JPWO2013084526A1 - Biotin compound, biotin labeling agent, protein assembly - Google Patents

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    • C12P17/18Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms containing at least two hetero rings condensed among themselves or condensed with a common carbocyclic ring system, e.g. rifamycin
    • C12P17/185Heterocyclic compounds containing sulfur atoms as ring hetero atoms in the condensed system
    • C12P17/186Heterocyclic compounds containing sulfur atoms as ring hetero atoms in the condensed system containing a 2-oxo-thieno[3,4-d]imidazol nucleus, e.g. Biotin

Abstract

本願発明の課題は、機能を有するタンパク質集合体を作製すること。及びそれを作製するために有効なビオチン化合物を提供することであり、その解決出手段は、下記式(1)[化1](式中、nは、1又は2であり、Xは、O又はNHであり、前記nが2である場合のXは、同一であっても異なっていてもよく、R1は、直接結合またはアミノ酸残基であり、前記nが2である場合のR1のアミノ酸残基は、同一であっても異なっていてもよくR2は、nが1の場合、直接結合であり、前記nが2の場合のR2のアミノ酸残基は、側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基を有し、且つ該アミノ残基とR1のカルボン酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であり、R3は、直接結合又はアミノ酸残基であり、R1又はR3のアミノ酸残基は、それぞれ1個のアミノ酸残基であるか、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である。)で表わされるビオチン化合物を提供することである。The subject of this invention is producing the protein assembly which has a function. And a biotin compound effective for producing the same, and a solution means thereof is the following formula (1) [Formula 1] (wherein n is 1 or 2, and X is O Or X when n is 2 may be the same or different, R1 is a direct bond or an amino acid residue, and the amino acid of R1 when n is 2 The residues may be the same or different, and R2 is a direct bond when n is 1, and the amino acid residue of R2 when n is 2 is from the amino group at the end of the side chain. It is an amino acid residue having an amino residue from which one hydrogen atom has been removed, and the amino residue and the carboxylic acid residue of R1 are peptide-bonded, and R3 is a direct bond or an amino acid residue Each of the amino acid residues of R1, R3 is one amino acid residue, Is to provide a biotin compound represented by two or more amino acid residue is an amino acid residue is a peptide bond.).

Description

本発明は、ビオチン化化合物、ビオチン標識化剤、及びタンパク質集合体に関する。   The present invention relates to a biotinylated compound, a biotin labeling agent, and a protein assembly.

タンパク質の自己集合は例えばウィルス、微小管、鞭毛、アクチンファイバーの形成などといった例に代表されるように、自然界において重要な役割を担っている(非特許文献1)。このような自己集合のシステムを解明・確立することは、これまでにない機能を有するバイオ材料の設計への知見を与えるため、バイオテクノロジーの分野においても、ナノテクノロジーの分野において特に注目を浴びている(非特許文献2)。   Protein self-assembly plays an important role in nature, as exemplified by the formation of viruses, microtubules, flagella, actin fibers, and the like (Non-patent Document 1). The elucidation and establishment of such a self-assembling system gives insights into the design of biomaterials with unprecedented functions, and has attracted particular attention both in the biotechnology field and in the nanotechnology field. (Non-Patent Document 2).

タンパク質を構成要素(building blocks)として用いる、新規の自己集合構造体の設計というのは未だにチャレンジングな分野ではあるものの、近年の数多くの研究によって、その一端が明らかとなってきている(非特許文献3)。タンパク質の自己集合の分野において、単に集合体化させるだけでなく、酵素や抗体のように構成要素それ自体が機能を持ち、またその機能を発現する事が出来る集合体の構築である(非特許文献4)。機能性集合体の意義としては、例えば局所濃度の上昇、タンパク質固定化の際の固定化量の増加、検出系に用いた時の検出感度の上昇などが挙げられる。異なる機能を有するタンパク質の組み合わせについては、例えば異種酵素の組み合わせにおいて、片方の酵素の生成物がもう片方の酵素の基質になる共役反応に応用できれば、高効率な複合酵素系の構築が可能になる。従って、もし機能性自己集合体の設計が合理的に行えるようになれば、その有用性は計り知れないものになる。   Although the design of new self-assembled structures using proteins as building blocks is still a challenging field, many recent studies have revealed some of them (non-patented) Reference 3). In the field of protein self-assembly, it is the construction of an assembly that not only makes it an assembly but also has a function as such as an enzyme or an antibody and can express that function (non-patented). Reference 4). Examples of the significance of the functional assembly include an increase in local concentration, an increase in the amount of immobilization during protein immobilization, and an increase in detection sensitivity when used in a detection system. For a combination of proteins having different functions, for example, in a combination of different enzymes, if it can be applied to a conjugation reaction in which the product of one enzyme becomes a substrate for the other enzyme, a highly efficient complex enzyme system can be constructed. . Therefore, if the functional self-assembly can be rationally designed, its usefulness becomes immeasurable.

架橋酵素である微生物由来のトランスグルタミナーゼ(以下、本明細書においてMTGと呼ぶ。)は、部位特異的なリガンドラベリング技術に用いられている。MTGはグルタミン(Q)と、リジン(K)又は一級アミンのアシル転移反応を触媒する架橋酵素の一種であり、タンパク質の翻訳後修飾を行う際には極めて有用なツールである。このようなMTGを用いた架橋反応は、タンパク質中のMTG認識配列に対して特異的に進行するため、タンパク質本来の機能を損なう事無く容易に修飾を行う事が出来る。   A transglutaminase derived from a microorganism that is a cross-linking enzyme (hereinafter referred to as MTG in the present specification) is used in a site-specific ligand labeling technique. MTG is a kind of cross-linking enzyme that catalyzes the acyl transfer reaction between glutamine (Q) and lysine (K) or primary amine, and is an extremely useful tool for post-translational modification of proteins. Since such a crosslinking reaction using MTG proceeds specifically with respect to the MTG recognition sequence in the protein, it can be easily modified without impairing the original function of the protein.

アルカリホスファターゼ(以下、本明細書でAPと称することがある)は、アルカリ性条件下でリン酸エステルを加水分解する脱リン酸化酵素であり、DNAの末端塩基の脱リン酸化;ELISA、ウエスタンブロッティング等の抗体免疫反応等の標識酵素として汎用されている。   Alkaline phosphatase (hereinafter sometimes referred to as AP in the present specification) is a dephosphorylation enzyme that hydrolyzes a phosphate ester under alkaline conditions, and dephosphorylates a terminal base of DNA; ELISA, Western blotting, etc. It is widely used as a labeling enzyme for antibody immune reactions.

C. Branden and J. Tooze, Introduction to Protein Structure, 2nd ed., Garland Publishing, New York, 1999.C. Branden and J.M. Toe, Introduction to Protein Structure, 2nd ed. , Garland Publishing, New York, 1999. T. O. Yeastes and J. E. Padilla, Curr. Opin. Chem. Biol., 2002, 12,464.T.A. O. Yeasts and J.M. E. Padilla, Curr. Opin. Chem. Biol. , 2002, 12, 464. C. M. Niemeyer, M. Adler, S. Gao and L. Chi, Angew. Chem. Int. Ed., 2000, 39, 3056.C. M.M. Niemyer, M.M. Adler, S.M. Gao and L.M. Chi, Angew. Chem. Int. Ed. , 2000, 39, 3056. T. F. Chou, C. So, B. R. White, J. C. T. Carlson, M. Sarikaya and C. R. Wagner, ASC Nano, 2008, 2, 2519.T.A. F. Chou, C.I. So, B.B. R. White, J. et al. C. T.A. Carlson, M.M. Sarikaya and C.I. R. Wagner, ASC Nano, 2008, 2, 2519.

タンパク質を自己集合体化させるにあたり最初の問題となるのが、集合体化の為の駆動力の選択である。自己集合には例えばπ−πスタッキングや、水素結合や、ファンデルワールス力といった非共有性の結合が用いられるが、その汎用性、応用性等の高さから、あるレセプターと、それに対するリガンドを用いた自己集合の設計が重用視されている。特に、リガンドをタンパク質にラベリングするプロセスに問題が生じている。なぜなら、タンパク質の狙った部位にリガンドを導入することは一般的に困難なためである。
最も簡易的なラベリングの方法としては化学修飾法が挙げられるが、タンパク質表面の反応点を狙って修飾を行う為、機能の低下は免れず、更に反応の制御も困難でラベルされる場所もランダムな為、制御された自己集合に用いるには適さない。
The first problem in self-assembly of proteins is selection of driving force for assembly. For example, non-covalent bonds such as π-π stacking, hydrogen bonding, and van der Waals force are used for self-assembly. However, due to its versatility and applicability, certain receptors and their ligands can be used. Emphasis is placed on the self-assembly design used. In particular, problems have arisen in the process of labeling ligands to proteins. This is because it is generally difficult to introduce a ligand into a target site of a protein.
The simplest labeling method is the chemical modification method. However, since the modification is aimed at the reactive sites on the protein surface, the function is unavoidable and the reaction is difficult to control and the place to be labeled is random. Therefore, it is not suitable for use in controlled self-assembly.

以上のことから、タンパク質本来の立体構造を損なう事無くリガンドを修飾することは、制御可能な自己集合系の構築には必要不可欠である。   From the above, it is indispensable for the construction of a controllable self-assembly system to modify the ligand without impairing the original three-dimensional structure of the protein.

また、このような修飾に適した修飾化剤の開発が求められている。   In addition, development of a modifying agent suitable for such modification is required.

上記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、特定のビオチン化合物が、特定のアミノ酸配列を認識するトランスグルタミナーゼと共に用いることによって、タンパク質又はペプチドをビオチン化することを見出した。また、ビオチン化されたタンパク質又はペプチドは、効率よく集合体とすることができ、斯かる集合体はそのタンパク質又はペプチドが発揮する機能と比べて飛躍的に向上した機能を発揮することを見出した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has made extensive studies and found that a specific biotin compound is biotinylated with a transglutaminase that recognizes a specific amino acid sequence. . In addition, it has been found that a biotinylated protein or peptide can be efficiently assembled into an aggregate, and that such an aggregate exhibits a greatly improved function compared to the function exhibited by the protein or peptide. .

本発明は係る知見に基づいて完成されたものであり、以下に示す態様の発明を広く包含するものである。   The present invention has been completed on the basis of such knowledge, and widely encompasses the inventions of the embodiments described below.

