline is not contained in ordinary proteins and is an amino acid peculiar to collagen, but it is considered that the triple helix structure is stabilized by the hydrogen bond between the hydroxyl group of hydroxyproline and the hydrated water.
コラーゲンタンパク質は、細胞内において、限定されるものではないが、例えばN末端側にN−プロプロテイン及びC末端側にC−プロプロテインを有するプロコラーゲンタンパク質(以下、単にプロコラーゲンと称することがある)として作られる。プロコラーゲンは、特に限定されるものではないが、I型〜XXVIII型コラーゲンのプロコラーゲンを挙げることができる。 The collagen protein is not limited in cells, but is, for example, a procollagen protein having N-proprotein on the N-terminal side and C-proprotein on the C-terminal side (hereinafter, may be simply referred to as procollagen). ). The pro-collagen is not particularly limited, and examples thereof include pro-collagen of type I to type XXVIII collagen.
プレプロコラーゲンタンパク質、プロコラーゲンタンパク質又はコラーゲンタンパク質の変異体は、Gly−Xaa−Yaaの繰り返しアミノ酸配列を有する限りにおいて、特に限定されるものではない。変異体としては、例えば天然のコラーゲンタンパク質(例えば、前記I型〜XXVIII型コラーゲンタンパク質)のアミノ酸配列において、アミノ酸が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されたものを挙げることができる。前記欠失、置換、挿入、及び/又は付加されるアミノ数は、特に限定されないが、例えば100個以下であり、好ましくは50個以下であり、より好ましくは30個以下であり、更に好ましくは10個以下であり、最も好ましくは1又は数個である。例えば、I型コラーゲンは、約1000個のアミノ酸からなるが、100個を超える欠失、置換、挿入、及び/又は付加を有する場合、コラーゲンとしても機能を示さないことがあるからである。
また、別の変異体としては、天然のコラーゲンタンパク質(例えば、前記I型〜XXVIII型コラーゲンタンパク質)のアミノ酸配列に対して、80%以上の同一性を有する変異コラーゲンタンパク質を挙げることができる。アミノ酸の同一性は、好ましくは85%以上であり、より好ましくは90%以上であり、更に好ましくは95%以上であり、最も好ましくは97%以上である。アミノ酸の同一性が80%未満である場合、コラーゲンとしても機能を示さないことがあるからである。The pre-procollagen protein, pro-collagen protein or variant of collagen protein is not particularly limited as long as it has a repeating amino acid sequence of Gly-Xaa-Yaa. Examples of the mutant include those in which amino acids are deleted, substituted, inserted, and / or added in the amino acid sequence of a natural collagen protein (for example, the type I to XXVIII collagen proteins). The number of aminos deleted, substituted, inserted, and / or added is not particularly limited, but is, for example, 100 or less, preferably 50 or less, more preferably 30 or less, still more preferably. The number is 10 or less, and most preferably 1 or several. For example, type I collagen consists of about 1000 amino acids, but may not function as collagen if it has more than 100 deletions, substitutions, insertions, and / or additions.
Further, as another mutant, a mutant collagen protein having 80% or more identity with respect to the amino acid sequence of the natural collagen protein (for example, the type I to XXVIII collagen proteins) can be mentioned. The amino acid identity is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and most preferably 97% or more. This is because if the amino acid identity is less than 80%, it may not function as collagen.
プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、若しくはそれらの変異体の断片は、プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、若しくはそれらの変異体の部分ペプチドである限りにおいて、特に限定されるものではなく、I型〜XXVIII型コラーゲン、それらのプロコラーゲン、又はそれらの変異体の部分ペプチドを挙げることができる。前記断片のアミノ酸鎖長、及び切断部位なども特に限定されるものではなく、遺伝子構築の目的に応じて、適宜決定することができる。 The procollagen protein, collagen protein, or a fragment thereof is not particularly limited as long as it is a partial peptide of the procollagen protein, collagen protein, or a variant thereof, and type I to XXVIII collagen. , Their procollagen, or partial peptides of their variants. The amino acid chain length of the fragment, the cleavage site, and the like are not particularly limited, and can be appropriately determined depending on the purpose of gene construction.
《蛍光タンパク質又は発光タンパク質》
前記融合タンパク質に用いるタンパク質としては、限定されるものではないが、蛍光を付与する蛍光タンパク質、発光を付与する発光タンパク質を挙げることができる。
蛍光タンパク質又は発光タンパク質としては、GFP、EGFP、mCherry、Sirius、EBFP、SBP2、EBP2、Azurite、mKalama1、TagBFP、mBlueberry、mTurquoise、ECFP、Cerulean、mCerulean、TagCFP、AmCyan、mTP1、MiCy(Midoriishi Cyan)、TurboGFP、CFP、AcGFP、TagGFP、AG(Azami−Green)、mAG1、ZsGreen、EmGFP(Emerald)、GP2、T−Sapphire、HyPer、TagYFP、mAmetrine、EYFP、YFP、Venus、Citrine、PhiYFP、PhiYFP−m、turboYFP、ZsYellow、mBanana、mKO1、KO(Kusabira Orange)、mOrange、mOrange2、mKO2、Keima570、TurboRFP、DsRed−Express、DsRed、DsRed2、TagRFP、TagRFP−T、DsRed−Monomer、mApple、AsRed2、mStrawberry、TurboFP602、mRP1、JRed、KillerRed、KeimaRed、HcRed、mRasberry、mKate2、TagFP635、mPlum、egFP650、Neptune、mNeptune、egFP670及びルシフェラーゼからなる群から選択されるすくなくとも1つの蛍光又は発光タンパク質を挙げることができる。<< Fluorescent protein or photoprotein >>
Examples of the protein used for the fusion protein include, but are not limited to, a fluorescent protein that imparts fluorescence and a luminescent protein that imparts luminescence.
Examples of the fluorescent protein or photoprotein include GFP, EGFP, mCherry, Siris, EBFP, SBP2, EBP2, Azurite, mKalama1, TagBFP, mBluebury, mTurquioise, ECFP, Cerulean, mCeryMian TurboGFP, CFP, AcGFP, TagGFP, AG (Azami-Green), mAG1, ZsGreen, EmGFP (Emerald), GP2, T-Snapfile, HyPer, TagYFP, mAmetrine, EYFP, YFPline, EYFP, YFP turboYFP, ZsYellow, mBanana, mKO1, KO (Kusabira Orange), mOrange, mOrange2, mKO2, Keima570, TurboRFP, DsRed-Express, DsRed, DsRed2, TagRFP, TagRFP-T, DsRed-Monomer, mApple, AsRed2, mStrawberry, TurboFP602, Fluorescence selected from the group consisting of mRP1, JRed, KillerRed, KeimaRed, HcRed, mRasbury, mKate2, TagFP635, mPlum, egFP650, Neptune, mNeptune, egFP670 and luciferase.
コラーゲン関連タンパク質及び融合タンパク質は、後述の発現ベクターを用いて調製することも可能であるが、ペプチド合成によって調製することも可能である。 Collagen-related proteins and fusion proteins can be prepared using the expression vectors described below, but can also be prepared by peptide synthesis.
本発明の融合タンパク質の1つの態様として、前記蛍光タンパク質又は発光タンパク質がコラーゲンタンパク質のC末端から30アミノ酸よりN末端側に挿入されている。また、本発明の融合タンパク質の1つの態様として、蛍光タンパク質又は発光タンパク質がC−プロプロテインのN末端から30アミノ酸よりC末側に挿入されている。更に、本発明の融合タンパク質の1つの態様として、蛍光タンパク質又は発光タンパク質がコラーゲンタンパク質のC末端から30アミノ酸よりN末端側に挿入され、そして蛍光タンパク質又は発光タンパク質がC−プロプロテインのN末端から30アミノ酸よりC末側に挿入されている。
前記蛍光タンパク質又は発光タンパク質のコラーゲンタンパク質への挿入部位は、より好ましくはコラーゲンタンパク質のC末端から45アミノ酸よりN末端側であり、更に好ましくは60アミノ酸よりN末端側である。前記蛍光タンパク質又は発光タンパク質のC−プロプロテインへの挿入部位は、より好ましくはC−プロプロテインのN末端から45アミノ酸よりC末端側であり、更に好ましくは60アミノ酸よりC末端側である。
蛍光タンパク質又は発光タンパク質がコラーゲンタンパク質のC末側に挿入された場合、又は蛍光タンパク質又は発光タンパク質がC−プロプロテインのN末側に挿入された場合、発現されるコラーゲンタンパク質が、3重らせん構造を形成することができず、細胞外へ分泌されないことがある。As one aspect of the fusion protein of the present invention, the fluorescent protein or photoprotein is inserted from the C-terminal of the collagen protein to the N-terminal side from 30 amino acids. Further, as one aspect of the fusion protein of the present invention, a fluorescent protein or a photoprotein is inserted from the N-terminal of the C-proprotein to the C-terminal side from 30 amino acids. Further, as one embodiment of the fusion protein of the present invention, a fluorescent protein or luminescent protein is inserted from the C-terminal of the collagen protein to the N-terminal side from 30 amino acids, and the fluorescent protein or luminescent protein is inserted from the N-terminal of the C-proprotein. It is inserted on the C-terminal side from 30 amino acids.
