JPWO2008081938A1 - Utilization of thermostable biotin-binding protein and solid support to which the protein is bound - Google Patents
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Abstract
本発明は、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体に関する。本発明はまた、本発明の耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体の使用にも関する。本発明はさらに、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を用いる、ビオチンと連結した物質の精製、濃縮、検出、捕捉などの技術分野に関する。本発明の固体担体に用いるビオチン結合性タンパク質は耐熱性を有しているので、70℃以上の温度に暴露することを伴うアッセイ系での使用において有用である。The present invention relates to a solid support to which a thermostable biotin-binding protein is linked. The present invention also relates to the use of a solid support to which the thermostable biotin-binding protein of the present invention is linked. The present invention further relates to technical fields such as purification, concentration, detection, and capture of a substance linked to biotin using a thermostable biotin-binding protein. Since the biotin-binding protein used for the solid support of the present invention has heat resistance, it is useful for use in an assay system involving exposure to a temperature of 70 ° C. or higher.
Description
本発明は、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体に関する。本発明はまた、本発明の固体担体の使用に関する。本発明はさらに、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を用いる、ビオチンと連結した物質の精製、濃縮、検出、捕捉などの技術分野に関する。 The present invention relates to a solid support to which a thermostable biotin-binding protein is linked. The invention also relates to the use of the solid support of the invention. The present invention further relates to technical fields such as purification, concentration, detection, and capture of a substance linked to biotin using a thermostable biotin-binding protein.
アビジンとビオチン、あるいはストレプトアビジンとビオチンの間の親和性は非常に高く(Kd=10-15〜-14 M)、生体二分子間の相互作用としては、最も強い相互作用の一つである。現在、アビジン/ストレプトアビジン−ビオチン相互作用は、生化学、分子生物学、あるいは医学の分野で広く応用されている(Green, (1975), Adv. Protein Chem., 29: 85-133;Green, (1990), Methods Enzymol., 184: 51-67)。アビジンは卵白由来の塩基性糖タンパクで、等電点は10を越える。アビジンは、その高い塩基性、あるいは糖鎖の影響で、DNA等に対する非特異的結合が問題となり、これがアビジン使用の限定要因となっている。一方、ストレプトアビジンは放線菌(Streptomyces avidinii)由来で、等電点は中性付近で糖鎖を含まない。両タンパク質とも、4量体を形成し、1つのサブユニット当たり1分子のビオチンと結合する。分子量は60kDa程度である。The affinity between avidin and biotin, or between streptavidin and biotin is very high (Kd = 10 −15 to −14 M), and is one of the strongest interactions as a bimolecular bimolecular interaction. Currently, the avidin / streptavidin-biotin interaction is widely applied in the fields of biochemistry, molecular biology, and medicine (Green, (1975), Adv. Protein Chem., 29: 85-133; Green, (1990), Methods Enzymol., 184: 51-67). Avidin is a basic glycoprotein derived from egg white and has an isoelectric point exceeding 10. Avidin has a problem of non-specific binding to DNA or the like due to its high basicity or sugar chain, which is a limiting factor in the use of avidin. On the other hand, streptavidin is derived from Streptomyces avidinii, and its isoelectric point is neutral and does not contain sugar chains. Both proteins form a tetramer and bind to one molecule of biotin per subunit. The molecular weight is about 60 kDa.
タマビジン(タマビジン1:配列番号2)は、イネいもち病菌M.griseaに対して抗菌性を示すタンパク質として、食用キノコタモギタケから精製された第3のビオチン結合タンパク質であり、その遺伝子構造も明らかにされた(WO 02/072817)。またそのホモローグ(タマビジン2:配列番号4)も同キノコから同定され、組換えタンパク質の生産にも成功した(WO 02/072817)。タマビジンホモローグは、大腸菌発現とイミノビオチンカラムを用いた精製により容易に生産でき、これはアビジンやストレプトアビジンの生産系と比較して大きな利点である。 Tamavidin (Tamavidin 1: SEQ ID NO: 2) is a rice blast fungus M. pneumoniae. As a protein exhibiting antibacterial activity against grisea, it is a third biotin-binding protein purified from edible mushrooms, and its gene structure has also been revealed (WO 02/072817). The homologue (tamavidin 2: SEQ ID NO: 4) was also identified from the same mushroom and successfully produced a recombinant protein (WO 02/072817). Tamavidin homologues can be easily produced by E. coli expression and purification using an iminobiotin column, which is a significant advantage compared to avidin and streptavidin production systems.
アビジンを大腸菌で発現させた場合、可溶性タンパク質の収量は50ml当たり50 μg程度と少ない(Airenne et al., 1994, Gene, 144: 75-80)。そのため現在ではバキュロウィルスを使った昆虫細胞の系が使われている(Airenne et al., 1997, Protein exp. Purif., 9: 100-108)。また、ストレプトアビジンを大腸菌で発現させた場合、組換えタンパク質は不溶性の封入体を形成する。この封入体を高濃度のグアニジン塩酸で可溶化した後、透析による段階的なグアニジン塩酸の除去によってタンパク質のリフォールディングがおき、可溶性で活性のある組換えストレプトアビジンが得られる(Sano and Cantor, 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 142-146)。このように、アビジンやストレプトアビジンの生産には多くの労力と時間を要する。一方、タマビジンホモローグを大腸菌で発現させた場合、50mlの培養当たり1mgの組換えタンパク質が得られた。これはビオチン結合タンパク質の生産効率としては高い値であり、タマビジンホモローグタンパクの潜在的有用性を示している。 When avidin is expressed in E. coli, the yield of soluble protein is as low as 50 μg per 50 ml (Airenne et al., 1994, Gene, 144: 75-80). Therefore, insect cell systems using baculovirus are now used (Airenne et al., 1997, Protein exp. Purif., 9: 100-108). When streptavidin is expressed in E. coli, the recombinant protein forms an insoluble inclusion body. This inclusion body is solubilized with a high concentration of guanidine hydrochloride, and then the protein is refolded by gradual removal of guanidine hydrochloride by dialysis to obtain soluble and active recombinant streptavidin (Sano and Cantor, 1990). , Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 142-146). Thus, production of avidin and streptavidin requires a lot of labor and time. On the other hand, when tamavidin homologue was expressed in E. coli, 1 mg of recombinant protein was obtained per 50 ml of culture. This is a high value for the production efficiency of biotin-binding protein, indicating the potential usefulness of tamavidin homologue protein.
これまでに試薬や診断薬の分野においては、アビジン、もしくはストレプトアビジンが結合した固体担体、例えば磁性ビーズや、マイクロプレート、あるいはセンサーチップ等が開発されているが、非特異的結合が低く、かつ高温域における安定性を有するものは未だ報告されていない。
本発明は、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体を提供することを目的とする。本発明はさらに、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を用いる、ビオチンと連結した物質の精製、濃縮、検出、捕捉などの方法を提供することを目的とする。その際、本発明の固体担体の使用を提供する。また、本発明は、70℃以上の高温に暴露することを伴うアッセイ系に用いることが可能なビオチン結合性タンパク質を連結した固体担体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solid support to which a thermostable biotin-binding protein is linked. Another object of the present invention is to provide a method for purification, concentration, detection, capture, etc. of a substance linked to biotin using a thermostable biotin-binding protein. In so doing, the use of the solid support of the present invention is provided. Another object of the present invention is to provide a solid support linked with a biotin-binding protein that can be used in an assay system involving exposure to a high temperature of 70 ° C. or higher.
「タマビジン」は、担子菌タモギタケ由来のビオチン結合性タンパク質であり、タマビジン1およびタマビジン2の2種類がある(WO 02/072817を参照)。本発明者らは、鋭意研究の結果、タマビジン2は、ビオチンに対して、従来のアビジン、ストレプトアビジンと同様に、非常に高い親和性を有していることを明らかにした。即ち、タマビジン2とビオチンは、多くの抗原抗体反応のおよそ1000倍の強さの親和性を有していることを明らかにした。また、従来のアビジンにおいて問題となっている、非特異結合性(DNAに対する)が、殆どないことを実証した。さらに、タマビジン2は、ストレプトアビジンよりも10℃以上耐熱性が強いことを見出し、この性質はタマビジン2を固体担体に結合させた後も、維持されることを発見した。さらに本発明者らは、鋭意研究の結果、タマビジン1はビオチンに強く結合し、さらにストレプトアビジンよりも5℃耐熱性が強いことを見出した。これらの研究の結果、本発明者らは高温条件においてもビオチン結合活性を保持する、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体を提供することが可能であることを見いだし、本発明に想到した。よって、本発明は、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体、およびその使用、ならびに、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を用いる、ビオチンと連結した物質の精製、濃縮、検出、および捕捉方法を提供する。
“Tamavidin” is a biotin-binding protein derived from the basidiomycete Tamogitake, and there are two types of
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体
本発明は、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた固体担体を提供する。 Solid carrier to which thermostable biotin-binding protein is linked The present invention provides a solid carrier to which thermostable biotin-binding protein is linked.
本明細書において、耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、タマビジン1、タマビジン2、またはそれらの変異体を意味する。具体的には、本発明の固体担体に連結させる耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、配列番号2もしくは配列番号4のアミノ酸配列を含んでなるタンパク質、または、配列番号1もしくは配列番号3の塩基配列を含んでなる核酸によってコードされるタンパク質、であってよい。あるいは、本発明の固体担体に連結させる耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、配列番号2もしくは配列番号4のアミノ酸配列を含んでなるタンパク質、または、配列番号1もしくは配列番号3の塩基配列を含んでなる核酸によってコードされるタンパク質、の変異体であって、タマビジン1または2と同様のビオチン結合活性および耐熱性を有するタンパク質であってよい。本明細書において、タマビジン1、タマビジン2、およびそれらの変異体を総称して、単にタマビジンと呼ぶことがある。
In the present specification, the thermostable biotin-binding protein means
タマビジン1または2の変異体は、配列番号2または4のアミノ酸配列において、1または複数のアミノ酸の欠失、置換、挿入および/または付加を含むアミノ酸配列を含んでなるタンパク質であって、タマビジン1または2と同様のビオチン結合活性および耐熱性を有するタンパク質であってもよい。置換は、保存的置換であってもよく、これは、特定のアミノ酸残基を類似の物理化学的特徴を有する残基で置き換えることである。保存的置換の非限定的な例には、Ile、Val、LeuまたはAla相互の置換のような脂肪族基含有アミノ酸残基の間の置換、LysおよびArg、GluおよびAsp、GlnおよびAsn相互の置換のような極性残基の間での置換などが含まれる。
A
アミノ酸の欠失、置換、挿入および/または付加による変異体は、野生型タンパク質をコードするDNAに、例えば周知技術である部位特異的変異誘発(例えば、Nucleic Acid Research, Vol.10, No. 20, p.6487-6500, 1982参照、引用によりその全体を本明細書に援用する)を施すことにより作成することができる。本明細書において、「1または複数のアミノ酸」とは、部位特異的変異誘発法により欠失、置換、挿入および/または付加できる程度のアミノ酸を意味する。また、本明細書において「1または複数のアミノ酸」とは、場合により、1または数個のアミノ酸を意味してもよい。 Mutations resulting from amino acid deletions, substitutions, insertions and / or additions may be performed on the DNA encoding the wild-type protein, for example by site-directed mutagenesis (eg, Nucleic Acid Research, Vol. 10, No. 20), which is a well-known technique. , p. 6487-6500, 1982, the entire contents of which are incorporated herein by reference). As used herein, “one or more amino acids” means amino acids that can be deleted, substituted, inserted and / or added by site-directed mutagenesis. In the present specification, “one or more amino acids” may mean one or several amino acids depending on the case.