項1
下記式(1)

Figure 2013084526
(式中、
nは、1又は2であり、
Xは、O又はNHであり、前記nが2である場合のXは、同一であっても異なっていてもよく、
は、直接結合またはアミノ酸残基であり、前記nが2である場合のRのアミノ酸残基は、同一であっても異なっていてもよく
は、nが1の場合、直接結合であり、前記nが2の場合のRのアミノ酸残基は、側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基を有し、且つ該アミノ残基とRのカルボン酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であり、
は、直接結合又はアミノ酸残基であり、
又はRのアミノ酸残基は、それぞれ1個のアミノ酸残基であるか、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である。)
で表わされるビオチン化合物。Item 1
Following formula (1)
Figure 2013084526
(Where
n is 1 or 2,
X is O or NH, and when n is 2, X may be the same or different;
R 1 is a direct bond or an amino acid residue, and the amino acid residue of R 1 when n is 2 may be the same or different. R 2 is a direct bond when n is 1. The amino acid residue of R 2 in the case where n is 2 has an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the terminal amino group of the side chain, and the amino residue and R 1 Is an amino acid residue having a peptide bond,
R 3 is a direct bond or an amino acid residue;
Each amino acid residue of R 1 or R 3 is one amino acid residue, or an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded. )
A biotin compound represented by

項2
前記R又はRのアミノ酸残基が、グリシン残基及びロイシン残基からなる群より選択される少なくとも1つを含む、項1に記載のビオチン化合物。
Item 2
Item 2. The biotin compound according to Item 1, wherein the amino acid residue of R 1 or R 3 comprises at least one selected from the group consisting of a glycine residue and a leucine residue.

項3
前記Rのアミノ酸残基が、リジン残基である項1又は2に記載のビオチン化合物。
Item 3
Item 3. The biotin compound according to Item 1 or 2, wherein the amino acid residue of R 2 is a lysine residue.

項4
前記Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、又はRのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である、項1〜3の何れか1項に記載のビオチン化合物。
Item 4
The R 1 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded, or the R 3 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded Item 4. The biotin compound according to any one of Items 1 to 3, which is a group.

項5
下記式(2)

Figure 2013084526
(式中、
nは、1又は2であり、
Xは、O又はNHであり、前記nが2である場合のXは、同一であっても異なっていてもよく、
は、直接結合またはアミノ酸残基であり、前記nが2である場合のRのアミノ酸残基は、同一であっても異なっていてもよく
は、前記nが1の場合、直接結合であり、前記nが2の場合のRのアミノ酸残基は、側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基を有し、且つ該アミノ残基とRのカルボン酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であり、
は、直接結合又はアミノ酸残基であり、
又はRのアミノ酸残基は、それぞれ1個のアミノ酸残基であるか、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である。)で表わされる項1〜4の何れか1項に記載のビオチン化合物。Item 5
Following formula (2)
Figure 2013084526
(Where
n is 1 or 2,
X is O or NH, and when n is 2, X may be the same or different;
R 1 is a direct bond or an amino acid residue, and when n is 2, the amino acid residue of R 1 may be the same or different. R 2 is when n is 1, In the case where n is 2 and the amino acid residue of R 2 is a direct bond, the amino acid residue of R 2 has an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the terminal amino group of the side chain, and the amino residue and R 1 carboxylic acid residue is an amino acid residue having a peptide bond,
R 4 is a direct bond or an amino acid residue;
Each amino acid residue of R 1 or R 4 is one amino acid residue, or an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded. The biotin compound according to any one of Items 1 to 4, which is represented by:

項6
前記R又はRのアミノ酸残基が、グリシン残基を少なくとも1つ含む、項5に記載のビオチン化合物。
Item 6
Item 6. The biotin compound according to Item 5, wherein the amino acid residue of R 1 or R 4 includes at least one glycine residue.

項7
前記Rのアミノ酸残基が、リジン残基である項5又は6に記載のビオチン化合物。
Item 7
Item 7. The biotin compound according to Item 5 or 6, wherein the amino acid residue of R 2 is a lysine residue.

項8
前記Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、又はRのアミノ酸残基が、5個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である、項5〜7の何れか1項に記載のビオチン化合物。
Item 8
The amino acid residue of R 1 is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded, or the amino acid residue of R 4 is an amino acid residue in which 5 or less amino acid residues are peptide-bonded Item 8. The biotin compound according to any one of Items 5 to 7, which is a group.

項9
下記式(3)

Figure 2013084526
(式中、
Xは同一又は異なってO又はNHであり、
、及びRは、それぞれ、同一又は異なって直接結合又はアミノ酸残基であり、
、及びRのアミノ酸残基は、それぞれ1個、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基である。)
で表わされる項1〜8の何れか1項に記載のビオチン化合物。Item 9
Following formula (3)
Figure 2013084526
(Where
X is the same or different and is O or NH;
R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is a direct bond or an amino acid residue;
The amino acid residues of R 5 , R 6 , and R 7 are each an amino acid residue in which one or two or more amino acid residues are peptide-bonded. )
Item 9. The biotin compound according to any one of Items 1 to 8 represented by:

項10
前記R、R、又はRのアミノ酸残基がグリシン残基を少なくとも1つ含む、項9に記載のビオチン化合物。
Item 10
Item 10. The biotin compound according to Item 9, wherein the amino acid residue of R 5 , R 6 , or R 7 includes at least one glycine residue.

項11
前記Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、又はRのアミノ酸残基が、5個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である、項9又は10に記載のビオチン化合物。
Item 11
The R 5 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded, and the R 6 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded Item 11. The biotin compound according to Item 9 or 10, wherein the amino acid residue of R 7 is an amino acid residue in which 5 or less amino acid residues are peptide-bonded.

項12
下記式(4)

Figure 2013084526
で表わされる、項1に記載のビオチン化合物。Item 12
Following formula (4)
Figure 2013084526
Item 2. The biotin compound according to Item 1, represented by:

項13
下記式(5)

Figure 2013084526
で表わされる項5に記載のビオチン化合物。Item 13
Following formula (5)
Figure 2013084526
Item 6. The biotin compound according to Item 5, represented by:

項14
下記式(6)

Figure 2013084526
で表わされる項9に記載のビオチン化合物。Item 14
Following formula (6)
Figure 2013084526
Item 10. The biotin compound according to Item 9, represented by:

項15
項1〜14の何れか1項に記載のビオチン化合物を含む、タンパク質又はペプチドに対するビオチン標識化剤。
Item 15
Item 15. A biotin labeling agent for a protein or peptide comprising the biotin compound according to any one of Items 1 to 14.

項16
前記タンパク質又はペプチドが、配列番号1〜4の何れかに示されるアミノ酸配列を1つ以上含む、項15に記載のビオチン標識化剤。
Item 16
Item 16. The biotin labeling agent according to Item 15, wherein the protein or peptide comprises one or more amino acid sequences represented by any of SEQ ID NOs: 1 to 4.

項17
項15又は16に記載のビオチン標識化剤と、トランスグルタミナーゼを含む、タンパク質又はペプチドのビオチン標識化キット。
Item 17
Item 17. A protein or peptide biotin labeling kit comprising the biotin labeling agent according to Item 15 or 16 and transglutaminase.

項18
前記トランスグルタミナーゼが微生物由来トランスグルタミナーゼである、項17に記載のビオチン標識化キット。
Item 18
Item 18. The biotin labeling kit according to Item 17, wherein the transglutaminase is a microorganism-derived transglutaminase.

項19
以下の工程1〜3を含む、タンパク質又はペプチドのビオチン標識化方法;
(1)項1〜14の何れか1項に記載のビオチン化合物と前記タンパク質又はペプチドを、トランスグルタミナーゼの存在下で混合する工程1、
(2)工程1の混合物を、トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程2、
(3)工程2の後、前記混合物からビオチン標識化タンパク質又はビオチン標識化ペプチドを回収する工程3。
Item 19
A protein or peptide biotin labeling method comprising the following steps 1 to 3;
(1) Step 1 of mixing the biotin compound according to any one of Items 1 to 14 and the protein or peptide in the presence of transglutaminase,
(2) Step 2 where the mixture of Step 1 is subjected to transglutaminase optimal activity conditions,
(3) Step 3 of recovering biotin-labeled protein or biotin-labeled peptide from the mixture after Step 2.

項20
前記タンパク質又はペプチドが、配列番号1〜4の何れかに1つに示されるアミノ酸配列を1つ以上含むことを特徴とする、項19に記載の方法。
Item 20
Item 20. The method according to Item 19, wherein the protein or peptide comprises one or more amino acid sequences represented by any one of SEQ ID NOs: 1 to 4.

項21
前記トランスグルタミナーゼが微生物由来トランスグルタミナーゼである、項19又は20に記載の方法。
Item 21
Item 21. The method according to Item 19 or 20, wherein the transglutaminase is a microorganism-derived transglutaminase.

項22
配列番号1〜4の何れか1つに示されるアミノ酸配列の1つ以上が挿入又は置換されたタンパク質又はペプチド変異体。
Item 22
A protein or peptide variant in which one or more of the amino acid sequences shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 4 are inserted or substituted.

項23
配列番号8〜13の何れかに示されるアミノ酸配列を含む項22に記載のタンパク質又はペプチド変異体。
Item 23
Item 23. The protein or peptide variant according to Item 22, comprising the amino acid sequence represented by any of SEQ ID NOs: 8 to 13.

項24
以下の、工程1〜3を含む、タンパク質又はペプチド集合体の製造方法;
(1)項22又は23に示すタンパク質又はペプチド変異体、項1〜14の何れか1項に記載のビオチン化合物、アビジン化合物、及びトランスグルタミナーゼを混合する工程1、
(2)工程1の混合物を、前記トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程2、
(3)工程2の後、前記混合物からタンパク質又はペプチド集合体を回収する工程3。
Item 24
The following method for producing a protein or peptide aggregate, comprising steps 1 to 3;
(1) Step 1 of mixing the protein or peptide variant according to Item 22 or 23, the biotin compound according to any one of Items 1 to 14, the avidin compound, and transglutaminase,
(2) Step 2 where the mixture of Step 1 is subjected to the optimal activity condition of the transglutaminase,
(3) Step 3 of recovering a protein or peptide aggregate from the mixture after Step 2.

項25
前記トランスグルタミナーゼが、微生物由来トランスグルタミナーゼである、項24に記載の方法。
Item 25
Item 25. The method according to Item 24, wherein the transglutaminase is a microorganism-derived transglutaminase.

項26
項24又は25に記載の方法によって得られるタンパク質又はペプチド集合体。
Item 26
Item 26. A protein or peptide aggregate obtained by the method according to Item 24 or 25.

以下に、本発明をより詳細に説明する。
本発明を実施するために使用する様々な技術は、特にその出典を明示した技術を除いては、公知の文献等に基づいて当業者であれば容易かつ確実に実施可能である。例えば、遺伝子工学及び分子生物学的技術であれば、Sambrook and Russell,“Molecular Cloning A LABORATORY MANUAL”,Cold Spring Harbor Laboratory Press,New York,(2001);Ausubel,F.M.et al.“Current Protocols in Molecular Biology”,John Wiley&Sons,New York,.NY等の文献を参照すればよい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
Various techniques used for carrying out the present invention can be easily and surely implemented by those skilled in the art based on known documents and the like, except for a technique that clearly indicates the source. For example, in the case of genetic engineering and molecular biology techniques, Sambrook and Russell, “Molecular Cloning A LABORATORY MANUAL”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, (2001); Ausubel, F .; M.M. et al. “Current Protocols in Molecular Biology”, John Wiley & Sons, New York,. References such as NY may be referred to.

