JPH09503131A - 蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質を検出するためのインビトロアッセイ法 - Google Patents
蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質を検出するためのインビトロアッセイ法Info
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Abstract
(57)【要約】
蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質としての活性を有する化合物の検出方法であって、インビトロで検出可能な速度における機能性リポーター酵素の合成に適した試薬の混合物を、対照として単独で、および被験化合物の存在下でインキュベートし、対照および被験混合物中に産生された機能性リポーター酵素を検出し、結果を比較することを含む方法。
Description
【発明の詳細な説明】
蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質を
検出するためのインビトロアッセイ法
本発明は、蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質を検出するため
のインビトロアッセイ法、このアッセイ法を新規な抗生物質および除草剤の探査
ならびにそれらの作用様式の判定に使用すること、ならびにそれにより得られる
生物学的に活性な、蛋白質、特に細菌性蛋白質および/またはmRNAの生合成
の阻害物質、ならびに除草剤に関するものである。
インビトロでDNAの転写および翻訳を研究するための非放射化学的方法は、
最初にツベイ(G.Zubay)によりたとえばAnn.Rev.Genet.
,(1973),7,267−287に記載された。この方法の改良法がのちに
コリンズ(J.Collins)によりGene,(1979),6,29−4
2に記載された。
これらの方法はリサーチにおいて研究の目的で用いられた。
蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害は、たとえば抗生物質、ならび
に本出願人が見出したように農薬、特に除草剤の分野で有効に利用される可能性
のある興味深い生物学的作用である。しかし蛋白質の生合成阻害を検出するため
に用いられるスクリーニング法は処理量が低く、放射分析であり、従って有用な
生物学的活性を見出すために必要な大規模な化合物スクリーニングまたはこれら
の領域における手掛かりとなる物質の検出には不適当である。
本発明者らは、蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質の高処理量
スクリーニングのための非放射分析スクリーニング法を開発した。
本発明の1観点によれば、蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質
としての活性を有する化合物の検出方法であって、検出可能な速度による機能性
リポーター酵素のインビトロにおけるDNA依存性合成に適した試薬の混合物を
、対照として単独で、および被験化合物の存在下でインキュベートし、対照およ
び被験混合物中に産生された機能性リポーター酵素を検出し、結果を比較するこ
とを含む方法が提供される。
試験はミクロタイター規模で実施するのが適切である。
蛋白質合成のためのインキュベーション期間、アッセイ時間、温度および試薬
濃度などの条件は、対照試験において高処理量スクリーニングに最も好都合な期
間内に検出可能な量のリポーター酵素が産生されるのを保証するように調整する
ことができる。たとえば蛋白質合成のためのインキュベーション期間は、約2時
間未満、好ましくは約1時間が適切である。
適切なリポーター酵素は、たとえば色素原または蛍光原基質の添加によりアッ
セイしうるものである。これらにはβ−ガラクトシダーゼおよびβ−グルクロニ