部位特異的変異誘発法は、例えば、所望の変異である特定の不一致の他は、変異を受けるべき一本鎖ファージDNAに相補的な合成オリゴヌクレオチドプライマーを用いて次のように行うことができる。即ち、プライマーとして上記合成オリゴヌクレオチドを用いてファージに相補的な鎖を合成させ、得られた二重鎖DNAで宿主細胞を形質転換する。形質転換された細菌の培養物を寒天にプレーティングし、ファージを含有する単一細胞からプラークを形成させる。そうすると、理論的には50%の新コロニーが一本鎖として変異を有するファージを含有し、残りの50%が元の配列を有する。上記所望の変異を有するDNAと完全に一致するものとはハイブリダイズするが、元の鎖を有するものとはハイブリダイズしない温度において、得られたプラークをキナーゼ処理により標識した合成プローブとハイブリダイズさせる。次に該プローブとハイブリダイズするプラークを拾い、培養してDNAを回収する。 Site-directed mutagenesis can be performed, for example, using a synthetic oligonucleotide primer complementary to the single-stranded phage DNA to be mutated, in addition to the specific mismatch that is the desired mutation, as follows: . That is, the synthetic oligonucleotide is used as a primer to synthesize a strand complementary to the phage, and a host cell is transformed with the obtained double-stranded DNA. Transformed bacterial cultures are plated on agar and plaques are formed from single cells containing phage. Then, theoretically 50% of the new colonies contain phages with mutations as single strands and the remaining 50% have the original sequence. The obtained plaque is hybridized with a synthetic probe labeled by kinase treatment at a temperature that hybridizes with the DNA having the desired mutation and that does not hybridize with DNA having the original strand. . Next, plaques that hybridize with the probe are picked up and cultured to recover DNA.
なお、生物活性ペプチドのアミノ酸配列にその活性を保持しつつ1または複数のアミノ酸の欠失、置換、挿入および/または付加を施す方法としては、上記の部位特異的変異誘発の他にも、遺伝子を変異源で処理する方法、および遺伝子を選択的に開裂し、次に選択されたヌクレオチドを除去、置換、挿入または付加し、次いで連結する方法もある。 In addition to the above-mentioned site-directed mutagenesis, a method for performing deletion, substitution, insertion and / or addition of one or more amino acids while maintaining the activity of the amino acid sequence of a biologically active peptide There are also methods of treating the gene with a mutagen and methods of selectively cleaving the gene, then removing, substituting, inserting or adding selected nucleotides and then ligating.
タマビジン1または2の変異体はさらに、配列番号2または4のアミノ酸配列と少なくとも60%以上、好ましくは65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、98%以上または99%以上、より好ましくは99.3%以上のアミノ酸同一性を有するアミノ酸配列を含んでなるタンパク質であって、タマビジン1または2と同様のビオチン結合活性および耐熱性を有するタンパク質であってもよい。
The
2つのアミノ酸配列の同一性%は、視覚的検査および数学的計算によって決定してもよい。あるいは、2つのタンパク質配列の同一性パーセントは、Needleman, S. B. 及びWunsch, C. D. (J. Mol. Biol., 48: 443-453, 1970)のアルゴリズムに基づき、そしてウィスコンシン大学遺伝学コンピューターグループ(UWGCG)より入手可能なGAPコンピュータープログラムを用い配列情報を比較することにより、決定してもよい。GAPプログラムの好ましいデフォルトパラメーターには:(1)Henikoff, S. 及びHenikoff, J. G. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 10915-10919, 1992)に記載されるような、スコアリング・マトリックス、blosum62;(2)12のギャップ加重;(3)4のギャップ長加重;及び(4)末端ギャップに対するペナルティなし、が含まれる。 The percent identity between two amino acid sequences may be determined by visual inspection and mathematical calculation. Alternatively, the percent identity of two protein sequences is based on the algorithm of Needleman, SB and Wunsch, CD (J. Mol. Biol., 48: 443-453, 1970), and the University of Wisconsin Genetics Computer Group (UWGCG) It may be determined by comparing the sequence information using a more available GAP computer program. Preferred default parameters for the GAP program include: (1) Scoring matrix as described in Henikoff, S. and Henikoff, JG (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 10915-10919, 1992). , Blosum62; (2) 12 gap weights; (3) 4 gap length weights; and (4) no penalty for end gaps.
当業者に用いられる、配列比較の他のプログラムもまた、用いてもよい。同一性のパーセントは、例えばAltschulら(Nucl. Acids. Res., 25, p.3389-3402, 1997)に記載されているBLASTプログラムを用いて配列情報と比較し決定することが可能である。当該プログラムは、インターネット上でNational Center for Biotechnology Information(NCBI)、あるいはDNA Data Bank of Japan(DDBJ)のウェブサイトから利用することが可能である。BLASTプログラムによる同一性検索の各種条件(パラメーター)は同サイトに詳しく記載されており、一部の設定を適宜変更することが可能であるが、検索は通常デフォルト値を用いて行う。または、2つのアミノ酸配列の同一性%は、遺伝情報処理ソフトウエアGENETYX Ver.7(ゼネティックス製)などのプログラム、または、FASTAアルゴリズムなどを用いて決定してもよい。その際、検索はデフォルト値を用いてよい。 Other programs used by those skilled in the art of sequence comparison may also be used. The percent identity can be determined by comparison with sequence information using, for example, the BLAST program described in Altschul et al. (Nucl. Acids. Res., 25, p. 3389-3402, 1997). The program can be used on the Internet from the National Center for Biotechnology Information (NCBI) or the DNA Data Bank of Japan (DDBJ) website. Various conditions (parameters) for identity search by the BLAST program are described in detail on the same site, and some settings can be changed as appropriate, but the search is usually performed using default values. Alternatively, the percent identity between two amino acid sequences can be determined by genetic information processing software GENETYX Ver. The program may be determined using a program such as 7 (manufactured by Genetics) or the FASTA algorithm. At that time, the default value may be used for the search.
2つの核酸配列の同一性%は、視覚的検査と数学的計算により決定可能であるか、またはより好ましくは、この比較はコンピュータ・プログラムを使用して配列情報を比較することによってなされる。代表的な、好ましいコンピュータ・プログラムは、遺伝学コンピュータ・グループ(GCG;ウィスコンシン州マディソン)のウィスコンシン・パッケージ、バージョン10.0プログラム「GAP」である(Devereux, et al., 1984, Nucl. Acids Res., 12: 387)。この「GAP」プログラムの使用により、2つの核酸配列の比較の他に、2つのアミノ酸配列の比較、核酸配列とアミノ酸配列との比較を行うことができる。ここで、「GAP」プログラムの好ましいデフォルトパラメーターには:(1)ヌクレオチドについての(同一物について1、および非同一物について0の値を含む)一元(unary)比較マトリックスのGCG実行と、SchwartzおよびDayhoff監修「ポリペプチドの配列および構造のアトラス(Atlas of Polypeptide Sequence and Structure)」国立バイオ医学研究財団、353−358頁、1979により記載されるような、GribskovおよびBurgess, Nucl. Acids Res., 14: 6745, 1986の加重アミノ酸比較マトリックス;または他の比較可能な比較マトリックス;(2)アミノ酸の各ギャップについて30のペナルティと各ギャップ中の各記号について追加の1のペナルティ;またはヌクレオチド配列の各ギャップについて50のペナルティと各ギャップ中の各記号について追加の3のペナルティ;(3)エンドギャップへのノーペナルティ:および(4)長いギャップへは最大ペナルティなし、が含まれる。当業者により使用される他の配列比較プログラムでは、例えば、米国国立医学ライブラリーのウェブサイト:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/bls.htmlにより使用が利用可能なBLASTNプログラム、バージョン2.2.7、またはUW−BLAST2.0アルゴリズムが使用可能である。UW−BLAST2.0についての標準的なデフォルトパラメーターの設定は、以下のインターネットサイト:http://blast.wustl.eduに記載されている。さらに、BLASTアルゴリズムは、BLOSUM62アミノ酸スコア付けマトリックスを使用し、使用可能である選択パラメーターは以下の通りである:(A)低い組成複雑性を有するクエリー配列のセグメント(WoottonおよびFederhenのSEGプログラム(Computers and Chemistry, 1993)により決定される;WoottonおよびFederhen, 1996「配列データベースにおける組成編重領域の解析(Analysis of compositionally biased regions in sequence databases)」Methods Enzymol., 266: 544-71も参照されたい)、または、短周期性の内部リピートからなるセグメント(ClaverieおよびStates(Computers and Chemistry, 1993)のXNUプログラムにより決定される)をマスクするためのフィルターを含むこと、および(B)データベース配列に対する適合を報告するための統計学的有意性の閾値、またはE−スコア(KarlinおよびAltschul, 1990)の統計学的モデルにしたがって、単に偶然により見出される適合の期待確率;ある適合に起因する統計学的有意差がE−スコア閾値より大きい場合、この適合は報告されない);好ましいE−スコア閾値の数値は0.5であるか、または好ましさが増える順に、0.25、0.1、0.05、0.01、0.001、0.0001、1e−5、1e−10、1e−15、1e−20、1e−25、1e−30、1e−40、1e−50、1e−75、または1e−100である。
The percent identity between two nucleic acid sequences can be determined by visual inspection and mathematical calculation, or more preferably, this comparison is made by comparing the sequence information using a computer program. A typical preferred computer program is the Wisconsin package, version 10.0 program “GAP” from the Genetics Computer Group (GCG; Madison, Wis.) (Devereux, et al., 1984, Nucl. Acids Res ., 12: 387). By using this “GAP” program, in addition to comparing two nucleic acid sequences, two amino acid sequences can be compared, and a nucleic acid sequence and an amino acid sequence can be compared. Here, the preferred default parameters for the “GAP” program are: (1) GCG run of unary comparison matrix for nucleotides (including values of 1 for identical and 0 for non-identical), Schwartz and Gribskov and Burgess, Nucl. Acids Res., 14 as described by Dayhoff, “Atlas of Polypeptide Sequence and Structure,” National Biomedical Research Foundation, pages 353-358, 1979. : Weighted amino acid comparison matrix of 6745, 1986; or other comparable comparison matrix; (2) 30 penalties for each gap of amino acids and one additional penalty for each symbol in each gap; or each gap in nucleotide sequence About 50 penalties and an additional for each symbol in each
タマビジン1または2の変異体はまた、配列番号1または3の塩基配列の相補鎖にストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含んでなる核酸によってコードされるタンパク質であって、タマビジン1または2と同様のビオチン結合活性および耐熱性を有するタンパク質であってもよい。
A
ここで、「ストリンジェントな条件下」とは、中程度または高程度にストリンジェントな条件においてハイブリダイズすることを意味する。具体的には、中程度にストリンジェントな条件は、例えば、DNAの長さに基づき、一般の技術を有する当業者によって、容易に決定することが可能である。基本的な条件は、Sambrookら,Molecular Cloning: A Laboratory Manual,第3版,第6−7章,Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001に示され、そしてニトロセルロースフィルターに関し、5×SSC、0.5% SDS、1.0mM EDTA(pH8.0)の前洗浄溶液、約40−50℃での、約50%ホルムアミド、2×SSC−6×SSC(または約42℃での約50%ホルムアミド中の、スターク溶液(Stark's solution)などの他の同様のハイブリダイゼーション溶液)のハイブリダイゼーション条件、および例えば、約40℃−60℃、0.5−6×SSC、0.1% SDSの洗浄条件の使用が含まれる。好ましくは中程度にストリンジェントな条件は、約50℃、6×SSCのハイブリダイゼーション条件(及び洗浄条件)を含む。高ストリンジェントな条件もまた、例えばDNAの長さに基づき、当業者によって、容易に決定することが可能である。 Here, “under stringent conditions” means to hybridize under moderately or highly stringent conditions. Specifically, moderately stringent conditions can be easily determined by those skilled in the art having general techniques based on, for example, the length of the DNA. Basic conditions are shown in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Edition, Chapters 6-7, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001, and for nitrocellulose filters, 5 × SSC, 0.5 Pre-wash solution of% SDS, 1.0 mM EDTA, pH 8.0, about 50% formamide at about 40-50 ° C., 2 × SSC-6 × SSC (or about 50% formamide at about 42 ° C. , Other similar hybridization solutions such as Stark's solution) and the use of, for example, about 40 ° C-60 ° C, 0.5-6 x SSC, 0.1% SDS wash conditions Is included. Preferably, moderately stringent conditions include hybridization conditions (and wash conditions) at about 50 ° C. and 6 × SSC. High stringency conditions can also be readily determined by one skilled in the art based on, for example, the length of the DNA.