ビオチン化合物
本発明のビオチン化合物は、式(1)にて表される。

Figure 2013084526
Biotin Compound The biotin compound of the present invention is represented by the formula (1).
Figure 2013084526

式(1)において、nは1又は2である。   In the formula (1), n is 1 or 2.

式(1)において、XはO又はNHであり。また、nが2である場合のXは、同一であっても異なっていてもよい。   In the formula (1), X is O or NH. Further, when n is 2, X may be the same or different.

式(1)において、Rは直接結合またはアミノ酸残基である。また、nが2である場合、Rのアミノ酸残基は同一であっても異なっていてもよい。In formula (1), R 1 is a direct bond or an amino acid residue. When n is 2, the amino acid residues of R 1 may be the same or different.

式(1)において、Rは、直接結合又はアミノ酸残基である。In formula (1), R 3 is a direct bond or an amino acid residue.

式(1)において、R又はRのアミノ酸残基はそれぞれ1個、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基である。In the formula (1), each of the amino acid residues of R 1 or R 3 is an amino acid residue in which one or two or more amino acid residues are peptide-bonded.

式(1)において、アミノ酸残基とは、アミノ酸のアミド基から1つの水素原子が取り除かれ(本明細書において、このような基をアミノ残基と称する。)、カルボキシル基から1つのOHが取り除かれたものである(本明細書において、このような基をカルボキシ残基と称する。)。ここで、アミノ酸とは、生体内に存在するアミノ酸に限定はされず、アミド基及びカルボキシル基を有する化合物である。   In the formula (1), an amino acid residue means that one hydrogen atom is removed from an amide group of an amino acid (this group is referred to as an amino residue in this specification), and one OH is converted from a carboxyl group. (This group is referred to herein as a carboxy residue.) Here, the amino acid is not limited to amino acids present in the living body, and is a compound having an amide group and a carboxyl group.

なお、上述のアミノ酸には、プロリンも含まれる。すなわち、アミノ酸残基がプロリン残基である場合は、上述したアミノ基から1つの水素原子が取り除かれたアミノ残基を有するのではなく、ピロリジン環構造中のイミノ基から1つの水素原子が取り除かれたものを有する。   The above amino acid includes proline. That is, when the amino acid residue is a proline residue, it does not have the amino residue in which one hydrogen atom is removed from the amino group described above, but one hydrogen atom is removed from the imino group in the pyrrolidine ring structure. Have

また、2個以上のアミノ酸がペプチド結合したアミノ酸残基とは、上述のアミノ酸残基がペプチド結合しているタンパク質又はペプチドの主鎖のN末端のアミド基から1つの水素原子が取り除かれ、C末端のカルボキシル基から1つのOHが取り除かれたものである。これらの基も、本明細書においてそれぞれアミノ残基及びカルボキシ残基と称する。   In addition, an amino acid residue in which two or more amino acids are peptide-bonded means that one hydrogen atom is removed from the N-terminal amide group of the main chain of the protein or peptide in which the above-mentioned amino acid residues are peptide-bonded, and C One OH is removed from the terminal carboxyl group. These groups are also referred to herein as amino and carboxy residues, respectively.

式(1)において、Rがアミノ酸残基である場合、該アミノ酸残基のアミノ残基と、Rに隣接する(C=O)基とがペプチド結合している。In Formula (1), when R 1 is an amino acid residue, the amino residue of the amino acid residue and a (C═O) group adjacent to R 1 are peptide-bonded.

式(1)において、nが1の場合において、Rは直接結合である。このとき、Rがアミノ酸残基である場合で、且つ、Rがアミノ酸残基である場合は、Rのアミノ酸残基のカルボン酸残基と、Rのアミノ残基のカルボン酸残基がペプチド結合している。また、Rが直接結合である場合は、Rのアミノ酸残基のカルボン酸残基と、Rに隣接している(NH)基がペプチド結合している。In the formula (1), when n is 1, R 2 is a direct bond. In this case, when R 1 is an amino acid residue and R 3 is an amino acid residue, the carboxylic acid residue of the amino acid residue of R 1 and the carboxylic acid residue of the amino residue of R 3 The group is peptide bonded. When R 3 is a direct bond, the carboxylic acid residue of the amino acid residue of R 1 and the (NH) group adjacent to R 3 are peptide-bonded.

式(1)において、nが1の場合であって、Rが直接結合であり、且つRがアミノ酸残基である場合は、Rに隣接する(C=O)基と、Rのアミノ残基のアミノ残基がペプチド結合している。In Formula (1), when n is 1, R 1 is a direct bond, and R 3 is an amino acid residue, a group (C═O) adjacent to R 1 and R 3 Of the amino acid residues are peptide-bonded.

式(1)において、nが2の場合のRは、側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基を有するアミノ酸残基である。In the formula (1), when n is 2, R 2 is an amino acid residue having an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the terminal amino group of the side chain.

ここで、Rがアミノ酸残基である場合、上述の側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基と、Rのアミノ酸残基のカルボン酸残基がペプチド結合している。このようなペプチド結合の他に、Rのアミノ酸残基におけるカルボン酸残基と、Rが有するアミノ酸残基にて定義したアミノ残基とペプチド結合している。Here, when R 1 is an amino acid residue, an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the amino group at the end of the side chain and a carboxylic acid residue of the amino acid residue of R 1 are peptide bonds. doing. In addition to such a peptide bond, a peptide bond is formed between the carboxylic acid residue in the amino acid residue of R 1 and the amino residue defined by the amino acid residue of R 2 .

なお、Rが直接結合である場合には、上述の側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基も、Rが有するアミノ酸残基にて定義したアミノ残基も、Rに隣接する(C=O)基と結合している。In the case where R 1 is a direct bond, the amino residue in which one hydrogen atom is removed from the amino group at the end of the side chain is also an amino residue defined by the amino acid residue of R 2 Are also bonded to the (C═O) group adjacent to R 1 .

すなわち、上記式(1)において、nが2である場合、Rは、Rと2箇所でペプチド結合している。That is, in the above formula (1), when n is 2, R 2 is peptide-bonded to R 1 at two positions.

式(1)において、nが2である場合、Rのカルボン酸残基は、Rのアミノ酸残基のアミノ残基とペプチド結合している。Rが直接結合である場合は、Rのカルボン酸残基と、Rに隣接する(NH)基がペプチド結合している。In the formula (1), when n is 2, the carboxylic acid residue of R 2 is peptide-bonded to the amino residue of the amino acid residue of R 3 . When R 3 is a direct bond, the carboxylic acid residue of R 2 and the (NH) group adjacent to R 3 are peptide-bonded.

式(1)において、上記nが2である場合の上記Rとしては、特に限定はされないが、好ましくはリジン残基である。In the formula (1), the R 2 when n is 2 is not particularly limited, but is preferably a lysine residue.

式(1)において、R又はRのアミノ酸残基は、特に限定はされないが、例えば、グリシン残基又はロイシン残基からなる群より選択される少なくとも1つを含むアミノ酸残基が挙げられる。In formula (1), the amino acid residue of R 1 or R 3 is not particularly limited, and examples thereof include an amino acid residue containing at least one selected from the group consisting of a glycine residue or a leucine residue. .

が2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である場合、その個数についての上限値は限定的ではないが、例えば6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基とすればよい。より好ましくは5個以下、更に好ましくは4個以下、最も好ましくは3個以下である。When R 1 is an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded, the upper limit on the number is not limited, but for example, an amino acid residue in which six or less amino acid residues are peptide-bonded Based on it. More preferably, it is 5 or less, more preferably 4 or less, and most preferably 3 or less.

が2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である場合、その個数についての上限値は限定的ではないが、例えば6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基とすればよい。より好ましくは5個以下、更に好ましくは4個以下、最も好ましくは3個以下である。When R 3 is an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded, the upper limit on the number is not limited, but for example, an amino acid residue in which six or less amino acid residues are peptide-bonded Based on it. More preferably, it is 5 or less, more preferably 4 or less, and most preferably 3 or less.

式(1)にて示されるビオチン化合物の中でも、最も好ましいビオチン化合物の1つとして、式(4)にて表されるビオチン化合物が挙げられる。式(4)にて表されるビオチン化合物は、式(1)において、nが1であり、且つR及びRが直接結合であるビオチン化合物である。以後、本明細書において、式(4)にて表されるビオチン化合物を、biotin−QGと称することがある。Among the biotin compounds represented by formula (1), one of the most preferred biotin compounds is a biotin compound represented by formula (4). The biotin compound represented by the formula (4) is a biotin compound in which n is 1 and R 1 and R 3 are a direct bond in the formula (1). Hereinafter, in this specification, the biotin compound represented by the formula (4) may be referred to as biotin-QG.

Figure 2013084526
Figure 2013084526

式(1)にて表されるビオチン化合物の別の態様として、式(2)にて示すビオチン化合物が挙げられる。

Figure 2013084526
Another embodiment of the biotin compound represented by the formula (1) is a biotin compound represented by the formula (2).
Figure 2013084526

式(2)は、式(1)において、Rが2以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であって、該アミノ酸残基のカルボキシ末端側にロイシン残基を含むビオチン化合物である。Formula (2) is a biotin compound in which R 3 is an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded in Formula (1), and contains a leucine residue on the carboxy terminal side of the amino acid residue It is.

式(2)において、nは1又は2である。   In the formula (2), n is 1 or 2.

式(2)において、XはO又はNHであり。また、nが2である場合のXは、同一であっても異なっていてもよい。   In the formula (2), X is O or NH. Further, when n is 2, X may be the same or different.

式(2)において、Rは直接結合またはアミノ酸残基である。また、nが2である場合、Rのアミノ酸残基は同一であっても異なっていてもよい。In formula (2), R 1 is a direct bond or an amino acid residue. When n is 2, the amino acid residues of R 1 may be the same or different.

式(2)において、Rは、直接結合又はアミノ酸残基である。In formula (2), R 4 is a direct bond or an amino acid residue.

式(2)において、R又はRのアミノ酸残基はそれぞれ1個、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基である。In formula (2), the amino acid residue of R 1 or R 4 is an amino acid residue in which one or two or more amino acid residues are peptide-bonded.

式(2)におけるアミノ酸残基及び2個以上のアミノ酸がペプチド結合したアミノ酸残基とは、式(1)と同様に説明されるものである。   The amino acid residue and the amino acid residue in which two or more amino acids are peptide-bonded in the formula (2) are the same as those in the formula (1).

式(2)において、Rがアミノ酸残基である場合、該アミノ酸残基のアミノ残基と、Rに隣接する(C=O)基とがペプチド結合している。In Formula (2), when R 1 is an amino acid residue, the amino residue of the amino acid residue and a (C═O) group adjacent to R 1 are peptide-bonded.