The insertion site of the fluorescent protein or photoprotein into the collagen protein is more preferably the N-terminal side from the C-terminal of the collagen protein to 45 amino acids, and further preferably the N-terminal side from 60 amino acids. The insertion site of the fluorescent protein or photoprotein into the C-proprotein is more preferably the C-terminal side from the N-terminal of the C-proprotein to the C-terminal side from 45 amino acids, and further preferably the C-terminal side from the 60 amino acids.
When the fluorescent protein or photoprotein is inserted on the C-terminal side of the collagen protein, or when the fluorescent protein or photoprotein is inserted on the N-terminal side of the C-proprotein, the expressed collagen protein has a triple helix structure. May not be formed and may not be secreted extracellularly.
[2]核酸及びベクター
本発明の核酸は、前記コラーゲン関連タンパク質又は前記融合タンパク質をコードする核酸(以下、まとめて「コラーゲン核酸」と称することがある)である。
《コラーゲン核酸》
本発明のコラーゲン核酸は、前記プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、若しくはそれらの変異体、又はそれらの断片などのコラーゲン関連タンパク質、或いはコラーゲン関連タンパク質と蛍光タンパク質等との融合タンパク質をコードする核酸である限りにおいて、特に限定されるものでない。
プロコラーゲンタンパク質、又はコラーゲンタンパク質をコードする核酸は、限定されるものではないが、例えばコラーゲンを有する生物の組織、又はその生物の分離された細胞から抽出して用いることができる。また、既に分離されたcDNAを含むベクターから得ることもできる。更に、DNA合成によって、調製することも可能である。[2] Nucleic Acid and Vector The nucleic acid of the present invention is a nucleic acid encoding the collagen-related protein or the fusion protein (hereinafter, may be collectively referred to as “collagen nucleic acid”).
《Collagen nucleic acid》
The collagen nucleic acid of the present invention is as long as it is a nucleic acid encoding a collagen-related protein such as the pro-collagen protein, a collagen protein, a variant thereof, or a fragment thereof, or a fusion protein of a collagen-related protein and a fluorescent protein or the like. Is not particularly limited.
The procollagen protein or the nucleic acid encoding the collagen protein can be used by extracting from, for example, the tissue of an organism having collagen or the isolated cells of the organism. It can also be obtained from a vector containing the cDNA that has already been separated. Furthermore, it can be prepared by DNA synthesis.
また、前記変異体をコードする核酸は、例えばプロコラーゲンタンパク質又はコラーゲンタンパク質をコードする核酸に、アミノ酸が欠失、置換、挿入、及び/又は付加されるように、核酸の変異を導入することによって得ることができる。核酸の変異(欠失、置換、挿入、及び/又は付加)は、本分野において公知の方法によって、導入することが可能である。また、遺伝子操作を用いずに、自然界に存在する、アミノ酸が欠失、置換、挿入、及び/又は付加される変異を有する核酸を用いることもできる。 Further, the nucleic acid encoding the mutant is introduced by introducing a mutation in the nucleic acid so that the amino acid is deleted, substituted, inserted, and / or added to the procollagen protein or the nucleic acid encoding the collagen protein, for example. Obtainable. Nucleic acid mutations (deletion, substitution, insertion, and / or addition) can be introduced by methods known in the art. It is also possible to use naturally occurring nucleic acids having mutations in which amino acids are deleted, substituted, inserted, and / or added without using genetic engineering.
更に、前記断片をコードする核酸は、プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、又はそれらの変異体をコードする核酸の一部を用いることができる。例えば、前記核酸を制限酵素によって切断することによって、プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、又はそれらの変異体の断片をコードする核酸を得ることができる。 Further, as the nucleic acid encoding the fragment, a procollagen protein, a collagen protein, or a part of the nucleic acid encoding a mutant thereof can be used. For example, by cleaving the nucleic acid with a restriction enzyme, a nucleic acid encoding a procollagen protein, a collagen protein, or a fragment thereof can be obtained.
本発明のベクターに含まれる核酸としては、限定されるものではないが、例えばDNA又はRNAを挙げることができる。 Examples of the nucleic acid contained in the vector of the present invention include, but are not limited to, DNA or RNA.
《ベクター》
本発明のベクターは、前記コラーゲン核酸を含む限りにおいて、限定されるものではない。また、前記コラーゲン核酸が導入される骨格のベクターは、クローニングベクターでもよく、発現ベクターでもよい。また、RNAベクターとしては、バクテリオファージを挙げることができる。
骨格となるベクターとしては、本分野で通常用いられているベクターを制限なく用いることができるが、例えばpBR322、pBR325、pUC118、pUC119、pKC30、pCFM536、pcDNA3.1、pcDNA3,pME、又はpGEX等の大腸菌プラスミド、を挙げることができる。また、ベクターとしては市販されているものを使用することができ、例えばpQE70、pQE60、pQE−9(Qiagen)、pBluescriptII KS、ptrc99a、pKK223−3、pDR540、pRIT2T(Pharmacia)、pET−11a(Novagen)などを挙げることができる。骨格ベクターは、複製開始点、選択マーカー、プロモーターを含み、必要に応じてエンハンサー、転写終結配列(ターミネーター)、リボソーム結合部位、ポリアデニル化シグナル等を含んでいてもよい。"vector"
The vector of the present invention is not limited as long as it contains the collagen nucleic acid. Further, the skeleton vector into which the collagen nucleic acid is introduced may be a cloning vector or an expression vector. Moreover, as an RNA vector, a bacteriophage can be mentioned.
As the skeleton vector, a vector usually used in this field can be used without limitation, and for example, pBR322, pBR325, pUC118, pUC119, pKC30, pCFM536, pcDNA3.1, pcDNA3, pME, pGEX and the like can be used. Escherichia coli plasmid can be mentioned. Commercially available vectors can be used, for example, pQE70, pQE60, pQE-9 (Qiagen), pBluescriptII KS, ptrc99a, pKK223-3, pDR540, pRIT2T (Pharmacia), pET-11a (Novagen). ) And so on. The skeletal vector contains a replication origin, a selectable marker, a promoter, and may optionally include an enhancer, a transcription termination sequence (terminator), a ribosome binding site, a polyadenylation signal, and the like.
前記コラーゲン核酸含有ベクターは、コラーゲン核酸以外の核酸を含むことができる。例えば、コラーゲンタンパク質等に、他のタンパク質を結合させて融合タンパク質を得ることができるが、コラーゲン核酸含有ベクターは、このコラーゲンに結合させるタンパク質(以下、結合タンパク質と称することがある)をコードする核酸を含むことができる。
前記結合タンパク質は、コラーゲンタンパク質等のN末端、又はC末端に結合させることもでき、またコラーゲンタンパク質等の中に挿入することもできる。すなわち、結合タンパク質をコードする核酸は、コラーゲン核酸の5‘側、又は3’側に結合させてもよく、またコラーゲン核酸の中に挿入してもよい。The collagen nucleic acid-containing vector can contain nucleic acids other than collagen nucleic acid. For example, a fusion protein can be obtained by binding another protein to a collagen protein or the like, and the collagen nucleic acid-containing vector is a nucleic acid encoding a protein to be bound to this collagen (hereinafter, may be referred to as a binding protein). Can be included.
The binding protein can be bound to the N-terminal or C-terminal of collagen protein or the like, or can be inserted into collagen protein or the like. That is, the nucleic acid encoding the binding protein may be bound to the 5'side or 3'side of the collagen nucleic acid, or may be inserted into the collagen nucleic acid.
本発明のベクターは、限定されるものではないが、好ましくは後述の特定の遺伝子変異を有する大腸菌から得られるものである。すなわち、特定の遺伝子変異を有する大腸菌に導入され、その大腸菌から回収されたものが好ましい。欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害が生じていないコラーゲン核酸を含むベクターを得ることができるからである。 The vector of the present invention is, but is not limited to, preferably obtained from Escherichia coli having a specific gene mutation described later. That is, those introduced into Escherichia coli having a specific gene mutation and recovered from the Escherichia coli are preferable. This is because it is possible to obtain a vector containing a collagen nucleic acid that has not been deleted, inserted, or inhibited by a restriction enzyme.
