JPH05260977A - 心臓アデニリルシクラーゼのクローニングおよび特性決定 - Google Patents

心臓アデニリルシクラーゼのクローニングおよび特性決定

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JPH05260977A
JPH05260977A JP4250397A JP25039792A JPH05260977A JP H05260977 A JPH05260977 A JP H05260977A JP 4250397 A JP4250397 A JP 4250397A JP 25039792 A JP25039792 A JP 25039792A JP H05260977 A JPH05260977 A JP H05260977A
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JP
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adenylyl cyclase
type
polypeptide
nucleic acid
cardiac
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JP4250397A
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Yoshihiro Ishikawa
義弘 石川
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American Cyanamid Co
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    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/88Lyases (4.)
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 心臓アデニリルシクラーゼと称される新規な
エフェクター酵素をエンコードするDNA配列、並びに
そのDNA配列によりエンコードされる心臓アデニリル
シクラーゼのアミノ酸配列。 【効果】 上記心臓アデニルシクラーゼは患者の心臓機
能の変更のために有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】この出願を通じて、種々の刊行物は括弧内
のアラビア数字で表示する。各表示についての完全な引
用文献は、この明細書の終わりの配列のリストの直前に
記載されている。これらの引用文献の開示は、本発明が
関係する技術水準を記載しており、そしてそれらの開示
をここに引用によって加える。
【0002】シグナルの形質導入経路は3つの段階に細
分割することができる。第1はレセプターによるリガン
ドの認識である。第2は「形質導入体」のタンパク質に
よるシグナルの伝達および増幅である。最終の段階はエ
フェクター酵素による第2メッセンジャーの発生であ
る。
【0003】アデニリルシクラーゼ(adenylyl cyclase)
は、種々のホルモン−レセプターの系、例えば、カテコ
ールアミンおよびACTHにカップリングされるエフェ
クター酵素である。カテコールアミンのレセプターおよ
びその形質導入体のタンパク質(G−タンパク質)は、
それらのcDNAのクローニング以来、よく特性決定さ
れてきている。しかしながら、アデニリルシクラーゼに
ついて比較的ほとんど知られていない。
【0004】このようなホルモンはレセプターに結合す
るので、それはGタンパク質、すなわち、ヘテロトリマ
ーのグアニンヌクレオチド結合調節タンパク質(α,
β,γ)を活性化する。活性化されたGタンパク質はG
DPとGTPとの交換、ならびにβγサブユニットから
の解離を誘発する。α−サブユニットのGTP結合形態
はアデニリルシクラーゼを刺激し、これはATPから環
状AMPを発生する。環状AMP、すなわち、第2メッ
センジャーはタンパク質キナーゼを包含する種々のタン
パク質を活性化する。
【0005】次いで、タンパク質キナーゼは他のタンパ
ク質をリン酸化し、こうしてシグナルの形質導入のカス
ケードを開始する。活性化の他のタイプは、ことに神経
組織における、細胞内のカルシウム濃度の増加を通る。
消極後、カルシウムの流入はカルモデュリン、すなわ
ち、細胞内カルシウム結合タンパク質、の活性化を誘発
する。活性化されたカルモデュリンは、アデニリルシク
ラーゼを直接結合しかつ活性化することが示された
(1)。
【0006】いくつかの論文は種々のアデニリルシクラ
ーゼを示唆した。フォルスコリン結合親和クロマトグラ
フィーを使用して、酵素のタンパク質の単一のクラスは
ウシの脳から精製された(2、3)。この精製されたタ
ンパク質に対してレイズされたモノクローナル抗体は、
また、この脳の中の大きさが異なるタンパク質の他の形
態を認識した。生化学的特性は、これらの2つはアデニ
リルシクラーゼの異なる型である;一方はカルモデュリ
ン感受性(CaM感受性)であり、そして他方はCaM
不感受性である。この研究(2)は、1つの組織の中に
アデニリルシクラーゼの2つの型が存在すること、およ
びこれらの型が同一抗体により認識されうる同一のドメ
インを共有することを示した。
【0007】他の論文はアデニリルシクラーゼの多様性
の遺伝学的証拠を提供した。関連する学習をブロッキン
グするドロソフィラ(Drosophilla)の中の
X連鎖劣性突然変異はCaM感受性を欠如するが、フッ
化物またはGTPに対する反応性を事実有した。これが
示唆するように、CaM感受性シクラーゼ遺伝子はX染
色体の中に位置し、これはCaM不感受性アデニリルシ
クラーゼ遺伝子と異なる。
【0008】3つの異なるcDNAがこれまでに哺乳動
物組織からクローニングされた。これらはI型(脳型
(5));II型(肺型(6));およびIII型(臭
覚型(7))と表示された。I型およびIII型のcD
NA配列が発表された。これらのcDNAによりコード
されるアデニリルシクラーゼは、長さが1000アミノ
酸より大きいタンパク質である。トポグラフィー的に、
すべての型は類似する。すべては大きい細胞質のループ
に関連する2つの6トランスメンブレンのドメインを有
する。細胞質のループのアミノ酸配列はシクラーゼの異
なる型の間に保存される。
【0009】これらのアデニリルシクラーゼのメッセン
ジャーの組織の分布は、ノザンブロッティングの研究に
示されているように、よく区別される。I型は脳におい
てのみ発現され、II型は肺および脳の中に分布し、そ
してIII型は大部分臭覚組織の中でのみ発現され、脳
の中でほとんど発現されない。こうして、アデニリルシ
クラーゼはむしろ組織特異的方法で分布されている。心
臓組織はアデニリルシクラーゼが本来同定される組織の
1つであるという事実にかかわらず、3つの既知の型の
いずれも心臓組織の中で発現されることが示されてきて
いない。
【0010】アデニリルシクラーゼの1つの形態は、ま
た、心臓の中に存在すること(8)、および心臓からの
シクラーゼが脳からのシクラーゼに対して本来レイズさ
れたモノクローナル抗体により認識されること(9)が
発表された。アデニリルシクラーゼの3つのクローニン
グされた型が大きい細胞質ループの中の保存されたアミ
ノ酸配列を有するということが与えられると、心臓から
のシクラーゼはこの領域において配列の相同性を共有す
ることができる。こうして、脳からのアデニリルシクラ
ーゼcDNAを使用することによって、心臓からアデニ
リルシクラーゼを得ることを試みることができる。しか
しながら、アデニリルシクラーゼが心臓の組織からクロ
ーニングまたは発現されたということは報告されてきて
いない。本発明は、心臓アデニリルシクラーゼV型をエ
ンコードする単離された核酸分子およびこの核酸分子に
よりエンコードされたポリペプチドを提供する。薬物に
ついてスクリーニングしそして心臓機能を変更する方法
がまた提供される。
【0011】本発明は、心臓アデニリルシクラーゼV型
のポリペプチドをエンコードする単離された核酸分子を
提供する。ここで使用するとき、用語「核酸」はRNA
ならびに一本鎖および二本鎖のDNAおよびcDNAを
包含する。さらに、ここで使用するとき、用語「ポリペ
プチド」はペプチド結合により連鎖したアミノ酸の線状