ダーゼが含まれるであろう。あるいはホタルルシフェラーゼを用いて発光させる
ことができる。
リポーター酵素の検出様式は、選ばれる個々の酵素に依存するであろう。たと
えば酵素によっては比色または発光アッセイ法を採用しうる。アッセイ用化学薬
品は反応混合物に最初に、および/またはその方法の適切な時点で添加される。
本発明方法に用いるための好ましい反応は、ツベイ(G.Zubay,前掲)
が記載し、さらにコリンズ(J.Collins,前掲)が改良したものに基づ
く。酵素合成に適した試薬混合物は下記の成分を含む:
1)アミノ酸混合物;
2)リポーター酵素をコードするプラスミドDNA;
3)リポーター酵素活性を欠如する原核生物からのS30抽出物;および
4)インビトロでの蛋白質合成に必要な試薬を含む低分子量化合物ミックス;な
らびに
5)マグネシウムイオン。
アミノ酸混合物は、20種類の蛋白質L−アミノ酸の等割合混合物が適切であ
る。しかし混合物中の個々のアミノ酸の濃度は変化させることができる(たとえ
ば阻害物質がいずれかのアミノアシル−tRNAシンセターゼの阻害により作用
する可能性があるか否かを調べるために)。それらの実験においては、個々のア
ミノ酸の濃度を変化させ、特定のアミノ酸の濃度の増大により何らかの解毒作用
があるか否かを観察する。これは、その阻害物質が対応するアミノアシル−tR
NAシンセターゼの競合阻害物質として作用する可能性が最も高いことを示すと
考えることができる。
アミノ酸の濃度は0.01−10mMで変化させるのが適切である。本発明者
らは、ツベイ(G.Zubay,前掲)が記載したものと比較してアミノ酸混合
物の濃度を低下させることが、蛋白質生合成阻害物質、特にアミノアシル−tR
NAシンセターゼの阻害物質を検出するための試験の感度を最大限にするために
好ましいことを見出した。
プラスミドDNAは、lacZ遺伝子を保有する任意の好都合なプラスミドD
NA、たとえばプロメガから市販されているものが適切である。
適切なS30抽出物は、ツベイ(G.Zubay,前掲)が記載したものと同
様であり、市販の抽出物、たとえばプロメガが販売しているものが含まれる。そ
れらの抽出物の調製法を後記に例示する。
低分子量化合物ミックスは、ヌクレオチド、塩類、緩衝剤、溶剤など、生化学
者に自明のものを含有しうる。適切な低分子量化合物ミックスの一例を後記に示
す。
蛋白質合成反応に最適なマグネシウムイオンの量は、大腸菌(E.coli)
またはS30抽出物、および調製される低分子量化合物ミックスの新たなバッチ
それぞれにつき確立し、標準化する必要がある(最初の対照において最大量のβ
−ガラクトシダーゼを産生するのに必要なマグネシウムイオンの量(これを本発
明の好ましい態様に使用する)が確立されると、次いでこの量をすべてのS30
抽出物または低分子量成分ミックスが消費されるまで、その後のすべての阻害物
質試験に使用する)。好都合なマグネシウムイオン源は酢酸マグネシウムである
。実際には最適量は通常は5−30mMの酢酸マグネシウム添加量付近に見出さ
れる(すなわち蛋白質合成反応に添加される濃度)。
好ましい態様においては、本発明は大腸菌抽出物中において転写(RNAポリ
メラーゼ)および翻訳(蛋白質合成)の阻害物質を検出するためのインビトロ比
色法であって、大腸菌抽出物にtRNAおよび生合成に必要な補助因子を供給し
、lacZ遺伝子を保有するプラスミドDNAで混合物をプライミングし、プラ
イミングされた混合物にβ−D−ガラクトシダーゼを合成させ、産生された酵素
の量を定量検出し、そして潜在的阻害物質の存在が対照と比較してβ−D−ガラ
クトシダーゼ活性を低下させたか否かを判定することを含む方法を提供する。
抽出物の調製のために選ばれる大腸菌は、β−D−ガラクトシダーゼを欠如す
るものである(たとえば容易に入手しうるlac欠失株MC1061)。補助因
子には、アミノ酸混合物、および前記のインビトロでの蛋白質合成に必要な基本
的化学物質を含む低分子量化合物ミックスが含まれる。
