JPH05317043A - Bacterial hololuciferase - Google Patents
Bacterial hololuciferaseInfo
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- JPH05317043A JPH05317043A JP13341592A JP13341592A JPH05317043A JP H05317043 A JPH05317043 A JP H05317043A JP 13341592 A JP13341592 A JP 13341592A JP 13341592 A JP13341592 A JP 13341592A JP H05317043 A JPH05317043 A JP H05317043A
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- nadh
- luciferase
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、発光細菌に由来する新
規ホロ酵素に関し、より詳しくは、ルシフェラーゼと、
フラビンモノヌクレオチドと、350nm、405n
m、540nmおよび570nmに特徴的吸収スペクト
ルを示す物質とよりなる細菌ホロルシフェラーゼに関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel holoenzyme derived from a luminescent bacterium, more specifically, luciferase and
Flavin mononucleotide, 350nm, 405n
and a substance exhibiting a characteristic absorption spectrum at m, 540 nm and 570 nm with a bacterial hololuciferase.
【0002】[0002]
【従来の技術】発光細菌の発光系を利用する補酵素NA
DおよびNADPHの測定は、発光細菌の持つ2つの酵
素が触媒する下記反応に基づいて行われる。2. Description of the Related Art Coenzyme NA utilizing the luminescent system of luminescent bacteria
D and NADPH are measured based on the following reaction catalyzed by two enzymes possessed by luminescent bacteria.
【0003】 オキシドレダクターゼ (a) NAD(P)H+H+ +FMN → NAD(P)+ +FMNH2 Oxidoreductase (a) NAD (P) H + H + + FMN → NAD (P) + + FMNH 2
【0004】 ルシフェラーゼ (b) FMNH2 +RCHO+O2 → FMN+RCOOH+H2 O +hνLuciferase (b) FMNH 2 + RCHO + O 2 → FMN + RCOOH + H 2 O + hν
【0005】反応(a) は、NADH:FMNオキシドレ
ダクターゼ(EC.1.6.99.3)あるいはNAD
PH:FMNオキシドレダクターゼ(EC.1.6.9
9.1により還元型フラビンモノヌクレオチド(FMN
H2 )を生成するものである。The reaction (a) is performed by NADH: FMN oxidoreductase (EC 1.1.69.3) or NAD.
PH: FMN oxidoreductase (EC 1.6.9
9.1 Reduced flavin mononucleotide (FMN
H 2 ).
【0006】他方、反応(b) は、ルシフェラーゼ(E
C.1.14.14.3)によりFMNH2 と長鎖脂肪
族アルデヒド(RCHO)と酸素(O2 )から、FMN
と該アルデヒドに対応する脂肪酸(RCOOH)と水
(H2 O)と光が生成する反応である。ここで、RCH
Oとしては、炭素数8以上の直鎖飽和脂肪族アルデヒド
が望ましく、たとえば、n−デカナール、n−テトラデ
カナール等が好適に用いられる。従って、上記反応によ
り発生した光を測定することにより、NAD(P)Hの
定量を行うことができる。On the other hand, the reaction (b) is a luciferase (E
C. 1.14.14.3) from FMNH 2 , long-chain aliphatic aldehyde (RCHO) and oxygen (O 2 ) into FMN
And a fatty acid (RCOOH) corresponding to the aldehyde, water (H 2 O) and light are generated. Where RCH
As O, a linear saturated aliphatic aldehyde having 8 or more carbon atoms is desirable, and for example, n-decanal, n-tetradecanal and the like are preferably used. Therefore, NAD (P) H can be quantified by measuring the light generated by the above reaction.
【0007】この発光反応は迅速で測定感度が高いの
で、NADHやNADPHを高感度に測定できるばかり
でなく、NADHあるいはNADPHを生成する酵素系
と本反応系を組み合わせれば、これらの酵素系の基質濃
度や酵素活性等を高感度に測定することができる。例え
ば、J.Ford and M.DeLuca ; Anal. Biochem.,110.43-4
8(1981) .G.Weinhausen and M.DeLuca ; Anal. Bioche
m., 127. 380-388(1982). M.T.Karp et al .; Anal. Bi
ochem.,128. 175-180(1983)等に測定例が述べられてい
る。Since this luminescence reaction is rapid and has high measurement sensitivity, not only can NADH and NADPH be measured with high sensitivity, but if this reaction system is combined with an enzyme system that produces NADH or NADPH, these enzyme systems Substrate concentration and enzyme activity can be measured with high sensitivity. For example, J. Ford and M. DeLuca; Anal. Biochem., 110.43-4
8 (1981). G. Weinhausen and M. DeLuca; Anal. Bioche
m., 127. 380-388 (1982). MTKarp et al.; Anal. Bi
Ochem., 128. 175-180 (1983), etc., describes measurement examples.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記(a)(b)の反応系に
よるNADHあるいはNADPH等の測定法において、
特に反応(a) に用いるNADH:FMNオキシドレダク
ターゼおよびNADPH:FMNオキシドレダクターゼ
は、現在、発光細菌を培養してそこから抽出、精製した
ものである。この精製法は、例えばE.Jablonski and M.
DeLuca ;Biochemistry. 16.13.2932-2936(1977). H.Wat
anabe and J.W.Hastings;Molecular and Cellular Bioc
hem.,44.181-187(1982)に示されている。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention In the method for measuring NADH or NADPH by the reaction system of (a) and (b) above,
In particular, NADH: FMN oxidoreductase and NADPH: FMN oxidoreductase used in the reaction (a) are presently cultured and extracted and purified from luminescent bacteria. This purification method is described, for example, in E. Jablonski and M.
DeLuca; Biochemistry. 16.13.2932-2936 (1977). H. Wat
anabe and JWHastings; Molecular and Cellular Bioc
hem., 44.181-187 (1982).
【0009】しかし、上記調製法により発光細菌から得
られたNADH:FMNオキシドレダクターゼおよびN
ADPH:FMNオキシドレダクターゼは、収量が少な
いため、高価であり、従って測定にかかるコストが高く
つく難点がある。However, NADH: FMN oxidoreductase and N obtained from a luminescent bacterium by the above-mentioned preparation method
ADPH: FMN oxidoreductase is expensive due to its low yield, and therefore has a drawback that the measurement cost is high.
【0010】NADH:FMNオキシドレダクターゼお
よびNADPH:FMNオキシドレダクターゼのいずれ
をも用いないで、ルシフェラーゼのみを用いてNADH
およびNADPHを定量することができれば、測定操作
を簡便なものにでき、しかも、高価なNADH:FMN
オキシドレダクターゼおよびNADPH:FMNオキシ
ドレダクターゼを使用しないので、測定コストを節減す
ることができる。NADH was obtained using only luciferase without using either NADH: FMN oxidoreductase or NADPH: FMN oxidoreductase.
If NADPH and NADPH can be quantified, the measurement operation can be simplified and the cost of NADH: FMN is high.
Since oxidoreductase and NADPH: FMN oxidoreductase are not used, measurement cost can be saved.
【0011】本発明は、上記の如き要望にこたえるべく
工夫されたものである。The present invention has been devised to meet the above demands.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、発光細菌
が生産するルシフェラーゼ、あるいは、発光細菌の遺伝
子を含有する発現ベクターにより宿主細胞を形質転換し
て得られる形質転換体が生産するルシフェラーゼは、菌
体内あるいは細胞内ではフラビンモノヌクレオチドおよ
び特定の物質との複合体を形成してホロ酵素となってい
ることを見出し、該ホロ酵素を、これから補因子がはず
れることなく、生体内から分離・精製して取得し、本発
明を完成した。[Means for Solving the Problems] The present inventors have found that luciferase produced by a luminescent bacterium or luciferase produced by a transformant obtained by transforming a host cell with an expression vector containing a gene for a luminescent bacterium. Was found to form a complex with flavin mononucleotide and a specific substance in the cells or cells to form a holoenzyme, and the holoenzyme was separated from the body in vivo without the cofactor being removed from it. -The present invention has been completed through purification and acquisition.
【0013】すなわち、本発明によれば、発光細菌に由
来し、かつルシフェラーゼと、フラビンモノヌクレオチ
ドと、350nm、405nm、540nmおよび57
0nmに特徴的吸収スペクトルを示す物質(以下、該特
異吸収物質という)とよりなる細菌ホロルシフェラーゼ
が提供せられる(ここで、本ホロ酵素をLUC〜FMN
・Xと表す)。That is, according to the present invention, luciferase, flavin mononucleotide, 350 nm, 405 nm, 540 nm and 57 derived from a luminescent bacterium are used.
A bacterial hololuciferase consisting of a substance exhibiting a characteristic absorption spectrum at 0 nm (hereinafter referred to as the specific absorption substance) is provided (here, the present holoenzyme is LUC to FMN).
-Represented as X).
【0014】本発明者らは、また、このホロ酵素がNA
DHあるいはNADPHを酸化することにより自らの補
因子部分であるFMNを還元してFMNH2 とする反応
を司ることを見出した(反応(c) )。The present inventors have also found that this holoenzyme is NA
It was found that it controls the reaction of reducing FMN, which is its cofactor portion, to FMNH 2 by oxidizing DH or NADPH (reaction (c)).
【0015】反応(c) で得られた、ルシフェラーゼとF
MNH2 と鉄イオンより成るホロ酵素(LUC〜FMN
H2 ・X)は、下記式(d) に示す反応を司る。Luciferase and F obtained in the reaction (c)
Holoenzyme consisting of MNH 2 and iron ion (LUC to FMN
H 2 · X) controls the reaction represented by the following formula (d).
【0016】 (c) NAD(P)H+LUC〜FMN・X+H+ → NAD(P)+ LUC〜FMNH2 ・X(C) NAD (P) H + LUC to FMN · X + H + → NAD (P) + LUC to FMNH 2 · X
【0017】 (d) LUC〜FMNH2 ・X+RCHO+O2 → LUC〜FMN・X+RCOOH+H2 O+hν(D) LUC to FMNH 2 · X + RCHO + O 2 → LUC to FMN · X + RCOOH + H 2 O + hν
【0018】反応(d) では、ホロ酵素LUC〜FMNH
2 ・Xがアルデヒド(RCHO)および酸素(O2 )と
反応してLUC〜FMNとなり、それと同時に該アルデ
ヒドに対応する脂肪酸(RCOOH)と水(H2 O)と
光(hν)が生成する。そこで、この光を測定すること
によりNADHおよびNADPHを定量することができ
る。In the reaction (d), the holoenzyme LUC to FMNH is used.
LUC~FMN next 2 · X is reacted with an aldehyde (RCHO) and oxygen (O 2), at the same fatty acids corresponding to the same time the aldehyde (RCOOH) and water (H 2 O) and light (hv) is produced. Therefore, NADH and NADPH can be quantified by measuring this light.