式(2)において、nが1の場合において、Rは直接結合である。このとき、Rがアミノ酸残基である場合で、且つ、Rがアミノ酸残基である場合は、Rのアミノ酸残基のカルボン酸残基と、Rのアミノ残基のカルボン酸残基がペプチド結合している。また、Rが直接結合である場合は、Rのアミノ酸残基のカルボン酸残基と、Rに隣接している(NH)基がペプチド結合している。In the formula (2), when n is 1, R 2 is a direct bond. In this case, when R 1 is an amino acid residue and R 4 is an amino acid residue, the carboxylic acid residue of the amino acid residue of R 1 and the carboxylic acid residue of the amino residue of R 4 The group is peptide bonded. Further, when R 4 is a direct bond, the carboxylic acid residue of the amino acid residue of R 1 and the (NH) group adjacent to R 4 are peptide-bonded.

式(2)において、nが1の場合であって、Rが直接結合であり、且つRがアミノ酸残基である場合は、Rに隣接する(C=O)基と、Rのアミノ残基のアミノ残基がペプチド結合している。In Formula (2), when n is 1, R 1 is a direct bond, and R 4 is an amino acid residue, a group adjacent to R 1 (C═O) and R 4 Of the amino acid residues are peptide-bonded.

式(2)において、nが2の場合のRは、側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基を有するアミノ酸残基である。In the formula (2), R 2 when n is 2 is an amino acid residue having an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the amino group at the end of the side chain.

ここで、Rがアミノ酸残基である場合、上述の側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基と、Rのアミノ酸残基のカルボン酸残基がペプチド結合している。このようなペプチド結合の他に、Rのアミノ酸残基におけるカルボン酸残基と、Rが有するアミノ酸残基にて定義したアミノ残基とペプチド結合している。Here, when R 1 is an amino acid residue, an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the amino group at the end of the side chain and a carboxylic acid residue of the amino acid residue of R 1 are peptide bonds. doing. In addition to such a peptide bond, a peptide bond is formed between the carboxylic acid residue in the amino acid residue of R 1 and the amino residue defined by the amino acid residue of R 2 .

なお、Rが直接結合である場合には、上述の側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基も、Rが有するアミノ酸残基にて定義したアミノ残基も、Rに隣接する(C=O)基と結合している。In the case where R 1 is a direct bond, the amino residue in which one hydrogen atom is removed from the amino group at the end of the side chain is also an amino residue defined by the amino acid residue of R 2 Are also bonded to the (C═O) group adjacent to R 1 .

すなわち、上記式(2)において、nが2である場合、Rは、Rと2箇所でペプチド結合している。That is, in the above formula (2), when n is 2, R 2 is peptide-bonded to R 1 at two positions.

式(2)において、nが2である場合、Rのカルボン酸残基は、Rのアミノ酸残基のアミノ残基とペプチド結合している。Rが直接結合である場合は、上記Rのカルボン酸残基と、Rに隣接する(NH)基がペプチド結合している。In the formula (2), when n is 2, the carboxylic acid residue of R 2 is peptide-bonded to the amino residue of the amino acid residue of R 4 . When R 4 is a direct bond, the carboxylic acid residue of R 2 and the (NH) group adjacent to R 4 are peptide-bonded.

式(2)において、nが2である場合の上記Rとしては、特に限定はされないが、好ましくはリジン残基である。In the formula (2), R 2 when n is 2 is not particularly limited, but is preferably a lysine residue.

式(2)において、R又はRのアミノ酸残基は、特に限定はされないが、例えば、少なくとも1つのグリシン残基を含むアミノ酸残基が挙げられる。In the formula (2), the amino acid residue of R 1 or R 4 is not particularly limited, and examples thereof include an amino acid residue containing at least one glycine residue.

が2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である場合、その個数についての上限値は限定的ではないが、例えば6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基とすればよい。より好ましくは5個以下、更に好ましくは4個以下、最も好ましくは3個以下である。When R 1 is an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded, the upper limit on the number is not limited, but for example, an amino acid residue in which six or less amino acid residues are peptide-bonded Based on it. More preferably, it is 5 or less, more preferably 4 or less, and most preferably 3 or less.

が2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である場合、その個数についての上限値は限定的ではないが、例えば5個以下のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基とすればよい。より好ましくは4個以下、最も好ましくは3個以下である。When R 4 is an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded, the upper limit on the number is not limited, but for example, an amino acid residue in which five or less amino acid residues are peptide-bonded Based on it. More preferably, it is 4 or less, most preferably 3 or less.

式(2)にて示されるビオチン化合物の中でも、最も好ましいビオチン化合物の1つとして、式(5)にて表されるビオチン化合物が挙げられる。式(5)にて表されるビオチン化合物は、式(2)において、nが1であり、且つ、Rが6個のグリシン残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である、ビオチン化合物である。以後、本明細書において、式(5)にて表されるビオチン化合物を、biotin−GGG−GGLQGと称することがある。

Figure 2013084526
Among the biotin compounds represented by formula (2), one of the most preferred biotin compounds is a biotin compound represented by formula (5). The biotin compound represented by the formula (5) is a biotin compound in which n is 1 and R 4 is an amino acid residue in which 6 glycine residues are peptide-bonded in the formula (2) It is. Hereinafter, in this specification, the biotin compound represented by the formula (5) may be referred to as biotin-GGG-GGLQG.
Figure 2013084526

式(1)にて表されるビオチン化合物の別の態様として、式(3)にて示すビオチン化合物が挙げられる。

Figure 2013084526
Another embodiment of the biotin compound represented by the formula (1) is a biotin compound represented by the formula (3).
Figure 2013084526

式(3)は、式(1)において、nが2であり、Rが、それぞれR及びRに対応し、Rがリジン残基であり、且つ、Rが2以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であって、該アミノ酸残基のカルボキシ末端側にロイシン残基を含むビオチン化合物である。In formula (3), in formula (1), n is 2, R 1 corresponds to R 5 and R 6 respectively, R 2 is a lysine residue, and R 3 is 2 or more amino acids It is an amino acid residue in which the residue is a peptide bond, and is a biotin compound containing a leucine residue on the carboxy terminal side of the amino acid residue.

また、リジン残基の側鎖のε位末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基が、式(3)にてRに対応する、式(1)のRのカルボン酸残基とペプチド結合しており、且つリジン残基のアミノ残基と式(3)にてRに対応する、Rのカルボン酸残基とペプチド結合している。Further, the amino acid residue in which one hydrogen atom from the amino group of ε-position end of the side chain is removed lysine residues, corresponding to R 5 in the formula (3), a carboxylic of R 1 of formula (1) It is peptide-bonded to an acid residue and a peptide, and to an amino residue of a lysine residue and a carboxylic acid residue of R 1 corresponding to R 6 in formula (3).

なお、R又はRが直接結合である場合は、それぞれ式(1)のRに隣接する、(C=O)基とペプチド結合している。In addition, when R 5 or R 6 is a direct bond, it is peptide-bonded to the (C═O) group adjacent to R 1 in formula (1).

式(3)において、XはO又はNHであり、これらは同一であっても異なっていてもよい。   In the formula (3), X is O or NH, and these may be the same or different.

式(3)において、R、R、又はRは、直接結合又はアミノ酸残基である。In Formula (3), R 5 , R 6 , or R 7 is a direct bond or an amino acid residue.

式(3)において、R、R、又はRのアミノ酸残基はそれぞれ1個、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基である。In formula (3), each of R 5 , R 6 , or R 7 is an amino acid residue in which one or more amino acid residues are peptide-bonded.

式(3)におけるアミノ酸残基及び2個以上のアミノ酸がペプチド結合したアミノ酸残基とは、上記式(1)或いは上記式(2)と同様に説明されるものである。   The amino acid residue in Formula (3) and the amino acid residue in which two or more amino acids are peptide-bonded are the same as those in Formula (1) or Formula (2).

式(3)において、Rがアミノ酸残基である場合、該アミノ酸残基のアミノ残基と、Rに隣接する(C=O)基がペプチド結合しており、該アミノ酸残基のカルボン酸残基と、上記リジン残基の側鎖のε末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基とペプチド結合している。In the formula (3), when R 5 is an amino acid residue, the amino residue of the amino acid residue and the (C═O) group adjacent to R 5 are peptide-bonded, and A peptide bond is formed between the acid residue and an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the ε-terminal amino group of the side chain of the lysine residue.

式(3)において、Rが直接結合である場合、Rに隣接する(C=O)基と、上記リジン残基の側鎖のε末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基がペプチド結合している。In Formula (3), when R 5 is a direct bond, one hydrogen atom was removed from the (C═O) group adjacent to R 5 and the ε-terminal amino group of the side chain of the lysine residue. Amino residues are peptide-bonded.

式(3)において、上記Rがアミノ酸残基である場合、該アミノ酸残基のアミノ残基と、Rに隣接する(C=O)基がペプチド結合しており、該アミノ酸残基のカルボン酸残基と、上記リジン残基アミノ残基とペプチド結合している。In Formula (3), when R 6 is an amino acid residue, the amino residue of the amino acid residue and the (C═O) group adjacent to R 6 are peptide-bonded, and A peptide bond is formed between the carboxylic acid residue and the lysine residue amino residue.

式(3)において、Rが直接結合である場合、Rに隣接する(C=O)基と、上記リジン残基のアミノ残基がペプチド結合している。In Formula (3), when R 6 is a direct bond, the (C═O) group adjacent to R 6 and the amino residue of the lysine residue are peptide-bonded.

式(3)において、上記Rがアミノ酸残基である場合、該アミノ酸残基のアミノ残基と、上記リジン残基のカルボン酸残基がペプチド結合しており、該アミノ酸残基のカルボン酸残基と、Rに隣接する(NH)基とペプチド結合している。In the formula (3), when R 7 is an amino acid residue, the amino residue of the amino acid residue and the carboxylic acid residue of the lysine residue are peptide-bonded, and the carboxylic acid of the amino acid residue and residues, adjacent to R 7 are bonded (NH) group and a peptide.

上記Rが直接結合である場合、上記リジン残基のアミノ残基と、Rに隣接する(C=O)基と、がペプチド結合している。When R 7 is a direct bond, the amino residue of the lysine residue and the (C═O) group adjacent to R 7 are peptide-bonded.

、及びRにおけるアミノ酸残基は、特に限定はされないが、例えば、少なくとも1つのグリシン残基を含むアミノ酸残基が挙げられる。The amino acid residues in R 5 , R 6 , and R 7 are not particularly limited, and examples include amino acid residues including at least one glycine residue.

又はRが、2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である場合、その個数についての上限値は限定的ではないが、例えば6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基とすればよい。より好ましくは5個以下、更に好ましくは4個以下、最も好ましくは3個以下である。When R 5 or R 6 is an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded, the upper limit on the number is not limited, but for example, six or less amino acid residues are peptide A bonded amino acid residue may be used. More preferably, it is 5 or less, more preferably 4 or less, and most preferably 3 or less.

が、2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である場合、その個数についての上限値は限定的ではないが、例えば5個以下のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基とすればよい。より好ましくは4個以下、更に好ましくは3個以下である。When R 7 is an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded, the upper limit on the number is not limited, but for example, an amino acid in which five or less amino acid residues are peptide-bonded It may be a residue. More preferably, it is 4 or less, and more preferably 3 or less.