ポリマーを意味することを意図し、そして任意の天然に
存在するアレルのその変異型ならびに人工の組み換え形
態を包含する。心臓のアデニリルシクラーゼV型のペプ
チド、好ましくは、哺乳動物、例えば、イヌ科の動物ま
たはヒトのポリペプチドである。最も好ましい実施態様
において、ポリペプチドはヒトのポリペプチドである。
【0012】このような核酸の例は、配列I.D.N
o.1および2を包含するが、これらに限定されない。
本発明は、また、これらのアミノ酸配列をエンコードす
る核酸分子のそれと異なるが、同一の表現型の効果を生
成する核酸分子を包含する。これらの変更されている
が、表現型的に同等の核酸分子は「同等の核酸」と呼
ぶ。そして本発明は、前述の核酸分子と比較したとき、
それから産生されるポリペプチドの表現型を変更しない
非解読領域における変化により特徴づけられる核酸分子
を包含する。本発明は、さらに、配列I.D.No.1
および2に示す核酸分子にハイブリダイゼーションする
核酸分子を包含する。
【0013】前述したように、アデニリルシクラーゼ5
型のポリペプチドは、天然に存在する形態、合成の形態
および組み換えの形態、すなわち、同様な生物学的活性
を有することを可能とするために十分に天然に存在する
ペプチドと同一であるペプチドの天然に存在しない形態
を包含する。このようなポリペプチドは誘導体および類
似体を包含する。
【0014】また、本発明によれば、精製されたポリペ
プチドがグリコシル化されている、アデニリルシクラー
ゼ5型のポリペプチドに相当する精製された哺乳動物の
ポリペプチドが提供される。しかしながら、本発明は、
また、天然に存在する精製された哺乳動物のアデニリル
シクラーゼ5型のポリペプチドのそれに十分に類似する
グリコシル化を有する、ポリペプチドおよび精製された
哺乳動物のポリペプチドの非グリコシル化形態を包含す
る。
【0015】また、本発明によれば、有効量の前述の哺
乳動物のポリペプチドまたは下に記載する抗体および製
剤学的許容されうる担体からなる製剤学的組成物が提供
される。本発明の製剤学的組成物は治療および診断アッ
セイにおいて有用である。ここで使用するとき、用語
「製剤学的に許容されうる担体」は、標準の製剤学的担
体、例えば、リン酸塩緩衝液、水、乳濁液、例えば、油
/水乳濁液、および種々の型の湿潤剤を包含する。
【0016】また、本発明によれば、アデニリルシクラ
ーゼ5型のポリペプチドに相当するアミノ酸配列をエン
コードする核酸分子からなるベクターが提供される。こ
のベクターは、次のものを包含するが、これらに限定さ
れない:プラスミド、ウイルスまたはコスミドのベクタ
ー。
【0017】本発明は、また、RNA転写のプロモータ
ーに操作的に連鎖した本発明の分離された核酸分子、な
らびに他の調節配列を提供する。ここで使用するとき、
用語「操作的に連鎖した」は、プロモーターが核酸分子
のRNAの転写を指令するような方法で位置することを
意味する。このようなプロモーターの例は、SP6、T
4およびT7である。プロモーターおよびDNA片が挿
入されるクローニング部位の両者を含有するベクター
は、この分野においてよく知られているプロモーターに
操作的に連鎖している。好ましくは、これらのベクター
はRNAを生体内または試験管内で転写することができ
る。
【0018】本発明によれば、適当な宿主における前述
のベクターの1つからなる、アデニリルシクラーゼ5型
のポリペプチドの産生のための宿主ベクター系が提供さ
れる。本発明の目的に対して、適当な宿主次のものであ
るが、これらに限定されない:真核生物の細胞、例え
ば、哺乳動物の細胞、酵母の細胞またはバクロウイルス
の発現のための昆虫の細胞。適当な宿主は、また、原核
生物の細胞、例えば、バクテリアの細胞、例えば、E.
coliである。
【0019】アデニリルシクラーゼ5型のポリペプチド
に相当するアミノ酸を生合成的に産生する方法がまた提
供され、この方法は、前述の宿主ベクター系をアデニリ
ルシクラーゼ5型の産生を可能とする条件下に生育さ
せ、そして生ずるアデニリルシクラーゼ5型を回収する
ことからなる。本発明は、また、この方法により産生さ
れたアデニリルシクラーゼ5型を提供する。
【0020】本発明は、さらに、前述のアデニリルシク
ラーゼ5型のポリペプチドまたはその断片と複合体を特
異的に形成することができる物質を提供する。本発明の
1つの実施態様において、この物質は抗体、好ましくは
モノクローナル抗体、例えば、マウスまたはヒトのモノ
クローナル抗体である。
【0021】さらに、前述のモノクローナル抗体を単独
で、あるいは検出可能なマーカー、例えば、放射性同位
元素に接合して、含む製剤学的組成物が提供される。マ
ーカーとは、検出可能なシグナルを直接または間接に提
供する部分を意図する。種々のマーカー、例えば、放射
性同位元素、酵素、蛍光体、化学発光体などを使用す
る。本発明の目的に対して、適当な放射性同位元素は次
のものを包含するが、これらに限定されない:32P、35
Sおよび131I。
【0022】マウスのモノクローナル抗体の分離のため
に、8週齢のマウスに完全フロインドアジュバント1:
1体積中の約50μgのポリペプチド(前述したように
調製した)で腹腔内注射する。マウスを、1月の間隔
で、完全フロインドアジュバントと混合したポリペプチ
ドで促進し、そして尾の静脈から採血する。第4、2日
および融合前の第2日に、マウスを生理的塩類溶液中の
50μgのポリペプチドで静脈内促進する。次いで、記
載されそして本発明が関係する当業者に知られている手
順に従い、脾細胞を非分泌性骨髄腫細胞と融合する。し
ばらくして、ほぼ2週後、ハイブリドーマの上澄み液を
ポリペプチドに対する結合活性についてスクリーニング
する。
【0023】ヒトモノクローナル抗体の分離は類似する
が、ヒトβ−リンパ球細胞を患者から分離し、そしてE
BVで形質転換した。β−リンパ球細胞を、記載されそ
して本発明が関係する当業者に知られている手順に従
い、非分泌性骨髄腫細胞と融合する。しばらくして、ほ
ぼ2週後、ハイブリドーマの上澄み液をポリペプチドに
対する結合活性についてスクリーニングする。陽性のク
ローンを分離し、そして増殖する。あるいは、米国特許
第4,720,459号、米国特許第4,693,97
5号および米国特許第4,574,115号、それらの
開示をここに引用によって加える、に記載されている方
法を使用して、ヒトモノクローナル抗体を調製する。
【0024】患者に本発明のポリペプチドを単独で、あ
るいは製剤学的組成物の形態で投与することによって、
患者における心臓機能を変更する。「投与」は、患者に
投与する方法を意味する。このような方法は当業者によ
く知られており、そして次のものを包含するが、これら
に限定されない:経口的、静脈内、または非経口的投
与。因子の投与は、患者の中のポリペプチドの量が心臓
機能の変更に有効であるように、連続的または間欠的に
実施される。
【0025】被検体、例えば、ヒトの調製における心臓
機能は、適当なRNA試料を被検体の試料から分離し、
そして本発明のcDNAを試料の中のRNAにハイブリ
ダイゼーションさせることによって決定される。試料を
分離しそして試料の中のRNAの量を決定する方法は、
当業者によく知られている(16)。
【0026】新規な心臓アデニリルシクラーゼの同定お
よび分離に使用する方法は、イヌ科の動物の心臓のcD
NAのライブラリーの構成で開始する。
【0027】イヌ科の動物の心臓の左心室をmRNA源
として使用する。ライブラリーを記載されているように
(12)オリゴ−dTプライマーを使用してλgt10
の中で調製する。λgt10ライブラリーの予備的スク
リーニングは、低いストリンジェントのハイブリダイゼ
ーションおよび洗浄条件下に実施する。ほぼ2×106
のプラークを最初にライブラリーからスクリーニングす
る。予備ハイブリダイゼーションを、30%のホルムア
ミド、5×SSC、5×デンハルト溶液、25ミリモル
のNaPO4(pH6.5)、0.25mg/mlの子
ウシ胸腺DNA、および0.1%のドデシル硫酸ナトリ
ウム(SDS)を含有する溶液の中で42℃において少
なくとも2時間実施する。次いで、ハイブリダイゼーシ
ョンを同一溶液中で42℃において実施する。I型アデ
ニリルシクラーゼcDNAからの970塩基対(bp)
のAatI−HincI断片をプローブとして使用す
る。この断片はアデニリルシクラーゼの第1細胞質ドメ