【0019】従って、本発明者らは、従来必要であった
NADH:FMNオキシドレダクターゼおよびNADP
H:FMNオキシドレダクターゼのいずれをも使用しな
いで、酵素として本発明によるホロルシフェラーゼのみ
を用いて、NADHおよびNADPHを定量することに
成功した。この定量法によって、NADHおよびNAD
PHの測定を簡便かつ安価に行うことができる。Therefore, the present inventors have previously required NADH: FMN oxidoreductase and NADP.
We succeeded in quantifying NADH and NADPH using only the hololuciferase according to the invention as the enzyme without using any of the H: FMN oxidoreductases. By this quantification method, NADH and NAD
PH can be measured easily and inexpensively.
【0020】本発明によるホロルシフェラーゼは、発光
細菌に由来するホロ酵素である。本発明のホロルシフェ
ラーゼを生産する発光細菌としては、例えばビブリオ・
ハーベイ(Vibrio harveyi) 、ビブリオ・フイッシェ
リ(Vibrio fisheri) 、ビブリオ・スプレンディダス
(Vibrio splendidus)、ビブリオ・コレラエ(Vibrio
cholerae)、フォトバクテリウム・フォスフォレウム
(Photobacterium phosphoreum) 、フォトバクテリウ
ム・レイオグナシ(Photobacterium leiognathi)等が
挙げられる。上記細菌以外にも、発光反応を触媒する酵
素を生産する細菌は本発明のホロ酵素の生産に使用でき
る。The hololuciferase according to the present invention is a holoenzyme derived from a luminescent bacterium. Examples of the luminescent bacterium producing the hololuciferase of the present invention include Vibrio
Harvey (Vibrio harveyi), Vibrio Fuissheri (Vibrio fisheri), Vibrio Supurendidasu (Vibrio splendidus), Vibrio cholerae (Vibrio
cholerae) , Photobacterium phosphoreum , Photobacterium leiognathi, and the like. In addition to the above bacteria, bacteria that produce an enzyme that catalyzes a luminescence reaction can be used for producing the holoenzyme of the present invention.
【0021】また、本発明の細菌ホロルシフェラーゼに
は、上記発光細菌を培養して得られるホロルシフェラー
ゼのみに限らず、上記発光細菌由来のルシフェラーゼを
コードする遺伝子を含有する発現ベクターにより宿主細
胞を形質転換して得られる形質転換体が生産するホロル
シフェラーゼも含まれる。該形質転換体を用いてホロル
シフェラーゼを生産する場合は、遺伝子工学の技術によ
り、該ホロ酵素の発現効率を大きく向上できる可能性が
あるので、この手法は好適に用いられる。The bacterial hololuciferase of the present invention is not limited to the hololuciferase obtained by culturing the above-mentioned luminescent bacterium, but a host cell is transformed with an expression vector containing a gene encoding the luciferase derived from the above luminescent bacterium. It also includes hololuciferase produced by the transformant obtained by the transformation. When a hololuciferase is produced using the transformant, the technique may be greatly improved in the expression efficiency of the holoenzyme by a genetic engineering technique, and thus this method is preferably used.
【0022】該形質転換体として、例えば、特開平2−
2363号に示されるJM109(pLUX1802)
は、本発明のホロルシフェラーゼを大量に発現するの
で、好適に用いることができる。該JM109(pLU
X1802)は、発光細菌ビブリオ・ハーベイのルシフ
ェラーゼをコードする遺伝子を含有する発現ベクターに
より大腸菌JM109を形質転換して得られたものであ
る。Examples of the transformant include, for example, JP-A-2-
JM109 (pLUX1802) shown in No. 2363
Expresses a large amount of the hololuciferase of the present invention and can be preferably used. The JM109 (pLU
X1802) was obtained by transforming Escherichia coli JM109 with an expression vector containing a gene encoding luciferase of the luminescent bacterium Vibrio harveyi.
【0023】次に、形質転換体JM109(pLUX1
802)の調製法について説明する。Next, the transformant JM109 (pLUX1
A method for preparing 802) will be described.
【0024】ビブリオ・ハーベイを、例えばハスティン
グ(J.W.Hastings) らの方法(Methods in Enzymology,
vol. LVII,153(1978))により培養し、そこから例えば
ミヤモト(C.Miyamoto) らの方法(Methods in Enzymol
ogy,vol.133,70(1986))によりクロモソーム遺伝子を抽
出する。抽出したクロモソームDNAは、次に、遺伝子
ライブラリーを作成するために既知のプラスミドベクタ
ーに組み込まれる。上記プラスミドベクターとしては、
例えば、lacプロモーターを持つpUC18(宝酒造
社製)、pUC118(宝酒造社製)、pBluescript S
K II (+)(Stratagene社製)、pUR278(Ruth
er etel.;EMBO J.,2,1791(1983))等;あるいはtac
プロモーター(trp−lacプロモター)を持つpK
K177−3(Amann E.and J.Brosius ;Gene ,40,
183(1985) )等;あるいは、λファージのPL プロ
モーターを持つpKC30(Shimatake H and M.Rosenb
erg ;Nature.292.128(1981))等が挙げられる。Vibrio harvey is described, for example, in the method of JW Hastings (Methods in Enzymology,
vol. LVII, 153 (1978)), and from there, for example, the method of C. Miyamoto et al. (Methods in Enzymol
Chromosomal genes are extracted by Ogy, vol.133, 70 (1986)). The extracted chromosomal DNA is then incorporated into a known plasmid vector to create a gene library. As the above plasmid vector,
For example, pUC18 (manufactured by Takara Shuzo), pUC118 (manufactured by Takara Shuzo), pBluescript S having a lac promoter.
K II (+) (Stratagene), pUR278 (Ruth
er etel.; EMBO J., 2,1791 (1983)) etc .; or tac
PK with promoter (trp-lac promoter)
K177-3 (Amann E. and J. Brosius; Gene, 40,
183 (1985)); or pKC30 (Shimatake H and M. Rosenb), which has a P L promoter of λ phage.
erg; Nature.292.128 (1981)) and the like.
【0025】これらのプラスミドベクターは適当な制限
酵素により切断される。上記抽出されたクロモソームD
NAも適当な制限酵素により切断され、上記制限酵素に
より切断されたプラスミドベクターに連結される。These plasmid vectors are cleaved with appropriate restriction enzymes. Chromosomes D extracted above
NA is also cut with an appropriate restriction enzyme and ligated to the plasmid vector cut with the above restriction enzyme.
【0026】例えば、図1に示すように、ビブリオ・ハ
ーベイから単離したクロモソームDNAを制限酵素Sa
u3AI(宝酒造社製)で部分消化する一方、pUC1
8を制限酵素BamHI(宝酒造社製)で消化し、これ
らを、例えばT4ファージ由来のDNAリガーゼ(宝酒
造社製)を用いて連結させる。For example, as shown in FIG. 1, chromosomal DNA isolated from Vibrio harveyi was treated with restriction enzyme Sa.
pUC1 while partially digested with u 3AI (Takara Shuzo)
8 is digested with a restriction enzyme Bam HI (manufactured by Takara Shuzo), and these are ligated using, for example, a DNA ligase derived from T4 phage (manufactured by Takara Shuzo).
【0027】このようにして得られた組換えプラスミド
は、例えば、ハナハン(HanahanD )の方法(J.Mol.Bio
l.,166.557(1983) )、あるいはMolecular Cloning
(1.74〜1.84頁、Cold Spring Habor Laborato
ry(1989))記載の方法により適当な宿主細胞に導入され
る。宿主細胞の例としては、エセリシア属やバチルス
属、シュードモナス属の菌株、酵母、真菌類、ヒトおよ
びその他の動物の培養細胞、植物の培養細胞等が挙げら
れるが、例えば大腸菌E. Coli JM109株(東洋紡
績社製)が好適に用いられる。The recombinant plasmid thus obtained can be obtained, for example, by the method of Hanahan (J. Mol. Bio).
l., 166.557 (1983)), or Molecular Cloning
(1.74 to 1.84, Cold Spring Habor Laborato
ry (1989)) and introduced into an appropriate host cell. Examples of the host cell include Escherichia, Bacillus, Pseudomonas strains, yeast, fungi, human and other animal cultured cells, plant cultured cells, and the like. For example, Escherichia coli E. Coli JM109 strain ( (Manufactured by Toyobo Co., Ltd.) is preferably used.
【0028】このようにして得られた形質転換微生物か
ら、ルシフェラーゼを生産する菌株がスクリーニングさ
れる。このスクリーニングは、例えば使用したプラスミ
ドベクターに由来する薬剤耐性の発現、菌株が生産する
ルシフェラーゼによる発光反応あるいは、ビブリオ・ハ
ーベイ由来のルシフェラーゼをコードする遺伝子の塩基
配列の一部分より構成されるDNAプローブを用いたハ
イブリダイゼーション等を利用して行われる。From the transformed microorganism thus obtained, a luciferase-producing strain is screened. This screening uses, for example, expression of drug resistance derived from the used plasmid vector, luminescence reaction by luciferase produced by the strain, or a DNA probe composed of a part of the nucleotide sequence of the gene encoding luciferase derived from Vibrio harveyi. Hybridization is used.
【0029】例えば、プラスミドベクターとして上記p
UC18を使用する例においては、該pUC18がアン
ピシリン耐性遺伝子を持つことを利用して、得られた大
腸菌群をアンピシリンおよびイソプロピル−β−D−チ
オガラクトピラノシド(IPTG)含有培地で培養し、
該培地で生育する菌を選択する。さらに、これらの菌体
に対して、長鎖アルデヒド(例えば、n−デカナール)
を作用させて発光を示す菌体を選択する。このようにし
て得られた形質転換微生物は、ビブリオ・ハーベイ由来
のルシフェラーゼ遺伝子が組み込まれた組み換え体プラ
スミドを有する。本発明者らは、上記形質転換大腸菌群
の中からルシフェラーゼ活性の最も高い大腸菌群を選び
出し、これをJM109(pLUX1801)と命名
し、また該大腸菌が有するルシフェラーゼ活性を発現し
得るプラスミドをpLUX1801と命名した。For example, as a plasmid vector, the above p
In the example of using UC18, utilizing the fact that the pUC18 has an ampicillin resistance gene, the obtained coliform group was cultured in an ampicillin and isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) -containing medium,
Bacteria that grow in the medium are selected. Furthermore, long-chain aldehydes (eg, n-decanal) against these bacterial cells
To select the bacterial cells that emit light. The transformed microorganism thus obtained has a recombinant plasmid having a luciferase gene derived from Vibrio harveyi incorporated therein. The inventors of the present invention selected the Escherichia coli group having the highest luciferase activity from the transformed Escherichia coli group and named it JM109 (pLUX1801). The plasmid capable of expressing the luciferase activity possessed by the E. coli was named pLUX1801. did.