一般に、こうした条件は、中程度にストリンジェントな条件よりも高い温度および/または低い塩濃度でのハイブリダイゼーション(例えば、約65℃、6×SSCないし0.2×SSC、好ましくは6×SSC、より好ましくは2×SSC、最も好ましくは0.2×SSCのハイブリダイゼーション)および/または洗浄を含み、例えば上記のようなハイブリダイゼーション条件、およびおよそ65℃−68℃、0.2×SSC、0.1% SDSの洗浄を伴うと定義される。ハイブリダイゼーションおよび洗浄の緩衝液では、SSC(1×SSCは、0.15M NaClおよび15mM クエン酸ナトリウムである)にSSPE(1×SSPEは、0.15M NaCl、10mM NaH2PO4、および1.25mM EDTA、pH7.4である)を代用することが可能であり、洗浄はハイブリダイゼーションが完了した後で15分間行う。In general, these conditions include hybridization at higher temperatures and / or lower salt concentrations than moderately stringent conditions (eg, about 65 ° C., 6 × SSC to 0.2 × SSC, preferably 6 × SSC, More preferably 2 × SSC, most preferably 0.2 × SSC hybridization) and / or washing, eg hybridization conditions as described above, and approximately 65 ° C.-68 ° C., 0.2 × SSC, 0 Defined with 1% SDS wash. In hybridization and wash buffers, SSC (1 × SSC is 0.15 M NaCl and 15 mM sodium citrate) to SSPE (1 × SSPE is 0.15 M NaCl, 10 mM NaH 2 PO 4 , and 1. 25 mM EDTA, pH 7.4) can be substituted, and washing is performed for 15 minutes after hybridization is complete.
また、プローブに放射性物質を使用しない市販のハイブリダイゼーションキットを使用することもできる。具体的には、ECL direct labeling & detection system(Amersham社製)を使用したハイブリダイゼーション等が挙げられる。ストリンジェントなハイブリダイゼーションとしては、例えば、キット中のhybridization bufferにBlocking試薬を5%(w/v)、NaClを0.5Mになるように加え、42℃で4時間行い、洗浄は、0.4% SDS、0.5xSSC中で、55℃で20分を二回、2xSSC中で室温、5分を一回行う、という条件が挙げられる。 In addition, a commercially available hybridization kit that does not use a radioactive substance for the probe can also be used. Specific examples include hybridization using an ECL direct labeling & detection system (manufactured by Amersham). For stringent hybridization, for example, 5% (w / v) Blocking reagent and 0.5M NaCl are added to the hybridization buffer in the kit, and the reaction is performed at 42 ° C. for 4 hours. A condition is that 20% is performed twice at 55 ° C. for 20 minutes in 4% SDS, 0.5 × SSC, and once at room temperature for 5 minutes in 2 × SSC.
タマビジン1または2の変異体のビオチン結合活性および耐熱性は、公知の手法のいずれかにより測定することが可能である。例えば、Kadaら(Biochim. Biophys. Acta., 1427: 44-48 (1999))に記載されるように蛍光ビオチンを用いる方法により測定してもよい。この方法は、ビオチン結合タンパク質のビオチン結合サイトに蛍光ビオチンが結合すると、蛍光ビオチンの蛍光強度が消失する性質を利用したアッセイ系である。あるいは、表面プラズモン共鳴を原理としたバイオセンサーなど、タンパク質とビオチンの結合を測定することが可能なセンサーを用いて、変異体タンパク質のビオチン結合活性を評価することもできる。耐熱性は、上記のビオチン結合活性を評価する際に、測定温度を変化させて測定することで評価することができる。
The biotin-binding activity and heat resistance of the
本発明の固体担体に連結させる耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、ビオチンに対して高い親和性を有しており、その解離定数Kdは10-8 Mのオーダー以下、好ましくは10-9 Mのオーダー以下、10-10 Mのオーダー以下、10-11 Mのオーダー以下、10-12 Mのオーダー以下、10-13 Mのオーダー以下である。典型的には、その解離定数Kdは10-13〜10-9 Mのオーダーであってよい。The heat-resistant biotin-binding protein linked to the solid support of the present invention has a high affinity for biotin, and its dissociation constant K d is on the order of 10 −8 M or less, preferably 10 −9 M. Below the order, below the order of 10 −10 M, below the order of 10 −11 M, below the order of 10 −12 M, below the order of 10 −13 M. Typically, the dissociation constant K d may be on the order of 10 −13 to 10 −9 M.
本発明の固体担体に連結させる耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、公知の卵白由来のアビジンやストレプトアビジンと比較して高い耐熱性を有する。ここで、耐熱性とは、高温域でのタンパク質安定性および高温域におけるビオチン結合活性の双方をいう。 The heat-resistant biotin-binding protein linked to the solid support of the present invention has higher heat resistance than known egg white-derived avidin or streptavidin. Here, heat resistance refers to both protein stability in a high temperature range and biotin binding activity in a high temperature range.
高温域でのタンパク質安定性は、SDS−PAGE分析においてタンパク質バンドの発色が室温の場合と比較して50%消失する温度として評価することができる。本発明の固体担体に連結させる耐熱性ビオチン結合性タンパク質について、SDS−PAGE分析においてタンパク質バンドの発色が室温の場合と比較して50%消失する温度は、71℃より高く、好ましくは75℃以上、77.5℃以上、80℃以上、82.5℃以上、85℃以上、87℃以上、であってよい。 The protein stability in the high temperature range can be evaluated as a temperature at which the color development of the protein band disappears by 50% in SDS-PAGE analysis as compared with the case of room temperature. For the thermostable biotin-binding protein linked to the solid support of the present invention, the temperature at which the color development of the protein band disappears by 50% compared to the case of room temperature in SDS-PAGE analysis is higher than 71 ° C., preferably 75 ° C. or higher. 77.5 ° C. or higher, 80 ° C. or higher, 82.5 ° C. or higher, 85 ° C. or higher, 87 ° C. or higher.
高温域におけるビオチン結合活性は、ビオチンの結合が室温の場合と比較して50%減少する温度として評価することができる。本発明の固体担体に連結させる耐熱性タンパク質について、ビオチンの結合が室温の場合と比較して50%減少する温度は、73℃より高く、好ましくは75℃以上、78℃以上、80℃以上、82.5℃以上、85℃以上、であってよい。 The biotin binding activity in the high temperature range can be evaluated as a temperature at which biotin binding is reduced by 50% compared to the case of room temperature. For the thermostable protein linked to the solid support of the present invention, the temperature at which the binding of biotin is reduced by 50% compared to that at room temperature is higher than 73 ° C, preferably 75 ° C or higher, 78 ° C or higher, 80 ° C or higher, It may be 82.5 ° C. or higher and 85 ° C. or higher.
本発明の固体担体に連結させる耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、担子菌由来のタンパク質を精製することにより、または組換えタンパク質として得ることができる。 The thermostable biotin-binding protein linked to the solid support of the present invention can be obtained by purifying a protein derived from basidiomycetes or as a recombinant protein.
本発明において、耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させる固体担体は、固体または不溶性材料(例えば、濾過、沈殿、磁性分離などにより反応混合物から分離することができる材料)である担体であれば特に限定されない。 In the present invention, the solid carrier to which the thermostable biotin-binding protein is linked is particularly limited as long as it is a solid or insoluble material (for example, a material that can be separated from the reaction mixture by filtration, precipitation, magnetic separation, etc.). Not.
固体担体を構成する材料は、セルロース、テフロンTM、ニトロセルロース、アガロース、デキストラン、キトサン、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリプロピレン、ナイロン、ポリジビニリデンジフルオライド、ラテックス、シリカ、ガラス、ガラス繊維、金、白金、銀、銅、鉄、ステンレススチール、フェライト、シリコンウエハ、ポリエチレン、ポリエチレンイミン、ポリ乳酸、樹脂、多糖類、タンパク(アルブミン等)、炭素またはそれらの組合せ、などを含むがこれらに限定されない。The material constituting the solid carrier include cellulose, Teflon TM, nitrocellulose, agarose, dextran, chitosan, polystyrene, polyacrylamide, polyester, polycarbonate, polyamide, polypropylene, nylon, polydiene vinylidene difluoride, latex, silica, glass, glass These include fiber, gold, platinum, silver, copper, iron, stainless steel, ferrite, silicon wafer, polyethylene, polyethyleneimine, polylactic acid, resin, polysaccharide, protein (such as albumin), carbon or combinations thereof, etc. It is not limited to.
固体担体の形状は、ビーズ、磁性ビーズ、薄膜、微細管、フィルター、プレート、マイクロプレート、カーボンナノチューブ、センサーチップなどを含むがこれらに限定されない。薄膜やプレートなどの平坦な固体担体は、当該技術分野で知られているように、ピット、溝、フィルター底部などを設けてもよい。 The shape of the solid support includes, but is not limited to, beads, magnetic beads, thin films, microtubes, filters, plates, microplates, carbon nanotubes, sensor chips, and the like. Flat solid carriers such as thin films and plates may be provided with pits, grooves, filter bottoms, etc., as is known in the art.
本発明の一態様において、磁性ビーズは、約25nm〜約1mmの範囲の球体直径を有しうる。好ましい態様では、磁性ビーズは約50nm〜約10μmの範囲の直径を有する。磁性ビーズのサイズは特定の適用に応じて選択されうる。いくらかの細菌スポアは約1μmのオーダーのサイズを有するので、かかるスポアを捕捉するための好ましいビーズは1μmよりも大きい直径を有する。 In one aspect of the invention, the magnetic beads can have a sphere diameter ranging from about 25 nm to about 1 mm. In preferred embodiments, the magnetic beads have a diameter in the range of about 50 nm to about 10 μm. The size of the magnetic beads can be selected depending on the particular application. Because some bacterial spores have a size on the order of about 1 μm, preferred beads for capturing such spores have a diameter greater than 1 μm.
本発明の一態様において、セファロースなどの高架橋球形アガロースからなるビーズは、約24μm〜約165μmの範囲の直径を有しうる。好ましい態様では、高架橋球形アガロースビーズは約24μm〜約44μmの範囲の直径を有する。高架橋球形アガロースビーズのサイズは特定の適用に応じて選択されうる。 In one aspect of the invention, beads composed of highly cross-linked spherical agarose, such as Sepharose, can have a diameter in the range of about 24 μm to about 165 μm. In preferred embodiments, the highly crosslinked spherical agarose beads have a diameter in the range of about 24 μm to about 44 μm. The size of the highly crosslinked spherical agarose beads can be selected depending on the particular application.