[3]ベクター含有宿主細胞
本発明のベクター含有宿主細胞は、本発明のベクターを含むものである。宿主は、特に限定されるものではなく、大腸菌、放線菌、酵母、糸状菌、又は動物細胞を挙げることができるが、好ましくは大腸菌又は動物細胞であり、更に好ましくは特定の遺伝子変異を有する大腸菌又は動物細胞である。特定の遺伝子変異を有する大腸菌を用いることにより、欠失、挿入、制限酵素での切断の阻害が生じていないコラーゲン核酸を含むベクターを得ることができるからである。また、動物細胞を用いることにより、コラーゲンを製造することができる。更に、コラーゲンの高次構造の形成過程を解析することが可能である。[3] Vector-containing host cell The vector-containing host cell of the present invention contains the vector of the present invention. The host is not particularly limited and may include Escherichia coli, actinomycetes, yeast, filamentous fungi, or animal cells, but is preferably Escherichia coli or animal cells, and more preferably Escherichia coli having a specific gene mutation. Or it is an animal cell. This is because by using Escherichia coli having a specific gene mutation, it is possible to obtain a vector containing collagen nucleic acid that is not inhibited by deletion, insertion, or restriction enzyme. In addition, collagen can be produced by using animal cells. Furthermore, it is possible to analyze the formation process of higher-order structures of collagen.
《遺伝子変異を有する大腸菌》
本発明のベクターを含む遺伝子変異を有する大腸菌としては、限定されるものではないが、好ましくはmcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、recA1、endA1、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、galE、hsdS、及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異を有する大腸菌である。遺伝子変異の組み合わせは、限定されるものではないが、好ましくはmcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異であり、より好ましくは、mcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、recA 、hsdS及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異であり、更に好ましくは、mcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、recA及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異であり、最も好ましくはmcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異である。遺伝子変異を有する大腸菌としては、より具体的にはDH10B、TOP10F’、MC1061、XL1−Blue MRF’、AG1、BL21(DE3)、DB3.1、DH1、DH5α、DH5α Turbo、DH12S、DM1、E.Cloni(r)5alpha、E.Cloni(r)10G、E.Cloni(r)10GF’、ER2267、HB101、HMS174(DE3)、High−Control(tm) BL21(DE3)、High−Control(tm)10G、IJ1126、JM108、JM109、Mach1、MC1061、MFDpir、OmniMAX2、OverExpress(tm)C41(DE3)、OverExpress(tm)C43(DE3)、Rosetta(DE3)、SOLR、SS320、STBL2、STBL3、STBL4、SURE、SURE2、TG1、TOP10、XL2−Blue、XL2−BlueMRF’、及びXL10−Goldを挙げることができるが、特にはDH10B、TOP10F’、TOP10、STBL2、及びSTBL4が好ましい。<< Escherichia coli with gene mutation >>
Escherichia coli having a gene mutation containing the vector of the present invention is preferably, but not limited to, mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara). , leu) 7697, galU, galK, rpsL (str r ), nupG, galE, hsdS, and E. coli with a genetic mutation selected from the group consisting of two or more combinations thereof. The combination of gene mutations is not limited, but is preferably mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str). A gene mutation selected from the group consisting of r ), nupG, and two or more combinations thereof, more preferably mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), recA, hsdS and two or more of them. It is a gene mutation selected from the group consisting of combinations, and more preferably a gene mutation selected from the group consisting of mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), recA and two or more combinations thereof. It is preferably a gene mutation selected from the group consisting of mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), and combinations thereof. More specifically, Escherichia coli having a gene mutation includes DH10B, TOP10F', MC1061, XL1-Blue MRF', AG1, BL21 (DE3), DB3.1, DH1, DH5α, DH5α Turbo, DH12S, DM1, E. coli. Clone (r) 5 alpha, E.I. Clone (r) 10G, E.I. Clone (r) 10GF', ER2267, HB101, HMS174 (DE3), High-Control (tm) BL21 (DE3), High-Control (tm) 10G, IJ1126, JM108, JM109, Mach1, MC1061, MFDpir, (Tm) C41 (DE3), OverExpress (tm) C43 (DE3), Rosetta (DE3), SOLR, SS320, STBL2, STBL3, STBL4, SURE, SURE2, TG1, TOP10, XL2-Blue, XL2-BlueMRF', and XL10-Gold can be mentioned, but DH10B, TOP10F', TOP10, STBL2, and STBL4 are particularly preferable.
大腸菌へのベクターの導入は、本分野で通常用いられている方法を、制限なく用いることができる。例えば、塩化カルシウム処理したコンピテント細胞の利用、プロトプラスト法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、又はエレクトロポレーション法などを用いることができる。 For the introduction of the vector into Escherichia coli, the methods usually used in this field can be used without limitation. For example, utilization of competent cells treated with calcium chloride, a protoplast method, a calcium phosphate method, a lipofection method, an electroporation method, or the like can be used.
[4]ベクター含有大腸菌の製造方法及びベクターの製造方法
本発明のベクター含有大腸菌の製造方法は、本発明のベクターを、mcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、recA1、endA1、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、 galE、hsdS、及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異を有する大腸菌に導入することを特徴とする。
また、本発明のベクターの製造方法は、本発明のベクターをmcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、recA1、endA1、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、galE、hsdS及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異を有する大腸菌に導入する工程、及び前記ベクターを回収する工程を含むことを特徴とする。[4] Method for producing vector-containing Escherichia coli and method for producing vector In the method for producing vector-containing Escherichia coli of the present invention, the vector of the present invention is used as mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, Introduced into E. coli having a gene mutation selected from the group consisting of endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str r ), nupG, galE, hsdS, and two or more combinations thereof. It is characterized by doing.
Further, in the method for producing the vector of the present invention, the vector of the present invention is used as mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7697, galU, galK. , RpsL (str r ), nupG, galE, hsdS and a step of introducing into Escherichia coli having a gene mutation selected from the group consisting of two or more combinations thereof, and a step of recovering the vector. To do.
本発明のベクター含有大腸菌の製造方法、又はベクターの製造方法における「プロコラーゲンタンパク質、コラーゲンタンパク質、若しくはそれらの変異体、又はそれらの断片をコードする核酸」、「ベクター」、及び「mcrA、Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC)、φ80lacZΔM15、ΔlacX74、deoR、recA1、endA1、araD139、Δ(ara, leu)7697、galU、galK、rpsL(strr)、nupG、galE、hsdS、及びそれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される遺伝子変異を有する大腸菌」等は、前記の「[1]融合タンパク質」、「[2]核酸及びベクター」、及び「[3]ベクター含有宿主細胞」の項に記載のものを用いることができる。
また、本発明のベクターの製造方法における、ベクターを回収する方法は、本分野において公知の方法を用いることができるが、例えば前記ベクターが導入されたコラーゲン核酸含有ベクターをLB培地などで培養し、大腸菌を増殖させる。増殖した大腸菌を回収し、例えばアルカリSDS法、煮沸法、エチジウム/塩化セシウム密度勾配遠心法、ガラスビーズ精製法、又はそれらの変法を用いて、ベクターDNAを回収することができる。The method for producing vector-containing Escherichia coli of the present invention, or "nucleic acid encoding a procollagen protein, collagen protein, or a mutant thereof, or a fragment thereof", "vector", and "mcrA, Δ ( mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str r ), nupG, galE, hsdS, and two or more of them. "Escherichia coli having a gene mutation selected from the group consisting of combinations" and the like are described in the above-mentioned "[1] fusion protein", "[2] nucleic acid and vector", and "[3] vector-containing host cell". Can be used.
Further, as a method for recovering a vector in the method for producing a vector of the present invention, a method known in the art can be used. For example, a collagen nucleic acid-containing vector into which the vector has been introduced is cultured in an LB medium or the like. Grow E. coli. The grown Escherichia coli can be recovered, and the vector DNA can be recovered by using, for example, an alkaline SDS method, a boiling method, an ethidium / cesium chloride density gradient centrifugation method, a glass bead purification method, or a modification thereof.