インをエンコードし、このドメインはアデニリルシクラ
ーゼの他の従来知られている型(7)に対して有意に相
同性である。
【0028】プローブをマルチ−プライマー−ランダム
標識方法により32P−dCTPで放射線標識する。18
時間ハイブリダイゼーションした後、ブロットを増加す
るストリンジェントの条件下に洗浄し、次いでラジオオ
ートグラフィーにかける。5つの陽性のクローンが得ら
れる。クローンの中のインサートの大きさは0.7kb
(キロ塩基)〜3.5kbの範囲である。
【0029】次の工程はクローンの中のインサートから
の全長のcDNA配列を確認することである。イヌ科の
動物の心臓のライブラリーからのすべての陽性のクロー
ンをプラスミドpUC18の中にサブクローニングす
る。制限地図を作った後、それらをさらにサブクローニ
ングし、そして普遍プライマーまたは合成したオリゴマ
ーで配列決定する。いくつかの断片について、配列決定
は1系列の欠失をエキソヌクレアーゼIIIの消化によ
りつくった後に実施する。配列決定はシクエナーゼ(S
equenase)(13)でまたはTaqポリメラー
ゼ(14)により少なくとも2回2方向に実施する。あ
るGCに富んだ区域において、配列決定は7%のポリア
クリルアミド、8モルの尿素および20%のホルムアミ
ドを含有するゲルを使用して実施する。
【0030】#8、#25および#113と表示する3
つのクローンは、3.5kbの長さにわたって互いにオ
ーバーラッピングすることが同定された(図1)。イン
サート全体を配列決定した後、クローン8および13は
同一のポリアデニル化部位を使用することが発見され
た。これらの2つの断片は3.5kbのcDNA断片を
構成する。しかしながら、この3.5kbの断片は長い
オープンリーディングフレームの中に最適なコザック
(Kozak)コンセンサス配列をもつ開始ATGを含
有しない。このcDNAの5’末端を得るために、クロ
ーン8からの800bpの5’EcoRIからをプロー
ブとして使用してλgt10ライブラリーをスクリーニ
ングする。新規なcDNAクローンの全体の組を配列決
定した後、クローン7は800塩基についてクローン8
とオーバーラッピングし、そしてこの配列2を上流でさ
らに400bpを伸長した。追加の5’配列を得るため
に、クローン7の最も上流の60または500bpを使
用してcDNAライブラリーを再スクリーニングする。
82の一次の陽性のものの中から、クローン72が得ら
れ、これはこの配列をさらに380bp伸長する。これ
らのクローンの制限地図を図1に示す。これらのクロー
ン(7および72)は高度にGCに富んだ領域を含有す
る。配列決定は、シクエナーゼおよび7−デアザ−dG
TPをもつまたはもたないTaqポリメラーゼの両者を
使用して、少なくとも3回2方向に実施する。反応混合
物を8モルの尿素および20%のホルムアミドを含有す
るポリアクリルアミドゲルの中で開発する。
【0031】推定上のATG翻訳開始コドンは、合理的
なコザックコンセンサス配列に関して存在し(15)、
伸長したオープンリーディングフレームの中に存在す
る。このATGの81bp上流の停止コドン(TGA)
は同一オープンリーディングフレームの中に存在する
(図2)。この領域は、アデニリルシクラーゼcDNA
の他の型において見られるように高度にGCに富んでい
る(2−5)。ATGは3552塩基のオープンリーデ
ィングフレームの翻訳を開始し、このオープンリーディ
ングフレームは1184アミノ酸のタンパク質および引
き続くポリアデニル化部位の上流の3’非翻訳領域の6
34bpをエンコードする。脳のアデニリルシクラーゼ
(I型)の相同性は、ドットのマトリックスの比較によ
り示すように、細胞質においてより高いが、トランスメ
ンブレン部分においてより低い(図3B)。第1細胞質
ドメイン、ことにループの5’の半分は、酵母のアデニ
リルシクラーゼを包含するシクラーゼの他の型(24)
およびグアニルシクラーゼの種々の型(25、26)に
対して高度に相同性である。これはこのドメイン内の必
須の機能、例えば、ATPの結合の存在を示唆する。第
9および第10のトランスメンブレンのスパニング領域
の間のループは最大である。哺乳動物のアデニリルシク
ラーゼの他の型に比較して、V型はII型およびIV型
により類似し、より短いC末端のテイルを有するが、非
常により長いN末端のテイルを有することにおいてシク
ラーゼの間で独特である(V型、164アミノ酸;I
型、63;II型、44;III型、77;およびIV
型、28)。
【0032】この新規な遺伝子産生物の組織の分布はこ
のcDNAに対して独特のプローブを使用するノザンブ
ロッティングにより検査し、それゆえ高いアデニリルシ
クラーゼ活性を有することが知られている組織を検査す
る。このメッセンジャーは心臓において最も豊富に発現
され、脳において少ない程度に発現されるが、他の組織
(精巣、骨格筋、腎臓および肺)において発現されな
い。心臓および脳の両者は約5および7kbのメッセン
ジャーを含有した(図4)。これらのmRNAの比
(3:2)は2つの組織の間で類似した。cDNAの異
なる部分からの異なるプローブ、すなわち、トランスメ
ンブレン部分、cDNA全体および3’非翻訳部分を使
用するとき、ノザンブロッティングの結果は類似する。
こうして、さらに6つのV型のアデニリルシクラーゼの
クローンが得られ、これは完全な3’末端を含有する。
それらの配列およびすべての使用した同一のポリアデニ
ル化部位において発散は存在しない。一緒にすると、こ
れらの発見が示唆するように、2つのメッセンジャー
は、多分単一の前駆体のRNAの交互するスプライシン
グの結果、同一の遺伝子の産生物である可能性が最も強
い。メッセンジャーの大きさは、各々が5’非翻訳配列
の少なくとも1〜3kbを含有することを予測する。い
くつかの細胞系の中のこのメッセージの発現を、また、
検査する。同様な大きさのメッセンジャーRNAをGH
4およびPC12細胞において検出されるが、S49ま
たはBAECにおいて検出されない。アデニリルシクラ
ーゼの他の型と相同性を共有する、このcDNAの第2
細胞質部分からのプローブ、すなわち、クローン113
からの1.8kbのXhoI断片を使用するとき、ハイ
ブリダイゼーションを比較的低いストリンジェントの条
件下に実施するとき、ほぼ6kbのRNA種が、また、
心臓および脳から調製したポリ(A)+RNAにおいて
見られる。非常により大きい種は同様な条件下に骨格筋
において検出される。このメッセンジャーの大きさはほ
ぼ9.5kbである。これらの追加のmRNAは、まだ
同一されていないアデニリルシクラーゼの族の他の構成
員を表すことがある。
【0033】このcDNAによりエンコードされるタン
パク質産生物の生化学的特性は、CMT細胞発現系を使
用して得られる。CMT細胞はCOS細胞の誘導体であ
り、ここでT抗原の発現はメタロチオネインのプロモー
ターのコントロール下にある。こうして、細胞の中のT
抗原の蓄積はさらに培地の中に重金属イオンの添加によ
り増大される。アデニリルシクラーゼcDNA構成体
(113−72)をpcDNA1、すなわち、複製要素
のSV40エンハンサー由来をもつCMVプロモーター
誘導発現ベクター、の中にクローニングする。粗製の膜
調製物をトランスフェクションしたCMT細胞から調製
し、そしてアデニリルシクラーゼを刺激ことが知られて
いる種々の因子を検査する(表1)。両者が基礎なかつ
フォルスコリン刺激されている(0〜30μg/トラン
スフェクション)トランスフェクションされたプラスミ
ドの量と生ずるアデニリルシクラーゼ活性との間に投与
量依存性の関係が存在する。インサートをもたないプラ
スミドをトランスフェクションするとき、生ずるアデニ
リルシクラーゼ活性はモックトランスフェクションされ
た細胞のそれよりわずかに(約15%)低い。すべての
活性は、対照と比較するとき、トランスフェクションさ
れた細胞の中で数倍増大され、フォルスコリン刺激され
た活性は活性の最大の活性を示す(対照より6倍より大
きい活性)。
【0034】本発明のカルシウム/カルモデュリン感受
性を、また、評価する。心臓から精製したアデニリルシ
クラーゼは、カルシウムの添加により阻害されることが
従来示された(27)。粗製のCMT細胞膜の調製物の
30μgを、増加する濃度のCaCl2の存在下にイン
キュベーションする。CMT細胞の中のトランスフェク