疎水性表面を有する固体担体の例には、Polysciences, Warrington, PA または Spherotech, Liberville, IL から市販されているものなどのポリスチレンラテックスビーズが挙げられる。 Examples of solid supports having a hydrophobic surface include polystyrene latex beads such as those commercially available from Polysciences, Warrington, PA or Spherotech, Liberville, IL.
シリカ(SiO2)−処理またはシリカ(SiO2)ベースの固体担体の例には、Polysciences, Warrington, PAから入手可能な、超常磁性シリカビーズ等が挙げられ、これは、核酸(例えばDNA)を捕捉するために使用されうる。あるいは、Dynal Biotechから市販されているM−280等も使用されうる。Silica (SiO 2) - Examples of processing or silica (SiO 2) based solid carrier, Polysciences, Warrington, available from PA, include superparamagnetic silica beads or the like, which, nucleic acid (e.g., DNA) Can be used to capture. Alternatively, M-280 or the like commercially available from Dynal Biotech can also be used.
親水性表面を有する磁性ビーズは、増殖期の細菌細胞、核酸および他の成分を捕捉するために使用されうる。かかる磁性ビーズの例としては、Biomag(登録商標)カルボキシルの名称でPolysciences, Warrington, PAから市販されているビーズまたはBangs Laboratory, Inc., Fishers, IN の名称MC02N/2928を有するビーズが挙げられる。あるいは、Dynal Biotechから市販されているM−270等が使用されうる。 Magnetic beads having a hydrophilic surface can be used to capture growing bacterial cells, nucleic acids and other components. Examples of such magnetic beads include beads commercially available from Polysciences, Warrington, PA under the name Biomag® carboxyl or beads having the name MC02N / 2928 under Bangs Laboratory, Inc., Fishers, IN. Alternatively, M-270 or the like commercially available from Dynal Biotech can be used.
耐熱性ビオチン結合性タンパク質と固体担体の連結は、当業者に公知のタンパク質と固体担体のカップリング法を用いて行うことができる。例えば、固体担体表面をカルボキシル基が露出するよう修飾し、当該カルボキシル基とタンパク質のアミノ基を、架橋試薬である1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)の存在下でカップリング反応させることにより、タンパク質と固体担体を連結することができる。または、例えば、固体担体表面のカルボキシル基がN−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)により活性エステル化された固体担体とタンパク質とを一級アミノ基を含まないpH6.5〜9の緩衝液中で混和することにより、固体担体表面のカルボキシル基とタンパク質のアミノ基を結びつけることができる。 The thermostable biotin-binding protein and the solid support can be linked using a protein-solid support coupling method known to those skilled in the art. For example, the surface of the solid support is modified so that the carboxyl group is exposed, and the carboxyl group and the amino group of the protein are converted in the presence of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) which is a crosslinking reagent. A protein and a solid support can be linked by a coupling reaction. Alternatively, for example, by mixing a solid carrier in which the carboxyl group on the surface of the solid carrier is active esterified with N-hydroxysuccinimide (NHS) and a protein in a pH 6.5 to 9 buffer solution containing no primary amino group. The carboxyl group on the surface of the solid support and the amino group of the protein can be linked.
あるいは、架橋試薬BS3(ビス[スルホスクシンイミジル]スベレート) やDSS(ジスクシンイミジルスベレート)を用いて、固体担体表面のアミノ基とタンパク質のアミノ基を、あるいは架橋試薬SPDP(N−スクシンイミジル 3−[2−ピリジルジチオ]プロピオネート)やGMBS(N−(4−マレイミドブチリルオキシ)スクシンイミド)を用いて、固体担体表面のアミノ基とタンパク質のチオール基を結びつけることができる。 Alternatively, by using the crosslinking reagent BS3 (bis [sulfosuccinimidyl] suberate) or DSS (disuccinimidyl suberate), the amino group on the surface of the solid support and the amino group of the protein, or the crosslinking reagent SPDP (N- Using succinimidyl 3- [2-pyridyldithio] propionate) or GMBS (N- (4-maleimidobutyryloxy) succinimide), the amino group on the surface of the solid support and the thiol group of the protein can be linked.
本発明の固体担体に連結される耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、高温域でのタンパク質安定性およびビオチン結合性を保持する。このため、本発明の固体担体は、従来最も使用されていたストレプトアビジンよりも高い温度で、ビオチン結合能を保持したまま処理することができる。本発明の固体担体は、70℃ないし90℃、好ましくは75℃ないし90℃、80℃ないし90℃、85℃ないし90℃、70℃ないし85℃、70℃ないし80℃、75℃ないし80℃、75℃ないし85℃、75℃ないし87.5℃、の加熱条件下に暴露する処理を受けた場合にも、ビオチン結合能を保持したまま使用することができる。このことは、例えば、より高い温度での核酸ハイブリッド形成やその後の洗浄を行うことができる、即ち、より高いストリンジェンシーでのハイブリダイゼーションが可能となることを意味する。本発明の固体担体の使用により、非特異的なハイブリッド形成を極力抑制することが可能なアッセイ系を構築することが可能である。あるいは、例えば、固体担体にタマビジンを連結させる際に、高温の処理が必須の方法を選択することも可能となる。さらには、タマビジンに耐熱性タンパク、酵素、または蛍光色素などを結合させる際、あるいは結合後ビオチン修飾物と反応させる際に、高温を用いて、より特異的な反応をさせることも可能である。 The thermostable biotin-binding protein linked to the solid support of the present invention retains protein stability and biotin-binding property at high temperatures. For this reason, the solid carrier of the present invention can be treated at a temperature higher than that of streptavidin, which has been most used in the past, while maintaining the biotin binding ability. The solid carrier of the present invention is 70 ° C to 90 ° C, preferably 75 ° C to 90 ° C, 80 ° C to 90 ° C, 85 ° C to 90 ° C, 70 ° C to 85 ° C, 70 ° C to 80 ° C, 75 ° C to 80 ° C. Even when subjected to exposure treatment under heating conditions of 75 ° C. to 85 ° C., 75 ° C. to 87.5 ° C., the biotin-binding ability can be maintained. This means that, for example, nucleic acid hybridization at a higher temperature and subsequent washing can be performed, that is, hybridization with higher stringency becomes possible. By using the solid support of the present invention, it is possible to construct an assay system capable of suppressing nonspecific hybridization as much as possible. Alternatively, for example, when tamavidin is linked to a solid support, it is possible to select a method that requires high-temperature treatment. Furthermore, when binding heat-resistant protein, enzyme, fluorescent dye or the like to tamavidin, or when reacting with a biotin modification product after binding, it is possible to cause a more specific reaction using high temperature.
また、本発明の固体担体に連結する耐熱性ビオチン結合性タンパク質は、DNAに対する非特異結合がほとんどないため、当該技術分野に公知の卵白由来のアビジンにおいて問題となっているDNAに対する非特異結合性の問題を回避することもできる。 In addition, since the thermostable biotin-binding protein linked to the solid support of the present invention has almost no non-specific binding to DNA, non-specific binding to DNA which is a problem in egg white-derived avidin known in the art. This problem can also be avoided.
耐熱性ビオチン結合性タンパク質を用いた、ビオチンと連結した物質の分離、濃縮、精製、検出および/または捕捉方法
本発明は、ビオチンと連結した物質の分離、濃縮、捕捉、精製、および/または検出方法であって、以下の工程:
1)本発明のタマビジンを連結した固体担体と、ビオチンと連結した物質を接触させて、当該固体担体にビオチンと連結した物質を結合させ;
2)当該固体担体に結合しなかった夾雑物を洗浄し;そして
3)当該固体担体に結合したビオチンと連結した物質を回収することにより当該物質を分離、濃縮、捕捉もしくは精製し、および/または、当該物質を検出する;
を含んでなる、前記方法を提供する。好ましい態様において、本発明の方法における上述した工程の少なくとも1つは70℃ないし90℃の加熱条件下で行う、より好ましくは、75℃ないし90℃、80℃ないし90℃、85℃ないし90℃、70℃ないし85℃、70℃ないし80℃、75℃ないし80℃、75℃ないし85℃、75℃ないし87.5℃、の加熱条件下で行うことを含む。 Separation, concentration, purification, detection and / or capture method of a substance linked to biotin using a thermostable biotin-binding protein The present invention relates to separation, concentration, capture, purification and / or detection of a substance linked to biotin. A method comprising the following steps:
1) A solid carrier linked to tamavidin of the present invention and a substance linked to biotin are brought into contact with each other, and the substance linked to biotin is bound to the solid carrier;
2) washing away contaminants not bound to the solid support; and 3) separating, concentrating, capturing or purifying the material by recovering the material linked to biotin bound to the solid support, and / or Detect the substance;
The method is provided comprising: In a preferred embodiment, at least one of the above-described steps in the method of the present invention is performed under heating conditions of 70 ° C. to 90 ° C., more preferably 75 ° C. to 90 ° C., 80 ° C. to 90 ° C., 85 ° C. to 90 ° C. , 70 ° C to 85 ° C, 70 ° C to 80 ° C, 75 ° C to 80 ° C, 75 ° C to 85 ° C, 75 ° C to 87.5 ° C.
本発明の方法において、ビオチンと連結した物質とは、ビオチンと直接的または間接的に連結した物質の双方をいう。ビオチンと物質の直接的な連結は、共有結合による連結によって達成される。ビオチンと物質の間接的な連結は、ビオチンと共有結合により連結したリガンドに対して、さらに物質が、共有結合、イオン結合、水素結合、または疎水性相互作用により連結することによって達成される。間接的な連結の具体的な例には、ビオチン化抗体を用いる場合の抗原抗体反応による抗原分子の連結や、ビオチン化核酸プローブを用いる場合の核酸のハイブリダイゼーションによる相補的な核酸の連結などが挙げられる。 In the method of the present invention, a substance linked to biotin refers to both a substance linked directly or indirectly to biotin. Direct linkage of biotin and substance is achieved by covalent linkage. Indirect linking of biotin and substance is achieved by further linking the substance to a ligand covalently linked to biotin by covalent bond, ionic bond, hydrogen bond, or hydrophobic interaction. Specific examples of indirect ligation include ligation of antigen molecules by antigen-antibody reaction when using biotinylated antibodies, and ligation of complementary nucleic acids by hybridization of nucleic acids when using biotinylated nucleic acid probes. Can be mentioned.
好ましい態様において、本発明の方法における少なくとも1つの工程は70℃ないし90℃の加熱条件下で行われるので、ビオチンと物質の間接的な連結は、本発明の方法において使用する温度条件下において連結が保持されることが好ましい。例えば、ビオチンと物質の間接的な連結として核酸のハイブリダイゼーションを用いる場合は、ハイブリダイズするヌクレオチドの長さは、少なくとも20ヌクレオチド以上、好ましくは、少なくとも25ヌクレオチド以上、30ヌクレオチド以上、35ヌクレオチド以上、40ヌクレオチド以上、50ヌクレオチド以上、100ヌクレオチド以上、であってよい。 In a preferred embodiment, at least one step in the method of the present invention is performed under heating conditions of 70 ° C. to 90 ° C., so that indirect linking of biotin and substance is performed under the temperature conditions used in the method of the present invention. Is preferably retained. For example, when nucleic acid hybridization is used as an indirect link between biotin and a substance, the length of the nucleotide to hybridize is at least 20 nucleotides or more, preferably at least 25 nucleotides or more, 30 nucleotides or more, 35 nucleotides or more, It may be 40 nucleotides or more, 50 nucleotides or more, 100 nucleotides or more.
本発明の方法において使用するタマビジンを連結された固体担体を構成する材質およびその形状は、分離、濃縮、精製、検出および/または捕捉したい物質の特性に応じて選択されうる。 The material constituting the solid support to which tamavidin is linked and the shape thereof used in the method of the present invention can be selected according to the characteristics of the substance to be separated, concentrated, purified, detected and / or captured.