式(3)にて示されるビオチン化合物の中でも、最も好ましいビオチン化合物として、式(6)にて表されるビオチン化合物が挙げられる。式(6)にて表されるビオチン化合物は、式(3)において、R及びRが3個のグリシン残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であり、且つ、Rが1個のグリシン残基である、ビオチン化合物である。以後、本明細書において、式(6)にて表されるビオチン化合物を、bis−(biotin−GGG)−KGLQGと称することがある。

Figure 2013084526
Among the biotin compounds represented by formula (3), the most preferred biotin compound is a biotin compound represented by formula (6). In the biotin compound represented by formula (6), in formula (3), R 5 and R 6 are amino acid residues in which three glycine residues are peptide-bonded, and one R 7 is present. It is a biotin compound that is a glycine residue. Hereinafter, in this specification, the biotin compound represented by the formula (6) may be referred to as bis- (biotin-GGG) -KGLQG.
Figure 2013084526

本発明のビオチン化合物は、ビオチン、各種構成アミノ酸残基に基づくアミノ酸を原料にし、例えば固相合成法のような一般的なFmocペプチド合成方法を採用すれば製造すればよい。具体的なペプチド合成方法として、以下の手順による方法が挙げられる。   The biotin compound of the present invention may be produced by using biotin and amino acids based on various constituent amino acid residues as raw materials and employing a general Fmoc peptide synthesis method such as solid phase synthesis. A specific peptide synthesis method includes a method according to the following procedure.

1)PD−10カラムを組み立て、その中に0.1mmol分のFmoc−Gly−Alkoresinを添加する。 1) Assemble the PD-10 column and add 0.1 mmole of Fmoc-Gly-Alkoresin into it.

2)3mLのDMFで一晩震盪し、樹脂の膨潤を行う。 2) Shake overnight with 3 mL DMF to swell the resin.

3)3mLのDMFで3回洗浄し、安定剤の除去を行う。 3) Wash 3 times with 3 mL DMF to remove stabilizer.

4)3mLの20%PPD/DMFで1回洗浄し、Fmocの脱保護を行う。 4) Wash once with 3 mL of 20% PPD / DMF to deprotect Fmoc.

5)3mLの20%PPD/DMFで15分震盪し、Fmocの脱保護を行う。 5) Shake with 3 mL of 20% PPD / DMF for 15 minutes to deprotect Fmoc.

6)3mLのDMFで3回洗浄する。 6) Wash 3 times with 3 mL DMF.

7)0.5mmolのFmoc−各種アミノ酸及び0.45MのHBTU,2.1mLのHOBt/DMF溶液、0.7mLの0.9M DIEA/DMF溶液を加え、適当な時間で震盪する。 7) Add 0.5 mmol Fmoc-various amino acids and 0.45 M HBTU, 2.1 mL HOBt / DMF solution, 0.7 mL 0.9 M DIEA / DMF solution and shake for an appropriate time.

8)3mLのDMFで3回洗浄する。なお、ここでKaiserテストによって未反応樹脂の確認を行ってもよい。テスト結果が陽性の場合、上記の7)に戻りアミノ酸を再伸長させてもよい。テスト結果が陰性の場合、以下の操作を先に進めればよい。 8) Wash 3 times with 3 mL DMF. Here, the unreacted resin may be confirmed by a Kaiser test. If the test result is positive, the process may return to 7) and the amino acid may be re-extended. If the test result is negative, the following operation can be performed.

9)3mLのDCMで3回洗浄する。 9) Wash 3 times with 3 mL DCM.

10)3mLのDMFで3回洗浄する。 10) Wash 3 times with 3 mL DMF.

11)3mLの20%PPD/DMFで1回洗浄し、Fmocの脱保護を行う。 11) Wash once with 3 mL of 20% PPD / DMF to deprotect Fmoc.

12)3mLの20%PPD/DMFで15分震盪し、Fmocの脱保護を行う。 12) Shake with 3 mL of 20% PPD / DMF for 15 minutes to deprotect Fmoc.

13)3mLのDMFで3回洗浄する。 13) Wash 3 times with 3 mL DMF.

14)上記7)から13)までを繰り返し、目的のビオチン化合物となるようにそれを構成するアミノ酸を伸長させる。例えば、Fmoc−Lys(Fmoc)−OH、Fmoc−Gly等の化合物を、適宜採用して伸長させる。 14) The above 7) to 13) are repeated, and the amino acids constituting it are extended so as to be the target biotin compound. For example, a compound such as Fmoc-Lys (Fmoc) -OH or Fmoc-Gly is appropriately employed and extended.

15)アミノ酸を伸長させた樹脂に、ビオチン又はイミノビオチン、及び0.45MのHBTU、2.1mLのHOBt/DMF溶液、0.7mLの0.9M DIEA/DMF溶液を加え、適当な時間で震盪する。 15) Add biotin or iminobiotin, 0.45 M HBTU, 2.1 mL HOBt / DMF solution, 0.7 mL 0.9 M DIEA / DMF solution to the amino acid-extended resin, and shake at an appropriate time. To do.

16)3mLのDCMで5回、3mLのDCMで5回、3mLのメタノールで5回洗浄後、一晩真空乾燥する。 16) Wash 5 times with 3 mL DCM, 5 times with 3 mL DCM, 5 times with 3 mL methanol and then vacuum dry overnight.

17)TFA、TIS、及び脱イオン水をそれぞれ95:2.5:2.5で混合した2.5mLのカクテルを添加して1時間攪拌し、樹脂からの切り出しを行う。 17) Add 2.5 mL cocktail of TFA, TIS, and deionized water mixed at 95: 2.5: 2.5, respectively, and stir for 1 hour to cut out from the resin.

18)全ての伸長操作の後切り出した溶液に対して、40mLのジエチルエーテルを添加して析出させ、凍結乾燥により粗ペプチドが得られる。 18) 40 mL of diethyl ether is added to the solution cut out after all the elongation operations to precipitate, and a crude peptide is obtained by lyophilization.

19)得られた粗ペプチドを下記の条件でペプチド由来の230nmの吸収を追跡する事でHPLCによって精製し、生成物に相当するフラクションを回収し、凍結乾燥させる。HPLCの条件について、表1に示す。 19) The obtained crude peptide is purified by HPLC by tracking the absorption at 230 nm derived from the peptide under the following conditions, and the fraction corresponding to the product is collected and lyophilized. The HPLC conditions are shown in Table 1.

Figure 2013084526
Figure 2013084526

上記式(4)、(5)、及び(6)にて示すビオチン化合物のMSスペクトルによる解析結果の一例を表2に示す。   Table 2 shows an example of the analysis result by the MS spectrum of the biotin compound represented by the above formulas (4), (5), and (6).

Figure 2013084526
Figure 2013084526

ビオチン標識化剤
本発明のビオチン化合物は、他の試薬又はそのままで、アミノ酸又はタンパク質をビオチン化する際に特に有用である。従って、本発明では、上述のビオチン化合物を含む、タンパク質又はペプチドに対するビオチン標識化剤が提供される。
Biotin Labeling Agent The biotin compound of the present invention is particularly useful when biotinylating amino acids or proteins with other reagents or as they are. Therefore, in the present invention, a biotin labeling agent for a protein or peptide containing the above-described biotin compound is provided.

また、本発明のビオチン化合物の他に、N−BIOTINYL−3, 6, 9−TRIOXAUNDECANE−1, 11−DIAMINE、biotin cadaverine等のビオチン化合物も本発明のビオチン標識化剤として有用である。これらは、Molecular Biosciences社等より入手することが可能である。   In addition to the biotin compound of the present invention, biotin compounds such as N-BIOTINYL-3, 6, 9-TRIOXAUNDECANENE-1, 11-DIAMINE and biotin cadaverine are also useful as the biotin labeling agent of the present invention. These can be obtained from Molecular Biosciences.

本発明のビオチン標識化剤は、上述の本発明のビオチン化合物の他に、アミノ酸又はタンパク質へのビオチン化を妨げない範囲において、通常、試薬に含有させる公知の物質を含んでいてもよい。このようなビオチン化標識剤において、上述のビオチン化合物は、0.001重量部〜99.9重量部含まれていればよい。   In addition to the biotin compound of the present invention described above, the biotin labeling agent of the present invention may contain a known substance that is usually contained in a reagent as long as biotinylation to an amino acid or protein is not hindered. In such a biotinylated labeling agent, the above biotin compound may be contained in an amount of 0.001 to 99.9 parts by weight.

本発明のビオチン標識化剤の対象とするタンパク質又はペプチドは、特に限定はされないが、例えば
配列番号1〜4に示されるアミノ酸配列の何れか1つ以上を含むものであることが好ましい。これらのアミノ酸配列の中でも、プロリン残基及びリジン残基の存在及びその位置については重要であり、より好ましくは、配列番号5〜7に示されるアミノ酸配列の何れか1つ以上である。
Although the protein or peptide which is the target of the biotin labeling agent of the present invention is not particularly limited, for example, it preferably contains any one or more of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 4. Among these amino acid sequences, the presence and position of proline residues and lysine residues are important, and more preferably, any one or more of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 5 to 7.

このようなアミノ酸配列は、タンパク質又はペプチドのN末端又はC末端に含まれていても、それ以外の部位に含まれていてもよい。また、タンパク質又はペプチドの立体構造において、その内部ではなく外側に近い位置の部位に、アミノ酸配列が、含まれていることが好ましい。   Such an amino acid sequence may be contained at the N-terminal or C-terminal of the protein or peptide, or may be contained at other sites. Moreover, it is preferable that the amino acid sequence is contained in the site | part of the position close | similar to the outer side instead of the inside in the three-dimensional structure of protein or peptide.

例えば、タンパク質がアルカリホスファターゼである場合、91番目のリジン残基と93番目のスレオニン残基の間の部位に代えて挿入されて含まれる場合、219番目のリジン残基と221番目のグルタミン残基の間の部位に代えて挿入されて含まれる場合などが挙げられる。   For example, when the protein is alkaline phosphatase, the 219th lysine residue and the 221st glutamine residue are included when inserted instead of the site between the 91st lysine residue and the 93rd threonine residue. The case where it inserts instead of the site | part between and is included is mentioned.

また、タンパク質がEGFPである場合にはC末端に挿入されて含まれる場合等が挙げられる。   Moreover, when protein is EGFP, the case where it is inserted and contained in C terminal is mentioned.

本発明のタンパク質又はペプチドに対するビオチン修飾化剤は、転移酵素の一種であるトランスグルタミナーゼと共に用いることが好ましい。トランスグルタミナーゼは、グルタミンと、リジン又は一級アミン基を有する化合物との間でのアシル転移反応を触媒する酵素であれば特に限定はされないが、例えば微生物由来のトランスグルタミナーゼが好ましい。より具体的には、Streptomyces mobaraensis由来のトランスグルタミナーゼであり、NCBI Accession No.Q8KRJ2P81453に示されるアミノ酸配列を有するトランスグルタミナーゼである。   The biotin modifying agent for the protein or peptide of the present invention is preferably used together with transglutaminase which is a kind of transferase. The transglutaminase is not particularly limited as long as it is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction between glutamine and a compound having lysine or a primary amine group. For example, a transglutaminase derived from a microorganism is preferable. More specifically, it is a transglutaminase derived from Streptomyces mobaraensis, NCBI Accession No. It is a transglutaminase having the amino acid sequence shown by Q8KRJ2P81453.