【0030】形質転換微生物JM109(pLUX18
01)から再び組換えプラスミドpLUX1801を単
離し、該プラスミドに挿入されているルシフェラーゼ遺
伝子を含むDNA断片をサブクローン化することによ
り、さらにルシフェラーゼ活性の高い形質転換微生物、
および該ルシフェラーゼ活性を発現し得る組換えプラス
ミドが得られる。Transforming microorganism JM109 (pLUX18
01) from the recombinant plasmid pLUX1801 again, and subcloning the DNA fragment containing the luciferase gene inserted in the plasmid to obtain a transformed microorganism having a higher luciferase activity,
And a recombinant plasmid capable of expressing the luciferase activity is obtained.
【0031】例えば上記JM109(pLUX180
1)を大量培養し、菌体をアルカリ処理してプラスミド
を単離し、種々の制限酵素を単独でもしくは2以上を組
み合わせて用いて、上記プラスミドを切断することによ
り、次のDNA断片が得られた。For example, the above JM109 (pLUX180
1) is cultivated in a large amount, the cells are treated with alkali, the plasmid is isolated, and the above-mentioned plasmid is cleaved using various restriction enzymes alone or in combination of two or more to obtain the following DNA fragment. It was
【0032】(1) 4.0kbpのHind III D
NA断片 (2) 3.7kbpのSal I−Hind III D
NA断片 (3) 3.0kbpのHind III −Pst I D
NA断片、および (4) 1.5kbpのHind III −EcoRI D
NA断片。(1) Hind III D of 4.0 kbp
NA fragment (2) Sal I- Hind III D of 3.7 kbp
NA fragment (3) 3.0 kbp Hind III- Pst ID
NA fragment, and (4) 1.5 kbp HindIII- Eco RI D
NA fragment.
【0033】これらのDNA断片を再び上記方法に準じ
てpUC18プラスミドベクターに組み込み、それぞれ
のDNA断片に対応する組み換えプラスミド(1) pLU
X1802、(2) pLUX1803、(3) pLUX18
04および(4) pLUX1805を得た。これらの組換
えプラスミドにより、それぞれ、大腸菌JM109株を
形質転換し、そのルシフェラーゼ活性を調べたところ、
pLUX1802を有する形質転換大腸菌(JM109
(pLUX1802)と命名)、およびpLUX180
3を有する形質転換大腸菌(JM109(pLUX18
03)と命名)にルシフェラーゼ活性が認められた。These DNA fragments were again incorporated into the pUC18 plasmid vector according to the above method, and the recombinant plasmid (1) pLU corresponding to each DNA fragment was constructed.
X1802, (2) pLUX1803, (3) pLUX18
04 and (4) pLUX1805 were obtained. Escherichia coli JM109 strain was transformed with each of these recombinant plasmids, and its luciferase activity was examined.
Transformed E. coli harboring pLUX1802 (JM109
(Named pLUX1802), and pLUX180
Transformed E. coli (JM109 (pLUX18
The luciferase activity was confirmed in (03).
【0034】図2に組換えプラスミドpLUX180
1、pLUX1802、pLUX1803、pLUX1
804およびpLUX1805の制限酵素切断地図を示
し、図3にpLUX1802の模式図を示す。図2から
ルシフェラーゼ遺伝子は3.7kbpのSalI−Hi
nd III DNA断片および4.0kbpのHind
III DNA断片内に存在すことが確認された。FIG. 2 shows the recombinant plasmid pLUX180.
1, pLUX1802, pLUX1803, pLUX1
A restriction enzyme digestion map of 804 and pLUX1805 is shown, and a schematic diagram of pLUX1802 is shown in FIG. From FIG. 2, the luciferase gene was 3.7 kbp SalI- Hi.
nd III DNA fragment and 4.0 kbp Hind
It was confirmed that it was present in the III DNA fragment.
【0035】次に、本発明者らによるホロルシフェラー
ゼの分離・精製法について説明する。 菌体内ではルシ
フェラーゼはフラビンモノヌクレオチドと鉄イオンと結
合してホロ酵素の状態となっているので、これを上記発
光細菌から分離・精製する場合も、上記形質転換体から
分離・精製する場合も、該ホロ酵素中のフラビンモノヌ
クレオチドおよび鉄イオンがルシフェラーゼからはずれ
ない方法を用いて、該ホロルシフェラーゼの分離・精製
を行う必要がある。Next, the method for separating and purifying hololuciferase by the present inventors will be described. Since luciferase is in the state of a holoenzyme by binding flavin mononucleotide and iron ion in the bacterial cell, it is either isolated or purified from the luminescent bacterium or isolated or purified from the transformant. It is necessary to separate and purify the hololuciferase using a method in which the flavin mononucleotide and iron ion in the holoenzyme do not deviate from the luciferase.
【0036】菌体の培養 発光細菌を、例えばハスティングらの前記方法(Method
s in Enzymologyvol. LVII ,153(1978) により培養
し、菌体内にホロルシフェラーゼを蓄積させる。 ある
いは、上記形式転換体JM109(pLUX1802)
を、例えば特開平2−2363号に示す方法により培養
する。培地としては、例えば、E.Coli JM109株の
培養に用いられるLB培地(1%トリプトン、0.5%
酵母エキス、0.5%NaCl)等が挙げられる。培養
温度は、例えば30〜40℃、好ましくは37℃程度
で、培養時間は、例えば2〜16時間、好ましくは8時
間程度である。該培地にイソプロピル−β−D−チオガ
ラクトピラノシド(IPTG)(ナカライテスク社製)
を添加することにより、ベクターpUC18のlacプ
ロモーターが誘導され、ホロルシフェラーゼの生産が行
われる。 Culture of microbial cells The luminescent bacteria can be cultured by, for example, the method of Hasting et al.
s in Enzymology vol. LVII, 153 (1978) for culturing to accumulate hololuciferase in the cells. Alternatively, the above format converter JM109 (pLUX1802)
Are cultured, for example, by the method described in JP-A-2-2363. Examples of the medium include LB medium (1% tryptone, 0.5%, which is used for culturing E. Coli JM109 strain).
Yeast extract, 0.5% NaCl) and the like. The culturing temperature is, for example, 30 to 40 ° C., preferably about 37 ° C., and the culturing time is, for example, 2 to 16 hours, preferably about 8 hours. Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) (manufactured by Nacalai Tesque) was added to the medium.
Is added to induce the lac promoter of the vector pUC18, and hololuciferase is produced.
【0037】ホロ酵素の抽出および精製 培養した菌体を、遠心分離等により集菌し、集菌した菌
体を破砕する。破砕方法としては、菌体に例えば細胞磨
砕用酸化アルミニウムを加えて、菌体を乳鉢で磨砕する
方法、あるいは緩衝液中、浸透圧ショックによる方法、
あるいは、酵素リゾチームや界面活性剤等を用いた菌体
破砕法が挙げられる。 Extraction and purification of holoenzyme The cultured cells are collected by centrifugation or the like, and the collected cells are crushed. As the crushing method, for example, aluminum oxide for cell grinding is added to the cells, a method of grinding the cells in a mortar, or a method in a buffer solution by osmotic shock,
Alternatively, a cell disruption method using the enzyme lysozyme, a surfactant and the like can be mentioned.
【0038】得られた抽出液から、該ホロルシフェラー
ゼ中の該特異吸収物質およびフラビンモノヌクレオチド
がルシフェラーゼからはずれない方法を用いて、該ホロ
ルシフェラーゼを精製する方法としては、例えば、次の
(i)(ii)(iii)の方法が単独または2以上の組合せで行な
われる。A method for purifying the hololuciferase from the obtained extract using a method in which the specific absorbing substance and the flavin mononucleotide in the hololuciferase do not deviate from the luciferase is, for example,
The methods (i), (ii), and (iii) are performed alone or in combination of two or more.
【0039】(i) 第一の方法として、鉄イオンを含む塩
類で処理したイオン交換カラムによるクロマトグラフィ
ーが行われる。ここで、「鉄イオンを含む塩類」は、該
イオン交換カラムの洗浄あるいは溶出緩衝液中で鉄イオ
ンを生じるものであれば特に限定されないが、好適な例
としクエン酸鉄アンモニウム等が挙げられる。(I) As a first method, chromatography is carried out using an ion exchange column treated with salts containing iron ions. Here, the “salts containing iron ions” are not particularly limited as long as they generate iron ions in the washing or elution buffer of the ion exchange column, and suitable examples include ammonium iron citrate and the like.
【0040】ここで、「鉄イオンを含む塩類で処理す
る」とは、例えば、カラムゲルをカラム充填前に、上記
「鉄イオンを含む塩類」を含有する緩衝液中で攪拌する
こと、あるいは、例えば、カラム充填後に上記「鉄イオ
ンを含む塩類」を含有する緩衝液を一定量溶出させるこ
と等によって、カラムのゲル粒子の表面を鉄イオンに接
触させる操作を含む処理を言う。As used herein, "treating with a salt containing iron ions" means, for example, stirring the column gel in a buffer solution containing "the salts containing iron ions" before packing the column gel, or, for example, , A treatment including an operation of contacting the surface of gel particles in a column with iron ions by, for example, eluting a certain amount of a buffer solution containing the “salts containing iron ions” after column packing.
【0041】イオン交換クロマトグラフィーとしては、
例えば、DEAE(ジエチルアミノエチル)−セルロフ
ァイン等の弱陰イオン交換クロマトグラフィーが好適に
用いられる。As the ion exchange chromatography,
For example, weak anion exchange chromatography such as DEAE (diethylaminoethyl) -cellulofine is preferably used.
【0042】(ii) 該ホロルシフェラーゼの精製法の好
適な他の例としては、例えばNAD(P)Hの存在下ク
ロマトグラフィーを行う方法が挙げられる。(Ii) Another preferable example of the purification method of the hololuciferase is a method of performing chromatography in the presence of NAD (P) H.
【0043】ここで、「NAD(P)Hの存在下」と
は、例えば、 クロマトグラフィーのカラムをNADHあるいはN
ADPHを含有した緩衝液で平衡化する、 カラムにアプライする前の粗酵素液にNADHある
いはNADPHを混合しておき、ついで該混合液をカラ
ムにアプライする、 カラムの展開液(溶離液)中にNADHあるいはN
ADPHを加えて、その展開液を用いて該ホロルシフェ
ラーゼを溶離する、 の上記のいずれか1つあるいは複数の操作を含む
処理を言う。Here, "in the presence of NAD (P) H" means, for example, that a chromatography column is NADH or NDH.
