JPWO2003048360A1 - Novel protein having the property of binding to mammalian rapamycin target protein (mTOR) and gene thereof - Google Patents

Novel protein having the property of binding to mammalian rapamycin target protein (mTOR) and gene thereof Download PDF

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一仁 米澤
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Abstract

哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つ新規タンパク質およびその遺伝子を提供する。本発明に係る遺伝子は、以下の(a)〜(c)のいずれかのタンパク質をコードする遺伝子である。(a)配列表の配列番号2または4に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。(b)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つタンパク質。(c)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質を持つタンパク質。A novel protein having the property of binding to a mammalian rapamycin target protein (mTOR) and a gene thereof are provided. The gene according to the present invention is a gene encoding any one of the following proteins (a) to (c). (A) A protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 in the sequence listing. (B) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and a mammalian rapamycin target protein (mTOR ) A protein that binds to (C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and a TOS motif (mTOR signaling motif) A protein that has the property of binding to the protein it has.

Description

技術分野
本発明は、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mammalian Target of Rapamycin:以下、「mTOR」という)に結合する性質を持つ新規タンパク質およびその遺伝子に関するものである。
背景技術
哺乳動物において、免疫抑制剤として知られる有機化合物ラパマイシンの細胞内標的タンパク質mTORは、約2500のアミノ酸からなる290kDa(分子量29万)のセリン−スレオニン蛋白質リン酸化酵素であり、ATMキナーゼファミリーの一員として知られている。mTORは、mRNAの転写や翻訳・細胞周期の調節・蛋白の分解などに関わっている多様な分子を制御しながら細胞の成長(細胞のサイズ)を調節していると考えられているが、未だその全貌は明らかでない。
近年、上記mTORを介したシグナル伝達系と、細胞増殖因子からのシグナル伝達系との関係が明らかにされつつある。これを図1を参照して簡単に説明すると、まず、細胞増殖因子の1つであるインスリンは、次のような経路によりタンパク質合成に関与していると考えられる。インスリンがインスリンレセプターに結合すると、PI−3キナーゼが活性化される。PI−3キナーゼが活性化されると、順にPDK1、p70S6キナーゼが活性化され、最終的にタンパク質合成が促進される。
一方、上記mTORを介したシグナル伝達系については、ラパマイシンの発見からこれまでの研究の経緯を含め、以下詳しく説明する。
1975年に、南太平洋に浮かぶイスター島の土壌から得られた細菌Streptomyces hygroscopicusより新規の有機化合物が分離され、ラパマイシンと名付けられた。数年後、このラパマイシンに免疫抑制作用があることが発見され、その作用機序の研究が始まった。1990年代にはいって、その作用機序が徐々に明らかとなってきた。以下、その研究成果を列挙する。
1) ラパマイシンは細胞内に存在する12kDaの小さな蛋白質FK−506結合蛋白−12(FKBP−12)と結合し、複合体を形成することが明らかとなった。
2) 出芽酵母を使った研究により、ラパマイシン/FKBP−12複合体の細胞内標的蛋白質が、TOR(Target of Rapamycin)であることが明らかにされた。出芽酵母のTORは2つ存在し、TOR1・TOR2と命名された。どちらも、300kDaからなる巨大蛋白質であり、カルボキシル末端にキナーゼドメインを有していた。
3) このキナーゼドメインは、小脳失調性毛細血管拡張症(ataxia−teleageletasia)の原因遺伝子であるATM遺伝子産物に相同性を有しており、TORは、ATM遺伝子産物ファミリーの一員に分類されている。このファミリー群は細胞周期チェックポイント制御にかかわるキナーゼと考えられている。
4) 続いて、TORの哺乳動物ホモログの遺伝子がクローニングされ、mTOR(mammalian Target of Rapamycin)と命名された。
5) mRNAの翻訳に関わる2つのシグナル伝達分子p70S6キナーゼおよびeIF−4EBPについて、細胞をラパマイシン処理することにより、p70S6キナーゼは完全に不活性化され、eIF−4EBPは脱リン酸化される。mTORが、これらp70S6キナーゼおよびeIF−4EBPの上流のシグナル制御分子であることが証明された(図1参照)。
6) 上記eIF−4EBPとは、eIF−4E結合タンパク質(eukaryotic initiation factor 4E binding protein)のことであり、以下、「eIF4EBP1」または単に「4EBP1」という場合がある。eIF−4EBPは、p70S6キナーゼと同様に、mRNAの翻訳に関わる分子である。殆どの真核生物のmRNAは、7MeGTPグループすなわちCap構造を5’末端に持っている。そのCap構造に結合するタンパク質がeIF−4Eである。Cap構造に結合したeIF−4Eには、スカフォールドタンパク質であるeIF−4Gが結合し、mRNAの翻訳を促進する。上記eIF−4EBPは、eIF−4Gと競合的にeIF−4Eに結合することにより、eIF−4GがCap構造へ結合するのを制御している。
上記eIF−4EBPのeIF−4Eへの結合能力は、eIF−4EBPの複数のリン酸化により抑制される。このリン酸化部位は、全てセリン−プロリンあるいは、スレオニン−プロリンのモチーフをもっている。この部位のリン酸化は、細胞成長因子の添加や細胞環境中のアミノ酸が豊富にあると促進される。このリン酸化は、細胞抽出液より免疫沈降されたmTORによって促進される。よって、このリン酸化は、mTORそのもの、あるいは、mTORに結合した未同定の蛋白質リン酸化酵素によって行われていると考えられる。
このように、上記mTORを介したシグナル伝達系については、1)mTORが哺乳動物において細胞環境中のアミノ酸バランスのセンサーとして働くこと、2)mRNAの翻訳に関わる上記p70S6キナーゼおよび上記eIF−4EBPといった分子群の上流に存在し、そのリン酸化状態を調節することによって各分子の活性を制御していること、3)細胞増殖因子によるこれらmRNAの翻訳に関わる分子群の活性化にとって、mTORからのinputがプライミングシグナルとして必須であること、4)つまり、mTORはp70S6キナーゼやeIF−4EBPのリン酸化状態を調節することによってタンパク質合成を制御し、細胞の成長(細胞のサイズ)を調節していること、などが分かってきた。
以上のように、mTOR、およびmTORを介したシグナル伝達系は、タンパク質合成・mRNAの転写や翻訳・細胞周期の調節・タンパク質の分解・細胞の成長(細胞のサイズ)の調節、といった多岐にわたる生理機能に関与し、ひいては、これらの生理機能に関わる種々の病気にも深く関与していると考えられている。したがって、もし上記mTORと結合するタンパク質の存在が明らかにされれば、このタンパク質は、上記mTORの働きを調節する候補タンパク質として、このような病気の病態解析やその治療薬の開発、治療改善など医療分野・産業分野に重要な貢献をもたらすものと期待される。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つ新規タンパク質およびその遺伝子、さらにその利用方法を提供することにある。
発明の開示
本願発明者は、上記の課題に鑑み、mTORに結合する分子の存在について鋭意検討した。その結果、mTORを免疫沈降する際、界面活性剤を含む緩衝液で洗浄すると、mTOR免疫沈降物によるeIF−4EBPのリン酸化は大きく抑制されることが分かった。このようなリン酸化抑制が起きるのは、mTOR免疫沈降物中に存在するeIF−4EBPをリン酸化するのに重要な因子を、界面活性剤が解離するからである、と本願発明者は考えた。
本願発明者は、質量分析法や5’−RACE法等を用いて更に研究・解析を進めた結果、界面活性剤によってmTORとの結合が阻害される約150kDaの新規タンパク質を精製・同定するとともに、その全長遺伝子配列を決定し、さらに、この新規タンパク質が、mTORと結合し、mTORによるeIF−4EBPのリン酸化に極めて重要な役割を果たす分子であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
第一に、本発明に係る遺伝子は、以下の(a)〜(c)のタンパク質をコードする遺伝子である。
(a)配列表の配列番号2または4に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つタンパク質。
(c)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質を持つタンパク質。
上記(a)のタンパク質は、後述のように、本願発明者が精製・同定し、その全長アミノ酸配列を明らかにした新規タンパク質raptorであり、配列番号2にはヒト由来のアミノ酸配列を、配列番号4にはマウス由来のアミノ酸配列をそれぞれ示す。このraptorは、mTORと結合し、mTORの酵素活性(キナーゼ活性)を調節している分子であり、上記mTORを介したシグナル伝達系において極めて重要な役割を果たす分子と考えられる。それゆえ、本発明に係る遺伝子およびタンパク質は、上記mTORを介したシグナル伝達系ならびにその調節機構を研究解析するための研究材料として有用であるばかりでなく、こうした研究を通じて、当該シグナル伝達系やその調節機構に関わる種々の病気の病態解析やその治療薬の開発、治療改善などに広く有効利用できる可能性がある。
さらに、本願発明者は、(1)上記raptorは、eIF−4EBPだけでなく、p70S6キナーゼとも結合すること、(2)これらmTORの基質タンパク質であるeIF−4EBPおよびp70S6キナーゼには、TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)といわれる5アミノ酸からなる保存された配列が存在しており、そのTOSモチーフがmTORのシグナル伝達に必須であること、(3)eIF−4EBPおよびp70S6キナーゼのraptorへの結合と、mTORによるこれら基質タンパク質のリン酸化とに、上記TOSモチーフが必須であること、を明らかにした。
すなわち、raptorの機能は、mTORおよびその基質タンパク質であるeIF−4EBPおよびp70S6キナーゼと結合し、リン酸化反応の場を提供するスカフォールドタンパク質であると考えられる。
TOSモチーフのTOSは、TOR Signalingの略である。つまり、TOSモチーフとは、TORシグナリングモチーフのことであり、mTORから、下流のp70S6キナーゼやeIF4EBPにシグナルが伝達するのに必須の配列(5アミノ酸からなる配列)である。そしてTOSモチーフは、それら下流の分子上に同定された。すなわち、TOSモチーフは、p70S6キナーゼでは、アミノ末端近くに存在するFDIDL(ヒト)という配列である。また、TOSモチーフは、eIF4EBPでは、カルボキシル末端に存在するFEMDI(ヒト)という配列である。
なお、上記「遺伝子」とは、少なくともゲノムDNA、cDNA、mRNAを含む意味であり、本発明に係る遺伝子としては、▲1▼配列番号1に示される塩基配列のうち、183〜4187番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有するヒト由来のcDNA、▲2▼配列番号3に示される塩基配列のうち、175〜4179番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有するマウス由来のcDNA、▲3▼これらcDNAの塩基配列に対応する塩基配列を有するmRNA、▲4▼配列番号5〜35に示される各塩基配列(各エキソン配列)を有するヒト由来のゲノムDNA、▲5▼配列番号36〜48に連続的に示される一連の塩基配列を有するヒト由来のゲノムDNA、が例として挙げられる。
また、上記「遺伝子」とは、2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖およびアンチセンス鎖といった各1本鎖DNAやRNAを包含する。さらに、上記「遺伝子」は、上記(a)〜(c)のタンパク質をコードする配列以外に、非翻訳領域(UTR)の配列やベクター配列(発現ベクター配列を含む)などの配列を含むものであってもよい。例えば、上記(a)〜(c)のタンパク質をコードする配列をベクター配列につないで本発明の遺伝子を構成し、これを適当な宿主で増幅させることにより、本発明の遺伝子を所望に増幅させることができる。また、本発明の遺伝子の一部配列をプローブに用いてもよい。このようにプローブに用いる場合としては、例えば、本発明の遺伝子の一部配列をチップ上に固定してDNAチップを構成し、当該DNAチップを各種検査・診断用に用いるような場合が挙げられる。
第二に、本発明に係るタンパク質は、上記(a)〜(c)のいずれかのタンパク質、即ち、(a)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質、(b)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つタンパク質、又は(c)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質を持つタンパク質、である。
ここで、上記「タンパク質」は、細胞、組織などから単離精製された状態であってもよいし、タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞に導入して、そのタンパク質を細胞内発現させた状態であってもよい。また、本発明に係るタンパク質は、付加的なポリペプチドを含むものであってもよい。このようなポリペプチドが付加される場合としては、例えば、HAやFLAG等によって本発明のタンパク質がエピトープ標識されるような場合が挙げられる。
また、上記「1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の変異タンパク質作製法により置換、欠失、挿入、及び/又は付加できる程度の数(好ましくは10個以下、より好ましくは7個以下、さらに好ましくは5個以下)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されることを意義する。このように、上記(b)(c)のタンパク質は、換言すれば、上記(a)のタンパク質の変異タンパク質であり、ここにいう「変異」は、主として公知の変異タンパク質作製法により人為的に導入された変異を意味するが、天然に存在する同様の変異タンパク質を単離精製したものであってもよい。
本発明に係るタンパク質は、さらに、下記A)〜D)の性質・特徴によって特定されるものであってもよい。
A)哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合し、当該タンパク質の酵素活性を高める性質を持つ。
B)真核細胞の翻訳開始因子結合タンパク質(eIF−4EBP)に結合する性質を持つ。
C)p70S6キナーゼに結合する性質を持つ。
D)TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質を持つ。
また、本発明に係るタンパク質は、上記(a)〜(c)のタンパク質の変異体であって、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質、当該タンパク質の酵素活性を高める性質、真核細胞の翻訳開始因子結合タンパク質(eIF−4EBP)に結合する性質、p70S6キナーゼに結合する性質、またはTOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質、のいずれかに異常を持つ変異タンパク質であってもよい。このような変異タンパク質は、例えば、野生型タンパク質と構造を比較することにより、その構造の中で活性に必須な領域が明らかになるという、タンパク質の機能解析において有用である。また、本発明に係る遺伝子には、このような変異タンパク質をコードする遺伝子も含まれ、このような遺伝子は、例えば、新たな形質転換体の作出に有用である。
第三に、本発明に係る結合阻害剤は、上記(a)〜(c)のタンパク質と、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)との結合を阻害する結合阻害剤であり、このような結合阻害剤としては、後述のように、NP−40やCHAPS等の界面活性剤のほか、本発明のスクリーニング方法により得られた結合阻害剤が例として挙げられる。このような結合阻害剤も、上記mTORを介したシグナル伝達系ならびにその調節機構を研究解析するための研究材料として有用であるばかりでなく、こうした研究を通じて、当該シグナル伝達系やその調節機構に関わる種々の病気の病態解析やその治療薬の開発、治療改善などに広く有効利用できる可能性がある。
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
発明を実施するための最良の形態
(1)本発明に係るタンパク質raptor、及びその遺伝子の配列、構造等
本願発明者は、前述のように、質量分析法や5’−RACE法等を用いて、mTORに結合する約150kDaの新規タンパク質のアミノ酸配列を決定するとともに、当該タンパク質をコードする遺伝子の全長cDNA配列を決定することに成功し、この新規タンパク質を当初「p150TORAP」と命名した。TORAPとは、TOR−associated proteinの略である。さらに、この新規タンパク質(mTOR結合タンパク質)について機能解析を進めた結果、mTORの活性を調節する作用を有することから、最終的に、この新規タンパク質の名前を「raptor(regulatory associated protein of mTOR)」と命名した。以下では、説明の便宜上、本発明の新規タンパク質を、単に「p150」または「raptor」と表記する。
機能解析の結果、上記タンパク質raptorは、mTORとだけではなく、eIF−4EBPおよびp70S6キナーゼとも結合することが確認された。すなわち、raptorの機能は、mTORおよびその基質タンパク質であるeIF−4EBPおよびp70S6キナーゼと結合し、リン酸化反応の場を提供するスカフォールドタンパク質であると考えられる。
上記タンパク質raptorのアミノ酸配列が、配列番号2および4に示される。配列番号2にはヒト由来のraptorのアミノ酸配列を、配列番号4にはマウス由来のraptorのアミノ酸配列をそれぞれ示す。
また、上記raptorの全長cDNA配列の塩基配列が、配列番号1および3に示される。配列番号1にはヒト由来のraptorのcDNA配列を、配列番号3にはマウス由来のraptorのcDNA配列をそれぞれ示す。
なお、配列番号1の塩基配列中、183〜4187番目の塩基配列が、上記ヒト由来のタンパク質raptorをコードするオープンリーディングフレーム(ORF)領域に相当する。また、配列番号3の塩基配列中、175〜4179番目の塩基配列が、上記マウス由来のタンパク質raptorをコードするオープンリーディングフレーム(ORF)領域に相当する。配列番号1および3に示される各cDNA配列は、このORF領域のほか5’側及び3’側にそれぞれ非翻訳領域(UTR)を含むものであった。
上記ORF領域は、ヒト由来のものもマウス由来のものも4005塩基からなり、この遺伝子より推定されるアミノ酸配列は、1335残基であった。
上記の結果に基づいて、データベース検索をさらに行った。その結果、ショウジョウバエ、線虫、出芽酵母、分裂酵母、シロイヌナズナと、種を超えて上記raptorのホモログが存在することが判明した。図2〜図9は、これらホモログ間の相同性を示すアライメントデータであり、図中、1はヒト、2はショウジョウバエ、3は線虫、4は出芽酵母、5は分裂酵母、6はシロイヌナズナの配列を示すものである。また図中、黒色の領域は、3つの種以上で保存されたアミノ酸を示しており、灰色の領域は、同じ性質を持つ(similarな)アミノ酸を示している。
上記各ホモログのアミノ酸配列を比較すると、特にアミノ酸残基49番から667番までの領域はショウジョウバエ、線虫、酵母、シロイヌナズナと種を超えても非常によく配列が保存されていることが判明した。この結果は、アミノ酸残基49番から667番までの領域が、種を超えてraptorの機能にとって重要であることを示唆する。
さらに、解析の結果、上記raptorのアミノ酸配列の1015番目からC末端にかけて、WD−40 repeatという構造を7回くり返す領域が存在する、ということが判明した。WD−40 repeat構造は、多様なシグナル伝達分子と相互作用するための足場を形成する構造であると考えられている。また、これまでの多くのシグナル伝達分子に、WD−40 repeat構造を発見することができる。これらの事実からも、上記raptorは、多彩なシグナルを伝達する、足場タンパクとしての機能を担っていると考えられる。
図10〜図12は、ヒト由来のraptorとマウス由来のraptorとのアミノ酸配列の相同性を調べた結果を示す。同図に示すように、ヒト・マウス間では、96.55%という高い相同性が認められた。
また、上記ヒト由来のraptorのcDNA配列を用いて、ヒトゲノムドラフトシークエンスのデータベース検索を行った。その結果、ヒト由来のraptorの全ゲノム配列は、17番染色体上に存在することが判明した。
上記検索により得られたデータを整理検討し解析した結果、予想されるエキソン数は34と考えられる。しかし、エキソン1を同定することはできなかった。また、ゲノムの全長をつなげることは現時点ではできなかったが、総塩基数は少なくとも292258塩基と考えられた。
上記解析結果に基づき、図13には、エキソン−イントロン構造の全体像を示す。図14においては、エキソン26からエキソン34までの図を示した。図13・14では、イントロンが連続していない部分は、Xを挿入した。
配列番号5〜35には、予想されるエキソン数34のうち、エキソン2〜6、エキソン8〜13、およびエキソン15〜34の各塩基配列(各エキソン配列)が示される。配列番号49にはエキソン7の塩基配列を、配列番号50にはエキソン14の塩基配列を示す。また、配列番号36〜48に連続的に示される一連の塩基配列は、ヒト由来のraptorの全長ゲノムDNA配列である。図33には、予想される各エキソンについて、対応するcDNA配列と、塩基数と、対応する配列番号と、エキソンを含んでいる配列とを一覧に示した。
図33の表における「エキソン」の項目には、エキソンの名前(エキソン1〜34)を記載している。「cDNA配列」の項目には、「エキソン」の項目に示した各エキソンが、配列番号1に示すcDNA配列の何番目に対応しているかを示している。例えば、エキソン2について「cDNA配列」の項目には「345−447」と記載されている。これは、エキソン2が、cDNA配列における345番目の塩基から447番目の塩基に対応していることを示している。