本発明では、上述のタンパク質又はペプチドに対するビオチン修飾化剤と上述のトランスグルタミナーゼを含むビオチン標識化キットも提供する。   The present invention also provides a biotin labeling kit comprising a biotin modifying agent for the above protein or peptide and the above transglutaminase.

本発明のビオチン標識化キットには、更に公知の構成物品、試薬等が含まれていてもよい。   The biotin labeling kit of the present invention may further contain known components, reagents and the like.

本発明のタンパク質又はペプチド変異体
本発明の変異体は、配列番号1〜4の何れかに示されるアミノ酸配列の1つ以上が挿入又は置換されたタンパク質又はペプチド変異体である。
Protein or Peptide Variant of the Present Invention A variant of the present invention is a protein or peptide variant in which one or more of the amino acid sequences shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 4 are inserted or substituted.

挿入とは、タンパク質又はペプチドのN末端、C末端、或いはそれ以外の部位に挿入されていてもよい。   The insertion may be inserted at the N-terminus, C-terminus, or other site of the protein or peptide.

置換とは、タンパク質又はペプチドのN末端、C末端、或いはそれ以外の部位のアミノ酸配列と置換されていてもよい   The substitution may be substituted with the amino acid sequence at the N-terminal, C-terminal, or other site of the protein or peptide.

例えば、タンパク質又はペプチドがアルカリホスファターゼであれば、91番目のリジン残基と93番目のスレオニン残基の間の部位に代えて挿入又は置換される場合、219番目のリジン残基と221番目のグルタミン残基の間の部位に代えて挿入又は置換される場合等が挙げられる。   For example, when the protein or peptide is alkaline phosphatase, the 219th lysine residue and the 221st glutamine are inserted or substituted in place of the site between the 91st lysine residue and the 93rd threonine residue. The case where it inserts or substitutes instead of the site | part between residues is mentioned.

また、タンパク質又はペプチドがEGFPであれば、C末端の5アミノ酸の部位に代えて挿入又は置換される場合などが挙げられる   In addition, if the protein or peptide is EGFP, it may be inserted or substituted in place of the C-terminal 5 amino acid site.

本発明のタンパク質又はペプチド変異体として、例えば、
配列番号8〜13に示されるアミノ酸配列を含むタンパク質変異体又はペプチドが挙げられる。
Examples of the protein or peptide variant of the present invention include:
Examples include protein variants or peptides containing the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 8 to 13.

本発明のタンパク質又はペプチド変異体の製造方法は、特に限定はされず、公知の生化学的手法を用いればよい。例えば、本発明のタンパク質変異体又はペプチドをコードする核酸を製造し、これを用いて適当な宿主を形質転換し、斯かる宿主を培養することで生合成させて、最後に得られた培養後の宿主からタンパク質変異体又はペプチドを、回収、必要に応じて精製すればよい。   The method for producing the protein or peptide variant of the present invention is not particularly limited, and a known biochemical method may be used. For example, a nucleic acid encoding the protein variant or peptide of the present invention is produced, an appropriate host is transformed using the nucleic acid, biosynthesized by culturing the host, and finally obtained after the culture. The protein variant or peptide may be recovered from the host and purified as necessary.

このようなタンパク質又はペプチド変異体には、それらが有する機能を損なわない範囲において、さらに変異が導入されていてもよい。このような変異体と、本発明の変異体との相同性は、85%程度、より好ましくは90%程度、更に好ましくは、95%程度、最も好ましくは99%程度である。相同性とは同一性ともよばれる。   Such a protein or peptide variant may further be mutated as long as the function of the protein or peptide variant is not impaired. The homology between such a mutant and the mutant of the present invention is about 85%, more preferably about 90%, still more preferably about 95%, and most preferably about 99%. Homology is also called identity.

アミノ酸配列の同一性とは、2以上の対比可能なアミノ酸配列又は塩基配列の、お互いに対する同一のアミノ酸配列又は塩基配列の程度をいう。従って、ある2つのアミノ酸配列又は塩基配列の同一性が高いほど、それらの配列の同一性または類似性は高い。アミノ酸配列又は塩基配列の同一性のレベルは、例えば、配列分析用ツールであるFASTAを用い、デフォルトパラメーターを用いて決定される。   Amino acid sequence identity refers to the degree of two or more comparable amino acid sequences or base sequences that are identical to each other. Therefore, the higher the identity of a certain two amino acid sequences or base sequences, the higher the identity or similarity of those sequences. The level of amino acid sequence or base sequence identity is determined, for example, using FASTA, a sequence analysis tool, using default parameters.

若しくは、アミノ酸配列を解析する場合はBLASTXを用いればよく、パラメーターとしては、例えば、score= 50、wordlength= 3とすればよい。   Alternatively, when analyzing an amino acid sequence, BLASTX may be used, and as parameters, for example, score = 50 and wordlength = 3 may be used.

BLASTとGapped BLASTプログラムを用いる場合は、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いればよい。これらの解析方法の具体的な手法は公知であり、National Center of Biotechnology Information(NCBI)のウエブサイト(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)
を参照すればよい。
When using BLAST and Gapped BLAST programs, the default parameters of each program may be used. Specific methods of these analysis methods are known, and the National Center of Biotechnology Information (NCBI) website (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)
Please refer to.

また、本発明に係るタンパク質又はペプチド変異体には、後述する本発明の効果を損なわない範囲において、公知のタグ配列を有していてもよい。タグ配列は、例えば、タンパク質又はペプチド変異体のアミノ酸配列の内部、N末端、又はC末端のいずれに有していてもよい。   In addition, the protein or peptide variant according to the present invention may have a known tag sequence as long as the effects of the present invention described below are not impaired. The tag sequence may have, for example, any of the amino acid sequence of the protein or peptide variant, at the N-terminus, or at the C-terminus.

本発明に係るタンパク質又はペプチド変異体は、アミノ酸配列を基にそれをコードする塩基配列を含む核酸を作製し、斯かる核酸を大腸菌、酵母、昆虫細胞、哺乳類細胞等といったタンパク質合成に適した宿主細胞へ導入して製造することができる。具体的な方法は、特に限定されず、公知の方法を用いればよい。   The protein or peptide variant according to the present invention produces a nucleic acid containing a base sequence encoding it based on an amino acid sequence, and uses such nucleic acid as a host suitable for protein synthesis such as Escherichia coli, yeast, insect cells, mammalian cells, etc. It can be produced by introducing into cells. A specific method is not particularly limited, and a known method may be used.

本発明に係るタンパク質又はペプチド変異体は、適宜、精製工程を経て製造してもよい。具体的な製造方法は特に限定はされないが、例えばカラムクロマトグラフィー、アセトン沈殿法、硫酸アンモニウム沈殿法等の公知の手段を用いて精製すればよい。   The protein or peptide variant according to the present invention may be produced through a purification step as appropriate. The specific production method is not particularly limited, but may be purified using known means such as column chromatography, acetone precipitation method, ammonium sulfate precipitation method and the like.

具体的なカラムクロマトグラフィーとしては、イオン交換カラムクロマトグラフィー、アフィニティカラムクロマトグラフィー、逆相カラムクロマトグラフィー、疎水性カラムクロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて採用すればよい。   Specific column chromatography includes ion exchange column chromatography, affinity column chromatography, reverse phase column chromatography, hydrophobic column chromatography, gel filtration chromatography, and the like, one or two of these. What is necessary is just to employ | adopt combining the above.

本発明のビオチン標識化方法
本発明のビオチン標識化方法は、タンパク質又はペプチドのビオチン標識化方法、すなわちタンパク質又はペプチドに対するビオチン化する方法であり、以下の工程1〜3を含むものである。
Biotin Labeling Method of the Present Invention The biotin labeling method of the present invention is a method for labeling a protein or peptide with biotin, that is, a method for biotinylating a protein or peptide, and includes the following steps 1 to 3.

<工程1>
上述の本発明のビオチン化合物とタンパク質又はペプチドを、トランスグルタミナーゼの存在下で混合する工程1。
<Step 1>
Step 1 of mixing the above-described biotin compound of the present invention and a protein or peptide in the presence of transglutaminase.

<工程2>
工程1の混合物を、トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程2。
<Step 2>
Step 2 where the mixture of Step 1 is placed under optimal activity conditions for transglutaminase.

<工程3>
工程2の後、前記混合物からビオチン標識化タンパク質又はビオチン標識化ペプチドを回収する工程3。
<Step 3>
Step 3 of recovering biotin-labeled protein or biotin-labeled peptide from the mixture after Step 2.

工程1について
本発明のタンパク質又はペプチドのビオチン標識化方法における工程1は、上述の本発明のビオチン化合物と、タンパク質又はペプチドを、トランスグルタミナーゼの存在下で混合する工程である。
Step 1 Step 1 in the method for labeling a protein or peptide of the present invention with biotin is a step of mixing the above-described biotin compound of the present invention with a protein or peptide in the presence of transglutaminase.

工程1は適当な溶媒中にて混合すればよく、その種類は特に限定はされないが、例えば生化学実験にて多用される周知の緩衝液を用いればよく、例えば20mMのTris−HCl(pH8.0)等が挙げられる。   Step 1 may be mixed in an appropriate solvent, and the kind thereof is not particularly limited. For example, a well-known buffer frequently used in biochemical experiments may be used. For example, 20 mM Tris-HCl (pH 8. 0) and the like.

タンパク質又はペプチドは、上述した本発明のビオチン標識化剤の対象とするアミノ酸又はタンパク質と同様とすればよい。このようなタンパク質又はペプチドは、上述した本発明のタンパク質又はペプチド変異体の製造方法等によって得られる。   The protein or peptide may be the same as the amino acid or protein targeted by the biotin labeling agent of the present invention described above. Such a protein or peptide is obtained by the above-described method for producing a protein or peptide variant of the present invention.

トランスグルタミナーゼは、特に限定されることは無いが、例えば上述した本発明のタンパク質又はペプチドに対するビオチン修飾化剤と共に用いられるトランスグルタミナーゼを採用すればよい。   The transglutaminase is not particularly limited, and for example, transglutaminase used together with the above-described biotin modifier for the protein or peptide of the present invention may be employed.

トランスグルタミナーゼの使用量は、混合物中の最終濃度が、通常0.01〜1U/ml程度となる量とすればよい。   The amount of transglutaminase used may be such that the final concentration in the mixture is usually about 0.01 to 1 U / ml.

また、ビオチン化合物とタンパク質又はペプチドは、モル比で通常1:1〜1:20程度となる量で混合すればよい。   In addition, the biotin compound and the protein or peptide may be mixed in such an amount that the molar ratio is usually about 1: 1 to 1:20.