ションしたアデニリルシクラーゼは、濃度依存性の方法
で、0〜1ミリモルのカルシウムの添加により阻害され
る。カルモデュリン(200ミリモル)の添加はこの阻
害作用を変更しない。アデニリルシクラーゼ活性は、ま
た、イヌの心臓の筋細胞膜の中で評価する。それはカル
シウムの存在下に同様な程度の阻害を示す(図6)。
【0035】アデニリルシクラーゼの他の特徴は、アロ
ステリックのプリン結合またはP−部位によるその阻害
である(6)。トランスフェクションされたCMT膜に
おけるアデニリルシクラーゼ活性は、アデノシンおよび
その類似体(0〜100μモル)の存在下に、濃度依存
性阻害を示す。これは、酵素をまずMn2+、フォルスコ
リンの添加により活性化するとき、いっそう明らかであ
る。効能の程度は次の通りである:2’−デオキシ−
3’−AMP>3’−AMP>2’−デオキシアデノシ
ン>アデノシン(図7)。上のデータが示すように、こ
のcDNAによりエンコードされるタンパク質は心臓の
アイソフォーム(isoform)の生化学的特徴をも
つアデニリルシクラーゼである。
【0036】一緒にしたcDNA断片をpcDNA1
(Invitrogen、カリフォルニア州サンディエ
ゴ)、すなわち、CMVプロモーターおよびSV40エ
ンハンサー要素をもつ哺乳動物の発現ベクター、の中
に、独特制限部位を使用してクローニングした。全長の
cDNAを含有する発現ベクターをpcDNA113−
72と表示する。MC1061/P3と表示する適当な
E.coli細胞系の中に挿入された、この発現ベクタ
ーの試料は、特許手続きの目的のための微生物の受託の
国際的認識についてのブダベスト条約の規定に従い、ア
メリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(the
American Type Culture Co
llection)米国マリイランド州20852ロッ
クビレ、パークローンドライブ12301に受託され、
そして受け入れ番号ATCC68888を受けた。
【0037】ヒトV型アデニリルシクラーゼをエンコー
ドする核酸配列をヒト心臓のcDNAライブラリーから
分離する。イヌV型アデニリルシクラーゼcDNAクロ
ーン、#113、をプローブとして使用して2.0×1
6の独立のクローンをスクリーニングする。ハイブリ
ダイゼーションは50%のホルムアミド、5×SSC、
5×デンハルト溶液、25ミリモルのNaPO4(pH
6.5)、0.25mg/mlの子ウシ胸腺DNAおよ
び0.1%のSDSを含有する溶液中で42℃において
実施する。ハイブリダイゼーションを32Pで標識したc
DNA断片と同一緩衝液中で42℃において14〜20
時間インキュベーションし、次いで増加するストリンジ
ェントの条件下に洗浄する。ヒト心臓ライブラリーから
のすべての陽性のクローンをpUC18の中にサブクロ
ーニングする。制限マッピング後、断片をサブクローニ
ングし、そして普遍プライマーで配列決定する。クロー
ン、#341、は1.4kbのインサートを含有し、そ
の配列はイヌV型アデニリルシクラーゼと高度に相同性
である。事実、相同性は配列決定した領域(約0.3k
b)において90%以上である。DNAのドットブロッ
トマトリックスの比較は、ヌクレオチド残基1902〜
4328からのイヌV型アデニリルシクラーゼcDNA
のそれに同等の領域を解読するクローン#341を示し
た。イヌのアイソフォームの中のこの領域は第1細胞質
ドメインの後者の半分をエンコードし、これはアデニリ
ルシクラーゼの異なる型の間の高い変動性を示し、クロ
ーン#341がイヌV型アデニリルシクラーゼのヒト類
似体であることを示す。
【0038】は、特許手続きの目的のための微生物の受
託の国際的認識についてのブダベスト条約の規定に従
い、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション
(theAmerican Type Culture
Collection)米国マリイランド州2085
2ロックビレ、パークローンドライブ12301に受託
され、そして受け入れ番号ATCC68888を受け
た。
【0039】クローン#341は、特許手続きの目的の
ための微生物の受託の国際的認識についてのブダベスト
条約の規定に従い、アメリカン・タイプ・カルチャー・
コレクション(the American Type
Culture Collection)(ATC
C)、米国マリイランド州20852ロックビレ、パー
クローンドライブ12301に受託され、そして受け入
れ番号ATCCを受けた。
【0040】この心臓のアデニリルシクラーゼの産生
は、確立された組み換えDNA法を使用して、適当な発
現系において心臓のアデニリルシクラーゼcDNAをク
ローニングおよび発現することによって達成される。心
臓のアデニリルシクラーゼの産生は、心臓のアデニリル
シクラーゼcDNAを任意の適当な発現ベクターの中に
組み込み、引き続いて適当な宿主細胞をそのベクターで
形質転換することによって達成される;あるいは、宿主
細胞の形質転換は裸のDNAによりベクターを使用しな
いで直接達成される。真核生物の細胞または原核生物の
細胞による心臓のアデニリルシクラーゼの産生は、本発
明により考えられる。適当な真核生物細胞は哺乳動物の
細胞、植物の細胞、酵母の細胞および昆虫の細胞を包含
する。同様に、適当な原核生物の細胞は、E.coli
に加えて、枯草菌(Bacillus subtili
s)を包含する。
【0041】他の適当な発現ベクターは使用され、そし
て宿主細胞の選択に基づいて選択される。例えば、バク
テリアの細胞の形質転換における使用のために多数のベ
クターはよく知られている。例えば、プラスミドおよび
バクテリオファージ、例えば、λファージはバクテリア
の宿主、とくにE.coliについて最も普通に使用さ
れるベクターである。哺乳動物および昆虫の両者の細胞
において、ウイルスのベクターは外因性DNAの発現を
得るために頻繁に使用される。とくに、哺乳動物の細胞
はSV40またはポリオマウイルスで普通に形質転換さ
れる;そして培養中の昆虫の細胞はバクロウイルスの発
現ベクターで形質転換される。酵母の発現系は動原体の
プラスミド、酵母のエピソームのプラスミドおよび酵母
の組み込むプラスミドを包含する。
【0042】また、理解されるように、本発明の実施は
図2において規定される心臓のアデニリルシクラーゼの
正確な配列(配列ID No.1)の使用に限定されな
い。配列に対する修飾、例えば、生ずるタンパク質分子
においてサイレントの変化を生成する配列における欠
失、挿入または置換が、また、考えられる。例えば、所
定の部位において化学的に同等のアミノ酸を産生するc
DNA配列中の変更が考えられる;こうして、アミノ酸
のアラニン、すなわち、疎水性アミノ酸のためのコドン
は、他の疎水性残基、例えば、グリシンをエンコードす
るコドンにより容易に置換することができるか、あるい
はより疎水性の残基、例えば、バリン、ロイシン、また
はイソロイシンで置換することができる。1つの陰性に
帯電した残基の他との置換、例えば、アスパラギン酸の
グルタミン酸との置換、あるいは1つの陽性に帯電した
残基の他との置換、例えば、Lysのアルギニンとの置
換を生ずる変化は生物学的に同等の産生物を産生する。
【0043】タンパク質分子のN末端およびC末端の部
分の変更を生ずるヌクレオチドの変化は、これらの領域
が通常生物学的活性に関係しないので、タンパク質の活
性を変更しない。また、配列の中に存在するシステイン
の1または2以上を排除ことは望ましいことがある。な
ぜなら、タンパク質が組み換え的に産生されるとき、シ
ステインの存在はマルチマーの望ましくない形成を生
じ、これにより精製および結晶化のプロセスを複雑とす
ることがあるからである。
【0044】提案される修飾の各々、ならびにエンコー
ドされた産生物の生物学的活性の決定または保持はこの
分野においてよく知られている。したがって、句「心臓
のアデニリルシクラーゼcDNA配列」または「心臓の
アデニリルシクラーゼ遺伝子」をこの明細書または特許
請求の範囲において使用する場合、生物学的に同等の心
臓のアデニリルシクラーゼタンパク質の産生を生ずる、
すべてのこのような修飾または変化を包含することが理
解されるであろう。また、理解されるように、他の哺乳
動物の種における対応する配列を包含する。とくに、本