図33の表における「塩基数(bp)」の項目には、各エキソンの塩基数を、「エキソンの配列番号」の項目には、各エキソンが示されている配列番号を示している。
図33の表における「エキソンを含んでいる配列」の項目において「配列番号」の項目には、エキソンを含んでいる塩基配列(ヒトのゲノムDNA配列)の配列番号を示している。そして、その配列中、エキソンの開始位置は「エキソン開始位置」の項目に、エキソンの終了位置は「エキソン終了位置」の項目にそれぞれ示される。
例えば、エキソン2は、配列番号36の配列に含まれ、その配列中、12141番目の塩基から12243番目の塩基に対応している。
なお、図33において、エキソン7については、「エキソンを含んでいる配列」の項目の「エキソン開始位置」は941と、「エキソン終了位置」は1000と記載されている。これら位置は、図42に示す塩基配列を先頭から数えた場合におけるエキソンの位置を示している。図42は、図13において、エキソン7(図中「E7」)を2つのX印で挟んでいる領域を、塩基配列で示したものである。
同様に、図33において、エキソン14については、「エキソン開始位置」は806と、「エキソン終了位置」は880と記載されている。これら位置は、図43に示す塩基配列を先頭から数えた場合におけるエキソンの位置を示している。図43は、図13において、エキソン14(図中 「E14」)を2つのX印で挟んでいる領域を、塩基配列で示したものである。
(2)本発明に係るタンパク質raptor、及びその遺伝子の有用性
上記mTORは、細胞環境中の栄養状態、特にアミノ酸バランスを感知する分子であり、種々の細胞機能を制御しているが、最終的に細胞の成長、言い換えれば、細胞のサイズを調節する中心分子として注目を集めている。かつ、mTORが多様な疾患と関連がある証拠が徐々に蓄積されつつある。その例を挙げれば、以下のとおりである。
a)糖尿病との関連: mTORの下流分子であるp70S6キナーゼのホモノックアウトにより耐糖能異常が発生する。発展途上国でみられる低栄養性の糖尿病にアミノ酸−mTOR−p70S6キナーゼのシグナル伝達系が関与している可能性が考えられる。
b)脂肪細胞との関連: mTORの下流分子である4EBP1のノックアウトにより、白色脂肪細胞の分化が抑制され、褐色脂肪細胞の分化が促進し、エネルギー代謝が亢進していることが明らかになっている。これは、mTOR−raptorと“肥満あるいはやせ”との関係を示唆する実験結果である。
c)狭心症との関連: 狭心症は、心臓の栄養血管である冠動脈に狭窄が生じ、心臓が虚血状態に陥り、悪化すると心筋梗塞を引き起こす疾患である。この狭心症の治療にangioplastyという狭窄化した冠動脈を物理的に押し広げる治療法がある。さらに押し広げた部分にステントという金属性の細い管をいれ、再狭窄を遅らせるという治療法が開発されている。しかしながら、このステントを使った治療においても再狭窄率は依然として高く、この分野の大きな問題になっている。しかし、最近このステントにラパマイシンを染み込ませておくと、再狭窄率が大きく低下するという報告がある。
d)ラパマイシンそのものあるいはその誘導体に抗癌作用があると報告されており、ラパマイシンの骨格を利用した抗癌剤の開発と臨床試験が進みつつある。
e)最近、ランダムにゲノムにmutationを導入し、興味あるphenotypeが出現した動物を解析し、その原因遺伝子を探るという研究手法がある。この方法により、「flat top」と呼ばれる脳の前半が欠失したマウスが生まれ、この原因遺伝子がmTORであることが判明した。また、妊娠初期のマウスにラパマイシンを投与しつづけると、同じようなphenotypeを持った子供が生まれるという。このことから、mTORが脳の形成に関わっている可能性が指摘されている。
以上の状況から、mTORの結合分子であり、4EBP1のリン酸化に重要な役割を果たすタンパク質raptor(p150)、およびその遺伝子の有用性としては、以下の有用性が挙げられる。
イ)mTORとraptorとの結合、あるいはraptorと4EBP1との結合を阻害する化合物(阻害剤)のスクリーニング等に利用できる。このような阻害剤が開発されれば、
▲1▼ 肥満の治療薬となる可能性があり、肥満によって引き起こされる糖尿病・高血圧・抗脂血症・心臓病などの治療につながる可能性をもっている。
▲2▼ 狭心症のangioplastyによる治療後の再狭窄の治療薬になる可能性がある。
▲3▼ 抗癌剤としての臨床応用の可能性がある。
ロ)raptorのゲノム配列上に存在する可能性のあるsingle nucleotide polymorphism(SNP)を活用すれば、下記診断への応用が期待できる。
▲1▼ 肥満ややせについての各個人の遺伝学的診断への応用
▲2▼ 肥満ややせに対する薬物の感受性の臨床診断への応用
▲3▼ 狭心症のangioplastyによる治療後の再狭窄の治療薬に対する感受性の臨床診断への応用
▲4▼ 抗癌剤に対する感受性の臨床診断への応用
ハ)raptorのmRNAの発現量の検討によって、上記ロ)で述べたのと同様に、各診断への応用が期待できる。
ニ)raptorの遺伝子を用いた遺伝子治療により、上記イ)で述べた各疾患の治療に利用できる可能性がある。
また、後述の実施例において詳述するように、上記raptorは、mTORと結合し、mTORの酵素活性(キナーゼ活性)を調節している分子であり、上記mTORを介したシグナル伝達系において極めて重要な役割を果たす分子と考えられる。それゆえ、本発明に係る遺伝子およびタンパク質は、上記mTORを介したシグナル伝達系ならびにその調節機構を研究解析するための研究材料として有用であるばかりでなく、こうした研究を通じて、当該シグナル伝達系やその調節機構に関わる種々の病気の病態解析やその治療薬の開発、治療改善などに広く有効利用できる可能性がある。
本発明の新規タンパク質(raptor)は、mTORとだけではなく、その基質タンパク質であるeIF−4EBPおよびp70S6キナーゼと結合し、リン酸化反応の場を提供するスカフォールドタンパク質であると考えられる(後述の実施例参照)。
mTORの基質タンパク質であるeIF−4EBPおよびp70S6キナーゼには、TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)といわれる5アミノ酸からなる保存された配列が存在していることと、そのTOSモチーフは、mTORのシグナル伝達に必須であることが知られていた。
本願発明者は、eIF−4EBPおよびp70S6キナーゼのraptorへの結合と、mTORによるこれら基質タンパク質のリン酸化とに、上記TOSモチーフが必須であることを明らかにした。この知見は、TOSモチーフをもつ他のタンパク質は、raptorと結合し、mTORの基質になる可能性があることを示している。さらに、raptorとTOSモチーフの結合を阻害する物質の探索が、mTORシグナルを抑制し、免疫抑制効果・抗癌作用・虚血性心疾患における冠動脈の再狭窄の抑制剤などの新薬の開発につながる可能性を示している。
尚、前記イ)の項で述べたように、本発明のタンパク質raptorとmTOR(または、eIF−4EBPやp70S6キナーゼ等のTOSモチーフを有するタンパク質)との結合を阻害する物質は、薬剤の候補分子(創薬ターゲット)となり、医学上および産業上有用である。本発明は、このような物質のスクリーニング方法を含むものである。
本発明のスクリーニング方法としては、物質間の結合の有無や解離の有無を調べる従来公知の種々の方法を適用することができ、特に限定されるものではない。例えば、上記raptorは、そのアミノ末端側の領域(1〜904番目のアミノ酸残基)を介してp70S6キナーゼに結合し、この結合がp70S6キナーゼのリン酸化に不可欠である(後の実施例参照)ことから、試験管内反応系(cell−free system)において、下記▲1▼〜▲4▼のいずれかの物質を発現させ、当該物資とmTOR(または、eIF−4EBPやp70S6キナーゼ等のTOSモチーフを有するタンパク質)との結合を阻害する物質を候補分子の中からELISA法等によって検出するスクリーニング方法などが挙げられる。
▲1▼ 上記raptorなどの本発明のタンパク質
▲2▼ 上記▲1▼のタンパク質の部分タンパク質であって、その全長タンパク質のアミノ酸配列中、少なくとも1〜904番目の配列(p70S6キナーゼとの結合領域)を含む部分タンパク質
▲3▼ 上記▲1▼のタンパク質の部分タンパク質であって、その全長タンパク質のアミノ酸配列中、mTOR(または、eIF−4EBP)との結合領域を含む部分タンパク質
▲4▼ 上記▲1▼のタンパク質または上記▲2▼▲3▼の部分タンパク質の改変体
上記raptorは、そのアミノ末端側の領域(1〜904番目のアミノ酸残基)を介してp70S6キナーゼに結合することから、同じくTOSモチーフを有するeIF−4EBPについても、上記アミノ末端側の領域を介してraptorと結合する可能性が高い。
上記「(タンパク質の)改変体」とは、当該タンパク質の1個または数個(好ましくは7個以下、より好ましくは5個以下、さらに好ましくは3個以下)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加された改変体をいい、当該タンパク質がHisやMyc等のタグによって標識される場合や、当該タンパク質を蛍光タンパク質(GFP・ルシフェラーゼ等)または他のタンパク質と融合させる場合、当該タンパク質にリン酸化や糖鎖結合等により修飾を施す場合などをも含む意味で用いている。
上記スクリーニング方法に用いるmTOR(または、eIF−4EBPやp70S6キナーゼ等のTOSモチーフを有するタンパク質)についても、全長タンパク質に限らず、raptorとの結合領域を含む部分タンパク質を使用してもよいし、全長または部分タンパク質の改変体を使用してもよい。
勿論、本発明のスクリーニング方法は、上記の方法に限定されるものではなく、cell−free systemでのスクリーニングではなく、培養細胞等を用いて細胞内でスクリーニングを行ってもよい。
そのほか、(1)mTOR(または、eIF−4EBPやp70S6キナーゼ等のTOSモチーフを有するタンパク質)のraptorとの結合領域をカラムに固定してこれと結合する物質を検索する方法や、(2)免疫沈降―免疫ブロット法を用いてraptorとmTOR等との結合を阻害する物質を検索する方法など、物質間の結合の有無や解離の有無を調べる従来公知の種々の方法を本発明のスクリーニング方法に適用可能である。
さらに、本発明のスクリーニング方法においては、ヒト以外のタンパク質、例えば、マウスホモログやラットホモログ、その他の生物の各ホモログを用いてスクリーニングを行ってもよい。
(3)本発明の組換え発現ベクター等
本発明の組換え発現ベクターは、前記(a)〜(c)の何れかのタンパク質をコードする本発明の遺伝子を含むものであり、例えば、配列番号1又は3に示される何れかの塩基配列を有するcDNAが挿入された組換え発現ベクターが挙げられる。組換え発現ベクターの作製には、プラスミド、ファージ、又はコスミドなどを用いることができるが特に限定されるものではない。
本発明の形質転換体は、前記(a)〜(c)の何れかのタンパク質をコードする本発明の遺伝子が導入された形質転換体である。ここで、「遺伝子が導入された」とは、公知の遺伝子工学的手法(遺伝子操作技術)により、対象細胞(宿主細胞)内に発現可能に導入されることを意味する。また、上記「形質転換体」とは、細胞・組織・器官のみならず、動物個体を含む意味である。対象となる動物は、特に限定されるものではないが、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、マウス、ラットなどの哺乳動物が例示される。特に、マウスやラット等の齧歯目動物は、実験動物・病態モデル動物として広く用いられており、なかでも近交系が多数作出されており、受精卵の培養、体外受精等の技術が整っているマウスが実験動物・病態モデル動物として好ましく、ノックアウトマウス等は、上記タンパク質raptorやそのホモログの更なる機能解析、これらのタンパク質が関与する病気の診断方法の開発や、その治療方法の開発などに有用である。
本発明の遺伝子検出器具は、本発明の上記遺伝子における少なくとも一部の塩基配列またはその相補配列をプローブとして用いている。遺伝子検出器具は、種々の条件下での本発明の遺伝子の発現パターンの検出・測定などに利用できる。本発明の遺伝子検出器具としては、例えば、本発明の遺伝子と特異的にハイブリダイズする上記プローブを基盤(担体)上に固定化したDNAチップ等が挙げられる。
本発明の抗体は、前記(a)〜(c)の何れかののタンパク質、またはその部分ペプチドを抗原として、公知の方法によりポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体として得られる抗体である。本発明の抗体は、本発明のタンパク質の検出・測定などに利用でき、その他、診断用・治療用などに利用できる可能性がある。
(4)本発明に係るタンパク質、遺伝子の取得方法
〔4−1:遺伝子の取得方法〕
以上、本発明に係るタンパク質であるraptor(p150)およびその遺伝子の配列、構造、機能、有用性などの諸特徴について説明したが、以下では、本発明に係るタンパク質および遺伝子の取得方法について説明する。
上記タンパク質raptorをコードする遺伝子を取得する方法は、特に限定されるものではなく、前述の開示された配列情報等に基づいて種々の方法により、上記遺伝子配列を含むDNA断片を単離し、クローニングすることができる。例えば、上記raptorをコードするcDNAの一部配列と特異的にハイブリダイズするプローブを調製し、ヒトまたはマウスのゲノムDNAライブラリーやcDNAライブラリーをスクリーニングすればよい。このようなプローブとしては、上記raptorをコードするcDNAの塩基配列又はその相補配列の少なくとも一部に特異的にハイブリダイズするプローブであれば、いずれの配列・長さのものを用いてもよい。また、上記スクリーニングにおける各ステップについては、通常用いられる条件の下で行えばよい。
上記スクリーニングによって得られたクローンは、制限酵素地図の作成及びその塩基配列決定(シークエンシング)によって、さらに詳しく解析することができる。これらの解析によって、本発明に係る遺伝子配列を含むDNA断片を取得したか容易に確認することができる。
また、上記プローブの配列を、上記raptorの機能上重要と考えられる領域(例えば、アミノ酸配列の上記49番から667番までの領域)の中から選択し、ヒト・マウスやその他の生物のゲノムDNA(又はcDNA)ライブラリーをスクリーニングすれば、上記raptorと同様の機能を有する相同分子や類縁分子をコードする遺伝子を単離しクローニングできる可能性が高い。
本発明に係る遺伝子(ポリヌクレオチド)を取得する方法は、上記スクリーニング法以外にも、PCR等の増幅手段を用いる方法がある。例えば、上記raptorのcDNA配列のうち、5’側及び3’側の非翻訳領域の配列(又はその相補配列)の中からそれぞれプライマーを調製し、これらプライマーを用いてヒト・マウスのゲノムDNA(又はcDNA)等を鋳型にしてPCR等を行い、両プライマー間に挟まれるDNA領域を増幅することで、本発明のポリヌクレオチドを含むDNA断片を大量に取得できる。
〔4−2:タンパク質の取得方法〕
本発明に係るタンパク質を取得する方法についても、特に限定されるものではなく、例えば、上述のようにして取得された遺伝子(上記raptor又はその相同分子等をコードするcDNA等)を、周知の方法により大腸菌や酵母等の微生物又は動物細胞などに組み入れ、そのcDNAがコードするタンパク質を発現させ精製することで、上記タンパク質raptor等の本発明に係るタンパク質を容易に取得することができる。尚、このように宿主に外来遺伝子を導入する場合、外来遺伝子の組換え領域に宿主内で機能するプロモーターを組み入れた発現ベクター及び宿主には様々なものがあるので、目的に応じたものを選択すればよい。産生されたタンパク質を取り出す方法は、用いた宿主、タンパク質の性質によって異なるが、タグの利用等により比較的容易に目的のタンパク質を精製することが可能である。
上記raptorの変異タンパク質を作製する方法についても、特に限定されるものではなく、例えば、部位特異的突然変異誘発法(Hashimoto−Gotoh,Gene 152,271−275(1995)他)、PCR法等を利用して塩基配列に点変異を導入し変異タンパク質を作製する方法、あるいはトランスポゾンの挿入による突然変異株作製法などの周知の変異タンパク質作製法を用いて、上述のようにして取得された遺伝子の塩基配列において、1またはそれ以上の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されるように改変を加えることによって作製することができる。また、変異タンパク質の作製には、市販のキット(例えば、QuikChange Site−Directed Mutagenesis Kit ストラタジーン社製)を利用してもよい。
上記のように作製された変異タンパク質が、野生型と同様の活性・機能を有する例は既に多数知られており、一方、その活性・機能に異常を来すように変異を導入し変異タンパク質を作製することも既に多く行われている。例えば、上記タンパク質raptorの変異タンパク質を作製する場合、mTORとの結合領域、あるいは、eIF−4EBPとの結合領域に変異を生じさせることにより、mTORと結合する性質、mTORの酵素活性を高める性質、または、eIF−4EBPと結合する性質、のいずれかに異常を持つ変異タンパク質を作製できる可能性が高い。同様に、raptorの機能上重要と考えられる領域(例えば、アミノ酸配列の上記49番から667番までの領域や上記WD−40 repeat領城)に変異を生じさせることにより、mTORと結合する性質、mTORの酵素活性を高める性質、または、eIF−4EBPと結合する性質、のいずれかに異常を持つ変異タンパク質を作製できる可能性がある。
〔4−3:遺伝子検出器具〕
遺伝子検出器具は、本発明の遺伝子における一部の塩基配列又はその相補配列をプローブとして用いたものである。例えば、基盤(担体)上にオリゴヌクレオチド(プローブ)を固定化してなるDNAチップが挙げられる。ここで「DNAチップ」とは、主として、合成したオリゴヌクレオチドをプローブに用いる合成型DNAチップを意味するが、PCR産物などのcDNAをプローブに用いる貼り付け型DNAマイクロアレイをも包含するものとする。
プローブとして用いる配列は、cDNA配列の中から特徴的な配列を特定する従来公知の方法によって決定することができ、例えば、SAGE:Serial Analysis of Gene Expression法(Science 276:1268,1997;Cell 88:243,1997;Science 270:484,1995;Nature 389:300,1997;米国特許第5,695,937号)などを挙げることができる。
尚、DNAチップの製造には、公知の方法を採用すればよい。例えば、オリゴヌクレオチドとして合成オリゴヌクレオチドを使用する場合には、フォトリソグラフィー技術と固相法DNA合成技術との組み合わせにより、基盤上で該オリゴヌクレオチドを合成すればよい。一方、オリゴヌクレオチドとしてcDNAを用いる場合には、アレイ機を用いて基盤上に貼り付ければよい。
また、一般的なDNAチップと同様、パーフェクトマッチプローブ(オリゴヌクレオチド)と、該パーフェクトマッチプローブにおいて一塩基置換されたミスマッチプローブとを配置して遺伝子の検出精度をより向上させてもよい。さらに、異なる遺伝子を並行して検出するために、複数種のオリゴヌクレオチドを同一の基盤上に固定してDNAチップを構成してもよい。
〔4−4:組換え発現ベクター及び形質転換体〕
組換え発現ベクターは、本発明の遺伝子を含むものである。ベクターの具体的な種類は特に限定されるものではなく、ホスト細胞中で発現可能なベクターを適宜選択すればよい。すなわち、ホスト細胞の種類に応じて、確実に遺伝子を発現させるために適宜プロモーター配列を選択し、これと本発明に係る遺伝子を各種プラスミド等に組み込んだものを発現ベクターとして用いればよい。
本発明の遺伝子がホスト細胞に導入されたか否か、さらにはホスト細胞中で確実に発現しているか否かを確認するために、各種マーカーを用いてもよい。例えば、ホスト細胞中で欠失している遺伝子をマーカーとして用い、このマーカーと本発明の遺伝子とを含むプラスミド等を発現ベクターとしてホスト細胞に導入する。これによってマーカー遺伝子の発現から本発明の遺伝子の導入を確認することができる。あるいは、本発明に係るタンパク質を融合タンパク質として発現させてもよく、例えば、オワンクラゲ由来の緑色蛍光タンパク質GFP(Green Fluorescent Protein)をマーカーとして用い、本発明に係るタンパク質をGFP融合タンパク質として発現させてもよい。
上記ホスト細胞は、特に限定されるものではなく、従来公知の各種細胞を好適に用いることができる。具体的には、ヒト又はマウス由来の細胞をはじめとして、例えば、大腸菌(Escherichia coli)等の細菌、酵母(出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeや分裂酵母Schizosaccharomyces pombe)、線虫Caenorhabditis elegans、アフリカツメガエル(Xenopas laevis)の卵母細胞、各種哺乳動物(ラット、ウサギ、ブタ、サル等)の培養細胞、あるいは、キイロショウジョウバエ、カイコガ等の昆虫の培養細胞等を挙げることができるが、特に限定されるものではない。
上記発現ベクターをホスト細胞に導入する方法、すなわち形質転換方法も特に限定されるものではなく、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソーム法、DEAEデキストラン法等の従来公知の方法を好適に用いることができる。
〔4−5:抗体〕
抗体は、本発明のタンパク質、またはその部分ペプチドを抗原として、公知の方法によりポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体として得られる抗体である。公知の方法としては、例えば、文献(Harlowらの「Antibodies:A laboratory manual(Cold Spring Harbor Laboratory,New York(1988))、岩崎らの「単クローン抗体 ハイブリドーマとELISA,講談社(1991)」」に記載の方法が挙げられる。こうして作製した抗体は、本発明のタンパク質の検出に有効である。
(実施例)
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例の記載に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 (実施例1:新規mTOR結合タンパク質の存在を示唆する実験データ)
mTORに対するモノクローナル抗体を用いて、HEK293細胞よりmTORを免疫沈降し、mTORとともに共精製されるeIF4EBP1に対するリン酸化活性を解析した。具体的には、GST−tagをつけたeIF4EBP1(GST−4EBP1)を基質として、γ−32P−ATP存在下にmTORのリン酸化アッセイを行い、反応後のサンプルをSDS−PAGE後、オートラジオグラフィーで解析した。
また、上記免疫沈降後に洗浄する際、洗浄の条件が異なるものを4つ準備した。条件を大きく分けると、洗浄用に塩化ナトリウム(NaCl)を含む緩衝液を用いたものと、CHAPS(界面活性剤)を含む緩衝液を用いたものとに分けられる。塩化ナトリウムを含む緩衝液には、0.5M、1M、および1.5Mの濃度のものをそれぞれ用意した。一方、CHAPSは、濃度1%のものを使用した。なお、CHAPSとは、商品名(製造元:Calbiochem−Novabiochem Corporation)であって、3−[(3−コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ]−1−プロパンスルホナートが主成分の界面活性剤である。
さらに、上記と異なる実験条件のものをもう1つ用意した。これは、免疫沈降前に30%硫酸アンモニウムによって塩析後、再度緩衝液に可溶化させた後にmTORを免疫沈降し、上記と同様にmTORのリン酸化活性を解析したものである。
上記実験結果を図15に示す。図中、レーン1〜3は、それぞれNaClの濃度0.5M、1M、1.5Mの緩衝液で洗浄したもの、レーン4は、免疫沈降前に30%硫酸アンモニウムで塩析したもの、レーン5は、CHAPSを含む緩衝液で洗浄したものの結果である。また図中、「←mTOR−P」は、リン酸化されたmTORのバンド位置を示し、「←GST−4EBP1−P」は、リン酸化されたGST−4EBP1のバンド位置を示す。