[5]コラーゲンの製造方法
本発明のコラーゲンの製造方法は、(1)本発明のベクターを、動物細胞に導入する工程、及び(2)前記ベクターが導入された動物細胞からコラーゲンを分泌させる工程、を含む。
本発明のコラーゲンの製造方法に用いる「ベクター」は、前記「[1]融合タンパク質」、「[2]核酸及びベクター」、及び「[3]ベクター含有宿主細胞」の項に記載の「ベクター」を用いることができる。[5] Method for producing collagen The method for producing collagen of the present invention is as follows: (1) a step of introducing the vector of the present invention into an animal cell, and (2) a step of secreting collagen from the animal cell into which the vector has been introduced. ,including.
The "vector" used in the method for producing collagen of the present invention is the "vector" described in the sections "[1] Fusion protein", "[2] Nucleic acid and vector", and "[3] Vector-containing host cell". Can be used.
《動物細胞》
本発明のコラーゲンの製造方法に用いる動物細胞は、コラーゲンを発現することのできる細胞である限りにおいて、特に限定されるものではないが、例えば哺乳類(例えば、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、マウス、ラット、モルモット、又はサル)、鳥類(例えば、ニワトリ、ガチョウ、アヒル、又はダチョウ)、爬虫類(例えば、ワニ)、両生類(例えば、カエル)、魚類(例えば、チョウザメ、テラピア、タイ、ヒラメ、サメ、イワシ、マグロ、フグ、キンギョ、タラ、カレイ、又はコイ)、又は無脊椎動物(例えば、クラゲ)由来の細胞を用いることができる。
動物細胞への前記ベクターの導入方法は、特に限定されるものではなく、本分野で公知の方法を用いることができるが、例えばエレクトロポレーション法を用いることができる。《Animal cells》
The animal cells used in the method for producing collagen of the present invention are not particularly limited as long as they are cells capable of expressing collagen, but for example, mammals (for example, cows, pigs, ostriches, goats, mice, etc.). Rats, guinea pigs, or monkeys), birds (eg chickens, geese, ducks, or ostriches), reptiles (eg crocodile), amphibians (eg frogs), fish (eg butterfly sharks, terapias, ties, sharks, sharks, Cells derived from sardines, tuna, ducks, goldfish, cod, frogs, or carp), or invertebrates (eg, jellyfish) can be used.
The method for introducing the vector into animal cells is not particularly limited, and a method known in the art can be used, and for example, an electroporation method can be used.
《分泌工程》
ベクターが導入された動物細胞から、コラーゲンを分泌させる方法は、特に限定されるものではないが、動物細胞を培地で培養することによってできる。
培養温度も特に限定されるものではないが、例えば30〜42で培養することができ、好ましくは35〜39℃である。また、動物細胞中のタンパク質濃度を調整することによって、細胞外への分泌を最適にすることができる。また、分泌には、細胞が多層を形成することが、好ましい。<< Secretion process >>
The method for secreting collagen from the animal cells into which the vector has been introduced is not particularly limited, but can be achieved by culturing the animal cells in a medium.
The culture temperature is also not particularly limited, but can be cultured at, for example, 30 to 42, preferably 35 to 39 ° C. In addition, extracellular secretion can be optimized by adjusting the protein concentration in animal cells. In addition, it is preferable that cells form multiple layers for secretion.
[6]コラーゲンの蛍光又は発光検出方法
本発明のコラーゲンの蛍光又は発光検出方法は、(1)本発明のベクターを、動物細胞に導入する工程、及び(2)前記ベクターが導入された動物細胞において蛍光又は発光を検出する工程、を含む。
本発明のコラーゲンの蛍光又は発光検出方法に用いる「ベクター」は、前記「[1]融合タンパク質」、「[2]核酸及びベクター」、及び「[3]ベクター含有宿主細胞」の項に記載の「ベクター」を用いることができる。[6] Fluorescence or luminescence detection method for collagen The fluorescence or luminescence detection method for collagen of the present invention comprises (1) a step of introducing the vector of the present invention into an animal cell, and (2) an animal cell into which the vector has been introduced. Includes a step of detecting fluorescence or luminescence in.
The "vector" used in the method for detecting fluorescence or luminescence of collagen of the present invention is described in the sections of "[1] Fusion protein", "[2] Nucleic acid and vector", and "[3] Vector-containing host cell". A "vector" can be used.
《動物細胞》
本発明のコラーゲンの製造方法に用いる動物細胞は、コラーゲンを発現することのできる細胞である限りにおいて、特に限定されるものではないが、前記「[5]コラーゲンの製造方法」に記載の動物細胞を挙げることができる。《Animal cells》
The animal cell used in the method for producing collagen of the present invention is not particularly limited as long as it is a cell capable of expressing collagen, but the animal cell according to the above-mentioned "[5] Method for producing collagen". Can be mentioned.
《検出工程》
動物細胞からの蛍光又は発光の検出も、本分野における公知の方法を用いることができるが、例えば蛍光顕微鏡、分光光度計、又は共焦点蛍光顕微鏡などを用いることによって、検出することができる。<< Detection process >>
Fluorescence or luminescence from animal cells can also be detected by a method known in the art, but can be detected by using, for example, a fluorescence microscope, a spectrophotometer, a confocal fluorescence microscope, or the like.
[7]コラーゲン関連疾患の治療又は予防物質のスクリーニング方法
本発明のコラーゲン関連疾患の治療又は予防物質のスクリーニング方法は、前記融合タンパク質を発現したコラーゲン関連疾患細胞と、試験物質とを接触させる工程、及び融合タンパク質の動態を解析する工程、を含む。[7] Method for Screening for Treatment or Preventive Substances for Collagen-Related Diseases The method for screening for treatment or preventive substances for collagen-related diseases of the present invention is a step of contacting a collagen-related disease cell expressing the fusion protein with a test substance. And the step of analyzing the dynamics of the fusion protein.
《コラーゲン関連疾患》
コラーゲン関連疾患は、コラーゲンがその疾患の原因、又は症状等に関連すると考えられる限りにおいて、特に限定されるものではないが、例えば肝線維症、肺線維症、腎線維症などの臓器・組織線維症、膠原病、又は間接リウマチを挙げることができる。
本発明のスクリーニング方法に用いるコラーゲン関連疾患細胞は、前記のコラーゲン関連疾患患者から分離された細胞でもよく、モデル動物から作製された細胞でもよい。コラーゲン関連疾患患者から分離された細胞としては、例えば、コラーゲン分泌を行う細胞を用いることができ、具体的には肝線維症患者から分離された肝星細胞、線維芽細胞、軟骨細胞、を挙げることができる。また、モデル動物から作製された細胞としては、肝星細胞、又は肺線維芽細胞、を挙げることができる。
更に、正常なコラーゲン分泌細胞を、例えばTGF−βにより活性化し、肝線維症、肺線維症、腎線維症、膠原病、又は間接リウマチのモデル細胞として用い、それぞれの薬剤のスクリーニング用細胞として用いることができる。《Collagen-related diseases》
Collagen-related diseases are not particularly limited as long as collagen is considered to be related to the cause or symptom of the disease, but are not particularly limited, but are organ / tissue fibers such as liver fibrosis, pulmonary fibrosis, and renal fibrosis. Disease, collagen disease, or indirect rheumatism can be mentioned.
The collagen-related disease cells used in the screening method of the present invention may be cells isolated from the above-mentioned collagen-related disease patients, or cells prepared from model animals. Examples of cells isolated from collagen-related disease patients include cells that secrete collagen, and specific examples thereof include hepatic stellate cells, fibroblasts, and chondrocytes isolated from patients with hepatic fibrosis. be able to. In addition, examples of cells produced from model animals include hepatic stellate cells and lung fibroblasts.
Furthermore, normal collagen-secreting cells are activated by, for example, TGF-β and used as model cells for hepatic fibrosis, pulmonary fibrosis, renal fibrosis, collagen disease, or indirect rheumatism, and used as screening cells for each drug. be able to.
《試験物質》
試験物質は、コラーゲンの動態に関連する可能性のある物質、又はそのような物質を含むものである限りにおいて限定されるものではないが、例えば、ケミカルファイルに登録されている種々の公知化合物(ペプチドを含む)、コンビナトリアル・ケミストリー技術(Terrett,N.K.ら,Tetrahedron,51,8135−8137,1995)によって得られた化合物群、あるいは、ファージ・ディスプレイ法(Felici,F.ら,J.Mol.Biol.,222,301−310,1991)などを応用して作成されたランダム・ペプチド群、又は低分子化合物を用いることができる。また、微生物の培養上清、細胞の培養上清、生体内の体液、植物若しくは海洋生物由来の天然成分、又は動物組織抽出物などもスクリーニングの試験物質として用いることができる。《Test substance》
The test substance is not limited to substances that may be related to the dynamics of collagen, or as long as it contains such substances, but for example, various known compounds (peptides) registered in the chemical file. Included), compounds obtained by combinatorial chemistry techniques (Terrett, NK et al., Tetrahedron, 51, 8135-8137, 1995), or phage display methods (Felici, F. et al., J. Mol. A random peptide group or a low molecular weight compound prepared by applying Biol., 222, 301-310, 1991) or the like can be used. Further, a culture supernatant of a microorganism, a culture supernatant of a cell, a body fluid in a living body, a natural component derived from a plant or a marine organism, an animal tissue extract, or the like can also be used as a test substance for screening.