工程2について
本発明のタンパク質又はペプチドのビオチン標識化方法における工程2は、工程1の混合物を、トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程である。
Step 2 Step 2 in the protein or peptide biotin labeling method of the present invention is a step of placing the mixture of Step 1 under the optimal activity condition of transglutaminase.

上述のように工程1にて用いるトランスグルタミナーゼは、アシル転移反応を触媒する酵素であるため、工程2における条件とは、斯かる反応が首尾よく進行する条件とすることである。   As described above, since the transglutaminase used in Step 1 is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction, the condition in Step 2 is that the reaction proceeds smoothly.

具体的には、4〜50℃程度の温度及び5〜9程度のpHとすればよい。反応時間は、特に限定はされないが5分〜24時間程度とすればよい。この反応時間が、工程2での「至適活性条件下におく」時間となる。   Specifically, the temperature may be about 4 to 50 ° C. and the pH may be about 5 to 9. The reaction time is not particularly limited, but may be about 5 minutes to 24 hours. This reaction time is the time for “putting under optimum activity conditions” in step 2.

工程3について
本発明のタンパク質又はペプチドのビオチン標識化方法における工程3は、工程2の後、前記混合物からビオチン標識化タンパク質又はビオチン標識化ペプチドを回収する工程である。この工程において、必要に応じてビオチン標識化タンパク質又はビオチン標識化ペプチドを精製する工程が含まれていてもよい。
Step 3 Step 3 in the biotin labeling method of protein or peptide of the present invention is a step of recovering biotin-labeled protein or biotin-labeled peptide from the mixture after step 2. This step may include a step of purifying the biotin-labeled protein or biotin-labeled peptide as necessary.

具体的な製造方法は、特に限定はされず、工程2にて得られた混合物中から、本発明のビオチン化合物、及び未修飾のタンパク質或いはペプチドを除去するための手段であればよい。例えば、上述の本発明のタンパク質又はペプチド変異体の製造において採用する精製方法か、これを適宜改変した方法が挙げられる。   The specific production method is not particularly limited as long as it is a means for removing the biotin compound of the present invention and the unmodified protein or peptide from the mixture obtained in step 2. For example, a purification method employed in the production of the above-described protein or peptide variant of the present invention or a method obtained by appropriately modifying this method can be mentioned.

タンパク質又はペプチド集合体
本発明に係るタンパク質又はペプチド集合体は、以下に示す工程1〜工程3を含む方法によって製造する。
Protein or peptide assembly The protein or peptide assembly according to the present invention is produced by a method including the following steps 1 to 3.

≪工程1≫
タンパク質又はペプチド変異体、ビオチン化合物、アビジン化合物及びトランスグルタミナーゼを混合する工程1、
Process 1≫
Mixing protein or peptide variant, biotin compound, avidin compound and transglutaminase 1,

≪工程2≫
上記工程1の混合物を、前記トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程2。
Process 2≫
Step 2 wherein the mixture of Step 1 is subjected to the optimal activity condition of the transglutaminase.

≪工程3≫
上記工程3の後、アルカリホスファターゼ集合体を回収する工程3。
Process 3≫
Step 3 for recovering the alkaline phosphatase aggregate after Step 3 above.

工程1について
本発明のタンパク質又はペプチド集合体の製造方法における工程1は、タンパク質又はペプチド、ビオチン化合物、アビジン化合物、及びトランスグルタミナーゼを混合する工程である。
Step 1 Step 1 in the method for producing a protein or peptide assembly of the present invention is a step of mixing a protein or peptide, a biotin compound, an avidin compound, and transglutaminase.

工程1にて用いるタンパク質又はペプチドは、上記の本発明のビオチン標識化方法の工程1にて用いるものと同様にすればよい。   The protein or peptide used in step 1 may be the same as that used in step 1 of the biotin labeling method of the present invention.

工程1にて使用するビオチン化合物は、上述の本発明のビオチン標識化方法と同様のものを採用すればよい。   The biotin compound used in step 1 may be the same as the biotin labeling method of the present invention described above.

工程1にて用いるアビジン化合物は、アビジン、ストレプトアビジン、ニュートラアビジンなどが挙げられ、特に限定はされないが、対象タンパク質との相互作用、等電点の違いによる静電的相互作用等の観点からストレプトアビジンを用いることが好ましい。   Examples of the avidin compound used in Step 1 include avidin, streptavidin, neutravidin, and the like, and although not particularly limited, strept from the viewpoint of interaction with the target protein, electrostatic interaction due to difference in isoelectric point, and the like. Avidin is preferably used.

工程1にて用いるトランスグルタミナーゼは、上記の本発明のビオチン標識化方法の工程1にて用いるものと同様にすればよい。   The transglutaminase used in step 1 may be the same as that used in step 1 of the biotin labeling method of the present invention described above.

具体的な精製方法は、特に限定はされないが混合物中から、ビオチン化合物、トランスグルタミナーゼ、ビオチン化合物、並びに未修飾のタンパク質又はペプチドを除去するための手段であれば、特に限定されることは無く、上述した本発明に係るタンパク質又はペプチド変異体の製造方法と同様にすればよい。   The specific purification method is not particularly limited, but is not particularly limited as long as it is a means for removing biotin compound, transglutaminase, biotin compound, and unmodified protein or peptide from the mixture. What is necessary is just to carry out similarly to the manufacturing method of the protein or peptide variant which concerns on this invention mentioned above.

また、予めタンパク質又はペプチド、ビオチン化合物、及びトランスグルタミナーゼを混合する場合には、混合後にトランスグルタミナーゼの至適活性条件下に置くことが好ましい。具体的な条件については、工程2に記載の条件と同様にすればよい。   In addition, when a protein or peptide, a biotin compound, and transglutaminase are mixed in advance, it is preferable to put them under conditions for optimal activity of transglutaminase after mixing. Specific conditions may be the same as those described in step 2.

工程1におけるタンパク質又はペプチド、ビオチン化合物、及びアビジン化合物の混合量は、通常モル比でタンパク質又はペプチド:ビオチン化合物=1:1〜1:20程度とすればよい。   The mixing amount of the protein or peptide, the biotin compound, and the avidin compound in step 1 is usually about a protein or peptide: biotin compound = 1: 1 to 1:20 in a molar ratio.

また、工程1が複合体の形成までを含むと仮定したときにはビオチン化合物:アビジン化合物=1:0.1〜1:1程度とすればよい。   Further, when it is assumed that the process 1 includes the formation of the complex, the biotin compound: avidin compound = 1: 0.1 to 1: 1 may be used.

さらに、ビオチン化合物が、2つのビオチニル基を有する場合、ビオチン化合物:アビジン化合物=1:0.1〜1:2程度とすればよい。   Furthermore, when the biotin compound has two biotinyl groups, the biotin compound: avidin compound may be about 1: 0.1 to 1: 2.

工程1におけるトランスグルタミナーゼの混合量は、特に限定はされないが、混合物中の最終濃度が0.01〜1U/ml程度となるようにすればよい。   The amount of transglutaminase mixed in step 1 is not particularly limited, but the final concentration in the mixture may be about 0.01 to 1 U / ml.

工程1において、タンパク質又はペプチド、ビオチン化合物、アビジン化合物、及びトランスグルタミナーゼは、適当な溶媒中にて混合すればよい。具体的な溶媒は特に限定されないが、生化学的実験にて用いられる周知の緩衝液を用いればよい。   In step 1, the protein or peptide, biotin compound, avidin compound, and transglutaminase may be mixed in a suitable solvent. Although a specific solvent is not particularly limited, a known buffer used in biochemical experiments may be used.

工程2について
工程2では、工程1にて示される混合物を、上記トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程である。上述のように工程1にて用いるトランスグルタミナーゼは、アシル転移反応を触媒する酵素であるため、工程2における条件とは、斯かる反応が首尾よく進行する条件とすることである。
Step 2 Step 2 is a step in which the mixture shown in Step 1 is subjected to the optimal activity condition of the above-mentioned transglutaminase. As described above, since the transglutaminase used in Step 1 is an enzyme that catalyzes an acyl transfer reaction, the condition in Step 2 is that the reaction proceeds smoothly.

具体的には、4〜50℃程度の温度及び5〜9程度のpHとすればよい。反応時間は、特に限定はされないが5分〜24時間程度とすればよい。この反応時間が、工程2での「至適活性条件下におく」時間となる。   Specifically, the temperature may be about 4 to 50 ° C. and the pH may be about 5 to 9. The reaction time is not particularly limited, but may be about 5 minutes to 24 hours. This reaction time is the time for “putting under optimum activity conditions” in step 2.

工程3について
工程3は、工程2の後にタンパク質又はペプチド集合体を回収する工程である。この工程において、回収とは、精製する工程が含まれていても良い。
About Step 3 Step 3 is a step of recovering the protein or peptide aggregate after Step 2. In this step, the recovery may include a purification step.

具体的な精製方法は、特に限定はされず、工程2にて得られた混合物中から、タンパク質又はペプチド変異体、ビオチン化合物、トランスグルタミナーゼ、並びに、ビオチン化合物を除去するための手段であれば、特に限定されることは無く、上述した本発明に係るタンパク質又はペプチド変異体の製造方法と同様にすればよい。   The specific purification method is not particularly limited as long as it is a means for removing the protein or peptide variant, biotin compound, transglutaminase, and biotin compound from the mixture obtained in step 2. There is no particular limitation, and the method may be the same as the above-described method for producing a protein or peptide variant according to the present invention.

以下、本発明のタンパク質又はペプチドが、アルカリホスファターゼ集合体である場合について詳述する。   Hereinafter, the case where the protein or peptide of the present invention is an alkaline phosphatase aggregate will be described in detail.

アルカリホスファターゼ集合体は、4量体以上を形成する。そして、集合体形成する原料である、アルカリホスファターゼが2量体を形成していることから、アルカリホスファターゼ集合体は、4量体、6量体、8量体等のように、偶数の単量体によって形成されることが好ましい。   Alkaline phosphatase aggregates form tetramers or higher. And since the alkaline phosphatase which is a raw material which forms an aggregate forms a dimer, an alkaline phosphatase aggregate is an even number of monomers such as a tetramer, a hexamer, an octamer, etc. Preferably formed by the body.

アルカリホスファターゼ集合体の分子径は、特に限定はされないが、通常13nm以上が好ましい。また、分子量も特に限定はされないが、通常は、通常200kDa以上が好ましい。   The molecular diameter of the alkaline phosphatase aggregate is not particularly limited, but is usually preferably 13 nm or more. Moreover, although molecular weight is not specifically limited, Usually, 200 kDa or more is preferable.

以下に、本発明のビオチン化合物が有する効果について列挙する。なお、本発明のビオチン化合物は、以下の全ての効果を有するものに限定されないのは言うまでもない。   The effects of the biotin compound of the present invention are listed below. Needless to say, the biotin compound of the present invention is not limited to those having all the following effects.

本発明のビオチン化合物は、トランスグルタミナーゼと共に用いることによって、特定のアミノ酸配列を有するタンパク質又はペプチドに対して、特異的に結合することができる。従って、本発明のビオチン化合物は、ビオチン修飾化剤として好適である   The biotin compound of the present invention can specifically bind to a protein or peptide having a specific amino acid sequence by using it together with transglutaminase. Therefore, the biotin compound of the present invention is suitable as a biotin modifying agent.