β−D−ガラクトシダーゼは、色素原基質、たとえばo−ニトロフェニルβ−
D−ガラクトシドの添加により検出および定量するのが適切である。蛋白質合成
の阻害物質は、阻害物質を含有するミクロタイターウェル内で形成された、41
0nmにおいて吸収する黄色の低下を測定することにより検出される。その際、
mRNAまたは蛋白質合成の真の阻害物質と単なるβ−D−ガラクトシダーゼ自
身の阻害物質である分子とを識別するために、β−D−ガラクトシダーゼ(シグ
マ(UK)リミテッドから市販されている)を用いた対照実験が必要である。
細菌性RNAポリメラーゼおよび/または蛋白質生合成の阻害物質には多数の
抗生物質が含まれ、また葉緑体の蛋白質合成機構と細菌のものとが近似するとい
う理由から除草剤も含まれる。従ってこのアッセイ法は、除草剤もしくは抗生物
質として潜在的に有用な化合物をスクリーニングする新規な手段、または抗生物
質もしくは除草剤として有用な化合物を誘導しうる類似体合成のプログラムをそ
れから導くことができるインビトロで有効な手掛かりを与える手段を提供する。
従って本発明の他の観点によれば、潜在的に有用な除草剤である化合物をスク
リーニングする方法であって、インビトロで検出可能な速度における機能性リポ
ーター酵素の合成に適した試薬の混合物を、対照として単独で、および被験化合
物の存在下でインキュベートし、対照および被験混合物中に産生されたリポータ
ー酵素を検出し、結果を比較することを含む方法が提供される。
このアッセイ法は除草剤および/または抗生物質型の作用を指示する方法とし
ても有用である。この試験は未知の型の作用をもつ手掛かり物質が細菌性蛋白質
生合成の阻害物質であるか、そうでないかを指示するであろう。多くの場合この
試験を利用して、作用部位を転写/翻訳における、より特異的な部位へ、さらに
狭めることができるであろう。特に化合物がいずれかのアミノアシル−tRNA
シンセターゼの特異的阻害物質として作用するか否かを診断することができる。
これらに対する阻害物質は、抗生物質および除草剤の両方として使用される特に
有用なもの、たとえば出願中の国際特許出願公開第93/19599号明細書に
記載のものである。たとえばイソロイシル−tRNAシンセターゼの競合阻害物
質は、この試験において観察された阻害を遮断するイソロイシンの特異的な効力
によって容易に同定することができる。
さらに本発明によれば、本発明方法により同定された生物学的に活性な、細菌
性蛋白質および/またはmRNA生合成(機能性蛋白質である遺伝子産物の転写
および翻訳)の阻害物質が提供される。
また本発明はそれらの阻害物質からなるか、またはそれらから誘導される除草
化合物であって、ただし国際特許出願公開第93/19599号明細書に記載の
一般式(I)または(IA)または(IB)のもの「これらの式中のYは補助式
(IC)または(ID)または(IE)の基を表し、R2は基CO−XR3(ここ
でXはOまたはSであり、R3は水素または農薬として許容しうるエステル形成
基である)であるか;またはR2は基−R4(ここでR4は所望により置換された
アリールまたは複素環式基である)であるか;またはR2は基CO−NR5R6(
ここでR5およびR6は同一であるか、または異なり、それぞれ農薬として許容し
うるアミド形成基を表す)である];式(I)、(IA)および(IB)の化合
物の立体異性体、ならびに式(I)、(IA)および(IB)の化合物の塩類(
その際、式中のR2はCOXR3であり、XはOであり、かつR3は水素である)
を除く化合物も包含する。
以下の実施例は本発明方法を説明するものである。
実施例1
下記のものを調製した:
1.低分子量化合物ミックス(一般に入手しうる最高純度の試薬)−
トリス(トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン)をH2Oに溶解し、下記
の試薬を以下に挙げた順序で混合する。
440mM トリス緩衝液
13.7mM DL−ジチオトレイトール
