JP7364242B2 - Automated expression colony assay method - Google Patents

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Description

特許法第30条第2項適用 (1)令和1年5月20日、第71回日本生物工学会大会講演要旨集(電子版)をウェブサイト(https://www.sbj.or.jp/2019/)にて配布Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) On May 20, 2020, the collection of lecture abstracts (electronic version) of the 71st Annual Conference of the Japan Society of Bioengineering was posted on the website (https://www.sbj.or. Distributed at jp/2019/)

特許法第30条第2項適用 (2)令和1年8月9日、第71回日本生物工学会大会講演要旨集,第281頁(発表番号3Cp06),日本生物工学会2019年度大会実行委員会に掲載Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (2) August 9, 2020, Abstracts of the 71st Japan Society of Biotechnology Engineers Conference, page 281 (Presentation number 3Cp06), Japan Society of Biotechnology Engineers 2019 Annual Meeting Posted in committee

特許法第30条第2項適用 (3)令和1年9月18日、岡山大学 津島キャンパス「第71回日本生物工学会大会」(令和1/9/16~18開催)において口頭発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (3) Oral presentation on September 18, 2020 at the ``71st Japan Society of Bioengineering Conference'' (held from September 16 to 18, 2020), Okayama University Tsushima Campus

本発明は、ターゲットを認識する機能的なタンパク質の発現スクリーニングに適した改良コロニーアッセイ法であって、コロニー形成後に自動的に発現誘導し、発現後には自動的に発現の停止が可能な「発現自動制御コロニーアッセイ法」に関する。 The present invention is an improved colony assay method suitable for screening the expression of functional proteins that recognize targets. ``Automated colony assay method''.

モノクローナル抗体は、抗原に対して高い親和性・特異性を持ち、研究・診断・医薬にとって欠かせない極めて重要なタンパク質であり、高精度な測定、高感度な診断、多様な疾患に対応する医薬にとって、より高い親和性・特異性を持つモノクローナル抗体が求められている。また、抗原に対する親和性・特異性が高いだけではなく、抗原の機能を阻害する中和抗体等の機能を持つモノクローナル抗体のニーズも増大している。
このような研究・医薬品の開発のスピードに合わせて、目的の抗原に対して望む性質を持つモノクローナル抗体を迅速に樹立することが求められており、従来のハイブリドーマを用いた抗体作製法では、このニーズ・スピードに対応できない。それに代わるものとして、組換え技術を用いた抗体作製法が重要になってきている。
Monoclonal antibodies have high affinity and specificity for antigens, and are extremely important proteins indispensable for research, diagnosis, and medicine. Therefore, monoclonal antibodies with higher affinity and specificity are required. Furthermore, there is an increasing need for monoclonal antibodies that not only have high affinity and specificity for antigens but also have functions such as neutralizing antibodies that inhibit antigen functions.
In line with the speed of research and drug development, there is a need to quickly establish monoclonal antibodies with desired properties against target antigens, and conventional antibody production methods using hybridomas cannot achieve this goal. Unable to meet needs and speed. As an alternative, antibody production methods using recombinant technology are becoming important.

組換え抗体は分子生物学的手法を用いてエンジニアリング可能であり、例えば、種々のエフェクター分子やタグとの融合、抗体ドラッグ複合体、多重認識抗体の作製や抗体のヒト化、また、抗体遺伝子に変異を導入し、抗原に対する特異性・親和性を向上するアフィニティー・マチュレイション技術により、有用化が増大する。
組換え抗体樹立法では、抗体遺伝子ライブラリーを作製・発現させ、抗原に対する結合性を指標にスクリーニングすることによって、モノクローナル抗体を樹立する。組換え抗体のうち、単鎖抗体(scFv)が小さく、取り扱いが比較的容易で、スクリーニングによく使われている。scFvの形状で樹立し、組換え技術を用いることで適宜IgGに変更可能である。
従来のハイブリドーマ法と比較して大きなライブラリーを取り扱うことができ、様々な条件でのスクリーニングが可能で、エンジニアリング技術により機能付加が容易であることなどに加え、より短期間でモノクローナル抗体の樹立が可能となった。
Recombinant antibodies can be engineered using molecular biological techniques, such as fusion with various effector molecules and tags, antibody-drug conjugates, production of multi-recognition antibodies, humanization of antibodies, and antibody gene modification. Affinity maturation technology, which introduces mutations and improves specificity and affinity for antigens, will increase its usefulness.
In the recombinant antibody establishment method, monoclonal antibodies are established by creating and expressing an antibody gene library and screening using antigen binding as an indicator. Among recombinant antibodies, single-chain antibodies (scFv) are small and relatively easy to handle, and are often used for screening. It is established in the form of scFv and can be changed to IgG as appropriate using recombinant technology.
Compared to the conventional hybridoma method, it can handle large libraries, perform screening under various conditions, and easily add functions using engineering techniques, as well as enable the establishment of monoclonal antibodies in a shorter period of time. It has become possible.

組換え技術を用いた主な抗体樹立法としては、大きくわけてディスプレイ法とコロニーアッセイ法がある。前者は、ディスプレイした抗体断片と遺伝子とを対応させた巨大ライブラリーを、抗原に対してパニングし、抗原に結合性を持つ抗体断片を選抜する手法であり、典型的なファージディスプレイ法では巨大なライブラリー(109~1011)が取り扱え、かつ人工ライブラリーも取り扱える利点がある。しかしながら、抗体と比較して巨大なファージに由来するバックグラウンドが非常に高く、スクリーニング中に抗原-抗体結合を直接見ていないため、取れてくるクローンに偽陽性が多い。そのため、パニングを繰り返すだけでは有用なモノクローナル抗体の樹立が困難である。
また、本質的な問題点として、抗体断片が大腸菌の生育に大きな負担であることが挙げられる。つまり、大腸菌の生育にとって毒性のない抗体断片を発現しているクローンは成長が良いため、パニングを繰り返すうちに、抗原への結合性ではなく、大腸菌の成長しやすさにより選択が行われるため、抗原特異性の高いクローンが濃縮(選択と増幅)されるよりも、大腸菌にとって毒性のないクローンが選択的に増殖し、ドミナント集団となってしまうことが、しばしば起こりえる。
The main methods for establishing antibodies using recombinant technology are broadly divided into display methods and colony assay methods. The former is a method in which a large library of displayed antibody fragments and genes is panned against antigens to select antibody fragments that bind to the antigen. It has the advantage of being able to handle libraries (10 9 to 10 11 ) as well as artificial libraries. However, compared to antibodies, the background derived from large phages is very high, and because antigen-antibody binding is not directly observed during screening, there are many false positives in the clones obtained. Therefore, it is difficult to establish useful monoclonal antibodies just by repeating panning.
Another essential problem is that antibody fragments place a heavy burden on the growth of E. coli. In other words, clones that express antibody fragments that are nontoxic to E. coli growth grow well, so through repeated panning, selection is made based on ease of E. coli growth rather than antigen binding. It often happens that clones that are not toxic to E. coli grow selectively and become a dominant population, rather than clones with high antigen specificity being concentrated (selected and amplified).

ファージディスプレイ法では、陽性クローンを選択・増幅しようとパニングを繰り返すが、その間に大腸菌が何世代も経ることにより、上記のような目的としないクローンが非常に選択・増幅されやすいという致命的な欠点がある。ファージディスプレイ法では、パニングを繰り返さないと陽性クローンを濃縮できないので、これは避けえない問題となっている。
同様の問題点は、リボソームディスプレイ法や酵母を用いるツーハイブリッド法の他、さらに大きなライブラリーが扱えるmRNAディスプレイ法(非特許文献1)、特に広くタンパク質の「人工進化」、創薬などに応用されているインビトロウイルス法においても存在する。
したがって、これらディスプレイ法は、大きな期待を持たれてきているが、その実用化・応用は期待の大きさほど進んでいない。
In the phage display method, panning is repeated in an attempt to select and amplify positive clones, but during this time E. coli passes through several generations, which has the fatal drawback that unintended clones as mentioned above are very easily selected and amplified. There is. In the phage display method, positive clones cannot be concentrated without repeated panning, so this is an unavoidable problem.
Similar problems arise when, in addition to the ribosome display method and the two-hybrid method using yeast, the mRNA display method (Non-patent Document 1), which can handle even larger libraries, is particularly widely applied to the "artificial evolution" of proteins, drug discovery, etc. It also exists in in vitro viral methods.
Therefore, although these display methods have been highly anticipated, their practical application and application have not progressed as much as expected.

組換え技術を用いた抗体樹立法の他の手法として、コロニーアッセイ(コロニーリフトアッセイ)法が広く知られている。
コロニーアッセイ(コロニーリフトアッセイ)法は、(図1)に示すように、抗体遺伝子ライブラリーを大腸菌、酵母などで発現させてコロニーを形成させ、抗原結合性のいいクローンを選抜する手法である(非特許文献3,4)。形質転換大腸菌を培地表面のフィルター上に高密度に播種し、十分に生育させて大腸菌コロニーを生成させた後に、当該フィルターを外し、標的抗原を吸着させた膜の上に重ね合わせた状態で、発現誘導剤が含まれる選択培地表面に移動させる。なお、初期のコロニーリフトアッセイでは、栄養培地表面上に形成されたコロニーをニトロセルロース膜に写し、当該膜を標的抗原吸着と重ね合わせる工程を採用していた。その初期の手法と区別するため、当該手法を単に「コロニーアッセイ」ともいうこともある。しかし、コロニー形成フィルターを外して移動するリフト工程は依然として有しているので、ここでは、両者をあわせて「コロニーリフトアッセイ」という呼称を用いる。
Colony assay (colony lift assay) is widely known as another method for antibody establishment using recombinant technology.
As shown in Figure 1, the colony assay (colony lift assay) method is a method in which an antibody gene library is expressed in Escherichia coli, yeast, etc. to form colonies, and clones with good antigen binding properties are selected ( Non-patent literature 3, 4). After the transformed E. coli is inoculated at high density on the filter on the surface of the medium and allowed to grow sufficiently to generate E. coli colonies, the filter is removed and superimposed on the membrane adsorbed with the target antigen. Transfer to the surface of a selective medium containing an expression inducer. Note that early colony lift assays employed a process in which colonies formed on the surface of a nutrient medium were transferred to a nitrocellulose membrane, and the membrane was superimposed on a target antigen adsorbent. To distinguish it from that earlier method, this method is sometimes simply referred to as a "colony assay." However, since it still includes a lift step in which the colony forming filter is removed and moved, the term "colony lift assay" is used here to refer to both.

コロニーリフトアッセイ法では、抗原結合性を持つ抗体断片を生産するコロニーを同定し、そのコロニーから抗体遺伝子を単離し、モノクローナル抗体を樹立するスクリーニング方法であり、直接抗原抗体反応を見ながらスクリーニングを行うので、偽陽性がないという利点を有している。また、ディスプレイ法ほど巨大ではないが、ハイブリドーマ法と比較して格段に大きなライブラリー(106~107程度)を扱うことができる。
一方で、煩雑な長時間操作が必要であること、抗体が発現しない事や発現がとても低くなる事が度々あること、操作の煩雑さによるコンタミの発生、操作中に大腸菌が死滅してしまうこと、そのために遺伝子の回収ができなくなるなどの事態が起きうる事等の問題点がある。本手法の可能性を示した論文があるが、広く応用されていない。これらの問題は、発現のタイミング設定(大腸菌の成長状態が重要)が難しいことに起因していると考えられる。このコロニーリフトアッセイ法に免疫化学発光標識系を組み合わせて感度を高め、重鎖CDR3結合特異性決定基を用いて作成したVHライブラリーと軽鎖CDR3結合特異性決定基を用いて作成したVLライブラリーとを組み合わせてFabタンパク質のスクリーニングに適用する技術(特許文献1)が提案されている。
Colony lift assay is a screening method in which colonies that produce antibody fragments with antigen-binding properties are identified, antibody genes are isolated from those colonies, and monoclonal antibodies are established. Screening is performed while directly observing the antigen-antibody reaction. Therefore, it has the advantage that there are no false positives. Also, although it is not as large as the display method, it can handle a much larger library (approximately 10 6 to 10 7 ) compared to the hybridoma method.
On the other hand, it requires complicated and long-time operations, the antibody often does not express or the expression is very low, contamination occurs due to the complicated operation, and E. coli bacteria die during the operation. This poses problems, such as the possibility that genes may not be recovered. Although there is a paper that shows the potential of this method, it has not been widely applied. These problems are thought to be due to the difficulty in setting the timing of expression (the growth state of E. coli is important). This colony lift assay was combined with an immunochemiluminescent labeling system to increase sensitivity, and a V H library was created using heavy chain CDR3 binding specificity determinants and a V H library created using light chain CDR3 binding specificity determinants. A technique (Patent Document 1) has been proposed in which Fab protein screening is applied in combination with L library.

Dreherらは、このコロニーリフトアッセイを改良し、フィルター上に抗体断片を発現するコロニーを形成させることでコロニーリフトを不要にするFilter-sandwichアッセイを開発した。プレート上に用意した親水性フィルターの上に、大腸菌を播種し、コロニーを形成させる。このコロニーを形成したフィルターを発現誘導剤入りのプレート上に設置した抗原をコートした膜上に置く。大腸菌が産生する抗体断片が、抗原結合性を持っている場合、メンブレン上の抗原と結合することを検出することにより、ポジティブクローンを同定する。この方法により、困難で失敗の多いコロニーリフトという作業を行うことなく、アッセイが可能となった(非特許文献4など)。 Dreher et al. improved upon this colony-lift assay and developed a filter-sandwich assay, which eliminates the need for colony lift by allowing colonies expressing antibody fragments to form on the filter. E. coli is inoculated onto the hydrophilic filter prepared on the plate and allowed to form colonies. The filter on which these colonies have formed is placed on an antigen-coated membrane placed on a plate containing an expression inducer. If the antibody fragment produced by E. coli has antigen-binding properties, positive clones are identified by detecting binding to the antigen on the membrane. This method has made it possible to perform assays without performing the difficult and often unsuccessful colony lift operation (Non-Patent Document 4, etc.).

また、Kumadaらは、コロニーフィルターの移動を省略するために、フィルター表面ではなく寒天培地表面に直接コロニーを形成させてしまう方法を報告している(非特許文献5など)。具体的には、形質転換大腸菌を、発現誘導剤を含んだ寒天選択培地表面で発現させて、コロニーを形成させる。寒天表面のコロニーの上に、標的抗原を吸着させた膜を直接、又は親水性膜を介して被せ、コロニーから分泌されてくる抗体と反応させる。ブロットした膜上の抗原との結合特性をパーオキシダーゼ内包抗体結合リポソームなどで検出し、検出されたスポットとコロニーとを対応させて、寒天表面上の陽性コロニーを採取する。培養時に発現誘導剤を最初から含ませているので、コロニーを移動させるなどの煩雑な工程がない利点はあるが、発現誘導剤の存在で大腸菌の生育が阻害される上、分泌抗体を膜にブロットしている間中大腸菌全体がメンブレンで覆われてしまうので、大腸菌の生育環境が好気的環境から嫌気的環境へと変化させられる点も生育の悪化を招く。大腸菌の成長阻害は、スクリーニング時間が長くなるばかりでなく、その間にプロモーターや、発現物に変異が入る確率が高まり、望みの抗体が取得できない可能性が高まるため、ライブラリーの発現スクリーニング用技術には適さないといえる。しかも本法では遺伝子の回収は行われていない。 Furthermore, Kumada et al. have reported a method in which colonies are formed directly on the agar medium surface instead of on the filter surface in order to omit the movement of colony filters (Non-Patent Document 5, etc.). Specifically, transformed E. coli is expressed on the surface of an agar selection medium containing an expression inducer to form colonies. A membrane adsorbed with the target antigen is placed directly or via a hydrophilic membrane over the colonies on the agar surface, and reacts with antibodies secreted from the colonies. The binding characteristics with the antigen on the blotted membrane are detected using peroxidase-containing antibody-bound liposomes, and the detected spots and colonies are matched to collect positive colonies on the agar surface. Since the expression inducer is included from the beginning during culture, there is an advantage that there is no complicated process such as moving colonies. Since the entire E. coli is covered with the membrane during blotting, the growth environment of E. coli is changed from an aerobic environment to an anaerobic environment, which also causes deterioration of growth. Inhibition of E. coli growth not only prolongs the screening time, but also increases the probability that the promoter or expressed product will undergo mutations during that time, increasing the possibility that the desired antibody will not be obtained. It can be said that it is not suitable. Furthermore, this method does not involve recovery of genes.

また、上記ハイブリドーマ法の一種である捕獲用の抗体試薬でコーティングしたマイクロタイタープレートを用いるアッセイ法「CellSpotTMアッセイ法」の高親和性を有するヒトFabフラグメント高発現ハイブリドーマ株を得るための改良技術が開発され、抗体ライブラリーを分泌する組換え細菌に適用することが提案されている(特許文献2)。具体的には、最上層の大腸菌コロニー形成用のプラスチック膜に明確にわかる穴を設けたプラスチック膜上の大腸菌ミクロコロニーからの分泌抗体を、寒天培地層の上に設置した捕獲抗体コート膜に結合させることで、「CellSpotTMアッセイ法」による検出工程が適用できることが示されている。しかし、ミクロコロニーまでに増殖させる工程についての説明はない。In addition, an improved technology for obtaining a hybridoma strain that highly expresses human Fab fragments with high affinity has been developed for the CellSpot TM assay method, which is a type of hybridoma method described above and uses a microtiter plate coated with a capture antibody reagent. It has been proposed that this method be applied to recombinant bacteria that secrete an antibody library (Patent Document 2). Specifically, secreted antibodies from E. coli microcolonies on a plastic membrane with clearly visible holes in the top plastic membrane for E. coli colony formation are bound to a capture antibody coated membrane placed on top of the agar medium layer. It has been shown that the detection process using the "CellSpot TM assay method" can be applied by doing so. However, there is no explanation about the process of growing microcolonies.

本発明者らは、偽陽性の少ないコロニーリフトアッセイの利点を残しつつ、コンタミの原因や大腸菌のストレスとなり発現阻害を引き起こす原因ともなるリフト工程を不要とすることで、簡便かつ迅速に高活性の抗体を再現性良くスクリーニングできる新たなコロニーアッセイを開発すべく鋭意研究を重ね、発現誘導剤の濃度勾配を持つアガープレートを用いる解決法を見出し、「One-Step Colony Assay」法と命名した(特許文献4)。
具体的には、選択培地中の発現誘導剤の量を変えて層状のアガープレートを形成させることにより、形質転換細胞が十分に生育するまでは発現誘導剤には接触せず、十分に生育してコロニーを形成する頃に拡散作用で培地表面に徐々に到達してきた発現誘導剤と接触し、抗体産生を開始させる。その結果、発現の良い成長過程のコロニーでのアッセイが可能になり、より効率的に、高親和性・高選択性の抗体が樹立可能になった。また、菌の生育にとって負担の大きい抗体の生産が、菌が十分に成熟した段階で始まるため、発現誘導剤の最終濃度を高く設定し発現量を多くすることができるので、結合活性が高い抗体であるが発現量の少ないクローンや、反対に高発現のため発現の負担に耐えられず死滅する可能性のあるクローンも多数拾うメリットもある。
The present inventors have achieved the ability to easily and quickly achieve high activity by eliminating the need for the lifting step, which can cause contamination and stress E. coli, causing inhibition of expression, while retaining the advantages of the colony lift assay, which has fewer false positives. After extensive research to develop a new colony assay that can screen antibodies with good reproducibility, we found a solution using an agar plate with a concentration gradient of expression inducers, which we named the "One-Step Colony Assay" method (patented). Reference 4).
Specifically, by changing the amount of the expression inducer in the selective medium to form a layered agar plate, the transformed cells do not come into contact with the expression inducer until they have grown sufficiently. When a colony is formed, the cells come into contact with the expression inducer that has gradually reached the surface of the medium by diffusion and initiate antibody production. As a result, it has become possible to assay in growing colonies with good expression, and it has become possible to more efficiently establish antibodies with high affinity and high selectivity. In addition, since the production of antibodies, which is a heavy burden on the growth of bacteria, begins at the stage when the bacteria have fully matured, the final concentration of the expression inducer can be set high and the amount of expression can be increased, allowing antibodies with high binding activity to be produced. However, there is also the advantage of picking up a large number of clones with low expression levels and, conversely, clones with high expression that may not be able to withstand the burden of expression and die.

本発明者らの「One-Step Colony Assay」法により、簡便かつ迅速に高活性抗体のスクリーニングが可能となり、実際に高親和性・高選択性の抗体樹立に成功している。
しかしながら、この方法の欠点の1つは、発現誘導剤の正確な濃度調整が難しい点である。対象となる形質転換細胞ライブラリー毎にコロニーの生育状況はそれぞれ異なるため、特に、新しい形質転換細胞に適用する場合など、最適な発現開始時期のタイミングの設定にかかわる発現誘導剤の濃度勾配をあらかじめ決定することは難しい。
また、2つ目の欠点として、抗原抗体反応による検出時期の設定が難しく、検出時の手際の良さが求められる点である。この方法では時間経過と共に発現誘導剤の作用が強くなるため、検出結果を待つ間にも引き続き活発な抗体産生が起こり、特に発現強度が高いクローンの中には発現の負担に耐えられず死滅する可能性がある。その場合、有用なクローンが採取できないことになりかねないため、コロニーの生育状態を目視で確認しながら最適な検出時期を設定し、できるだけ速やかに検出し、目指す陽性クローンを取得する必要がある。
さらに、他の欠点として、発現誘導剤に出会う前の成長過程のコロニーで抗体発現を起こす、いわゆる「リーク発現」の問題が解決されていない。プレーティング直後やコロニー形成初期は、大腸菌は脆弱で、抗体の「リーク発現」があるとその負担から増殖しなかったり、コロニー形成に長時間を要することもある。このような場合、例え優れた抗原認識性(特異性及び親和性)を持つ抗体を発現するクローンでも、スクリーニングで選抜できず、実質的に有効なライブラリーサイズの減少につながる。
The present inventors'"One-Step Colony Assay" method enables the simple and rapid screening of highly active antibodies, and has actually succeeded in establishing antibodies with high affinity and high selectivity.
However, one of the drawbacks of this method is that it is difficult to accurately adjust the concentration of the expression inducer. Since colony growth conditions vary depending on the target transformed cell library, it is necessary to prepare the concentration gradient of the expression inducer in advance, which is necessary to set the optimal expression start timing, especially when applying to newly transformed cells. Difficult to decide.
A second drawback is that it is difficult to set the timing of detection based on the antigen-antibody reaction, and good dexterity is required at the time of detection. In this method, the effect of the expression inducer becomes stronger over time, so active antibody production continues even while waiting for detection results, and some clones with particularly high expression intensity may not be able to withstand the burden of expression and die. there is a possibility. In that case, useful clones may not be collected, so it is necessary to set the optimal detection timing while visually checking the growth status of the colony, and to detect as quickly as possible to obtain the desired positive clone.
Furthermore, as another drawback, the problem of so-called "leak expression", in which antibody expression occurs in growing colonies before encountering the expression-inducing agent, remains unsolved. Immediately after plating or in the early stages of colony formation, E. coli is fragile, and if there is "leak expression" of antibodies, it may not proliferate due to the burden, or it may take a long time for colony formation. In such cases, even clones expressing antibodies with excellent antigen recognition (specificity and affinity) cannot be selected by screening, resulting in a substantial reduction in the effective library size.