Equilibrate with a buffer containing ADPH, mix NADH or NADPH with the crude enzyme solution before applying to the column, and then apply the mixture to the column, in the developing solution (eluent) of the column NADH or N
ADPH is added and the developing solution is used to elute the hololuciferase. A treatment including any one or more of the above operations.
【0044】NADHあるいはNADPHが存在する
と、該ホロルシフェラーゼは、NADHあるいはNAD
PHを酸化型に変えることにより、自らの補因子である
FMNをFMNH2 に還元する。FMNは、還元されて
FMNH2 になると、ルシフェラーゼとの結合がより強
固になるので、フラビンモノヌクレオチドおよび該特異
吸収物質がルシフェラーゼからはずれないで、該ホロル
シフェラーゼが精製せられる。 上記クロマトグラフィ
ーとして、例えば、上記DEAE・セルロファイン等の
弱陰イオン交換クロマトグラフィーが好適に用いられ
る。In the presence of NADH or NADPH, the hololuciferase reacts with NADH or NAD.
By converting PH into an oxidized form, FMN, which is its cofactor, is reduced to FMNH 2 . When FMN is reduced to FMNH 2 , the binding with luciferase becomes stronger, so that the flavin mononucleotide and the specific absorbing substance are not separated from the luciferase, and the hololuciferase can be purified. As the chromatography, for example, weak anion exchange chromatography such as DEAE / Cellulofine described above is preferably used.
【0045】(iii) 該ホロルシフェラーゼの好ましい他
のもう1つの精製法の例として、ゲル濾過法が挙げられ
る。ゲル濾過法としては、例えば、セファデックス−G
75カラムを用いる方法が好適に行われる。(Iii) Another preferred example of another purification method for the hololuciferase is gel filtration. Examples of gel filtration methods include Sephadex-G.
A method using 75 columns is preferably performed.
【0046】ここで、該ルシフェラーゼとフラビンモノ
ヌクレオチドと該特異吸収物質の三者が結合したホロ酵
素は、その結合力が強いため、セファデックスG75に
よるゲル濾過では、フラビンモノヌクレオチドと該特異
吸収物質はルシフェラーゼからはずれない。Here, since the holoenzyme in which the luciferase, the flavin mononucleotide, and the specific absorption substance are bound to each other has a strong binding force, the flavin mononucleotide and the specific absorption substance are separated by gel filtration using Sephadex G75. Does not deviate from luciferase.
【0047】一方、ルシフェラーゼにフラビンモノヌク
レオチドのみが結合したものは、上記反応(c)を司る
ことができないが、これは、結合力が強くないため、セ
ファデックスG75によりルシフェラーゼとフラビンモ
ノヌクレオチドが分離してしまう。従って、セファデッ
クスG75によって、該ルシフェニーゼとフラビンモノ
ヌクレオチドと該特異吸収物質の三者が結合したホロ酵
素のみを精製することができる。On the other hand, the one in which only flavin mononucleotide is bound to luciferase cannot control the above reaction (c), but this is because the binding force is not strong, so that luciferase and flavin mononucleotide are separated by Sephadex G75. Resulting in. Therefore, with Sephadex G75, it is possible to purify only the holoenzyme to which the three members of the luciferase, the flavin mononucleotide and the specific absorbing substance are bound.
【0048】上記方法(i) 鉄イオンを含む塩類で処理
したイオン交換カラムによるクロマトグラフィーおよび
方法(iii) ゲル濾過の2つの方法の組合せにより精製さ
れたホロルシフェラーゼは、下記(1)(2)(3) の確認によ
り、該ルシフェラーゼが確かにフラビンモノヌクレチド
および該特異吸収物質と結合してホロ酵素の状態になっ
ていることが明らかになった。The above method (i) chromatography by an ion exchange column treated with salts containing iron ions and method (iii) gel purification of the hololuciferase purified by a combination of the two methods described below (1) (2) From the confirmation in (3), it was revealed that the luciferase was indeed bound to flavin mononucleotide and the specific absorption substance to be in the state of holoenzyme.
【0049】(1) SDS−PAGEにおいて、ルシフ
ェラーゼのαおよびβサブユニットに対応する2本のバ
ンドのみが確認された、(2) 可視部の吸収スペクトル
において、フラビンモノヌクレオチドおよび該特異吸収
物質に対応するピークが確認された、(3) 誘導結合プ
ラズマ(ICP)発光分析法により、該ホロルシフェラ
ーゼを構成していると思われる鉄イオンが確認された。(1) In SDS-PAGE, only two bands corresponding to the α and β subunits of luciferase were confirmed. (2) In the absorption spectrum of the visible region, flavin mononucleotide and the specific absorbing substance were detected. (3) Inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry, in which the corresponding peak was confirmed, confirmed the iron ions that are considered to constitute the hololuciferase.
【0050】該ホロルシフェラーゼにNADHおよびア
ルデヒドを加えたところ、発光反応が確認された。ま
た、NADHの代わりにNADPHを加えた場合にも発
光反応は確認されたが、この場合、光量はNADHの場
合より弱かった。このことにより、該ホロルシフェラー
ゼは、NADHあるいはNADPHを酸化することによ
るFMNの還元反応(上記反応(c))を触媒すること
が明らかとなった。従って、該ホロルシフェラーゼのみ
を用いて、上記反応(c)(d)によるNADHおよびNAD
PHの定量が行えることが判明した。When NADH and aldehyde were added to the hololuciferase, a luminescence reaction was confirmed. A luminescence reaction was also confirmed when NADPH was added instead of NADH, but in this case, the amount of light was weaker than in the case of NADH. From this, it was revealed that the hololuciferase catalyzes the reduction reaction of FMN (the above reaction (c)) by oxidizing NADH or NADPH. Therefore, using only the hololuciferase, NADH and NAD according to the above reaction (c) (d)
It was found that PH can be quantified.
【0051】ホロルシフェラーゼによるNADHおよび
NADPHの定量 本発明のホロルシフェラーゼは、例えば、上記(i) 鉄イ
オンを含む塩類で処理したイオン交換カラムによるクロ
マトグラフィーおよび(iii) ゲル濾過の2つの方法の組
合せにより純品として得られ、これを用いることによ
り、下記の方法によりNADHおよびNADPHを簡便
に感度良く測定することができる。 NADH by hololuciferase and
Quantification of NADPH The hololuciferase of the present invention is obtained as a pure product, for example, by a combination of two methods (i) chromatography on an ion exchange column treated with salts containing iron ions and (iii) gel filtration. By using, it is possible to easily and sensitively measure NADH and NADPH by the following method.
【0052】NADHおよびNADPHの定量は、 (1) 本発明のホロルシフェラーゼ (2) アルデヒド (3) 被試験サンプル を混合し、発生する光を測定することにより行われる。The quantification of NADH and NADPH is carried out by mixing (1) the hololuciferase (2) aldehyde (3) test sample of the present invention and measuring the light generated.
【0053】ここで、アルデヒドとしては、好ましくは
炭素数8以上の直鎖飽和脂肪族アルデヒドであり、その
好適な例としてn−デカナール、n−テトラデカナール
が挙げられる。Here, the aldehyde is preferably a linear saturated aliphatic aldehyde having 8 or more carbon atoms, and preferable examples thereof include n-decanal and n-tetradecanal.
【0054】また、「光を測定する」とは、例えば、酵
素反応開始直後の発光強度のピーク値を測定すること、
あるいは、発光量を単位時間積算した値を測定すること
等が挙げられるが、その他、通常の発光測定に用いる方
法も用いることができる。The term "measuring light" means, for example, measuring the peak value of the luminescence intensity immediately after the start of the enzyme reaction,
Alternatively, it is possible to use a method in which a value obtained by integrating the amount of emitted light over a unit time is measured, but in addition to this, a method used for ordinary light emission measurement can be used.
【0055】また、NADHおよびNADPHの定量
は、該ホロ酵素の上記完全精製品を用いなくても、精製
途中の中間精製品を用いることによって感度良く行うこ
とができる。Further, the quantification of NADH and NADPH can be carried out with high sensitivity by using an intermediate purified product in the course of purification, without using the above-mentioned completely purified product of the holoenzyme.
【0056】上記中間精製品として、例えば、下記のも
のが用いられる。The following intermediate products are used, for example.
【0057】(1) 上記ホロルシフェラーゼを生産する細
胞を破砕して得られる菌体抽出液、(2) 上記菌体抽出液
に透析、硫安沈殿および限外濾過のうち少なくとも1つ
の処理を行ったもの、(3) 上記菌体抽出液に上記(i)
(ii)(iii)の精製法のうち少なくとも1つの処理を行っ
たもの。(1) Cell extract obtained by crushing the above-mentioned cells producing holorluciferase, (2) The cell extract was subjected to at least one treatment of dialysis, ammonium sulfate precipitation and ultrafiltration. (3) The above (i) in the cell extract
(ii) A product which has been subjected to at least one of the purification methods of (iii).
【0058】該ホロルシフェラーゼは、NADHやNA
DPHの分析に用いられるだけでなく、NADHやNA
DPHを生成する酵素系と該ホロルシフェラーゼ系とを
共役反応により組合せれば、これらの酵素の基質濃度や
酵素活性を高感度に測定することができる。ここで、上
記NADHやNADPHを生成する酵素系は、これが1
つの酵素反応よりなる場合も、複数の酵素反応よりなる
場合も、該ホロルシフェラーゼ系と共役させることがで
きる。The hololuciferase is NADH or NA.
Not only used for DPH analysis, but also NADH and NA
By combining the enzyme system that produces DPH and the hololuciferase system by a coupling reaction, the substrate concentration and enzyme activity of these enzymes can be measured with high sensitivity. Here, the enzyme system that produces NADH or NADPH
Whether it consists of one enzyme reaction or a plurality of enzyme reactions, it can be coupled to the hololuciferase system.
【0059】その際も、従来必要であったNADH:F
MNオキシドレダクターゼおよびNADPH:FMNオ
キシドレダクターゼのいずれをも使用しないで分析を行
えるため、簡便で安価な測定が実現できる。At this time, NADH: F, which was necessary in the past, was also used.
Since the analysis can be performed without using either MN oxidoreductase or NADPH: FMN oxidoreductase, simple and inexpensive measurement can be realized.
【0060】例えば、臨床検査用等の生体試料の脱水素
酵素およびその基質の分析は好適な例である。脱水素酵
素としては例えば以下のものが挙げられるが、脱水素酵
素はこれらに限定されるものではない。For example, analysis of a dehydrogenase and its substrate of a biological sample for clinical examination is a preferable example. Examples of the dehydrogenase include the following, but the dehydrogenase is not limited to these.