9.50mM アデノシン5′−三リン酸(ウマの筋肉由来の二ナトリ
ウム塩)
5.50mM シチジン5′−三リン酸(トリス塩、タイプVI)
5.50mM グアノシン5′−三リン酸(トリス塩、タイプVI)
5.50mM ウリジン5′−三リン酸(トリス塩、タイプVI)
0.21mM ホスホエノールピルビン酸(モノ(シクロヘキシルアンモ
ニウム)塩)
0.375ml/ml 40%ポリエチレングリコール6000
0.1ml原液/ml フォリン酸(新たに調製した、水中2.7mg/mlの
原液)
2.50mM アデノシン3′−5′−サイクリック一リン酸
62.4μl原液/ml tRNA(大腸菌株WからのタイプXXI、シグマ(U
K)リミテッドから入手、凍結乾燥)。水中17.4
mg/mlの原液として新たに調製
0.28M 酢酸アンモニウム
0.56M 酢酸カリウム
19mM 酢酸カルシウム
この溶液を上記の順序で調製し、最後に5M水酸化カリウムでpH8.2に調整
した。
2.アミノ酸混合物
これは、それぞれ2.5mMの20種類の蛋白質L−アミノ酸の混合物であっ
た。
3.lac−ZプラスミドDNA
β−D−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子を保有するDNA pGem(
プロメガから市販)
4.酢酸マグネシウム
入手しうる最高純度のもの(原液は約0.5M)
5.S30抽出物
これの調製はツベイ(G.Zubay,前掲)が記載したものと同様であり、
後記に詳述する。
6.細菌細胞の増殖
細菌株大腸菌MC1061を富培地(ツベイ(G.Zubay,前掲)が記載し
た
とおりのもの)中で28℃において、作業容量141で作動する発酵槽内におい
て増殖させた。発酵全体を通して試料を取り出し、0.D.550nmを測定した
。
11.5時間後に細胞を採集した。培養温度を20℃に低下させ、最初の6リ
ットルを予め冷却した遠心ポット内へ採集した。残りの培養物をフラスコ内へ採
集し、氷上に保持した。両バッチの遠心をソルバル(Sorvall)GS3
6×500ローター中、5000rpmおよび5℃で20分間実施した。細胞ペ
レットを液体窒素中で瞬時凍結し、秤量し、−80℃に保存した。
7.破壊細胞(S30)抽出物の調製
使用した化学薬品は一般にANALAR(または供給業者の、これに相当する
)品質のものであった。以下の調製全体を通して使用した緩衝液は、14mM酢
酸マグネシウム、60mM酢酸カリウムおよび1mM DL−ジチオトレイトー
ルを含有する10mMトリス−酢酸(pH8.2)である。
上記により調製した20gの大腸菌細胞ペレットを、7mM 2−メルカプト
エタノールをも含有する緩衝液500mlに再懸濁した。細胞懸濁液をソルバル
GSA 6×250ローター中、12000rpmおよび4℃で5分間、遠心分
離した。上清を廃棄し、上記の再懸濁および遠心分離工程を反復した。ペレット
を細胞のg当たり1.25mlの緩衝液に再懸濁した。細胞をフレンチプレッシ
ャーセルに8000psi(5.5×104kPa)で1回導通することにより
溶解した。直ちに抽出物のml当たり0.1μの0.1M DTT(ジチオトレ
イトール)を添加した。抽出物をソルバル8×50ローター中、18000rp
mおよび4℃で30分間、遠心分離した。上清の80%を慎重に採取し、上記の
遠心分離および抽出物採取工程を反復する。
9.2mM酢酸マグネシウム、13.4mMアデノシン5′−三リン酸(ウマ
の筋肉からの二ナトリウム塩)、ホスホエノールピルビン酸(モノ(シクロヘキ
シルアンモニウム)塩)、4.4mM DL−ジチオトレイトール、4.3単位
の新鮮なピルビン酸キナーゼ(EC2.7.1.40、シグマ、タイプIII、
ウサギ筋肉から)、および各0.132mMの20種類の蛋白質L−アミノ酸を
含有する0.29Mトリス緩衝液を調製した。溶液をpH8.2に調整し、次い
で最終上清のml当たり0.3mlが添加されるように上記の上清に添加した。
次いでこれを低速振盪水浴中において37℃で80分間、暗所でインキュベート