(接触工程)
本発明のスクリーニング方法における接触工程は、前記融合タンパク質を発現したコラーゲン関連疾患細胞と、試験物質とを接触させる工程である。
試験物質の濃度も、適宜決定することができるが、試験物質がコラーゲンの動態に影響を与える最適濃度があると考えられるため、何段階かに希釈して試験することが好ましい。(Contact process)
The contact step in the screening method of the present invention is a step of contacting the collagen-related disease cells expressing the fusion protein with the test substance.
The concentration of the test substance can also be determined as appropriate, but since it is considered that the test substance has an optimum concentration that affects the dynamics of collagen, it is preferable to dilute it in several steps for the test.
(融合タンパク質の動態解析工程)
本発明における動態解析工程は、コラーゲンの融合タンパク質の動態を解析する工程である。コラーゲンの動態の解析としては、例えばコラーゲン融合タンパク質の発現量の解析、コラーゲン融合タンパク質の細胞外の分泌の解析、コラーゲン融合タンパク質の細胞内輸送の解析、又はコラーゲン融合タンパク質のプロセシングの解析を挙げることができる。
動態解析は、基本的に試験物質を接触させない細胞と比較することによって行うことができる。すなわち、試験物質を接触させない細胞と比較して、コラーゲン融合タンパク質の発現が増加又は減少している場合、その試験物質をコラーゲン関連疾患の治療薬物の候補と判断することができる。また、試験物質を接触させない細胞と比較して、コラーゲン融合タンパク質が、細胞外に分泌されている場合、その試験物質をコラーゲン関連疾患に効果があるものと判断することができる。更に、試験物質を接触させない細胞と比較して、コラーゲン融合タンパク質の細胞内輸送が正常に回復した場合、その試験物質をコラーゲン関連疾患に効果があるものと判断することができる。また、試験物質を接触させない細胞と比較して、コラーゲン融合タンパク質のプロセシングが正常に回復した場合、その試験物質をコラーゲン関連疾患に効果があるものと判断することができる。(Fusion protein dynamic analysis process)
The dynamic analysis step in the present invention is a step of analyzing the dynamics of the collagen fusion protein. Analysis of collagen dynamics includes, for example, analysis of collagen fusion protein expression level, analysis of collagen fusion protein extracellular secretion, analysis of collagen fusion protein intracellular transport, or analysis of collagen fusion protein processing. Can be done.
Dynamic analysis can basically be performed by comparing the test material with cells that are not in contact with the test substance. That is, when the expression of the collagen fusion protein is increased or decreased as compared with the cells not contacted with the test substance, the test substance can be judged as a candidate for a therapeutic drug for collagen-related diseases. In addition, when the collagen fusion protein is secreted extracellularly as compared with cells that are not in contact with the test substance, it can be determined that the test substance is effective for collagen-related diseases. Furthermore, when the intracellular transport of the collagen fusion protein is restored to normal as compared with the cells not contacted with the test substance, it can be judged that the test substance is effective for collagen-related diseases. In addition, when the processing of the collagen fusion protein is restored to normal as compared with the cells not contacted with the test substance, it can be judged that the test substance is effective for collagen-related diseases.
例えば、実施例に示すように、コラーゲンタンパク質にEGFPが挿入され、C−プロプロテインにm−Cherryが挿入されたコラーゲン融合タンパク質が導入された肝線維症肝星細胞を用いた場合、候補物質を接触させない場合、プロコラーゲンタンパク質のプロセシング又は分泌が異常なため、細胞内にEGFP及びm−Cherryの蛍光からなる黄色の蛍光が観察される。これに対して治療効果のある候補物質を接触させるとm−Cherryの挿入されたC−プロプロテインが切断され、EGFPの挿入されたコラーゲンタンパク質が正常に細胞外に分泌され、緑の蛍光が観察される。コラーゲンタンパク質の細胞外への分泌は、正常な肝星細胞においても観察されるものであり、このような動態を示す候補物質は、肝線維症に効果があるものと判断することができる。
しかしながら、スクリーニングに用いられる動態解析の判断は、これらに限られるものではなく、試験物質を接触させない細胞と比較して、異なる動態を示す場合、コラーゲン関連疾患に効果があるものと判断することができる。For example, as shown in Examples, when EGFP is inserted into a collagen protein and a collagen fusion protein in which m-Cherry is inserted into a C-proprotein is introduced into a hepatic fibrosis hepatic stellate cell, a candidate substance is used. In the absence of contact, yellow fluorescence consisting of EGFP and m-Cherry fluorescence is observed intracellularly due to abnormal processing or secretion of procollagen protein. On the other hand, when a candidate substance having a therapeutic effect is brought into contact, the C-proprotein in which m-Cherry is inserted is cleaved, the collagen protein in which EGFP is inserted is normally secreted extracellularly, and green fluorescence is observed. Will be done. The extracellular secretion of collagen protein is also observed in normal hepatic stellate cells, and a candidate substance exhibiting such dynamics can be judged to be effective for hepatic fibrosis.
However, the judgment of the dynamic analysis used for screening is not limited to these, and it can be judged that it is effective for collagen-related diseases when it shows different dynamics as compared with cells not contacted with the test substance. it can.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but these do not limit the scope of the present invention.
《比較例1》
本比較例では、1型コラーゲンの中央にGFPを挿入し、そしてC末端にmCherryを結合した核酸を有するベクターの構築を試みた。GFPはコラーゲンタンパク質のBamH1の部位に挿入され、mCherryはC−プロプロテインのEcoR1の部位に挿入された。
ベクターの概略図を図1に示す。ベクター以外のDNAの塩基配列を配列番号1に示す。
EGFP cDNAの両端に制限酵素BamH1 siteを付加したDNA断片を作成し、これをヒトpreprocollagen1α1cDNA内部のBamH1siteに挿入した。この際、タンパク質翻訳において、コラーゲンタンパク質とEGFPタンパク質がつながるように調節を行った。次に、mCherry cDNAの両端にEcoR1 siteを付加したDNA断片を作成し、これをヒトpreprocollagen1α1−EGFP融合cDNA のEcoR1 siteに挿入した。この際にも、タンパク質翻訳において、コラーゲンタンパク質とmCherryタンパク質がつながるように調節を行い、操作の各ステップにおいて塩基配列の確認を行った。<< Comparative Example 1 >>
In this comparative example, we tried to construct a vector having a nucleic acid in which GFP was inserted in the center of
A schematic diagram of the vector is shown in FIG. The base sequence of DNA other than the vector is shown in SEQ ID NO: 1.
A DNA fragment in which the restriction enzyme BamH1 site was added to both ends of the EGFP cDNA was prepared, and this was inserted into the BamH1 site inside the human preprocollagen1α1 cDNA. At this time, in protein translation, adjustment was made so that the collagen protein and the EGFP protein were connected. Next, a DNA fragment in which EcoR1 site was added to both ends of the mCherry cDNA was prepared, and this was inserted into the EcoR1 site of the human preprocollagen1α1-EGFP fusion cDNA. Also at this time, in protein translation, adjustment was made so that the collagen protein and the mCherry protein were connected, and the base sequence was confirmed at each step of the operation.
XL−1 blueのコンピテントセル(形質転換受容性細胞)作成法は、「遺伝子ライブラリーの作成法」(編集・野島博、羊土社)に従った。凍結保存されたコンピテントセルを解凍し、すぐに100ngのプラスミドDNAを入れ混合した。氷上で30分間静置した後、42℃で1分30秒温め、すぐに氷冷した。ここに1mLの培地を加え、100μLをアンピシリンを添加したLBプレートに塗り広げた。37℃にて一晩保温し、現れたコロニーを使用した。
得られたベクターに含まれるDNAは、目的の長さより短いもの、目的の長さより長いもの、NotI、又はSmaIで切断できないものであった。図2(A)に、目的の長さより長いもの、NotI、及びSmaIで切断できなかったものを示すThe method for producing competent cells (transformation-accepting cells) of XL-1 blue was in accordance with "Method for producing gene library" (edited by Hiroshi Nojima, Yodosha). The cryopreserved competent cells were thawed, and immediately 100 ng of plasmid DNA was added and mixed. After allowing to stand on ice for 30 minutes, it was warmed at 42 ° C. for 1 minute and 30 seconds, and immediately ice-cooled. 1 mL of medium was added thereto, and 100 μL was spread on an LB plate supplemented with ampicillin. The colonies that appeared were used after being kept warm at 37 ° C. overnight.