また、本発明者らは、発現誘導時期及び強度をより確実に制御するための方法として「Single-step colony assay」法も開発した(非特許文献7)。アガープレート、抗原コート膜、親水性フィルターを重ね、フィルター上に抗体遺伝子ライブラリーを含む形質転換大腸菌を撒き、コロニーサイズが最適になったところで、発現誘導剤をスプレーにて噴霧し、抗体の発現を誘導するという手法である。
しかし、この手法はコロニーの生育状態を常に観察し続ける必要があるため、一般的な手法とはいえない。しかも、この手法でも「リーク発現」の問題は解決されていない。
The present inventors also developed a "single-step colony assay" method as a method for more reliably controlling the timing and intensity of expression induction (Non-patent Document 7). Agar plates, antigen-coated membranes, and hydrophilic filters are layered, and transformed E. coli containing the antibody gene library is spread on the filters. When the colony size is optimal, an expression inducer is sprayed to express antibodies. This is a method of inducing
However, this method cannot be said to be a general method because it requires constant observation of the colony's growth status. Moreover, even with this method, the problem of "leak occurrence" is not solved.

したがって、簡便かつ迅速に高活性抗体をスクリーニング可能な「One-Step Colony Assay」法において、「リーク発現」の問題を解決し、また最適な発現開始時期及び検出時期の設定をより簡便で自動化が可能となるように、さらに改良されたコロニーアッセイ法を提供することが、本発明の課題である。 Therefore, the "One-Step Colony Assay" method, which can easily and quickly screen highly active antibodies, solves the problem of "leak expression" and makes it easier and more automated to set the optimal expression start time and detection time. It is an object of the present invention to provide a further improved colony assay method.

特許第4782700号公報Patent No. 4782700 特表2009-544014号公報Special Publication No. 2009-544014 特開2013-233096号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-233096 特開2017-73995号公報JP 2017-73995 Publication

Keefe AD.et al, Nature. 2001 Apr 5;410(6829):715-8.Keefe AD.et al, Nature. 2001 Apr 5;410(6829):715-8. J.D.Marks,et al.,J.Mol.Biol.,222,581-597(1991)J.D.Marks,et al.,J.Mol.Biol.,222,581-597(1991) Martin L. Dreher, et al., J.Immunol.Methods, 139(1991) 197-205Martin L. Dreher, et al., J.Immunol.Methods, 139(1991) 197-205 Giovannoni et al., Nucleic Acids Research 2001,Vol.29, No.5 e27Giovannoni et al., Nucleic Acids Research 2001,Vol.29, No.5 e27 Y.Kumada,et al.,Biochem.Engineering J.,29(2006)98-102Y.Kumada,et al.,Biochem.Engineering J.,29(2006)98-102 M.Kato and Y.Hanyu, Journal of Immunological Methods, 2013 396,15-22M.Kato and Y.Hanyu, Journal of Immunological Methods, 2013 396,15-22 M.Kato and Y.Hanyu, Journal of Biotechnology, 2017 255, 1-8M.Kato and Y.Hanyu, Journal of Biotechnology, 2017 255, 1-8 L. Marschall, et al., Appl Microbiol Biotechnol (2017) 101:501-512L. Marschall, et al., Appl Microbiol Biotechnol (2017) 101:501-512

本発明の課題は、最適な発現開始時期及び検出時期の設定がより簡便で自動化が可能で「リーク発現」が抑制された「発現自動制御コロニーアッセイ法」と呼べる改良コロニーアッセイ法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an improved colony assay method that can be called an "automated expression control colony assay method" in which the optimal expression start time and detection time can be more easily set, can be automated, and "leak expression" is suppressed. It is in.

本発明者らは、最適な発現誘導時期及び検出時期の設定がコロニーの生育状態を目視することなく、自動的に行え、しかもリーク発現が抑制されるコロニーアッセイ法を提供するための手法を鋭意研究した。その結果、そのためには、自動的に発現の誘導を開始させるだけではなく、発現の抑制及び発現誘導の停止の自動的に行うことが必要であることに思い至った。そして、従来の各種改良コロニーアッセイ法のように、培地成分中に発現誘導剤を添加する、という発想を捨て、培地成分は通常の栄養培地(LB培地など)のままに設定した寒天培地として、抗体遺伝子ライブラリーを含む形質転換大腸菌を播種する際の播種液の方を工夫することを思いついた。具体的には、形質転換大腸菌の培地成分側はグルコースも糖類などの発現誘導剤も一切添加せず、播種用の播種液中にグルコースと共にラクトースなどの発現誘導剤を添加することで菌の生育と抗体発現を制御する方法により、従来のコロニーアッセイ法の手順をほとんど変更することなく、より簡便かつ確実に抗体スクリーニングを行うことに思い至った(図3)。つまり、本発明者らは、従来形質転換大腸菌による組換えタンパク質のタンク培養を用いた大量生産技術で採用されているカタボライト抑制の原理をコロニーアッセイ法による抗体スクリーニングの系にはじめて適用してみたことになる。 The present inventors have worked diligently to develop a method to provide a colony assay method that can automatically set the optimal expression induction time and detection time without visually observing the colony growth state, and that suppresses leakage expression. Researched. As a result, we realized that in order to achieve this goal, it is necessary not only to automatically start the induction of expression, but also to automatically suppress the expression and stop the induction of expression. We abandoned the idea of adding an expression inducer to the medium components as in the conventional various improved colony assay methods, and used an agar medium with the medium components set as normal nutrient media (such as LB medium). We came up with the idea of improving the inoculation solution used when inoculating transformed E. coli containing an antibody gene library. Specifically, we did not add any expression inducers such as glucose or sugars to the medium component side of the transformed E. coli, but added an expression inducer such as lactose together with glucose to the seeding solution for seeding, which allowed the growth of the bacteria. By using this method to control antibody expression, we came up with the idea of performing antibody screening more simply and reliably without changing the conventional colony assay procedure (Figure 3). In other words, the present inventors applied for the first time the principle of catabolite suppression, which has been conventionally adopted in mass production technology using tank culture of transformed E. coli, to an antibody screening system using the colony assay method. become.

ラクトースオペロンなど糖代謝系プロモーター制御下の遺伝子発現系では、プロモーターからの転写は、ラクトースなどプロモーター活性化因子だけでなく、cAMP依存性転写制御タンパク質(cAMP dependent transcriptional activator protein: CAP)によっても制御されており、グルコースはcAMP合成を阻害する。そのため、グルコース存在下では細胞内のcAMP濃度は低く保たれ、ラクトースなどのプロモーター活性化因子が存在しても、転写は抑制される(カタボライト抑制)。
本発明では、グルコースを培地ではなく希釈剤中に配合したことにより、菌をフィルター上に播種すると直ちにグルコースのみの消費が起こり、大腸菌の速やかな生育が始まる一方で、従来の課題であった「リーク発現」の発生は起こらない。グルコースがほぼ完全に消費されると、ラクトースなどによるプロモーター活性化に依存した抗体発現誘導が始まるが、それと同時にラクトース自体も大腸菌によって栄養素として徐々に消費され、培地からの補充はないから、結果としてその発現誘導は一過性となる。
発現誘導剤のうちで糖アナログのIPTG(イソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside))の場合は、糖のように細胞内で代謝されることはないが、アセチル化によりプロモーターへの結合能を失うことが知られている(非特許文献8)。したがって、IPTGを用いる場合も、培地からの補充がなければ、時間とともに実効濃度が減少し発現誘導が一過性となる点では糖類と同様である。
この抗体の一過性発現は、本発明者らが当初意図したことではないが、結果的に抗体スクリーニングにおける抗体検出系では非常に有効に働いた。抗体産生系の場合とは異なり抗体検出系において必要な発現抗体量は極めて少量ですむため一過性発現で十分であり、かつ検出後には抗体発現量がすみやかに減少することにより、コロニー生育への悪影響が限定的なものとなり、抗体産生能を有するほぼすべてのクローンを対象としたアッセイが可能となった。
In gene expression systems under the control of sugar metabolic promoters such as the lactose operon, transcription from the promoter is controlled not only by promoter activators such as lactose but also by cAMP dependent transcriptional activator protein (CAP). glucose inhibits cAMP synthesis. Therefore, in the presence of glucose, intracellular cAMP concentration is kept low, and transcription is suppressed (catabolite repression) even in the presence of promoter activators such as lactose.
In the present invention, by incorporating glucose into the diluent instead of the medium, only glucose is consumed immediately after the bacteria are inoculated onto the filter, and E. coli begins to grow quickly. No occurrence of "leak manifestation" occurs. When glucose is almost completely consumed, antibody expression induction dependent on promoter activation by lactose etc. begins, but at the same time, lactose itself is gradually consumed as a nutrient by E. coli, and there is no replenishment from the medium, so as a result Its expression induction is transient.
Among the expression inducers, the sugar analog IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) is not metabolized within cells like sugar, but It is known that the ability to bind to a promoter is lost due to acetylation (Non-Patent Document 8). Therefore, when IPTG is used, it is similar to saccharides in that without replenishment from the medium, the effective concentration decreases over time and expression induction becomes transient.
Although this transient expression of an antibody was not originally intended by the present inventors, it ended up working very effectively in an antibody detection system for antibody screening. Unlike the antibody production system, the amount of expressed antibody required in the antibody detection system is extremely small, so transient expression is sufficient, and the amount of antibody expression decreases quickly after detection, which facilitates colony growth. The negative effects of the antibody were limited, and it became possible to perform assays targeting almost all clones capable of producing antibodies.

このように、本発明では播種液のみにグルコースという発現阻害剤及びIPTGやラクトースなどの発現誘導剤を添加したことで、リーク発現を抑えることができ、かつ発現誘導剤の一過性発現が達成できたことにより、発現の良い成長過程のコロニーでのアッセイが可能になり、抗体産生能を有するすべてのクローンに対するアッセイが可能になった。そのため、より効率的に、高親和性・高選択性の抗体が樹立可能になった。 In this way, in the present invention, by adding an expression inhibitor called glucose and an expression inducer such as IPTG or lactose to the seeding solution, leakage expression can be suppressed and transient expression of the expression inducer can be achieved. This has made it possible to perform assays on growing colonies with good expression, making it possible to assay all clones capable of producing antibodies. Therefore, it has become possible to more efficiently establish antibodies with high affinity and high selectivity.

また、本発明では、アルカリフォスファターゼ(AP)をN末端に融合させた抗体発現ライブラリーを用いて、陽性クローンの同定とクローニングを同時に行う検出手法を開発したことで、より簡便かつ迅速に目的の抗体を取得することが可能となった。 In addition, in the present invention, we have developed a detection method that simultaneously identifies and clones positive clones using an antibody expression library in which alkaline phosphatase (AP) is fused to the N-terminus. It became possible to obtain antibodies.

本発明者らは、「発現自動制御コロニーアッセイ法」に係る本発明に先立ち、上述の「One-Step Colony Assay」法(特許文献4)及び「Single-step colony assay」法(特許文献7)を開発してきた。これらの技術は全て、遺伝子ライブラリーで形質転換した微生物をコロニーとして目的タンパク質を産生する陽性クローンを同定すると同時に直接抗体を単離する技術であるといえる。そして、今回新たに開発したアルカリフォスファターゼ(AP)をN末端に融合させた抗体発現ライブラリーを用いた陽性クローンの同定手法は、これらいずれの技術に対しても適用できる。したがって、本発明者らはこれら全ての技術を総称して「抗体ダイレクトクローニング法(DC)」と命名した。
すなわち、「抗体ダイレクトクローニング法(DC)」というとき、「One-Step Colony Assay」法、「Single-step colony assay」法、及び「発現自動制御コロニーアッセイ法」並びにこれらの方法においてAP融合抗体発現ライブラリーを用いた検出手法を用いた方法の全てを指す。
Prior to the present invention relating to the "automated expression control colony assay method", the present inventors have developed the above-mentioned "One-Step Colony Assay" method (Patent Document 4) and "Single-step colony assay" method (Patent Document 7). has been developed. All of these techniques can be said to be techniques in which a microorganism transformed with a gene library is used as a colony to identify positive clones that produce the target protein, and at the same time directly isolate antibodies. The newly developed method for identifying positive clones using an antibody expression library with alkaline phosphatase (AP) fused to the N-terminus can be applied to any of these techniques. Therefore, the present inventors collectively named all these techniques "antibody direct cloning (DC)."
That is, when we refer to "antibody direct cloning (DC)", we refer to "One-Step Colony Assay" method, "Single-step colony assay" method, and "automated expression control colony assay", as well as AP fusion antibody expression in these methods. Refers to all methods using detection methods using libraries.

すなわち本発明は、以下の通りである。
〔1〕 ターゲットを認識する機能的なタンパク質の発現自動制御コロニーアッセイ法であって、
(1)(a)グルコース及び発現誘導剤を含まない微生物用固形栄養培地の上面に(b)前記タンパク質が認識するターゲットを吸着もしくは被覆した膜を載置し、さらにその上面に(c)コロニー形成用フィルターを載置する工程、
(2)(c)の表面に前記タンパク質の遺伝子ライブラリーで形質転換した微生物を播種する工程、
(3)コロニーフィルター上で形成された各コロニーから発現、分泌してきた抗体を抗原膜の標的抗原と結合させる工程、
(4)抗原膜上の標的抗原との結合活性を標識スポットとして検出する工程、及び
(5)抗原膜上の標識スポットとコロニーフィルター上のコロニーとを重ね合わせて、ポジティブクローンを選択する工程、
を含み、
ここで、工程(2)における微生物を播種する際の播種液が、(i)グルコース、及び(ii)発現誘導剤、を含有することを特徴とする、方法。
〔2〕 播種液に含有される(ii)の発現誘導剤が、ラクトース、アラビノース、ラムノース又はIPTGであることを特徴とする、前記〔1〕に記載の方法。
〔2〕は、以下のように記載することもできる。
〔2’〕 工程(2)の遺伝子ライブラリー中の遺伝子がlacプロモーター制御下にあるとき、発現誘導剤はラクトース又はIPTGであり、当該遺伝子がアラビノースプロモーター制御下にあるとき、発現誘導剤はアラビノースであって、当該遺伝子がラムノースプロモーター制御下にあるとき、発現誘導剤はラムノースであることを特徴とする、前記〔1〕に記載の方法。
〔3〕 工程(2)で微生物を播種する際の播種液が、
(i)濃度0.02~0.2%のグルコース、及び
(ii)濃度0.05~0.2%のラクトース、アラビノースもしくはラムノース、又は0.05~0.5mMのITPG、
を含有することを特徴とする、前記〔2〕に記載の方法。
〔4〕 工程(2)におけるタンパク質の遺伝子ライブラリーが、タンパク質のN-端にアルカリフォスファターゼ(AP)を融合したタンパク質の遺伝子ライブラリーであり、
工程(4)における標識スポットが、APの発色反応に基づく標識スポットである、前記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の方法。
また、このAP融合タンパク質発現ライブラリーを用いて、AP発色反応を用いた検出方法を用いるAP発現スクリーニング法は、本発明に係る「発現自動制御コロニーアッセイ法」のみならず、従来のコロニーアッセイ法も含め、ダイレクトクローニング法(DC)一般に適用できる技術なので、以下のように記載することもできる。
〔4’〕
ターゲットを認識する機能的なタンパク質をスクリーニングするためのダイレクトクローニング法(DC)であって、
(1)(a)微生物用固形栄養培地の上面に(b)前記タンパク質が認識するターゲットを吸着もしくは被覆した膜を載置し、さらにその上面に(c)コロニー形成用フィルターを載置する工程、
(2)(c)のコロニー形成用フィルター表面に前記タンパク質のN-端にAPを融合した遺伝子ライブラリーで形質転換した微生物を播種する工程、
(3)コロニーフィルター上で形成された各コロニーから発現、分泌してきた抗体を抗原膜状の標的抗原と結合させる工程、
(4)抗原膜上にAP発色基質を添加して得たAP発色反応による標識スポットを検出する工程、及び
(5)抗原膜上の標識スポットとコロニーフィルター上のコロニーとを重ね合わせて、ポジティブクローンを選択する工程、
を含む、方法。
〔5〕 ターゲットを認識する機能的なタンパク質が抗体であり、当該タンパク質が認識するターゲットが抗原またはそのエピトープとなるペプチドもしくは糖鎖であって、ターゲットとの認識反応工程が抗原抗体反応工程である前記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の方法。
〔6〕 前記抗体が一本鎖抗体(scFv)又はFab抗体である前記〔5〕に記載の方法。
〔7〕 形質転換微生物が形質転換大腸菌である、前記〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の方法。
〔8〕 ターゲットを認識する機能的なタンパク質の発現自動制御コロニーアッセイ法において、当該タンパク質の遺伝子ライブラリーで形質転換した微生物をコロニー形成用フィルター上に播種するための播種液であって、下記(i)及び(ii)を含有する播種液;
(i)グルコース、及び
(ii)発現誘導剤。
〔9〕 (ii)の発現誘導剤が、ラクトース、アラビノース、ラムノース又はIPTGであることを特徴とする、前記〔8〕に記載の播種液。
〔9〕は、以下のように記載することもできる。
〔9’〕形質転換微生物が含有する遺伝子ライブラリー中の遺伝子がlacプロモーター制御下にあるとき、発現誘導剤はラクトース又はIPTGであり、当該遺伝子がアラビノースプロモーター制御下にあるとき、発現誘導剤はアラビノースであって、当該遺伝子がラムノースプロモーター制御下にあるとき、発現誘導剤はラムノースであることを特徴とする、前記〔8〕に記載の播種液。
That is, the present invention is as follows.
[1] An automated colony assay method for expression of a functional protein that recognizes a target, comprising:
(1) (a) Place a membrane adsorbed or coated with a target recognized by the protein (b) on top of a solid nutrient medium for microorganisms that does not contain glucose or an expression inducer, and further place (c) colonies on the top surface of the membrane. a step of placing a forming filter;
(2) Seeding microorganisms transformed with the protein gene library on the surface of (c),
(3) a step of binding the antibodies expressed and secreted from each colony formed on the colony filter to the target antigen on the antigen membrane;
(4) detecting the binding activity with the target antigen on the antigen membrane as a labeled spot, and (5) selecting a positive clone by overlapping the labeled spot on the antigen membrane and the colony on the colony filter.
including;
Here, a method characterized in that the seeding solution used in seeding the microorganism in step (2) contains (i) glucose and (ii) an expression inducer.
[2] The method according to [1] above, wherein the expression inducer (ii) contained in the seeding solution is lactose, arabinose, rhamnose or IPTG.
[2] can also be written as follows.
[2'] When the gene in the gene library in step (2) is under the control of the lac promoter, the expression inducer is lactose or IPTG; when the gene is under the control of the arabinose promoter, the expression inducer is arabinose. The method according to [1] above, wherein when the gene is under the control of the rhamnose promoter, the expression inducer is rhamnose.
[3] The seeding solution when seeding microorganisms in step (2) is
(i) glucose at a concentration of 0.02-0.2%, and (ii) lactose, arabinose or rhamnose at a concentration of 0.05-0.2%, or ITPG at a concentration of 0.05-0.5mM;
The method described in [2] above, characterized in that the method comprises:
[4] The protein gene library in step (2) is a protein gene library in which alkaline phosphatase (AP) is fused to the N-terminus of the protein,
The method according to any one of [1] to [3] above, wherein the labeled spot in step (4) is a labeled spot based on a color reaction of AP.
In addition, the AP expression screening method using this AP fusion protein expression library and the detection method using AP color reaction is applicable not only to the "automated expression control colony assay method" according to the present invention but also to the conventional colony assay method. It is a technique that can be applied to general direct cloning methods (DC), including direct cloning methods, so it can also be written as follows.
[4']
A direct cloning method (DC) for screening functional proteins that recognize targets,
(1) Step of placing (b) a membrane adsorbed or coated with the target recognized by the protein on the top surface of (a) a solid nutrient medium for microorganisms, and further placing (c) a colony forming filter on the top surface of the membrane. ,
(2) Seeding microorganisms transformed with a gene library in which AP is fused to the N-terminus of the protein on the surface of the colony forming filter in (c);
(3) a step of binding the antibodies expressed and secreted from each colony formed on the colony filter to the target antigen in the form of an antigen film;
(4) A step of detecting a labeled spot by an AP coloring reaction obtained by adding an AP coloring substrate onto the antigen membrane, and (5) a step of superimposing the labeled spot on the antigen membrane and the colony on the colony filter to detect a positive a step of selecting clones;
including methods.
[5] The functional protein that recognizes a target is an antibody, the target recognized by the protein is an antigen or a peptide or sugar chain that is an epitope thereof, and the recognition reaction process with the target is an antigen-antibody reaction process. The method according to any one of [1] to [4] above.
[6] The method according to [5] above, wherein the antibody is a single chain antibody (scFv) or a Fab antibody.
[7] The method according to any one of [1] to [6] above, wherein the transformed microorganism is a transformed E. coli.
[8] A seeding solution for seeding microorganisms transformed with a gene library of the protein onto a colony forming filter in an automatically controlled colony assay method for expression of a functional protein that recognizes a target, comprising the following ( A seeding solution containing i) and (ii);
(i) glucose, and (ii) an expression inducer.
[9] The seeding solution according to [8] above, wherein the expression inducer in (ii) is lactose, arabinose, rhamnose or IPTG.
[9] can also be written as follows.
[9'] When the gene in the gene library contained in the transformed microorganism is under the control of the lac promoter, the expression inducer is lactose or IPTG; when the gene is under the control of the arabinose promoter, the expression inducer is The seeding solution according to [8] above, wherein when the gene is arabinose and the gene is under the control of the rhamnose promoter, the expression inducer is rhamnose.

本発明のコロニーアッセイ法は、最適な発現開始時期及び検出時期の設定がより簡便なため、自動的に発現開始および停止が可能になり、大腸菌のコロニー形成状態をモニターする必要もなく、途中で作業を行う必要がない。
また、コロニー形成前のリーク発現を避けることができるため、抗体産生能を有するすべての大腸菌がコロニーを形成できる。その際、最大効率での発現誘導が可能なので、アッセイの感度があがり、多くの陽性クローンを同定可能となり、しかも、アッセイ中の大腸菌死滅や大腸菌からの抗体遺伝子の変異・欠失を回避することができるため、大きい良質なライブラリーを用いてアッセイ可能となった。そのため、より効率的に、高親和性で特異性の高い抗体を樹立できるようになった。
さらに、アルカリフォスファターゼ(AP)をN末端に融合させた抗体発現ライブラリーを用いた陽性クローンの同定手法を開発したことにより、より簡便かつ迅速に目的抗体を取得できるようになった。
The colony assay method of the present invention makes it easier to set the optimal expression start time and detection time, so it is possible to automatically start and stop expression, and there is no need to monitor the colony formation status of E. coli. No need to do any work.
Furthermore, since leakage expression before colony formation can be avoided, all E. coli bacteria capable of producing antibodies can form colonies. At this time, expression can be induced with maximum efficiency, increasing the sensitivity of the assay and allowing identification of many positive clones, while also avoiding killing of E. coli during the assay and mutation/deletion of antibody genes from E. coli. This makes it possible to perform assays using large, high-quality libraries. Therefore, it has become possible to more efficiently develop antibodies with high affinity and high specificity.
Furthermore, by developing a method for identifying positive clones using an antibody expression library with alkaline phosphatase (AP) fused to the N-terminus, it has become possible to obtain target antibodies more easily and quickly.