する。
上記抽出物の試料約20mlを、4℃の低温緩衝液に対し4時間にわたって4
回交換(各1l)して透析する。生成物はS30抽出物であり、次いでこれを凍
結し、液体窒素中にビーズとして保存する。次いで必要に応じてアリコートを融
解し、使用する。
8.阻害物質
被験化合物1−3および若干の既知抗生物質を最高100ppmの適宜な濃度
で4%DMSO(ジメチルスルホキシド)またはH2Oに溶解した。適宜ブラン
ク溶液を用いた。対照実験は、DMSOがこの溶液中4%(すなわち蛋白質合成
反応に際しては1%)で妨害しないことを示した。
9.基質溶液
0.1M0.1M2−メルカプトエタノールを含有するリン酸(ナトリウム塩
)緩衝液(pH7.3)中における、1.82mM o−ニトロフェニルβ−D
−ガラクトピラノシド
10.炭酸ナトリウム
1.0M炭酸ナトリウム方法
上記の溶液を用いて、下記に従ってアッセイを実施した。蛋白質合成反応
潜在的な阻害物質、アミノ酸混合物、S30抽出物、プラスミドDNA、およ
び低分子量化合物ミックスを、96ウェルミクロタイタープレートのウェル内に
おいて下記の割合で互いに混合した:
10μlの低分子量成分ミックス
2μlのアミノ酸混合物
1.5−3.0μgのlacZプラスミドDNA
17μlのS30抽出物
10μlの阻害物質(または対照においては、阻害物質が溶解しているものに従
って10μlの水、もしくはH2O中における4%DMSO)
酢酸マグネシウム−前記に従って決定した適量蛋白質合成反応
各ウェルをH2Oにより42μl容量に調整した。低分子量化合物ミックスの
最終添加および混合により反応を開始するか、または全成分を氷温度で予備混合
し、そして温度を37℃に高めることにより反応を開始した。混合物を室温で1
時間反応させた。酵素アッセイ
次いで緩衝液中にo−ニトロフェニルβ−D−ガラクトシド200μlを含有
する溶液を添加して、合成される酵素のアッセイを開始した。1−3時間後に1
00μlの炭酸ナトリウム溶液を添加し、ダイナテック(Dynatech)7
000ミクロタイタープレート読み取り装置を用いて410nmにおける吸収を
測定した(570nmを基準として)。結果
結果を表Iに示す。表において:−
i)化合物の濃度は初期の蛋白質合成反応混合物中におけるそれらの最終濃度を
表す。
ii)阻害率%は対照値(阻害物質を含有しないアッセイにおいて得られた吸収)
およびブランク値(プラスミドDNAを含有しないアッセイにおいて得られたバ
ックグラウンド吸収)を参照して計算される。
対照例
対照実験の目的は、見出された阻害物質が実際に蛋白質生合成の阻害物質であ
って、単なるβ−D−ガラクトシダーゼ阻害物質ではないことを検査することで
ある。
潜在的な阻害物質を一般的な試験率20−40ppmで試験した場合、検出さ
れた大部分の“ヒット”は転写または翻訳の阻害物質であると思われる。場合に
より、β−D−ガラクトシダーゼの直接的阻害物質である化合物から見掛けのヒ
ットが生じる。それらの阻害物質は、前記の蛋白質合成反応に用いた初期混合物
の代わりにシグマ(UK)リミテッドから購入したβ−D−ガラクトシダーゼ酵
素(大腸菌からのシグマ等級VI)を用いて試験を行うことによって容易に検出
することができる(希釈酵素の適量は、実験により1時間にわたる410nmに
おける吸収の変化約0.5−1.0を生じるのに必要なものとして容易に決定し
うる)。
実施例2
このアッセイ法は前記のようにそれらの阻害物質の正確な作用様式を判定する
ための診断試験としても利用しうる。この例においては、化合物No.2の阻害
がL−イソロイシンにより逆転することが示され、これはイソロイシル−tRN
Aシンセターゼが阻害部位であることを示す。
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AM,AU,BB,BG,BR,BY,
CA,CN,CZ,EE,FI,GE,HU,JP,K
E,KG,KP,KR,KZ,LK,LR,LT,LV