発明は図2の配列の十分な複製であるDNA配列あるい
はクローン番号341(ATCC No. )
の中のアデニリルシクラーゼの核酸を包含して、標準の
高いストリンジェントのサザンハイブリダイゼーション
条件、例えば、マニアチス(Maniatis)ら、
(16)に記載されている条件の下のそれらとのハイブ
リダイゼーションを可能とする。
【0045】このような発現の例において、20μgの
精製されたプラスミドpcDNA113−72をサル腎
臓CMT細胞の中に、ゴルブ(Golub)らの変更さ
れた方法(17)を使用して、トランスフェクションす
る。簡単に述べると、細胞をイーグル培地、10%の胎
児仔ウシ血清、2ミリモルのグルタミン、4.5mg/
mlのグルコース、10μg/mlの硫酸ストレプトマ
イシンおよび60μg/mlのペニシリンKのダルベッ
コの変性培地中で80%の全面成長に成長させる。PB
Sで洗浄後、0.5mlのトリプシン溶液を添加する。
細胞を10分間インキュベーションし、そして400μ
g/mlのDEAEデキストランおよび0.1ミリモル
のクロロクインを含有する4mlのDMEMの中に再懸
濁した20μgの精製したプラスミドを添加する。細胞
を4時間インキュベーションし、次いで10%のジメチ
ルスルホキシドで2分間ショックする。PBSで2回洗
浄した後、DMEMの中に10%の胎児仔ウシ血清(F
CS)、2ミリモルのグルタミン、4.5g/mlの、
2ミリモルのペニシリンおよびストレプトマイシン、お
よび1μモルのCdCl2、0.1μモルのZnCl2
含有する誘発培地を添加する。プレートを37℃におい
て72時間インキュベーションした後、収穫する。
【0046】このアデニリルシクラーゼのタンパク質
は、1184アミノ酸から構成されており、カイト−ド
ーリトル(Kyte−Doolittle)の方法(1
1)により、二次構造について分析する(図3)。ソフ
トウェア、マクベクター(MacVector)3.5
ソフトウェア(IBI、コネチカット州ニューヘブン)
を使用してヒドロパシーのプロットを作り、これにより
このアデニリルシクラーゼの膜に関係する構造を同定す
る。このカイト(Kyte)およびドーリトル(Doo
little)の方法は7の窓の大きさで使用する。
【0047】図3に示すように、12のピークの番号を
付す。これらのピークはトランスメンブレンのスパニン
グ領域を表す。これらの結果が示唆するように、この心
臓のアデニリルシクラーゼは12のトランスメンブレン
のスパニング領域の構造、ならびに中央および末端に位
置する大きい細胞質ループを有する。トランスメンブレ
ンの位置において、第5の細胞外ループは最大である
(第9のトランスメンブレンのスパンと第10のトラン
スメンブレンのスパンとの間)。
【0048】N末端テイルの164は細胞質内に位置
し、次いで154アミノ酸の6−トランスメンブレンの
スパニング領域(アミノ酸位置165−318)が位置
する。次いで細胞質ドメインの366アミノ酸(319
−684)は243アミノ酸の第2の6−トランスメン
ブレンのスパニングドメイン(685−927)の前に
位置し、次いで256アミノ酸の他の細胞質ドメイン
(928−1184)が位置する。こうして、それは6
−トランスメンブレンのスパニング領域および大きい疎
水性細胞質ドメインの複製された形態をつくる。
【0049】図4に示すように、I型、III型および
心臓のアデニリルシクラーゼ、2つの大きい疎水性細胞
質のループの間のタンパク質のドットマトリックスの比
較は互いに約50%の相同性を示す。しかしながら、2
つのトランスメンブレンのスパニング部分の間の相同性
は非常に低い(30%より低い)。
【0050】タンパク質の膜に関連する二次構造(図3
の結果に基づく)は、哺乳動物のアデニリルシクラーゼ
の異なる型の間によく保存される(I、II、III
型、および心臓の型)。それらのすべては、6−トラン
スメンブレンのスパニング領域の存在により中断され
た、2つの大きい細胞質ループを有する。アデニリルシ
クラーゼの異なる型の間の相同性は、他の部分が構造的
に類似する場合でさえ、細胞質部分においてのみ保存さ
れる。さらに、同一のアデニリルシクラーゼのタンパク
質において、2つの細胞質部分の間の相同性はまた保存
される。これがが示唆するように、細胞質部分は遺伝子
の複製の結果である。
【0051】心臓中のアデニリルシクラーゼの活性のレ
ベルは心臓の疾患と相関関係することが示唆された。疾
患のない心臓におけるシクラーゼ活性と比較して、疾患
をもつ心臓におけるシクラーゼ活性は有意に減少する
(10、18、19、20)。これらの論文が示唆する
ように、シグナルの形質導入の経路における末梢の調
節、すなわち、シクラーゼのレベルの調節が存在する。
事実、心臓におけるアデニリルシクラーゼの活性の減少
は心臓の疾患の発生における主要な因子であることがあ
る。
【0052】左心室(LV)における心臓疾患のペイシ
ング(pacing)誘発のイヌのモデルを使用して、
次を同定する:1)GSからのベータ−アドレナリン作
動性レセプターのアンカップリング、すなわち、高い親
和性の結合の損失44±1から30±2fmol/m
g)、2)GSそれ自体の活性の変化がないこと、およ
び3)アデニリルシクラーゼの触媒の活性の漸進的減少
は、心臓において主として発現されるクローニングされ
たアデニリルシクラーゼのアイソフォームからエンコー
ドされる、定常状態のmRNAレベルの変化に関連す
る。アデニリルシクラーゼmRNAレベルの減少は、左
心室の機能、例えば、心拍(HR)/分、左心室末端の
拡張期の圧力(LVEDP、mmHG)、これは1〜4
週のペーシングから生ずる、の漸進的減少、ならびに筋
細胞膜のアデニリルシクラーゼ触媒活性の損失の両者に
相当した。
【0053】 HR LVEDP AC活性 ACmRNA 対照 89±4 4.3±0.3 97±6 10±0.08 4 1週 117±2 11±2 65±4 0.74±0.07 3 4週 136±13 33±4 45±3 0.41±0.03 3 このデータが示すように、アデニリルシクラーゼ触媒そ
れ自体の含量の減少は、心臓疾患の損傷されたサイクル
のAMPの産生に寄与する。
【0054】本発明の新規な心臓のアデニリルシクラー
ゼを使用して、そのシクラーゼの活性を刺激する化合物
についてスクリーニングする。
【0055】この心臓のアデニリルシクラーゼの生化学
的性質を、CMT細胞(COS細胞の誘導体)を使用し
て、一時的発現系において検査する。CMT細胞は、ゲ
ノム中のメタロチオネインのプロモーターにより推進さ
れるT−抗原を含有する。こうして、培地中の重金属イ
オンを使用する誘発により、CMT細胞はCOS細胞よ
り多くのT−抗原を産生することができるであろう。全
解読配列を含有するアデニリルシクラーゼcDNAの
4.3kbの断片(#113−72)を、前述のpcD
NA1プラスミド(Invitrogen)の中に挿入
する。
【0056】心臓のアデニリルシクラーゼcDNAを有
する発現ベクターpcDNA1でトランスフェクション
した細胞のアデニリルシクラーゼ活性を次のようにして
評価する。形質転換されたCMT細胞をPBSで2回洗
浄し、そして氷上の50ミリモルのトリス(pH8.
0)、1ミリモルのEDTA、10μモルのPMSF
(フェニルメチルスルホニルフルオライド)、100U
のロイペプチン、および50Uの卵白トリプシン阻害因
子(ETI)を含有する3mlの冷緩衝液の中にかき落
とす。膜をポリトロン(PolytronR)(6に設
定した、10秒間)中で均質化し、そして4℃において
800×gで10分間遠心する。上澄み液を4℃におい
て100×gでさらに40分間遠心する。生ずる沈澱物
を50ミリモルのトリス(pH8.0)、1ミリモルの
EDTA、1μモルのPMSF、50Uのロイペプチ
ン、および50UのETIの中に5μg/μlの濃度に
再懸濁させる。この粗製の膜の溶液をアデニリルシクラ
ーゼのアッセイに使用する。
【0057】アデニリルシクラーゼのアッセイはサロモ
ン(Salomon)(21)の方法により実施する。
簡単に述べると、CMT細胞からの粗製の膜を1ミリモ
ルのリン酸クレアチン、8μg/mlのクレアチンホス
ホキナーゼ、4ミリモルのHEPES(pH8.0)、
2ミリモルのMgCl2、0.1ミリモルのc−AM
P、0.1ミリモルのATPおよび32P−ATP(0.