図15に示すように、レーン1〜3では、リン酸化されたGST−4EBP1のバンドが認められた。つまり、NaClを含む緩衝液を用いてmTOR免疫沈降物を洗浄しても、mTORのeIF4EBP1に対するリン酸化活性(キナーゼ活性)は正常に保たれる。さらに、1.5Mの塩化ナトリウムという比較的高濃度の塩を含む緩衝液による洗浄に対しても、リン酸化活性が非常に安定であることが判明した(レーン3)。
レーン4も、GST−4EBP1−Pのバンドが認められた。つまり、この場合も、mTORのeIF4EBP1に対するリン酸化活性は正常に保たれ、塩に対してリン酸化活性が非常に安定であることが判明した。
一方、レーン5では、GST−4EBP1−Pのバンドが殆ど認められない。つまり、mTORの上記リン酸化活性は、NP−40やCHAPSなどの界面活性剤による洗浄に対しては非常に弱く、これらの界面活性剤を含む緩衝液で洗浄するとmTORのキナーゼ活性はほぼ完全に失われることが判明した。
上記実験結果は、mTORと結合し、mTORのeIF4EBP1に対するリン酸化活性に必須の分子が存在し、当該分子とmTORとの結合が上記界面活性剤により阻害されることを示唆するものであった。
(実施例2:新規mTOR結合タンパク質raptorの精製)
以下のように、新規mTOR結合タンパク質raptorを精製した。
まず、凍結保存した5×10個のHeLa細胞を140mlの緩衝液Aに浮遊させた。緩衝液Aの組成は、20mM Tris、20mM NaCl、1mM EDTA、20mM β−glycerophosphate、5mM EGTA、1mM DTT、2μg/ml aprotinin、20μg/ml leupeptin、1mM PMSFである。次に、超音波にて細胞を破砕した。700×gで20分間の遠心分離後、上清を回収し、更に100,000×gで1時間の遠心分離を行い、その上清を回収した。この細胞質分画の上清に対し、硫酸アンモニウムを最終濃度30%になるように加えた後、氷上で10分間静置後、20,000×gで遠心分離を行い、沈殿を回収した。
次に、上記沈殿を50mlの緩衝液Aで再懸濁し、0.45μmのフィルターでろ過後、Hiload16/10 SPカラム(アマシャム ファルマシア バイオテク株式会社製)にかけた。カラム結合タンパク質を20mMから500mMまでのNaClの濃度勾配によって溶出し、mTORを含む分画を抗mTORモノクローナル抗体を用いたドットブロット法により検出した。mTORを含むピークフラクション、及び、コントロールとしてmTORを少量しか含まないフラクションを回収し、免疫沈降を行った。免疫沈降には、抗mTORモノクローナル抗体、または、normal mouse globulinを固相化したプロテインGセファロースビーズを用いた。反応後、タンパク質が結合したプロテインGセファロースビーズを0.5MのNaClを含む緩衝液Aで洗浄した。
上記洗浄後、結合タンパク質を溶出した。その溶出の条件は、グリシン(pH=2.8)だけで溶出したもの、1%NP−40(界面活性剤)で溶出したもの、および、1%NP−40での第1段階の溶出に続いて2段階目の溶出をグリシンで行ったものである。
上記の条件により溶出したサンプルを、それぞれ10%SDS−PAGEにかけた。その後、ネガティブ染色法によりタンパク質を染色し、タンパク質を検出した。その結果を図16に示す。
図中、「mTOR ip」とは、抗mTORモノクローナル抗体を用いて免疫沈降を行ったものを、「NMG ip」とは、normal mouse globulinを用いて免疫沈降を行ったものを表し、「fr.7」とは、mTORを含むピークフラクションを、「fr.13」とは、コントロールとしてmTORを少量しか含まないフラクションを表す。
また、図中、左側の1レーンは、グリシン(pH=2.8)だけで溶出したもの、また、右側の6レーンのうち、下段に「1%NP−40」と記載した3つのレーンは、1%NP−40(界面活性剤)で溶出したもの、下段に「Glycine(pH,2.8)」と記載した3つのレーンは、1%NP−40での第1段階の溶出に続いて第2段階目の溶出をグリシンで行ったものである。
さらに、同図左端には、mTOR、p150(raptor)、p39およびIgGの位置をそれぞれ矢印で示し、同図右端には、分子量マーカーの位置を示す。
図16に示すように、左から3つ目のレーン、即ち、「mTOR ip」「fr.7」かつ「1%NP−40」の場合に、分子量約150kDaのバンド(200kDaと120kDaとの間のバンド)が認められた。このバンドをゲルから切り出し、下記実施例に示すようにタンパク質の同定および機能解析を行った結果、mTORに結合する新規タンパク質(p150(raptor))であることが判明した。
(実施例3:質量分析法によるp150(raptor)の同定)
上記実施例2にて切り出したゲルに含まれるタンパク質(p150)を、リジルエンドペプチダーゼ(和光純薬製)によってゲル内消化した。次に、消化物を抽出し、Zip−Tip(ミリポア社製)を用いて脱塩処理を行った。Zip−Tipからのペプチド断片の溶出液として、30%アセトニトリル/0.1%ギ酸、および50%アセトニトリル/0.1%ギ酸を各4μl用いて溶出した。それぞれの溶出液を、Q−Tof2(マイクロマス社製)を用いたESI−Q−TOF−MSによって解析した。
上記解析によって得たスペクトル(図17および図18)から、主要なイオンを示す4種のスペクトルを選択し、タンデム質量分析(MS/MS解析)を行った。さらに、そのMS/MS解析に基づいて、Mascot MS/MSイオンサーチ(Mascot MS/MS Ions Search)によるタンパク質同定を行った。
MS/MS解析したイオンは、下記(1)〜(4)の4種類である。
(1)30%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液で観測された、m/z=759.89(2+)(図17)
(2)30%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液で観測された、m/z=813.78(3+)(図17)
(3)50%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液で観測された、m/z=1132.58(3+)(図18)
(4)50%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液で観測された、m/z=821.97(2+)(図18)
それぞれのMS/MS解析で得たプロダクトイオンの情報と各親イオンの質量数の情報とに基づき、Mascot MS/MS Ions Searchを行った。その結果、301の高いスコアをもって、解析したタンパク質(p150(raptor))は、KIAA1303のcDNAクローンがコードするタンパク質(KIAA1303 protein[Homo sapiens])であると同定された。
加えて、ペプチドマスフィンガープリンティング法によるタンパク質の同定を行った。ただし、上記ESI−Q−TOF−MS解析で得たスペクトルには、多価イオンが数多く検出された。また、当然ながら、それぞれのペプチド断片の分子イオンは、同位体のイオンを伴ったものであった。ゆえに、上記解析で得たデータをそのままの形で用いても、ペプチドマスフィンガープリンティング法によるタンパク質の同定はできない。そのため、データの変換を行った。具体的には、MaxEnt3(マイクロマス社製)というソフトウェアを用いてデータの変換を行い、多価イオンを1価イオンに変換した。さらに、MaxEnt3を用いて、同位体イオンを除いたスペクトルを作成した。MaxEnt3処理後の30%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液のスペクトルを図19に、50%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液のスペクトルを図20にそれぞれ示す。
図19・図20より得られたペプチド断片の質量データのリストを用いて、Mascot(http://www.matrixscience.com/)によるペプチドマスフィンガープリンティングを行い、タンパク質を同定した。その結果、251の高いスコアをもって、解析したタンパク質(p150(raptor))は、KIAA1303のcDNAクローンがコードするタンパク質(KIAA1303 protein[Homo sapiens])であると同定された。
Mascot MS/MS Ions Searchを用いた同定と、Mascotマスフィンガープリンティングを用いた同定とは、互いに依存していない、独立したタンパク質同定方法であり、2つの独立した方法で検索しても、解析したタンパク質(p150(raptor))は同一のタンパク質と同定されたことになる。
しかしながら、KIAA1303 proteinとしてデータベース上に登録されている遺伝子の塩基配列は、開始コドンを欠いたものであり、かつ、KIAA1303 proteinのアミノ酸配列は登録されていなかった。
(実施例4:質量分析法を用いた上記p150(raptor)のアミノ末端配列の解析)
データベース上に登録されている遺伝子の情報からは、上記p150(raptor)のアミノ末端(N末端)側の配列を決定することはできなかったので、質量分析によってできる限りの情報を得ることを試みた。
ペプチドマスフィンガープリンティング法による同定の際に帰属できなかった2種のイオンについて、MS/MS解析を行った。MS/MS解析したイオンは、次の2種(図21の矢印)である。
(1)30%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液で観測された、m/z=579.33(2+)
(2)30%アセトニトリル/0.1%ギ酸溶出液で観測された、m/z=615.82(2+)
上記m/z=579.33(2+)のMS/MS解析で得られたプロダクトイオンの情報に基づき、Mascot MS/MS Ion Searchを行った。検索には、dbESTを用いた。その結果、Accession No.AW752810およびAA508038のESTクローンに含まれるアミノ酸配列、ALETIGANLQKであると同定された(図22)。
また、上記m/z=615.82(2+)のMS/MS解析で得られたプロダクトイオンの情報に基づき、Mascot MS/MS Ion Searchを行った。その結果、Accession No.AW752810、AA508038およびAA508904のESTクローンに含まれるアミノ酸配列、QSLDPTVDEVKであると同定された(図23)。
さらに、上記3種のESTクローン(Accession No.AW752810、AA508038およびAA508904)を用いて、THCデータベースサーチを行った。その結果、3種のクローンは、ともにTHC597050に含まれていた。
上記THC597050の塩基配列を翻訳して得られるアミノ酸配列のうち、Frame 1の273残基目のバリン(Val)から355残基目のアルギニン(Arg)までの83残基にわたるアミノ酸配列は、データベース上に登録されているタンパク質(KIAA1303 protein)のアミノ酸配列の3残基目のValからの配列と完全に一致した。オーバーラップしたところからN末端方向に遡っていくと、終止コドンが現れるまでに7カ所の開始コドンが存在していた。
上記p150(raptor)のN末端を決定するために、THC597050におけるFrame 1のアミノ酸配列を参考に、p150(raptor)のペプチドマスフィンガープリンティングを行ったときに帰属できなかったピークの帰属を試みた。その結果を、図24および図25に示す。上流の終止コドンに最も近い開始コドンがp150の開始コドンであるとした場合、p150の前駆体タンパク質のN末端配列は、MESEML−となる。
真核細胞の細胞内タンパク質の60〜80%は、そのN末端がアセチル化されていると言われている。ペプチド鎖の合成開始シグナルである開始メチオニン(Meti)は、一般的に、側鎖の回転半径が1.43×10−10m(1.43Å)よりも小さいアミノ酸(即ち、グリシン(Gly)、アラニン(Ala)、セリン(Ser)、システイン(Cys)、トレオニン(Thr)、プロリン(Pro)およびバリン(Val))が2残基目のアミノ酸残基として続く場合、メチオニンアミノペプチダーゼの作用によって脱離する。一方、側鎖の回転半径が1.43Åよりも大きいその他13種のアミノ酸残基が2番目の残基として存在する場合、Metiはタンパク質のN末端アミノ酸として残存する。その後、Metiに続くアミノ酸残基が、アスパラギン酸(Asp)、グルタミン(Glu)、アスパラギン(Asn)の場合、N−アセチルトランスフェラーゼ2(NAT2)の作用によって、Metiはアセチル化される。
上記の事項を考慮すると、raptorのN末端アミノ酸配列がMESEML−であった場合、N末端のメチオニンは脱離せずにアセチル化されている可能性が極めて高い。raptorのN末端がこの配列を有し、さらにアセチル化されていた場合、理論的にはMH+=3664.71のイオンが観測されることが予想される。そして、マススペクトル上では3664.70のイオンが観測されていた(図24参照)。このフラグメントには、3残基のMetが含まれているが、その場合一部のメチオニンが酸化され、メチオニンスルフォキシドに変化することが予想される。マススペクトルをよく見ると、MH+=3664.71のイオンの高質量側に、3680.78のイオンも検出(図26)され、これは1残基メチオニンスルフォキシドを含んだ断片のイオンであることが考えられ、このイオンの存在も、MH+=3664.71がraptorのN末端断片由来のイオンであることを示す。以上の結果は、raptorをエドマン分解した際に、有意なPTHアミノ酸が得られなかったことと一致するものである。
以上の解析から、raptorのN末端アミノ酸配列はMESEML−であり、raptorの全アミノ酸配列は、配列番号2に示すとおりであると決定した。なお、219番目からは、KIAA1303と重複する部分である。
(実施例5:raptorの全長cDNAの獲得とそのアミノ酸配列の特徴)
上記アミノ酸配列の決定とともに、同定された遺伝子KIAA1303の遺伝子配列をもとにプライマーを作成し、ヒト胎盤cDNAライブラリーから、5’−RACE法によって、KIAA1303遺伝子の5’側上流のcDNAを獲得した。得られた5’−RACE産物とKIAA1303の遺伝子配列とをオーバーラップさせることにより、オープンリーデイングフレーム4005塩基からなるraptorの全長cDNA配列を決定した。この遺伝子より推定されるアミノ酸配列は、1335残基であった。
上記の結果に基づいて、データベース検索を行った。その結果、ショウジョウバエ、線虫、出芽酵母、分裂酵母、シロイヌナズナと種を超えても、raptorのホモログが存在することが判明した。アミノ酸配列を比較すると、特にアミノ酸残基49番から667番までの領域はショウジョウバエ、線虫、酵母、シロイヌナズナと種を超えても非常によく配列が保存されていることが判明した(図2〜図9参照)。この結果は、アミノ酸残基49番から667番までの領域が、種を超えてraptorの機能にとって重要であることを示唆するものである。
さらに、アミノ酸配列の1015番目からC末端にかけて、WD−40 repeatという構造を7回くり返す領域が存在することが判明した。WD−40 repeat構造は、多様なシグナル伝達分子と相互作用するための足場を形成する構造であると考えられている。また、これまで多くのシグナル伝達分子に、WD−40 repeat構造を発見することができる。これらの事実を考慮すると、raptorも同様に、多彩なシグナルを伝達する足場タンパクとしての機能を担っている可能性が高い。
(実施例6:raptor(p150)とmTORとの結合を調べた実験)
まず、raptor(p150)のN末端側17残基を抗原とする抗raptorウサギポリクローナル抗体(抗p150ウサギポリクローナル抗体)を作製した。次に、HEK293細胞から調製した細胞上清を用いて、抗raptorウサギポリクローナル抗体でraptorを免疫沈降し、免疫沈降物を抗mTORマウスモノクローナル抗体でウエスタンブロットを行ったところ、mTORがraptorとともに共免疫沈降されていることが確認できた(図27のレーン2参照)。この結合は、1%NP−40を含む洗浄用緩衝液による洗浄によって消失することも確認できた(同図レーン4参照)。逆に、抗mTORマウスモノクローナル抗体で免疫沈降し、免疫沈降物を抗raptorウサギポリクローナル抗体でウエスタンブロットを行ったところ、raptorがmTORとともに共免疫沈降された(同図レーン6参照)。この場合も、この結合は1%NP−40を含む洗浄用緩衝液による洗浄によって消失することが確認できた(同図レーン8参照)。
なお、図27を参照して、内因性raptorとmTORとの結合を調べた上記実験について更に詳しく説明すると、HEK293細胞から調製した細胞上清を、抗raptor抗体(抗p150抗体)(同図レーン2・4)、免疫前ウサギ抗血清(同図レーン1・3)、抗mTOR抗体(同図レーン6・8)、またはコントロールマウスIgG(同図レーン5・7)で免疫沈降を行った。NP−40を含む洗浄用緩衝液またはNP−40を含まない洗浄用緩衝液で洗浄後(NP−40 +または―)、サンプルをSDS−PAGEにて分離し、その後PVDF膜にトランスファーした。PVDF膜を上下2つに分け、上側を抗mTOR抗体(上段)を用い、下側を抗raptor抗体(下段)を用いてウエスタンブロットを行った。mTORとraptor(p150)とをそれぞれ矢印で示す。
(実施例7:raptorとmTORとeIF4EBP1との結合)
HA−mTORをコードする発現プラスミド、FLAG−p150をコードする発現プラスミドのいずれか1つまたは両方と、GST−4EBPをコードする発現プラスミド、GST−p70をコードする発現プラスミド、またはGSTとを、HEK293細胞に形質移入(トランスフェクション)し、共発現させた。なお、HA−mTORとはHA−tagをつけたmTOR、FLAG−p150とはFLAG−tagをつけたp150(raptor)、GST−4EBPとはGST−tagをつけたeIF4EBP1、GST−p70とはGST−tagをつけたp70S6キナーゼ、GSTとはGST−tagのことである。
次に、界面活性剤を用いることなく細胞を抽出し、細胞を破砕した。さらに、細胞上清を3つに分けた。
1つ目の上清は、抗FLAG抗体で免疫沈降した。次に、サンプルを洗浄した。その後、SDS−PAGEにて分離し、PVDF膜にトランスファーした。次に、PVDF膜を上下2つに切った。上側は、抗HA抗体と抗FLAG抗体との混合物でブロットした。下側は、抗GST抗体でブロットした。その結果を図28に示す。
2つ目の上清は、グルタチオンセファロースビーズとインキュベートした。次に、サンプルを洗浄した。その後、SDS−PAGEにて分離し、PVDF膜にトランスファーした。次に、PVDF膜を上下2つに切った。上側は、抗HA抗体と抗FLAG抗体との混合物でブロットした。下側は、抗GST抗体でブロットした。その結果を図29に示す。
3つ目の上清は、そのままサンプル緩衝液と混ぜ、抗HA抗体でウエスタンブロットを行いHA−mTORの発現を確認した。その結果を図30に示す。
なお、図28、図29、図30の表中に記す−はトランスフェクションしなかったことを、+はトランスフェクションしたことを示す。また、図28、図29には、HA−mTOR、FLAG−p150、GST−4EBPまたはGST−p70のバンド位置を、それぞれ矢印で示す。図30には、HA−mTORのバンド位置を矢印で示す。
まず、図28について説明する。レーン5の条件においては、HA−mTOR、FLAG−p150、およびGST−4EBPのそれぞれのバンドを見つけることができる。つまり、FLAG−p150を免疫沈降すると、HA−mTORとの結合が観察され、さらに、GST−4EBPが共沈降することが明らかとなった。
図28のレーン3においては、FLAG−p150とGST−4EBpとの共沈が見られる。つまり、mTORと4EBP1は、p150を介して結合していると考えられた。
なお、図28のレーン6からレーン10において、コントロールとしてのGST−p70を発現させた実験を示す。レーン9およびレーン10において、HA−mTORとFLAG−p150との結合を示すバンドは確認できた。しかし、レーン7およびレーン9において、p150(raptor)とGST−p70との結合を示す有意なバンドを確認することができなかった。
次に、図29について説明する。細胞上清を抗FLAG抗体で免疫沈降した様子を図28に示した。図29に示す実施例においては、図28における抗FLAG抗体で免疫沈降する代わりに、グルタチオンセファロースビーズによるプルダウンアッセイ(pull down assay)を行った。
図29において、GST−p70の場合(レーン7および9)と比較して、GST−4EBPの場合(レーン3および5)は、有意にFLAG−p150かつmTORの共沈が見られ、図28で観察された現象が再確認された。
次に、図30について説明する。図30においては、細胞上清を抗HA抗体でウエスタンブロットを行うことにより、HA−mTORの発現を確認した。HA−mTORをコードする発現プラスミドをトランスフェクションした、レーン4、5、8、9、および10において、HA−mTORの発現を確認できる。
また、データは示していないけれども、1%のNP40を含む洗浄用緩衝液による洗浄によって、FLAG−p150とGST−4EBPとの結合が消失することはなかった。つまり、FLAG−p150とGST−4EBPとの結合は、より強固な結合であると考えられた。
(実施例8:mTORがeIF4EBP1をリン酸化する活性に与えるraptor(p150)の影響)
HA−mTORをコードする発現プラスミド、FLAG−p150をコードする発現プラスミドのいずれか1つまたは両方をHEK293細胞に形質移入(トランスフェクション)した。なお、表中の、−はそれをトランスフェクションしなかったことを、+はそれをトランスフェクションしたことを示す。
次に、細胞を破砕後、細胞上清を抗HA抗体で免疫沈降し、NP40を含む洗浄用緩衝液またはNP40を含まない洗浄用緩衝液で洗浄した。なお、表中には、NP40を含む洗浄用緩衝液で洗浄したものは+と、NP40を含まない洗浄用緩衝液で洗浄したものは−と示す。
次に、GST−4EBP1を基質として、γ−32P−ATP存在下でリン酸化アッセイを行った。その後、サンプルをSDS−PAGEし、PVDF膜にトランスファーした。それを、オートラジオグラフィーで解析した(図31上段)。その後、そのPVDF膜を抗HA抗体と抗FLAG抗体との混合物を用いて、ウエスタンブロットを行った(図31中段)。細胞上清の一部は、そのまま抗FLAG抗体でウエスタンブロットを行い、FLAG−p150の発現を確認した(図31下段)。
なお、図中に、リン酸化されたHA−mTOR(HA−mTOR−P)、リン酸化されたFLAG−p150(FLAG−p150−p)、リン酸化されたGST−4EBP1(GST−4EBP1−P)、HA−mTOR、FLAG−p150のバンド位置を、それぞれ矢印で示す。
図31上段および中段のレーン7および8は、HEK293細胞にHA−mTORをFLAG−p150と共発現させた細胞である。図31上段および中段のレーン5および6は、HA−mTORのみを単独で発現させた細胞である。
まず、図31上段の結果について説明する。図31が示すのは、HA−mTORが行うeIF4EBP1に対するリン酸化の酵素活性である。図31上段によると、レーン5の酵素活性よりも、レーン7の酵素活性は5〜6倍高いことが分かった。つまり、FLAG−p150が存在すると、eIF4EBP1に対するリン酸化の酵素活性が高まるということである。また、1%のNP40を含む洗浄用緩衝液による洗浄を行うと、このFLAG−p150によるmTORの酵素活性の増強効果は消失する。このことは、レーン7と8との結果を比較すれば理解できる。これらの結果より、FLAG−p150がmTORによるeIF4EBP1のリン酸化に必須の分子であることが明らかとなった。
(実施例9:raptor(p150)と共免疫沈降される内因性mTORによるeIF4EBP1を基質としたリン酸化活性)
まず、FLAG−p150をトランスフェクションしたHEK293細胞とトランスフェクションしていないHEK293細胞を準備した。次に、細胞を破砕し、その後、細胞上清を抗FLAG抗体で免疫沈降を行った。沈降物を、NP40を含む洗浄用緩衝液(図中、NP40 +と示す)またはNP40を含まない洗浄用緩衝液(図中、NP40 −と示す)で洗浄した。その後、GST−4EBP1を基質にγ−32P−ATP存在下でリン酸化アッセイを行った。次に、サンプルをSDS−PAGEした。その後、PVDF膜にトランスファーし、オートラジオグラフィーで解析した(上段)。その後、PVDF膜を抗 FLAG抗体(中段)と抗mTOR抗体(下段)を用いてウエスタンブロットを行った。