【0061】イソクエン酸脱水素酵素、乳酸脱水素酵
素、グルコース−6−リン酸脱水素酵素、リンゴ酸脱水
素酵素、グリセロリン酸脱水素酵素、3−ヒドロキシ酪
酸脱水素酵素、α−ケトグルタル酸脱水素酵素、アルコ
ール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、l−グルタミ
ン酸脱水素酵素、l−アラニン脱水素酵素、3α−ヒド
ロキシステロイド脱水素酵素。Isocitrate dehydrogenase, lactate dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, malate dehydrogenase, glycerophosphate dehydrogenase, 3-hydroxybutyrate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase Enzyme, alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, l-glutamate dehydrogenase, l-alanine dehydrogenase, 3α-hydroxysteroid dehydrogenase.
【0062】上記共役反応を応用することにより、例え
ば、組織や細胞内において、上記共役反応系により生成
する光を高感度フィルム上に画像化させることにより、
上記酵素や基質の分布を検出することができる。By applying the above-mentioned conjugation reaction, for example, by imaging the light generated by the above-mentioned conjugation reaction system in a tissue or cell on a high-sensitivity film,
The distribution of the above enzyme or substrate can be detected.
【0063】また、該ホロルシフェラーゼや上記共役反
応の酵素を担体に固定化してフローインジェクションに
より微量成分を定量することもできる。It is also possible to quantify the trace components by flow injection with the hololuciferase or the enzyme for the above coupling reaction immobilized on a carrier.
【0064】該ホロルシフェラーゼは、また、標識物質
として利用できる。The hololuciferase can also be used as a labeling substance.
【0065】例えば、抗原や抗体に該ホロルシフェラー
ゼを標識し、発光を検出することにより、高感度なEI
A(enzyme immunoassay)やELISA(enzyme-Iinke
dimmunosorbent assay )が実現できる。For example, by labeling the antigen or antibody with the hololuciferase and detecting the luminescence, a highly sensitive EI can be obtained.
A (enzyme immunoassay) and ELISA (enzyme-Iinke
dimmunosorbent assay) can be realized.
【0066】また、DNAプローブに必要に応じて適当
なリンカーを介して該ホロルシフェラーゼを標識し、発
光量を測定することにより特異的塩基配列を検出するこ
ともできる。It is also possible to detect the specific base sequence by labeling the hololuciferase with a DNA probe via a suitable linker as necessary and measuring the amount of luminescence.
【0067】[0067]
【実施例】参考例 組換え体プラスミドおよび形質転換微生物の調製 ビブリオ ハーベイATCC14126株を、2%Na
Clを含有するLB培地(バクトトリプトン1g、酵母
エキス0.5g、NaCl 2g/100ml)100
mlで28℃にて8時間培養した後、8,000rpm で
10分間遠心分離を行った。得られた菌体沈殿物をED
TAを含有する生理食塩水(NaCl0.88g、ED
TA・Na2 1.86g/100ml、pH8.0)
10mlに懸濁して洗浄し、8,000rpm で10分間
遠心分離を行った。次いで、沈殿物を上記のEDTAを
含有する生理食塩水5mlに懸濁し、リゾチームを最終
濃度が2mg/mlとなるように添加し、37℃で20
分間振盪しながらインキュベーションを行った。さら
に、この溶液に10%SDSを0.6ml添加し、60
℃で10分間インキュベーションした。その後、等量の
フェノール溶液(フェノール:クロロホルム:イソアミ
ルアルコール=25:24:1)を添加して穏やかに攪
拌し、次いで遠心分離を行ってその上清(DNAを含有
する水層)を得た。この上清について、上記のフェノー
ル溶液による抽出操作をさらに2回繰り返した。[Examples] Reference example Preparation of recombinant plasmid and transformed microorganism Vibrio harvey ATCC14126 strain was treated with 2% Na
LB medium containing Cl (1 g of bactotryptone, 0.5 g of yeast extract, 2 g of NaCl / 100 ml) 100
After culturing in ml at 28 ° C. for 8 hours, centrifugation was performed at 8,000 rpm for 10 minutes. The obtained bacterial cell precipitate is ED
Saline containing TA (NaCl 0.88 g, ED
TA ・ Na 2 1.86 g / 100 ml, pH 8.0)
It was suspended in 10 ml, washed, and centrifuged at 8,000 rpm for 10 minutes. Then, the precipitate was suspended in 5 ml of the above-mentioned physiological saline containing EDTA, lysozyme was added thereto so that the final concentration was 2 mg / ml, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 20 minutes.
Incubation was carried out with shaking for a minute. Furthermore, 0.6 ml of 10% SDS was added to this solution,
Incubated at 0 ° C for 10 minutes. After that, an equal amount of a phenol solution (phenol: chloroform: isoamyl alcohol = 25: 24: 1) was added, gently stirred, and then centrifuged to obtain the supernatant (DNA-containing aqueous layer). .. The extraction operation with the above-mentioned phenol solution was repeated twice more on this supernatant.
【0068】得られた上清に2倍量のエタノールを添加
し、浮遊している染色体DNAをガラス棒を用いて巻き
とり、回収した。この染色体DNAが巻き付いているガ
ラス棒を70%エタノール、80%エタノール、90%
エタノール、100%エタノールに順次浸漬し、DNA
の脱水を行った。これをさらに室温で乾燥させた後、1
mlのTE10−1(10mM Tris−HCl(p
H8.0),1mMEDTA・Na2 )に溶解させた。To the obtained supernatant, twice the amount of ethanol was added, and the floating chromosomal DNA was wound up with a glass rod and collected. The glass rod around which this chromosomal DNA is wrapped is 70% ethanol, 80% ethanol, 90%
Sequentially soak in ethanol and 100% ethanol,
Was dehydrated. After further drying at room temperature, 1
ml TE10-1 (10 mM Tris-HCl (p
It was dissolved in H8.0), 1 mM EDTA.Na 2 ).
【0069】このようにして得られたビブリオ ハーベ
イの染色体DNAを2μg含有する溶液(DNA量はO
D 260nmにおける吸光度より求めた)に、1/1
0量の10×Sau3AI緩衝液(100mM Tri
s−HCl(pH7.5)、70mM MgCl2 、l
M NaCl)および制限酵素Sau3AIを2単位添
加し、37℃で15分間部分消化した。この溶液のうち
DNA200ngに相当する量(上記DNA消化物の1
/10量に相当する量)と、制限酵素で完全消化した大
腸菌プラスミドDNAとを混合した。A solution containing 2 μg of the chromosomal DNA of Vibrio harveyi thus obtained (the amount of DNA is 0
D obtained from the absorbance at 260 nm) is 1/1
0 volume of 10 × Sau 3AI buffer (100 mM Tri
s-HCl (pH 7.5), 70 mM MgCl 2 , l
M NaCl) and the restriction enzyme Sau 3AI (2 units) were added, and the mixture was partially digested at 37 ° C. for 15 minutes. An amount corresponding to 200 ng of DNA in this solution (1 part of the above-mentioned DNA digest
/ 10 amount) and E. coli plasmid DNA completely digested with the restriction enzyme.
【0070】この「制限酵素で完全消化した大腸菌プラ
スミドDNA」とは、大腸菌の多コピープラスミドpU
C18のDNA100ngに、1/10量の10×Ba
mHl緩衝液(100mM Tris−HCl(pH
8.0)、70mM MgCl 2 、1M NaCl、2
0mM 2−メルカプトエタノール、および0.1%ウ
シ血清アルブミン)、2単位の制限酵素BamHlを添
加して、37℃で2時間インキュベーションして完全に
消化したものである。この混合液に、1/10量の10
×T4 リガーゼ緩衝液(660mM Tris−HCl
(pH7.6)、66mM MgCl2 、100mMジ
チオスレイトール、および1mM ATP)、および1
0単位のT4 DNAリガーゼを添加し、10℃で一晩反
応を行って連結させた(図1参照)。This “E. coli plasmid completely digested with restriction enzymes
"Sumid DNA" means the multicopy plasmid pU of E. coli.
100 ng of C18 DNA, 1/10 amount of 10xBa
mHl buffer (100 mM Tris-HCl (pH
8.0), 70 mM MgCl 21M NaCl, 2
0 mM 2-mercaptoethanol, and 0.1% sodium
2 units of restriction enzymeBamWith Hl
And incubate at 37 ° C for 2 hours to completely
It has been digested. Add 1/10 volume of 10 to this mixture.
× TFourLigase buffer (660 mM Tris-HCl
(PH 7.6), 66 mM MgCl2, 100 mM di
Thiothreitol, and 1 mM ATP), and 1
0 unit of TFourAdd DNA ligase and incubate at 10 ℃ overnight.
They were connected to each other (see FIG. 1).
【0071】大腸菌JM109株のコンビテントセル
(宝酒造社製)に上記連結混合物を接触させて、該大腸
菌の形質転換を行った。この菌体を、50μg/mlの
アンピシリンと1mMのIPTGを含有するLB寒天培
地(100mlあたりバクトトリプトン1g、酵母エキ
ス0.5g、NaCl 0.5g、および寒天1.5g
を含む)10枚に塗り、37℃で一晩平板培養してスク
リーニングを行った。この培養で得られた10,000
個のアンピシリン耐性の形質転換コロニーに、n−デカ
ナール(半井化学)を噴霧器を用いて霧状に添加し、発
光を示した(ルシフェラーゼ活性を有する)コロニーを
1株得た。このコロニーを形成する菌株に含有されるル
シフェラーゼ活性を有する組換え体プラスミドをpLU
X1801と命名し、該大腸菌コロニーを大量培養した
後にアルカリ処理を行うことにより、該プラスミドpL
UX1801を単離・精製した。この精製されたプラス
ミドpLUX1801に制限酵素Hind III、Sal
I、PstI、およびEcoRIを種々の組合わせで作
用させて消化し、0.8%アガロースゲルで電気泳動す
ることにより、以下のDNA破片を得た:(1) 4.0k
bpのHind IIIDNA断片、(2) 3.7kbpのS
alI−Hind III DNA断片、(3) 3.0kbp
のHind III−PstI DNA断片、および(4)
1.5kbpのHind III−EcoRI DNA断
片。The above ligation mixture was contacted with a competent cell of Escherichia coli JM109 strain (manufactured by Takara Shuzo) to transform the Escherichia coli. LB agar medium containing 50 μg / ml of ampicillin and 1 mM of IPTG (100 g of bactotryptone, 0.5 g of yeast extract, 0.5 g of NaCl, and 1.5 g of agar per 100 ml).