また、本発明の方法の各工程に用いる、緩衝液の組成、適用する温度などは、分離したい物質の性質等を考慮して、当業者が適宜設定することができる。本発明の方法により分離、濃縮、捕捉、および/または精製した物質の検出方法は、当該物質の性質に応じて、当業者が適宜選択することができる。 In addition, the composition of the buffer used in each step of the method of the present invention, the temperature to be applied, and the like can be appropriately set by those skilled in the art in consideration of the properties of the substance to be separated. A method for detecting a substance separated, concentrated, captured and / or purified by the method of the present invention can be appropriately selected by those skilled in the art depending on the properties of the substance.
本発明の方法は、これらに限定されるわけではないが、例えば、核酸の検出(特開2003−125800)、サンプルから核酸を単離するための装置および方法(ボートリンら、WO2004/005553)、核酸増幅法:ハイブリダイゼーションシグナル増幅法(HSAM)(ザンら、WO1998/004745)、あるいはウイルスやウイルスゲノムの濃縮等(玉造, 2004, BIO INDUSTRY, 21(8): 39-47)に倣った方法であってよい。あるいは、細胞や微生物の検出・捕捉・濃縮に用いることもできる。 The method of the present invention is not limited thereto, but includes, for example, detection of nucleic acids (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-125800), apparatus and method for isolating nucleic acids from a sample (Boutlin et al., WO 2004/005553), Nucleic acid amplification method: Method according to hybridization signal amplification method (HSAM) (Zan et al., WO 1998/004745) or virus and virus genome concentration (Tamatsukuri, 2004, BIO INDUSTRY, 21 (8): 39-47) It may be. Alternatively, it can be used for detection, capture and concentration of cells and microorganisms.
例えば、体液中のウイルスを濃縮する場合、まず、検体を適当な緩衝液中で、ウイルス表層抗原に特異的に結合する抗体をビオチン化したものとインキュベートする。抗体のビオチン化は例えばPierce等から市販されているキットを用いて行うことができる。次に、本発明のタマビジンを連結した固体担体、例えば磁性ビーズ、を加え、混合する。最後に磁石を用いて、ウイルス−抗体−ビオチン−タマビジン−磁性ビーズの複合体を凝集させ、上清を除去し、適当な緩衝液で数回の洗浄を行った後、磁石をはずし、所望の緩衝液に懸濁し、ウイルスの濃縮を完了する。 For example, when concentrating a virus in a body fluid, first, a specimen is incubated with a biotinylated antibody that specifically binds to a virus surface antigen in a suitable buffer solution. The biotinylation of the antibody can be performed using, for example, a kit commercially available from Pierce et al. Next, a solid support to which the tamavidin of the present invention is linked, for example, magnetic beads, is added and mixed. Finally, using a magnet, the virus-antibody-biotin-tamavidin-magnetic bead complex is aggregated, the supernatant is removed, washed several times with an appropriate buffer, the magnet is removed, and the desired Suspend in buffer to complete virus concentration.
あるいは、体液中のウイルスゲノムDNAを濃縮する場合、まず検体を、ウイルス粒子を破壊する適当な溶液中に入れ、ウイルスからゲノムDNAを抽出せしめる。さらに必要であれば、このゲノムを一本鎖化するステップを入れる。続いて、ウイルスゲノムの一部分に相補的な数十ないし数百塩基の一本鎖オリゴDNAをビオチン化したもの、あるいはウイルスゲノムの一部分に相補的な鎖を有する数十ないし数百塩基の二本鎖DNAをビオチン化し熱変性させたもの、とインキュベートし、ビオチン化オリゴDNAとウイルスゲノムをハイブリダイゼーションさせる。本発明のタマビジンを連結した固体担体を用いる場合、従来のアビジンまたはストレプトアビジンを連結した固体担体を用いる場合よりも高い温度、例えば、70℃ないし90℃、好ましくは75℃ないし90℃、80℃ないし90℃、85℃ないし90℃、70℃ないし85℃、70℃ないし80℃、または75℃ないし80℃、75℃ないし85℃、75℃ないし87.5℃、の温度範囲が適用可能である。ハイブリダイゼーション温度に上記のような高い温度を適用することにより、非特異的なDNAの結合が抑制され、所望のウイルスゲノム以外のDNAが極力混入しない、より特異性の高いウイルスゲノムの濃縮が可能となる。次に、本発明のタマビジンを連結した固体担体、例えば磁性ビーズ、を高温状態のサンプル(ビオチン化オリゴDNAが特異的にウイルスゲノムを捕捉している状態)に加え、混合する。最後に磁石を用いて、ウイルスゲノム−オリゴDNA−ビオチン−タマビジン−磁性ビーズの複合体を凝集させ、上清を除去し、適当な緩衝液で数回の洗浄を行った後、磁石をはずし、所望の緩衝液に懸濁し、ウイルスゲノムの濃縮を完了する。この後、ウイルスゲノムの検出は、例えばPCR(Saiki et al. (1985) Science 230: 1350-1354)等を用いて行うことができる。タマビジンは、従来のアビジン、ストレプトアビジンよりも、ビオチン非存在下における耐熱性が高く、しかもDNAに対する非特異的な結合がほとんどない。従って、例えば上記のような方法によるDNAの特異的な濃縮に好適である。 Alternatively, when concentrating viral genomic DNA in a body fluid, first, a specimen is placed in an appropriate solution that destroys viral particles, and genomic DNA is extracted from the virus. If necessary, a step for single-stranding this genome is included. Subsequently, a biotinylated single-stranded oligo DNA complementary to several tens to several hundred bases complementary to a part of the viral genome, or two tens to several hundred bases having a complementary chain to a part of the viral genome. The strand DNA is incubated with biotinylated and heat denatured, and the biotinylated oligo DNA and the virus genome are hybridized. When using the solid carrier linked with tamavidin of the present invention, the temperature is higher than when using a solid carrier linked with conventional avidin or streptavidin, for example, 70 ° C. to 90 ° C., preferably 75 ° C. to 90 ° C., 80 ° C. Temperature ranges of 90 ° C, 85 ° C to 90 ° C, 70 ° C to 85 ° C, 70 ° C to 80 ° C, or 75 ° C to 80 ° C, 75 ° C to 85 ° C, 75 ° C to 87.5 ° C are applicable. is there. By applying such a high temperature to the hybridization temperature, binding of non-specific DNA is suppressed, and DNA with a higher specificity can be concentrated without DNA other than the desired viral genome being mixed as much as possible. It becomes. Next, a solid support to which the tamavidin of the present invention is linked, for example, magnetic beads, is added to a sample in a high temperature state (a state where the biotinylated oligo DNA specifically captures the virus genome) and mixed. Finally, using a magnet, the virus genome-oligo DNA-biotin-tamavidin-magnetic bead complex is aggregated, the supernatant is removed, and after washing several times with an appropriate buffer, the magnet is removed, Suspend in the desired buffer to complete the concentration of the viral genome. Thereafter, detection of the viral genome can be performed using, for example, PCR (Saiki et al. (1985) Science 230: 1350-1354). Tamavidin has higher heat resistance in the absence of biotin than conventional avidin and streptavidin, and has almost no non-specific binding to DNA. Therefore, for example, it is suitable for specific concentration of DNA by the method as described above.
本発明の固体担体に連結されるタマビジンは、高温域でのタンパク質安定性およびビオチン結合性を保持する。このため、本発明の固体担体は、従来最も使用されていたストレプトアビジンよりも高い温度で、ビオチン結合能を保持したまま処理することができる。本発明の固体担体を使用することにより、高温域での処理を含むアッセイ系を構築することが可能となる。 Tamavidin linked to the solid support of the present invention retains protein stability and biotin binding at high temperatures. For this reason, the solid carrier of the present invention can be treated at a temperature higher than that of streptavidin, which has been most used in the past, while maintaining the biotin binding ability. By using the solid support of the present invention, it is possible to construct an assay system including treatment in a high temperature range.
実施例1:タマビジン2(TM2)
1−1.タマビジン2の特徴づけ
タマビジン2の大腸菌発現と精製
タマビジン2(TM2)をコードするDNA(配列番号3)を発現ベクターpTrc99Aに組込んで大腸菌で発現させると、発現したTM2の殆どが可溶性画分に蓄積し、発現量も多い(WO 02/072817)。TM2タンパク質を、組換え大腸菌から、Hofmannら(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77: 4666-4668, 1980)の方法に従ってイミノビオチンアガロース(Sigma)を充填したカラムを用いて精製した。具体的には、WO 02/072817に記載されている大腸菌に対して、1mM IPTG、37℃で5時間発現誘導をかけた後集菌し、ペレットを50mM Caps pH11.0, 50mM NaClに懸濁し、超音波によって菌体を破壊した。遠心後の上清を、50mM Caps pH11.0, 50mM NaClで平衡化した自作のイミノビオチンカラム(高さ3cm、体積0.5ml)にアプライした。5mlの50mM Caps pH11.0, 500mM NaClで洗浄後、1.5−2mlの50mM NH4OAc pH4.0で溶出した。精製タンパク質の収量は50mLの培養液からおよそ1mgであった。 Example 1: Tamavidin 2 (TM2)
1-1. Characterization of
Expression and purification of
質量分析
タマビジン2を、10mg/mlの濃度で、0.1%TFA,50%MeCN飽和溶液に溶解し、このサンプル溶液をZipTip C4(Millipore)にて精製を行い、MALDIプレートに直接アプライした。風乾後、マトリックス溶液(シナピン酸)を重層した。さらに風乾後、レーザーイオン化飛行時間型質量分析装置(MALDI−TOFMS)AXIMA−CFR(島津製作所)に搭載し、質量分析を行った(引き出し電圧:20kV、飛行モード:Linear、検出イオン:Positive)。その結果、m/z=15146.3(単量体に相当)、30335.0(二量体に相当)、60932.0(四量体に相当)が観測された。さらに、ビオチン結合型のタマビジン2の場合、四量体に相当するピークが大きくなった。この結果から、タマビジン2は4量体で、質量60932と判断した。タンパク質のN末端配列を解析したところ、翻訳開始メチオニンの次のセリンがN末端であることが判明した。遺伝情報処理ソフトウエアGENETYX Ver.7(ゼネティックス社製)を用いて、タマビジン2の開始メチオニンを除く、140アミノ酸からなるポリペプチドの等電点を計算すると、7.36であった。
分子吸光係数
タマビジン2の分子吸光係数は理論値として、A280=41750M-1cm-1subunit-1(0.25mg/mLで0.68)である。実際にタマビジン2を精製し、酢酸アンモニウムに透析したサンプルを、凍結乾燥させ(酢酸アンモニウムは完全昇華)、秤量したところ3mgであった。このサンプルを20mM KPi(pH6.5)に溶解し、濃度を0.25 mg/mLに調製して、A280を測定したところ、0.67の実測値を得た。これは理論値の98%に相当した。これにより、A280を測定することでタマビジン濃度を簡便に測定することが可能となった。 Molecular Absorption Coefficient The molecular extinction coefficient of
蛍光ビオチンによる活性測定
蛍光ビオチンによるタマビジン2のビオチン結合活性の測定を、Kadaら(Biochim. Biophys. Acta., 1427: 44-48, (1999))の方法に従って行った。200μLアッセイバッファー(50mM NaH2PO4、100mM NaCl、1mM EDTA(pH7.5))中に、精製したTM2が0pmolから486pmolまで段階的に含まれるように調整をした。この溶液に20pmol/μL蛍光ビオチン溶液(biotin-4-fluorescein: Molecular Probe)50μL(1nmol)を混和し、室温で10分間放置後、Las−3000(FUJIFILM)を用いて蛍光強度を測定した。その結果、1nmolの蛍光ビオチンに0.274nmolのTM2が結合した。すなわち、1molのタマビジンに3.6molの蛍光ビオチンが結合した。このことから、タマビジン1分子に蛍光ビオチン4分子(サブユニット当たり1分子)結合することが示された。同様にストレプトアビジンは、1molに対して3.4molの蛍光ビオチンに結合した。 Measurement of activity with fluorescent biotin Biotin binding activity of
1−2.タマビジン2(TM2)の非特異結合性
ウサギ抗TM2抗体の精製
大腸菌で発現させたタマビジン2(TM2)タンパク質をイミノビオチンカラムで精製したもの、および、これをさらにゲル精製したものを抗原に用い、二種類の抗体を作成した。アルカリフォスファターゼ標識抗IgG抗体を用いたウェスタン法による検出感度は、精製組換えタマビジン2標品に対して、およそ0.5ngであった。以上の結果から特異性およびタイターともに高い抗体が完成したと結論した。なお抗タマビジン2抗体−タマビジン1の交差反応は、低いものの検出された(本来の抗原に対して1/20程度)。 1-2. Nonspecific binding of tamavidin 2 (TM2)
Purification of Rabbit Anti-TM2 Antibody Two types of antibodies were prepared by using tamavidin 2 (TM2) protein expressed in E. coli with an iminobiotin column and further gel-purifying it. The detection sensitivity by Western method using an alkaline phosphatase-labeled anti-IgG antibody was about 0.5 ng with respect to two purified recombinant tamavidins. From the above results, it was concluded that antibodies with high specificity and titer were completed. Although the
抗TM2抗体(イミノビオチンカラム精製のみを行った抗原から作成した抗体)は、さらに以下のようにして精製した。TM2 40μgを15%アクリルアミドゲル 2枚を用いてSDS−PAGEによって分離し、タンパクをニトロセルロース膜(BIO−RAD)2枚に転写した。膜を3% BSAを含むTBS緩衝液にて室温で1時間振とうさせることによりブロッキングを行った。続いて、室温で一晩、抗TM2抗体(イミノビオチンカラム精製のみを行った抗原から作成した抗体、1000倍希釈)と反応させた後、TM2が転写されている部位を切り取り、溶出緩衝液(0.2M グリシン、 1mM EDTA pH2.8)中で室温20分間振とうさせた。溶出緩衝液の1/10容量の1M トリス溶液で中和後、同量の10×TBS緩衝液を加え4℃で保存した。 Anti-TM2 antibody (an antibody prepared from an antigen subjected to only iminobiotin column purification) was further purified as follows. 40 μg of TM2 was separated by SDS-PAGE using two 15% acrylamide gels, and the protein was transferred to two nitrocellulose membranes (BIO-RAD). Blocking was performed by shaking the membrane with TBS buffer containing 3% BSA for 1 hour at room temperature. Subsequently, after reacting with an anti-TM2 antibody (an antibody prepared from an antigen subjected to only iminobiotin column purification, diluted 1000-fold) overnight at room temperature, the site where TM2 is transferred is cut out, and an elution buffer ( The mixture was shaken in 0.2 M glycine, 1 mM EDTA pH 2.8) at room temperature for 20 minutes. After neutralization with 1/10 volume of 1M Tris solution of elution buffer, the same amount of 10 × TBS buffer was added and stored at 4 ° C.