従来法1:コロニーリフトアッセイ法Conventional method 1: Colony lift assay method 従来法2:「One-Step Colony Assay」法Conventional method 2: “One-Step Colony Assay” method 本発明の「発現自動制御コロニーアッセイ」法の手順Procedures for the “automated expression control colony assay” method of the present invention AP融合タンパク質を利用した改良法の手順Procedures for improved methods using AP fusion proteins 二次抗体検出による従来検出法Conventional detection method using secondary antibody detection AP発色を利用した改良検出法Improved detection method using AP color development AP融合scFv発現ベクターの構造Structure of AP fusion scFv expression vector 抗体ライブラリーを用いて検出された陽性クローンPositive clones detected using antibody library 抗体ライブラリーからスクリーニングされた陽性クローンのキャラクテリゼーション:配列 図中、下線部はリンカーを示す。リンカーよりN端側(上流部)はVH、リンカーよりC端側(下流部)はVLである。Characterization of positive clones screened from antibody libraries: Sequences In the figure, underlined parts indicate linkers. The N-terminal side (upstream part) of the linker is VH, and the C-terminal side (downstream part) of the linker is VL. 抗体ライブラリーからスクリーニングされた陽性クローンのキャラクテリゼーション:ELISACharacterization of positive clones screened from antibody libraries: ELISA AP融合抗体ライブラリーを用いて検出された陽性クローンPositive clones detected using AP fusion antibody library AP融合抗体ライブラリーからスクリーニングされた陽性クローンのキャラクテリゼーション:配列 図中、下線部はリンカーを示す。リンカーよりN端側(上流部)はVH、リンカーよりC端側(下流部)はVLである。Characterization of positive clones screened from AP fusion antibody library: Sequences In the figure, underlined parts indicate linkers. The N-terminal side (upstream part) of the linker is VH, and the C-terminal side (downstream part) of the linker is VL. AP融合抗体ライブラリーからスクリーニングされた陽性クローンのキャラクテリゼーション:ELISACharacterization of positive clones screened from AP fusion antibody library: ELISA

1.「発現自動制御コロニーアッセイ法」について
本発明の改良されたコロニーアッセイ法は、「発現制御コロニーアッセイ」法、又は「発現自動制御コロニーアッセイ」法とも称する。「発現自動制御コロニーアッセイ」法は、基本的には、従来から広く用いられているコロニーアッセイ法に準じた手法でもあるため、従来法との相違点を中心に以下説明する。
なお、本発明のスクリーニングの対象となるタンパク質、ペプチドライブラリーとしては、形質転換細胞により発現可能なタンパク質、ペプチドであればどのようなタンパク質、ペプチドであってよい。以下の説明では、主として抗体(scFv)ライブラリーについて述べるが、本発明は、抗体(scFv)ライブラリーに限定されるものではない。
1. About the "Automatically Controlled Expression Colony Assay Method" The improved colony assay method of the present invention is also referred to as the "controlled expression colony assay" method or the "automatically controlled expression colony assay" method. The "automated expression control colony assay" method is basically a method similar to the colony assay method that has been widely used in the past, and therefore will be explained below, focusing on the differences from the conventional method.
The protein and peptide library to be screened in the present invention may be any protein or peptide as long as it can be expressed by transformed cells. Although the following description mainly describes antibody (scFv) libraries, the present invention is not limited to antibody (scFv) libraries.

(1-1)従来のコロニーアッセイ法
(1-1-1)従来のコロニーリフトアッセイの手順(非特許文献2,3)(図1)。
従来のコロニーリフトアッセイは、例えば、非特許文献2,3に記載のように、典型的には以下の手順で行われる。
(1)抗体(scFv)ライブラリーを形質転換した大腸菌、酵母などを用意する工程、
(2)生育用栄養培地表面に親水性フィルターを敷き、形質転換した大腸菌、酵母を高密度に播種し、十分に生育させてコロニーを生成させる工程、
なお、当初のコロニーリフトアッセイ(特許文献1)では、栄養培地表面に直接形質転換大腸菌、酵母を播種し生育させるため、ニトロセルロース膜などにコロニーを写し取る工程がさらに必要となる。また、抗原膜表面の抗原との反応は写し取った膜表面のコロニーが分泌する抗体であるため、ポジティブクローン選択時には標識スポットを反転させる必要がある。
(3)標的抗原を吸着又はコートした抗原膜(membrane)を用意する工程、
(4)コロニーを形成させた当該フィルターを外し、抗原膜の上に重ね合わせた状態で、発現誘導剤含有選択培地表面に移動させる工程、
(5)発現誘導剤含有選択培地での培養後、発現誘導剤の作用により各コロニーで発現、分泌してきた抗体を膜上の標的抗原と結合させる工程、
(6) コロニーを形成させた当該フィルターを外し、培地上で保存する工程、
(7)抗原膜上の標的抗原との結合活性を標識スポットなどとして検出する工程、
(8)抗原膜上の標識スポットとコロニーフィルター上のコロニーを重ね合わせて、ポジティブクローンを選択する手法。
(1-1) Conventional colony assay method (1-1-1) Conventional colony lift assay procedure (Non-Patent Documents 2 and 3) (FIG. 1).
Conventional colony lift assays are typically performed using the following procedure, as described in Non-Patent Documents 2 and 3, for example.
(1) Step of preparing E. coli, yeast, etc. transformed with antibody (scFv) library,
(2) A step in which a hydrophilic filter is placed on the surface of a nutrient medium for growth, and the transformed E. coli and yeast are sown at high density and allowed to grow sufficiently to form colonies;
In addition, in the original colony lift assay (Patent Document 1), transformed E. coli and yeast are directly inoculated and grown on the surface of a nutrient medium, so a step of transferring colonies onto a nitrocellulose membrane or the like is additionally required. In addition, since the reaction with the antigen on the surface of the antigen membrane is the antibody secreted by the colony on the surface of the transferred membrane, it is necessary to invert the labeled spot when selecting positive clones.
(3) preparing an antigen membrane adsorbed or coated with a target antigen;
(4) removing the filter on which colonies have been formed and transferring it to the surface of a selective medium containing an expression inducer while superimposing it on the antigen membrane;
(5) After culturing in a selective medium containing an expression inducer, the antibody expressed and secreted in each colony is bound to the target antigen on the membrane by the action of the expression inducer;
(6) removing the filter on which colonies have formed and storing it on a medium;
(7) Detecting the binding activity with the target antigen on the antigen membrane as a labeled spot,
(8) A method of selecting positive clones by overlapping labeled spots on the antigen membrane and colonies on the colony filter.

(1-1-2)ワンステップ・コロニーアッセイ(One-Step Colony Assay)の手順(図2)
ワンステップ・コロニーアッセイ法は、本発明者らが従来のコロニーリフトアッセイの改良法として開発した方法(特許文献4)であり、コンタミの原因となるリフト工程が不要となり、簡便かつ迅速な高活性抗体のスクリーニングを可能とした。
(1-1-2) One-Step Colony Assay procedure (Figure 2)
The one-step colony assay method is a method developed by the present inventors as an improvement method of the conventional colony lift assay (Patent Document 4).It eliminates the need for a lifting step that causes contamination, and is a simple, quick, and highly active method. This made it possible to screen antibodies.

(1)抗体(scFv)ライブラリーを形質転換した大腸菌、酵母などを用意する工程、
(2)標的抗原を吸着又はコートした抗原膜を用意する工程、
(3)発現誘導剤(IPTGなど)の濃度勾配を設けて含有する栄養培地を用意する工程、
(4)(3)の発現誘導剤含有栄養培地表面に(2)の抗原膜を載置し、さらにその上に設けたコロニーフィルター上に(1)の形質転換した大腸菌、酵母を高密度に播種する工程、
(5)コロニーフィルター上で形成された各コロニーから発現、分泌してきた抗体を抗原膜上の標的抗原と結合させる工程、
(6)抗原膜上の標的抗原との結合活性を標識スポットなどとして検出する工程、
(7)抗原膜上の標識スポットとコロニーフィルター上のコロニーとを重ね合わせて、ポジティブクローンを選択する手法。
(1) Step of preparing E. coli, yeast, etc. transformed with antibody (scFv) library,
(2) preparing an antigen membrane adsorbed or coated with a target antigen;
(3) preparing a nutrient medium containing a concentration gradient of an expression inducer (IPTG, etc.);
(4) Place the antigen membrane from (2) on the surface of the nutrient medium containing the expression inducer from (3), and then place the transformed E. coli and yeast from (1) at high density on the colony filter placed on top of it. The process of sowing seeds;
(5) a step of binding the antibodies expressed and secreted from each colony formed on the colony filter to the target antigen on the antigen membrane;
(6) Detecting the binding activity with the target antigen on the antigen membrane as a labeled spot,
(7) A method of selecting positive clones by overlapping labeled spots on the antigen membrane and colonies on the colony filter.

このように、ワンステップ・コロニーアッセイ(One-Step Colony Assay)は、(図2)に示すとおりであり、以前のコロニーリフトアッセイ法(図1)とは、コロニーリフト工程(4)(5)が省略できた点を相違点としている。つまり、コロニーリフト工程を省略するために、生育用の栄養培地中に含有させる発現誘導剤(IPTGなど)に適切な濃度勾配を設けた点が主要な特徴である。
したがって、標的抗原コート膜の作製法、当該抗原膜による標識スポットの検出方法など、抗体検出のアッセイ工程は、以前のコロニーリフトアッセイ(非特許文献2,3、特許文献1など)やファージディスプレイ、ハイブリッド法などで用いられていた手法は全て転用することができる。また、これらのアッセイ法のために調製された抗体ライブラリーに対してもそのまま適用することができる。
Thus, the One-Step Colony Assay is as shown in (Figure 2), and is different from the previous colony lift assay method (Figure 1) in that it requires a colony lift step (4)(5). The difference is that this can be omitted. In other words, the main feature is that an appropriate concentration gradient is provided for the expression inducer (IPTG, etc.) contained in the nutrient medium for growth in order to omit the colony lift step.
Therefore, the assay process for antibody detection, such as the method for preparing a target antigen-coated membrane and the method for detecting labeled spots using the antigen membrane, is similar to the previous colony lift assay (Non-Patent Documents 2, 3, Patent Document 1, etc.), phage display, etc. All the methods used in the hybrid method etc. can be reused. Furthermore, it can be applied as is to antibody libraries prepared for these assay methods.

(1-2)本発明の発現制御コロニーアッセイの手順(図3)
本発明の発現制御コロニーアッセイは、フィルター上に播種するための抗体(scFv)ライブラリーを形質転換した大腸菌、酵母などの播種液の調製、具体的には、従来の播種液中に、発現阻害剤として作用するグルコースと共に、ラクトース、IPTGなどの発現誘導剤を最適の濃度範囲でいずれも微量添加して、当該播種液中の形質転換大腸菌を培地表面のフィルター上に播種する点に特徴を有する発明である。そのため、他の手順は、前記ワンステップ・コロニーアッセイとほぼ同様の手順で行う。すなわち、(図3)に示す以下の手順で行う。
(1)抗体(scFv)ライブラリーを形質転換した大腸菌、酵母などを用意する工程、
(2)グルコース及び発現誘導剤を特定の配合比率で含有する播種液を用意する工程、
(3)標的抗原を吸着又はコートした抗原膜を用意する工程、
(4)通常の栄養固形培地(LB培地など)を用意する工程、
(5)(3)の栄養培地表面に(2)の抗原膜を載置し、さらにその上にコロニーフィルターを設け、(2)の播種液中に懸濁した(1)の形質転換した大腸菌、酵母を、コロニーフィルター上に高密度に播種する工程、
(6)コロニーフィルター上で形成された各コロニーから発現、分泌してきた抗体を抗原膜上の標的抗原と結合させる工程、
(7)抗原膜上の標的抗原との結合活性を標識スポットなどとして検出する工程、
(8)抗原膜上の標識スポットとコロニーフィルター上のコロニーとを重ね合わせて、ポジティブクローンを選択する手法。
(1-2) Procedure for expression-controlled colony assay of the present invention (Figure 3)
The expression-controlled colony assay of the present invention involves the preparation of an inoculum of Escherichia coli, yeast, etc. transformed with an antibody (scFv) library for inoculation onto a filter. The method is characterized in that the transformed E. coli in the inoculation solution is inoculated onto the filter on the surface of the medium by adding a trace amount of an expression inducer such as lactose or IPTG in an optimal concentration range along with glucose, which acts as an agent. It is an invention. Therefore, the other procedures are almost the same as the one-step colony assay described above. That is, the following procedure shown in FIG. 3 is performed.
(1) Step of preparing E. coli, yeast, etc. transformed with antibody (scFv) library,
(2) preparing a seeding solution containing glucose and an expression inducer in a specific mixing ratio;
(3) preparing an antigen membrane adsorbed or coated with a target antigen;
(4) the step of preparing a normal nutrient solid medium (such as LB medium);
(5) Place the antigenic membrane from (2) on the surface of the nutrient medium from (3), further place a colony filter on top of it, and suspend the transformed E. coli from (1) in the seeding solution from (2). , a step of seeding yeast at high density on a colony filter;
(6) a step of binding the antibodies expressed and secreted from each colony formed on the colony filter to the target antigen on the antigen membrane;
(7) Detecting the binding activity with the target antigen on the antigen membrane as a labeled spot,
(8) A method of selecting positive clones by overlapping labeled spots on the antigen membrane and colonies on the colony filter.

したがって、本発明においては、播種液の調製方法以外の各工程で用いる抗体(scFv)ライブラリーの調製方法、標的抗原コート膜の作製法、当該抗原膜による標識スポットの検出方法、コロニー保存法、陽性クローン同定法、などの有用抗体産生クローンの取得に至る一連の工程は、全て前記(1-1-2)に示したワンステップ・コロニーアッセイ法の手順を準用できる。 Therefore, in the present invention, a method for preparing an antibody (scFv) library used in each step other than the method for preparing a seeding solution, a method for preparing a target antigen-coated membrane, a method for detecting labeled spots using the antigen membrane, a method for preserving colonies, For a series of steps leading to the acquisition of useful antibody-producing clones, such as the positive clone identification method, the procedure of the one-step colony assay method shown in (1-1-2) above can be applied mutatis mutandis.

(1-3)本発明の改良型発現制御コロニーアッセイの手順(図4)
本発明の改良型発現制御コロニーアッセイは、基本的な手順は前記(1-2)に示した各工程に従って行うものであるが、上記工程(1)の抗体(scFv)ライブラリーとして、抗体(scFv)のN端にアルカリフォスファターゼ(AP)を融合させた、AP融合抗体(scFv)ライブラリーを用いる。なお、APをscFvとの融合タンパク質にするには、Harperらの手法(K. Harper, et al. Journal of Virological Methods 63 (1997) 237-242)に準じた手法により作製できる。K. HarperらはAPをscFvのC末端側に融合させたが、我々は、APをscFvのN末端側に融合させた。AP遺伝子配列は、アクセッション番号EG10727として入手できる。153番目のアミノ酸残基AspをGlyに置換し、330番目のアミノ酸残基AspをAsnに置換した改変型AP遺伝子を用いてもよい(特許第3560972号、WO2015056659A1)。
AP融合抗体(scFv)ライブラリーを用いることで、上記工程(7)における抗原膜上の標的抗原との結合活性を、APの発色反応により直接的に検出することが可能となった。具体的な手順は、(図4)に示す通りであり、従来の二次抗体を用いる検出方法との検出工程の違いを、図5及び図6として示す。
(1-3) Procedure for improved expression-controlled colony assay of the present invention (Figure 4)
The basic procedure for the improved expression-controlled colony assay of the present invention is performed according to each step shown in (1-2) above. An AP fusion antibody (scFv) library is used, in which alkaline phosphatase (AP) is fused to the N-terminus of scFv). Note that AP can be made into a fusion protein with scFv by a method similar to that of Harper et al. (K. Harper, et al. Journal of Virological Methods 63 (1997) 237-242). K. Harper et al. fused AP to the C-terminal side of scFv, whereas we fused AP to the N-terminal side of scFv. The AP gene sequence is available as accession number EG10727. A modified AP gene in which the 153rd amino acid residue Asp is replaced with Gly and the 330th amino acid residue Asp is replaced with Asn may be used (Patent No. 3560972, WO2015056659A1).
By using an AP fusion antibody (scFv) library, it has become possible to directly detect the binding activity with the target antigen on the antigen membrane in step (7) above by a color reaction of AP. The specific procedure is as shown in FIG. 4, and the differences in the detection process from the conventional detection method using a secondary antibody are shown in FIGS. 5 and 6.

2.本発明の対象タンパク質及びそのライブラリーの作製
(2-1)本発明の対象タンパク質
本発明のスクリーニングの対象タンパク質は、「ターゲットを認識する機能的なタンパク質」すなわち、「結合活性に優れたタンパク質」である。典型的には抗体であるため、本明細書では主として「抗体」について説明するが、抗体に限られることはない。ターゲットに対する結合活性を有するタンパク質であれば、その結合活性を利用して「抗体」について説明する以下の方法を適用して、結合活性に優れたタンパク質を取得することができる。「抗体」の認識する結合対象となる「標的抗原」は、どのような「抗原」であってもよいが、典型的には、レセプター、チャネル等の膜タンパク質やリガンドなどの生理活性タンパク質、毒素、病原性細菌などである。
ここで、本発明で「抗体」というとき、IgG、もしくは1つ以上のドメインが欠失した抗体の他に、主に大腸菌で発現可能な抗体フラグメントを指し、一本鎖抗体(scFv)、Fab、Fv、Fab’、F(ab’)2などが好ましく、特にscFvが好ましい。ヒトなど哺乳類由来の配列を有する抗体が好ましいが、それには限られない。
また、「抗体」以外の「結合活性に優れたタンパク質」としては、DNA結合タンパク質、ペプチド、proteinAなどが含まれる。
2. Preparation of the target protein of the present invention and its library (2-1) Target protein of the present invention The target protein for screening of the present invention is a "functional protein that recognizes a target", that is, a "protein with excellent binding activity". It is. Since it is typically an antibody, the term "antibody" will be mainly described herein, but it is not limited to antibodies. As long as the protein has binding activity to a target, a protein with excellent binding activity can be obtained by applying the method described below regarding "antibodies" using the binding activity. The "target antigen" that is recognized and bound by the "antibody" may be any kind of "antigen", but typically membrane proteins such as receptors and channels, physiologically active proteins such as ligands, and toxins. , pathogenic bacteria, etc.
Here, in the present invention, the term "antibody" mainly refers to antibody fragments that can be expressed in E. coli, in addition to IgG or antibodies with one or more domains deleted, such as single chain antibodies (scFv), Fab , Fv, Fab', F(ab') 2 and the like are preferred, with scFv being particularly preferred. Antibodies having sequences derived from mammals such as humans are preferred, but are not limited thereto.
In addition, "proteins with excellent binding activity" other than "antibodies" include DNA-binding proteins, peptides, protein A, and the like.

(2-2)形質転換宿主の種類及び形質転換方法
コロニー形成性であって、かつカタボライト抑制が有効な微生物であれば、どのような細菌、酵母であっても、宿主として用いることができる。具体的には、E.Coli (大腸菌)、B.megaterium などBacillus属細菌、Brevibacillus属などの細菌類、他の細菌、又はSaccharomyces cerevisiaeの他、Pichia属、Candida属の酵母、特に大腸菌が好ましい。
なお、カタボライト抑制機構は多くの微生物が有しており、生育環境にグルコースとそれ以外の炭素源として糖類が存在する場合、グルコースを優先的に代謝する。そのため、タンパク質発現の誘導剤が糖類の場合、グルコースが存在する間は発現が抑制され、グルコース代謝後に、誘導剤の糖類の代謝が始まり、発現が遅れて起こる。
宿主の形質転換方法、及び各々の宿主に適した発現ベクターは、当業者には既知である。
形質転換法としては、塩化カルシウムを用いた化学的形質転換法やエレクトロポレーション法など適宜の方法を選択できる。
ただし、本発明で用いられる発現ベクターとしては、カタボライト抑制機構が働く転写機構である糖類代謝系プロモーター制御下の転写機構などを有している必要がある。好ましい発現ベクターとしては、大腸菌の場合、pETベクター、pGEXベクターなどが挙げられる。
(2-2) Types of transformation hosts and transformation methods Any bacteria or yeast can be used as a host as long as it is a colony-forming microorganism and is effective in suppressing catabolites. Specifically, bacteria of the genus Bacillus such as E. coli (E. coli) and B. megaterium, bacteria of the genus Brevibacillus, other bacteria, Saccharomyces cerevisiae, as well as yeast of the genus Pichia and Candida, and especially E. coli are preferred.
Note that many microorganisms have a catabolite suppression mechanism, and when glucose and other sugars are present as carbon sources in the growth environment, they preferentially metabolize glucose. Therefore, when the inducer of protein expression is a saccharide, expression is suppressed while glucose is present, and after glucose metabolism, metabolism of the saccharide of the inducer begins, and expression occurs with a delay.
Methods for transforming hosts and suitable expression vectors for each host are known to those skilled in the art.
As the transformation method, an appropriate method such as a chemical transformation method using calcium chloride or an electroporation method can be selected.
However, the expression vector used in the present invention must have a transcription mechanism under the control of a sugar metabolism promoter, which is a transcription mechanism in which a catabolite suppression mechanism operates. Preferred expression vectors include pET vectors, pGEX vectors, and the like in the case of E. coli.

(2-3)ライブラリーの作製方法
以下、本発明のスクリーニングの対象タンパク質として親和性及び特異性が高い抗体をスクリーニングするための抗体ライブラリー、そのうちでも典型的な抗体ライブラリーであるscFvライブラリー作製法について詳細に述べるが、本発明のライブラリーとしては、scFvライブラリーには限られない。他の「結合活性に優れたタンパク質」のスクリーニング用ライブラリーについても同様に作製できる。また、ライブラリーを形質転換する宿主細胞としても大腸菌には限られない。
(2-3) Library production method Below, we will discuss antibody libraries for screening antibodies with high affinity and specificity for the target protein of the screening of the present invention, among which scFv libraries are typical antibody libraries. Although the production method will be described in detail, the library of the present invention is not limited to an scFv library. Libraries for screening other "proteins with excellent binding activity" can also be created in the same manner. Furthermore, the host cell used to transform the library is not limited to E. coli.

(2-3-1)免疫動物からの抗体遺伝子の採取
抗体遺伝子の採取原としては、マウス、ラット、ウサギ、などのげっ歯類、サルなどの霊長類の他、ヒツジ、ヤギ、ウシ、ラクダ、ラマなどの大型哺乳類が好ましく、これらの脾臓、抹消血単核球細胞(PBMC)、リンパ球、B細胞などを用いることができる。
本実施例では、ラット、ウサギの脾臓、又はウサギのPBMCを用いたがこれらに限るものではない。
(2-3-1) Collection of antibody genes from immunized animals Antibody genes can be collected from rodents such as mice, rats, rabbits, primates such as monkeys, as well as sheep, goats, cows, and camels. , large mammals such as llamas are preferred, and their spleens, peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), lymphocytes, B cells, etc. can be used.
In this example, rat, rabbit spleen, or rabbit PBMC were used, but the present invention is not limited to these.

(2-3-2)scFvライブラリーの作製法
scFvライブラリーを作製するためには、抗体重鎖遺伝子由来VH遺伝子と、軽鎖遺伝子由来のVL遺伝子を調製した後に、適当なリンカーを介して連結し、発現用ベクターに組み込む。scFvライブラリーの作製に当たっては、VHおよびVL遺伝子に変異、欠失、シフトがおこらないようにベクターに組み込む事が大事である。さらに、遺伝子中に大きな多様性(抗原認識部:CDR部)を持っている部分があるので、その多様性を維持しつつ、これによって作製が阻害されないように、scFvライブラリーを作製する必要がある。そのために従来用いられていた手法としては、主として以下の2つの方法がある。
(a) Two-step cloning:VHとVLをそれぞれPCR法により増幅させ、ベクターに先ずVLを挿入して大腸菌で増やしVL libraryを作製し、次にVHをこのベクターに挿入し、scFvライブラリーを作成する方法。
(b) One-step cloning(VH-VL assembly):VHとVLをそれぞれPCR法により増幅させた後に連結し、その連結物をベクターに組み込み、scFvライブラリーを作成する方法。特に、VH及びVL遺伝子の連結法として、VHのC端側、およびVLのN端にリンカー領域を付加し、そのリンカー部分の重なり合いを利用するオーバーラップPCR反応(SOE-PCR:Splicing by overlap extension-PCR)によりVH,VLを連結する方法が広く用いられている。
(2-3-2) Method for producing scFv library
To create an scFv library, a V H gene derived from an antibody heavy chain gene and a V L gene derived from a light chain gene are prepared, and then linked via a suitable linker and incorporated into an expression vector. When creating an scFv library, it is important to incorporate the V H and V L genes into the vector so that mutations, deletions, and shifts do not occur. Furthermore, since there are parts of the gene that have large diversity (antigen recognition region: CDR region), it is necessary to create an scFv library in a way that maintains this diversity and does not inhibit production. be. There are two main methods conventionally used for this purpose:
(a) Two-step cloning: V H and V L are each amplified by PCR method, V L is first inserted into the vector, multiplied with E. coli to create a V L library, and then V H is inserted into this vector. , how to create a scFv library.
(b) One-step cloning (V H -V L assembly): A method in which V H and V L are each amplified by PCR and then ligated, and the ligated product is incorporated into a vector to create an scFv library. In particular, as a method for linking V H and V L genes, a linker region is added to the C-terminus of V H and the N-terminus of V L , and the overlap PCR reaction (SOE-PCR) utilizes the overlap of the linker regions. A widely used method is to connect V H and V L by splicing by overlap extension (PCR).