なお、図中に、リン酸化されたmTOR(mTOR−P)、リン酸化されたFLAG−p150(FLAG−p150−p)、リン酸化されたGST−4EBP1(GST−4EBP1−P)、FLAG−p150、およびmTORのバンド位置を、それぞれ矢印で示す。
3分子の関係をさらに確かめるため、図32においては、FLAG−p150のみHEK293細胞にトランスフェクションを行い、内因性mTORとの関連を検討した。
レーン2および4はNP40を含む洗浄用緩衝液、レーン1および3はNP40を含まない洗浄用緩衝液で洗浄したものである。
図32の中段および下段のウエスタンブロットによると、NP40非存在下において、FLAG−p150と内因性のmTORとの結合を確認することができた。そして、上段のオートラジオグラフィーによって、FLAG−p150は、NP40非存在下で、mTORが結合しているときのみGST−4EBP1をリン酸化することが確認された。
また、上段のオートラジオグラフィーが示す、興味深い事実がある。それは、NP40存在下でmTORがFLAG−p150に結合していないときでも、FLAG−p150がリン酸化されていることである(上段のレーン4)。この事実は、raptor(p150)をリン酸化する酵素が、mTOR以外に存在していることを示唆している。
(実施例10:p70S6キナーゼのTOSモチーフは、raptorとの結合に必要である)
p70S6キナーゼのTOSモチーフがraptorとの結合に必要であるかどうかを調べるため、下記実験1および2を行った。実験1の結果を図34に、実験2の結果を図35に示す。
実施例10−実験1: HEK293細胞に、FLAG−raptor(レーン2,4〜6)と、GST融合p70S6キナーゼ(GST−p70S6k)(レーン3〜4)、28番目のフェニルアラニンをアラニンに置換したGST−p70S6kの変異体(GST−p70S6k−F28A)(レーン5)、GST融合PDK1(GST−PDK1)(レーン6)のいずれかとの共発現を行った。
次に、それらの細胞溶解液より、GST融合タンパク質を、グルタチオンセファロースビーズを用いて精製した後、洗浄と溶出とを行った。次に、溶出したものを、SDS−PAGEを用いて分離して、PVDFメンブレンに転写した。メンブレンは切り分けて、上部は抗FLAG抗体、下部は抗GST抗体を用いてウェスタンブロッティングを行った。そのウェスタンブロッティングの結果を、図34の「Eluates」の項目に示す。
なお、FLAG−raptorの発現を確認するため、まず、上記細胞溶解液を、SDS−PAGEを用いて分離して、PVDFメンブレンに転写した。次に、抗FLAG抗体を用いて、免疫染色ウェスタンブロッティングを行った。その結果を、図34の「Lysates」の項目に示す。
実施例10−実験2: HEK293細胞に、FLAG−raptor(レーン2,4〜6)と、GST−p70S6k(レーン3〜4)、GST−p70S6k−F28A(レーン5)、カルボキシル末端欠失不活化p70S6キナーゼ変異体(GST−p70S6k−KM/ΔCT)(レーン6)のいずれかとの共発現を行った。細胞溶解、GST融合タンパク質の精製、溶出は、上記(実施例10−実験1)と同様に行った。その結果を、図35に示す。
なお、図34および図35において、「+」は当該分子を発現させているものを、「−」は発現させていないものを示している(以下、同じ)。
まず、実施例10−実験1について説明する。図34の「Eluates」の項目において、抗FLAG抗体を用いたウェスタンブロッティングでは、4レーンのみ、つまり、FLAG−raptorとGST−p70S6kとを共発現させたもののみ、バンドが確認できる。つまり、raptorは、p70S6キナーゼ(p70S6キナーゼalphaI)と結合することが示された。
さらに、TOSモチーフを破壊した変異体であるp70S6k−F28A(28番目のフェニルアラニンをアラニンに置換したp70S6キナーゼの変異体)では、バンドが見られない。つまり、TOSモチーフが破壊されたp70S6キナーゼとraptorとは結合しないことが示された。
次に、実施例10−実験2について説明する。図35の「Eluates」の項目において、抗FLAG抗体を用いたウェスタンブロッティングでは、4レーンと6レーンとにおいて、バンドが確認できる。この6レーンは、p70S6キナーゼのカルボキシル末端の104アミノ酸を欠失し、キナーゼドメインのATP結合部位に変異を加え酵素活性を失わせたp70S6k−KM/ΔCT変異体の結果を示している。つまり、そのp70S6k−KM/ΔCT変異体はraptorと結合したことを示しており、raptorとp70S6キナーゼとの結合に、p70S6キナーゼのリン酸化酵素活性あるいはp70S6キナーゼのカルボキシル末端の104アミノ酸が必須でないことが示された。
(実施例11:4E−BP1のTOSモチーフは、raptorとの結合に必要である)
次に、4E−BP1のTOSモチーフがraptorとの結合に必要であるかどうかを調べるため、次の実験を行った。結果は図36に示す。
まず、HEK293細胞に、FLAG−raptor(レーン2,4〜6)と、GST融合4E−BP1(GST−4E−BP1)(レーン3〜4)、114番目のフェニルアラニンをアラニンに変異させたGST−4E−BP1の変異体(GST−4E−BP1−F114A)(レーン5)、GST融合PDK1(GST−PDK1)(レーン6)のいずれかとの共発現を行った。次に、それらの細胞溶解液より、GST融合タンパク質を、グルタチオンセファロースビーズを用いて精製した後、洗浄と溶出とを行った。次に、溶出したものを、SDS−PAGEを用いて分離して、PVDFメンブレンに転写を行った。メンブレンは切り分けて、上部は抗FLAG抗体、下部は抗GST抗体を用いてウェスタンブロッティングを行った。その結果を、図36における「Eluates」の項目に示す。
また、FLAG−raptorの発現を確認するため、上記と同じ細胞溶解液を、SDS−PAGEを用いて分離し、PVDFメンブレンに転写を行った後、抗FLAG抗体を用いてウェスタンブロッティングを行った。その結果を、図36における「Lysates」の項目に示す。
図36の「Eluates」の項目において、抗FLAG抗体を用いたウェスタンブロッティングでは、4レーンのみ、つまり、FLAG−raptorとGST−4E−BP1とが共発現したもののみに、バンドが認められる。これは、raptorとeIF−4EBPとの結合を示している。一方、TOSモチーフを破壊した変異体であるeIF−4EBP−F114A(114番目のフェニルアラニンをアラニンに置換したeIF−4EBPの変異体)、つまり5レーンでは、バンドは認められない。上記図36の結果は、上記変異体はraptorと結合せず、raptorとeIF−4EBPとの結合に、TOSモチーフが必要であることを示している。
(実施例12:raptorのアミノ末端側は、P70S6キナーゼのTOSモチーフとの結合に必要である)
raptorのどの領域がp70S6キナーゼのTOSモチーフとの結合に必要であるかどうかを調べるため、raptorの全長および種々の部分長変異体と、p70S6キナーゼとの結合を検討する下記の実験を行った。その結果を図37に示す。
まず、HEK293細胞に、FLAG−raptor(レーン4〜5)、raptorのカルボキシル末端欠失変異体(FLAG−raptor−△CT)(レーン6〜7)、raptorのアミノ末端欠失変異体(FLAG−raptor−△NT)(レーン8〜9)、raptorのWDリピートドメイン(FLAG−raptor−WD)(レーン10〜11)のそれぞれと、GST−p70S6k(レーン2,4,6,8,10)またはGST−p70S6k−F28A(レーン3,5,7,9,11)との共発現を行った。それらの細胞溶解液より、GST融合タンパク質を、グルタチオンセファロースビーズを用いて精製した後、洗浄と溶出とを行った。次に、溶出したものを、SDS−PAGEを用いて分離して、PVDFメンブレンに転写した。メンブレンは切り分けて、上部は抗FLAG抗体、下部は抗GST抗体を用いてウェスタンブロッティングを行った。その結果を、図37の「Eluates」の項目に示す。
また、FLAG−raptorの発現を確認するため、上記と同じ細胞溶解液を、SDS−PAGEを用いて分離し、PVDFメンブレンに転写を行った後、抗FLAG抗体を用いてウェスタンブロッティングを行った。その結果を、図37の「Lysates」の項目に示す。
図37の「Eluates」の項目において、抗FLAG抗体を用いたウェスタンブロッティングでは、4レーン(図中「←FLAG−raptor」で示す)および6レーン(図中「←FLAG−raptor−△CT」で示す)に、バンドが認められる。
図37に示す結果は、p70S6キナーゼは、raptorの全長およびカルボキシル末端欠失変異体(FLAG−raptor−△CT)に結合することと、p70S6キナーゼとraptorとの結合にraptorのアミノ端(アミノ酸1−904)が必要であることとを示している。
(実施例13:mTORによる、試験管内での4E−BP1またはp70S6キナーゼのリン酸化に対するraptor存在化、非存在下でのTOSモチーフ変異の影響)
raptor存在化または非存在下で、4E−BP1またはp70S6キナーゼのmTORによるリン酸化に対して、TOSモチーフ変異が与える影響を、下記の実験1および2で調べた。実験1の結果は図38および図39に、実験2の結果は図40および図41に示す。
実施例13−実験1: まず、HEK293細胞を、界面活性剤を含まない溶解バッファーで溶解した。次に、抗mTOR抗体(レーン2〜4,6〜7)もしくはノーマルマウスIgG(NMG)(レーン1,5)を用いて、免疫沈降を行った。1%NP−40を含んだ0.5M NaCl入りの溶解バッファー(レーン1〜2,5〜6)、もしくはNP−40を含まない0.5M NaCl入りの溶解バッファー(レーン3〜4,7)で、免疫沈降物を洗浄した後、mTORキナーゼアッセイを行った。
mTORキナーゼアッセイにおいて、基質は、GST−4E−BP1−F114A(レーン1〜3)またはGST−4E−BP1(レーン5〜7)を使用した。反応液は、SDS−PAGEで分離した後、PVDFメンブレンに転写し、オートラジオグラフィーを行った。その結果を、図38における「Autoradiography」の項目に示す。引き続き、そのメンブレンに対し、抗mTOR抗体、抗raptor抗体、および抗GST抗体を用いて、ウェスタンブロッティングを行った。その結果を図38に示す。なお、抗mTOR抗体によるブロッティングの結果は「anti−mTOR blot」の項目に、抗raptor抗体によるブロッティングの結果は「anti−raptor blot」の項目に、抗GST抗体によるブロッティングの結果は「anti−GST blot」の項目に示している。
さらに、図38に示したGST−4E−BP1にとりこまれた32Pを、BAS2500を用いて測定し、グラフ化した。その結果を図39に示す。
上記のように、eIF−4EBPとeIF−4EBP−F114Aを基質に、raptor存在と非存在下のmTORキナーゼ活性を測定した。その結果、mTORは、eIF−4EBPを、raptor存在下でのみリン酸化した。このことは、特に、7レーンの「←32P−GST−4E−BP1」の位置におけるバンド(図38)と、図39のグラフにおける7レーンの値とによって、理解できる。一方、mTORは、raptorの存在・非存在にかかわらず、eIF−4EBP−F114Aをリン酸化できなかった。
上記結果により、TOSモチーフを介したraptorとeIF−4EBPとの結合が、mTORによるeIF−4EBPのリン酸化に必須であることが示された。
実施例13−実験2: HEK293細胞を用いて、実施例13−実験1と同様に、mTORキナーゼアッセイを行った。なお、基質は、GST−p70S6k−F28A(レーン1〜3)、もしくはGST−p70S6k(レーン5〜7)を使用した。反応液は、SDS−PAGEで分離した後、PVDFメンブレンにトランスファーし、オートラジオグラフィーを行った。そのオートラジオグラフィーの結果を、図40における「Autoradiography」の項目に示す。
引き続き、上記メンブレンに対し、抗mTOR抗体(anti−mTOR blot)、抗raptor抗体(anti−raptor blot)、抗GST抗体(anti−GST blot)を用いて、ウエスタンブロットを行った。GST−p70S6kとGST−p70S6k−F28Aの412番のトレオニンのリン酸化は、抗リン酸化412トレオニン抗体によるウエスタンブロットにより同定した。
これらウエスタンブロットの結果を、図40に示す。なお、抗mTOR抗体によるウエスタンブロットの結果は「anti−mTOR blot」の項目に、抗raptor抗体によるウエスタンブロットの結果は「anti−raptor blot」の項目に、抗GST抗体によるウエスタンブロットの結果は「anti−GST blot」の項目に、抗リン酸化412トレオニン抗体によるウエスタンブロットの結果は「anti−412−P blot」に示す。
さらに、図40に示したGST−p70S6kにとりこまれた32Pを、BAS2500を用いて測定し、グラフ化した。その結果を図41に示す。
上記のように、p70S6キナーゼおよびp70S6キナーゼ−F28Aを基質に、raptor存在または非存在下において、mTORキナーゼ活性を測定した。その結果、mTORは、p70S6キナーゼをraptor存在下でリン酸化したが、raptor非存在下ではそのリン酸化の程度は約80%減少した。このことは、図41における6レーンの結果と7レーンの結果とを見れば、理解できる。
一方、mTORは、raptorの存在・非存在にかかわらず、GST−p70S6k−F28Aをリン酸化したが、その程度は、raptor非存在下でのmTORによるp70S6キナーゼのリン酸化の程度と同等であった(図41における、レーン2〜3、6の結果参照)。
この結果によって、p70S6キナーゼを基質とした場合、mTORキナーゼ活性の大部分がraptorとの結合に依存性であり、一部がraptorとの結合に非依存性であることが明らかとなった。
上記実施例10〜実施例13の結果は、下記(1)〜(5)を示している。
(1) raptorの機能が、mTORおよびその基質蛋白質であるeIF−4EBPおよびp70S6キナーゼを結合しリン酸化反応の場を提供するscaffold蛋白質であることを支持している。
(2) raptorのeIF−4EBPおよびp70S6キナーゼへの結合が、mTORを介したアミノ酸からのシグナル伝達に不可欠であることを示唆している。
(3) TOSモチーフが、eIF−4EBPおよびp70S6キナーゼのraptorへの結合とmTORによるこれら基質蛋白質のリン酸化に必須であることを示している。
(4) TOSモチーフをもつ他の蛋白質が、raptorに結合し、mTORの基質になる可能性を示唆する。
(5) raptorとTOSモチーフの結合を阻害する物質の探索が、mTORシグナルを抑制し、免疫抑制効果・抗癌作用・虚血性心疾患における冠動脈の再狭窄の抑制剤などの新薬の開発に繋がる可能性を示している。
なお、上記「発明を実施するための最良の形態」においてなした、具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
産業上の利用の可能性
本発明は、以上のように、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つ新規タンパク質およびその遺伝子に関するものであり、種々の病気の病態解析やその治療薬の開発、治療改善などに広く有効利用できる、という効果を奏する。
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
図1は、タンパク質合成に関与するシグナル伝達を説明する図である。
図2は、ヒト、ショウジョウバエ、線虫、出芽酵母、分裂酵母およびシロイヌナズナにおけるraptorおよびそのホモログのアミノ酸配列を示す図である。
図3は、図2に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図4は、図3に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図5は、図4に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図6は、図5に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図7は、図6に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図8は、図7に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図9は、図8に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図10は、ヒトおよびマウスにおけるraptorのアミノ酸配列を示す図である。
図11は、図10に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図12は、図11に示すアミノ酸配列の続きを示す図である。
図13は、ヒトのゲノム上に位置する、raptorのエキソンとイントロンとを示す図である。
図14は、図13上の、エキソン26からエキソン34までの詳細を示す図である。
図15は、mTORに対するモノクローナル抗体を用いてmTORを免疫沈降し、eIF4EBP1に対するリン酸化活性を示す図である。
図16は、新規mTOR結合タンパク質raptorをmTORとともに精製後、mTORを含む分画(fr.7)と含まない分画(fr.13)とに分け、抗mTORモノクローナル抗体(mTORip)、または、normal mouse globulin(NMGip)を固相化したプロテインGセファロースビーズによる免疫沈降を行い、タンパク質を1%NP40またはグリシン(pH=2.8)で溶出し、SDS−PAGEでタンパク質を分離後、銀染色を行った結果を示す図である。
図17は、raptorのペプチド断片を、30%アセトニトリル/0.1%ギ酸を用いてZip−Tipから溶出し、Q−Tof2(マイクロマス社)を用いたESI−Q−TOF−MSによって、その溶出液を解析した結果得られたスペクトルを示す図である。
図18は、raptorのペプチド断片を、50%アセトニトリル/0.1%ギ酸を用いてZip−Tipから溶出し、Q−Tof2(マイクロマス社)を用いたESI−Q−TOF−MSによって、その溶出液を解析した結果得られたスペクトルを示す図である。
図19は、図17から同位体イオンを除いたスペクトルを示す図である。
図20は、図18から同位体イオンを除いたスペクトルを示す図である。
図21は、ペプチドマスフィンガープリンティング法による同定の際に帰属できなかった2種のイオンのスペクトルを示す図である。
図22は、m/z=579.33(2+)のMS/MS解析で得られたプロダクトイオンの情報に基づき、得られたアミノ酸配列を示す図である。
図23は、m/z=615.82(2+)のMS/MS解析で得られたプロダクトイオンの情報に基づき、得られたアミノ酸配列を示す図である。
図24は、新規に解明されたraptorのN末端アミノ酸配列と、そのアミノ酸配列を示すスペクトルとを示す図である。
図25は、図24の示す、N末端アミノ酸配列とそのアミノ酸配列を示すスペクトルとの続きを示す図である。
図26は、MH+=3664.71のイオンの高質量側に位置し、3680.78のイオンを示す図である。
図27は、細胞上清を用いて免疫沈降し、界面活性剤(NP40)の有無で条件分けを行い、抗mTOR抗体および抗p150抗体(抗raptor抗体)を用いてウエスタンブロットを行った結果を示す図である。
図28は、HA−mTOR、FLAG−p150、GST−4EBP、GST−p70、GSTを形質移入し、その細胞の上清をグルタチオンセファロースビーズとインキュベートし、抗HA抗体と抗FLAG抗体との混合物、および抗GST抗体でブロットした結果を示す図である。
図29は、HA−mTOR、FLAG−p150、GST−4EBP、GST−p70、GSTを形質移入し、その細胞の上清を抗FLAG抗体で免疫沈降し、抗HA抗体と抗FLAG抗体との混合物、および抗GST抗体でブロットした結果を示す図である。
図30は、HA−mTOR、FLAG−p150、GST−4EBP、GST−p70、GSTを形質移入し、その細胞の上清を抗HA抗体でウエスタンブロットを行った結果を示す図である。
図31は、HA−mTOR、FLAG−p150を形質移入し、その細胞上清を抗HA抗体で免疫沈降し、NP40を含む洗浄用緩衝液またはNP40を含まない洗浄用緩衝液で洗浄し、GST−4EBP1を基質として、γ−32P−ATP存在下でリン酸化アッセイを行い、解析した結果を示す図である。
図32は、FLAG−p150をトランスフェクションし、その細胞上清を抗FLAG抗体で免疫沈降し、NP40を含むまたは含まない洗浄用緩衝液で沈降物を洗浄し、GST−4EBP1を基質にγ−32P−ATP存在下でリン酸化アッセイを行った後の解析結果を示す図である。
図33は、予想される各エキソンについて、対応するcDNA配列と、エキソンの塩基数と、エキソンの配列番号と、エキソンを含んでいる配列の配列番号と、エキソンを含んでいる配列におけるエキソン開始位置および終了位置とを一覧にした表である。
図34は、HEK293細胞に、FLAG−raptor(FLAG−p150)と、GST融合p70S6キナーゼ(GST−p70S6k)、28番目のフェニルアラニンをアラニンに置換したGST−p70S6kの変異体(GST−p70S6k−F28A)、GST融合PDK1(GST−PDK1)のいずれかとの共発現を行い、それらの細胞溶解液と抗体とを用いてウェスタンブロッティングを行った結果を示す図である。
図35は、HEK293細胞に、FLAG−raptorと、GST−p70S6k、GST−p70S6k−F28A、カルボキシル末端欠失不活化p70S6キナーゼ変異体(GST−p70S6k−KM/ΔCT)のいずれかとの共発現を行い、それらの細胞溶解液と抗体とを用いてウェスタンブロッティングを行った結果を示す図である。
図36は、HEK293細胞に、FLAG−raptorと、GST融合4E−BP1(GST−4E−BP1)、114番目のフェニルアラニンをアラニンに変異させたGST−4E−BP1の変異体(GST−4E−BP1−F114A)、GST融合PDK1(GST−PDK1)のいずれかとの共発現を行い、それらの細胞溶解液と抗体とを用いてウェスタンブロッティングを行った結果を示す図である。
図37は、HEK293細胞に、FLAG−raptor、raptorのカルボキシル末端欠失変異体(FLAG−raptor−ΔCT)、raptorのアミノ末端欠失変異体(FLAG−raptor−ΔNT)、raptorのWDリピートドメイン(FLAG−raptor−WD)のそれぞれと、GST−p70S6kまたはGST−p70S6k−F28Aとの共発現を行い、それらの細胞溶解液と抗体とを用いてウェスタンブロッティングを行った結果を示す図である。
図38は、抗mTOR抗体またはノーマルマウスIgG(NMG)とHEK293細胞とを用いて免疫沈降物を得て、基質としてGST−4E−BP1−F114AまたはGST−4E−BP1を用いたmTORキナーゼアッセイを行い、さらに、反応液と抗体とを用いて、ウェスタンブロッティングを行った結果を示す図である。
図39は、上記図38におけるGST−4E−BP1にとりこまれた32Pを測定して、その測定結果を示すグラフである。
図40は、抗mTOR抗体またはノーマルマウスIgG(NMG)とHEK293細胞とを用いて免疫沈降物を得て、基質としてGST−p70S6k−F28AまたはGST−p70S6kを用いたmTORキナーゼアッセイを行い、さらに、反応液と抗体とを用いて、ウェスタンブロッティングを行った結果を示す図である。
図41は、上記図40におけるGST−p70S6kにとりこまれた32Pを測定して、その測定結果を示すグラフである。
図42は、エキソン7の塩基配列(枠で囲った部分)と、そのエキソンの前後にある塩基配列とを示す図である。
図43は、エキソン14の塩基配列(枠で囲った部分)と、そのエキソンの前後にある塩基配列とを示す図である。Technical field
The present invention relates to a novel protein having a property of binding to a mammalian target of rapamycin (hereinafter referred to as “mTOR”) and a gene thereof.