2〜5μCi/アッセイ管)を含有する溶液の中に再懸
濁する。反応混合物を37℃において30分間インキュ
ベーションし、そして反応を100mlの2%のダウリ
ル硫酸ナトリウムの添加により停止させる。カラムから
の回収をモニターするために、3H標識したc−AMP
を使用する。環状AMPをドウェクス(Dowex)お
よびアルミナカラムを通過させることによってATPか
ら分離し、そして放射能シンチレーションカウンターに
よりカウントする。使用する膜のタンパク質濃度を、ブ
ラドフォード(Bradford)の方法(22)によ
り、標準としてウシ血清アルブミンを使用して測定す
る。
【0058】トランスフェクションされないCMT細胞
からの膜を対照として使用する。アデニリルシクラーゼ
活性のアッセイからの抵抗性を表1に示す:
【0059】
【表1】 表 1 Basal NaF GTPγS Forskolin 対 照 2.5±0.5 15±3.1 30±4.5 52±7.2 トランスフェクション 11.0±1.6 41±4.7 87±12.5 321±28.0 このcDNAにより発現されるアデニリルシクラーゼ
は、10ミリモルのフッ化ナトリウム、100μモルの
GTPγSおよび100μモルのフォルスコリンにより
刺激される。それは対照より2.7、2.8および6.
2倍の刺激を示す。
【0060】アデニリルシクラーゼ活性は、また、5ミ
リモルののマンガンの存在下に対照より10倍以上刺激
される。トランスフェクションされた細胞中のアデニリ
ルシクラーゼの増加した基礎活性は、また、観測され
る。これが示唆するように、このシクラーゼは高い基礎
的性を有し、心臓の中の環状AMPの高い蓄積を可能と
する。これは心臓の組織において見られる高い基礎シク
ラーゼ活性と一致する。心臓のアデニリルシクラーゼ
(A型)の組織の検出可能を明瞭にするために、ノザン
ブロッティングを種々の組織からのmRNAを使用して
実施する。メッセンジャーRNAを、種々のイヌの組織
(心臓、脳、精巣、骨格筋、腎臓および肺)から、グア
ニジウムナトリウム(23)およびオリゴ−dTのカラ
ムを使用して精製する。5μgのmRNAを各アッセイ
に使用する(ブロットのレーン当たり)。
【0061】ブロットを50%のホルムアミド、5×S
SC、5×デンハルト溶液、25ミリモルのNaPO4
(pH6.5)、0.25mg/mlの子ウシ胸腺DN
Aおよび0.1%のSDSのSDSを含有する溶液中で
42℃において2時間予備インキュベーションした後、
プローブを添加する。プローブとして、アデニリルシク
ラーゼcDNAからの0.9kbのEcoRI−Hin
cII制限断片を使用する。プローブは32P−dCTP
を使用してマルチプライマーのランダム標識法によりつ
くる。ハイブリダイゼーションを42℃において18時
間実施し、次いで増加するストリンジェントの条件下に
洗浄する。次いでブロットをオートラジオグラフィーに
かける。
【0062】ノザンブロット分析の結果を図5に描写
し、これらの結果が示すように、メッセージは心臓なら
びに脳において最も豊富であるが、他の組織、例えば、
精巣、骨格筋、腎臓および肺においてめったに発現され
ない。心臓および脳において、2つの異なる大きさのメ
ッセージが存在し、それらの大きさは5および7kb
(図5)。5kbのメッセージはより豊富である。2つ
のメッセージの比はラジオデンシトメーターにより3:
2であると推定される。2つのメッセージは、また、プ
ローブとしてcDNAの3’非翻訳部分からの断片(A
paI−XhoI、0.3kbの断片)を使用すると
き、観測される。
【0063】全タンパク質は3552塩基によりエンコ
ードされる。これが示唆するように、mRNAは少なく
とも2.0〜4.0kbの非翻訳配列を含有する。
【0064】別の系列の実験において、標準の手順に従
い、イヌ心室組織から調製したポリ(A)+RNAを使
用してλgt10ベクター中でcDNAライブラリーを
調製する。一次ライブラリーのスクリーニングにおい
て、プローブとしてV型アデニリルシクラーゼcDNA
からのEcoRI−SphI断片を使用して2.0×1
6の独立のクローンをスクリーニングする。ハイブリ
ダイゼーションを30%のホルムアミド、5×SSC、
5×デンハルト溶液、25ミリモルのNaPO4(pH
6.5)、0.25mg/mlの子ウシ胸腺DNAおよ
び0.1%のSDSのSDSの溶液中で42℃において
実施する。ハイブリダイゼーションを同一緩衝液中で32
Pで標識したcDNA断片を使用して42℃において1
4〜20時間実施し、次いで増加するストリンジェント
の条件下に洗浄する。後のスクリーンにおいて、30%
の代わりに50%のホルムアミドのハイブリダイゼーシ
ョン溶液を使用する。すべてのDNAの配列決定(普遍
または合成のオリゴヌクレオチドのプライマーを使用す
る)を、シクエナーゼ(Sequenase)またはT
aqポリメラーゼを使用して少なくとも2回実施する。
ある種のGCに富んだ配列、例えば、5’非翻訳領域に
ついて、反応を7−デアザ−dGTP存在または不存在
下に、シクエナーゼ(Sequenase)およびTa
qポリメラーゼの両者を使用して実施する。8モルの尿
素および20%のホルムアミドを含有するポリアクリル
アミドゲル中で電気泳動を実施して、バンドの凝縮の問
題を根絶する。ゲノムのDNAのクローニングについ
て、EMBL3イヌのゲノムのDNAライブラリーから
の3×106の組み換えクローンをATCC No.6
8968(V型アデニリルシクラーゼ)からのプローブ
でスクリーニングする。スクリーニングおよび配列決定
を前述したように同様に実施する。
【0065】第2系列の実験において、EcoRI−S
phI(ヌクレオチド1−954、puc18中の#7
2から)、SphI−EcoRI(ヌクレオチド954
−1604、#7から)、およびEcoRI−SspI
(ヌクレオチド1604−2137、#6Lから)の断
片を結合することによって、2.1kbのEcoRI−
StuI断片、#113−αと表示する、を構成した。
#113をEcoRIおよびSspI(V型アデニリル
シクラーゼからのヌクレオチド1639−4393)で
消化することによって、#113−βと表示するEco
RI−StuI断片を構成する。各をプラスミドpcD
NA I−amp、哺乳動物の発現ベクター、の独特ポ
リリンカー部位の中にサブクローニングし、そしてpc
DNA113−αおよび−βと表示する。20μgの精
製したプラスミドをCMT細胞の中にゴルブ(Golu
b)らの方法の変更によりトランスフェクションする。
簡単に述べると、細胞を80%の全面成長に成長させ
る。リン酸塩緩衝液(PBS)で2回洗浄した後、0.
5mlのトリプシン溶液を使用する。細胞を10分間イ
ンキュベーションし、そして400μgのデキストラン
および0.1ミリモルのクロロクインを含有する4ml
のDMEMの中に再懸濁した20μgの精製したプラス
ミドを添加する。細胞を4時間インキュベーションし、
次いで2分間ジメチルスルホキシドでショックする。P
BSで洗浄後、1μモルのCdCl2および0.1μモ
ルのZnCl2を含有するインキュベーション媒質を添
加し、そして細胞を37℃において72時間インキュベ
ーションした後、収穫する。対照の細胞をモックトラン
スフェクションし、そして同一の方法で誘発する。
【0066】2つのプライマーが#6Lからの新規な配
列から得た。ポリ(A)+RNAを合計のRNAからオ
リゴ(dT)セルロースとの結合により分離する。2μ
gのポリ(A)+RNAまたはcDNAサイクルキット
(Invitrogen、カリフォルニア州)の逆転写
酵素を使用した。この反応を42℃において1時間イン
キュベーションし、95℃に加熱し、次いで氷上で急冷
した。PCR産生物の1/10を2%のアガロースゲル
中で電気泳動にかけ、そしてニトロセルロースに移し、
そしてプローブとハイブリダイゼーションさせた。60
マーのオリゴヌクレオチドのプライマーをプローブとし
て使用し、その配列をV型−αのcDNAの3’末端か
ら取る。ハイブリダイゼーションは前述したように同様
に実施するが、ただし30%のホルムアミド溶液を50
%のホルムアミド溶液の代わりに使用する。
【0067】トランスフェクションしたCMT細胞をP
BSで2回洗浄し、次いで50ミリモルのトリスHCl
(pH8.0)、2ミリモルのEGTA、10μモルの
PMSF(フェニルメチルスルホニルフルオライド)、
100Uのロイペプチンおよび50Uの(卵白のトリプ
シン阻害因子)を含有する1mlの冷緩衝液の中に集め
る。細胞をポリトロン(Polytron)(6に設定
する、10秒)で均質化し、そして4℃において800
×gで10分間遠心する。上澄み液を4℃において10
0,000×gで40分間遠心する。生ずる沈澱物を5
0ミリモルのトリス(pH8.0)、1ミリモルのED
TA、1ミリモルのPMSF、50Uのロイペプチンお
よび50UのETIの中に5μg/μlの濃度に再懸濁
する。この粗製の膜調製物をアデニリルシクラーゼのア
ッセイにおいて使用する。
【0068】アデニリルシクラーゼ活性をサロモン(S
alomon)により測定する。簡単に述べると、CM
Tから洗浄した膜(15〜30/アッセイ管)を、1ミ
リモルのリン酸クレアチン、8U/mlのクレアチンホ
スホキナーゼ、4ミリモルのHEPES(pH8.