Was applied to 10 sheets and plated at 37 ° C. overnight for screening. 10,000 obtained in this culture
To each of the ampicillin-resistant transformed colonies, n-decanal (Hanai Kagaku Co., Ltd.) was added in a mist form using a sprayer, and one colony showing luminescence (having luciferase activity) was obtained. The recombinant plasmid having luciferase activity contained in the strain forming this colony was designated as pLU.
X1801 was named, and after a large amount of the E. coli colony was cultured, it was treated with alkali to obtain the plasmid pL.
UX1801 was isolated and purified. This purified plasmid pLUX1801 was added to the restriction enzymes HindIII and Sal.
The following DNA fragments were obtained by digestion with I, Pst I, and Eco RI in various combinations and electrophoresis on 0.8% agarose gel: (1) 4.0 k
Hind III DNA fragment of bp, (2) S of 3.7 kbp
al I- Hind III DNA fragment, (3) 3.0 kbp
Hind III- Pst I DNA fragment of (4)
HindIII- EcoRI DNA fragment of 1.5 kbp.
【0072】(1) 〜(4) それぞれのDNA断片20ng
と、10ngのpUC18DNAを(1) 〜(4) と同じ制
限酵素の組合わせで消化したDNAとを、10単位のT
4DNAリガーゼを用いて結合させ、プラスミドpLU
X1801よりサブクローニングし、プラスミドpLU
X1802、pLUX1803、pLUX1804、お
よびpLUX1805を調製した(図2)。つまり、上
記4種の組換え体プラスミドは、それぞれ、以下のよう
なビブリオ ハーベイ由来のDNA断片を有する:pL
UX1802:4.0kbpのHind III DNA断
片、pLUX1803:3.7KbpのSalI−Hi
nd IIIDNA断片、pLUX1804:3.0kbp
のHind III−PstI DNA断片、およびpLU
X1805:1.5kbpのHind III−EcoRI
DNA断片。これらそれぞれの組換え体プラスミドで
大腸菌JM109株を上記と同様の方法により形質転換
した。この形質転換体をLB寒天培地で培養し、上記n
−デカナールを用いる方法によりルシフェラーゼ活性を
調べた。その結果、組換え体プラスミドpLUX180
2およびpLUX1803を含有する菌体にルシフェラ
ーゼ活性が検出された。(1) to (4) 20 ng of each DNA fragment
And 10 ng of pUC18 DNA digested with the same combination of restriction enzymes as (1) to (4) with 10 units of T
Ligated using 4 DNA ligase and plasmid pLU
Subcloned from X1801 and plasmid pLU
X1802, pLUX1803, pLUX1804, and pLUX1805 were prepared (FIG. 2). That is, each of the above four recombinant plasmids has the following DNA fragment derived from Vibrio harveyi: pL
UX1802: 4.0 kbp HindIII DNA fragment, pLUX1803: 3.7 Kbp Sal I- Hi.
nd III DNA fragment, pLUX1804: 3.0 kbp
Hind III- Pst I DNA fragment and pLU
X1805: Hind III- Eco RI of 1.5 kbp
DNA fragment. Escherichia coli JM109 strain was transformed with each of these recombinant plasmids by the same method as described above. This transformant was cultured on LB agar medium and
-Luciferase activity was investigated by the method using decanal. As a result, the recombinant plasmid pLUX180
Luciferase activity was detected in the cells containing 2 and pLUX1803.
【0073】ルシフェラーゼ活性を発現し得る上記プラ
スミドpLUX1802の、上記pLUX1801から
の調製の詳細は次のとおりである。まず、pLUX18
01のDNA10μgに、1/10量の10×Hind
III緩衝液(100mM Tris−HCl(pH7.
5)、70mM MgCl2 、600mM NaCl)
および制限酵素Hind III を20単位添加して37
℃で2時間完全に消化し、0.8%アガロースゲルで電
気泳動することによって4.0kbpのHind III
DNA断片を得る。Details of the preparation of the above plasmid pLUX1802 capable of expressing luciferase activity from the above pLUX1801 are as follows. First, pLUX18
To 10 μg of 01 DNA, 1/10 amount of 10 × Hind
III buffer (100 mM Tris-HCl (pH 7.
5), 70 mM MgCl 2 , 600 mM NaCl)
And add 20 units of the restriction enzyme Hind III to 37
Completely digested at 0 ° C for 2 hours and electrophoresed on 0.8% agarose gel to give 4.0 kbp of Hind III.
Obtain a DNA fragment.
【0074】この4.0kbpのHind III DNA
断片20ngと、pUC18 DNA10ngを制限酵
素Hind III2単位で消化したDNAとをT4 DNA
リガーゼ10単位を用いて結合し、組換え体プラスミド
pLUX1802を得る。This 4.0 kbp Hind III DNA
20 ng of the fragment and 10 ng of pUC18 DNA digested with 2 units of the restriction enzyme Hind III were used as T 4 DNA.
Ligation with 10 units of ligase yields recombinant plasmid pLUX1802.
【0075】このようにしてプラスミドpLUX180
1から得られた組換え体プラスミドpLUX1802で
大腸菌JM109株を上記と同様の方法により形質転換
した。この形質転換体を50μg/mlアンピシリンを
含有する1.5mlのLB培地で培養し、細胞数が5×
108 個/mlに達したときにIPTGを1mMになる
ように添加した。pLUX1802は、pUC18由来
のラクトースオペロンのプロモーター(Plac)を有
するので、IPTGの添加によりホロルシフェラーゼの
誘導が可能であり、かつホロルシフェラーゼが効率よく
生産され得る。さらに2時間培養を継続することにより
この形質転換体にホロルシフェラーゼを生産させた。こ
の培養物を8000rpmで5分間遠心分離し、得られ
た沈殿物を500μlの上記TE10−1緩衝液(pH
8.0)に懸濁させた。この懸濁液から20μlを採取
し、8000rpmで5分間遠心分離した。得られた沈
殿物を5μlの滅菌水に懸濁し、5μlの2×試料緩衝
液(0.13M Tris−HCl(pH6.8)、4
%SDS、20%グリセロール、10%メルカプトエタ
ノール、および0.002%ブロムフェノールブルー)
を添加し、90℃で3分間熱処理して大腸菌を熱変性さ
せ、菌体内タンパク質のSDS−ポリアクリルアミドゲ
ル電気泳動(SDS−PAGE)を行った。泳動後のゲ
ルを染色し、デンシトメーターにて分析すると、分子量
42,000および37,000にバンドが認められ
た。この2つのバンドは、それぞれビブリオ ハーベイ
由来のルシフェラーゼのサブユニットαおよびβに相当
する。この2つのバンドの吸光度を合計し、他のバンド
の吸光度の合計と比較すると、ルシフェラーゼ(α+β
サブユニット)の発現は菌体内タンパク質の10%以上
であった。この電気泳動図を図4に示す。図4におい
て、1は分子量マーカー;2はプラスミドベクターpU
C18を有する大腸菌JM109株を上記と同様に熱処
理して得た菌体内のタンパク質:そして3は上記組換え
体プラスミドpLUX1802を有する大腸菌JM10
9株の熱処理菌体内タンパク質を示す。Thus the plasmid pLUX180
Escherichia coli JM109 strain was transformed with the recombinant plasmid pLUX1802 obtained from Example 1 by the same method as above. This transformant was cultured in 1.5 ml of LB medium containing 50 μg / ml ampicillin, and the number of cells was 5 ×.
IPTG was added to 1 mM when 10 8 cells / ml was reached. Since pLUX1802 has a pUC18-derived lactose operon promoter (Plac), it is possible to induce hololuciferase by adding IPTG, and hololuciferase can be efficiently produced. This transformant was allowed to produce hololuciferase by continuing the culture for another 2 hours. This culture was centrifuged at 8000 rpm for 5 minutes, and the resulting precipitate was added to 500 μl of the above TE10-1 buffer solution (pH
8.0). 20 μl was taken from this suspension and centrifuged at 8000 rpm for 5 minutes. The obtained precipitate was suspended in 5 μl of sterilized water, and 5 μl of 2 × sample buffer (0.13M Tris-HCl (pH 6.8), 4
% SDS, 20% glycerol, 10% mercaptoethanol, and 0.002% bromphenol blue)
Was added and heat-treated at 90 ° C. for 3 minutes to heat-denature E. coli, and intracellular protein SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) was performed. When the gel after electrophoresis was stained and analyzed by a densitometer, bands were observed at molecular weights of 42,000 and 37,000. These two bands correspond to subunits α and β of luciferase derived from Vibrio harveyi, respectively. When the absorbances of these two bands were summed and compared with the sum of the absorbances of the other bands, luciferase (α + β
The expression of (subunit) was 10% or more of the intracellular protein. This electropherogram is shown in FIG. In FIG. 4, 1 is a molecular weight marker; 2 is a plasmid vector pU.
Intracellular protein obtained by heat treatment of Escherichia coli JM109 strain having C18 in the same manner as above: and 3 is Escherichia coli JM10 having the recombinant plasmid pLUX1802
The heat-treated intracellular protein of 9 strains is shown.
【0076】実施例 形質転換微生物を用いたホロルシフェラーゼの生産およ
び精製 (イ) 形質転換大腸菌の培養 以下に示す方法により、培地A、B、Cをそれぞれ調製
した。 Example Production of hololuciferase using transformed microorganisms and
And purification (a) Culture of transformed Escherichia coli Media A, B, and C were prepared by the following methods.
【0077】培地A(平板用培地) ポリペプトン 16g 酵母エキス 10g 塩化ナトリウム 5g 寒天末 15g 以上を純水に溶解し、1Lとした。120℃、20分間
滅菌を行ったのち、70℃付近で、 アンピシリン 2.5g IPTG 0.238g を加えて平板を作成した。Medium A (medium for plates) Polypeptone 16 g Yeast extract 10 g Sodium chloride 5 g Agar powder 15 g The above was dissolved in pure water to make 1 L. After sterilization at 120 ° C. for 20 minutes, ampicillin 2.5 g IPTG 0.238 g was added at about 70 ° C. to prepare a plate.
【0078】培地B(種菌用液体培地) ポリペプトン 16g 酵母エキス 10g 塩化ナトリウム 5g 乳糖 2.5g リボフラビン 30mg クエン酸鉄アンモニウム 100mg 以上を純水に溶解し、全量を1Lとした。120℃、2
0分間滅菌を行ったのち、液温が室温に戻った時点で、 アンピシリン 0.5g IPTG 0.238mg を加えた。Medium B (Liquid medium for inoculum) Polypeptone 16 g Yeast extract 10 g Sodium chloride 5 g Lactose 2.5 g Riboflavin 30 mg Ammonium iron citrate 100 mg The above was dissolved in pure water to make 1 L in total. 120 ° C, 2
After sterilizing for 0 minutes, when the liquid temperature returned to room temperature, 0.5 g of ampicillin and 0.238 mg of IPTG were added.