DNAに対する非特異結合性
タマビジン2(TM2)のDNAに対する非特異結合試験
TM2のDNAに対する非特異結合性を解析した。2×SSC緩衝液で10μgから0.3μgまで段階希釈したサケ精子DNAをアルカリ変性させ、Bio−Dot SF(BIO−RAD)を用いて、Hybond N+膜(Amersham Biosceinces)に吸着させた。5×デンハルト液(0.1%BSA、0.1%フィコール、0.1%ポロビニルプロリドン)で膜をブロッキングした後、25μg/mLのTM2、ストレプトアビジン、およびアビジン溶液に室温で90分間浸した。その後、膜をTTBS緩衝液(0.05%Tween20を含むTBS緩衝液)によって、室温で5分間3回洗浄した。0.5%スキムミルク、0.01%Tween20を含むTBS緩衝液で1時間、膜をブロッキングした。1次抗体として、TM2には前述した方法で精製したウサギ抗TM2抗体を、ストレプトアビジンにはウサギ抗ストレプトアビジン抗体(SIGMA)を、アビジンにはウサギ抗アビジン抗体(Abcam)を、抗体価が同等になるように希釈して用いた。1次抗体との抗原抗体反応は、1晩室温で行った。膜をTTBS緩衝液によって室温で5分間3回洗浄後、2次抗体として、アルカリホスファターゼ標識抗ウサギIgG抗体(BIO−RAD)(10000倍希釈)を用い、室温で1時間反応させた。膜をTTBS緩衝液によって室温で5分間3回洗浄後、Alkaline Phosphatase substrate kit II、vector Black(フナコシ)にて発色させ、Las−3000(FUJIFILM)で定量化した。その結果、アビジンはDNAの濃度依存的に染色強度が増加したのに対して、TM2、ストレプトアビジンの染色強度はDNA濃度に強い影響を受けなかった(図1A、B)。この結果から、タマビジン2のDNAに対する非特異活性はほとんどなく、ストレプトアビジンと同等であることが示された。これはタマビジン2のアビジンに対する優位性を示すものである。 Non-specific binding to DNA Non-specific binding test of tamavidin 2 (TM2) to DNA Non-specific binding of TM2 to DNA was analyzed. Salmon sperm DNA serially diluted with 2 × SSC buffer from 10 μg to 0.3 μg was alkali-denatured and adsorbed to Hybond N + membrane (Amersham Biosceinces) using Bio-Dot SF (BIO-RAD). After blocking the membrane with 5 × Denhardt's solution (0.1% BSA, 0.1% Ficoll, 0.1% polovinylprolidone), 25 μg / mL TM2, streptavidin, and avidin solution for 90 minutes at room temperature Soaked. Thereafter, the membrane was washed with TTBS buffer (TBS buffer containing 0.05% Tween 20) three times at room temperature for 5 minutes. The membrane was blocked with TBS buffer containing 0.5% skim milk and 0.01
1−3.タマビジン2とビオチンとの相互作用解析
ビアコアバイオセンサーを用いたタマビジン2(TM2)とビオチンとの相互作用のカイネティックス分析
高精製度のBSA (Sigma)2mgとNHS−ビオチン(Pierce)1mgを1mlの50mM ホウ酸ナトリウム pH8.0中で溶解し、4℃で2時間インキュベーションした。NHS−ビオチン(EZ-Link NHS-LC-LC-Biotin)はあらかじめ少量のDMSOに溶解してから加えた。これを透析チューブ(MWCO 6−8,000)に入れ、50mM 炭酸ナトリウム pH6.7に対して4℃で一晩透析した。こうして作成したビオチン−BSAコンジュゲート(MW 67kDa,30μM)をビアコア(登録商標)バイオセンサーのリガンド(センサーチップへ貼り付ける物質)とした。一方、アナライト(流路系に流す物質)として組換えタマビジン2を調製し、Biacore(登録商標)3000(表面プラズモン共鳴を原理としたバイオセンサー、Biacore Inc.)による分子間相互作用の分析を行った。ビオチン−BSA、およびネガティブコントロールとしたBSAは、アミンカップリング法によってCM5センサーチップに固定化した。固定化量は、200RU程度になる様に調節した。BSAを固定化したチップは、フローセル1と3に、ビオチン−BSAを固体化したチップは、フローセル2と4に配置した。タマビジン2は、フローセル1と2に、ストレプトアビジンは、フローセル3と4に、流速20μl/minで2分間、ランニングバッファー[10mM HEPES pH7.4,150mM NaCl,3mM EDTA,0.005% Surfactantat20(Biacore Inc.)]中にロードした。その後、60分間、サンプルの解離をモニターした。なお、結合したタマビジン2、ならびにストレプトアビジンを解離させることは不可能であったため、測定では再生操作を行わず、低濃度側から7段階の測定を行った(3.125、6.25、12.5、25、50、100、および200nM)。BSAのデータはレファレンスとして、BSA−ビオチンのデータから差し引いた。測定は25℃で行った。得られたセンサーグラムから、解析ソフトウェア BIAevaluation ver.4.1を用いて、1:1結合モデルを用いて、反応速度論的解析を行い、結合速度定数(ka)と解離速度定数(kd)を計算した。解離定数(Kd) は、kd/kaから求めた。 1-3. Interaction analysis between
Kinetic analysis of the interaction between tamavidin 2 (TM2) and biotin using a
なお、再生操作を行わない場合、各濃度の測定を行うごとにRmax(アナライトの最大結合量)が減少するが、解析時にはRmaxをローカルフィッティングして濃度ごとに算出を行った。また、1:1結合モデルに近似できたアナライト濃度のデータのみを採用した。 In the case where the regeneration operation is not performed, Rmax (maximum amount of analyte binding) decreases each time measurement of each concentration is performed, but Rmax is locally fitted at the time of analysis and calculation is performed for each concentration. Moreover, only the data of the analyte concentration that can be approximated to the 1: 1 binding model was adopted.
組換えタマビジン2とビオチンとのBiacore(登録商標)3000(表面プラズモン共鳴を原理としたバイオセンサー)による分子間相互作用のカイネティックス分析結果は表1の通りである。
Table 1 shows the results of kinetic analysis of intermolecular interaction between
1−4.タマビジン2の耐熱性
タマビジン2(TM2)の耐熱性を、ストレプトアビジンまたはアビジンとの比較で解析した。 1-4. Heat resistance of
タンパクの安定性
0.2μg/μL TM2、および0.2μg/μL ストレプトアビジンを10μL(2μg)ずつ室温、50、60、70、80、90、99℃で20分間加熱した。続いて、15000rpmで10分間遠心し、上清の可溶性タンパクを等量の2×SDS サンプルバッファー(100mM Tris−HCl pH 6.8,12% 2−メルカプトエタノール,2% SDS,20% グリセロール)と懸濁し、95℃で10分間加熱後、SDS−PAGEを行った。タンパクバンドはCBB染色によって検出した。Las−3000(FUJIFILM)を用いて定量マーカー(LMW ELECTROPHORESIS CALIBRATION KIT; Pharmacia Biotech)をもとに検量線を作成し、タンパク質バンドを定量化した。SDS−PAGEの結果を図2Aに、タンパク質バンドの定量結果を図2Bに示す。50%のタンパク質が消失する温度は、ストレプトアビジンが71℃であるのに対し、タマビジン2は87℃であった。この結果、タマビジン2は、ストレプトアビジンと比較して耐熱性が15℃以上高いことが明らかとなった。また、タマビジン2はビオチンを加えると、耐熱性が極めて強くなり、95℃処理後も、4量体が解離しなくなった。 Protein Stability 0.2 μg / μL TM2 and 0.2 μg / μL Streptavidin were heated at room temperature, 50, 60, 70, 80, 90, 99 ° C. for 20 minutes at 10 μL (2 μg). Subsequently, the mixture was centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes, and the soluble protein in the supernatant was added with an equal amount of 2 × SDS sample buffer (100 mM Tris-HCl pH 6.8, 12% 2-mercaptoethanol, 2% SDS, 20% glycerol). After suspending and heating at 95 ° C. for 10 minutes, SDS-PAGE was performed. The protein band was detected by CBB staining. A calibration curve was created based on a quantitative marker (LMW ELECTROPHORESIS CALIBRATION KIT; Pharmacia Biotech) using Las-3000 (FUJIFILM), and the protein band was quantified. SDS-PAGE results are shown in FIG. 2A, and protein band quantification results are shown in FIG. 2B. The temperature at which 50% of the protein disappeared was 71 ° C for streptavidin, whereas it was 87 ° C for
ビオチン結合活性
ビオチン結合性タンパク質のビオチン結合サイトに蛍光ビオチンが結合すると、蛍光ビオチンの蛍光強度が消失する性質を利用して、タマビジン2の高温度条件下におけるビオチン結合能を、ストレプトアビジン、アビジンと比較した。 Biotin binding activity Utilizing the property that fluorescent biotin loses its fluorescence intensity when fluorescent biotin is bound to the biotin binding site of biotin binding protein, the biotin binding ability of
約0.25μg/μLのTM2とストレプトアビジンを、室温、50、60、70、80、90℃で20分間加熱後、150μL アッセイバッファー(50mM NaH2PO4、100mM NaCl、1mM EDTA(pH7.5))中に0μLから27μLの加熱処理したTM2、またはストレプトアビジンを段階的に含む溶液を調製した。この溶液に5pmol/μL蛍光ビオチン溶液(ビオチン−4−フルオレセイン:Molecular Probe)50μL(250pmol)を混和し、室温で20分間放置後、Las−3000(FUJIFILM)を用いて蛍光強度を測定した。About 0.25 μg / μL of TM2 and streptavidin were heated at room temperature, 50, 60, 70, 80, and 90 ° C. for 20 minutes, and then 150 μL assay buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 100 mM NaCl, 1 mM EDTA (pH 7.5)). A solution containing stepwise TM2 or streptavidin from 0 μL to 27 μL was prepared. This solution was mixed with 50 μL (250 pmol) of a 5 pmol / μL fluorescent biotin solution (biotin-4-fluorescein: Molecular Probe), allowed to stand at room temperature for 20 minutes, and then measured for fluorescence intensity using Las-3000 (FUJIFILM).