The DNA contained in the obtained vector was shorter than the target length, longer than the target length, and could not be cleaved by NotI or SmaI. FIG. 2A shows those longer than the target length, those that could not be cut by NotI, and SmaI.
《比較例2》
本比較例では、1型コラーゲンのN末にEGFPを結合し、そしてC末端にmCherryを結合した核酸を有するベクターの構築を試みた。EGFPはN−プロプロテインのKpn1の部位に挿入され、mCherryはC−プロプロテインのEcoR1の部位に挿入された。
ベクターの概略図を図3に示す。ベクター以外のDNAの塩基配列を配列番号2に示す。
<ベクター構築法>EGFP cDNAの両端に制限酵素KpnI siteを付加したDNA断片を作成し、これをヒトpreprocollagen1α1 cDNA内部のKpnI siteに挿入した。この際、タンパク質翻訳において、コラーゲンタンパク質とEGFPタンパク質がつながるように調節を行った。次に、mCherry cDNA の両端にEcoR1 siteを付加したDNA断片を作成し、これをヒトpreprocollagen1α1−EGFP融合cDNAのEcoR1 siteに挿入した。この際にも、タンパク質翻訳において、コラーゲンタンパク質とmCherryタンパク質がつながるように調節を行い、操作の各ステップにおいて塩基配列の確認を行った。<< Comparative Example 2 >>
In this comparative example, an attempt was made to construct a vector having a nucleic acid in which EGFP was bound to the N-terminal of
A schematic diagram of the vector is shown in FIG. The base sequence of DNA other than the vector is shown in SEQ ID NO: 2.
<Vector construction method> A DNA fragment in which the restriction enzyme KpnI site was added to both ends of the EGFP cDNA was prepared, and this was inserted into the KpnI site inside the human preprocollagen1α1 cDNA. At this time, in protein translation, adjustment was made so that the collagen protein and the EGFP protein were connected. Next, a DNA fragment in which EcoR1 site was added to both ends of the mCherry cDNA was prepared, and this was inserted into the EcoR1 site of the human preprocollagen1α1-EGFP fusion cDNA. Also at this time, in protein translation, adjustment was made so that the collagen protein and the mCherry protein were connected, and the base sequence was confirmed at each step of the operation.
XL−1 blueのコンピテントセル(形質転換受容性細胞)作成法は、「遺伝子ライブラリーの作成法」(編集・野島博、羊土社)に従った。凍結保存されたコンピテントセルを解凍し、すぐに100ngのプラスミドDNAを入れ混合した。氷上で30分間静置した後、42℃で1分30秒温め、すぐに氷冷した。ここに1mLの培地を加え、100μLをアンピシリンを添加したLBプレートに塗り広げた。37℃にて一晩保温し、現れたコロニーを使用した。
得られたベクターに含まれるDNAは、目的の長さより短いもの、目的の長さより長いもの、NotI、又はSmaIで切断できないものであった。図2BにEcoRIでの切断した写真を示すが、全てのクローンがEcoRIで切断できなかった。The method for producing competent cells (transformation-accepting cells) of XL-1 blue was in accordance with "Method for producing gene library" (edited by Hiroshi Nojima, Yodosha). The cryopreserved competent cells were thawed, and immediately 100 ng of plasmid DNA was added and mixed. After allowing to stand on ice for 30 minutes, it was warmed at 42 ° C. for 1 minute and 30 seconds, and immediately ice-cooled. 1 mL of medium was added thereto, and 100 μL was spread on an LB plate supplemented with ampicillin. The colonies that appeared were used after being kept warm at 37 ° C. overnight.
The DNA contained in the obtained vector was shorter than the target length, longer than the target length, and could not be cleaved by NotI or SmaI. FIG. 2B shows a photograph cut by EcoRI, but all clones could not be cut by EcoRI.
《実施例1》
XL−1 blueに代えて、TOP10F’を用いたことを除いては、比較例1の操作を繰り返し、ベクターを得た。得られたベクターは、塩基配列決定を行い目的の長さの核酸が含まれていることを確認した(図2A)。<< Example 1 >>
A vector was obtained by repeating the operation of Comparative Example 1 except that TOP10F'was used instead of XL-1 blue. The obtained vector was sequenced and confirmed to contain nucleic acid of the desired length (FIG. 2A).
《実施例2》
XL−1 blueに代えて、DH10Bを用いたことを除いては、比較例2の操作を繰り返し、ベクターを得た。得られたベクターは、目的の長さの核酸を含んでいた。図2Bに、EcoRIでの切断した写真を示すが、全てのクローンがEcoRIで切断することができた。一方、XL−1 blueを宿主として用いた場合は、EcoRIで切断できる正常なクローンを取得することはできなかった。<< Example 2 >>
A vector was obtained by repeating the operation of Comparative Example 2 except that DH10B was used instead of XL-1 blue. The resulting vector contained nucleic acid of the desired length. FIG. 2B shows a photograph cut by EcoRI, and all clones were able to be cut by EcoRI. On the other hand, when XL-1 blue was used as a host, a normal clone that could be cleaved by EcoRI could not be obtained.
《実施例3》
本実施例では、細胞外に分泌されたコラーゲンの蛍光を観察した。NIH3T3細胞に実施例1で得られたベクターを導入した。2日おきに培地を交換しながら1ヶ月間以上の長期培養を実施し、多層からなる細胞集団を得た。蛍光顕微鏡によりEGFPの蛍光シグナルを観察した。
図4に示すようにEGFPが、コラーゲンタンパク質のN末側に挿入されていることにより、コラーゲンタンパク質が3重らせん構造を形成し、そして細胞外に蓄積していること(EGFPの緑色の蛍光)を確認できた。<< Example 3 >>
In this example, the fluorescence of collagen secreted extracellularly was observed. The vector obtained in Example 1 was introduced into NIH3T3 cells. Long-term culture for 1 month or longer was carried out while changing the medium every 2 days to obtain a cell population composed of multiple layers. The fluorescence signal of EGFP was observed with a fluorescence microscope.
As shown in FIG. 4, when EGFP is inserted on the N-terminal side of collagen protein, the collagen protein forms a triple helix structure and accumulates extracellularly (green fluorescence of EGFP). I was able to confirm.
《実施例4》
本実施例では、細胞内でのコラーゲンの蛍光を観察した。NIH3T3細胞に実施例1で得られたベクターを導入した。蛍光顕微鏡により48時間後にEGFPおよびmCherryの蛍光シグナルを観察した。
図5に示すようにEGFPがコラーゲンタンパク質のN末側に挿入され、mCherryがC−プロプロテインのC末側に挿入されていることにより、プロコラーゲンである黄色およびプロセシング後のコラーゲンである緑色の蛍光シグナルが細胞質に存在することを確認できた。なお、コラーゲンタンパク質は、細胞外にも分泌されているが、実施例3と異なり、培養期間が短いためにコラーゲンタンパク質の蓄積量が少なく、EGFP緑の蛍光が観察されなかった。<< Example 4 >>
In this example, the fluorescence of collagen in the cells was observed. The vector obtained in Example 1 was introduced into NIH3T3 cells. Fluorescence signals of EGFP and mCherry were observed after 48 hours with a fluorescence microscope.
As shown in FIG. 5, EGFP is inserted into the N-terminal side of the collagen protein, and mCherry is inserted into the C-terminal side of the C-proprotein, so that the procollagen is yellow and the processed collagen is green. It was confirmed that the fluorescent signal was present in the cytoplasm. The collagen protein was also secreted extracellularly, but unlike Example 3, the amount of collagen protein accumulated was small due to the short culture period, and fluorescence of EGFP green was not observed.