Background art
In mammals, the intracellular target protein mTOR of the organic compound rapamycin known as an immunosuppressant is a 290 kDa (molecular weight 290,000) serine-threonine protein phosphatase consisting of about 2500 amino acids, and is a member of the ATM kinase family. Are known. mTOR is thought to regulate cell growth (cell size) while controlling various molecules involved in transcription and translation of mRNA, regulation of cell cycle, and protein degradation. The whole picture is not clear.
In recent years, the relationship between the above-described signal transmission system via mTOR and the signal transmission system from cell growth factors is being clarified. This will be briefly described with reference to FIG. 1. First, insulin, which is one of the cell growth factors, is considered to be involved in protein synthesis through the following pathway. When insulin binds to the insulin receptor, PI-3 kinase is activated. When PI-3 kinase is activated, PDK1 and p70S6 kinase are sequentially activated, and finally protein synthesis is promoted.
On the other hand, the signal transduction system via mTOR will be described in detail below, including the history of research from the discovery of rapamycin.
In 1975, a new organic compound was isolated from the bacterium Streptomyces hygroscopicus obtained from the soil of Ister Island floating in the South Pacific and named rapamycin. Several years later, it was discovered that rapamycin had an immunosuppressive effect, and research into its mechanism of action began. In the 1990s, the mechanism of action gradually became apparent. The research results are listed below.
1) It was revealed that rapamycin binds to a small 12 kDa protein FK-506 binding protein-12 (FKBP-12) present in cells to form a complex.
2) Studies using budding yeast revealed that the intracellular target protein of the rapamycin / FKBP-12 complex was TOR (Target of Rapamycin). There are two TORs of Saccharomyces cerevisiae, and they were named TOR1 and TOR2. Both were giant proteins of 300 kDa and had a kinase domain at the carboxyl terminus.
3) This kinase domain is homologous to the ATM gene product that is the causative gene for cerebellar ataxia-telangeletasia, and TOR is classified as a member of the ATM gene product family. . This family group is considered to be a kinase involved in cell cycle checkpoint control.
4) Subsequently, the gene of the mammalian homologue of TOR was cloned and named mTOR (mammalian Target of Rapamycin).
5) For two signaling molecules p70S6 kinase and eIF-4EBP involved in translation of mRNA, p70S6 kinase is completely inactivated and eIF-4EBP is dephosphorylated by treating the cells with rapamycin. mTOR proved to be a signal regulatory molecule upstream of these p70S6 kinase and eIF-4EBP (see FIG. 1).
6) The eIF-4EBP is an eIF-4E binding protein (hereinafter referred to as eIF-4E binding protein), and may be referred to as “eIF4EBP1” or simply “4EBP1”. eIF-4EBP is a molecule involved in translation of mRNA, similar to p70S6 kinase. Most eukaryotic mRNA is 7 Me It has a GTP group or Cap structure at the 5 'end. The protein that binds to the Cap structure is eIF-4E. The eIF-4E, which is a scaffold protein, binds to eIF-4E bound to the Cap structure and promotes translation of mRNA. The eIF-4EBP controls the binding of eIF-4G to the Cap structure by binding to eIF-4E competitively with eIF-4G.
The ability of eIF-4EBP to bind to eIF-4E is suppressed by multiple phosphorylation of eIF-4EBP. This phosphorylation site has a serine-proline or threonine-proline motif. Phosphorylation at this site is promoted by the addition of cell growth factors and the abundance of amino acids in the cell environment. This phosphorylation is promoted by mTOR immunoprecipitated from the cell extract. Therefore, this phosphorylation is considered to be carried out by mTOR itself or an unidentified protein phosphorylase bound to mTOR.
Thus, regarding the signal transduction system via mTOR, 1) mTOR acts as a sensor of amino acid balance in the cellular environment in mammals, 2) p70S6 kinase and eIF-4EBP involved in mRNA translation It exists upstream of the molecular group and regulates the activity of each molecule by regulating its phosphorylation state. 3) For activation of the molecular group involved in translation of these mRNAs by cell growth factor, from mTOR input is essential as a priming signal 4) In other words, mTOR regulates protein synthesis and regulates cell growth (cell size) by regulating the phosphorylation state of p70S6 kinase and eIF-4EBP I understand that.
As described above, mTOR and the signal transduction system via mTOR have various physiology such as protein synthesis, transcription and translation of mRNA, regulation of cell cycle, degradation of protein, regulation of cell growth (cell size). It is thought to be involved in various diseases related to the function, and thus related to these physiological functions. Therefore, if the presence of a protein that binds to the above mTOR is clarified, this protein can be used as a candidate protein that regulates the action of the above mTOR, such as pathological analysis of such diseases, development of therapeutic agents, improvement of treatment, etc. It is expected to make an important contribution to the medical and industrial fields.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a novel protein having a property of binding to a mammalian rapamycin target protein (mTOR), a gene thereof, and a method of using the same. .
Disclosure of the invention
In view of the above problems, the inventor of the present application diligently investigated the existence of a molecule that binds to mTOR. As a result, it was found that phosphorylation of eIF-4EBP by the mTOR immunoprecipitate was greatly suppressed by washing with a buffer containing a surfactant during immunoprecipitation of mTOR. The present inventor considered that such phosphorylation suppression occurs because the surfactant dissociates an important factor for phosphorylating eIF-4EBP present in the mTOR immunoprecipitate. .
As a result of further research and analysis using mass spectrometry, 5′-RACE method, etc., the inventor of the present application purifies and identifies a novel protein of about 150 kDa whose binding to mTOR is inhibited by a surfactant. The full-length gene sequence was determined, and the novel protein was found to be a molecule that binds to mTOR and plays an extremely important role in the phosphorylation of eIF-4EBP by mTOR, thereby completing the present invention. It was.
First, the gene according to the present invention is a gene encoding the following proteins (a) to (c).
(A) A protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 in the sequence listing.
(B) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and a mammalian rapamycin target protein (mTOR ) A protein that binds to
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and a TOS motif (mTOR signaling motif) A protein that has the property of binding to the protein it has.
The protein of the above (a) is a novel protein raptor that has been purified and identified by the present inventor and clarified its full-length amino acid sequence, as will be described later. SEQ ID NO: 2 shows the amino acid sequence derived from human, SEQ ID NO: 4 shows the amino acid sequences derived from mice. This raptor is a molecule that binds to mTOR and regulates the enzyme activity (kinase activity) of mTOR, and is considered to be a molecule that plays an extremely important role in the signal transduction system via mTOR. Therefore, the gene and protein according to the present invention are not only useful as research materials for research and analysis of the above-mentioned mTOR-mediated signal transduction system and its regulatory mechanism, but through such research, the signal transduction system and its There is a possibility that it can be widely used for pathological analysis of various diseases related to regulatory mechanisms, development of therapeutic agents, and improvement of treatment.
Further, the inventor of the present application (1) that the raptor binds not only to eIF-4EBP but also p70S6 kinase, and (2) eOS-4EBP and p70S6 kinase, which are mTOR substrate proteins, include a TOS motif ( a conserved sequence consisting of 5 amino acids called mTOR signaling motif), and that the TOS motif is essential for mTOR signaling, (3) binding of eIF-4EBP and p70S6 kinase to raptor, It was clarified that the above TOS motif is essential for phosphorylation of these substrate proteins by mTOR.
That is, the function of raptor is considered to be a scaffold protein that binds to mTOR and its substrate proteins, eIF-4EBP and p70S6 kinase, and provides a field for phosphorylation.
TOS of the TOS motif is an abbreviation for TOR Signaling. That is, the TOS motif is a TOR signaling motif and is an essential sequence (sequence consisting of 5 amino acids) for signal transmission from mTOR to downstream p70S6 kinase and eIF4EBP. And TOS motifs were identified on those downstream molecules. That is, the TOS motif is a sequence called FDDL (human) that exists near the amino terminus in p70S6 kinase. The TOS motif is a sequence called FEMDI (human) present at the carboxyl terminus in eIF4EBP.
The above “gene” means at least genomic DNA, cDNA, and mRNA, and the gene according to the present invention includes (1) nucleotides 183 to 4187 of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. CDNA derived from a human having the sequence as an open reading frame, {circle around (2)} of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3, mouse-derived cDNA having the nucleotide sequence of positions 175 to 4179 as an open reading frame, and {circle around (3)} of these cDNAs MRNA having a base sequence corresponding to the base sequence, (4) human-derived genomic DNA having each base sequence (each exon sequence) shown in SEQ ID NOs: 5-35, and (5) consecutively in SEQ ID NOs: 36-48 An example is human-derived genomic DNA having a series of base sequences shown.
The “gene” includes not only double-stranded DNA but also single-stranded DNA and RNA such as sense strand and antisense strand constituting the DNA. Furthermore, the “gene” includes sequences such as untranslated region (UTR) sequences and vector sequences (including expression vector sequences) in addition to the sequences encoding the proteins (a) to (c) above. There may be. For example, the gene of the present invention can be amplified as desired by constructing the gene of the present invention by connecting the sequence encoding the proteins (a) to (c) above to a vector sequence and amplifying the gene in an appropriate host. be able to. Moreover, you may use the partial arrangement | sequence of the gene of this invention for a probe. Examples of the case of using the probe in this manner include a case where a partial sequence of the gene of the present invention is immobilized on a chip to constitute a DNA chip, and the DNA chip is used for various tests / diagnosis. .
Secondly, the protein according to the present invention is any one of the proteins (a) to (c) above, that is, (a) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, (b) SEQ ID NO: 2 Or the amino acid sequence shown in 4, consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and has the property of binding to a mammalian rapamycin target protein (mTOR). Or (c) an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, and a TOS motif (mTOR A protein having a property of binding to a protein having a signaling motif).
Here, the “protein” may be in a state isolated and purified from cells, tissues, or the like, or in a state where a gene encoding the protein is introduced into a host cell and the protein is expressed in the cell. There may be. The protein according to the present invention may contain an additional polypeptide. Examples of the case where such a polypeptide is added include a case where the protein of the present invention is epitope-tagged with HA, FLAG, or the like.
In addition, the above “one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added” means substitution, deletion, insertion, and the like by a known mutant protein production method such as site-directed mutagenesis. It means that the number of amino acids (preferably 10 or less, more preferably 7 or less, more preferably 5 or less) that can be added is substituted, deleted, inserted, and / or added. Thus, in other words, the proteins of (b) and (c) above are mutant proteins of the protein of (a), and the “mutation” mentioned here is artificially produced mainly by known methods for producing mutant proteins. Although the introduced mutation is meant, a naturally occurring similar mutant protein may be isolated and purified.
The protein according to the present invention may be further specified by the following properties and characteristics A) to D).
A) It has a property of binding to a mammalian rapamycin target protein (mTOR) and enhancing the enzyme activity of the protein.
B) It has a property of binding to a translation initiation factor binding protein (eIF-4EBP) of eukaryotic cells.
C) It has the property of binding to p70S6 kinase.
D) It has a property of binding to a protein having a TOS motif (mTOR signaling motif).
The protein according to the present invention is a variant of the proteins (a) to (c) described above, and has a property of binding to a mammalian rapamycin target protein (mTOR), a property of enhancing the enzyme activity of the protein, Mutant protein having an abnormality in any of the property of binding to a nuclear cell translation initiation factor binding protein (eIF-4EBP), the property of binding to p70S6 kinase, or the property of binding to a protein having a TOS motif (mTOR signaling motif) It may be. Such a mutated protein is useful in protein functional analysis, for example, by comparing a structure with a wild-type protein, a region essential for activity in the structure becomes clear. In addition, the gene according to the present invention includes a gene encoding such a mutant protein, and such a gene is useful for, for example, production of a new transformant.
Third, the binding inhibitor according to the present invention is a binding inhibitor that inhibits the binding of the proteins (a) to (c) above to the mammalian rapamycin target protein (mTOR), and such binding Examples of the inhibitor include a surfactant such as NP-40 and CHAPS, as well as a binding inhibitor obtained by the screening method of the present invention. Such binding inhibitors are not only useful as research materials for studying and analyzing the above-described mTOR-mediated signal transduction system and its regulatory mechanism, but also through such research, are involved in the signal transduction system and its regulatory mechanism. There is a possibility that it can be effectively used widely for pathological analysis of various diseases, development of therapeutic agents, and improvement of treatment.
Other objects, features, and advantages of the present invention will be fully understood from the following description. The benefits of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1) Protein raptor according to the present invention and the sequence, structure, etc. of the gene thereof
As described above, the present inventor determined the amino acid sequence of a novel protein of about 150 kDa that binds to mTOR using mass spectrometry, 5′-RACE method, and the like, and the full-length cDNA of the gene encoding the protein. The sequence was successfully determined and this new protein was originally designated as “p150 TORAP ". TORAP is an abbreviation for TOR-associated protein. Furthermore, as a result of the functional analysis of this new protein (mTOR binding protein), it has an action of regulating the activity of mTOR. Therefore, the name of this new protein is finally “raptor (regularly associated protein of mTOR)”. Named. In the following, for convenience of explanation, the novel protein of the present invention is simply referred to as “p150” or “raptor”.
As a result of functional analysis, it was confirmed that the protein raptor binds not only to mTOR but also to eIF-4EBP and p70S6 kinase. That is, the function of raptor is considered to be a scaffold protein that binds to mTOR and its substrate proteins, eIF-4EBP and p70S6 kinase, and provides a field for phosphorylation.
The amino acid sequence of the protein raptor is shown in SEQ ID NOs: 2 and 4. SEQ ID NO: 2 shows the amino acid sequence of the raptor derived from human, and SEQ ID NO: 4 shows the amino acid sequence of the raptor derived from mouse.
The base sequence of the full-length cDNA sequence of the raptor is shown in SEQ ID NOs: 1 and 3. SEQ ID NO: 1 shows the cDNA sequence of a raptor derived from human, and SEQ ID NO: 3 shows the cDNA sequence of a raptor derived from mouse.
In the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, the 183rd to 4187th nucleotide sequence corresponds to an open reading frame (ORF) region encoding the human-derived protein raptor. Further, in the base sequence of SEQ ID NO: 3, the 175th to 4179th base sequence corresponds to an open reading frame (ORF) region encoding the mouse-derived protein raptor. Each cDNA sequence shown in SEQ ID NOs: 1 and 3 contained an untranslated region (UTR) on the 5 ′ side and 3 ′ side in addition to this ORF region.
The ORF region was composed of 4005 bases, both human and mouse, and the amino acid sequence deduced from this gene was 1335 residues.
Based on the above results, further database searches were performed. As a result, it was found that the raptor homologs exist across species, such as Drosophila, nematodes, budding yeast, fission yeast, and Arabidopsis thaliana. 2 to 9 are alignment data showing homology between these homologs. In the figure, 1 is human, 2 is Drosophila, 3 is nematode, 4 is budding yeast, 5 is fission yeast, and 6 is Arabidopsis thaliana. An array is shown. Further, in the figure, black regions indicate amino acids conserved in three or more species, and gray regions indicate amino acids having the same properties (similar).
Comparing the amino acid sequences of the above homologues, it was found that the region from amino acid residues 49 to 667 was conserved very well even across species such as Drosophila, nematode, yeast, and Arabidopsis. . This result suggests that the region from amino acid residues 49 to 667 is important for raptor function across species.
Furthermore, as a result of analysis, it was found that there is a region where the structure of WD-40 repeat is repeated seven times from the 1015th position to the C-terminal of the amino acid sequence of the raptor. The WD-40 repeat structure is considered to be a structure that forms a scaffold for interacting with various signaling molecules. In addition, WD-40 repeat structures can be found in many conventional signal transduction molecules. From these facts, the raptor is considered to have a function as a scaffold protein that transmits various signals.
10 to 12 show the results of examining the homology of amino acid sequences between human-derived raptor and mouse-derived raptor. As shown in the figure, a high homology of 96.55% was observed between human and mouse.
Moreover, the database search of the human genome draft sequence was performed using the cDNA sequence of the above-mentioned human raptor. As a result, it was found that the entire genome sequence of raptor derived from human exists on chromosome 17.
As a result of organizing and analyzing the data obtained by the above search, the expected number of exons is considered to be 34. However, exon 1 could not be identified. Moreover, although it was not possible to connect the full length of the genome at present, the total number of bases was considered to be at least 292258 bases.
Based on the above analysis results, FIG. 13 shows an overall image of the exon-intron structure. In FIG. 14, the figure from the exon 26 to the exon 34 was shown. In FIGS. 13 and 14, X is inserted in the portion where the intron is not continuous.
SEQ ID NOs: 5 to 35 show the base sequences (exon sequences) of exons 2 to 6, exons 8 to 13, and exons 15 to 34 among the expected number of exons 34. SEQ ID NO: 49 shows the base sequence of exon 7, and SEQ ID NO: 50 shows the base sequence of exon 14. Moreover, a series of base sequences shown continuously in SEQ ID NOs: 36 to 48 are full-length genomic DNA sequences of human-derived raptor. In FIG. 33, for each predicted exon, the corresponding cDNA sequence, the number of bases, the corresponding sequence number, and the sequence containing the exon are listed.
In the item “exon” in the table of FIG. 33, the names of exons (exons 1 to 34) are described. In the item “cDNA sequence”, each exon shown in the item “exon” corresponds to the position of the cDNA sequence shown in SEQ ID NO: 1. For example, for exon 2, “345-447” is described in the item “cDNA sequence”. This indicates that exon 2 corresponds to the 345th to 447th bases in the cDNA sequence.
In the table of FIG. 33, the “base number (bp)” item indicates the base number of each exon, and the “exon sequence number” item indicates the sequence number in which each exon is indicated.
In the item “sequence number including exons” in the table of FIG. 33, the item “SEQ ID NO” indicates the sequence number of the base sequence (human genomic DNA sequence) including exons. In the array, the exon start position is indicated in the “exon start position” item, and the exon end position is indicated in the “exon end position” item.
For example, exon 2 is included in the sequence of SEQ ID NO: 36, and corresponds to the 12143th to 12243th bases in the sequence.
In FIG. 33, for exon 7, “exon start position” and “exon end position” in the item “sequence containing exons” are described as 941 and 1000, respectively. These positions indicate the positions of exons when the base sequence shown in FIG. 42 is counted from the top. FIG. 42 shows a region where exon 7 (“E7” in the figure) in FIG. 13 is sandwiched between two X marks in a base sequence.
Similarly, in FIG. 33, for exon 14, “exon start position” is described as 806, and “exon end position” is described as 880. These positions indicate the positions of exons when the base sequence shown in FIG. 43 is counted from the top. FIG. 43 shows a region where exon 14 (“E14” in the figure) in FIG. 13 is sandwiched between two X marks in a base sequence.
(2) Usefulness of the protein raptor according to the present invention and its gene
The above mTOR is a molecule that senses the nutritional state in the cellular environment, in particular the amino acid balance, and controls various cell functions, but it ultimately controls cell growth, in other words, the central molecule that regulates cell size. Has attracted attention as. In addition, evidence that mTOR is associated with various diseases is gradually accumulating. Examples are as follows.
a) Association with diabetes: Glucose intolerance occurs due to homo knockout of p70S6 kinase, a downstream molecule of mTOR. It is possible that the signal transduction system of amino acid-mTOR-p70S6 kinase is involved in undernutrition diabetes seen in developing countries.
b) Relationship with adipocytes: Knockout of 4EBP1, a downstream molecule of mTOR, revealed that white adipocyte differentiation was suppressed, brown adipocyte differentiation was promoted, and energy metabolism was increased. Yes. This is an experimental result suggesting a relationship between mTOR-raptor and “obesity or skinny”.
c) Association with angina pectoris: Angina pectoris is a disease that causes stenosis of the coronary artery, which is the heart's nutritional blood vessel, causing the myocardial infarction when the heart becomes ischemic and worsens. There is an angioplasty treatment method that physically pushes the constricted coronary artery as an angina treatment. Furthermore, a treatment method has been developed in which a thin metallic tube called a stent is inserted into the expanded portion to delay restenosis. However, the restenosis rate is still high even in the treatment using this stent, which is a big problem in this field. However, recently, it has been reported that the rate of restenosis is greatly reduced when rapamycin is infiltrated into this stent.
d) Rapamycin itself or its derivatives have been reported to have anticancer activity, and development and clinical trials of anticancer drugs using the rapamycin skeleton are in progress.
e) Recently, there is a research technique in which mutation is randomly introduced into the genome, an animal in which an interesting phenotype appears is analyzed, and the causative gene is searched. By this method, a mouse called “flat top” in which the first half of the brain was deleted was born, and this causative gene was found to be mTOR. In addition, if rapamycin is continuously administered to mice in early pregnancy, children with similar phenotypes are born. This suggests the possibility that mTOR is involved in brain formation.
From the above situation, the usefulness of the protein raptor (p150), which is a binding molecule of mTOR and plays an important role in phosphorylation of 4EBP1, and the gene thereof include the following utilities.
A) It can be used for screening of a compound (inhibitor) that inhibits the binding between mTOR and raptor, or the binding between raptor and 4EBP1. If such an inhibitor is developed,
(1) It may be a therapeutic agent for obesity and has the potential to lead to the treatment of diabetes, hypertension, antilipidemia, heart disease, etc. caused by obesity.
(2) It may be a therapeutic agent for restenosis after treatment with angioplasty for angina.