【0079】培地C(大量培養培地) ポリペプトン 16g 酵母エキス 10g 塩化ナトリウム 5g 乳糖 4g リボフラビン 30mg クエン酸鉄アンモニウム 100mg 以上を純水に溶解し、全量を1Lとした。120℃、2
0分間滅菌を行ったのち、液温が室温に戻った時点で、 アンピシリン 0.2g を加えた。Medium C (mass culture medium) Polypeptone 16 g Yeast extract 10 g Sodium chloride 5 g Lactose 4 g Riboflavin 30 mg Ammonium iron citrate 100 mg The above was dissolved in pure water to make a total volume of 1 L. 120 ° C, 2
After sterilizing for 0 minutes, when the liquid temperature returned to room temperature, 0.2 g of ampicillin was added.
【0080】種菌の培養 平板上に保存した形質転換大腸菌JM109(pLUX
1802)を1白金耳取り1Lの培地B2本にそれぞれ
接種し、37℃で14時間振盪培養した。Culture of inoculum Transformed Escherichia coli JM109 (pLUX) stored on a plate
1802) was inoculated into each of 2 medium B of 1 L of a platinum loop and cultured at 37 ° C. for 14 hours with shaking.
【0081】大量培養 培地C1.5Lを10本調製し、先に培養した種菌を1
本に付き200mLずつ接種した。これらを37℃で8
時間通気培養し、培養液を16,000Gで5分間遠心
し、集菌した。得られた菌体の湿重量は80〜100g
であった。菌体をただちに冷凍保存した。Large-scale culture 10 cells of 1.5 C of medium were prepared, and 1 inoculum of the previously cultured inoculum was prepared.
200 mL of each book was inoculated. 8 at 37 ° C
The culture was aerated for a period of time, and the culture was centrifuged at 16,000 G for 5 minutes to collect the cells. The wet weight of the obtained bacterial cells is 80 to 100 g.
Met. The cells were immediately frozen and stored.
【0082】(ロ)ホロルシフェラーゼの抽出 冷凍保存菌体50gと細胞磨砕用酸化アルミニウム50
gに50mMリン酸緩衝液(pH7.0)60mLを加
え、乳鉢を用いて菌体をよく磨砕した。得られた懸濁液
を45,200Gで10分間遠心し、上清を得た。沈殿
に再び50mMリン酸緩衝液60mLを加え、これを乳
鉢で磨砕し、遠心により上清を得た。こうして合計5回
抽出操作を行い、計300mLの抽出液を得た。(B) Extraction of hololuciferase 50 g of frozen preserved cells and aluminum oxide 50 for cell grinding
60 g of 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) was added to g, and the cells were well ground using a mortar. The obtained suspension was centrifuged at 45,200 G for 10 minutes to obtain a supernatant. 60 mL of 50 mM phosphate buffer was added again to the precipitate, this was ground in a mortar, and the supernatant was obtained by centrifugation. In this way, the extraction operation was performed 5 times in total to obtain a total of 300 mL of the extract.
【0083】(ハ)ホロルシフェラーゼの精製 イオン交換クロマトグラフィー DEAE−セルロファインA−500の1Lを洗浄し、
ついで50mMリン酸緩衝液(pH7.0)で平衡化し
た後、クエン酸鉄アンモニウム5gを加え、よく攪拌し
た後、350mMリン酸緩衝液(pH7.0)3Lで洗
浄した。さらにこれを50mMリン酸緩衝液(pH7.
0)2Lで洗浄、平衡化し、カラム(径5cm×長さ5
0cm)を作成した。(C) Purification of hololuciferase Ion-exchange chromatography DEAE-Cellulofine A-500 1 L was washed,
Then, after equilibrating with a 50 mM phosphate buffer (pH 7.0), 5 g of ammonium iron citrate was added, and after stirring well, it was washed with 3 L of a 350 mM phosphate buffer (pH 7.0). Furthermore, this was added to 50 mM phosphate buffer (pH 7.
0) Wash and equilibrate with 2 L, and then use a column (diameter 5 cm x length 5
0 cm) was created.
【0084】本カラムに先に調製した菌体抽出液300
mlをアプライした。50mMリン酸緩衝液(pH7.
0)1Lおよび350mMリン酸緩衝液(pH7.0)
1Lからなる非線形グラジエント溶出液で展開、溶出し
た。グラジエント溶出終了後はさらに350mMリン酸
緩衝液による溶出を行った。カラム溶出液各分画(1
7.5mL)の蛋白量を求めるために各分画から10μ
Lを取り、CBB色素液2mLを加えて発色後、595
nmの吸光度を測定した。図5に溶出曲線を示す。分画
番号114〜125をホロルシフェラーゼ分画とし、蛋
白純度をSDS−PAGEを用いて検定したところ、夾
雑蛋白がほとんどないことが確認された。ホロルシフェ
ラーゼ分画を集め、結晶硫酸アンモニウムを加えて、7
5%飽和とし蛋白を沈澱させた。沈澱を遠心で集め、5
0mMリン酸緩衝液(pH7.0)に対して透析の後、
次の精製過程に供した。Bacterial cell extract 300 previously prepared in this column
ml was applied. 50 mM phosphate buffer (pH 7.
0) 1 L and 350 mM phosphate buffer (pH 7.0)
It was developed and eluted with 1 L of non-linear gradient eluate. After completion of the gradient elution, elution was further carried out with a 350 mM phosphate buffer solution. Column eluate fractions (1
7.5 μL) to obtain 10 μl of protein from each fraction
Take L and add 2 mL of CBB dye solution to develop color.
The absorbance at nm was measured. The elution curve is shown in FIG. Fraction Nos. 114 to 125 were used as the hololuciferase fraction, and the protein purity was assayed by SDS-PAGE. As a result, it was confirmed that there were almost no contaminating proteins. Collect the hololuciferase fractions, add crystalline ammonium sulfate,
The protein was precipitated at 5% saturation. The precipitate is collected by centrifugation, 5
After dialysis against 0 mM phosphate buffer (pH 7.0),
It was subjected to the following purification process.
【0085】ゲル濾過 50mMリン酸緩衝液(pH7.0)で平衡化したセフ
ァデックスG−75カラム(径5cm×長さ90cm)
に、上記精製ホロルシフェラーゼ溶液(45mL)をア
プライした。50mMリン酸緩衝液で溶出を行い、各分
画(17.5mL)の蛋白量を求めるために各分画から
10μLを取り、CBB色素液2mLを加えて発色後、
595nmの吸光度を測定した。図6に溶出曲線を示
す。分画番号31〜39のものを精製ホロルシフェラー
ゼ分画として集め、結晶硫酸アンモニウムを加えて75
%飽和とし、沈殿を遠心により集めた。沈殿は50mM
リン酸緩衝液(pH7.0)に対して透析後、不溶物は
遠心で除き、以下の測定に用いた(18mL)。図7に
各分画のSDS−PAGEの結果および図8に精製ホロ
ルシフェラーゼの可視部吸収スペクトルを示す。図8か
ら明らかなように、精製ホロルシフェラーゼは、350
nm、405nm、540nmおよび570nmに特徴
的吸収スペクトルを示す物質を含ことが認められる。Gel filtration Sephadex G-75 column (diameter 5 cm x length 90 cm) equilibrated with 50 mM phosphate buffer (pH 7.0).
The purified hololuciferase solution (45 mL) was applied to the above. Elution was performed with 50 mM phosphate buffer, 10 μL was taken from each fraction to determine the amount of protein in each fraction (17.5 mL), 2 mL of CBB dye solution was added, and after color development,
The absorbance at 595 nm was measured. The elution curve is shown in FIG. Fractions Nos. 31 to 39 were collected as a purified hololuciferase fraction, and crystalline ammonium sulfate was added to add 75
It was made to be% saturated and the precipitate was collected by centrifugation. 50 mM precipitation
After dialysis against a phosphate buffer (pH 7.0), insoluble matter was removed by centrifugation and used for the following measurement (18 mL). FIG. 7 shows the results of SDS-PAGE of each fraction, and FIG. 8 shows the visible absorption spectrum of purified hololuciferase. As is clear from FIG. 8, the purified hololuciferase contained 350
nm, 405 nm, 540 nm and 570 nm are observed to include substances exhibiting characteristic absorption spectra.
【0086】(ニ) ホロルシフェラーゼ中の鉄イオン
の確認 工程(ハ)のゲル濾過の結果得られたホロルシフェラー
ゼ溶液中の鉄イオンを、誘導結合プラズマ(ICP)発
光分析法により確認した。測定条件および測定結果を図
9に示す。これにより、該ホロルシフェラーゼは構成成
分として鉄イオンを含んでいることが確認された。(D) Confirmation of iron ion in hololuciferase The iron ion in the hololuciferase solution obtained as a result of gel filtration in step (c) was confirmed by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry. The measurement conditions and the measurement results are shown in FIG. This confirmed that the hololuciferase contained iron ions as a constituent.
【0087】(ホ) ホロルシフェラーゼの酵素活性の
測定 488μlの50mMリン酸緩衝液(pH=7.0)、
10μlの(ハ)で得られたホロルシフェラーゼ溶液、
2μlの10mg/ml n−テトラデカナールのエタ
ノール溶液、および、3.0×10-7M NADHを含
む50mMリン酸緩衝液(pH=7.0)500μlを
混合し、酵素反応開始直後の発光ピークの高さ(cp
m)をルミノメーター(アロカ社製:バイオルミネッセ
ンスリーダーBLR−102B型)により測定した。(E) Measurement of enzyme activity of hololuciferase 488 μl of 50 mM phosphate buffer (pH = 7.0),
10 μl of the solution of hololuciferase obtained in (c),
2 μl of 10 mg / ml n-tetradecanal in ethanol and 500 μl of 50 mM phosphate buffer (pH = 7.0) containing 3.0 × 10 −7 M NADH were mixed, and luminescence immediately after initiation of enzyme reaction Peak height (cp
m) was measured with a luminometer (Aloka Co., Ltd .: bioluminescence reader BLR-102B type).
【0088】また、上記NADH溶液の代わりに、2.
7×10-6M NADPH、3.0×10-6M NAD
+、および2.7×10-6M NADP+をそれぞれ含
む50mMリン酸緩衝液(pH=7.0)を添加した場
合、およびブランクとして50mMリン酸緩衝液のみを
添加した場合についても、添加直後に生じる発光ピーク
値を、NADHの場合と同様に、それぞれ測定した。Further, instead of the above NADH solution, 2.