ビオチン結合性タンパク質の耐熱性試験は以下の通りに実施した。約0.25μg/μLのビオチン結合性タンパク質を、室温、50、60、70、80、90℃で20分間加熱後、150μL アッセイバッファー中に0μLから12μLの加熱したビオチン結合性タンパク質を段階的に含む溶液に調製した。この溶液に2pmol/μL蛍光ビオチン溶液 50μL(100pmol)を混和し、室温で20分間放置後、Infinite M200(TECAN)を用いて蛍光強度をEx=460nm、Em=525nmにて測定した。 The heat resistance test of the biotin-binding protein was performed as follows. About 0.25 μg / μL of biotin-binding protein is heated at room temperature, 50, 60, 70, 80, and 90 ° C. for 20 minutes, and then stepped from 0 μL to 12 μL of heated biotin-binding protein in 150 μL assay buffer. Prepared to contain solution. This solution was mixed with 50 μL (100 pmol) of 2 pmol / μL fluorescent biotin solution, allowed to stand at room temperature for 20 minutes, and then measured for fluorescence intensity using Exfinite M200 (TECAN) at Ex = 460 nm and Em = 525 nm.
結果を図3に示す。その結果、TM2における蛍光ビオチンとの結合は、70℃以下では室温と変化はみられず、80℃で82%の活性を保持していた。一方、ストレプトアビジンと蛍光ビオチンとの結合活性は70℃で40%、80℃で80%減少した。また、アビジンと蛍光ビオチンとの結合活性は70℃で10%、80℃で70%減少した。蛍光強度の減少割合が、加熱していないサンプルの50%になる温度は、TM2は85℃であるのに対し、ストレプトアビジンは73℃、アビジンは78℃であった。 The results are shown in FIG. As a result, the binding of TM2 with fluorescent biotin did not change at room temperature below 70 ° C. and retained 82% activity at 80 ° C. On the other hand, the binding activity between streptavidin and fluorescent biotin decreased by 40% at 70 ° C and 80% at 80 ° C. Further, the binding activity between avidin and fluorescent biotin decreased by 10% at 70 ° C. and 70% at 80 ° C. The temperature at which the reduction rate of the fluorescence intensity becomes 50% of the unheated sample was 85 ° C for TM2, whereas 73 ° C for streptavidin and 78 ° C for avidin.
1−5.タマビジン2固定化担体の耐熱性
タマビジン2磁性ビーズの作成
カルボキシル基で表面をコートされた磁性ビーズ(Dynabeads M-270 Carboxylic Acid, Dynal社)300μlを0.01N 水酸化ナトリウム 300μlで10分間洗浄後、さらに超純水 300μlで10分間3回洗浄した。洗浄済みの磁性ビーズに、冷超純水で溶解した1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド・ハイドロクロライド(EDC)(PIERCE社)を最終濃度0.2Mになるように添加し30分間、室温で振とうした。その後、冷超純水 300μl、続いて50mM MES緩衝液(pH5.0)300μlで磁性ビーズを洗浄し、50mM MES緩衝液(pH5.0)に置換した0.6mg/ml TM2を300μl(180μg)混和した。室温で30分間振とうさせることにより、共有結合にてTM2と磁性ビーズを結合させた。磁石で磁性ビーズを回収し、上清を除去した。次に50mM トリス緩衝液(pH 7.0)300μlでビーズの未反応カルボキシル基を消去後、0.5% BSA、0.1% Tween20を含むPBS緩衝液300μlで磁性ビーズをブロッキングした。PBS緩衝液 300μlで磁性ビーズを懸濁し、磁性ビーズを完成させた。ストレプトアビジンおよびアビジンについても同様に磁性ビーズを作成した。 1-5. Heat resistance of
Preparation of
タマビジン2磁性ビーズの加熱試験
(i)耐熱性
蛍光ビオチンを用いて、TM2磁性ビーズの耐熱性を、上記で作製したストレプトアビジン磁性ビーズおよびアビジン磁性ビーズ、ならびに、市販のストレプトアビジン磁性ビーズ(Dynabeads M-270 Streptavidin、Dynal)と比較した。 Heat test of
各磁性ビーズをPBS緩衝液で洗浄後、室温、70、75、80、85、90℃で20分間加熱した。150μL アッセイバッファー中に、加熱した各磁性ビーズを0μLから16μLまで段階的に含む溶液を調製した。この溶液に1pmol/μL ビオチン−4−フルオレセイン溶液 50μL(50pmol)を混和し、室温で20分間放置後、Infinite M200を用いて上清の蛍光強度をEx=460nm、Em=525nmにて測定した。 Each magnetic bead was washed with PBS buffer, and then heated at room temperature, 70, 75, 80, 85, and 90 ° C. for 20 minutes. A solution containing each heated magnetic bead stepwise from 0 μL to 16 μL in 150 μL assay buffer was prepared. To this solution, 50 μL (50 pmol) of 1 pmol / μL biotin-4-fluorescein solution was mixed and allowed to stand at room temperature for 20 minutes, and then the fluorescence intensity of the supernatant was measured using Infinite M200 at Ex = 460 nm and Em = 525 nm.
結果を図4に示す。その結果、TM2磁性ビーズにおいて、蛍光ビオチンとの結合は75℃以下では室温と変化がみられず、80℃で73%、85℃で64%の活性があった。ストレプトアビジン磁性ビーズは80℃で70%失活し、市販のストレプトアビジン磁性ビーズ(Dynal)は80℃で90%失活した。また、アビジン磁性ビーズは80℃で35%、85℃で55%失活した。蛍光強度の減少割合が、加熱してないサンプルの50%になる温度は、TM2は87℃であるのに対し、ストレプトアビジンは78℃、ストレプトアビジン(Dynal)は72℃、アビジンは84℃であった。 The results are shown in FIG. As a result, in the TM2 magnetic beads, the binding to fluorescent biotin was not changed from room temperature at 75 ° C. or lower, and the activity was 73% at 80 ° C. and 64% at 85 ° C. Streptavidin magnetic beads were inactivated by 70% at 80 ° C, and commercially available streptavidin magnetic beads (Dynal) were inactivated by 90% at 80 ° C. The avidin magnetic beads were deactivated 35% at 80 ° C. and 55% at 85 ° C. The temperature at which the fluorescence intensity decreases to 50% of the unheated sample is 87 ° C for TM2, whereas 78 ° C for streptavidin, 72 ° C for streptavidin (Dynal), and 84 ° C for avidin. there were.
(ii)高温域におけるビオチン結合活性
ビオチン結合性タンパク質のビオチン結合サイトに蛍光ビオチンが結合すると、蛍光ビオチンの蛍光強度が消失する性質を利用して、TM2磁性ビーズの高温度条件下におけるビオチン結合能を、市販のストレプトアビジン磁性ビーズと比較した。(Ii) Biotin-binding activity in high temperature region Utilizing the property that fluorescence intensity of fluorescent biotin disappears when biotin binds to the biotin-binding site of biotin-binding protein, the biotin-binding ability of TM2 magnetic beads under high temperature conditions Were compared to commercially available streptavidin magnetic beads.
TM2磁性ビーズは、カルボキシル基で表面をコートされた磁性ビーズ(Dynabeads M-270 Carboxylic Acid, Dynal社)にTM2を共有結合させることによって作成した。また、市販のストレプトアビジン磁性ビーズは、Dynabeads M-270 Streptavidin(Dynal社)を使用した。TM2磁性ビーズは2×109ビーズ/30mg/mLであり磁性ビーズ1mg当り333pmolの蛍光ビオチンが結合する。また、市販のストレプトアビジン磁性ビーズは6.7×108ビーズ/10mg/mLであり磁性ビーズ1mg当り625pmolの蛍光ビオチンが結合する。TM2 magnetic beads were prepared by covalently binding TM2 to magnetic beads (Dynabeads M-270 Carboxylic Acid, Dynal) whose surface was coated with carboxyl groups. As commercially available streptavidin magnetic beads, Dynabeads M-270 Streptavidin (Dynal) was used. TM2 magnetic beads are 2 × 10 9 beads / 30 mg / mL, and 333 pmol of fluorescent biotin is bound per 1 mg of magnetic beads. Commercially available streptavidin magnetic beads are 6.7 × 10 8 beads / 10 mg / mL, and 625 pmol of fluorescent biotin is bound per 1 mg of magnetic beads.