(3) There is a possibility of clinical application as an anticancer agent.
B) If single nucleotide polymorphism (SNP) which may exist on the genome sequence of raptor is utilized, application to the following diagnosis can be expected.
▲ 1 ▼ Application to genetic diagnosis of each individual about obesity and skinnyness
(2) Application to clinical diagnosis of drug sensitivity to obesity and skinnyness
(3) Clinical diagnosis of sensitivity to restenosis treatment after angioplasty treatment of angina
(4) Application to clinical diagnosis of sensitivity to anticancer drugs
C) By examining the expression level of raptor mRNA, application to each diagnosis can be expected in the same manner as described in b) above.
D) There is a possibility that the gene therapy using the raptor gene can be used for the treatment of each disease described in the above a).
As described in detail in Examples below, the raptor is a molecule that binds to mTOR and regulates the enzyme activity (kinase activity) of mTOR, and is extremely important in the signal transduction system via the mTOR. It is considered a molecule that plays a role. Therefore, the gene and protein according to the present invention are not only useful as research materials for research and analysis of the above-mentioned mTOR-mediated signal transduction system and its regulatory mechanism, but through such research, the signal transduction system and its There is a possibility that it can be widely used for pathological analysis of various diseases related to regulatory mechanisms, development of therapeutic agents, and improvement of treatment.
The novel protein (raptor) of the present invention is considered to be a scaffold protein that binds not only to mTOR but also to its substrate proteins, eIF-4EBP and p70S6 kinase, and provides a field for phosphorylation (described later). See example).
The mTOR substrate proteins eIF-4EBP and p70S6 kinase have a conserved sequence consisting of 5 amino acids called the TOS motif (mTOR signaling motif), and the TOS motif is used for mTOR signaling. It was known to be essential.
The present inventor has revealed that the above TOS motif is essential for binding of eIF-4EBP and p70S6 kinase to raptor and phosphorylation of these substrate proteins by mTOR. This finding indicates that other proteins with a TOS motif may bind to raptor and become a substrate for mTOR. In addition, the search for substances that inhibit the binding of the raptor and the TOS motif may lead to the development of new drugs that suppress the mTOR signal and suppress the immunosuppressive effect, anticancer action, and coronary restenosis in ischemic heart disease. Showing sex.
As described in the above section a), the substance that inhibits the binding between the protein raptor of the present invention and mTOR (or a protein having a TOS motif such as eIF-4EBP or p70S6 kinase) is a drug candidate molecule. (Drug discovery target) and is medically and industrially useful. The present invention includes a screening method for such substances.
As the screening method of the present invention, various conventionally known methods for examining the presence / absence of binding between substances and the presence / absence of dissociation can be applied and are not particularly limited. For example, the above raptor binds to p70S6 kinase via its amino terminal region (amino acid residue 1 to 904), and this binding is essential for phosphorylation of p70S6 kinase (see the following examples). Therefore, in a cell-free system, any one of the following (1) to (4) is expressed, and the material and mTOR (or a TOS motif such as eIF-4EBP or p70S6 kinase) are added. And a screening method for detecting a substance that inhibits the binding to the protein from the candidate molecules by ELISA or the like.
(1) Protein of the present invention such as the above raptor
(2) A partial protein of the protein of (1) above, which contains at least the 1st to 904th sequence (binding region with p70S6 kinase) in the amino acid sequence of the full-length protein.
(3) Partial protein of the protein of (1) above, wherein the partial protein includes a binding region with mTOR (or eIF-4EBP) in the amino acid sequence of the full-length protein.
(4) Modified protein of (1) above or partial protein of (2) (3) above
Since the raptor binds to p70S6 kinase via its amino terminal region (amino acid residue 1 to 904), eIF-4EBP having the same TOS motif also passes through the amino terminal region. The possibility of binding to raptor is high.
The above-mentioned “(protein) variant” means that one or several (preferably 7 or less, more preferably 5 or less, more preferably 3 or less) amino acids of the protein are substituted, deleted or inserted. , And / or an added variant, when the protein is labeled with a tag such as His or Myc, or when the protein is fused with a fluorescent protein (GFP, luciferase, etc.) or another protein It is used in the meaning including the case where it is modified by phosphorylation or sugar chain bonding.
For mTOR (or a protein having a TOS motif such as eIF-4EBP or p70S6 kinase) used in the above screening method, not only a full-length protein but also a partial protein including a binding region with raptor may be used. Alternatively, a partial protein variant may be used.
Needless to say, the screening method of the present invention is not limited to the above-described method, and screening may be performed in cells using cultured cells or the like instead of screening in a cell-free system.
In addition, (1) a method of searching for a substance that binds to the binding region of mTOR (or a protein having a TOS motif such as eIF-4EBP or p70S6 kinase) with a raptor by fixing the binding region to the column; The screening method of the present invention employs various conventionally known methods for examining the presence or absence of binding between substances or the presence or absence of dissociation, such as a method of searching for substances that inhibit the binding between raptor and mTOR using precipitation-immunoblot. Applicable.
Furthermore, in the screening method of the present invention, screening may be performed using proteins other than humans, for example, mouse homologs, rat homologs, and other homologs of other organisms.
(3) Recombinant expression vector of the present invention
The recombinant expression vector of the present invention comprises the gene of the present invention encoding any one of the proteins (a) to (c), for example, any of the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 1 or 3 And a recombinant expression vector into which a cDNA having is inserted. For the production of the recombinant expression vector, a plasmid, phage, cosmid or the like can be used, but it is not particularly limited.
The transformant of the present invention is a transformant into which the gene of the present invention encoding any one of the proteins (a) to (c) is introduced. Here, “gene introduced” means that the gene is introduced into a target cell (host cell) so as to be expressed by a known genetic engineering technique (gene manipulation technique). The “transformant” means not only cells / tissues / organs but also animals. The target animal is not particularly limited, and examples thereof include mammals such as cows, pigs, sheep, goats, rabbits, dogs, cats, guinea pigs, hamsters, mice and rats. In particular, rodents such as mice and rats are widely used as experimental animals and pathological model animals, and many inbred strains have been created, and technologies for fertilized egg culture, in vitro fertilization, etc. are in place. Mice are preferred as experimental animals and pathological model animals, and knockout mice and the like are further analyzed for the functions of the above-mentioned protein raptor and homologs thereof, development of diagnostic methods for diseases involving these proteins, development of treatment methods, etc. Useful for.
The gene detection instrument of the present invention uses at least a part of the base sequence or its complementary sequence in the gene of the present invention as a probe. The gene detection instrument can be used for detection and measurement of the expression pattern of the gene of the present invention under various conditions. Examples of the gene detection instrument of the present invention include a DNA chip in which the probe that specifically hybridizes with the gene of the present invention is immobilized on a substrate (carrier).
The antibody of the present invention is an antibody obtained as a polyclonal antibody or a monoclonal antibody by a known method using any one of the proteins (a) to (c) or a partial peptide thereof as an antigen. The antibody of the present invention can be used for detection and measurement of the protein of the present invention, and may be used for diagnosis and treatment.
(4) Protein and gene acquisition method according to the present invention
[4-1: Gene acquisition method]
As described above, the raptor (p150), which is the protein according to the present invention, and various characteristics such as the sequence, structure, function, and utility of the gene have been described. Hereinafter, the protein and gene acquisition method according to the present invention will be described. .
The method for obtaining the gene encoding the protein raptor is not particularly limited, and a DNA fragment containing the gene sequence is isolated and cloned by various methods based on the sequence information disclosed above. be able to. For example, a probe that specifically hybridizes with a partial sequence of cDNA encoding the raptor may be prepared, and a human or mouse genomic DNA library or cDNA library may be screened. As such a probe, any probe of any sequence / length may be used as long as it specifically hybridizes to at least a part of the base sequence of cDNA encoding the raptor or its complementary sequence. Moreover, what is necessary is just to perform about each step in the said screening on the conditions used normally.
The clone obtained by the above screening can be analyzed in more detail by preparing a restriction enzyme map and determining its nucleotide sequence (sequencing). From these analyses, it can be easily confirmed whether a DNA fragment containing the gene sequence according to the present invention has been obtained.
In addition, the sequence of the probe is selected from regions considered to be important for the function of the raptor (for example, the region from the 49th to the 667th amino acid sequence), and genomic DNA of humans, mice and other organisms. If a (or cDNA) library is screened, there is a high possibility that a gene encoding a homologous molecule or a similar molecule having the same function as the raptor can be isolated and cloned.
The method for obtaining the gene (polynucleotide) according to the present invention includes a method using an amplification means such as PCR in addition to the above screening method. For example, among the cDNA sequences of the above raptor, primers are prepared from the sequences of untranslated regions on the 5 ′ side and 3 ′ side (or their complementary sequences), and human and mouse genomic DNA ( Alternatively, a large amount of DNA fragments containing the polynucleotide of the present invention can be obtained by performing PCR or the like using cDNA) as a template and amplifying the DNA region sandwiched between both primers.
[4-2: Protein acquisition method]
The method for obtaining the protein according to the present invention is not particularly limited. For example, a gene obtained as described above (such as cDNA encoding the above raptor or a homologous molecule thereof) can be obtained by a known method. The protein according to the present invention such as the above-mentioned protein raptor can be easily obtained by incorporating into a microorganism such as Escherichia coli or yeast, or animal cells, and expressing and purifying the protein encoded by the cDNA. When introducing a foreign gene into the host in this way, there are various expression vectors and hosts that incorporate a promoter that functions in the host in the recombination region of the foreign gene. do it. The method for extracting the produced protein varies depending on the host used and the nature of the protein, but the target protein can be purified relatively easily by using a tag or the like.
The method for producing the raptor mutant protein is not particularly limited. For example, site-directed mutagenesis (Hashimoto-Gotoh, Gene 152, 271-275 (1995), etc.), PCR, etc. Using a known mutant protein production method such as a method for producing a mutant protein by introducing a point mutation into a base sequence using a transposon, or a method for producing a mutant strain by inserting a transposon, the gene obtained as described above is used. It can be produced by modifying a base sequence so that one or more bases are substituted, deleted, inserted, and / or added. In addition, a commercially available kit (eg, QuikChange Site-Directed Mutagenesis Kit, manufactured by Stratagene) may be used for the production of the mutant protein.
Many examples of mutant proteins produced as described above have the same activity and function as the wild type. On the other hand, mutations are introduced so that the activity and function are abnormal. Many have already been made. For example, when a mutant protein of the above protein raptor is prepared, a property that binds to mTOR, a property that enhances the enzyme activity of mTOR by causing mutation in the binding region with mTOR or the binding region with eIF-4EBP, Alternatively, it is highly possible that a mutant protein having an abnormality in any of the properties of binding to eIF-4EBP can be produced. Similarly, the property of binding to mTOR by causing mutation in the region considered to be important for the function of raptor (for example, the region from the 49th to the 667th amino acid sequence and the WD-40 repeat region), There is a possibility that a mutant protein having an abnormality in either the property of enhancing the enzyme activity of mTOR or the property of binding to eIF-4EBP may be produced.
[4-3: Gene detection instrument]
The gene detection instrument uses a partial base sequence or its complementary sequence in the gene of the present invention as a probe. For example, a DNA chip formed by immobilizing an oligonucleotide (probe) on a substrate (carrier) can be mentioned. Here, the “DNA chip” mainly means a synthetic DNA chip using a synthesized oligonucleotide as a probe, but also includes an affixed DNA microarray using a cDNA such as a PCR product as a probe.
The sequence used as a probe can be determined by a conventionally known method for identifying a characteristic sequence from a cDNA sequence. For example, SAGE: Serial Analysis of Gene Expression Method (Science 276: 1268, 1997; Cell 88: 243, 1997; Science 270: 484, 1995; Nature 389: 300, 1997; U.S. Pat. No. 5,695,937).
In addition, what is necessary is just to employ | adopt a well-known method for manufacture of a DNA chip. For example, when a synthetic oligonucleotide is used as an oligonucleotide, the oligonucleotide may be synthesized on a substrate by a combination of a photolithography technique and a solid phase DNA synthesis technique. On the other hand, when cDNA is used as an oligonucleotide, it may be pasted on a substrate using an array machine.
Similarly to a general DNA chip, a perfect match probe (oligonucleotide) and a mismatch probe in which one perfect base substitution is performed in the perfect match probe may be arranged to further improve the accuracy of gene detection. Furthermore, in order to detect different genes in parallel, a plurality of types of oligonucleotides may be fixed on the same substrate to constitute a DNA chip.
[4-4: Recombinant expression vector and transformant]
The recombinant expression vector contains the gene of the present invention. The specific type of the vector is not particularly limited, and a vector that can be expressed in the host cell may be appropriately selected. That is, according to the type of the host cell, a promoter sequence may be appropriately selected in order to reliably express the gene, and this and the gene according to the present invention incorporated into various plasmids may be used as an expression vector.
In order to confirm whether or not the gene of the present invention has been introduced into the host cell, and whether or not it is reliably expressed in the host cell, various markers may be used. For example, a gene that is deleted in the host cell is used as a marker, and a plasmid containing this marker and the gene of the present invention is introduced into the host cell as an expression vector. Thus, the introduction of the gene of the present invention can be confirmed from the expression of the marker gene. Alternatively, the protein according to the present invention may be expressed as a fusion protein. For example, the green fluorescent protein GFP (Green Fluorescent Protein) derived from Aequorea jellyfish may be used as a marker, and the protein according to the present invention may be expressed as a GFP fusion protein. Good.
The host cell is not particularly limited, and various conventionally known cells can be suitably used. Specifically, including cells derived from humans or mice, for example, bacteria such as Escherichia coli, yeasts (budding yeast Saccharomyces cerevisiae, fission yeast Schizosaccharomyces pombe), nematodes Caenorhabditis elegans X Oocytes, cultured cells of various mammals (rats, rabbits, pigs, monkeys, etc.), cultured cells of insects such as Drosophila melanogaster, silkworm, etc., but are not particularly limited.
A method for introducing the expression vector into a host cell, that is, a transformation method is not particularly limited, and a conventionally known method such as an electroporation method, a calcium phosphate method, a liposome method, or a DEAE dextran method can be suitably used. .
[4-5: Antibody]
The antibody is an antibody obtained as a polyclonal antibody or a monoclonal antibody by a known method using the protein of the present invention or a partial peptide thereof as an antigen. Known methods include, for example, literature (Harlow et al., “Antibodies: A laboratory manual (Cold Spring Harbor Laboratory, New York (1988))”, Iwasaki et al., “Monoclonal antibody hybridoma and ELISA, Kodansha” (1991). The antibody prepared in this way is effective for detecting the protein of the present invention.
(Example)
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited to description of a following example, A various change is possible within the scope of the present invention. Example 1: Experimental data suggesting the presence of a novel mTOR binding protein
Using a monoclonal antibody against mTOR, mTOR was immunoprecipitated from HEK293 cells, and phosphorylation activity against eIF4EBP1 co-purified with mTOR was analyzed. Specifically, using eIF4EBP1 (GST-4EBP1) with GST-tag as a substrate, γ- 32 The phosphorylation assay of mTOR was performed in the presence of P-ATP, and the sample after the reaction was analyzed by autoradiography after SDS-PAGE.
Moreover, when washing | cleaning after the said immunoprecipitation, four things from which the conditions of washing | cleaning differ were prepared. The conditions are roughly divided into those using a buffer solution containing sodium chloride (NaCl) for washing and those using a buffer solution containing CHAPS (surfactant). Buffers containing sodium chloride were prepared with concentrations of 0.5M, 1M, and 1.5M, respectively. On the other hand, CHAPS having a concentration of 1% was used. Note that CHAPS is a trade name (manufacturer: Calbiochem-Novabiochem Corporation), and 3-[(3-colamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate is a surfactant having a main component.
Furthermore, another test condition different from the above was prepared. This was obtained by salting out with 30% ammonium sulfate before immunoprecipitation, solubilizing it again in a buffer solution, immunoprecipitating mTOR, and analyzing the phosphorylation activity of mTOR in the same manner as described above.
The experimental results are shown in FIG. In the figure, lanes 1 to 3 are respectively washed with NaCl solutions of 0.5 M, 1 M and 1.5 M, lane 4 is salted out with 30% ammonium sulfate before immunoprecipitation, and lane 5 is This is a result of washing with a buffer containing CHAPS. In the figure, “← mTOR-P” indicates the band position of phosphorylated mTOR, and “← GST-4EBP1-P” indicates the band position of phosphorylated GST-4EBP1.
As shown in FIG. 15, in lanes 1 to 3, phosphorylated GST-4EBP1 bands were observed. That is, even when the mTOR immunoprecipitate is washed with a buffer containing NaCl, the phosphorylation activity (kinase activity) of mTOR against eIF4EBP1 is kept normal. Furthermore, it was found that the phosphorylation activity was very stable even when washed with a buffer containing a relatively high concentration of 1.5 M sodium chloride (lane 3).
In lane 4, a band of GST-4EBP1-P was also observed. That is, also in this case, it was found that the phosphorylation activity of mTOR to eIF4EBP1 was kept normal and the phosphorylation activity to the salt was very stable.
On the other hand, in lane 5, the band of GST-4EBP1-P is hardly recognized. In other words, the phosphorylation activity of mTOR is very weak against washing with surfactants such as NP-40 and CHAPS, and when washed with a buffer containing these surfactants, the kinase activity of mTOR is almost completely eliminated. Turned out to be lost.
The above experimental results suggested that a molecule that binds to mTOR and is essential for the phosphorylation activity of mTOR to eIF4EBP1 exists, and that the binding between the molecule and mTOR is inhibited by the surfactant.
(Example 2: Purification of novel mTOR binding protein raptor)
The novel mTOR binding protein raptor was purified as follows.
First, 5 x 10 frozen 9 Individual HeLa cells were suspended in 140 ml of buffer A. The composition of Buffer A is 20 mM Tris, 20 mM NaCl, 1 mM EDTA, 20 mM β-glycophosphate, 5 mM EGTA, 1 mM DTT, 2 μg / ml aprotinin, 20 μg / ml leupeptin, 1 mM PMSF. Next, the cells were disrupted with ultrasonic waves. After centrifugation at 700 × g for 20 minutes, the supernatant was collected, and further centrifuged at 100,000 × g for 1 hour, and the supernatant was collected. To the supernatant of this cytoplasmic fraction, ammonium sulfate was added to a final concentration of 30%, left on ice for 10 minutes, and then centrifuged at 20,000 × g to collect the precipitate.
Next, the precipitate was resuspended in 50 ml of buffer A, filtered through a 0.45 μm filter, and then applied to a Hiload 16/10 SP column (Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.). The column-bound protein was eluted with a NaCl concentration gradient from 20 mM to 500 mM, and the fraction containing mTOR was detected by dot blotting using an anti-mTOR monoclonal antibody. The peak fraction containing mTOR and the fraction containing only a small amount of mTOR as a control were collected and immunoprecipitated. For immunoprecipitation, an anti-mTOR monoclonal antibody or protein G Sepharose beads on which normal mouse globulin was immobilized were used. After the reaction, protein G sepharose beads bound with protein were washed with buffer A containing 0.5 M NaCl.
After the washing, the bound protein was eluted. The elution conditions were as follows: elution with glycine (pH = 2.8) alone, elution with 1% NP-40 (surfactant), and elution at the first stage with 1% NP-40. Subsequently, the second-stage elution was performed with glycine.
Samples eluted under the above conditions were each subjected to 10% SDS-PAGE. Thereafter, the protein was stained by a negative staining method to detect the protein. The result is shown in FIG.
In the figure, “mTOR ip” represents an immunoprecipitation using an anti-mTOR monoclonal antibody, and “NMG ip” represents an immunoprecipitation using a normal mouse globulin. “Fr. “7” represents a peak fraction containing mTOR, and “fr.13” represents a fraction containing a small amount of mTOR as a control.
In the figure, one lane on the left is eluted with glycine (pH = 2.8) alone, and among the six lanes on the right, the three lanes labeled “1% NP-40” on the bottom are The three lanes eluted with 1% NP-40 (surfactant) and labeled “Glycine (pH, 2.8)” at the bottom are the first step elution with 1% NP-40. The second stage elution was performed with glycine.
Furthermore, at the left end of the figure, the positions of mTOR, p150 (raptor), p39 and IgG are indicated by arrows, respectively, and at the right end of the figure, the positions of molecular weight markers are indicated.
As shown in FIG. 16, in the third lane from the left, that is, in the case of “mTOR ip” “fr.7” and “1% NP-40”, a band having a molecular weight of about 150 kDa (between 200 kDa and 120 kDa). Band). This band was cut out from the gel, and as a result of protein identification and functional analysis as shown in the Examples below, it was found that it was a novel protein (p150 (raptor)) that binds to mTOR.
(Example 3: Identification of p150 (raptor) by mass spectrometry)
The protein (p150) contained in the gel cut out in Example 2 was digested in the gel with lysyl endopeptidase (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). Next, the digest was extracted and desalted using Zip-Tip (Millipore). As an eluate of peptide fragments from Zip-Tip, 4% each of 30% acetonitrile / 0.1% formic acid and 50% acetonitrile / 0.1% formic acid was eluted. Each eluate was analyzed by ESI-Q-TOF-MS using Q-Tof2 (manufactured by Micromass).
From the spectra (FIGS. 17 and 18) obtained by the above analysis, four types of spectra showing main ions were selected and tandem mass spectrometry (MS / MS analysis) was performed. Furthermore, based on the MS / MS analysis, protein identification was performed by Mascot MS / MS ion search (Mascot MS / MS Ions Search).
The ions subjected to MS / MS analysis are the following four types (1) to (4).
(1) m / z = 759.89 (2+) observed with 30% acetonitrile / 0.1% formic acid eluate (FIG. 17)
(2) m / z = 813.78 (3+) observed in 30% acetonitrile / 0.1% formic acid eluate (FIG. 17)
(3) m / z = 1132.58 (3+) observed in 50% acetonitrile / 0.1% formic acid eluate (FIG. 18)
(4) m / z = 821.97 (2+) observed with 50% acetonitrile / 0.1% formic acid eluate (FIG. 18)
Mascot MS / MS Ions Search was performed based on the product ion information obtained by each MS / MS analysis and the mass number information of each parent ion. As a result, with a high score of 301, the analyzed protein (p150 (raptor)) was identified as a protein (KIAA1303 protein [Homo sapiens]) encoded by the KIAA1303 cDNA clone.