《実施例5》
本実施例では、実施例2と同様の手順で得られた図3のベクターをマウスのNIH3T3細胞に導入し、共焦点蛍光顕微鏡で、蛍光を検出した。NIH3T3細胞に図3のベクターを導入した。蛍光顕微鏡により48時間後にEGFPおよびmCherryの蛍光シグナルを観察した。
図6に示すようにEGFPがNプロプロテインに挿入され、mCherryがCプロプロテインに挿入していることにより、合成直後のプロコラーゲンは黄色のシグナルによって、また、プロセシングにより切断されたNプロプロテインは緑色の蛍光シグナルによって、細胞質に存在することを確認できた。なお、N−プロプロテインは、細胞外にも分泌されているが、培地に拡散しているため、EGFP緑の蛍光は観察されなかった。<< Example 5 >>
In this example, the vector of FIG. 3 obtained by the same procedure as in Example 2 was introduced into mouse NIH3T3 cells, and fluorescence was detected with a confocal fluorescence microscope. The vector of FIG. 3 was introduced into NIH3T3 cells. Fluorescence signals of EGFP and mCherry were observed after 48 hours with a fluorescence microscope.
As shown in FIG. 6, EGFP is inserted into N-protein and mCherry is inserted into C-protein, so that pro-collagen immediately after synthesis is cleaved by a yellow signal, and N-proprotein cleaved by processing is The green fluorescent signal confirmed that it was present in the cytoplasm. Although N-proprotein was also secreted extracellularly, fluorescence of EGFP green was not observed because it was diffused in the medium.
《比較例3》
プレプロコラーゲンcDNAのCプロプロテイン内に存在する制限酵素AccIII部位にmCherryを挿入した。AccIII部位はC−プロプロテインのN末端から27アミノ酸に相当する部位に存在する(図12A)。mCherryがC−プロプロテインのN末端から30アミノ酸よりN末端側に挿入されていることによりコラーゲンの線維化(3重らせん構造構築)が阻害される。すなわち、コラーゲンタンパク質は、ER−ゴルジ体に蓄積され、細胞外には分泌されなかった(図12B、C)。
また、コラーゲンタンパク質のC末端に、EGFPを結合した融合タンパク質を作成した(図12A)。この融合タンパク質もコラーゲンの線維化(3重らせん構造構築)が阻害される。すなわち、コラーゲンタンパク質は、細胞質に局在し細胞外には分泌されなかった(図12B)。<< Comparative Example 3 >>
MCherry was inserted into the restriction enzyme AccIII site present in the C proprotein of the preprocollagen cDNA. The AccIII site is located at the site corresponding to 27 amino acids from the N-terminal of C-proprotein (Fig. 12A). Collagen fibrosis (triple helix structure construction) is inhibited by inserting mCherry from the N-terminal of C-proprotein to the N-terminal side from 30 amino acids. That is, the collagen protein was accumulated in the ER-Golgi apparatus and was not secreted extracellularly (FIGS. 12B and C).
In addition, a fusion protein in which EGFP was bound to the C-terminal of the collagen protein was prepared (FIG. 12A). This fusion protein also inhibits collagen fibrosis (triplex helix structure construction). That is, the collagen protein was localized in the cytoplasm and was not secreted extracellularly (Fig. 12B).
《実施例6》
本実施例では、肝線維症の薬剤のスクリーニング系の構築を行った。
(1)肝星細胞へのベクターの導入
実施例1で得られたベクターを肝線維症のラットから分離した肝線維症の原因となる定常的活性化した肝星細胞(5H細胞)及び活性化していない肝星細胞(2G92細胞)にトランスフェクトした。具体的には、トランスフェクション試薬(Fugne6)を用いて細胞に導入した。図7に示すように、活性化していない肝星細胞では、コラーゲンタンパク質の正常なプロセシングおよび分泌を示す緑色の蛍光が観察された(図7A)。しかし、定常的活性化肝星細胞(5H細胞)ではコラーゲンのプロセシングおよび分泌の異常を示す黄色のシグナルのみが観察され、コラーゲンの正常な分泌を示す緑色の蛍光は見られなかった(図7C)。<< Example 6 >>
In this example, a screening system for a drug for liver fibrosis was constructed.
(1) Introduction of vector into hepatic stellate cells The vector obtained in Example 1 was isolated from rats with hepatic fibrosis and constantly activated hepatic stellate cells (5H cells) causing hepatic fibrosis and activation. Hepatic stellate cells (2G92 cells) were transfected. Specifically, it was introduced into cells using a transfection reagent (Fugne6). As shown in FIG. 7, green fluorescence was observed in unactivated hepatic stellate cells, indicating normal processing and secretion of collagen proteins (FIG. 7A). However, in constantly activated hepatic stellate cells (5H cells), only a yellow signal indicating abnormal collagen processing and secretion was observed, and no green fluorescence indicating normal collagen secretion was observed (Fig. 7C). ..
(2)TGF−βによる正常肝星細胞の活性化
更に、2G92細胞を用いて肝線維症の薬剤のスクリーニングに用いる細胞を以下のように作製した。活性化していない肝星細胞2G92を2枚のディッシュ上でセミコンフルエントまで増殖させた。一方のディッシュには、1ng/mLの最終濃度にて肝星細胞を活性化するTGF−βを添加した。添加後、8時間以降においてコラーゲンタンパク質のプロセシングおよび分泌を共焦点顕微鏡により検出した結果、TGF−βを添加したディッシュではコラーゲンのプロセシングおよび分泌の異常を示す黄色のシグナルのみが観察されるようになり、肝線維症の原因となる活性化肝星細胞(活性化2G92細胞)に変化したことが確認された(図7B)。(2) Activation of normal hepatic stellate cells by TGF-β Furthermore, cells used for screening for drugs for hepatic fibrosis were prepared using 2G92 cells as follows. Unactivated hepatic stellate cells 2G92 were grown to semiconfluent on two dishes. One dish was added with TGF-β, which activates hepatic stellate cells at a final concentration of 1 ng / mL. As a result of detecting collagen protein processing and secretion with a confocal microscope 8 hours after the addition, only a yellow signal indicating abnormal collagen processing and secretion was observed in the dish to which TGF-β was added. , It was confirmed that the cells were transformed into activated hepatic stellate cells (activated 2G92 cells) that cause liver fibrosis (Fig. 7B).
《実施例7》
本実施例では、実施例6に記載の活性化肝星細胞(活性化2G92細胞)及び定常的活性化肝星細胞(5H細胞)を用いて、肝線維症の治療薬の候補物質のスクリーニング系を構築した。
セミコンフルエントまで増殖させた2G92細胞に、肝線維症の治療効果を有するSB431542(0.5μM)又は溶媒DMSO添加し、1時間培養した。その後1ng/mLの最終濃度でTGF−βを添加し、8時間培養した。その結果、SB431542を添加した2G92細胞は、コラーゲンタンパク質が正常にプロセンシングされて分泌された(図8)が、DMSOを添加した2G92細胞は、コラーゲンタンパク質のプロセシングおよび分泌の異常を示す黄色のシグナルのみが見られた(図なし)。SB431542を添加した活性化肝星細胞はコラーゲンの分泌が正常に変化しており、従って、本発明のベクターによってコラーゲンタンパク質を発現させた2G92細胞を用いて、肝線維症の治療薬の候補物質をスクリーニングできることが分かった。
また、セミコンフルエントまで増殖させた5H細胞に、肝線維症の治療効果を有するSB431542(0.5μM)又は溶媒DMSOを添加し、1時間以上培養した。その結果、SB431542を添加した5H細胞は、コラーゲンタンパク質が正常にプロセンシングされて分泌された(図9)が、DMSOを添加した5H細胞は、コラーゲンタンパク質のプロセシングおよび分泌の変化(正常化)は見られなかった(図なし)。SB431542を添加した定常的活性化肝星細胞はコラーゲンの分泌が正常に変化しており、従って、本発明のベクターによってコラーゲンタンパク質を発現させた5H細胞を用いて、肝線維症の治療薬の候補物質をスクリーニングできることが分かった。<< Example 7 >>
In this example, a screening system for a candidate substance for a therapeutic agent for hepatic fibrosis using the activated hepatic stellate cells (activated 2G92 cells) and the stationary activated hepatic stellate cells (5H cells) according to Example 6. Was built.
SB431542 (0.5 μM) or DMSO solvent, which has a therapeutic effect on liver fibrosis, was added to 2G92 cells grown to semiconfluent and cultured for 1 hour. Then, TGF-β was added at a final concentration of 1 ng / mL, and the cells were cultured for 8 hours. As a result, the collagen protein was normally processed and secreted in the 2G92 cells supplemented with SB431542 (Fig. 8), whereas the 2G92 cells supplemented with DMSO had a yellow signal indicating abnormal processing and secretion of the collagen protein. Only seen (not shown). Activated hepatic stellate cells supplemented with SB431542 have normally altered collagen secretion. Therefore, 2G92 cells expressing collagen protein by the vector of the present invention were used as candidate substances for the treatment of liver fibrosis. It turns out that it can be screened.