,MD,MG,MN,MW,NO,NZ,PL,RO,
RU,SD,SI,SK,TJ,TT,UA,US,U
Z,VN
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.蛋白質および/またはmRNAの生合成の阻害物質としての活性を有する 化合物の検出方法であって、検出可能な速度による機能性リポーター酵素のイン ビトロにおける合成に適した試薬の混合物を、対照として単独で、および被験化 合物の存在下でインキュベートし、対照および被験混合物中に産生された機能性 リポーター酵素を検出し、結果を比較することを含む方法。 2.潜在的に有用な除草剤および/または抗生物質である化合物をスクリーニ ングする方法であって、検出可能な速度による機能性リポーター酵素のインビト ロにおける合成に適した試薬の混合物を、対照として単独で、および被験化合物 の存在下でインキュベートし、対照および被験混合物中に産生された機能性リポ ーター酵素を検出し、結果を比較することを含む方法。 3.除草剤および抗生物質の作用様式を判定する方法であって、検出可能な速 度による機能性リポーター酵素のインビトロにおける合成に適した試薬の混合物 を、対照として単独で、および被験化合物の存在下でインキュベートし、対照お よび被験混合物中に産生された機能性リポーター酵素を検出し、結果を比較する ことを含む方法。 4.試薬の混合物が下記の成分: 1)アミノ酸混合物; 2)機能性リポーター酵素をコードするプラスミドDNA; 3)機能性リポーター酵素活性を欠如する原核生物からのS30抽出物;および 4)インビトロでの蛋白質合成に必要な試薬を含む低分子量化合物の混合物;な らびに 5)マグネシウムイオン を含む、請求項1−3のいずれか1項に記載の方法。 5.プラスミドDNAがlacZ遺伝子を保有し、かつS30抽出物がβ−D −ガラクトシダーゼを欠如する大腸菌(E.coli)株からのものである、請 求項4に記載の方法。 6.大腸菌株がlac欠失株MC1061である、請求項5に記載の方法。 7.検出が比色または発光アッセイ法によるものである、請求項1−6のいず れか1項に記載の方法。 8.大腸菌抽出物中において転写(RNAポリメラーゼ)および/または翻訳 、すなわち機能性蛋白質である遺伝子産物の合成、の阻害物質を検出するための インビトロ比色法であって、大腸菌抽出物にtRNAおよび生合成に必要な補助 因子を供給し、lacZ遺伝子を保有するプラスミドDNAで混合物をプライミ ングし、プライミングされた混合物にβ−D−ガラクトシダーゼを合成させ、産 生された酵素の量を定量検出し、そして潜在的阻害物質の存在が対照と比較して β−D−ガラクトシダーゼ活性を低下させたか否かを判定することを含む方法。 9.請求項1−8のいずれか1項に記載の方法により同定された、細菌性蛋白 質および/またはmRNAの生合成(転写および翻訳)の、生物学的に活性な阻 害物質。 10.請求項9に記載の阻害物質からなるか、またはそれから誘導される除草 化合物であって、ただし一般式(I)または(IA)または(IB)の化合物: [これらの式中のYは補助式(IC)または(ID)または(IE)の基を表し : R2は基CO−XR3(ここでXはOまたはSであり、R3は水素または農薬とし て許容しうるエステル形成基である)であるか;またはR2は基−R4(ここでR4 は所望により置換されたアリールまたは複素環式基である)であるか;またはR2 は基CO−NR5R6(ここでR5およびR6は同一であるか、または異なり、それ ぞれ農薬として許容しうるアミド形成基を表す)である];式(I)、(IA)およ び(IB)の化合物の立体異性体、ならびに式(I)、(IA)および(IB)の化合物 の塩類(その際、式中のR2はCOXR3であり、XはOであり、かつR3は水素 である)を除く化合物。
Applications Claiming Priority (3)
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