In addition, proteins were identified by peptide mass fingerprinting. However, many multivalent ions were detected in the spectrum obtained by the ESI-Q-TOF-MS analysis. Of course, the molecular ion of each peptide fragment was accompanied by an isotope ion. Therefore, even if the data obtained by the above analysis is used as it is, the protein cannot be identified by the peptide mass fingerprinting method. Therefore, data conversion was performed. Specifically, data conversion was performed using software called MaxEnt3 (manufactured by Micromass) to convert multivalent ions into monovalent ions. Furthermore, a spectrum excluding isotope ions was created using MaxEnt3. FIG. 19 shows the spectrum of the 30% acetonitrile / 0.1% formic acid eluate after treatment with MaxEnt3, and FIG. 20 shows the spectrum of the 50% acetonitrile / 0.1% formic acid eluate.
Using the mass data list of peptide fragments obtained from FIG. 19 and FIG. 20, peptide mass fingerprinting by Mascot (http://www.matrixscience.com/) was performed to identify proteins. As a result, the analyzed protein (p150 (raptor)) was identified as a protein (KIAA1303 protein [Homo sapiens]) encoded by the KIAA1303 cDNA clone with a high score of 251.
The identification using Mascot MS / MS Ions Search and the identification using Mascot mass fingerprinting are independent protein identification methods that are independent of each other. The protein (p150 (raptor)) has been identified as the same protein.
However, the base sequence of the gene registered on the database as KIAA1303 protein lacks the start codon, and the amino acid sequence of KIAA1303 protein has not been registered.
(Example 4: Analysis of amino terminal sequence of p150 (raptor) using mass spectrometry)
Since the amino terminal (N-terminal) side sequence of p150 (raptor) could not be determined from the gene information registered in the database, we tried to obtain as much information as possible by mass spectrometry. It was.
MS / MS analysis was performed on two types of ions that could not be assigned upon identification by the peptide mass fingerprinting method. The ions subjected to MS / MS analysis are the following two types (arrows in FIG. 21).
(1) Observed with 30% acetonitrile / 0.1% formic acid eluent, m / z = 579.33 (2+)
(2) m / z = 615.82 (2+) observed with 30% acetonitrile / 0.1% formic acid eluent
Mascot MS / MS Ion Search was performed based on the product ion information obtained by MS / MS analysis of m / z = 579.33 (2+). For the search, dbEST was used. As a result, Accession No. The amino acid sequence contained in the EST clones of AW752810 and AA50808038 was identified as ALETIGANLQK (FIG. 22).
Further, Mascot MS / MS Ion Search was performed based on the product ion information obtained by the MS / MS analysis of m / z = 615.82 (2+). As a result, Accession No. It was identified as QSLDPTVDEVK, the amino acid sequence contained in the EST clones of AW752810, AA50808038 and AA508904 (FIG. 23).
Further, THC database search was performed using the above three EST clones (Accession No. AW752810, AA50808038 and AA508904). As a result, all three clones were included in THC597050.
Of the amino acid sequences obtained by translating the above THC597050 base sequence, the amino acid sequence spanning 83 residues from valine (Val) at 273 residue to arginine (Arg) at 355 residue of Frame 1 is The amino acid sequence of the protein registered in (KIAA1303 protein) completely matched the sequence from Val at the third residue. Going back from the overlap to the N-terminal direction, there were 7 start codons before the stop codon appeared.
In order to determine the N-terminus of p150 (raptor), an attempt was made to assign a peak that could not be assigned when peptide mass fingerprinting of p150 (raptor) was performed with reference to the amino acid sequence of Frame 1 in THC597050. The results are shown in FIGS. 24 and 25. Assuming that the start codon closest to the upstream stop codon is the p150 start codon, the N-terminal sequence of the p150 precursor protein is MESEML-.
It is said that 60 to 80% of the intracellular proteins of eukaryotic cells are acetylated at the N-terminus. Initiation methionine (Meti), which is a peptide chain synthesis initiation signal, generally has a side chain turning radius of 1.43 × 10 6. -10 2 amino acids smaller than m (1.43Å) (ie, glycine (Gly), alanine (Ala), serine (Ser), cysteine (Cys), threonine (Thr), proline (Pro), and valine (Val)) When it continues as the amino acid residue of the residue, it is eliminated by the action of methionine aminopeptidase. On the other hand, when the other 13 amino acid residues having a side chain turning radius larger than 1.43 Å are present as the second residue, Meti remains as the N-terminal amino acid of the protein. Thereafter, when the amino acid residue following Meti is aspartic acid (Asp), glutamine (Glu), or asparagine (Asn), Meti is acetylated by the action of N-acetyltransferase 2 (NAT2).
Considering the above matters, when the N-terminal amino acid sequence of raptor is MESEML-, it is highly possible that the N-terminal methionine is acetylated without being eliminated. If the N-terminus of raptor has this sequence and is further acetylated, it is theoretically expected that ions of MH + = 366.71 will be observed. And on the mass spectrum, 3664.70 ions were observed (see FIG. 24). This fragment contains 3 residues of Met, in which case some methionine is expected to be oxidized and converted to methionine sulfoxide. Looking closely at the mass spectrum, 3680.78 ions were also detected on the higher mass side of the ions with MH + = 3664.71 (FIG. 26), which is a fragment ion containing one residue methionine sulfoxide. The presence of this ion also indicates that MH + = 3664.71 is derived from the N-terminal fragment of raptor. The above results are consistent with the fact that no significant PTH amino acids were obtained when raptor was subjected to Edman degradation.
From the above analysis, it was determined that the N-terminal amino acid sequence of raptor was MESEML-, and the entire amino acid sequence of raptor was as shown in SEQ ID NO: 2. In addition, from 219th, it is a part which overlaps with KIAA1303.
(Example 5: Acquisition of full-length cDNA of raptor and characteristics of its amino acid sequence)
Along with the determination of the amino acid sequence, a primer was prepared based on the identified gene sequence of KIAA1303, and 5 ′ upstream cDNA of KIAA1303 gene was obtained from a human placenta cDNA library by 5′-RACE method. . By overlapping the obtained 5′-RACE product with the gene sequence of KIAA1303, the full-length cDNA sequence of raptor consisting of 4005 bases of open reading frame was determined. The amino acid sequence deduced from this gene was 1335 residues.
Based on the above results, a database search was performed. As a result, it was found that raptor homologs exist even across species such as Drosophila, nematodes, budding yeast, fission yeast, and Arabidopsis thaliana. Comparison of amino acid sequences revealed that the region from amino acid residues 49 to 667 is very well conserved even across species such as Drosophila, nematode, yeast, and Arabidopsis thaliana (FIG. 2). (See FIG. 9). This result suggests that the region from amino acid residues 49 to 667 is important for raptor function across species.
Furthermore, it has been found that there is a region in which the structure WD-40 repeat is repeated seven times from the 1015th position to the C-terminus of the amino acid sequence. The WD-40 repeat structure is considered to be a structure that forms a scaffold for interacting with various signaling molecules. In addition, a WD-40 repeat structure can be found in many signal transduction molecules. Considering these facts, raptor is also likely to have a function as a scaffold protein that transmits various signals.
(Example 6: Experiment for examining binding between raptor (p150) and mTOR)
First, an anti-raptor rabbit polyclonal antibody (anti-p150 rabbit polyclonal antibody) using the N-terminal 17 residues of raptor (p150) as an antigen was prepared. Next, using the cell supernatant prepared from HEK293 cells, raptor was immunoprecipitated with an anti-raptor rabbit polyclonal antibody, and the immunoprecipitate was subjected to Western blotting with an anti-mTOR mouse monoclonal antibody. As a result, mTOR coimmunized with raptor. It was confirmed that sedimentation occurred (see lane 2 in FIG. 27). It was also confirmed that this binding disappeared by washing with a washing buffer containing 1% NP-40 (see lane 4 in the figure). Conversely, immunoprecipitation was carried out with an anti-mTOR mouse monoclonal antibody, and the immunoprecipitate was subjected to Western blotting with an anti-raptor rabbit polyclonal antibody. As a result, raptor was co-immunoprecipitated with mTOR (see lane 6 in the figure). Also in this case, it was confirmed that this binding disappeared by washing with a washing buffer containing 1% NP-40 (see lane 8 in the figure).
In addition, referring to FIG. 27, the above-described experiment for examining the binding between endogenous raptor and mTOR will be described in more detail. The cell supernatant prepared from HEK293 cells is treated with anti-raptor antibody (anti-p150 antibody) (lane in the same figure). Immunoprecipitation was performed with preimmune rabbit antiserum (lanes 1 and 3 in the same figure), anti-mTOR antibody (lanes 6 and 8 in the same figure), or control mouse IgG (lanes 5 and 7 in the same figure). After washing with a washing buffer containing NP-40 or a washing buffer containing no NP-40 (NP-40 + or-), the sample was separated by SDS-PAGE and then transferred to a PVDF membrane. The PVDF membrane was divided into upper and lower parts, and Western blotting was performed using an anti-mTOR antibody (upper) on the upper side and an anti-raptor antibody (lower) on the lower side. mTOR and raptor (p150) are indicated by arrows, respectively.
(Example 7: Binding of raptor, mTOR, and eIF4EBP1)
One or both of an expression plasmid encoding HA-mTOR, an expression plasmid encoding FLAG-p150, an expression plasmid encoding GST-4EBP, an expression plasmid encoding GST-p70, or GST, HEK293 Cells were transfected (transfected) and co-expressed. Note that HA-mTOR means HA-tag-attached mTOR, FLAG-p150 means FLAG-tag-attached p150 (raptor), GST-4EBP means GST-tag-attached eIF4EBP1, and GST-p70 means GST. P70S6 kinase with G-tag, GST is GST-tag.
Next, the cells were extracted without using a surfactant, and the cells were disrupted. Furthermore, the cell supernatant was divided into three.
The first supernatant was immunoprecipitated with anti-FLAG antibody. The sample was then washed. Then, it isolate | separated by SDS-PAGE and transferred to the PVDF membrane. Next, the PVDF membrane was cut into upper and lower parts. The upper side was blotted with a mixture of anti-HA and anti-FLAG antibodies. The lower side was blotted with anti-GST antibody. The result is shown in FIG.
The second supernatant was incubated with glutathione sepharose beads. The sample was then washed. Then, it isolate | separated by SDS-PAGE and transferred to the PVDF membrane. Next, the PVDF membrane was cut into upper and lower parts. The upper side was blotted with a mixture of anti-HA and anti-FLAG antibodies. The lower side was blotted with anti-GST antibody. The result is shown in FIG.
The third supernatant was directly mixed with the sample buffer and Western blotted with anti-HA antibody to confirm the expression of HA-mTOR. The result is shown in FIG.
In addition, in the table | surface of FIG.28, FIG.29, FIG.30,-shows not having transfected, + shows having transfected. In FIGS. 28 and 29, the band positions of HA-mTOR, FLAG-p150, GST-4EBP or GST-p70 are indicated by arrows, respectively. In FIG. 30, the band position of HA-mTOR is indicated by an arrow.
First, FIG. 28 will be described. In the condition of lane 5, the respective bands of HA-mTOR, FLAG-p150, and GST-4EBP can be found. That is, when FLAG-p150 was immunoprecipitated, binding to HA-mTOR was observed, and further, GST-4EBP was co-precipitated.
In lane 3 of FIG. 28, coprecipitation of FLAG-p150 and GST-4EBp is observed. In other words, mTOR and 4EBP1 were considered to be bonded via p150.
The experiment in which GST-p70 as a control was expressed in lane 6 to lane 10 of FIG. 28 is shown. In lane 9 and lane 10, a band showing binding between HA-mTOR and FLAG-p150 was confirmed. However, in lane 7 and lane 9, a significant band indicating binding between p150 (raptor) and GST-p70 could not be confirmed.
Next, FIG. 29 will be described. FIG. 28 shows the state in which the cell supernatant was immunoprecipitated with an anti-FLAG antibody. In the example shown in FIG. 29, a pull-down assay using glutathione sepharose beads was performed instead of immunoprecipitation with the anti-FLAG antibody in FIG.
In FIG. 29, compared with GST-p70 (lanes 7 and 9), GST-4EBP (lanes 3 and 5) showed significant co-precipitation of FLAG-p150 and mTOR in FIG. The observed phenomenon was reconfirmed.
Next, FIG. 30 will be described. In FIG. 30, the expression of HA-mTOR was confirmed by Western blotting the cell supernatant with an anti-HA antibody. In lanes 4, 5, 8, 9, and 10, transfected with an expression plasmid encoding HA-mTOR, the expression of HA-mTOR can be confirmed.
Moreover, although the data is not shown, the binding between FLAG-p150 and GST-4EBP was not lost by washing with a washing buffer containing 1% NP40. That is, the bond between FLAG-p150 and GST-4EBP was considered to be a stronger bond.
(Example 8: Effect of raptor (p150) on the activity of mTOR phosphorylating eIF4EBP1)
One or both of an expression plasmid encoding HA-mTOR and an expression plasmid encoding FLAG-p150 were transfected (transfected) into HEK293 cells. In the table,-indicates that it was not transfected, and + indicates that it was transfected.
Next, after disrupting the cells, the cell supernatant was immunoprecipitated with an anti-HA antibody, and washed with a washing buffer containing NP40 or a washing buffer containing no NP40. In the table, those washed with a washing buffer containing NP40 are shown as +, and those washed with a washing buffer containing no NP40 are shown as-.
Next, using GST-4EBP1 as a substrate, γ- 32 The phosphorylation assay was performed in the presence of P-ATP. Thereafter, the sample was subjected to SDS-PAGE and transferred to a PVDF membrane. It was analyzed by autoradiography (the upper part of FIG. 31). Thereafter, the PVDF membrane was subjected to Western blotting using a mixture of anti-HA antibody and anti-FLAG antibody (middle of FIG. 31). A part of the cell supernatant was subjected to Western blotting with an anti-FLAG antibody as it was to confirm the expression of FLAG-p150 (lower row in FIG. 31).
In the figure, phosphorylated HA-mTOR (HA-mTOR-P), phosphorylated FLAG-p150 (FLAG-p150-p), phosphorylated GST-4EBP1 (GST-4EBP1-P) , HA-mTOR, FLAG-p150 band positions are indicated by arrows.
The upper and middle lanes 7 and 8 in FIG. 31 are cells obtained by co-expressing HA-mTOR with FLAG-p150 in HEK293 cells. The upper and middle lanes 5 and 6 in FIG. 31 are cells in which only HA-mTOR is expressed alone.
First, the results in the upper part of FIG. 31 will be described. FIG. 31 shows the phosphorylation enzyme activity for eIF4EBP1 performed by HA-mTOR. According to the upper part of FIG. 31, it was found that the enzyme activity in lane 7 was 5 to 6 times higher than the enzyme activity in lane 5. That is, the presence of FLAG-p150 increases the enzyme activity of phosphorylation for eIF4EBP1. When washing with a washing buffer containing 1% NP40 is performed, the effect of enhancing the enzyme activity of mTOR by FLAG-p150 disappears. This can be understood by comparing the results of lanes 7 and 8. These results revealed that FLAG-p150 is an essential molecule for phosphorylation of eIF4EBP1 by mTOR.
(Example 9: Phosphorylation activity using eIF4EBP1 as a substrate by endogenous mTOR co-immunoprecipitated with raptor (p150))
First, HEK293 cells transfected with FLAG-p150 and non-transfected HEK293 cells were prepared. Next, the cells were disrupted, and then the cell supernatant was immunoprecipitated with an anti-FLAG antibody. The precipitate was washed with a washing buffer containing NP40 (shown as NP40 + in the figure) or a washing buffer without NP40 (shown as NP40- in the figure). Thereafter, GST-4EBP1 as a substrate and γ- 32 The phosphorylation assay was performed in the presence of P-ATP. Next, the sample was subjected to SDS-PAGE. Then, it transferred to the PVDF film | membrane and analyzed by autoradiography (upper stage). Thereafter, the PVDF membrane was subjected to Western blotting using an anti-FLAG antibody (middle) and an anti-mTOR antibody (lower).
In the figure, phosphorylated mTOR (mTOR-P), phosphorylated FLAG-p150 (FLAG-p150-p), phosphorylated GST-4EBP1 (GST-4EBP1-P), FLAG-p150 , And mTOR band positions are indicated by arrows.
In order to further confirm the relationship between the three molecules, in FIG. 32, only FLAG-p150 was transfected into HEK293 cells, and the relationship with endogenous mTOR was examined.
Lanes 2 and 4 are washed with a washing buffer containing NP40, and lanes 1 and 3 are washed with a washing buffer containing no NP40.
According to the western blot in the middle and lower rows of FIG. 32, the binding of FLAG-p150 to endogenous mTOR could be confirmed in the absence of NP40. And it was confirmed by the autoradiography of the upper stage that FLAG-p150 phosphorylates GST-4EBP1 only when mTOR is bound in the absence of NP40.
There is also an interesting fact shown in the upper autoradiography. This is that FLAG-p150 is phosphorylated even when mTOR is not bound to FLAG-p150 in the presence of NP40 (upper lane 4). This fact suggests that an enzyme that phosphorylates raptor (p150) exists in addition to mTOR.
(Example 10: TOS motif of p70S6 kinase is required for binding to raptor)
In order to examine whether the TOS motif of p70S6 kinase is required for binding to raptor, the following experiments 1 and 2 were performed. The result of Experiment 1 is shown in FIG. 34, and the result of Experiment 2 is shown in FIG.
Example 10-Experiment 1: In HEK293 cells, FLAG-raptor (lanes 2, 4-6), GST-fused p70S6 kinase (GST-p70S6k) (lanes 3-4), GST with 28th phenylalanine substituted with alanine. -Co-expression with either a mutant of p70S6k (GST-p70S6k-F28A) (lane 5) or GST-fused PDK1 (GST-PDK1) (lane 6).
Next, the GST fusion protein was purified from these cell lysates using glutathione sepharose beads, and then washed and eluted. Next, the eluted product was separated using SDS-PAGE and transferred to a PVDF membrane. The membrane was cut, and Western blotting was performed using an anti-FLAG antibody at the top and an anti-GST antibody at the bottom. The result of the Western blotting is shown in the item “Eluates” in FIG.
In order to confirm the expression of FLAG-raptor, the cell lysate was first separated using SDS-PAGE and transferred to a PVDF membrane. Next, immunostaining Western blotting was performed using an anti-FLAG antibody. The result is shown in the item “Lysates” in FIG.
Example 10-Experiment 2: HEK293 cells were treated with FLAG-raptor (lanes 2, 4-6), GST-p70S6k (lanes 3-4), GST-p70S6k-F28A (lane 5), carboxyl-terminal deletion inactivated. Co-expression with any of the p70S6 kinase mutants (GST-p70S6k-KM / ΔCT) (lane 6) was performed. Cell lysis, purification of the GST fusion protein, and elution were performed in the same manner as described above (Example 10-Experiment 1). The result is shown in FIG.
In FIG. 34 and FIG. 35, “+” indicates that the molecule is expressed, and “−” indicates that the molecule is not expressed (hereinafter the same).
First, Example 10-Experiment 1 will be described. In the item “Eluates” in FIG. 34, in Western blotting using an anti-FLAG antibody, bands can be confirmed only in 4 lanes, that is, only FLAG-raptor and GST-p70S6k are co-expressed. That is, raptor was shown to bind to p70S6 kinase (p70S6 kinase alphaI).
Furthermore, no band is observed in p70S6k-F28A (a mutant of p70S6 kinase in which the 28th phenylalanine is substituted with alanine), which is a mutant having the TOS motif destroyed. That is, it was shown that p70S6 kinase in which the TOS motif was destroyed and raptor do not bind.
Next, Example 10-Experiment 2 will be described. In the item “Eluates” in FIG. 35, in Western blotting using an anti-FLAG antibody, bands can be confirmed in 4 lanes and 6 lanes. These 6 lanes show the results of the p70S6k-KM / ΔCT mutant in which the amino acid 104 amino acid at the carboxyl terminus of p70S6 kinase was deleted and the enzyme activity was lost by mutating the ATP binding site of the kinase domain. That is, it is shown that the p70S6k-KM / ΔCT mutant bound to raptor, and that the phosphorylase activity of p70S6 kinase or the 104 amino acids at the carboxyl terminus of p70S6 kinase is not essential for the binding of raptor to p70S6 kinase. It has been shown.
(Example 11: TOS motif of 4E-BP1 is required for binding to raptor)
Next, the following experiment was conducted to examine whether the TOS motif of 4E-BP1 is necessary for binding with raptor. The results are shown in FIG.
First, in HEK293 cells, FLAG-raptor (lanes 2, 4 to 6), GST-fused 4E-BP1 (GST-4E-BP1) (lanes 3 to 4), and GST− in which 114th phenylalanine was mutated to alanine. Co-expression with either 4E-BP1 mutant (GST-4E-BP1-F114A) (lane 5) or GST-fused PDK1 (GST-PDK1) (lane 6) was performed. Next, the GST fusion protein was purified from these cell lysates using glutathione sepharose beads, and then washed and eluted. Next, the eluted material was separated using SDS-PAGE and transferred to a PVDF membrane. The membrane was cut, and Western blotting was performed using an anti-FLAG antibody at the top and an anti-GST antibody at the bottom. The result is shown in the item “Eluates” in FIG.
In order to confirm the expression of FLAG-raptor, the same cell lysate as described above was separated using SDS-PAGE, transferred to a PVDF membrane, and then subjected to Western blotting using an anti-FLAG antibody. The result is shown in the item “Lysates” in FIG.