In addition, SB431542 (0.5 μM) or solvent DMSO, which has a therapeutic effect on liver fibrosis, was added to 5H cells grown to semi-confluent, and the cells were cultured for 1 hour or longer. As a result, the collagen protein was normally processed and secreted in the 5H cells supplemented with SB431542 (Fig. 9), whereas the 5H cells supplemented with DMSO showed changes (normalization) in the processing and secretion of the collagen protein. Not seen (no figure). Constantly activated hepatic stellate cells supplemented with SB431542 have normally altered collagen secretion, and therefore, 5H cells expressing collagen protein by the vector of the present invention are used as candidates for therapeutic agents for liver fibrosis. It turns out that the substance can be screened.
《実施例8》
本実施例では、肺線維芽細胞、及び腎臓尿細管上皮細胞を用いて、肺線維症の治療薬のスクリーニングに用いる細胞、及び腎線維症の治療薬のスクリーニングに用いる細胞を作製した。
肝星細胞に代えて、肺線維芽細胞(TIG−3−20細胞、及びA549細胞)、及び腎臓尿細管上皮細胞(MDCK細胞)を用いたことを除いては、実施例6(1)の操作を繰り返して、本発明のベクターによってコラーゲンタンパク質を発現させたTIG−3−20細胞、A549細胞、及びMDCK細胞を作製した。図10に示すように、TIG−3−20細胞(図10A)、A549細胞(図10C)、及びMDCK細胞(図10D)は、コラーゲンを可視化することができた。
また、TIG−3−20細胞については、TGF−βを用いて、細胞の活性化を行った。肝星細胞に代えて、肺線維芽細胞(TIG−3−20細胞)を用いたことを除いては、実施例6(2)の操作を繰り返して、TIG−3−20細胞を活性化させた。図10Bに示すように、TIG−3−20細胞は、コラーゲンのプロセシングおよび分泌の異常を示す黄色のシグナルのみが観察されるようになり、肺線維症のモデル細胞として用いることができることが確認できた。この細胞を用いて、肺線維症の薬剤のスクリーングができる。<< Example 8 >>
In this example, pulmonary fibroblasts and renal tubular epithelial cells were used to prepare cells used for screening a therapeutic agent for pulmonary fibrosis and cells used for screening a therapeutic agent for renal fibrosis.
Example 6 (1), except that pulmonary fibroblasts (TIG-3-20 cells and A549 cells) and renal tubule epithelial cells (MDCK cells) were used instead of hepatic stellate cells. By repeating the operation, TIG-3-20 cells, A549 cells, and MDCK cells expressing the collagen protein by the vector of the present invention were prepared. As shown in FIG. 10, TIG-3-20 cells (FIG. 10A), A549 cells (FIG. 10C), and MDCK cells (FIG. 10D) were able to visualize collagen.
For TIG-3-20 cells, TGF-β was used to activate the cells. Except for the fact that lung fibroblasts (TIG-3-20 cells) were used instead of hepatic stellate cells, the operation of Example 6 (2) was repeated to activate TIG-3-20 cells. It was. As shown in FIG. 10B, it can be confirmed that the TIG-3-20 cells can be used as model cells for pulmonary fibrosis by observing only a yellow signal indicating abnormal collagen processing and secretion. It was. These cells can be used to screen pulmonary fibrosis drugs.
本発明のベクターは、コラーゲンの形成過程の解析に有効に用いることができる。このコラーゲンの形成過程の解析は、コラーゲンの分子異常を起因とする疾患の原因の解明、及びそれらの治療法の開発にも有効な手段として用いることができる。また、本発明のスクリーニング方法は、コラーゲン関連疾患の治療又は予防用薬剤のスクリーニングに用いることができる。
以上、本発明を特定の態様に沿って説明したが、当業者に自明の変形や改良は本発明の範囲に含まれる。The vector of the present invention can be effectively used for analysis of the collagen formation process. This analysis of the collagen formation process can be used as an effective means for elucidating the causes of diseases caused by molecular abnormalities of collagen and developing therapeutic methods for them. In addition, the screening method of the present invention can be used for screening a drug for treating or preventing a collagen-related disease.
Although the present invention has been described above according to a specific aspect, modifications and improvements that are obvious to those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
Claims (13)
前記蛍光タンパク質又は発光タンパク質のコラーゲンタンパク質のC末端から30アミノ酸よりN末側への挿入、
蛍光タンパク質又は発光タンパク質のC−プロプロテインのN末端から30アミノ酸よりC末側への挿入、及び
蛍光タンパク質又は発光タンパク質のN−プロプロテインへの挿入、
からなる群から選択される1又は2つ以上の蛍光タンパク質又は発光タンパク質の挿入を有し、そして
動物細胞で発現された場合に、細胞外へ分泌できる、融合タンパク質。 A fusion protein of a collagen-related protein, which is a preprocollagen protein, a procollagen protein, a collagen protein, or a variant thereof, and a fluorescent protein or a photoprotein.
Insertion of the fluorescent protein or photoprotein from the C-terminal to the N-terminal side of the collagen protein from 30 amino acids,
Insertion of fluorescent protein or photoprotein from N-terminal of C-proprotein to C-terminal side from 30 amino acids, and insertion of fluorescent protein or photoprotein into N-proprotein,
A fusion protein that has an insertion of one or more fluorescent or photoproteins selected from the group consisting of and can be secreted extracellularly when expressed in animal cells.
(a)コラーゲンタンパク質のC末端から30アミノ酸よりN末側に挿入されており、そしてC−プロプロテインのN末端から30アミノ酸よりC末側に挿入されているか、
(b)コラーゲンタンパク質のC末端から30アミノ酸よりN末側に挿入されており、そしてN−プロプロテインに挿入されているか、
(c)C−プロプロテインのN末端から30アミノ酸よりC末側に挿入されており、そしてN−プロプロテインに挿入されている、
請求項1に記載の融合タンパク質。 The collagen-related protein is a pre-procollagen protein or a pro-collagen protein, and the fluorescent protein or a luminescent protein is
(A) Is it inserted from the C-terminal of the collagen protein to the N-terminal side from the 30 amino acids, and from the N-terminal of the C-proprotein to the C-terminal side from the 30 amino acids?
(B) Is it inserted from the C-terminal of the collagen protein to the N-terminal side from 30 amino acids, and is inserted into the N-proprotein?
(C) It is inserted from the N-terminal of C-proprotein to the C-terminal side from 30 amino acids, and is inserted into N-proprotein.
The fusion protein according to claim 1.
融合タンパク質の動態を解析する工程、
を含むコラーゲン関連疾患の治療又は予防物質のスクリーニング方法。 A step of contacting a collagen-related disease cell (excluding cells in a human body) expressing the fusion protein according to claim 1 or 2 with a test substance, and a step of analyzing the dynamics of the fusion protein.
A method for screening a therapeutic or prophylactic substance for collagen-related diseases including.
有する大腸菌に導入することを特徴とする、ベクター含有大腸菌の製造方法。 The vector according to claim 5 is mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str r ), nupG. , GalE, hsdS, and a method for producing vector-containing Escherichia coli, which comprises introducing into Escherichia coli having a gene mutation selected from the group consisting of two or more combinations thereof.
有する大腸菌に導入する工程、及び前記ベクターを回収する工程を含むことを特徴とする、ベクターの製造方法。 The vector according to claim 6 is mcrA, Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC), φ80lacZΔM15, ΔlacX74, deoR, recA1, endA1, araD139, Δ (ara, leu) 7679, galU, galK, rpsL (str r ), nupG. , GalE, hsdS, and a method for producing a vector, which comprises a step of introducing into Escherichia coli having a gene mutation selected from the group consisting of two or more combinations thereof, and a step of recovering the vector.
(2)前記ベクターが導入された動物細胞からコラーゲンを分泌させる工程、
を含む、コラーゲンの製造方法。 (1) A step of introducing the vector according to claim 5 into an animal cell (excluding cells in a human body) , and (2) a step of secreting collagen from the animal cell into which the vector has been introduced.
A method for producing collagen, including.
(2)前記ベクターが導入された動物細胞において蛍光又は発光を検出する工程、
を含む、コラーゲンの蛍光又は発光検出方法。 (1) A step of introducing the vector according to claim 5 into an animal cell (excluding cells in a human body) , and (2) a step of detecting fluorescence or luminescence in the animal cell into which the vector has been introduced.
A method for detecting fluorescence or luminescence of collagen, which comprises.
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