通常のファージディスプレイ法や従来のコロニーアッセイ法では、scFv発現ベクターの構築の際に、簡便で迅速な(b)の方法を採用することが多いが、遺伝子変異が入りやすいなどの欠点がある。本発明者らは、最近(b)の改良方法に相当する「λエキソヌクレアーゼ法」(非特許文献6、特許文献3)を、ファージディスプレイ用のscFvライブラリー構築法として開発した。「λエキソヌクレアーゼ法」では、SOE-PCRを用いずに、λエキソヌクレアーゼと、λエキソヌクレアーゼの非特異的反応を防止するために3’及び5’末端近傍がS化されたプライマーとを用いる。
本発明の発現自動制御コロニーアッセイ法でのscFvライブラリーの構築においては、従来のSOE-PCRを用いる(b)の「One-step cloning」など他の抗体ライブラリー構築法も適用できるが、(a)の「Two-step cloning法」、又は本発明者らの開発した「λエキソヌクレアーゼ法」を採用することが特に好ましい。
In ordinary phage display methods and conventional colony assay methods, the simple and rapid method (b) is often adopted when constructing scFv expression vectors, but it has drawbacks such as easy introduction of genetic mutations. The present inventors recently developed the "λ exonuclease method" (Non-Patent Document 6, Patent Document 3), which corresponds to the improved method (b), as a scFv library construction method for phage display. The "λ exonuclease method" uses λ exonuclease and primers with S-terminus near the 3' and 5' ends to prevent non-specific reactions of λ exonuclease, without using SOE-PCR. .
In constructing an scFv library using the automatic expression control colony assay method of the present invention, other antibody library construction methods such as "One-step cloning" (b) using conventional SOE-PCR can also be applied; It is particularly preferable to employ the "Two-step cloning method" in a) or the "λ exonuclease method" developed by the present inventors.

(2-3-3)「Two-step cloning法」について
本発明の発現自動制御コロニーアッセイ法で採用することが特に好ましい方法の1つである「Two-step cloning法」の手順について、以下簡単に説明する。
(2-3-3) About the "Two-step cloning method" The procedure of the "Two-step cloning method", which is one of the methods particularly preferably employed in the automatic expression control colony assay method of the present invention, is briefly explained below. Explain.

<VLライブラリー作製>
PCRで増幅し、精製したVLライブラリーとベクターはNheI及びNotIで各37℃2時間以上充分切断し、精製した後、VLライブラリーとベクターのLigationを行った。その後、Ligation溶液で、遺伝子を安定的に保存できる、DH5α competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、アンピシリン含有のLB agar培地に播種し、Colonyを形成させ、VLベクターライブラリーを作製した。
< VL library creation>
The V L library and vector amplified by PCR and purified were sufficiently digested with NheI and NotI at 37° C. for 2 hours each, and after purification, the V L library and vector were ligated. Thereafter, DH5α competent cells (Nihon Gene Co., Ltd.), which can stably store genes, were transformed with Ligation solution, and seeded on LB agar medium containing ampicillin to form colonies to create a V L vector library. .

<scFvライブラリー作製>
上記で得られたVLベクターライブラリーはプラスミドを精製した後、PCRで増幅したVHライブラリーとVLベクターライブラリーは、NcoI及びKpnIで各37℃2時間以上の充分な時間をかけて切断し、VHライブラリーとVLベクターライブラリーのLigationを行った。Ligation溶液で、BL21(DE3) competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、アンピシリン含有のLB agar培地に播種し、Colonyを形成させ、scFvライブラリー発現ベクターを作製した。
<scFv library preparation>
After purifying the plasmid of the V L vector library obtained above, the V H library and V L vector library amplified by PCR were heated with NcoI and KpnI for at least 2 hours at 37°C. After cutting, the V H library and V L vector library were ligated. BL21(DE3) competent cells (Nippon Gene Co., Ltd.) were transformed with the ligation solution, and seeded on LB agar medium containing ampicillin to form colonies to produce scFv library expression vectors.

<AP-scFv用VLライブラリー作製>
PCRで増幅し、精製したVLライブラリーとベクターはNheI及びNotIで各37℃2時間以上充分切断し、精製した後、VLライブラリーとAP遺伝子が挿入されたベクターのLigationを行った。その後、Ligation溶液で、遺伝子を安定的に保存できる、DH5α competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、アンピシリン含有のLB agar培地に播種し、Colonyを形成させ、VLベクターライブラリーを作製した。
<Preparation of V L library for AP-scFv>
The V L library and vector that had been amplified and purified by PCR were sufficiently digested with NheI and NotI at 37° C. for at least 2 hours each, and after purification, the V L library and the vector into which the AP gene had been inserted were ligated. Thereafter, DH5α competent cells (Nihon Gene Co., Ltd.), which can stably store genes, were transformed with Ligation solution, and seeded on LB agar medium containing ampicillin to form colonies to create a V L vector library. .

<AP-scFvライブラリー作製>
上記で得られたVLベクターライブラリーはプラスミドを精製した後、PCRで増幅したVHライブラリーとVLベクターライブラリーは、NcoI及びXhoIで各37℃2時間以上の充分な時間をかけて切断し、VHライブラリーとVLベクターライブラリーのLigationを行った。Ligation溶液で、BL21(DE3) competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、アンピシリン含有のLB agar培地に播種し、Colonyを形成させ、AP-scFvライブラリー発現ベクターを作製した。その構造を図7に示す。
<AP-scFv library preparation>
After purifying the plasmid of the V L vector library obtained above, the V H library and V L vector library amplified by PCR were treated with NcoI and XhoI for a sufficient time of at least 2 hours at 37°C. After cutting, the V H library and V L vector library were ligated. BL21(DE3) competent cells (Nippon Gene Co., Ltd.) were transformed with the ligation solution, and seeded on LB agar medium containing ampicillin to form colonies to produce AP-scFv library expression vectors. Its structure is shown in FIG.

(2-3-3)λエキソヌクレアーゼ法
本発明者らが、最近開発したλエキソヌクレアーゼを用いたscFvライブラリーの構築方法(非特許文献6、特許文献3)も本発明のscFvライブラリーの構築に極めて適している。
当該構築法は、(非特許文献6、特許文献3)に記載の通りであるが、具体的には、以下の手順で行う。
(1)VH遺伝子、VL遺伝子をPCRにより増幅する際に片方のC端側及び他方のN端側のプライマーにリンカー配列を付加し、さらに5’末端にリン酸を付加する。
(2)得られた2種類のDNA断片のそれぞれのリン酸化5 ’末端をλエキソヌクレアーゼで消化し、リンカー部分を一本鎖化させて、VHとVLを連結させた後、Bst DNAポリメラーゼにより3’方向に残っている相補鎖をはがしつつ、新たな相補鎖を合成させて(鎖置換合成)、リンカーで繋がれたVHとVLの完全な二本鎖を製造する。
(3)この二本鎖をベクターに挿入し、scFvライブラリーとして使用する。
当該手法では、λエキソヌクレアーゼがS化(Phosphorothioate)DNAを消化できないという性質を利用して、非リン酸化プライマーの5’末端をS化する事により、λエキソヌクレアーゼの非特異的な(非リン酸化5’末端)への反応を防止できる。またリン酸化プライマーの3’末端に近傍をS化する事により、λエキソヌクレアーゼが消化するDNAの長さを制御できるようになり、多様性の大きいCDR領域が一本鎖化する事を避ける事ができ、バックグラウンド反応を激減させる事ができるという、優れた利点を有する。
したがって、従来のSOE-PCRを用いる「One-step cloning」における、遺伝子の欠失・挿入・置換・シフトが起こりやすい、及び均一なPCR反応が阻害されることがあるなどの欠点が解消されており、本発明のscFvライブラリーの構築にも極めて適している。
(2-3-3) λ exonuclease method The scFv library construction method using λ exonuclease recently developed by the present inventors (Non-patent Document 6, Patent Document 3) is also applicable to the scFv library of the present invention. Extremely suitable for construction.
The construction method is as described in (Non-Patent Document 6, Patent Document 3), and specifically, it is performed according to the following steps.
(1) When amplifying the V H gene and V L gene by PCR, a linker sequence is added to one C-terminal primer and the other N-terminal primer, and a phosphoric acid is further added to the 5' end.
(2) The phosphorylated 5' end of each of the two types of DNA fragments obtained was digested with lambda exonuclease, the linker part was made into a single strand, and V H and V L were connected, and then the Bst DNA A polymerase removes the remaining complementary strand in the 3' direction and synthesizes a new complementary strand (strand displacement synthesis), producing a complete double strand of V H and V L connected by a linker.
(3) Insert this double strand into a vector and use it as an scFv library.
This method takes advantage of the property that λ exonuclease cannot digest S-linked (phosphorothioate) DNA, and converts the 5' end of the non-phosphorylated primer into S-terminal, thereby converting the non-specific (non-phosphorothioate) DNA of λ exonuclease. (oxidized 5' end) can be prevented. In addition, by adding S near the 3' end of the phosphorylated primer, it is possible to control the length of DNA that is digested by lambda exonuclease, and avoid making CDR regions with large diversity into single strands. It has the excellent advantage of being able to dramatically reduce background reactions.
Therefore, the drawbacks of conventional "One-step cloning" using SOE-PCR, such as gene deletion, insertion, substitution, and shift, which are likely to occur, and uniform PCR reactions may be inhibited, have been resolved. Therefore, it is also extremely suitable for constructing the scFv library of the present invention.

本実施例では、実際に、当該「λエキソヌクレアーゼ法」を用いてscFvライブラリーを構築し、本発明の「発現自動制御コロニーアッセイ法」を実施しており、「One-Step Colony Assay」法(特許文献4)の場合と同様に、「Two-step cloning法」で構築したscFvライブラリーを用いた場合と同様の好成績を示した。
この「λエキソヌクレアーゼ法」は、AP-scFvライブラリーの作製に適用することもでき、全く同様の手順で実施できる。
In this example, an scFv library was actually constructed using the "λ exonuclease method" and the "automated expression control colony assay method" of the present invention was implemented, and the "One-Step Colony Assay" method was used. Similar to the case of (Patent Document 4), the same good results as when using the scFv library constructed by the "Two-step cloning method" were shown.
This "λ exonuclease method" can also be applied to the production of AP-scFv libraries, and can be carried out using exactly the same procedure.

3.本発明で用いる播種液及び形質転換大腸菌の播種
(3-1)本発明で用いる発現誘導剤
本発明で発現誘導剤というとき、典型的にはラクトース、アラビノース、ラムノースなどの糖類及びアロラクトース・アナログのITPGなど糖アナログを指す。ラクトース及びIPTGはlacプロモーター、アラビノースはアラビノースプロモーター、ラムノースはラムノースプロモーター制御下の外来遺伝子を含む発現ベクター中の転写を活性化することで、遺伝子発現を増大させる。
タンパク質高発現のためにT7プロモーター(L8-UV5-lacプロモーター)の支配下にT7RNAポリメラーゼを配したpETシステム(T7発現系)は良く用いられている。アラビノースで誘導可能なプロモーター(araBADプロモーター)の支配下にT7RNAポリメラーゼを配したシステム(BL21-AI)もタンパク質高発現用に用いられており、グルコースにより抑制され、アラビノースで厳密に制御できるため、本発明の発現ベクターとしても有用である。
ラムノースの場合は、ラムノースで誘導可能なプロモーター(rhaPBADプロモーター)の発現システムもタンパク質高発現用に用いられており、グルコースにより抑制され、ラムノースで厳密に制御できるため、本発明の発現ベクターとしても有用である。
以下のITPG実施態様では、lacプロモーターを有するT7プロモーター(L8-UV5-lacプロモーター)制御下のscFv発現ベクターによりscFv発現を誘導する場合について主として説明する。
3. Inoculation solution used in the present invention and seeding of transformed E. coli (3-1) Expression inducer used in the present invention In the present invention, expression inducers typically include sugars such as lactose, arabinose, and rhamnose, and allolactose analogs. Refers to sugar analogs such as ITPG. Lactose and IPTG increase gene expression by activating transcription in an expression vector containing a foreign gene under the control of the lac promoter, arabinose by the arabinose promoter, and rhamnose by the rhamnose promoter.
The pET system (T7 expression system), in which T7 RNA polymerase is placed under the control of the T7 promoter (L8-UV5-lac promoter), is often used for high protein expression. A system (BL21-AI) in which T7 RNA polymerase is placed under the control of an arabinose-inducible promoter (araBAD promoter) is also used for high protein expression, and since it is repressed by glucose and can be tightly controlled by arabinose, this system It is also useful as an expression vector for the invention.
In the case of rhamnose, the expression system of a rhamnose-inducible promoter (rhaPBAD promoter) is also used for high protein expression, and since it is suppressed by glucose and can be tightly controlled by rhamnose, it is also useful as an expression vector for the present invention. It is.
In the following ITPG embodiments, a case will be mainly described in which scFv expression is induced by an scFv expression vector under the control of a T7 promoter (L8-UV5-lac promoter) having a lac promoter.

(3-2)播種液の調製
従来のコロニーアッセイ法では、形質転換大腸菌をシート上に播種するための播種液としては、一般的な栄養培地(例えばLB培地)をそのまま、又は適宜希釈して用いていたが、本発明においては、当該播種液として、当該栄養培地含有播種液中に、発現阻害剤として作用するグルコースと共にラクトース、IPTGなどの発現誘導剤を必要最低限の量でかつ最適な割合で添加して調製する。発現誘導剤としては、用いる発現系に応じて、ラクトース、アラビノース、ラムノースなどの糖類、及びアロラクトース・アナログのITPGなどを単独で又は併用して用いることができる。
具体的には、発現阻害剤としてのグルコースは、播種液中の濃度で0.02~0.2%、好ましくは0.05~0.15%である。発現誘導剤としてのラクトース、アラビノース、ラムノースなどの糖類の播種液中の濃度は0.05~0.2%、好ましくは0.07~0.13%であり、アロラクトース・アナログのITPGの場合、播種液中の濃度は0.05~0.5mM、好ましくは0.07~0.15mMである。
これら発現阻害剤及び発現誘導剤を、栄養培地溶液(LB培地、TB培地、2×YT培地などもしくはその含有溶液又はPBS)に対して上記濃度になるように加えた播種液を作製し、播種するための形質転換大腸菌含有培養液を、O.D.値が少なくとも0.1以上、0.1以上、好ましくは0.2~0.3になるまで培養し、104倍程度に希釈する。
(3-2) Preparation of seeding solution In the conventional colony assay method, the seeding solution for seeding transformed E. coli on a sheet is a general nutrient medium (for example, LB medium) as it is or diluted as appropriate. However, in the present invention, as the seeding solution, expression inducers such as lactose and IPTG are added to the seeding solution containing the nutrient medium in the minimum necessary amount and in the optimal amount along with glucose, which acts as an expression inhibitor. Prepare by adding in proportion. As expression inducers, sugars such as lactose, arabinose, and rhamnose, and the allolactose analog ITPG can be used alone or in combination, depending on the expression system used.
Specifically, the concentration of glucose as an expression inhibitor in the seeding solution is 0.02 to 0.2%, preferably 0.05 to 0.15%. The concentration of sugars such as lactose, arabinose, and rhamnose as expression inducers in the inoculation solution is 0.05 to 0.2%, preferably 0.07 to 0.13%, and in the case of the allolactose analogue ITPG, the concentration in the inoculation solution is 0.05%. ~0.5mM, preferably 0.07-0.15mM.
A seeding solution is prepared by adding these expression inhibitors and expression inducers to a nutrient medium solution (LB medium, TB medium, 2×YT medium, etc. or a solution containing it, or PBS) at the above concentration, and the seeding solution is seeded. A culture solution containing transformed E. coli to be cultured is cultured until the OD value becomes at least 0.1, preferably 0.2 to 0.3, and then diluted approximately 10 4 times.

(3-3)コロニー形成用フィルター
フィルターの材質は、従来各種コロニーアッセイ法と同様である。例えば、ポリビニリデンフルオライド、厚みは30~250μm、孔径は0.22μmもしくは0.45μmが望ましい。コロニーフィルターは抗原膜の上部に隙間が無いように配置する。
(3-3) Filter for colony formation The material of the filter is the same as that used in various conventional colony assay methods. For example, polyvinylidene fluoride, preferably having a thickness of 30 to 250 μm and a pore size of 0.22 μm or 0.45 μm. Place the colony filter so that there are no gaps above the antigen membrane.

(3-4)寒天培地の調製
本発明で用いる寒天培地は、従来のコロニーリフトアッセイで用いられた寒天培地と同様に作製すればよいが、用いる栄養培地としてはグルコースフリーであって、かつ発現誘導剤が含まれていない培地を選択する必要がある。
例えば、グルコースも発現誘導剤も含まれていないLB培地プレートは以下のように作成する。
三角フラスコ等に超純水1Lを入れ、栄養成分(10gのTryptonと5gのYeast Extract)、塩化ナトリウム(5g)、Agar(15g)を加え、アルミフォイル等でフタをして、オートクレーブ(121℃で20分間)をかけ、滅菌と同時に栄養成分やAgarを溶解させる。オートクレーブ後、50℃近くまで温度が下がってきたら、抗生物質を加える。水平な場所で10 cm sterile Petri dishに、厚みが5mmほどになるよう注ぐ。冷えて固まったらフタをして逆さまにする。すぐに使用しない場合は、プラスチックボックスなどに入れて4℃にて保存する。
(3-4) Preparation of agar medium The agar medium used in the present invention may be prepared in the same manner as the agar medium used in conventional colony lift assays, but the nutrient medium used must be glucose-free and express It is necessary to choose a medium that does not contain inducing agents.
For example, an LB medium plate containing neither glucose nor expression inducer is prepared as follows.
Pour 1L of ultrapure water into an Erlenmeyer flask, etc., add nutrients (10g Trypton and 5g Yeast Extract), sodium chloride (5g), and Agar (15g), cover with aluminum foil, etc., and autoclave (121℃). (for 20 minutes) to dissolve nutrients and Agar while sterilizing. After autoclaving, when the temperature drops to around 50°C, add antibiotics. Pour into a 10 cm sterile Petri dish on a horizontal surface to a thickness of about 5 mm. Once cooled and solidified, cover and turn upside down. If not used immediately, store in a plastic box at 4°C.

(3-5)播種する大腸菌濃度と播種のタイミング
本発明の発現自動制御コロニーアッセイ法では、約1000個のscFv発現ベクターを含んだ大腸菌を上記(3-2)のように調整した播種液と共にコロニー形成用フィルター上に播種する。
また、播種のタイミングについては、「One-Step Colony Assay」法(特許文献4)で検討したと同様に、O.D.値が低い対数増殖のごく初期の大腸菌、具体的には、600nmのO.D.が0.1~0.4、好ましくは0.15~0.3、より好ましくは0.2~0.25の範囲内の大腸菌を用いることでスクリーニング効率を高めることができる。一般に、大腸菌を寒天培地に播種する場合、対数増殖期(600nmのO.D. が0.5~1.0程度)の状態の大腸菌が用いられることからみると、極めて早いタイミングで播種することが有効である。
(3-5) Concentration of E. coli to be seeded and timing of seeding In the automatic expression control colony assay method of the present invention, E. coli containing about 1000 scFv expression vectors are mixed with the seeding solution prepared as described in (3-2) above. Seed onto filters for colony formation.
Regarding the timing of seeding, as in the case of the "One-Step Colony Assay" method (Patent Document 4), E. coli at the very early stage of logarithmic growth with a low OD value, specifically, OD at 600 nm of 0.1 Screening efficiency can be increased by using E. coli in the range of ~0.4, preferably 0.15 to 0.3, more preferably 0.2 to 0.25. Generally, when E. coli is inoculated onto an agar medium, E. coli in the logarithmic growth phase (OD at 600 nm of approximately 0.5 to 1.0) is used, so it is effective to inoculate at an extremely early timing.

4.標的抗原との結合性を利用した検出法及びクローンの樹立
本発明における標的抗原への結合性を利用した検出工程及びクローンの樹立工程は、従来のコロニーアッセイ法と変わらない。従来のコロニーアッセイ法で用いられていた方法はすべて適用できる。
(4-1)本発明の標的抗原膜の作製
本発明の標的抗原となるのは、レセプター、チャネル等の膜タンパク質やリガンドなどの生理活性タンパク質、毒素、病原性細菌などである。
本実施例ではモデル標的抗原として、human IgGを用いて実験を行ったが、これら抗原に限られるものでないことは当然である。
標的抗原は、そのままで用いてもよいが、例えば既知のペプチドエピトープもしくは糖鎖エピトープを有する場合は、当該エピトープのみを用いても良い。
標的抗原膜は、ニトロセルロースまたはポリビニリデンフルオライド、孔径は0.22μmもしくは0.45μmが望ましい。
例えば、前記標的抗原をPBSで100μg/mLに希釈し、そこに膜を浸し、室温で2時間抗原を膜にコートする。その後、PBSで3回洗浄しLB agarプレートに隙間が無いよう配置する。
4. Detection method utilizing binding to target antigen and establishment of clones The detection process and clone establishment process utilizing binding to target antigen in the present invention are the same as the conventional colony assay method. All methods used in conventional colony assays are applicable.
(4-1) Preparation of target antigen membrane of the present invention Target antigens of the present invention include membrane proteins such as receptors and channels, physiologically active proteins such as ligands, toxins, and pathogenic bacteria.
In this example, the experiment was conducted using human IgG as a model target antigen, but it is of course not limited to these antigens.
The target antigen may be used as is, but if it has a known peptide epitope or sugar chain epitope, for example, only that epitope may be used.
The target antigen membrane is preferably nitrocellulose or polyvinylidene fluoride and has a pore size of 0.22 μm or 0.45 μm.
For example, the target antigen is diluted to 100 μg/mL with PBS, the membrane is immersed therein, and the membrane is coated with the antigen for 2 hours at room temperature. Then, wash 3 times with PBS and place on LB agar plate so that there are no gaps.