In the item of “Eluates” in FIG. 36, in Western blotting using an anti-FLAG antibody, bands are observed only in 4 lanes, that is, only those in which FLAG-raptor and GST-4E-BP1 are co-expressed. This shows the binding between raptor and eIF-4EBP. On the other hand, no band is observed in eIF-4EBP-F114A (a mutant of eIF-4EBP in which the 114th phenylalanine is substituted with alanine), that is, a lane in which the TOS motif is destroyed. The result of FIG. 36 above shows that the mutant does not bind to raptor, and that a TOS motif is required for binding between raptor and eIF-4EBP.
(Example 12: The amino terminal side of raptor is required for binding to the TOS motif of P70S6 kinase)
In order to investigate which region of raptor is required for binding to the TOS motif of p70S6 kinase, the following experiment was conducted to examine the binding of raptor to full length of raptor and various partial length mutants with p70S6 kinase. The result is shown in FIG.
First, in HEK293 cells, FLAG-raptor (lanes 4 to 5), raptor carboxyl-terminal deletion mutant (FLAG-raptor-ΔCT) (lanes 6 to 7), raptor amino-terminal deletion mutant (FLAG- raptor-ΔNT) (lanes 8-9), raptor's WD repeat domain (FLAG-raptor-WD) (lanes 10-11), respectively, and GST-p70S6k (lanes 2, 4, 6, 8, 10) or Co-expression with GST-p70S6k-F28A (lanes 3, 5, 7, 9, 11) was performed. The GST fusion protein was purified from these cell lysates using glutathione sepharose beads, and then washed and eluted. Next, the eluted product was separated using SDS-PAGE and transferred to a PVDF membrane. The membrane was cut, and Western blotting was performed using an anti-FLAG antibody at the top and an anti-GST antibody at the bottom. The result is shown in the item “Eluates” in FIG.
In order to confirm the expression of FLAG-raptor, the same cell lysate as described above was separated using SDS-PAGE, transferred to a PVDF membrane, and then subjected to Western blotting using an anti-FLAG antibody. The result is shown in the item “Lysates” in FIG.
In the item “Eluates” in FIG. 37, in Western blotting using an anti-FLAG antibody, 4 lanes (indicated by “← FLAG-raptor” in the figure) and 6 lanes (indicated by “← FLAG-raptor-ΔCT” in the figure) A band is recognized.
The results shown in FIG. 37 show that p70S6 kinase binds to the full length of raptor and a carboxyl-terminal deletion mutant (FLAG-raptor-ΔCT), and the amino terminal of raptor (amino acid 1) due to the binding between p70S6 kinase and raptor. -904) indicates that it is necessary.
(Example 13: Effect of TOS motif mutation in the presence or absence of raptor on phosphorylation of 4E-BP1 or p70S6 kinase in vitro by mTOR)
The effects of the TOS motif mutation on the phosphorylation of 4E-BP1 or p70S6 kinase by mTOR in the presence or absence of raptor were examined in Experiments 1 and 2 below. The results of Experiment 1 are shown in FIGS. 38 and 39, and the results of Experiment 2 are shown in FIGS.
Example 13-Experiment 1: First, HEK293 cells were lysed with a lysis buffer without surfactant. Next, immunoprecipitation was performed using an anti-mTOR antibody (lanes 2-4, 6-7) or normal mouse IgG (NMG) (lanes 1, 5). Lysis buffer containing 0.5% NaCl containing 1% NP-40 (lanes 1-2, 5-6) or lysis buffer containing 0.5M NaCl not containing NP-40 (lanes 3-4, 7) After washing the immunoprecipitate, an mTOR kinase assay was performed.
In the mTOR kinase assay, GST-4E-BP1-F114A (lanes 1 to 3) or GST-4E-BP1 (lanes 5 to 7) was used as the substrate. The reaction solution was separated by SDS-PAGE, transferred to a PVDF membrane, and subjected to autoradiography. The result is shown in the item “Autoradiography” in FIG. Subsequently, Western blotting was performed on the membrane using an anti-mTOR antibody, an anti-raptor antibody, and an anti-GST antibody. The result is shown in FIG. The results of blotting with an anti-mTOR antibody are in the item “anti-mTOR blot”, the results of blotting with an anti-raptor antibody are in the item of “anti-raptor blot”, and the result of blotting with an anti-GST antibody is “anti-GST”. “Blot” item.
Furthermore, it was taken in by GST-4E-BP1 shown in FIG. 32 P was measured using BAS2500 and graphed. The result is shown in FIG.
As described above, mTOR kinase activity in the presence and absence of raptor was measured using eIF-4EBP and eIF-4EBP-F114A as substrates. As a result, mTOR phosphorylated eIF-4EBP only in the presence of raptor. This is particularly true for the 7 lane “← 32 This can be understood from the band (FIG. 38) at the position of “P-GST-4E-BP1” and the value of 7 lanes in the graph of FIG. 39. On the other hand, mTOR failed to phosphorylate eIF-4EBP-F114A regardless of the presence or absence of raptor.
The above results showed that the binding of raptor and eIF-4EBP via the TOS motif is essential for the phosphorylation of eIF-4EBP by mTOR.
Example 13-Experiment 2: The mTOR kinase assay was performed in the same manner as in Example 13-Experiment 1 using HEK293 cells. The substrate used was GST-p70S6k-F28A (lanes 1 to 3) or GST-p70S6k (lanes 5 to 7). The reaction solution was separated by SDS-PAGE, transferred to a PVDF membrane, and subjected to autoradiography. The result of the autoradiography is shown in the item “Autoradiography” in FIG.
Subsequently, Western blotting was performed on the membrane using an anti-mTOR antibody (anti-mTOR blot), an anti-raptor antibody (anti-raptor blot), and an anti-GST antibody (anti-GST blot). Phosphorylation of threonine at position 412 of GST-p70S6k and GST-p70S6k-F28A was identified by Western blot using an anti-phosphorylated 412 threonine antibody.
The results of these Western blots are shown in FIG. The results of Western blotting with an anti-mTOR antibody are in the item “anti-mTOR blot”, the results of Western blotting with an anti-raptor antibody are in the item “anti-raptor blot”, and the results of Western blotting with an anti-GST antibody are “ The results of Western blotting with an anti-phosphorylated 412 threonine antibody are shown in “anti-GST blot” in “anti-412-P blot”.
Furthermore, it was taken in by GST-p70S6k shown in FIG. 32 P was measured using BAS2500 and graphed. The result is shown in FIG.
As described above, mTOR kinase activity was measured using p70S6 kinase and p70S6 kinase-F28A as substrates and in the presence or absence of raptor. As a result, mTOR phosphorylated p70S6 kinase in the presence of raptor, but in the absence of raptor, the degree of phosphorylation was reduced by about 80%. This can be understood by looking at the results for 6 lanes and 7 lanes in FIG.
On the other hand, mTOR phosphorylated GST-p70S6k-F28A regardless of the presence or absence of raptor, but the degree was the same as the degree of phosphorylation of p70S6 kinase by mTOR in the absence of raptor. (Refer to the results of lanes 2 to 3 and 6 in FIG. 41).
From this result, it was revealed that when p70S6 kinase was used as a substrate, most of the mTOR kinase activity was dependent on the binding to raptor and partly independent of the binding to raptor.
The results of Examples 10 to 13 show the following (1) to (5).
(1) It supports that the function of raptor is a scaffold protein that binds mTOR and its substrate proteins eIF-4EBP and p70S6 kinase and provides a field for phosphorylation reaction.
(2) This suggests that the binding of raptor to eIF-4EBP and p70S6 kinase is essential for signal transduction from amino acids via mTOR.
(3) The TOS motif is essential for the binding of eIF-4EBP and p70S6 kinase to raptor and phosphorylation of these substrate proteins by mTOR.
(4) This suggests the possibility that other proteins having the TOS motif bind to raptor and become mTOR substrates.
(5) The search for substances that inhibit the binding of raptor and the TOS motif leads to the development of new drugs, such as suppressors of mTOR signals, immunosuppressive effects, anticancer effects, and inhibitors of restenosis of coronary arteries in ischemic heart disease. It shows the possibility.
It should be noted that the specific embodiments or examples made in the above “Best Mode for Carrying Out the Invention” are merely to clarify the technical contents of the present invention, and such specific examples are not limited to these. The present invention should not be construed as being limited to a narrow sense, but can be implemented with various modifications within the spirit of the present invention and the scope of the following claims.
Industrial applicability
As described above, the present invention relates to a novel protein having a property of binding to a mammalian rapamycin target protein (mTOR) and a gene thereof, such as pathological analysis of various diseases, development of a therapeutic agent, improvement of treatment, etc. It can be used effectively widely.
[Sequence Listing]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating signal transduction involved in protein synthesis.
FIG. 2 shows the amino acid sequences of raptor and its homologues in humans, Drosophila, nematodes, budding yeast, fission yeast and Arabidopsis thaliana.
FIG. 3 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 4 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 5 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 6 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 7 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 8 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 9 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 10 shows the amino acid sequence of raptor in human and mouse.
FIG. 11 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 12 shows the continuation of the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 13 is a diagram showing raptor exons and introns located on the human genome.
FIG. 14 is a diagram showing the details from exon 26 to exon 34 on FIG.
FIG. 15 shows the phosphorylation activity for eIF4EBP1 by immunoprecipitation of mTOR using a monoclonal antibody against mTOR.
FIG. 16 shows that a novel mTOR-binding protein raptor is purified with mTOR and then divided into a fraction containing mTOR (fr. 7) and a fraction not containing mTOR (fr. 13), and an anti-mTOR monoclonal antibody (mTORip) or normal Perform immunoprecipitation with protein G sepharose beads on which mouse globulin (NMGip) is immobilized, elute the protein with 1% NP40 or glycine (pH = 2.8), separate the protein with SDS-PAGE, and then perform silver staining. It is a figure which shows the result of having performed.
FIG. 17 shows that the peptide fragment of raptor was eluted from Zip-Tip using 30% acetonitrile / 0.1% formic acid and analyzed by ESI-Q-TOF-MS using Q-Tof2 (Micromass). It is a figure which shows the spectrum obtained as a result of analyzing an eluate.
FIG. 18 shows that the peptide fragment of raptor was eluted from Zip-Tip using 50% acetonitrile / 0.1% formic acid and analyzed by ESI-Q-TOF-MS using Q-Tof2 (Micromass). It is a figure which shows the spectrum obtained as a result of analyzing an eluate.
FIG. 19 shows a spectrum obtained by removing isotope ions from FIG.
FIG. 20 shows a spectrum obtained by removing isotope ions from FIG.
FIG. 21 is a diagram showing spectra of two types of ions that could not be assigned during identification by the peptide mass fingerprinting method.
FIG. 22 is a diagram showing an amino acid sequence obtained based on product ion information obtained by MS / MS analysis of m / z = 579.33 (2+).
FIG. 23 is a diagram showing an amino acid sequence obtained based on product ion information obtained by MS / MS analysis of m / z = 615.82 (2+).
FIG. 24 is a diagram showing a newly clarified N-terminal amino acid sequence of raptor and a spectrum showing the amino acid sequence.
FIG. 25 is a diagram showing the continuation of the N-terminal amino acid sequence and the spectrum showing the amino acid sequence shown in FIG.
FIG. 26 is a diagram showing ions of 3680.78 located on the high mass side of ions of MH + = 3664.71.
FIG. 27 shows the results of immunoprecipitation using cell supernatant, categorization with or without surfactant (NP40), and Western blotting using anti-mTOR antibody and anti-p150 antibody (anti-raptor antibody). FIG.
FIG. 28 shows transfection of HA-mTOR, FLAG-p150, GST-4EBP, GST-p70, GST, incubating the cell supernatant with glutathione sepharose beads, and a mixture of anti-HA and anti-FLAG antibodies; It is a figure which shows the result blotted with the anti- GST antibody.
FIG. 29 shows transfection of HA-mTOR, FLAG-p150, GST-4EBP, GST-p70, GST, immunoprecipitation of the supernatant of the cells with anti-FLAG antibody, and a mixture of anti-HA antibody and anti-FLAG antibody. , And the results of blotting with anti-GST antibody.
FIG. 30 shows the results of transfection of HA-mTOR, FLAG-p150, GST-4EBP, GST-p70, and GST, and western blotting of the supernatant of the cells with anti-HA antibody.
FIG. 31 shows transfection of HA-mTOR, FLAG-p150, and immunoprecipitation of the cell supernatant with an anti-HA antibody, washing with a washing buffer containing NP40 or a washing buffer containing no NP40, -4EBP1 as a substrate and γ- 32 It is a figure which shows the result of having analyzed and analyzed phosphorylation assay in P-ATP presence.
FIG. 32 shows transfection of FLAG-p150, immunoprecipitation of the cell supernatant with anti-FLAG antibody, washing of the precipitate with a washing buffer with or without NP40, and GST-4EBP1 as a substrate and γ- 32 It is a figure which shows the analysis result after performing phosphorylation assay in P-ATP presence.
FIG. 33 shows, for each predicted exon, the corresponding cDNA sequence, the number of exon bases, the exon sequence number, the sequence number of the sequence containing the exon, and the exon start position in the sequence containing the exon. And a list of end positions.
FIG. 34 shows HEK293 cells, FLAG-raptor (FLAG-p150), GST-fused p70S6 kinase (GST-p70S6k), and GST-p70S6k mutant in which 28th phenylalanine is substituted with alanine (GST-p70S6k-F28A). It is a figure which shows the result of having performed the co-expression with either of GST fusion PDK1 (GST-PDK1), and performing Western blotting using those cell lysates and an antibody.
FIG. 35 shows that HEK293 cells were co-expressed with FLAG-raptor and any of GST-p70S6k, GST-p70S6k-F28A, carboxyl-terminal deletion inactivated p70S6 kinase mutant (GST-p70S6k-KM / ΔCT). It is a figure which shows the result of having performed Western blotting using those cell lysates and antibodies.
FIG. 36 shows HEK293 cells, FLAG-raptor, GST fusion 4E-BP1 (GST-4E-BP1), and GST-4E-BP1 mutant (GST-4E-BP1) in which 114th phenylalanine is mutated to alanine. -F114A), the co-expression with either GST fusion PDK1 (GST-PDK1), and it is a figure which shows the result of having performed the Western blotting using those cell lysates and an antibody.
FIG. 37 shows HEK293 cells, FLAG-raptor, raptor carboxyl-terminal deletion mutant (FLAG-raptor-ΔCT), raptor amino-terminal deletion mutant (FLAG-raptor-ΔNT), raptor WD repeat domain ( (FLAG-raptor-WD) is co-expressed with GST-p70S6k or GST-p70S6k-F28A, and the results of Western blotting using these cell lysates and antibodies are shown.
FIG. 38 shows an mTOR kinase assay using an anti-mTOR antibody or normal mouse IgG (NMG) and HEK293 cells to obtain an immunoprecipitate and using GST-4E-BP1-F114A or GST-4E-BP1 as a substrate. It is a figure which shows the result of having performed and also performing the Western blotting using the reaction liquid and the antibody.
39 is incorporated into GST-4E-BP1 in FIG. 32 It is a graph which measures P and shows the measurement result.
FIG. 40 shows an immunoprecipitate obtained using an anti-mTOR antibody or normal mouse IgG (NMG) and HEK293 cells, and an mTOR kinase assay using GST-p70S6k-F28A or GST-p70S6k as a substrate was performed. It is a figure which shows the result of having performed western blotting using the reaction liquid and the antibody.
41 is incorporated into GST-p70S6k in FIG. 40 above. 32 It is a graph which measures P and shows the measurement result.
FIG. 42 is a diagram showing a base sequence of exon 7 (portion surrounded by a frame) and base sequences before and after the exon.
FIG. 43 is a diagram showing the base sequence of exon 14 (portion surrounded by a frame) and the base sequences before and after the exon.

Claims (21)

以下の(a)〜(c)のいずれかに記載されるタンパク質をコードする遺伝子。
(a)配列表の配列番号2または4に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つタンパク質。
(c)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質を持つタンパク質。
The gene which codes the protein as described in any of the following (a)-(c).
(A) A protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 in the sequence listing.
(B) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added, and a mammalian rapamycin target protein (mTOR ) A protein that binds to
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and a TOS motif (mTOR signaling motif) A protein that has the property of binding to the protein it has.
cDNAである請求の範囲1記載の遺伝子。The gene according to claim 1, which is cDNA. 配列番号1に示される塩基配列のうち、183〜4187番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有する請求の範囲2記載の遺伝子。The gene according to claim 2, which has the 183rd to 4187th base sequence as an open reading frame in the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. 配列番号3に示される塩基配列のうち、175〜4179番目の塩基配列をオープンリーディングフレームとして有する請求の範囲2記載の遺伝子。The gene according to claim 2, which has the 175 to 4179th nucleotide sequence as an open reading frame in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3. ゲノムDNAである請求の範囲1記載の遺伝子。The gene according to claim 1, which is genomic DNA. 配列番号5〜35に示される各塩基配列を有する請求の範囲5記載の遺伝子。The gene according to claim 5, which has each base sequence shown in SEQ ID NOs: 5 to 35. 配列番号36〜48に連続的に示される一連の塩基配列を有する請求の範囲5記載の遺伝子。The gene according to claim 5, which has a series of base sequences continuously shown in SEQ ID NOs: 36 to 48. 配列番号2または4に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質。A protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4. 配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質を持つタンパク質。It consists of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, and binds to a mammalian rapamycin target protein (mTOR) A protein that has the property of 配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において、1またはそれ以上のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質を持つタンパク質。A protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, and having a TOS motif (mTOR signaling motif) A protein that binds. 哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合し、当該タンパク質の酵素活性を高める性質を持つ請求の範囲8〜10のいずれか1項に記載のタンパク質。The protein according to any one of claims 8 to 10, which has a property of binding to a mammalian rapamycin target protein (mTOR) and enhancing the enzyme activity of the protein. 真核細胞の翻訳開始因子結合タンパク質(eIF−4EBP)に結合する性質を持つ請求の範囲8〜11のいずれか1項に記載のタンパク質。The protein according to any one of claims 8 to 11, which has a property of binding to a translation initiation factor binding protein (eIF-4EBP) of a eukaryotic cell. p70S6キナーゼに結合する性質を持つ請求の範囲8〜12のいずれか1項に記載のタンパク質。The protein according to any one of claims 8 to 12, which has a property of binding to p70S6 kinase. 請求の範囲8〜13のいずれか1項に記載のタンパク質と、(1)哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)、(2)真核細胞の翻訳開始因子結合タンパク質(eIF−4EBP)、(3)p70S6キナーゼ、または(4)TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質との結合を阻害する結合阻害剤。A protein according to any one of claims 8 to 13, (1) a mammalian rapamycin target protein (mTOR), (2) a eukaryotic translation initiation factor binding protein (eIF-4EBP), (3) A binding inhibitor that inhibits binding to p70S6 kinase, or (4) a protein having a TOS motif (mTOR signaling motif). 請求の範囲14に記載の結合阻害剤をスクリーニングする方法であって、下記▲1▼〜▲4▼のいずれかの物質を用いることを特徴とするスクリーニング方法。
▲1▼ 請求の範囲8〜13のいずれか1項に記載のタンパク質
▲2▼ 上記▲1▼のタンパク質の部分タンパク質であって、その全長タンパク質のアミノ酸配列中、少なくとも1〜904番目の配列を含む部分タンパク質
▲3▼ 上記▲1▼のタンパク質の部分タンパク質であって、その全長タンパク質のアミノ酸配列中、mTORまたは、eIF−4EBPとの結合領域を含む部分タンパク質
▲4▼ 上記▲1▼のタンパク質または上記▲2▼もしくは▲3▼の部分タンパク質の改変体
15. A method for screening for a binding inhibitor according to claim 14, wherein any one of the following substances (1) to (4) is used.
(1) The protein according to any one of claims 8 to 13, (2) a partial protein of the protein of (1) above, wherein at least the 1st to 904th sequence in the amino acid sequence of the full length protein Partial protein comprising (3) Partial protein of the protein of (1) above, wherein the partial protein comprising the binding region to mTOR or eIF-4EBP in the amino acid sequence of the full-length protein (4) Protein of (1) above Or the modified partial protein of (2) or (3) above
請求の範囲8〜13のいずれか1項に記載のタンパク質の変異体であって、下記の(イ)〜(ホ)のいずれかの性質に異常を持つ変異タンパク質。
(イ)哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)に結合する性質
(ロ)哺乳動物のラパマイシン標的タンパク質(mTOR)の酵素活性を高める性質
(ハ)真核細胞の翻訳開始因子結合タンパク質(eIF−4EBP)に結合する性質
(ニ)p70S6キナーゼに結合する性質
(ホ)TOSモチーフ(mTORシグナリングモチーフ)を有するタンパク質に結合する性質
The mutant protein according to any one of claims 8 to 13, wherein the mutant protein has an abnormality in any of the following properties (a) to (e).
(B) A property of binding to mammalian rapamycin target protein (mTOR) (b) A property of enhancing the enzymatic activity of mammalian rapamycin target protein (mTOR) (c) A translation initiation factor binding protein (eIF-4EBP) of eukaryotic cells (D) Properties binding to p70S6 kinase (e) Properties binding to a protein having a TOS motif (mTOR signaling motif)
請求の範囲16記載の変異タンパク質をコードする遺伝子。A gene encoding the mutant protein according to claim 16. 請求の範囲8〜13、16のいずれか1項に記載のタンパク質に対する抗体。An antibody against the protein according to any one of claims 8 to 13 and 16. 請求の範囲1〜7、17のいずれか1項に記載の遺伝子を含む組換え発現ベクター。A recombinant expression vector comprising the gene according to any one of claims 1 to 7 and 17. 請求の範囲1〜7、17のいずれか1項に記載の遺伝子が導入された形質転換体。A transformant into which the gene according to any one of claims 1 to 7 and 17 has been introduced. 請求の範囲1〜7、17のいずれか1項に記載の遺伝子における少なくとも一部の塩基配列またはその相補配列をプローブとして用いた遺伝子検出器具。A gene detection instrument using, as a probe, at least a part of a base sequence or a complementary sequence thereof in the gene according to any one of claims 1 to 7.
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