TM2磁性ビーズ、および市販のストレプトアビジン磁性ビーズ300μLをPBS緩衝液300μLで2回洗浄し、再びPBS緩衝液300μL中に懸濁した。それぞれの磁性ビーズを42μLずつ7本に分注した。1pmol/μL蛍光ビオチン溶液(ビオチン−4−フルオレセイン:Molecular Probe社)50μL(50pmol)をアッセイバッファー(50mM NaH2PO4、100mM NaCl、1mM EDTA(pH7.5))150、149、148、146、142、140、134μLにそれぞれ添加し、室温、50、60、65、70、80、95℃で10分間プレインキュベーションした。続いて、両磁性ビーズを室温、50、60、65、70、80、95℃で5分間プレインキュベーション後、1、2、4、8、10、16μLを50pmol 蛍光ビオチン溶液に添加して最終容積200μLとし、それらを各温度で20分間加熱し続けた。この間、ピペッティングにより3回混合液を懸濁した。その後、敏速に磁石で磁性ビーズを回収し、上清の蛍光強度をInfinite M200(TECAN)を用いてEx=460nm、Em=525nmにて測定した(実験1)。実験2として、実験1と同様に、室温、70、75、80、85、90℃を解析した。TM2 magnetic beads and 300 μL of commercially available streptavidin magnetic beads were washed twice with 300 μL of PBS buffer and suspended again in 300 μL of PBS buffer. Each magnetic bead was dispensed into 7 pieces of 42 μL. 1 μmol / μL fluorescent biotin solution (biotin-4-fluorescein: Molecular Probe) 50 μL (50 pmol) was added to assay buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 100 mM NaCl, 1 mM EDTA (pH 7.5)) 150, 149, 148, 146, 142, 140, and 134 μL, respectively, and preincubated at room temperature, 50, 60, 65, 70, 80, and 95 ° C. for 10 minutes. Subsequently, after preincubating both magnetic beads at room temperature, 50, 60, 65, 70, 80, and 95 ° C. for 5 minutes, 1, 2, 4, 8, 10, 16 μL was added to 50 pmol fluorescent biotin solution to obtain a final volume. 200 μL and they were kept heated at each temperature for 20 minutes. During this time, the mixture was suspended three times by pipetting. Thereafter, the magnetic beads were promptly collected with a magnet, and the fluorescence intensity of the supernatant was measured with Exfinite M200 (TECAN) at Ex = 460 nm and Em = 525 nm (Experiment 1). As
実験1の結果を図5AおよびBに、実験2の結果を図5CおよびDに示す。その結果、TM2磁性ビーズにおいて、蛍光ビオチンとの結合は70℃以下では室温と変化がみられず、80℃、85℃ではそれぞれ、75%、62%の活性を保持していた(図5A)。一方、市販のストレプトアビジン磁性ビーズにおいては、蛍光ビオチンとの結合は、80℃では60%から80%消失した(図5B)。蛍光強度の減少割合が加熱していないサンプルの50%になる温度は、ストレプトアビジン(Dynal)が77.5℃であるのに対し、タマビジン2は87.5℃であった。
The results of
TM2セファロースビーズの作成
表面のカルボキシル基がN−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)により活性エステル化されたセファロースビーズ (直径34μm)HiTrap NHS-activated HP(GEヘルスケア社)1mLを冷1mM 塩酸 10mlで洗浄後、さらに冷超純水 1mlで洗浄した。このセファロースビーズに、予め0.5M 塩化ナトリウムを含む0.2M 炭酸水素ナトリウム緩衝液(pH8.3)中で透析をした1mg/ml TM2を1ml混和した。室温で3時間振とうさせることによりTM2とセファロースビーズを結合させた。次に50mM トリス緩衝液(pH8.0)5mlにて未反応の活性基を消去後、0.5% BSA、0.05% Tween 20を含むPBS緩衝液 5mlでセファロースビーズをブロッキングした。PBS緩衝液 1mlでセファロースビーズを懸濁しTM2セファロースビーズを完成させた。 Preparation of TM2 Sepharose beads Separose beads whose surface carboxyl group was activated esterified with N-hydroxysuccinimide (NHS) (34 μm in diameter) HiTrap NHS-activated HP (GE Healthcare) was washed with 10 ml of cold 1 mM hydrochloric acid, Further, it was washed with 1 ml of cold ultrapure water. To this sepharose beads, 1 ml of 1 mg / ml TM2 previously dialyzed in 0.2 M sodium hydrogen carbonate buffer (pH 8.3) containing 0.5 M sodium chloride was mixed. TM2 and Sepharose beads were bound by shaking at room temperature for 3 hours. Next, unreacted active groups were erased with 5 ml of 50 mM Tris buffer (pH 8.0), and then sepharose beads were blocked with 5 ml of PBS buffer containing 0.5% BSA and 0.05
TM2セファロースビーズの加熱試験
蛍光ビオチンを用いて、TM2セファロースビーズの耐熱性を検証した。TM2セファロースビーズをPBS緩衝液で洗浄後、室温、70、75、80、85、90℃で20分間加熱した。150μL アッセイバッファー中に、加熱したセファロースビーズを0μLから16μLまで段階的に含む溶液を調整した。次に3pmols/μl ビオチン−4−フルオレセイン溶液 50μl(150pmol)を混和し、室温で20分間放置後、Infinite M200を用いて上清の蛍光強度をEx=460nm、Em=525nmにて測定した。 Heat test of TM2 Sepharose beads The heat resistance of TM2 Sepharose beads was verified using fluorescent biotin. TM2 Sepharose beads were washed with PBS buffer and then heated at room temperature, 70, 75, 80, 85, 90 ° C. for 20 minutes. A solution containing heated Sepharose beads stepwise from 0 μL to 16 μL in 150 μL assay buffer was prepared. Next, 50 μl (150 pmol) of 3 pmols / μl biotin-4-fluorescein solution was mixed and allowed to stand at room temperature for 20 minutes, and then the fluorescence intensity of the supernatant was measured using Infinite M200 at Ex = 460 nm and Em = 525 nm.
その結果、蛍光ビオチンとの結合は80℃以下では室温と変化がみられず、85℃で64%の活性があった。また、蛍光強度の減少割合が、加熱してないサンプルの50%になる温度は86℃であり、TM2を固定化した磁性ビーズと同等の耐熱性を示した(図6)。
実施例2:タマビジン1(TM1)
2−1.タマビジン1の特徴づけ
タマビジン1の大腸菌発現と精製
タマビジン1をコードするDNA(配列番号1)を、発現ベクターpTrc99Aに組込んで大腸菌で発現させると、発現したタマビジン1タンパク質の殆どが可溶性画分に蓄積し、その発現量はタマビジン2と同じレベルに多かった。そこで組換えタマビジン1に関して、以下のように精製を試みた。発現誘導後、集菌した大腸菌のペレットを20 mM Kpi pH7.0に懸濁し、超音波によって菌体を破壊した。15000rpmで10分間の遠心後の上清を、70℃で10分間処理した。熱処理後さらに遠心分離操作を行い、その上清を、50mM Tris−HCl pH7.0、50mM NaClに置換した。このサンプルを同バッファーで平衡化したイオン交換カラムMonoQ HR5/5 (Phaemacia)にアプライし、組換えタマビジン1をカラム素通り画分として回収した。タンパク質の回収量は培養液50mL当たりおよそ1mgであった。As a result, the binding with fluorescent biotin was not changed from room temperature at 80 ° C. or lower, and had 64% activity at 85 ° C. Further, the temperature at which the decrease rate of the fluorescence intensity becomes 50% of the unheated sample was 86 ° C., which showed the same heat resistance as the magnetic beads immobilized with TM2 (FIG. 6).
Example 2: Tamavidin 1 (TM1)
2-1. Characterization of
E. coli expression and purification of
質量分析
タマビジン1の質量分析を実施例1と同様に行った。その結果、m/z=15961.6(単量体に相当)、31922.5(二量体に相当)が観測された。単量体の質量は、タマビジン1をSDS−ポリアクリルアミド電気泳動した後の分子量に良く一致した。一方、タマビジン1にビオチンを過剰量添加し、インキュベートした後のサンプルのSDS−ポリアクリルアミド電気泳動像と、同じ処理を施したタマビジン2の泳動像との比較分析から、タマビジン1は4量体であることが示唆された。遺伝情報処理ソフトウエアGENETYX Ver.7(ゼネティックス社製)を用いて、全長143アミノ酸からなるタマビジン1の等電点を計算すると、6.23であった。 Mass spectrometry Mass spectrometry of
ビオチンとの結合性
上記70℃熱処理後の遠心後上清のタマビジン1の蛍光ビオチン結合活性を測定した。方法はタマビジン2の場合に準じた。蛍光ビオチンとのインキュベーションは室温で行った。結果を図7に示す。タマビジン1は、70℃処理後においても蛍光ビオチンと結合することが明らかとなった。 Binding to biotin The fluorescence biotin binding activity of
2−2.タマビジン1の耐熱性
タンパク質の安定性
0.2μg/μLの濃度の精製タマビジン1を10μL(2μg)ずつ室温、50、60、70、80、90、99℃で20分間加熱した。続いて、15000rpmで10分間遠心し、上清の可溶性タンパクを等量の2×SDS サンプルバッファー(100mM Tris−HCl pH6.8,12% 2−メルカプトエタノール,2% SDS,20% グリセロール)と懸濁し、95℃で10分間加熱後、SDS−PAGEを行った。タンパクバンドはCBB染色によって検出した。Las−3000(FUJIFILM)を用いて定量マーカー(LMW ELECTROPHORESIS CALIBRATION KIT; Pharmacia Biotech)をもとに検量線を作成し、タンパク質バンドを定量化した。その結果、タマビジン1の50%のタンパク質が消失する温度は、76℃であった。この結果、タマビジン1は、上述のストレプトアビジンと比較して耐熱性が5℃高いことが明らかとなった。また、タマビジン1はビオチンを加えると、耐熱性が極めて強くなり、95℃処理後も、4量体が解離しなくなった。 2-2. Heat resistance of
Protein
本発明の固体担体に連結されるタマビジンは、高温域でのタンパク質安定性およびビオチン結合性を保持するため、本発明の固体担体は、高温域での処理を含むアッセイ系に利用可能である。高温域での処理を含むアッセイ系は、特異性の高い物質の分離、濃縮、精製、検出および/または捕捉を可能にするため、一連のプロトコルの迅速化に貢献する。また、タマビジンは、卵白由来のアビジンやストレプトアビジンと比較して生産効率が高いため、本発明の固体担体は、市販のビオチン結合性タンパク質を連結した固体担体と比較してコスト面でも有利である。 Since tamavidin linked to the solid support of the present invention retains protein stability and biotin-binding property at high temperatures, the solid support of the present invention can be used in assay systems including treatment at high temperatures. Assay systems involving high temperature processing contribute to the speeding up of a series of protocols to allow separation, concentration, purification, detection and / or capture of highly specific substances. In addition, tamavidin has higher production efficiency than egg white-derived avidin or streptavidin, so the solid support of the present invention is advantageous in terms of cost compared to a solid support linked with a commercially available biotin-binding protein. .
Claims (9)
a)配列番号2または配列番号4のアミノ酸配列を含んでなるタンパク質;
b)配列番号2または配列番号4のアミノ酸配列において、1またはそれより多くのアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を含んでなるタンパク質;
c)配列番号2または配列番号4のアミノ酸配列と、少なくとも60%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含んでなるタンパク質;および
d)配列番号1または3の塩基配列の相補鎖に、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸によってコードされるアミノ酸配列を含んでなるタンパク質;
からなる群より選択される耐熱性ビオチン結合性タンパク質を連結させた、前記固体担体。A solid support, the following:
a) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4;
b) a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4;
c) a protein comprising an amino acid sequence having at least 60% sequence identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4; and d) a stringent strand complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 1 or 3 A protein comprising an amino acid sequence encoded by a nucleic acid that hybridizes under mild conditions;
The solid support, wherein a thermostable biotin-binding protein selected from the group consisting of is linked.
1)請求項1ないし6のいずれか1項に記載の固体担体とビオチンと連結した物質を接触させて、当該固体担体にビオチンと連結した物質を結合させ;
2)当該固体担体に結合しなかった夾雑物を洗浄し;そして
3)当該固体担体に結合したビオチンと連結した物質を回収することにより当該物質を分離、濃縮、捕捉もしくは精製し、および/または、当該物質を検出する;
を含んでなり、ここで、前記工程の少なくとも1つは70℃〜90℃の加熱条件下で行う、前記方法。A method for separating, concentrating, capturing, purifying and / or detecting a substance linked to biotin, comprising the following steps:
1) The solid support according to any one of claims 1 to 6 is contacted with a substance linked to biotin, and the substance linked to biotin is bound to the solid support;
2) washing away contaminants not bound to the solid support; and 3) separating, concentrating, capturing or purifying the material by recovering the material linked to biotin bound to the solid support, and / or Detect the substance;
Wherein at least one of the steps is performed under heating conditions of 70 ° C to 90 ° C.
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