(4-2)二次抗体を用いる検出方法(従来法)(図5)
二次抗体を用いる検出方法は、コロニー形成・発現誘導の後、コロニーが形成されたフィルターを保存用培地上に移し、標的抗原膜を分離する。分離した標的抗原膜にHRP標識検出抗体を加え、標的抗原膜に捕捉されたscFvに付加されているタグと結合させる。4回洗浄し結合しなかったHRP標識検出抗体を洗い流し、HRP発光基質を添加する。基質との反応による発光をCCDカメラで撮影し、画像処理後、スポット画像を印刷しコロニーを重ね合わせて陽性クローンを同定する。複数枚アッセイを行った場合は、基質添加からスポット画像の印刷を枚数毎に実施する。
(4-2) Detection method using secondary antibody (conventional method) (Figure 5)
In the detection method using a secondary antibody, after colony formation and expression induction, the filter on which colonies have been formed is transferred onto a storage medium, and the target antigen membrane is separated. An HRP-labeled detection antibody is added to the separated target antigen membrane and allowed to bind to the tag attached to the scFv captured on the target antigen membrane. Wash 4 times to wash away unbound HRP-labeled detection antibody, and add HRP luminescent substrate. The light emitted from the reaction with the substrate is photographed with a CCD camera, and after image processing, spot images are printed and colonies are superimposed to identify positive clones. When assaying multiple sheets, perform the process from adding the substrate to printing spot images for each sheet.

(4-3)AP発色を利用した検出法(改良法)(図6)
AP-scFvのAP発色を利用した検出法は、コロニー形成・発現誘導の後、コロニーが形成されたフィルターを保存用培地上に移し、標的抗原膜を分離する。分離した標的抗原膜にAP発色基質(例えば、pNPP、BCIP/NBTなど)を添加し、発色スポットが現れたら基質を洗浄し発色を停止する。スポットが現れた標的抗原膜上にコロニーを重ね合わせ、陽性クローンを同定する。複数枚アッセイを行った場合でも、発色反応は1度に実施する。
(4-3) Detection method using AP color development (improved method) (Figure 6)
In the detection method using AP coloring of AP-scFv, after colony formation and induction of expression, the filter on which colonies have been formed is transferred onto a storage medium and the target antigen membrane is separated. Add an AP coloring substrate (e.g., pNPP, BCIP/NBT, etc.) to the separated target antigen membrane, and when a colored spot appears, wash the substrate and stop coloring. Colonies are superimposed on the target antigen membrane where spots appear, and positive clones are identified. Even if multiple assays are performed, the color reaction is performed at once.

(4-4)陽性クローンの取得法
陽性クローンの取得法は、従来のコロニーアッセイ法と同様であり、例えば、コロニー形成後にコロニーフィルターと抗原膜を分離する前に、2枚の膜に目印の穴を開ける。抗原膜を検出後、抗原膜の上部に目印を合わせて重ねることで、陽性クローンの同定を行い、コロニーをピックアップする。
(4-4) Method for obtaining positive clones The method for obtaining positive clones is similar to the conventional colony assay method. For example, before separating the colony filter and antigen membrane after colony formation, mark the two membranes with a marker. make a hole. After detecting the antigen membrane, positive clones are identified and colonies are picked up by overlapping the markers on the top of the antigen membrane.

(4-5)本法によるクローンの樹立
樹立したクローンの反応性の評価方法は常法に従う。
本実施例では、ピックアップした陽性クローンは、液体培地で OD600が0.6に達するまで培養し、IPTGを添加し、一晩scFvの発現誘導を行い、大腸菌を回収した。回収した大腸菌を超音波破砕し、破砕上清をELISAに用いることで、樹立したクローンから得られたscFvの反応性を評価した。その結果、本発明者らの開発した「One-Step Colony Assay」法(特許文献4)も含め、従来のコロニーアッセイ法と比較し、高率で陽性クローンが得られ、しかもきわめて高い活性のクローンを取得することに成功した。
(4-5) Establishment of clones using this method The reactivity of established clones is evaluated according to conventional methods.
In this example, the picked positive clones were cultured in a liquid medium until OD 600 reached 0.6, IPTG was added, scFv expression was induced overnight, and E. coli was recovered. The collected E. coli was disrupted by ultrasonic waves, and the disrupted supernatant was used in ELISA to evaluate the reactivity of the scFv obtained from the established clones. As a result, compared to conventional colony assay methods, including the "One-Step Colony Assay" method developed by the present inventors (Patent Document 4), positive clones were obtained at a higher rate, and clones with extremely high activity were obtained. succeeded in obtaining.

さらに、AP発色を利用した改良型検出法を用いた場合は、検出過程に2次抗体を用いることなく直接検出するので、検出操作が簡便化されてアッセイ時間が短縮化(1/15以下)され、しかもシグナルが鮮明なため、2次抗体由来のバックグラウンドや偽陽性が低減した。その結果、迅速かつ正確に新規モノクローナル抗体を樹立することが可能となった。
また、2次抗体を用いない他のメリットとして、AP-scFvを診断等で重要なサンドイッチELISA用の検出抗体としてすぐに利用可能な点が挙げられる。
Furthermore, when using an improved detection method using AP color development, direct detection is performed without using a secondary antibody in the detection process, simplifying the detection operation and shortening assay time (1/15 or less). Moreover, the signal was clear, reducing background and false positives due to secondary antibodies. As a result, it has become possible to quickly and accurately establish a new monoclonal antibody.
Another advantage of not using a secondary antibody is that AP-scFv can be immediately used as a detection antibody for sandwich ELISA, which is important in diagnosis and the like.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。
本発明におけるその他の用語や概念は、当該分野において慣用的に使用される用語の意味に基づくものであり、本発明を実施するために使用する技術は、特にその出典を明示した技術を除いては、公知の文献等に基づいて当業者であれば容易かつ確実に実施可能である。また、各種の分析などは、使用した分析機器又は試薬、キットの取り扱い説明書、カタログなどに記載の方法を準用して行った。
なお、本明細書中に引用した技術文献、特許公報及び特許出願明細書中の記載内容は、本発明の記載内容として参照されるものとする。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples.
Other terms and concepts used in the present invention are based on the meanings of terms commonly used in the field, and techniques used to carry out the present invention do not include techniques that specifically indicate the source thereof. can be easily and reliably carried out by a person skilled in the art based on known documents and the like. In addition, various analyzes were performed by applying the methods described in the analytical equipment or reagents used, the instruction manual of the kit, the catalog, etc.
Note that the contents of the technical documents, patent publications, and patent application specifications cited in this specification shall be referred to as the contents of the present invention.

(実施例1)scFvライブラリーの調整
(1-1)ラットへの免疫
本実施例では、免疫動物種として良く用いられるラットを、1つの抗原に対して3匹使用した。初めに結核死菌が含まれたadjuvantと共に抗原を免疫し、次に結核死菌が含まれなadjuvantと共に抗原の免疫を行いた。2回免疫を行うことで、充分免疫反応を促した。
具体的には、human IgGをFREUND Complete ADJUVANT(シグマ社)と混合し、Wistarラット(雌)の腹腔に抗原100μg/匹となるよう投与し、一次免疫を2週間行った。続いて、抗原とFREUND Incomplete ADJUVANT(シグマ社)を混合し、一次免疫と同様に二次免疫を行った。最後の免疫から2週間後にラットの腹腔に抗原100μgを投与しブーストした。
(Example 1) Preparation of scFv library
(1-1) Immunization of rats In this example, three rats, which are often used as an immunization animal species, were used for one antigen. First, the antigen was immunized with an adjuvant containing killed tuberculosis bacteria, and then the antigen was immunized with an adjuvant that did not contain killed tuberculosis bacteria. By performing immunization twice, a sufficient immune response was stimulated.
Specifically, human IgG was mixed with FREUND Complete ADJUVANT (Sigma), and the mixture was administered into the peritoneal cavity of Wistar rats (female) at a concentration of 100 μg of antigen/animal, and primary immunization was performed for 2 weeks. Subsequently, the antigen and FREUND Incomplete ADJUVANT (Sigma) were mixed, and secondary immunization was performed in the same manner as the primary immunization. Two weeks after the last immunization, rats were given a boost by intraperitoneally administering 100 μg of the antigen.

(1-2)脾臓の摘出
免疫が終了したラットより、脾臓を摘出後、RNAlater(ライフテクノロジー社)で処理し、RNAを安定化した。
(1-2) Removal of spleen After the spleen was removed from the immunized rat, it was treated with RNAlater (Life Technologies) to stabilize the RNA.

(1-3)VH(抗体重鎖可変領域)及びVL(抗体軽鎖可変領域)の増幅
抗体遺伝子を増幅して得るための鋳型となるcDNAを合成するために、RNA精製キットを用いてtotal RNAを精製し、ランダムヘキサマーとオリゴdTのプライマーを使用して、cDNAの全長を合成し、抗体遺伝子増幅のための鋳型とした。具体的には、RNAlaterで処理した脾臓より、RNeasy(キアゲン社)を用いてTotal RNAを精製し、トランスクリプターファーストストランドcDNA合成キット(ロシュ社)を用いて、cDNAを合成した。
本実施例では、PCRを用いたVL、VH遺伝子増幅には、PCRエラーを防ぎ、scFvの正確な構造を維持するために、正確性の高いPolymeraseであるKOD-FX polymerase(東洋紡社)を使用した。
合成したcDNAを鋳型にラットのVH遺伝子及びVL遺伝子増幅用のプライマーセットを用い、KOD-FX polymerase(東洋紡社)によって、94℃ 2min, (98℃ 10sec, 58℃ 30sec 68℃ 1min)×5, (98℃ 10sec, 63℃ 30sec 68℃ 1min)×5, (98℃ 10sec, 68℃ 1.5min)×20, 68℃ 7minの条件で、PCRを行い、VH遺伝子及びVL遺伝子を増幅した。増幅した各遺伝子は1.5%アガロースゲルで電気泳動し、増幅を確認した。
(1-3) Amplification of V H (antibody heavy chain variable region) and V L (antibody light chain variable region) An RNA purification kit is used to synthesize cDNA as a template for amplifying antibody genes. Total RNA was purified using random hexamers and oligo-dT primers to synthesize full-length cDNA, which was used as a template for antibody gene amplification. Specifically, total RNA was purified from the spleen treated with RNAlater using RNeasy (Qiagen), and cDNA was synthesized using Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit (Roche).
In this example, KOD-FX polymerase (Toyobo Co., Ltd.), a highly accurate polymerase, was used for V L and V H gene amplification using PCR to prevent PCR errors and maintain the correct structure of scFv. It was used.
Using the synthesized cDNA as a template and a primer set for rat V H gene and V L gene amplification, amplification was performed at 94°C for 2 min, (98°C for 10 sec, 58°C for 30 sec, and 68°C for 1 min) using KOD-FX polymerase (Toyobo). 5, Perform PCR under the conditions of (98℃ 10sec, 63℃ 30sec, 68℃ 1min)×5, (98℃ 10sec, 68℃ 1.5min)×20, 68℃ 7min to amplify the V H gene and V L gene. did. Each amplified gene was electrophoresed on a 1.5% agarose gel to confirm amplification.

本実施例で用いた各遺伝子のプライマーセットは、以前に公表されているVH遺伝子及びVL遺伝子のプライマーセット(Jorg Burmester, Andreas Pluckthun., Antibody Engineering Volume 1: 19-39, Springer)の塩基配列を元に、 VHセンスプライマーにはNcoI、VHアンチセンスプライマーにはKpnI、VLセンスプライマーにはNheI、VLアンチセンスプライマーにはNotIを加えたプライマーを合成してプライマーセットとして使用した。各プライマーは抗体遺伝子の多様性を確保するために、いくつかの位置で縮重している。
用いたプライマー配列は以下の通りである。
The primer set for each gene used in this example was based on the previously published primer set for V H gene and V L gene (Jorg Burmester, Andreas Pluckthun., Antibody Engineering Volume 1: 19-39, Springer). Based on the sequence, synthesize primers containing NcoI for the V H sense primer, KpnI for the V H antisense primer, NheI for the V L sense primer, and NotI for the V L antisense primer and use them as a primer set. did. Each primer is degenerate at several positions to ensure antibody gene diversity.
The primer sequences used are as follows.

VHセンスプライマー
VH S1 ATGCCCATGGGAKTRMAGCTTCAGGAGTC (配列番号1)
VH S2 ATGCCCATGGGAGGTBCAGCTBCAGCAGTC (配列番号2)
VH S3 ATGCCCATGGCAGGTGCAGCTGAAGSARTC (配列番号3)
VH S4 ATGCCCATGGGAGGTCCARCTGCAACARTC (配列番号4)
VH S5 ATGCCCATGGCAGGTYCAGCTBCAGCARTC (配列番号5)
VH S6 ATGCCCATGGCAGGTYVARCTGCAGCARTC (配列番号6)
VH S7 ATGCCCATGGCAGGTCCACGTGAAGCARTC (配列番号7)
VH S8 ATGCCCATGGGAGGTGAASSTGGTGGARTC (配列番号8)
VH S9 ATGCCCATGGGAVGTGAWGSTGGTGGAGTC (配列番号9)
VH S10 ATGCCCATGGGAGGTGCAGSTGGTGGARTC (配列番号10)
VH S11 ATGCCCATGGGAKGTGCAMCTGGTGGARTC (配列番号11)
VH S12 ATGCCCATGGGAGGTGAAGCTGATGGARTC (配列番号12)
VH S13 ATGCCCATGGGAGGTGCARCTTGTTGARTC (配列番号13)
VH S14 ATGCCCATGGGARGTRAAGCTTCTCGARTC (配列番号14)
VH S15 ATGCCCATGGGAAGTGAARSTTGAGGARTC (配列番号15)
VH S16 ATGCCCATGGCAGGTTACTCTRAAASARTC (配列番号16)
VH S17 ATGCCCATGGCAGGTCCAACTVCAGCARCC (配列番号17)
VH S18 ATGCCCATGGGATGTGAACTTGGAASARTC (配列番号18)
VH S19 ATGCCCATGGGAGGTGAAGGTCATCGARTC (配列番号19)
V H sense primer
V H S1 ATGCCCATGGGAKTRMAGCTTCAGGAGTC (SEQ ID NO: 1)
V H S2 ATGCCCATGGGAGGTBCAGCTBCAGCAGTC (SEQ ID NO: 2)
V H S3 ATGCCCATGGCAGGTGCAGCTGAAGSARTC (SEQ ID NO: 3)
V H S4 ATGCCCATGGGAGGTCCARCTGCAACARTC (SEQ ID NO: 4)
V H S5 ATGCCCATGGCAGGTYCAGCTBCAGCARTC (SEQ ID NO: 5)
V H S6 ATGCCCATGGCAGGTYVARCTGCAGCARTC (SEQ ID NO: 6)
V H S7 ATGCCCATGGCAGGTCCACGTGAAGCARTC (SEQ ID NO: 7)
V H S8 ATGCCCATGGGAGGTGAASSTGGTGGARTC (SEQ ID NO: 8)
V H S9 ATGCCCATGGGAVGTGAWGSTGGTGGAGTC (SEQ ID NO: 9)
V H S10 ATGCCCATGGGAGGTGCAGSTGGTGGARTC (SEQ ID NO: 10)
V H S11 ATGCCCATGGGAKGTGCAMCTGGTGARTC (SEQ ID NO: 11)
V H S12 ATGCCCATGGGAGGTGAAGCTGATGGARTC (SEQ ID NO: 12)
V H S13 ATGCCCATGGGAGGTGCARCTTGTTGARTC (SEQ ID NO: 13)
V H S14 ATGCCCATGGGARGTRAAGCTTCTCGARTC (SEQ ID NO: 14)
V H S15 ATGCCCATGGGAAGTGAARSTTGAGGARTC (SEQ ID NO: 15)
V H S16 ATGCCCATGGCAGGTTACTCTRAAAASARTC (SEQ ID NO: 16)
V H S17 ATGCCCATGGCAGGTCCAACTVCAGCARCC (SEQ ID NO: 17)
V H S18 ATGCCCATGGGATGTGAACTTGGAASARTC (SEQ ID NO: 18)
V H S19 ATGCCCATGGGAGGTGAAGGTCATCGARTC (SEQ ID NO: 19)

VHアンチセンスプライマー
VH AS1 ATGCGGTACCCGAGGAAACGGTGACCGTGGT (配列番号20)
VH AS2 ATGCGGTACCCGAGGAGACTGTGAGAGTGGT (配列番号21)
VH AS3 ATGCGGTACCCGCAGAGACAGTGACCAGAGT (配列番号22)
VH AS4 ATGCGGTACCCGAGGAGACGGTGACTGAGGT (配列番号23)
V H antisense primer
V H AS1 ATGCGGTACCCGAGGAAACGGTGACCGTGGT (SEQ ID NO: 20)
V H AS2 ATGCGGTACCCGAGGAGACTGTGAGAGTGGT (SEQ ID NO: 21)
V H AS3 ATGCGGTACCCGCAGAGACAGTGACCAGAGT (SEQ ID NO: 22)
V H AS4 ATGCGGTACCCGAGGAGACGGTGACTGAGGT (SEQ ID NO: 23)

VLセンスプライマー
VL Sκ1 ATGCGCTAGCGAYATCCAGCTGACTCAGC (配列番号24)
VL Sκ2 ATGCGCTAGCGAYATTGTTCTCWCCCAGTC (配列番号25)
VL Sκ3 ATGCGCTAGCGAYATTGTGMTMACTCAGTC (配列番号26)
VL Sκ4 ATGCGCTAGCGAYATTGTGYTRACACAGTC (配列番号27)
VL Sκ5 ATGCGCTAGCGAYATTGTRATGACMCAGTC (配列番号28)
VL Sκ6 ATGCGCTAGCGAYATTMAGATRAMCCAGTC (配列番号29)
VL Sκ7 ATGCGCTAGCGAYAYYCAGATGAYDCAGTC (配列番号30)
VL Sκ8 ATGCGCTAGCGAYATYCAGATGACACAGAC (配列番号31)
VL Sκ9 ATGCGCTAGCGAYATTGTTCTCAWCCAGTC (配列番号32)
VL Sκ10 ATGCGCTAGCGAYATTGWGCTSACCCAATC (配列番号33)
VL Sκ11 ATGCGCTAGCGAYATTSTRATGACCCARTC (配列番号34)
VL Sκ12 ATGCGCTAGCGAYRTTKTGATGACCCARAC (配列番号35)
VL Sκ13 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATGACBCAGKC (配列番号36)
VL Sκ14 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATAACYCAGGA (配列番号37)
VL Sκ15 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATGACCCAGWT (配列番号38)
VL Sκ16 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATGACACAACC (配列番号39)
VL Sκ17 ATGCGCTAGCGAYATTTTGCTGACTCAGTC (配列番号40)
VL Sλ ATGCGCTAGCGATGCTGTTGTGACTCAGGAATC (配列番号41)
V L sense primer
V L Sκ1 ATGCGCTAGCGAYATCCAGCTGACTCAGC (SEQ ID NO: 24)
V L Sκ2 ATGCGCTAGCGAYATTGTTCTCWCCCAGTC (SEQ ID NO: 25)
V L Sκ3 ATGCGCTAGCGAYATTGTGMTMACTCAGTC (SEQ ID NO: 26)
V L Sκ4 ATGCGCTAGCGAYATTGTGYTRACACAGTC (SEQ ID NO: 27)
V L Sκ5 ATGCGCTAGCGAYATTGTRATGACMCAGTC (SEQ ID NO: 28)
V L Sκ6 ATGCGCTAGCGAYATTMAGATRAMCCAGTC (SEQ ID NO: 29)
V L Sκ7 ATGCGCTAGCGAYAYYCAGATGAYDCAGTC (SEQ ID NO: 30)
V L Sκ8 ATGCGCTAGCGAYATYCAGATGACACAGAC (SEQ ID NO: 31)
V L Sκ9 ATGCGCTAGCGAYATTGTTCTCAWCCAGTC (SEQ ID NO: 32)
V L Sκ10 ATGCGCTAGCGAYATTGWGCTSACCCAATC (SEQ ID NO: 33)
V L Sκ11 ATGCGCTAGCGAYATTSTRATGACCCARTC (SEQ ID NO: 34)
V L Sκ12 ATGCGCTAGCGAYRTTKTGATGACCCARAC (SEQ ID NO: 35)
V L Sκ13 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATGACBCAGKC (SEQ ID NO: 36)
V L Sκ14 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATAACYCAGGA (SEQ ID NO: 37)
V L Sκ15 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATGACCCAGWT (SEQ ID NO: 38)
V L Sκ16 ATGCGCTAGCGAYATTGTGATGACACAACC (SEQ ID NO: 39)
V L Sκ17 ATGCGCTAGCGAYATTTTGCTGACTCAGTC (SEQ ID NO: 40)
V L Sλ ATGCGCTAGCGATGCTGTTGTGACTCAGGAATC (SEQ ID NO: 41)

VLアンチセンスプライマー
VL ASκ1 ATGCGCGGCCGCTACGTTTKATTTCCAGCTTGG (配列番号42)
VL ASκ2 ATGCGCGGCCGCTACGTTTTATTTCCAACTTTG (配列番号43)
VL ASκ3 ATGCGCGGCCGCTACGTTTVAGCTCCAGCTTGG (配列番号44)
VL ASλ ATGCGCGGCCGCTACCTAGGACAGTCAGTTTGG (配列番号45)
V L antisense primer
V L ASκ1 ATGCGCGGCCGCTACGTTTKATTTCCAGCTTGG (SEQ ID NO: 42)
V L ASκ2 ATGCGCGGCCGCTACGTTTTATTTCCAACTTTG (SEQ ID NO: 43)
V L ASκ3 ATGCGCGGCCGCTACGTTTVAGCTCCAGCTTGG (SEQ ID NO: 44)
V L ASλ ATGCGCGGCCGCTACCTAGGACAGTCAGTTTGG (SEQ ID NO: 45)

(1-4)VH遺伝子ライブラリー及びVL遺伝子ライブラリーの調製
human IgGで免疫したラットの脾臓由来RNAから(1-3)で調製された合成cDNAを鋳型として前記VH遺伝子プライマーセット(配列番号1~23)及びVL遺伝子プライマーセット(配列番号24~45)を用いて増幅された抗human IgG抗体のVH遺伝子ライブラリーと同VL遺伝子ライブラリーのそれぞれのプールを作製した。
(1-4) Preparation of V H gene library and V L gene library
Using the synthetic cDNA prepared in (1-3) from RNA derived from the spleen of a rat immunized with human IgG as a template, the V H gene primer set (SEQ ID NOs: 1 to 23) and the V L gene primer set (SEQ ID NOs: 24 to 45) were prepared. ) and amplified pools of a V H gene library and a V L gene library of anti-human IgG antibodies were created.

(1-5)scFvライブラリー発現ベクターの構築
予め、NcoI-KpnI-Linker-NheI-NotI-Hisタグを組込んだpelBシグナル配列を持つpET-22b(+)(ノバジェン社)を用意し、(1-4)においてPCRで増幅した抗human IgG抗体のVL遺伝子ライブラリーをNheIとNotIで切断し、上記、pET-22b(+)に組込みVL遺伝子ベクターライブラリーを作製した。作製した各VL遺伝子ベクターでDH5α competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、アンピシリン含有のLB agar培地に播種し、Colonyを形成させた。Colonyは全て回収、混合し、プラスミド精製キット(キアゲン社)にて、VL遺伝子ベクターを精製した。なお、上記Linkerとしては、既知の「GGGGSGGGGSGGGGS(配列番号46)」リンカーが用いられている。
次いで、作製したVL遺伝子ベクターライブラリーと、PCRで増幅したVH遺伝子ライブラリーとをNcoIとKpnIで切断し、VL遺伝子ベクターにVH遺伝子を組込み、scFvライブラリー発現ベクターを構築した。
(1-5) Construction of scFv library expression vector In advance, pET-22b(+) (Novagen), which has a pelB signal sequence incorporating the NcoI-KpnI-Linker-NheI-NotI-His tag, was prepared ( The V L gene library of the anti-human IgG antibody amplified by PCR in 1-4) was cut with NheI and NotI, and integrated into pET-22b(+) as described above to create a V L gene vector library. DH5α competent cells (Nihon Gene Co., Ltd.) were transformed with each of the V L gene vectors prepared, and the cells were seeded in LB agar medium containing ampicillin to form colonies. All colonies were collected and mixed, and the V L gene vector was purified using a plasmid purification kit (Qiagen). Note that the known linker "GGGGSGGGGSGGGS (SEQ ID NO: 46)" is used as the above-mentioned Linker.
Next, the prepared V L gene vector library and the V H gene library amplified by PCR were cut with NcoI and KpnI, and the V H gene was integrated into the V L gene vector to construct an scFv library expression vector.

pET-22b(+)以外にも、アラビノースプロモーターを持つベクターやラムノースプロモーター、T5プロモーターを持つベクターに対しても同様にNcoI-KpnI-Linker-NheI-NotI-Hisタグを組込んだベクターを用意し、VL遺伝子ベクターライブラリーとVH遺伝子ライブラリーを組込み、scFvライブラリー発現ベクターを構築した。In addition to pET-22b(+), we also prepared vectors incorporating the NcoI-KpnI-Linker-NheI-NotI-His tag for vectors with arabinose promoters, rhamnose promoters, and T5 promoters. , a V L gene vector library and a V H gene library were integrated to construct an scFv library expression vector.