7 × 10 -6 M NADPH, 3.0 × 10 -6 M NADP
+ , And the addition of 50 mM phosphate buffer (pH = 7.0) containing 2.7 × 10 −6 M NADP + respectively, and the case where only 50 mM phosphate buffer was added as a blank The emission peak value generated immediately after was measured similarly to the case of NADH.
【0089】これらの測定結果を表1に示す。Table 1 shows the results of these measurements.
【0090】[0090]
【表1】 表1より、該ホロルシフェラーゼは、NADHを補酵素
として、高い酵素活性を示すことがわかる。一方、NA
DPHを補酵素とする反応の場合、NADPHをNAD
Hの約10倍量添加してほぼ同じ発光量が得られたこと
より、NADHほどの特異性はないが、NADPHに対
しても高い酵素活性を示すことがわかる。[Table 1] From Table 1, it can be seen that the hololuciferase exhibits high enzymatic activity with NADH as a coenzyme. On the other hand, NA
In the case of a reaction using DPH as a coenzyme, NADPH is replaced with NAD.
Since approximately 10 times the amount of H was added and almost the same amount of luminescence was obtained, it can be seen that although it is not as specific as NADH, it exhibits high enzyme activity also for NADPH.
【0091】また、NAD+やNADP+を添加した場
合、添加直後の発光量は、ブランク(リン酸緩衝液のみ
の添加)の場合とほとんど変わらなかった。When NAD + or NADP + was added, the amount of luminescence immediately after addition was almost the same as that of the blank (addition of phosphate buffer solution only).
【0092】ところが、NAD+やNADP+の添加の
場合、添加後2〜3分後から発光が始まり、8〜10分
後に発光ピークが観察された(ピーク値は4〜6×10
4 cpmであった)。However, in the case of adding NAD + or NADP + , luminescence started 2 to 3 minutes after the addition and a luminescence peak was observed 8 to 10 minutes later (peak value was 4 to 6 × 10 6).
4 cpm).
【0093】これは、該ホロルシフェラーゼの働きによ
り、アルデヒドの脱水素反応が起こってNADHあるい
はNADPHが生成し、それから反応(c)(d)が起
こり、この時、最初のアルデヒドの脱水素反応が非常に
時間のかかる緩慢な反応であるため、発光もすぐには起
こらないで、数分後に始まるものと思われる。This is because the action of the hololuciferase causes the dehydrogenation reaction of the aldehyde to produce NADH or NADPH, and then the reactions (c) and (d) occur, at which time the first dehydrogenation reaction of the aldehyde occurs. Since it is a slow reaction that takes a very long time, light emission does not occur immediately, and it seems to start in a few minutes.
【0094】従って、NADHやNADPHの測定の場
合、NAD+やNADP+が共存してもその影響を受け
ることなく、これを測定できる。Therefore, in the case of measuring NADH and NADPH, even if NAD + and NADP + coexist, they can be measured without being affected by them.
【0095】応用例 該ホロルシフェラーゼを用いたNADHの定量 488μlの50mMリン酸緩衝液(pH=7.0)
に、実施例2で調製したホロルシフェラーゼを10μ
l、および10mg/mlのn−テトラデカナールのエ
タノール溶液を2μl添加し混合した。 Application Example Quantification of NADH using the hololuciferase 488 μl of 50 mM phosphate buffer (pH = 7.0)
In addition, 10 μl of the hololuciferase prepared in Example 2 was used.
l and 10 mg / ml of n-tetradecanal ethanol solution (2 μl) were added and mixed.
【0096】この溶液をルミノメーター(バイオルミネ
ッセンスリーダーBLR−102型;アロカ社製)に着
装し、これに、既知濃度のNADHを含む50mMリン
酸緩衝液(pH7.0) 500μlをマイクロシリン
ジで添加し、添加直後に生じる発光ピークの高さ(cp
m)を測定した。This solution was attached to a luminometer (Bioluminescence Reader BLR-102 type; manufactured by Aloka Co., Ltd.), and 500 μl of 50 mM phosphate buffer solution (pH 7.0) containing NADH of known concentration was added thereto with a microsyringe. The height of the emission peak generated immediately after addition (cp
m) was measured.
【0097】NADH試料濃度を横軸に、発光ピーク値
を縦軸にとり、両対数グラフに表して図10に示すよう
な検量線を描いた。この検量線から、少なくともNAD
H試料濃度が3.0×10-9〜3.0×10-6Mの範囲
で直線が得られ、相関も良好であった(相関係数γ=
0.998)。The NADH sample concentration was plotted on the abscissa and the emission peak value was plotted on the ordinate, and the calibration curve shown in FIG. 10 was drawn in a logarithmic log graph. From this calibration curve, at least NAD
A straight line was obtained in the H sample concentration range of 3.0 × 10 −9 to 3.0 × 10 −6 M, and the correlation was good (correlation coefficient γ =
0.998).
【0098】また、従来のNADH:FMNオキシドレ
ダクターゼとルシフェラーゼとの共役反応(上記反応
(a)(b))によるNADHの定量(例えば渡辺治夫;蛋白
質核酸酵素,33,2,192〜199(1988))
と比較しても、ほぼ同等の測定感度および測定領域(濃
度範囲)が得られた。In addition, the conventional coupling reaction between NADH: FMN oxidoreductase and luciferase (the above reaction)
Quantification of NADH by (a) (b)) (eg Haruo Watanabe; Protein Nucleic Acid Enzyme, 33, 2, 192-199 (1988))
The measurement sensitivity and the measurement region (concentration range) were almost the same even when compared with.
【0099】[0099]
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、発光
細菌に由来し、かつルシフェニーゼとフラビンモノヌク
レオチドと該特異吸収物質よりなる細菌ホロルシフェラ
ーゼが提供される。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, there is provided a bacterial hololuciferase derived from a luminescent bacterium and comprising luciferinase, flavin mononucleotide and the specific absorbing substance.
【0100】該ホロルシフェラーゼを用いることによ
り、従来用いていたNADH:FMNオキシドレダクタ
ーゼおよびNADPH:FMNオキシドレダクターゼの
いずれもが不要となったので、NADHおよびNADP
Hを従来より簡便かつ安価に測定することができる。By using the hololuciferase, both the NADH: FMN oxidoreductase and the NADPH: FMN oxidoreductase, which have been conventionally used, are no longer necessary. Therefore, NADH and NADP are eliminated.
It is possible to measure H more easily and cheaply than ever before.
【0101】さらにNADHあるいはNADPHを生成
する種々の酵素反応と該ホロルシフェニーゼの触媒する
発光反応とを共役させることによって、種々の微量物質
の分析、特に臨床検査の分野における生体内微量物質の
測定や酵素活性の測定を高感度で行うこともできる。Further, by coupling various enzymatic reactions for producing NADH or NADPH with the luminescent reaction catalyzed by the forloruciferenase, various trace substances can be analyzed, particularly in vivo trace substances in the field of clinical examination. It is also possible to perform measurement and enzyme activity measurement with high sensitivity.
【0102】また、該ホロルシフェニーゼを標識物質と
して利用して、EIA,ELISA,DNAプローブ法
等により微量物質の分析を高感度で行うこともできる。Also, by using the hololucifernase as a labeling substance, a trace substance can be analyzed with high sensitivity by EIA, ELISA, DNA probe method and the like.
【図1】組換え体プラスミドpLUX1801の調製工
程を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing the steps for preparing a recombinant plasmid pLUX1801.
【図2】組換え体プラスミドpLUX1801が有する
細菌ルシフェラーゼをコードするDNA断片を種々の制
限酵素で切断した、欠失DNAが挿入されている組換え
体プラスミドpLUX1802、pLUX1803、p
LUX1804およびpLUX1805の制限酵素切断
地図である。FIG. 2: Recombinant plasmids pLUX1802, pLUX1803, p, in which a DNA fragment encoding a bacterial luciferase contained in the recombinant plasmid pLUX1801 has been cleaved with various restriction enzymes, and a deleted DNA has been inserted.
3 is a restriction enzyme digestion map of LUX1804 and pLUX1805.
【図3】細菌ルシフェラーゼをコードするDNA断片が
挿入されている組換え体プラスミドpLUX1802を
示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a recombinant plasmid pLUX1802 in which a DNA fragment encoding bacterial luciferase has been inserted.
【図4】組換え体プラスミドpLUX1802により形
質転換された大腸菌により生産されたルシフェラーゼの
SDS−PAGEのバンドを示す電気泳動図である。FIG. 4 is an electrophoretogram showing SDS-PAGE bands of luciferase produced by E. coli transformed with recombinant plasmid pLUX1802.
【図5】本発明のホロルシフェラーゼのDEAE−セル
ロファインA−500による精製における溶出曲線図を
示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an elution curve diagram in the purification of the hololuciferase of the present invention with DEAE-Cellulofine A-500.
【図6】本発明のホロルシフェラーゼのセファデックス
G−75による精製における溶出曲線を示すグラフであ
る。FIG. 6 is a graph showing an elution curve in the purification of hololuciferase of the present invention by Sephadex G-75.
【図7】セファデックスG−75における各分画のSD
S−PAGEである。FIG. 7: SD of each fraction in Sephadex G-75
It is S-PAGE.
【図8】精製された該ホロルシフェラーゼの可視部吸収
スペクトルである。FIG. 8 is a visible absorption spectrum of the purified hololuciferase.
【図9】精製された該ホロルシフェラーゼの誘導結合プ
ラズマ発光分析を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing an inductively coupled plasma emission assay of the purified hololuciferase.
【図10】精製された該ホロルシフェラーゼを用いてN
ADH濃度を測定した検量線である。FIG. 10: N was obtained using the purified hololuciferase.
It is a calibration curve which measured ADH concentration.
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 C12R 1:63) Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display area C12R 1:63)
Claims (1)
と、フラビンモノヌクレオチドと、350nm、405
nm、540nmおよび570nmに特徴的吸収スペク
トルを示す物質とよりなる細菌ホロルシフェラーゼ。1. A luciferase derived from a luminescent bacterium, a flavin mononucleotide, 350 nm, 405.
A bacterial hololuciferase consisting of a substance exhibiting a characteristic absorption spectrum at nm, 540 nm and 570 nm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13341592A JPH05317043A (en) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Bacterial hololuciferase |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13341592A JPH05317043A (en) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Bacterial hololuciferase |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05317043A true JPH05317043A (en) | 1993-12-03 |
Family
ID=15104240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13341592A Pending JPH05317043A (en) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Bacterial hololuciferase |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05317043A (en) |
-
1992
- 1992-05-26 JP JP13341592A patent/JPH05317043A/en active Pending
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