0)、2ミリモルのMgCl2、0.1ミリモルの環状
AMP、0.1ミリモルのATPおよび32P−ATP
(0.2〜5μCi/アッセイ管)を含有する100m
lの溶液の中に再懸濁させる。反応混合物を30℃にお
いて30分間インキュベーションし、そして反応を10
0μlの2%のSDSの添加により停止させる。カラム
からの回収をモニターするために、3H標識した環状A
MPを使用する。環状AMPをATPからドウェクス
(Dowex)およびアルミナカラムに通過させること
によって分離し、そして放射能を液体シンチレーション
カウンターにより測定する。タンパク質濃度を、ブラッ
ドフォード(Bradford)の方法により、標準と
してウシ血清アルブミンを使用して測定する。
【0069】EcoRI−SphIプローブを使用し
て、12の一次の陽性のものが得られる。すべてのクロ
ーンをpuc18ベクターの中にサブクローニングし、
そして配列決定する。12クローンのうちで10はV型
アデニリルシクラーゼのクローンと同一である。2つの
クローン、#6Lおよび#2、は配列の5’半分におい
て同一であるが、その3’末端においてTVクローンか
ら完全に発散している。それは約570bpの独特配列
および引き続くポリアデニル化シグナルを有した(図1
A)。クローン6Lの5’末端は翻訳開始部位から下流
の150bpの位置に伸長した。クローン#2はクロー
ン#6Lに類似するが、ただしそれはクローン#6Lよ
り上流に伸長していなかった。上流および下流の双方に
異なる長さで伸長する、いくつかの他のクローンが同定
され、それらのすべてはクローン同一位置に新規な配列
を有し、そして同一のポリアデニル化シグナルを利用し
た。イヌのゲノムのライブラリーをプローブとしてこの
200bpの新規な配列を使用してスクリーニングす
る。2百万の独立のコロニーをスクリーニングする。5
つの位置が得られ、1つのクローン、#123、をさら
にスクリーニングする。クローン#123からの10k
bのインサートを制限マッピングし、そして断片をpu
c18プラスミドの中にサブクローニングする。10k
bのインサートからの4kbのEcoRI−EcoRI
断片は独特のプローブにハイブリダイゼーションするこ
とが発見された。このインサートを部分的に配列決定
し、そして結果を図1Bに示す。クローン6Lおよび2
から得られた独特配列は遺伝子断片(#123)からの
ものと同一である;それはエクソン−イントロンの境界
部分に引き続くイントロンのそれと同一である。事実、
アクセプターのドナー部位のコンセンサス配列はこのク
ローンにおいて維持される(...AAGCGGGT
C...)。
【0070】これが示唆するように、mRNAの転写
は、規則的なエクソン−イントロン接合部位から約57
0bp下流のイントロンの中に別のポリアデニル化部位
が存在するために、この新規なcDNA中でこの分子の
中央において終わる。こうして、アデニリルシクラーゼ
のこの切頭した形態の成熟したmRNAは、イントロン
の配列の一部分および引き続いてポリアデニル化を含有
する。このポリアデニル化部位のコンセンサス配列は共
通の方法ではなく、このポリアデニル化部位を利用する
メッセージの量はより少ないであろう。それは596ア
ミノ酸から構成されたタンパク質をつくり、それらのう
ちの25アミノ酸はこのクローンに対して独特である。
【0071】クローン6Lからの2.8kbのEcoR
I断片を、pcDNA、pcDNA113−αと呼ぶ、
の中に、その独特制限部位を使用してサブクローニング
する。クローン#113からの2.4kbのEcoRI
−SspI断片をpcDNA、pcDNA113−βと
呼ぶ、の中にクローニングした。3つのクローンのアデ
ニリルシクラーゼ活性を比較する;#113−72、こ
れは普通の完全な分子をエンコードする、#113−
α、これはこの分子の最初の半分をエンコードする、お
よび#113−β、これはこの分子の後の半分をエンコ
ードする。単独で発現されるとき、#113−αまたは
#113−βのいずれもモックトランスフェクションさ
れた対照を越えて増加した活性をもたなかった。しかし
ながら、一緒に同時トランスフェクションするとき、活
性は有意に増大された。完全な分子(#113−72)
の活性の70%以上は回収される。この増大は基礎とも
基礎において見られ、そしてGTPγS、NaFおよび
フォルスコリンで刺激された。
【0072】上のデータが示唆するように、V型−αは
アデニリルシクラーゼ活性をもたず、なおその相手のV
型−βと同時トランスフェクションすると、それは活性
を有することができるであろう。これは他の研究者らの
観察と一致しない。このような半分の分子は事実V型ア
デニリルシクラーゼについて存在するという発見は、ア
デニリルシクラーゼの基本的サブユニットはこの族の他
の構成員と似た6−トランスメンブレンのモチーフであ
ることができることを示唆する。
【0073】イヌの心臓のアデニリルシクラーゼのポリ
ペプチドは、アプライドタンパク質技術(Applie
d Protein Technology)合成装置
(マサチュセッツ州ケンブリッジ)で固相メリールド
(Merried)法により合成され、そして高性能液
体クロマトグラフィーにより>99%に精製される。合
成されたペプチドは次の配列を有する。#1,E346
365:#2,K425−C444;,#3,K626−A645
#4,C801−S825;#5,A886−T905;,#A,M
581−G590;#B,Y1175−S1184;#C,Q1142−N
1154;,#6,C500−Y519
【0074】表2は、CMT細胞におけるGTPλS刺
激されたV型アデニリルシクラーゼ活性への種々のペプ
チドの作用を示す。使用したペプチドは大きさが4〜2
5アミノ酸だけ異なる。ペプチドの配列は細胞内のドメ
イン(#1、#2、#3、#6、#A、#Bおよび#
C)、細胞外のドメイン(#4および#5)またはトラ
ンスメンブレンのドメイン(#D)から取る。1×10
-4モルの濃度において、#2および#6ペプチドは触媒
活性への有意の阻害を示すが、ペプチドの残部は有意の
作用を示さない。触媒活性の90%より多くがペプチド
#2または#6の存在下に抑制されることは興味あるこ
とである。
【0075】これらのペプチドの独特の特性は、また、
薬物のスクリーニング手順において利用される。第1
に、ペプチドそれら自体は、被検体に局所的または前身
的に投与されるとき、アデニリルシクラーゼの特異的阻
害因子である。第2に、各ペプチドに対してレイズされ
た推定上の抗体は前述と同一の阻害作用を有する。第3
に、アデニリルシクラーゼ分子に対するペプチドと反応
部位について競争する化合物を、このペプチド阻害アッ
セイを使用することによってスクリーニングする。この
ような化合物はこの分子の触媒活性への生物学的作用を
有する。
【0076】
【表2】 表2 ペプチドの存在下のアデニリルシクラーゼ活性の阻害% 阻害% 対照 0 #1 <5 #2 >90 #3 <5 #4 <5 #5 <5 #6 >90 #A <5 #B <5 #C <5
【0077】
【表3】
【0078】
【表4】
【0079】配列のリスト (1)一般的情報: (i)出願人:イチカワ ヨシヒロ (ii)発明の名称:心臓のアデニリルシクラーゼのク
ローニングおよび特性決定 (iii)配列の数:1 (iv)通信のアドレス: (A)アドレス:アントイネッテ・F.コンスキ アメリカン・サイアナミド・カンパニー (B)街:ウェストメインストリート1937 郵便私
書箱60 (C)市:スタンフォード (D)州:コネチカット (E)国:米国 (F)郵便番号:06904 (v)コンピューターの読み取り: (A)媒体の型:フロッピーディスク (B)コンピューター:IBM PC AT (C)操作システム:MS−DOS (D)ソフトウェア:DW4からのASCII (vi)現在の出願のデータ: (A)出願番号: (B)出願日: (C)分類: (vii)前の出願のデータ: (A)出願番号:751,460 (B)出願日:1991年8月29日 (viii)代理人の情報: (A)名前:アントイネッテ・F.コンスキ (B)登録番号:34,202 (C)参照/整理番号:31,618−02 (ix)電話通信の情報: (A)電話:203 321 2455 (B)テレファックス:203 321 2971 (D)テレックス: (2)配列 ID No.1についての情報: (i)配列の特性: (A)長さ:4356塩基対 (B)型:核酸 (C)鎖:一本鎖 (D)トポロジー:直線 (ii)分子の型:cDNA (xi)配列の表示:配列 ID No.1:
【0080】
【表5】
【0081】
【表6】
【0082】
【表7】
【0083】
【表8】
【0084】
【表9】
【0085】
【表10】
【0086】
【表11】
【0087】
【表12】
【0088】
【表13】
【0089】
【表14】
【0090】
【表15】
【0091】
【表16】
【0092】
【表17】
【0093】本発明の主な特徴および態様は次の通りで
ある。
【0094】1、心臓アデニリルシクラーゼV型をエン
コードする単離された核酸分子。 2、核酸分子がDNA、cDNAまたはRNAから成る
群より選択される核酸である上記第1項記載の単離され
た核酸分子。
【0095】3、核酸分子が哺乳動物の核酸分子である
上記第1項記載の単離された核酸分子。
【0096】4、上記第1項記載の核酸分子によりエン
コードされる単離されたポリペプチド。
【0097】5、上記第1項記載の核酸分子からなる発
現ベクター。
【0098】6、上記第5項記載の発現ベクターからな
る安定に形質転換された宿主細胞。 7、上記第4項記載のポリペプチドと複合体を形成する
ことができる抗体。
【0099】8、上記第6項記載の宿主細胞をポリペプ
チドの産生に好適な条件下に生育させ、そしてそのよう
に産生されたポリペプチドを回収することからなる心臓
アデニリルシクラーゼV型のポリペプチドの産生方法。
【0100】9、工程: a)被検体から適当なRNAの試料を単離し、そして b)上記第4項記載のcDNAを前記試料中のRNAに
ハイブリダイゼーションさせることによって、前記試料
中のRNAの量を決定すること、からなる被検体におけ
る心臓機能を決定する方法。
【0101】10、患者に上記第4または7項記載のポ
リペプチドまたは抗体の製剤学的組成物を投与すること
からなる患者における心臓機能の変更方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】AはV型のアデニリルシクラーゼの部分的制限
地図を示す。A:アデニリルシクラーゼDNAの部分的
制限地図。クローニング部分はボックスであり、そして
ハッチングしたボックスはポリアデニル部位を示す。
E:EcoRI認識部位。H:HincII。S:Sp
h1X。X:XhoI。SS:SspL。Bはイヌ科の
動物の心臓のλgt10ライブラリーおよび配列決定の
方法から得られたV型のアデニリルシクラーゼのcDN
Aクローンを示す。1.2〜3.5kbの大きさの範囲
の5つの異なるクローン、#7、#8、#25、#72
および#113は、解読領域全体を含有する4.4kb
のcDNAを構成する。
【図2】心臓のアデニリルシクラーゼのDNAおよび予
測されたアミノ酸配列を示す。解読配列全体、ならびに
5’非翻訳配列および完全な3’非翻訳配列の一部分を
示す。ATGはオープンリーディングフレームの中の推
定上の翻訳開始部位を示す。TGAはオープンリーディ
ングフレームの中の翻訳停止コドンを示す。示した推定
上のポリアデニル化はイタリックでしるす(AATAA
A)。また、配列ID#1として示す。
【図3】V型のアデニリルシクラーゼのヒドロパシー
(hydropathy)のプロットおよびI型アデニ
リルシクラーゼとのタンパク質のドットマトリックスの
ドットのマトリックスである。マクベクター(MacV
ector)3.5ソフトウェアを使用して、V型のア
デニリルシクラーゼの構造を分析した。カイト(Kyt
e)およびドーリトル(Doolittle)(11)
の方法を7の窓の大きさで使用する。12のピークに番
号を付し、これらの番号は推定上のトランスメンブレン
のスパニング領域を表す。
【図4】Aは図3と同様であるが、60%に設定した厳
格さおよび8の窓の大きさでV型とI型との間のアミノ
酸のドットマトリックスを比較するために、マクベクタ
ー(MacVector)3.0を使用する。Bはアデ
ニリルシクラーゼの他の型(I型および型III)の間
のタンパク質のドットのマトリックスの比較である。マ
クベクター(MacVector)3.0ソフトウェア
を、65%の厳格さおよび8の窓の大きさの分析のため
に使用する。
【図5】心臓のアデニリルシクラーゼcDNAからの断
片による種々のイヌ科の動物の組織のノザンブロット分
析を描写する。5μgのポリ(A)RNAを各アッセイ
のために使用する。心臓のアデニリルシクラーゼcDN
AからのEcoRI−HincIIの0.9kbの断片
をプローブとして使用する。レーンは次の通りである:
H−心臓、B−脳、T−精巣、S−骨格筋、K−腎臓、
L−肺。標準(キロ塩基)(kb)をブロットの左に記
載する。
【図6】V型のアデニリルシクラーゼ活性へのカルシウ
ムの作用を描写する。アデニリルシクラーゼ活性(pc
DNA113−72で形質転換されたCMT細胞または
心臓の筋細胞膜)を増加する濃度のカルシウム(0〜1
ミリモル)の存在下に測定する。心臓の筋細胞膜は記載
されているように調製する(26)。両者の膜の調製物
をまずEGTAで洗浄した後、アッセイする(27)。
3つの独立の実験において、同様な結果が得られる。対
照を越えた基礎的およびフォルスコリン(forsko
lin)刺激アデニリルシクラーゼ活性の少なくとも4
倍の増加により、トランスフェクションの効率は確証さ
れる。トランスフェクションされた膜(□)、カルモデ
ュリン(200ナノモル)でトランスフェクションされ
た膜(■)、心臓の筋細胞膜(◇)、カルモデュリン
(200ナノモル)でトランスフェクションされた筋細
胞膜(◆)。
【図7】V型のアデニリルシクラーゼ活性へのアデノシ
ンおよびその類似体の作用を描写する。膜(pcDNA
112−72でトランスフェクションしたまたは対照)
を、アッセイ前に、5ミリモルのMn2+および100μ
モルのフォルスコリンと10分間予備インキュベーショ
ンする。アデノシン(■)、2’−デオキシ−アデノシ
ン(□)、3’−AMP(◆)、および2’−デオキシ
−3’−AMP(◇)。3回の独立の実験において同様
な結果が得られた。各点は3回の反復実験の決定の平均
である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 A61K 39/395 ABN N 8413−4C C07K 13/00 8619−4H C12N 5/10 C12P 21/08 8214−4B

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 心臓アデニリルシクラーゼV型をエンコ
    ードする単離された核酸分子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の核酸分子によりエンコー
    ドされる単離されたポリペプチド。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の核酸分子からなる発現ベ
    クター。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の発現ベクターからなる安
    定に形質転換された宿主細胞。
  5. 【請求項5】 請求項2記載のポリペプチドと複合体を
    形成することができる抗体。
  6. 【請求項6】 請求項4記載の宿主細胞をポリペプチド
    の産生に好適な条件下に生育させ、そしてそのように産
    生されたポリペプチドを回収することを特徴とする心臓
    アデニリルシクラーゼV型のポリペプチドの産生方法。
  7. 【請求項7】 工程: a)被検体から適当なRNA試料を単離し、そして b)請求項2記載のcDNAを前記試料中のRNAにハ
    イブリダイゼーションさせることによって、前記試料中
    のRNAの量を決定することからなることを特徴とする
    被検体における心臓機能を決定する方法。
  8. 【請求項8】 患者に請求項2または5記載のポリペプ
    チドまたは抗体の製剤学的組成物を投与することを特徴
    とする患者における心臓機能の変更方法。
JP4250397A 1991-08-29 1992-08-27 心臓アデニリルシクラーゼのクローニングおよび特性決定 Pending JPH05260977A (ja)

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