(実施例2)発現制御コロニーアッセイによる陽性クローンの樹立
(2-1) プレート上のコロニー形成
実施例(1-5)で作製したscFvライブラリー発現ベクターを用いて、BL21(DE3) competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、回復培地(SOC)でOD600が0.2に達した培養液を発現阻害剤と発現誘導剤を含むLB培地を用いて、104倍希釈し、播種液を作製した。播種液中には、発現阻害剤としてグルコースを0.05%、発現誘導剤としてIPTGを0.1mMの濃度となるように加えた。LB agarプレート上に、免疫に用いたhuman IgGを PBSで100μg/mLに希釈し、室温で2h抗原をコートした抗原膜、さらにその上にコロニー形成用親水性多孔質フィルター(コロニーフィルター)を重ね、当該播種液に分散させた抗体遺伝子で形質転換された大腸菌(200μl)を当該コロニーフィルター上に播種した。その後、30℃で一晩保温し、コロニーを形成させた。フィルター上にコロニーが形成されているコロニーフィルターをLB agarプレートに移し4℃保存した。本方法では手間のかかる発現誘導剤の濃度勾配の作製は不要で、通常の分子生物学的実験で用いるアガープレートを使えるので、素早く簡単に作製することができる。
(Example 2) Establishment of positive clones by expression control colony assay
(2-1) Colony formation on the plate BL21(DE3) competent cells (Nippon Gene) were transformed using the scFv library expression vector prepared in Example (1-5), and the recovery medium (SOC) was transformed. The culture solution whose OD 600 reached 0.2 was diluted 10 4 times using LB medium containing an expression inhibitor and an expression inducer to prepare a seeding solution. Glucose was added to the seeding solution at a concentration of 0.05% as an expression inhibitor, and IPTG was added as an expression inducer at a concentration of 0.1 mM. On a LB agar plate, human IgG used for immunization was diluted to 100 μg/mL with PBS, and an antigen membrane was coated with the antigen for 2 hours at room temperature, and then a hydrophilic porous filter for colony formation (colony filter) was layered on top of that. E. coli (200 μl) transformed with the antibody gene dispersed in the inoculation solution was inoculated onto the colony filter. Thereafter, it was incubated at 30°C overnight to form colonies. The colony filter with colonies formed on the filter was transferred to an LB agar plate and stored at 4°C. This method does not require the time-consuming preparation of a concentration gradient of an expression inducer, and can be prepared quickly and easily since it can use agar plates used in ordinary molecular biology experiments.

(2-2) 陽性クローンの検出
コロニーフィルターを除いた下層の抗原膜をPBSで2回洗浄し、HRP標識抗His抗体(ロシュ社)を2% skim milk/PBSで5000倍希釈し、室温で1時間反応させた。0.05% Tween-PBSで5回洗浄、PBSで3回洗浄し、HRP発光基質(メルク社)で6mLを加え、室温で発光反応を行い、発光検出器(ケミステージ, 倉敷紡績社)にて、陽性クローンを発光スポットとして検出した。(図4)に検出スポットを示す。上記播種液に発現誘導剤が含まれないときは、スポットが認められなかった。
(2-2) Detection of positive clones Wash the lower antigen membrane excluding the colony filter twice with PBS, dilute HRP-labeled anti-His antibody (Roche) 5000 times with 2% skim milk/PBS, and dilute it at room temperature. The reaction was allowed to proceed for 1 hour. Washed 5 times with 0.05% Tween-PBS and 3 times with PBS, added 6 mL of HRP luminescent substrate (Merck), performed a luminescence reaction at room temperature, and detected with a luminescence detector (Chemistage, Kurashiki Boseki). Positive clones were detected as luminescent spots. (Figure 4) shows the detection spots. No spots were observed when the above-mentioned seeding solution did not contain an expression inducer.

(2-3) 陽性クローンの同定
(2-2)のスポットを検出した抗原膜上に、(2-1)で4℃保存したコロニーフィルターを重ね合わせ、スポット上に重なったコロニーを陽性クローンとして同定した。
(2-3) Identification of positive clones Overlay the colony filter stored at 4℃ in (2-1) on the antigen membrane where the spots in (2-2) were detected, and identify the colonies that overlapped on the spots as positive clones. Identified.

(実施例3)樹立クローンの解析
(3-1) 樹立クローンの遺伝子配列決定
実施例2(2-3)で同定した抗human IgG scFv陽性クローンは、個別にアンピシリン含有のLB培地により培養し、DNA Mini prep kit(キアゲン社)によって、クローン中のプラスミドDNAを精製した。精製したプラスミドDNAの遺伝子配列をシークエンスにより遺伝子配列を解析し、scFvの構造を確認した。その結果、全てのクローンで設計通りの構造が確認された。(図5)にはクローンのうち、最もシグナルの強かったクローンの配列を示す。(図5)は、抗human IgG scFv配列(Rat scFv(human IgG):配列番号47)である。
(Example 3) Analysis of established clones
(3-1) Gene sequencing of established clones The anti-human IgG scFv-positive clones identified in Example 2 (2-3) were individually cultured in LB medium containing ampicillin and sequenced using the DNA Mini prep kit (Qiagen). , the plasmid DNA in the clone was purified. The gene sequence of the purified plasmid DNA was analyzed by sequencing, and the structure of the scFv was confirmed. As a result, all clones were confirmed to have the designed structure. (Figure 5) shows the sequence of the clone with the strongest signal among the clones. (Figure 5) is an anti-human IgG scFv sequence (Rat scFv (human IgG): SEQ ID NO: 47).

(3-2) 樹立クローンのELISAによる活性測定
本実施例では、(実施例2)で得られたscFvの活性をELISAにより確認した。10個の陽性クローンの抗原特異性及び親和性を測定した。各陽性クローンはアンピシリン含有の10mL LB培地、37℃で OD600が0.6に達するまで培養し、0.5mMのIPTGを添加し、26℃一晩発現誘導する。培養後、大腸菌を遠心により集菌し、菌塊に0.5 mL プロテアーゼインヒビター(ロシュ社)/PBSを加え、懸濁し、大腸菌を超音波破砕する。破砕溶液を20000g 30分間遠心し、上清を回収する。
抗原に用いたhuman IgGを10μg/mLとなるようコーティングバッファー(Na2CO3、 NaHCO3、 pH9.6)で調整し、96ウェルマイクロタイタープレートに100μL/ウェルで分注後、4℃で一晩コーティングする。コーティング溶液を廃棄し、0.05% Tween/PBSで1回洗浄し、Blocking reagent(ロシュダイアグノスティック社)を250μL/ウェルで分注し、室温で2時間ブロッキングする。ブロッキング溶液を廃棄、0.05% Tween-PBSで1回洗浄し、超音波破砕した上清はPBSを用いて、100μL/ウェルで分注後、室温で2時間、反応を行う。反応溶液を廃棄し、0.05% Tween-PBSで3回、PBSで2回洗浄し、HRP標識高His抗体を1%BSA/PBSで5000倍希釈し、100μL/ウェルで分注後、室温で1時間、抗体反応を行う。抗体反応溶液を廃棄し、0.05% Tween-PBSで5回洗浄し、HRP発色基質(SIGMAFAST OPD tablets、シグマ社)を100μL/ウェルで分注し、室温で発色させ、マイクロプレートリーダー(バイオラッド社)を使用し、波長450nm吸光度を測定した。結果を(図6)に示す。
(3-2) Activity measurement of established clones by ELISA In this example, the activity of the scFv obtained in (Example 2) was confirmed by ELISA. The antigen specificity and affinity of 10 positive clones were determined. Each positive clone is cultured in 10 mL LB medium containing ampicillin at 37°C until OD 600 reaches 0.6, and 0.5 mM IPTG is added to induce expression at 26°C overnight. After culturing, collect the E. coli by centrifugation, add 0.5 mL protease inhibitor (Roche)/PBS to the bacterial mass, suspend, and disrupt the E. coli by ultrasonication. Centrifuge the disruption solution at 20,000g for 30 minutes and collect the supernatant.
The human IgG used as the antigen was adjusted to 10 μg/mL with coating buffer (Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , pH 9.6), dispensed into a 96-well microtiter plate at 100 μL/well, and incubated at 4°C. Coat at night. Discard the coating solution, wash once with 0.05% Tween/PBS, dispense Blocking reagent (Roche Diagnostics) at 250 μL/well, and block at room temperature for 2 hours. Discard the blocking solution, wash once with 0.05% Tween-PBS, and dispense the ultrasonicated supernatant using PBS at 100 μL/well, then react at room temperature for 2 hours. Discard the reaction solution, wash 3 times with 0.05% Tween-PBS and 2 times with PBS, dilute HRP-labeled high His antibody 5000 times with 1% BSA/PBS, dispense at 100 μL/well, and incubate at room temperature. time, perform the antibody reaction. Discard the antibody reaction solution, wash 5 times with 0.05% Tween-PBS, dispense 100 μL/well of HRP coloring substrate (SIGMAFAST OPD tablets, Sigma), develop color at room temperature, and use a microplate reader (Bio-Rad). ) was used to measure the absorbance at a wavelength of 450 nm. The results are shown in (Figure 6).

抗原であるhumanIgGに対する結合性とバックグラウンドの反応も見るため、BSAに対する結合性を測定した。scFvの入っていない空の発現ベクターを持つ大腸菌からの上清をネガティブコントロール(NC)として用いた。10個の陽性クローンはすべて抗原特異的に結合反応を示し、本スクリーニング法により、抗原特異的なscFvを樹立することが可能であることが示された。 In order to check the binding to the antigen human IgG and the background reaction, binding to BSA was measured. Supernatant from E. coli carrying an empty expression vector without scFv was used as a negative control (NC). All 10 positive clones showed antigen-specific binding reactions, indicating that it is possible to establish antigen-specific scFv by this screening method.

(実施例4)発現自動制御コロニーアッセイを行うための最適条件
(2-1)において、播種液中の発現阻害剤と発現誘導剤の濃度、すなわちグルコース濃度とIPTG濃度を種々変えて同量の大腸菌を蒔き、発現自動制御コロニーアッセイを行った。1プレート当たりのコロニー数と陽性数をカウントした(表1)。
(Example 4) Optimal conditions for performing automatic expression control colony assay
In (2-1), the same amount of E. coli was sown with various concentrations of the expression inhibitor and expression inducer, ie, glucose concentration and IPTG concentration, in the seeding solution, and an automatic expression control colony assay was performed. The number of colonies and positive numbers per plate were counted (Table 1).

Figure 0007364242000001
Figure 0007364242000001

(実施例1)で構築した、抗human IgG scFvライブラリーを用いて、本発明の発現自動制御 colony assayを実施した。発現阻害剤であるグルコースの濃度及び、発現誘導剤であるIPTGの濃度を種々変え、コロニー形成数、陽性数、及び陽性率を比較した(表1)。
(条件1)は播種液として培地のみを用いた場合であり、(条件2)は、グルコースのみを加えた場合であるが、(条件1)と比べて若干ではあるがコロニー数が増加していた。コロニー数の増加は、大腸菌生育に阻害効果があるscFvクローンを持つ大腸菌において、コロニー形成時のscFvのリーク発現が抑えられてコロニー形成が可能になったクローンが存在することを意味する。コロニー数が多い方が、ライブラリーに規模が大きくなるので、アッセイとしては優れているため、グルコースを加えることのみで、コロニー数を増やすことができたのは、思わぬ効果であった。
Using the anti-human IgG scFv library constructed in (Example 1), the automatic expression control colony assay of the present invention was performed. The concentration of glucose, which is an expression inhibitor, and the concentration of IPTG, which is an expression inducer, were varied, and the number of colonies formed, the number of positives, and the positive rate were compared (Table 1).
(Condition 1) is when only the medium is used as the seeding solution, and (Condition 2) is when only glucose is added, but the number of colonies has increased slightly compared to (Condition 1). Ta. An increase in the number of colonies means that among E. coli having scFv clones that have an inhibitory effect on E. coli growth, there are clones that are able to form colonies by suppressing the leakage expression of scFv during colony formation. The larger the number of colonies, the larger the library size, which is better for assays, so it was an unexpected effect that the number of colonies could be increased simply by adding glucose.

播種液中に添加する発現誘導剤であるIPTGの濃度を一定(0.1mM)にし、発現阻害剤であるグルコースの濃度を0%から0.1%に増加させた場合(表1にて、条件3→4→6→7→9の変化に対応)、コロニー数は増加する。一方、陽性数は、発現誘導剤であるIPTGが存在していても、グルコースが高濃度の場合は激減してしまった(表1にて、条件9)。また、発現阻害剤であるグルコースの濃度を一定(0.05%)にし、発現誘導剤であるIPTGの濃度を0.07mMから0.2mMに増加させた場合(表1にて、条件2→5→6→8→10の変化に対応)、scFvの発現がより誘導され、陽性数が増加していく。しかしながら、IPTGが高濃度になるとコロニー数及び陽性数の激減が起こった(表1にて、条件10)。グルコース濃度が0.05%、IPTG濃度が0.1mMの時(表1にて、条件6)に、最も多くのコロニーが出現し、また最も多くの陽性クローンが観察された。
グルコースはscFvの発現を阻害し、大腸菌生育・コロニー形成には有利に作用すると思われるが、グルコースの濃度が至適範囲を超え、高くなりすぎると(表1にて、条件7や9)とIPTGによる発現誘導がかからなくなり、陽性数が激減すると思われる。反対に、IPTGの濃度が高くなりすぎると(表1にて、条件8や10)、コロニー形成の初期におけるグルコースによるscFvの発現阻害が効かず、大腸菌生育・コロニー形成が阻害されることで、コロニー数及び陽性数の激減が起こると思われる。最も多くのコロニーが出現し、また最も多くの陽性クローンが観察された、(表1にて、条件6)が発現誘導剤であるIPTGの濃度と発現阻害剤であるグルコースの濃度のバランスの取れた至適条件と考えられる。
When the concentration of IPTG, an expression inducer, added to the seeding solution was kept constant (0.1mM), and the concentration of glucose, an expression inhibitor, was increased from 0% to 0.1% (in Table 1, condition 3→ 4 → 6 → 7 → 9), the number of colonies increases. On the other hand, even in the presence of IPTG, an expression inducer, the number of positives decreased dramatically when glucose was at a high concentration (Condition 9 in Table 1). In addition, when the concentration of glucose, an expression inhibitor, was kept constant (0.05%) and the concentration of IPTG, an expression inducer, was increased from 0.07mM to 0.2mM (in Table 1, conditions 2 → 5 → 6 → (corresponding to a change from 8 to 10), scFv expression is further induced and the number of positives increases. However, when the concentration of IPTG became high, the number of colonies and the number of positives decreased sharply (Table 1, condition 10). When the glucose concentration was 0.05% and the IPTG concentration was 0.1 mM (condition 6 in Table 1), the largest number of colonies appeared and the largest number of positive clones were observed.
Glucose inhibits the expression of scFv and seems to have an advantageous effect on E. coli growth and colony formation, but if the concentration of glucose exceeds the optimal range and becomes too high (conditions 7 and 9 in Table 1), It is thought that the expression induction by IPTG is no longer applied and the number of positives decreases dramatically. On the other hand, when the concentration of IPTG becomes too high (conditions 8 and 10 in Table 1), the inhibition of scFv expression by glucose at the early stage of colony formation is not effective, and E. coli growth and colony formation are inhibited. A drastic decrease in the number of colonies and positive numbers is likely to occur. The most colonies appeared and the most positive clones were observed (condition 6 in Table 1) due to the balance between the concentration of IPTG, an expression inducer, and glucose, an expression inhibitor. This is considered to be the optimal condition.

本発明者らが以前に開発したOne-Step Colony Assayの結果(特許文献4)では、従来のFilter-sandwichコロニーアッセイよりも優れているが、コロニー数が1052、陽性コロニーが4つ観測され、陽性率は0.4%であった。
本発明では、発現負荷のストレスに弱いコロニー形成初期の大腸菌でのリーク発現を確実に阻害できるので、発現ベクターを持っている大腸菌でも活発に増殖し、コロニーを形成するため、コロニー数はOne-step Colony Assay(特許文献4)での1052個を超えて、約1200個(表1、条件5,6,7)も形成された。コロニー数が多いことは、それだけ多様なクローンを測定できることになり、より良い抗体をスクリーニングできる確率が高まることを意味する。
本発明における(表1)での陽性率は、(条件3~8)のいずれも従来コロニーアッセイと比較して、陽性率が少なくとも約2倍以上と飛躍的に向上した。これらの結果から、播種液にグルコースとIPTGを加える、本発明の発現自動制御 colony assayは、従来法と比較して、コロニー状態のモニターが不要になり、工程が省略されて手順が簡便になるだけでなく、陽性クローンの取得においても優れていることが実証された。特に、グルコース濃度及びIPTG濃度を最適化することにより、さらに陽性率を3.5倍以上も上昇させることができる(条件6)ことが実証された。
また、本発明では、準備・予備実験は不要で、大腸菌を播種したのちは自動的に発現誘導がかかるので、コロニーの成長の度合いをモニターする必要も、発現誘導の作業も必要ない。本発明で、1つの抗体ライブラリーのスクリーニングで陽性クローンの同定までに要する時間は約1日程度である。
The results of the One-Step Colony Assay previously developed by the present inventors (Patent Document 4) are superior to the conventional Filter-sandwich colony assay, but the number of colonies was 1052 and 4 positive colonies were observed. The positive rate was 0.4%.
In the present invention, leak expression in E. coli in the early stage of colony formation, which is vulnerable to the stress of expression load, can be reliably inhibited, so even E. coli carrying the expression vector will actively proliferate and form colonies, so the number of colonies will be one- Approximately 1200 colonies (Table 1, conditions 5, 6, and 7) were formed, exceeding 1052 in the step colony assay (Patent Document 4). A large number of colonies means that a greater variety of clones can be measured, increasing the probability of screening for better antibodies.
In the present invention, the positive rate in (Table 1) was dramatically improved by at least about twice as much as in the conventional colony assay for all conditions 3 to 8. From these results, the automatic expression control colony assay of the present invention, in which glucose and IPTG are added to the seeding solution, eliminates the need to monitor colony status and simplifies the procedure by omitting steps, compared to conventional methods. It was demonstrated that the method was excellent not only in obtaining positive clones, but also in obtaining positive clones. In particular, it was demonstrated that by optimizing the glucose concentration and IPTG concentration, the positive rate could be further increased by 3.5 times or more (condition 6).
Furthermore, in the present invention, no preparation or preliminary experiments are required, and expression is automatically induced after E. coli is inoculated, so there is no need to monitor the degree of colony growth or work to induce expression. In the present invention, it takes about one day to identify a positive clone by screening one antibody library.

発現阻害剤であるグルコースを加えることによって、コロニー数が増加した。これは、大腸菌生育に阻害効果を持つscFvクローンを持つ大腸菌において、コロニー形成時のscFvのリーク発現が抑えられることによって、コロニー形成が可能になったためと思われる。
発現自動制御 colony assayにより、コロニーサイズを逐次モニターし、最適タイミングでも発現誘導開始を行わなくとも、制御した発現が可能になった。上記、コロニー数が増加したことにより(陽性率は同じでも)、陽性クローン数が増えることになり、発現自動制御 colony assayはより優れたアッセイ法といえる。実際には、思わぬことに、陽性率も大きく上昇していた。これは、最適なタイミングで発現誘導が行われたので、発現の効率が上がったことと、上記コロニー数が増えたことの2点によると考えられる。後者に関しては、大腸菌生育・コロニー形成にとって生育阻害効果のあるscFvをリーク発現しているクローンは、陽性である可能性が高いことから、陽性率が上がったのではないかと推察される。経験的には、抗原特異性を持つscFv発現(陽性クローン)は、大腸菌に生育阻害効果を持つ場合が多く、スクリーニング中やスクリーニング後に、細胞が死滅し、クローンが失われてしまうことが多い。本法により、このような陽性クローンがスクリーニング中に失われることなく、陽性クローンとして取得可能になったという思わぬ効果があった。
Addition of glucose, an expression inhibitor, increased the number of colonies. This seems to be because colony formation was made possible by suppressing the leakage expression of scFv during colony formation in E. coli that has scFv clones that have an inhibitory effect on E. coli growth.
Automatic control of expression Colony assay enables controlled expression without sequentially monitoring the colony size and starting expression induction even at the optimal timing. Due to the increase in the number of colonies mentioned above (even though the positive rate remains the same), the number of positive clones increases, and automatic expression control colony assay can be said to be a superior assay method. In fact, unexpectedly, the positivity rate also increased significantly. This is thought to be due to two factors: the expression efficiency was increased because expression was induced at the optimal timing, and the number of colonies was increased. Regarding the latter, it is speculated that the positive rate may have increased because clones leaking expression of scFv that has a growth-inhibitory effect on E. coli growth and colony formation are likely to be positive. Empirically, scFv expression with antigen specificity (positive clones) often has a growth inhibiting effect on E. coli, and cells often die and clones are lost during or after screening. This method had the unexpected effect that such positive clones could be obtained as positive clones without being lost during screening.

(実施例5)様々な発現誘導剤・発現系を用いた発現自動制御コロニーアッセイ
(実施例2)とは、異なる発現誘導剤・発現系を用いて、発現自動制御コロニーアッセイを行った。そこでの最適条件を調べた。pET-22b(+)に抗体ライブラリーを挿入し、上記IPTGとは異なる発現誘導剤として、ラクトースを用いた場合のコロニー形成数、陽性クローン数を調べた。この場合、発現阻害剤はグルコース、発現誘導剤はラクトースとなる。
播種液中の発現阻害剤と発現誘導剤の濃度、すなわちグルコース濃度とラクトース濃度を種々変えて同量の大腸菌を播き、発現自動制御コロニーアッセイを行った。1プレート当たりのコロニー数と陽性数をカウントした。
(Example 5) Automated expression control colony assay using various expression inducers and expression systems
An expression automatic control colony assay was performed using a different expression inducer and expression system from (Example 2). We investigated the optimal conditions there. An antibody library was inserted into pET-22b(+), and the number of colonies formed and the number of positive clones were examined when lactose was used as an expression inducer different from the above-mentioned IPTG. In this case, the expression inhibitor is glucose and the expression inducer is lactose.
An automatic expression control colony assay was performed by inoculating the same amount of E. coli while varying the concentrations of the expression inhibitor and expression inducer, that is, the glucose and lactose concentrations, in the inoculation solution. The number of colonies and positive numbers per plate were counted.

これらの結果を、下記(表2)に示す。これらの結果から、異なる発現誘導剤でも本発明の発現制御コロニーアッセイが可能であることが示された。 These results are shown below (Table 2). These results showed that the expression-controlled colony assay of the present invention is possible even with different expression-inducing agents.

Figure 0007364242000002
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(実施例1)で構築した、抗human IgG scFvライブラリーをpET-22b(+)ベクターに入れ、発現ベクターライブラリーを作製し、これを用いて、本発明の発現自動制御 colony assayを実施した。発現阻害剤であるグルコースの濃度及び、発現誘導剤であるラクトースの濃度を種々変え、コロニー形成数、陽性数、及び陽性率を比較した(表2)。発現誘導剤としてラクトースを用いた系では、グルコース濃度が0.05%、ラクトース濃度が0.1%の時に、最も多くのコロニーが出現し、また最も多くの陽性クローンが観察された。異なる発現誘導剤を用いた系においても、発現自動制御 colony assayが有効であることが示された。
同じ発現ベクターを用いた従来のOne-Step Colony Assay(特許文献4)の場合の陽性率、0.4%と比較して、本実施例での陽性率は約2倍と飛躍的に向上し、グルコース濃度及びラクトース濃度を最適化することにより、さらに陽性率を3倍以上も上昇させることができることが実証された(表2)。
これらの結果からも、本発明の発現自動制御 colony assayは従来法と比較して、コロニー状態のモニターが不要になり、工程が省略されて手順が簡便になるだけでなく、陽性クローンの取得においても優れていることが実証された。
The anti-human IgG scFv library constructed in (Example 1) was put into the pET-22b(+) vector to create an expression vector library, and this was used to perform the automatic expression control colony assay of the present invention. . The concentration of glucose, which is an expression inhibitor, and the concentration of lactose, which is an expression inducer, were varied, and the number of colonies formed, the number of positives, and the positive rate were compared (Table 2). In the system using lactose as an expression inducer, the largest number of colonies appeared and the largest number of positive clones were observed when the glucose concentration was 0.05% and the lactose concentration was 0.1%. The automatic expression control colony assay was shown to be effective even in systems using different expression inducers.
Compared to the positive rate of 0.4% in the conventional One-Step Colony Assay (Patent Document 4) using the same expression vector, the positive rate in this example was approximately twice as high, dramatically improving the glucose It was demonstrated that by optimizing the concentration and lactose concentration, it was possible to further increase the positive rate by more than 3 times (Table 2).
From these results, the automatic expression control colony assay of the present invention not only eliminates the need to monitor colony status and simplifies the procedure by omitting steps, but also makes it easier to obtain positive clones than conventional methods. has also been proven to be excellent.

さらに、上記したT7発現系でIPTG又はラクトースを発現誘導剤として用いる組合せに代えて、他の、カタボライト抑制が有効な発現系を用いた場合の実験系においても、本発明の発現自動制御コロニーアッセイを実施できることを確認した。
具体的には、Lacプロモーターを組み込んだラクトースプロモーター系、rhaPBADプロモーターを組み込んだラムノースプロモーター系、araBADプロモーターを組み込んだアラビノースプロモーター系の発現ベクターで形質転換した大腸菌を用意し、播種液に、発現阻害剤のグルコースと共に、発現誘導剤としてラクトース、ラムノースもしくはアラビノースを加える以外は、実施例2又は5と同様の手順でスクリーニングを行った。
その結果、IPTGやラクトースを用いるT7発現系の場合と同様の成績(コロニー数、陽性数、陽性率)が示されることが確認できた(data not shown)。
加えて、ホストの大腸菌として、(実施例2)で用いたBL21DE3以外にも、JM109やXL-1Blueを用いて(実施例2)と同様の実験を行ったところ、同様の成績が見られた(data not shown)。
これらの結果から、カタボライト抑制が有効な発現系とそれに対応する糖類の発現誘導剤を用いた場合でも、本発明の発現自動制御コロニーアッセイが有効であることが示された。
Furthermore, instead of the combination of the T7 expression system described above using IPTG or lactose as an expression inducer, the automatic expression control colony assay of the present invention can also be used in an experimental system in which other expression systems in which catabolite suppression is effective are used. It was confirmed that it can be implemented.
Specifically, E. coli transformed with expression vectors of a lactose promoter system incorporating a Lac promoter, a rhamnose promoter system incorporating a rhaPBAD promoter, and an arabinose promoter system incorporating an araBAD promoter is prepared, and an expression inhibitor is added to the inoculation solution. Screening was conducted in the same manner as in Example 2 or 5, except that lactose, rhamnose, or arabinose was added as an expression inducer along with glucose.
As a result, it was confirmed that the results (number of colonies, number of positives, positive rate) were similar to those of the T7 expression system using IPTG or lactose (data not shown).
In addition, in addition to BL21DE3 used in (Example 2) as host E. coli, we conducted an experiment similar to (Example 2) using JM109 and XL-1Blue, and found similar results. (data not shown).
These results showed that the automatic expression control colony assay of the present invention is effective even when using an expression system that is effective in suppressing catabolites and a corresponding saccharide expression inducer.

(実施例6)陽性クローンからの抗体遺伝子取得の効率
(実施例1)で構築した、抗human IgG scFvライブラリーを用いて、本発明の発現自動制御 colony assay、 発現誘導剤濃度を高くした発現自動制御 colony assay、及び従来コロニーアッセイ法をそれぞれ実施し、その結果から得られたそれぞれの陽性クローンについて、抗原結合性、遺伝子の構造を調べ、比較した(表3)。
発現自動制御コロニーアッセイ法の場合、大腸菌ライブラリーを発現阻害剤としてグルコースを0.05%、発現誘導剤としてIPTGを0.1mMの濃度となるような溶液に分散させ、プレートに蒔いた。高IPTG濃度の条件時、すなわち発現誘導過剰の時は、大腸菌ライブラリーを発現阻害剤としてグルコースを0.05%、発現誘導剤としてIPTGを0.2mMの濃度となるような溶液に分散させ、プレートに蒔いた。発現誘導剤としてラクトースを用いた場合は、大腸菌ライブラリーを発現阻害剤としてグルコースを0.05%、ラクトースを0.1%の濃度となるような溶液に分散させ、プレートに蒔いた。過剰発現誘導の条件時は、大腸菌ライブラリーを発現阻害剤としてグルコースを0.05%、ラクトースを0.2%の濃度となるような溶液に分散させ、プレートに蒔いた。
Filter-sandwich Assay (非特許文献4)、One-step Colony Assay(特許文献4)、Single-step Colony Assay(非特許文献7)の各方法を用いて、陽性クローンを取得し、以下のように解析した。
(Example 6) Efficiency of antibody gene acquisition from positive clones
Using the anti-human IgG scFv library constructed in Example 1, the automatic expression control colony assay of the present invention, the automatic expression control colony assay with a high concentration of expression inducer, and the conventional colony assay method were performed. The antigen binding properties and gene structures of each positive clone obtained from the results were investigated and compared (Table 3).
In the case of the automatic expression control colony assay method, the E. coli library was dispersed in a solution with a concentration of 0.05% glucose as an expression inhibitor and 0.1 mM IPTG as an expression inducer, and plated. Under conditions of high IPTG concentration, that is, when expression is excessively induced, disperse the E. coli library in a solution containing 0.05% glucose as an expression inhibitor and 0.2mM IPTG as an expression inducer, and plate it. Ta. When lactose was used as an expression inducer, the E. coli library was dispersed in a solution containing 0.05% glucose and 0.1% lactose as expression inhibitors, and the solution was plated. For overexpression induction conditions, the E. coli library was dispersed in a solution containing 0.05% glucose and 0.2% lactose as expression inhibitors, and the solution was plated on a plate.
Positive clones were obtained using each method of Filter-sandwich Assay (Non-Patent Document 4), One-step Colony Assay (Patent Document 4), and Single-step Colony Assay (Non-Patent Document 7), and Analyzed.

それぞれのコロニーアッセイ方法を用いて、陽性クローンを同定し、その中から無作為に136クローンを培養し、(3-2)の方法に従って、ELISAによりクローンの産生する抗体の抗原結合活性を測定した。同時に、その136クローンのコロニーを用いて、コロニーPCR法によりscFv、VH及びVLを増幅し 、その後アガロースゲル電気泳動した。泳動パターンより、136クローンそれぞれから増幅されたscFv遺伝子、VH遺伝子及びVL遺伝子の分子量を計測し、本来の分子量(scFv遺伝子は750bp、VH遺伝子は400bp、VL遺伝子は350bp)を持っているかどうかを確認した。scFvの増幅には、プライマーpelB-F及びM13-Rを、VHの増幅には、プライマーpelB-F及びVH-Linker-Rを用い、VLの増幅には、プライマーVL-Linker-F及びM13-Rを用いた。コロニーPCRは、ラットのVH遺伝子及びVL遺伝子増幅用のプライマーセットを用い、EmeraldAmP PCR Master Mix(タカラバイオ社)によって、94℃ 2min, (98℃ 10sec, 58℃ 30sec 68℃ 1min)×5, (98℃ 10sec, 63℃ 30sec 68℃ 1min)×5, (98℃ 10sec, 68℃ 1.5min)×20, 68℃ 7minの条件で、PCRを行い、scFv遺伝子、VH遺伝子及びVL遺伝子を増幅した。増幅した各遺伝子は1.5%アガロースゲルで電気泳動し、増幅を確認した。
結果を(表3)に示す。最適なグルコース濃度及びラムノース濃度を用いた発現自動制御コロニーアッセイ法のばあい、すべてのクローンでscFv、VH及びVLが本来の分子量(scFv遺伝子は750bp、VH遺伝子は400bp、VL遺伝子は350bp)を持っていることを確認した。
Positive clones were identified using each colony assay method, 136 clones were randomly cultured from among them, and the antigen-binding activity of the antibodies produced by the clones was measured by ELISA according to the method (3-2). . At the same time, using the 136 clones, scFv, V H and V L were amplified by colony PCR method, and then subjected to agarose gel electrophoresis. The molecular weights of the scFv gene, V H gene, and V L gene amplified from each of the 136 clones were measured based on the electrophoresis pattern, and the molecular weights were determined to have the original molecular weight (750 bp for the scFv gene, 400 bp for the V H gene, and 350 bp for the V L gene). I checked to see if it was. Primers pelB-F and M13-R were used to amplify scFv, primers pelB-F and V H -Linker-R were used to amplify V H , and primer V L -Linker- was used to amplify V L. F and M13-R were used. Colony PCR was performed using primer sets for rat V H gene and V L gene amplification using EmeraldAmP PCR Master Mix (Takara Bio Inc.) at 94°C 2 min, (98°C 10 sec, 58°C 30 sec 68°C 1 min) x 5 , (98℃ 10sec, 63℃ 30sec, 68℃ 1min) x 5, (98℃ 10sec, 68℃ 1.5min) x 20, 68℃ 7min. Perform PCR under the conditions of scFv gene, V H gene and V L gene. amplified. Each amplified gene was electrophoresed on a 1.5% agarose gel to confirm amplification.
The results are shown in (Table 3). In the case of the automated expression control colony assay method using optimal glucose and rhamnose concentrations, scFv, V H and V L of all clones were determined to have the same molecular weight (750 bp for the scFv gene, 400 bp for the V H gene, and 400 bp for the V L gene) in all clones. 350bp).

Figure 0007364242000003
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最適条件で行った本発明の発現自動制御 colony assayでは、得られたすべてのクローンは、抗原結合性をもつscFvを生産し、そのscFvは完全な構造を持っていることが、示された。一方、Filter-sandwich AssayとSingle-step Colony Assay、2つの従来コロニーアッセイでは、分離された陽性クローンは、136クローンのうち、10~13クローンにおいて、VH遺伝子の脱落がおこり、機能的なscFvが生産されていないことが分かった。発現誘導に工夫を加えたOne-step Colony Assayにおいては、従来コロニーアッセイより改善はみられるものの4クローンにVH遺伝子の脱落がみられた。また、本発明の発現自動制御 colony assayにおいても、発現誘導剤濃度が最適濃度の2倍となると、上記のようなVH遺伝子の脱落が起こっているクローンが136クローン中、5~6クローン見られるようになったことから、播種液中の発現誘導剤濃度の調製も重要であることが確認できた。
本発明の発現自動制御 colony assayを用いることにより、完全な構造を持つscFVが100%の確率で取得可能であることが示された。
The automatic expression control colony assay of the present invention performed under optimal conditions showed that all the clones obtained produced scFv with antigen-binding properties, and that the scFv had a complete structure. On the other hand, in the two conventional colony assays, Filter-sandwich Assay and Single-step Colony Assay, 10 to 13 isolated positive clones out of 136 clones lost the V H gene, and the functional scFv It turns out that it is no longer in production. In the One-step Colony Assay, in which expression induction was modified, V H gene was lost in 4 clones, although this was an improvement over the conventional colony assay. Furthermore, in the automatic expression control colony assay of the present invention, when the concentration of the expression inducer was twice the optimal concentration, 5 to 6 clones out of 136 clones were found to have the V H gene shedding as described above. This confirmed that adjusting the concentration of the expression inducer in the seeding solution is also important.
It was shown that by using the automatically controlled expression colony assay of the present invention, scFV with a complete structure can be obtained with 100% probability.

これらの結果から、本発明の発現自動制御 colony assayは従来法と比較して、コロニー状態のモニターが不要になり、工程が省略されて手順が簡便になるだけでなく、陽性クローンの取得においても、歩留まりが格段に向上し、従来法よりも優れていることが実証された(表3)。本方法が、操作の簡便性だけではなく、遺伝子構造を失うことなく、すなわち偽陽性をゼロに、抗体遺伝子を同定できる性能を持つことは思わぬ効果であった。 From these results, compared to conventional methods, the automatic expression control colony assay of the present invention not only eliminates the need to monitor colony status and simplifies the procedure by omitting steps, but also makes it easier to obtain positive clones. It was demonstrated that the yield was significantly improved and superior to the conventional method (Table 3). An unexpected benefit of this method was that it was not only easy to operate, but also had the ability to identify antibody genes without losing the genetic structure, that is, with zero false positives.

(実施例7)scFvライブラリーの調整
(7-1)ウサギへの免疫
本実施例では、免疫動物種として良く用いられるウサギを使用した。初めに結核死菌が含まれたadjuvantと共に抗原を免疫し、次に結核死菌が含まれなadjuvantと共に抗原の免疫を行いた。5回免疫を行うことで、充分免疫反応を促した。
具体的には、human IgGをFREUND Complete ADJUVANT(シグマ社)と混合し、日本白色種ウサギ(雌)の皮下に抗原200μg/匹となるよう投与し、一次免疫を行った。2週間毎に、抗原とFREUND Incomplete ADJUVANT(シグマ社)を混合し、一次免疫と同様に二次免疫を行った。最後の免疫から2週間後にウサギの静脈に抗原100μgを投与しブーストした。
(Example 7) Preparation of scFv library
(7-1) Immunization of rabbits In this example, rabbits, which are often used as immunized animal species, were used. First, the antigen was immunized with an adjuvant containing killed tuberculosis bacteria, and then the antigen was immunized with an adjuvant that did not contain killed tuberculosis bacteria. By performing immunization five times, a sufficient immune response was stimulated.
Specifically, human IgG was mixed with FREUND Complete ADJUVANT (Sigma) and administered subcutaneously to Japanese white rabbits (female) at an antigen concentration of 200 μg/rabbit for primary immunization. Every two weeks, the antigen and FREUND Incomplete ADJUVANT (Sigma) were mixed and secondary immunization was performed in the same manner as the primary immunization. Two weeks after the last immunization, the rabbits were given a boost by intravenously administering 100 μg of the antigen.

(7-2)脾臓及び末梢血単核球(PBMC)の摘出
免疫が終了したウサギより、末梢血を採血し、脾臓を摘出した。末梢血から、末梢血単核球(PBMC)を精製した。脾臓とPBMCをRNAlater(ライフテクノロジー社)で処理し、RNAを安定化した。
(7-2) Extraction of spleen and peripheral blood mononuclear cells (PBMC) Peripheral blood was collected from the immunized rabbit, and the spleen was removed. Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were purified from peripheral blood. Spleen and PBMC were treated with RNAlater (Life Technologies) to stabilize RNA.

(7-3)VH(抗体重鎖可変領域)及びVL(抗体軽鎖可変領域)の増幅
抗体遺伝子を増幅して得るための鋳型となるcDNAを合成するために、RNA精製キットを用いてtotal RNAを精製し、ランダムヘキサマーとオリゴdTのプライマーを使用して、cDNAの全長を合成し、抗体遺伝子増幅のための鋳型とした。具体的には、RNAlaterで処理した脾臓及びPBMCより、RNeasy(キアゲン社)を用いてTotal RNAを精製し、トランスクリプターファーストストランドcDNA合成キット(ロシュ社)を用いて、cDNAを合成した。
本実施例では、PCRを用いたVL、VH遺伝子増幅には、PCRエラーを防ぎ、scFvの正確な構造を維持するために、正確性の高いPolymeraseであるKOD-FX polymerase(東洋紡社)を使用した。
合成したcDNAを鋳型にラットのVH遺伝子及びVL遺伝子増幅用のプライマーセットを用い、KOD-FX polymerase(東洋紡社)によって、94℃ 2min, (98℃ 10sec, 58℃ 30sec 68℃ 1min)×5, (98℃ 10sec, 63℃ 30sec 68℃ 1min)×5, (98℃ 10sec, 68℃ 1.5min)×20, 68℃ 7minの条件で、PCRを行い、VH遺伝子及びVL遺伝子を増幅した。増幅した各遺伝子は1.5%アガロースゲルで電気泳動し、増幅を確認した。
(7-3) Amplification of V H (antibody heavy chain variable region) and V L (antibody light chain variable region) An RNA purification kit is used to synthesize cDNA as a template for amplifying antibody genes. Total RNA was purified using random hexamers and oligo dT primers, and full-length cDNA was synthesized and used as a template for antibody gene amplification. Specifically, total RNA was purified from spleen and PBMC treated with RNAlater using RNeasy (Qiagen), and cDNA was synthesized using Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit (Roche).
In this example, KOD-FX polymerase (Toyobo Co., Ltd.), a highly accurate polymerase, was used for V L and V H gene amplification using PCR to prevent PCR errors and maintain the correct structure of scFv. It was used.
Using the synthesized cDNA as a template and a primer set for amplifying the rat V H gene and V L gene, 94°C 2 min, (98°C 10 sec, 58°C 30 sec, 68°C 1 min) × KOD-FX polymerase (Toyobo Co., Ltd.) 5, Perform PCR under the conditions of (98℃ 10sec, 63℃ 30sec, 68℃ 1min) x 5, (98℃ 10sec, 68℃ 1.5min) x 20, 68℃ 7min to amplify the V H gene and V L gene. did. Each amplified gene was electrophoresed on a 1.5% agarose gel to confirm amplification.

本実施例で用いた各遺伝子のプライマーセットは、以前に公表されているVH遺伝子及びVL遺伝子のプライマーセット(Rudiger Ridder and Hermann Gram, Antibody Engineering Volume 1: 115-137, Springer)の塩基配列を元に、 VHセンスプライマーにはNcoI、VHアンチセンスプライマーにはXhoI、VLセンスプライマーにはNheI、VLアンチセンスプライマーにはNotIを加えたプライマーを合成してプライマーセットとして使用した。各プライマーは抗体遺伝子の多様性を確保するために、いくつかの位置で縮重している。
用いたプライマー配列は以下の通りである。
The primer set for each gene used in this example was based on the base sequence of the previously published primer set for V H gene and V L gene (Rudiger Ridder and Hermann Gram, Antibody Engineering Volume 1: 115-137, Springer). Based on this, primers were synthesized with NcoI added to the V H sense primer, XhoI added to the V H antisense primer, NheI added to the V L sense primer, and NotI added to the V L antisense primer, and used as a primer set. . Each primer is degenerate at several positions to ensure antibody gene diversity.
The primer sequences used are as follows.

VHセンスプライマー
VH S1 ATGCCCATGGCAGTCGGTGGAGGAGTCCRGG (配列番号48)
VH S2 ATGCCCATGGCAGTCGGTGAAGGAGTCCGAG (配列番号49)
VH S3 ATGCCCATGGCAGTCGYTGGAGGAGTCCGGG (配列番号50)
VH S4 ATGCCCATGGCAGSAGCAGCTGGWGGAGTCCGG (配列番号51)
V H sense primer
V H S1 ATGCCCATGGCAGTCGGTGGAGGAGTCCRGG (SEQ ID NO: 48)
V H S2 ATGCCCATGGCAGTCGGTGAAGGAGTCCGAG (SEQ ID NO: 49)
V H S3 ATGCCCATGGCAGTCGYTGGAGGAGTCCGGG (SEQ ID NO: 50)
V H S4 ATGCCCATGGCAGSAGCAGCTGGWGGAGTCCGG (SEQ ID NO: 51)

VHアンチセンスプライマー
VH AS1 ATGCCTCGAGGACTGAYGGAGCCTTAGGTTGC (配列番号52)
V H antisense primer
V H AS1 ATGCCTCGAGGACTGAYGGAGCCTTAGGTTGC (SEQ ID NO: 52)

VLセンスプライマー
VL Sκ1 ATGCGCTAGCGTGMTGACCCAGACTCCA (配列番号53)
VL Sκ2 ATGCGCTAGCGATMTGACCCAGACTCCA (配列番号54)
V L sense primer
V L Sκ1 ATGCGCTAGCGTGMTGACCCAGACTCCA (SEQ ID NO: 53)
V L Sκ2 ATGCGCTAGCGATMTGACCCAGACTCCA (SEQ ID NO: 54)

VLアンチセンスプライマー
VL ASκ1 ATGCGCGGCCGCTTTGACGACCACCTCGGTCCC (配列番号55)
VL ASκ2 ATGCGCGGCCGCTAGGATCTCCAGCTCGGTCCC (配列番号56)
V L antisense primer
V L ASκ1 ATGCGCGGCCGCTTTGACGACCACCTCGGTCCC (SEQ ID NO: 55)
V L ASκ2 ATGCGCGGCCGCTAGGATCTCCAGCTCGGTCCC (SEQ ID NO: 56)

(7-4)VH遺伝子ライブラリー及びVL遺伝子ライブラリーの調製
human IgGで免疫したウサギの脾臓及びPBMC由来RNAから(7-3)で調製された合成cDNAを鋳型として前記VH遺伝子プライマーセット(配列番号48~52)及びVL遺伝子プライマーセット(配列番号53~56)を用いて増幅された抗human IgG抗体のVH遺伝子ライブラリーと同VL遺伝子ライブラリーのそれぞれのプールを作製した。
(7-4) Preparation of V H gene library and V L gene library
The V H gene primer set (SEQ ID NO: 48 to 52) and the V L gene primer set (SEQ ID NO: 53) were prepared using the synthetic cDNA prepared in (7-3) from RNA derived from rabbit spleen and PBMC immunized with human IgG as templates. A pool of a V H gene library and a V L gene library of an anti-human IgG antibody amplified using 56) was created.

(7-5)AP-scFvライブラリー発現ベクターの構築
予め、NcoI-XhoI-Linker-NheI-NotI-Hisタグを組込んだpelBシグナル配列を持つpET-22b(+)(ノバジェン社)を用意し、NcoI上流に、アルカリフォスファターゼ(AP、配列番号57)を挿入したベクターを作製した。
(1-4)においてPCRで増幅した抗human IgG抗体のVL遺伝子ライブラリーをNheIとNotIで切断し、上記、pET-22b(+)に組込みVL遺伝子ベクターライブラリーを作製した。作製した各VL遺伝子ベクターでDH5α competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、アンピシリン含有のLB agar培地に播種し、Colonyを形成させた。Colonyは全て回収、混合し、プラスミド精製キット(キアゲン社)にて、VL遺伝子ベクターを精製した。なお、上記Linkerとしては、既知の「GGGGSGGGGSGGGGS(配列番号46)」リンカーが用いられている。
次いで、作製したVL遺伝子ベクターライブラリーと、PCRで増幅したVH遺伝子ライブラリーとをNcoIとXhoIで切断し、VL遺伝子ベクターにVH遺伝子を組込み、AP-scFvライブラリー発現ベクターを構築した。
(7-5) Construction of AP-scFv library expression vector In advance, pET-22b(+) (Novagen) containing the pelB signal sequence incorporating the NcoI-XhoI-Linker-NheI-NotI-His tag was prepared. A vector was prepared in which alkaline phosphatase (AP, SEQ ID NO: 57) was inserted upstream of NcoI.
The V L gene library of the anti-human IgG antibody amplified by PCR in (1-4) was cut with NheI and NotI, and integrated into pET-22b(+) as described above to create a V L gene vector library. DH5α competent cells (Nihon Gene Co., Ltd.) were transformed with each of the V L gene vectors prepared, and the cells were seeded in LB agar medium containing ampicillin to form colonies. All colonies were collected and mixed, and the V L gene vector was purified using a plasmid purification kit (Qiagen). Note that the known linker "GGGGSGGGGSGGGS (SEQ ID NO: 46)" is used as the above-mentioned Linker.
Next, the prepared V L gene vector library and the V H gene library amplified by PCR were cut with NcoI and XhoI, and the V H gene was integrated into the V L gene vector to construct an AP-scFv library expression vector. did.

pET-22b(+)以外にも、アラビノースプロモーターを持つベクターやラムノースプロモーター、T5プロモーターを持つベクターに対しても同様にAP-NcoI-XhoI-Linker-NheI-NotI-Hisタグを組込んだベクターを用意し、VL遺伝子ベクターライブラリーとVH遺伝子ライブラリーを組込み、scFvライブラリー発現ベクターを構築した。In addition to pET-22b(+), vectors with AP-NcoI-XhoI-Linker-NheI-NotI-His tags can also be used for vectors with arabinose promoters, rhamnose promoters, and vectors with T5 promoters. A scFv library expression vector was constructed by integrating the V L gene vector library and the V H gene library.

(実施例8)発現制御コロニーアッセイによる陽性クローンの樹立
(8-1) プレート上のコロニー形成
実施例(7-5)で作製したAP-scFvライブラリー発現ベクターを用いて、BL21(DE3) competent cell(日本ジーン社)を形質転換し、回復培地(SOC)でOD600が0.2に達した培養液を発現阻害剤と発現誘導剤を含むLB培地を用いて、104倍希釈し、播種液を作製した。播種液中には、発現阻害剤としてグルコースを0.05%、発現誘導剤としてIPTGを0.1mMの濃度となるように加えた。LB agarプレート上に、免疫に用いたhuman IgGを PBSで100μg/mLに希釈し、室温で2h抗原をコートした抗原膜、さらにその上にコロニー形成用親水性多孔質フィルター(コロニーフィルター)を重ね、当該播種液に分散させた抗体遺伝子で形質転換された大腸菌(200μl)を当該コロニーフィルター上に播種した。その後、30℃で一晩保温し、コロニーを形成させた。フィルター上にコロニーが形成されているコロニーフィルターをLB agarプレートに移し4℃保存した。本方法では手間のかかる発現誘導剤の濃度勾配の作製は不要で、通常の分子生物学的実験で用いるアガープレートを使えるので、素早く簡単に作製することができる。
(Example 8) Establishment of positive clones by expression control colony assay
(8-1) Colony formation on plate BL21(DE3) competent cells (Nippon Gene Co., Ltd.) were transformed using the AP-scFv library expression vector prepared in Example (7-5), and the recovery medium ( The culture solution whose OD 600 reached 0.2 (SOC) was diluted 10 4 times using LB medium containing an expression inhibitor and an expression inducer to prepare a seeding solution. Glucose was added to the seeding solution at a concentration of 0.05% as an expression inhibitor, and IPTG was added as an expression inducer at a concentration of 0.1 mM. On a LB agar plate, human IgG used for immunization was diluted to 100 μg/mL with PBS, and an antigen membrane coated with the antigen for 2 hours at room temperature was further layered with a hydrophilic porous filter for colony formation (colony filter). E. coli (200 μl) transformed with the antibody gene dispersed in the inoculation solution was inoculated onto the colony filter. Thereafter, it was incubated at 30°C overnight to form colonies. The colony filter with colonies formed on the filter was transferred to an LB agar plate and stored at 4°C. This method does not require the time-consuming preparation of a concentration gradient of an expression inducer, and can be prepared quickly and easily because it can use agar plates used in ordinary molecular biology experiments.

(8-2) 陽性クローンの検出
コロニーフィルターを除いた下層の抗原膜をPBSで2回洗浄し、AP発色基質液(Sigma-fast BCIP-NBT)に浸し、陽性クローンを発色スポットとして検出した。(図11)に検出スポットを示す。上記播種液に発現誘導剤が含まれないときは、スポットが認められなかった。
(8-2) Detection of positive clones The lower antigen membrane excluding the colony filter was washed twice with PBS, immersed in AP coloring substrate solution (Sigma-fast BCIP-NBT), and positive clones were detected as colored spots. (Figure 11) shows the detection spots. No spots were observed when the above-mentioned seeding solution did not contain an expression inducer.

(8-3) 陽性クローンの同定
(8-2)のスポットを検出した抗原膜上に、(8-1)で4℃保存したコロニーフィルターを重ね合わせ、スポット上に重なったコロニーを陽性クローンとして同定した。
(8-3) Identification of positive clones Overlay the colony filter stored at 4°C in (8-1) on the antigen membrane where the spots in (8-2) were detected, and identify the colonies that overlapped on the spots as positive clones. Identified.

(実施例9)樹立クローンの解析
(9-1) 樹立クローンの遺伝子配列決定
実施例8(8-3)で同定した抗human IgG scFv陽性クローンは、個別にアンピシリン含有のLB培地により培養し、DNA Mini prep kit(キアゲン社)によって、クローン中のプラスミドDNAを精製した。精製したプラスミドDNAの遺伝子配列をシークエンスにより遺伝子配列を解析し、scFvの構造を確認した。その結果、全てのクローンで設計通りの構造が確認された。(図12)にはクローンのうち、最もシグナルの強かったクローンの配列を示す。(図4)は、抗human IgG scFv配列(配列番号58)である。
(Example 9) Analysis of established clones
(9-1) Gene sequencing of established clones The anti-human IgG scFv-positive clones identified in Example 8 (8-3) were individually cultured in LB medium containing ampicillin and sequenced using the DNA Mini prep kit (Qiagen). , the plasmid DNA in the clone was purified. The gene sequence of the purified plasmid DNA was analyzed by sequencing, and the structure of the scFv was confirmed. As a result, all clones were confirmed to have the designed structure. (FIG. 12) shows the sequence of the clone with the strongest signal among the clones. (Figure 4) is an anti-human IgG scFv sequence (SEQ ID NO: 58).

(9-2) 樹立クローンのELISAによる活性測定
本実施例では、(実施例2)で得られたscFvの活性をELISAにより確認した。24個の陽性クローンの抗原特異性及び親和性を測定した。各陽性クローンはアンピシリン含有の10mL LB培地、37℃で OD600が0.6に達するまで培養し、0.5mMのIPTGを添加し、26℃一晩発現誘導する。培養後、大腸菌を遠心により集菌し、菌塊に0.5 mL プロテアーゼインヒビター(ロシュ社)/PBSを加え、懸濁し、大腸菌を超音波破砕する。破砕溶液を20000g 30分間遠心し、上清を回収する。
抗原に用いたhuman IgGを10μg/mLとなるようコーティングバッファー(Na2CO3、 NaHCO3、 pH9.6)で調整し、96ウェルマイクロタイタープレートに100μL/ウェルで分注後、4℃で一晩コーティングする。コーティング溶液を廃棄し、0.05% Tween/PBSで1回洗浄し、Blocking reagent(ロシュダイアグノスティック社)を250μL/ウェルで分注し、室温で2時間ブロッキングする。ブロッキング溶液を廃棄、0.05% Tween-PBSで1回洗浄し、超音波破砕した上清はPBSを用いて、100μL/ウェルで分注後、室温で2時間、反応を行う。反応溶液を廃棄し、0.05% Tween-PBSで3回、PBSで2回洗浄し、AP発色基質(SIGMAFAST pNPP tablets、シグマ社)を100μL/ウェルで分注し、室温で発色させ、マイクロプレートリーダー(バイオラッド社)を使用し、波長405nm吸光度を測定した。結果を(図13)に示す。
(9-2) Activity measurement of established clones by ELISA In this example, the activity of the scFv obtained in (Example 2) was confirmed by ELISA. Antigen specificity and affinity of 24 positive clones were determined. Each positive clone is cultured in 10 mL LB medium containing ampicillin at 37°C until OD 600 reaches 0.6, and 0.5mM IPTG is added to induce expression overnight at 26°C. After culturing, collect E. coli by centrifugation, add 0.5 mL protease inhibitor (Roche)/PBS to the bacterial mass, suspend, and disrupt E. coli by ultrasonication. Centrifuge the disruption solution at 20,000g for 30 minutes and collect the supernatant.
The human IgG used as the antigen was adjusted to 10 μg/mL with coating buffer (Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , pH 9.6), dispensed into a 96-well microtiter plate at 100 μL/well, and incubated at 4°C. Coat at night. Discard the coating solution, wash once with 0.05% Tween/PBS, dispense Blocking reagent (Roche Diagnostics) at 250 μL/well, and block at room temperature for 2 hours. Discard the blocking solution, wash once with 0.05% Tween-PBS, and dispense the ultrasonicated supernatant using PBS at 100 μL/well, and react at room temperature for 2 hours. Discard the reaction solution, wash 3 times with 0.05% Tween-PBS and 2 times with PBS, dispense 100 μL/well of AP chromogenic substrate (SIGMAFAST pNPP tablets, Sigma), develop at room temperature, and use a microplate reader. (Bio-Rad) to measure the absorbance at a wavelength of 405 nm. The results are shown in (Figure 13).

抗原であるhuman IgGに対する結合性とバックグラウンドの反応も見るため、BSAに対する結合性を測定した。scFvの入っていない空の発現ベクターを持つ大腸菌からの上清をネガティブコントロール(NC)として用いた。10個の陽性クローンはすべて抗原特異的に結合反応を示し、本スクリーニング法により、抗原特異的なscFvを樹立することが可能であることが示された。 In order to check the binding to the antigen human IgG and the background reaction, the binding to BSA was measured. Supernatant from E. coli carrying an empty expression vector without scFv was used as a negative control (NC). All 10 positive clones showed antigen-specific binding reactions, indicating that it is possible to establish antigen-specific scFv by this screening method.

さらに、既知の高活性型改変AP(Asp153→Gly153、Asp330→Asn330;特許第3560972号)を用いても、同様に実験を行い、同様に良好な抗体の樹立に成功した(data not shown)。Furthermore, similar experiments were conducted using known highly active modified APs (Asp 153 → Gly 153 , Asp 330 → Asn 330 ; Patent No. 3560972), and similarly good antibodies were successfully established (data (not shown).

(実施例10)2種類の検出方法の比較
scFvとAP-scFvの場合、それぞれに(実施例8及び9)の手順に従い、発現自動制御コロニーアッセイ法によるモノクローナル抗体樹立を行い、その成績を比較した(表4)。
具体的には、ヒトIgGで免疫したウサギから、末梢血を採取し末梢血単核球細胞(PBMC)を分離し、抗体遺伝子ライブラリーを作製した。同じ抗体遺伝子ライブラリーから、scFvライブラリーとAP-scFVライブラリーを作製し、それぞれライブラリーを90mmディッシュ10枚に播種し、scFvは(実施例2)と同様の手順で、AP-scFvは(実施例8)と同様の手順で陽性クローンの同定を行った。それぞれの陽性クローンを同定後、培養し、発現ベクターを精製し、抗体遺伝子(scFv)を解析した。同定した陽性クローンでは、ごくまれに培養により、抗体遺伝子に変異やデリーションが入ることがある。完全な遺伝子配列が回収できた割合を求めた。ディッシュ10枚に要する検出作業時間、ディッシュ1枚当たりの平均コロニー数、平均陽性数、平均完全遺伝子回収クローン数を表1に示す。Ap-scFVの方が、陽性率が3倍以上多く、最終的な抗体遺伝子回収率も優れていた。
(Example 10) Comparison of two types of detection methods
In the case of scFv and AP-scFv, monoclonal antibodies were established by automatic expression control colony assay according to the procedures described in Examples 8 and 9, respectively, and the results were compared (Table 4).
Specifically, peripheral blood was collected from rabbits immunized with human IgG, peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were isolated, and an antibody gene library was created. An scFv library and an AP-scFV library were created from the same antibody gene library, and each library was seeded on 10 90 mm dishes. Positive clones were identified using the same procedure as in Example 8). After identifying each positive clone, it was cultured, the expression vector was purified, and the antibody gene (scFv) was analyzed. In very rare cases, the identified positive clones may have mutations or deletions in their antibody genes during culture. The percentage of complete gene sequences recovered was determined. Table 1 shows the detection work time required for 10 dishes, the average number of colonies per dish, the average number of positives, and the average number of clones with complete genes recovered. Ap-scFV had a positive rate more than three times higher and the final antibody gene recovery rate was also superior.

Figure 0007364242000004
Figure 0007364242000004

抗原コート膜の回収から、検出までに要する時間は、AP-scFvの形で発現することにより、1/15以下になった。scFvの場合は、2次抗体を用いて発光反応でデータを取り込み、そのデータのディジタル処理が必要であるので長時間を要する。発光反応は高感度だが、反応が一瞬なので、検出が難しいため多くのメンブレンを同時に処理することはできなかった。メンブレンの交換は、スピード・精度にとってボトルネックとなっていた。発光検出の場合は、メンブレンからの発光を冷却CCDで取り込んで、データ処理し、それを紙に打ち出して、実際のコロニーとの同定を行う。AP-scFvの場合は、発色反応を用いることで、多数メンブレンの同時処理が可能となり、メンブレン間の検出感度誤差がなくなった。発色の場合は、メンブレン自身を発色剤液の中に入れて発色させるため、発光よりも、一度に多くのメンブレンを処理可能である。コロニーの同定も発色させたメンブレンをそのまま重ねるだけでいいので、コロニーと標識スポットを正確に重ね合わせられることから容易になり、sensitivity が上昇し、background が減少し、S/Nの改善により、positive数が増加した。 The time required from collecting the antigen-coated membrane to detection was reduced to less than 1/15 by expressing it in the form of AP-scFv. In the case of scFv, data is captured using a luminescent reaction using a secondary antibody, and the data needs to be digitally processed, which takes a long time. Luminescent reactions are highly sensitive, but because the reactions are instantaneous, they are difficult to detect, making it impossible to treat many membranes at the same time. Membrane replacement was a bottleneck for speed and accuracy. In the case of luminescence detection, the luminescence from the membrane is captured by a cooled CCD, the data is processed, and the data is printed on paper to identify it as an actual colony. In the case of AP-scFv, by using a chromogenic reaction, it became possible to process multiple membranes simultaneously, eliminating detection sensitivity errors between membranes. In the case of color development, the membrane itself is placed in a color former solution to develop color, so more membranes can be treated at once than in the case of light emission. Colonies can be easily identified by simply overlapping the colored membranes as they are, allowing colonies and labeled spots to be accurately overlaid, increasing sensitivity, reducing background, and improving S/N. The number has increased.

また、陽性クローンの同定時に、発色メンブレンとコロニーを直接比較することによる同定が可能となった。scFvの時には、光学レンズによる発光データを取り込んだ後、データ処理をしていた。この方法では、どうしても周辺部で光学収差が発生してしまう(特に微弱光を効率的に取り込むため、F値の小さなレンズの仕様が必須となっており、収差が発生しやすい)。このため、yield up し、scFvのメンブレン周辺部で発生していた拾い間違いが皆無になった。
AP-scFVの場合は、wash、抗体反応、データ取り込み等不要となり、検出操作が簡便化されたおかげで、検出に要する時間が1/15以下に短縮された。このおかげで、抗体遺伝子に変異が乗ることがなくなった。(抗体遺伝子はホスト大腸菌にとって負担なので、少しでもリーク発現があると、負荷を減らすように、発現阻害が起きることがある)。このため、この検出方法を用いたことで、同定された陽性クローンのすべてから抗体遺伝子を回収できた。
In addition, when identifying positive clones, it has become possible to identify them by directly comparing the colony with the coloring membrane. At the time of scFv, the data was processed after capturing the luminescence data from the optical lens. With this method, optical aberrations inevitably occur at the periphery (particularly in order to efficiently capture weak light, it is essential to use a lens with a small F number, which is likely to cause aberrations). As a result, the yield was increased and the mispicking that occurred around the scFv membrane was completely eliminated.
In the case of AP-scFV, there is no need for washing, antibody reactions, data acquisition, etc., and the detection procedure has been simplified, reducing the time required for detection to less than 1/15. Thanks to this, mutations were not carried over to the antibody gene. (Antibody genes are a burden on the host E. coli, so if there is even a small amount of leaked expression, expression may be inhibited to reduce the burden). Therefore, by using this detection method, antibody genes could be recovered from all of the identified positive clones.

(実施例11)2種類の誘導方法の比較
異なる誘導方法にて、DCを行い、モノクローナル抗体樹立を行い、その成績を比較した(表5)。ヒトIgGで免疫したウサギから、末梢血を採取し末梢血単核球細胞(PBMC)を分離し、抗体遺伝子ライブラリーを作製した。抗体遺伝子ライブラリーから、AP-scFVライブラリーを作製し、それぞれライブラリーを90mmディッシュ10枚に播種し、2種類の誘導方法(Sprayと自動誘導)を用いて、コロニーアッセイを行った。陽性クローンを同定後、培養し、発現ベクターを精製し、抗体遺伝子(scFv)を解析した。同定した陽性クローンでは、ごくまれに培養により、抗体遺伝子に変異やデリーションが入ることがある。完全な遺伝子配列が回収できた割合を求めた。ディッシュ1枚当たりの平均コロニー数、平均陽性数、平均完全遺伝子回収クローン数を(表5)に示す。発現自動誘導の方が、陽性率が3倍以上多く、最終的な陽性の遺伝子回収率も優れていた。
(Example 11) Comparison of two types of guidance methods
DC was generated using different induction methods, monoclonal antibodies were established, and the results were compared (Table 5). Peripheral blood was collected from rabbits immunized with human IgG, peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were isolated, and an antibody gene library was created. An AP-scFV library was created from the antibody gene library, each library was seeded on 10 90 mm dishes, and colony assays were performed using two types of induction methods (spray and automatic induction). After identifying positive clones, they were cultured, the expression vector was purified, and the antibody gene (scFv) was analyzed. In very rare cases, the identified positive clones may have mutations or deletions in the antibody gene during culture. The percentage of complete gene sequences recovered was determined. The average number of colonies, average positive number, and average number of complete gene recovery clones per dish are shown in (Table 5). Automatic induction of expression had a positive rate more than three times higher, and the final positive gene recovery rate was also superior.

Figure 0007364242000005
Figure 0007364242000005

Claims (9)

ターゲットを認識する機能的なタンパク質の発現自動制御コロニーアッセイ法であって、
(1)(a)グルコース及び発現誘導剤を含まない微生物用固形栄養培地の上面に(b)前記タンパク質が認識するターゲットを吸着もしくは被覆した膜を載置し、さらにその上面に(c)コロニー形成用フィルターを載置する工程、
(2)(c)の表面に前記タンパク質の遺伝子ライブラリーで形質転換した微生物を播種する工程、
(3)コロニーフィルター上で形成された各コロニーから発現、分泌してきた抗体を抗原膜の標的抗原と結合させる工程、
(4)抗原膜上の標的抗原との結合活性を標識スポットとして検出する工程、
(5)抗原膜上の標識スポットとコロニーフィルター上のコロニーとを重ね合わせて、ポジティブクローンを選択する工程、
を含み、
ここで、工程(2)における微生物を播種する際の播種液が、(i)グルコース、及び(ii)発現誘導剤、を含有することを特徴とする、方法。
An automated colony assay method for expression of a functional protein that recognizes a target, the method comprising:
(1) (a) Place a membrane adsorbed or coated with a target recognized by the protein (b) on top of a solid nutrient medium for microorganisms that does not contain glucose or an expression inducer, and further place (c) colonies on the top surface of the membrane. a step of placing a forming filter;
(2) Seeding microorganisms transformed with the protein gene library on the surface of (c);
(3) a step of binding the antibodies expressed and secreted from each colony formed on the colony filter to the target antigen on the antigen membrane;
(4) detecting the binding activity with the target antigen on the antigen membrane as a labeled spot;
(5) selecting positive clones by overlapping the labeled spot on the antigen membrane and the colony on the colony filter;
including;
Here, a method characterized in that the seeding solution used in seeding the microorganism in step (2) contains (i) glucose and (ii) an expression inducer.
播種液に含有される(ii)の発現誘導剤が、ラクトース、アラビノース、ラムノース又はIPTGであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, wherein the expression inducer (ii) contained in the seeding solution is lactose, arabinose, rhamnose, or IPTG. 工程(2)で微生物を播種する際の播種液が、
(i)濃度0.02~0.2%のグルコース、及び
(ii)濃度0.05~0.2%のラクトース、アラビノースもしくはラムノース、又は0.05~0.5mMのITPG、
を含有することを特徴とする、請求項2に記載の方法。
The seeding solution when seeding microorganisms in step (2) is
(i) glucose at a concentration of 0.02-0.2%, and (ii) lactose, arabinose or rhamnose at a concentration of 0.05-0.2%, or ITPG at a concentration of 0.05-0.5mM;
The method according to claim 2, characterized in that it contains.
工程(2)におけるタンパク質の遺伝子ライブラリーが、タンパク質のN-端にアルカリフォスファターゼ(AP)を融合したタンパク質の遺伝子ライブラリーであり、
工程(4)における標識スポットが、APの発色反応に基づく標識スポットである、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
The protein gene library in step (2) is a protein gene library in which alkaline phosphatase (AP) is fused to the N-terminus of the protein,
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the labeled spot in step (4) is a labeled spot based on a color reaction of AP.
ターゲットを認識する機能的なタンパク質が抗体であり、当該タンパク質が認識するターゲットが抗原またはそのエピトープとなるペプチドもしくは糖鎖であって、ターゲットとの認識反応工程が抗原抗体反応工程である請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 Claim 1: The functional protein that recognizes a target is an antibody, the target that the protein recognizes is an antigen or a peptide or sugar chain that is an epitope thereof, and the recognition reaction step with the target is an antigen-antibody reaction step. 4. The method according to any one of 4. 前記抗体が一本鎖抗体(scFv)又はFab抗体である請求項5に記載の方法。 6. The method according to claim 5, wherein the antibody is a single chain antibody (scFv) or a Fab antibody. 形質転換微生物が形質転換大腸菌である、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the transformed microorganism is transformed E. coli. ターゲットを認識する機能的なタンパク質の発現自動制御コロニーアッセイ法において、当該タンパク質の遺伝子ライブラリーで形質転換した微生物をコロニー形成用フィルター上に播種するための播種液であって、下記(i)及び(ii)を含有する播種液;
(i)グルコース、及び
(ii)発現誘導剤。
A seeding solution for seeding a microorganism transformed with a gene library of the protein onto a colony forming filter in an automatically controlled colony assay method for expression of a functional protein that recognizes a target, comprising the following (i) and (ii) A seeding solution containing;
(i) glucose, and (ii) an expression inducer.
(ii)の発現誘導剤が、ラクトース、アラビノース、ラムノース又はIPTGであることを特徴とする、請求項8に記載の播種液。 The seeding solution according to claim 8, wherein the expression inducer (ii) is lactose, arabinose, rhamnose or IPTG.
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