以下に、本発明のタンパク質又はペプチド変異体が有する効果について列挙する。なお、本発明に係るタンパク質又はペプチド変異体は、以下の全ての効果を有するものに限定されないのは言うまでもない。   The effects of the protein or peptide variant of the present invention are listed below. In addition, it cannot be overemphasized that the protein or peptide variant which concerns on this invention is not limited to what has all the following effects.

本発明に係るタンパク質又はペプチド変異体は、トランスグルタミナーゼによって認識される配列を有しており、このような配列付近のアミノ酸を特異的に修飾することができる。   The protein or peptide variant according to the present invention has a sequence recognized by transglutaminase and can specifically modify amino acids in the vicinity of such a sequence.

上述のような修飾が施されたタンパク質又はペプチド変異体の酵素活性は、野生型のタンパク質又はペプチドと比較して顕著に低下するものではなく、修飾の目的を達成しながら酵素活性をも発揮することができるので、多機能分子とすることができる。   The enzyme activity of the protein or peptide variant that has been modified as described above is not significantly reduced compared to the wild-type protein or peptide, and also exhibits the enzyme activity while achieving the purpose of the modification. Therefore, it can be a multifunctional molecule.

本発明のタンパク質又はペプチド変異体は、野生型の立体構造に影響を与えないように修飾を施すことができるので、集合体化することが可能であり、このような集合体化したタンパク質又はペプチドは、顕著に優れた機能を有する集合体とすることが可能である。   Since the protein or peptide variant of the present invention can be modified so as not to affect the three-dimensional structure of the wild type, it can be aggregated, and such aggregated protein or peptide Can be an assembly having a remarkably excellent function.

各種アルカリホスファターゼ変異体のFITC修飾実験結果を示す図。(A)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体の実験条件。(B)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体のSDS−PAGE後、CBB染色した像。(C)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体のSDS−PAGE後の蛍光写真像。The figure which shows the FITC modification experiment result of various alkaline phosphatase variants. (A) Experimental conditions of various alkaline phosphatase mutants modified with FITC. (B) Images subjected to CBB staining after SDS-PAGE of various FITC-modified alkaline phosphatase mutants. (C) Fluorescence photographic images after SDS-PAGE of various FITC-modified alkaline phosphatase mutants. 各種アルカリホスファターゼ変異体のFITC修飾実験結果を示す図。(A)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体の実験条件。(B)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体のSDS−PAGE後、CBB染色した像。(C)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体のSDS−PAGE後の蛍光写真像。The figure which shows the FITC modification experiment result of various alkaline phosphatase variants. (A) Experimental conditions of various alkaline phosphatase mutants modified with FITC. (B) Images subjected to CBB staining after SDS-PAGE of various FITC-modified alkaline phosphatase mutants. (C) Fluorescence photographic images after SDS-PAGE of various FITC-modified alkaline phosphatase mutants. 各種アルカリホスファターゼ変異体のFITC修飾実験結果を示す図。(A)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体の実験条件。(B)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体のSDS−PAGE後、CBB染色した像。(C)FITC修飾した各種アルカリホスファターゼ変異体のSDS−PAGE後の蛍光写真像。The figure which shows the FITC modification experiment result of various alkaline phosphatase variants. (A) Experimental conditions of various alkaline phosphatase mutants modified with FITC. (B) Images subjected to CBB staining after SDS-PAGE of various FITC-modified alkaline phosphatase mutants. (C) Fluorescence photographic images after SDS-PAGE of various FITC-modified alkaline phosphatase mutants. AP(219−221)−K2変異体のビオチン修飾実験結果を示す図。(A)biotin−QCを用いた場合のCBB染色像。(B)biotin−GGG−GGLQGを用いた場合のCBB染色像。(C)bis(biotin−GGG)−KGLQGを用いた場合のCBB染色像。The figure which shows the biotin modification experiment result of AP (219-221) -K2 variant. (A) CBB stained image when biotin-QC is used. (B) CBB stained image when biotin-GGG-GGLQG is used. (C) CBB stained image using bis (biotin-GGG) -KGLQG. AP(219−221)−Q変異体のビオチン修飾実験結果を示す図。(A)実験条件。(B)CBB染色像。The figure which shows the biotin modification experiment result of AP (219-221) -Q variant. (A) Experimental conditions. (B) CBB stained image. ビオチン修飾アルカリホスファターゼ変異体(AP(219−221)−K2)の複合体のDLS実験結果を示す図。(A)biotin−QGによって修飾したアルカリホスファターゼを用いた場合。(B)biotin−GGG−GGLQGによって修飾したアルカリホスファターゼを用いた場合。(C)bis (biotin−GGG)−KGLQGによって修飾したアルカリホスファターゼを用いた場合。The figure which shows the DLS experiment result of the composite_body | complex of a biotin modification alkaline phosphatase variant (AP (219-221) -K2). (A) When alkaline phosphatase modified with biotin-QG is used. (B) When alkaline phosphatase modified with biotin-GGG-GGLQG is used. (C) When alkaline phosphatase modified with bis (biotin-GGG) -KGLQG is used. ビオチン修飾アルカリホスファターゼ変異体(AP(219−221)−K2)の集合体の分子排斥クロマトグラフィー実験結果を示す図。(A)biotin−QGによって修飾したアルカリホスファターゼを用いた場合。(B)biotin−GGG−GGLQGによって修飾したアルカリホスファターゼを用いた場合。(C)bis (biotin−GGG)−KGLQGによって修飾したアルカリホスファターゼを用いた場合。The figure which shows the molecular exclusion chromatography experiment result of the aggregate | assembly of a biotin modification alkaline phosphatase variant (AP (219-221) -K2). (A) When alkaline phosphatase modified with biotin-QG is used. (B) When alkaline phosphatase modified with biotin-GGG-GGLQG is used. (C) When alkaline phosphatase modified with bis (biotin-GGG) -KGLQG is used. アルカリホスファターゼ集合体(219−221)−Qの複合体形成実験結果を示す図。(A)DLS実験結果を示す図。(B)分子排斥クロマトグラフィー実験結果を示す図。The figure which shows the complex formation experiment result of an alkaline phosphatase aggregate (219-221) -Q. (A) The figure which shows a DLS experiment result. (B) The figure which shows a molecular exclusion chromatography experiment result. アルカリホスファターゼ集合体の形状を示す模式図。The schematic diagram which shows the shape of an alkaline phosphatase aggregate. アルカリホスファターゼ複合体の機能を間接ELISAによって確認した実験結果。(A)AP(219−221)−K2変異体を用いた場合。(B)AP(219−221)−Q変異体を用いた場合。(C)化学修飾ビオチン化APを用いた場合。The experimental result which confirmed the function of the alkaline phosphatase complex by indirect ELISA. (A) When AP (219-221) -K2 mutant is used. (B) When AP (219-221) -Q mutant is used. (C) When chemically modified biotinylated AP is used. ストレプトアビジン被覆プレート上でのアルカリホスファターゼ集合体の形成実験結果を示す図。The figure which shows the formation experiment result of the alkaline phosphatase aggregate on a streptavidin coating plate. EGFP集合体の形成実験結果を示す図。The figure which shows the formation experiment result of an EGFP aggregate | assembly.

以下に本発明をより詳細に説明するための実施例を記載する。なお、本発明が以下に示す実施例に記載の内容に限定されないのは言うまでもない。   Examples for explaining the present invention in more detail are described below. In addition, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the content as described in the Example shown below.

<実施例>
実験例1:アルカリホスファターゼ変異体の作製
下記の表3に示すアルカリホスファターゼ変異体を作製した。具体的には、角変異体のN末端に、MDIGINSDPHHHHHH(NHis−AP:配列番号14)からなるアミノ酸配列を付加した各種アルカリホスファターゼ変異体をコードする塩基配列を、大腸菌発現用のベクター(pET22b(+))に組み込んだアルカリホスファターゼ変異体発現ベクターを作製した。斯かるベクターで、大腸菌BL21(DE3)株を形質転換した。
<Example>
Experimental Example 1: Preparation of alkaline phosphatase mutant The alkaline phosphatase mutant shown in Table 3 below was prepared. Specifically, a base sequence encoding various alkaline phosphatase mutants in which an amino acid sequence consisting of MDIGINSDPHHHHH (NHis-AP: SEQ ID NO: 14) is added to the N-terminus of the horn mutant is used as an E. coli expression vector (pET22b ( An alkaline phosphatase mutant expression vector incorporated in (+)) was prepared. E. coli BL21 (DE3) strain was transformed with such a vector.

この形質転換体を適当な培地で培養した後に回収し、次いで破砕工程に供して形質転換体の細胞溶解液を得た。その後、常法に従って細胞溶解液から各種アルカリホスファターゼ変異体を単離及び精製した。なお、精製工程においてNi−NTAカラムを用いた。   The transformant was cultivated in an appropriate medium and then collected, and then subjected to a crushing step to obtain a cell lysate of the transformant. Thereafter, various alkaline phosphatase mutants were isolated and purified from the cell lysate according to a conventional method. In the purification process, a Ni-NTA column was used.

Figure 2013084526
Figure 2013084526

実験例2:各種アルカリホスファターゼ変異体の活性測定
実験例1にて作製した各種アルカリホスファターゼの活性を測定した。変異を施すことによって活性に影響があるかどうかを確認するためである。アルカリホスファターゼの基質として、p−ニトロフェニルリン酸(p−NPP)を用いた。活性測定は25°Cで行い、10μlの各種アルカリホスファターゼ溶液(濃度2μM)を、990μlの1mM p−NPP/1M Tris−HCl(pH8.0)溶液に加え、410nmの吸収を追跡することにより求めた。結果を表4に示す。
Experimental Example 2: Activity measurement of various alkaline phosphatase mutants The activities of various alkaline phosphatases prepared in Experimental Example 1 were measured. This is for confirming whether or not the activity is affected by the mutation. As a substrate for alkaline phosphatase, p-nitrophenyl phosphate (p-NPP) was used. The activity was measured at 25 ° C., and 10 μl of various alkaline phosphatase solutions (concentration 2 μM) were added to 990 μl of 1 mM p-NPP / 1M Tris-HCl (pH 8.0) solution, and the absorbance at 410 nm was traced. It was. The results are shown in Table 4.

Figure 2013084526
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表4から明らかなように、実験例1にて作製した各種アルカリホスファターゼ変異体の活性は、野生型と殆ど変わらないことが明らかとなった。従って、上記変異導入は、アルカリホスファターゼそのものが有する活性に殆ど影響しないことが言える。   As is clear from Table 4, it was revealed that the activities of the various alkaline phosphatase mutants prepared in Experimental Example 1 were hardly different from the wild type. Therefore, it can be said that the mutation introduction hardly affects the activity of alkaline phosphatase itself.

実験例3:各種アルカリホスファターゼ変異体のFITC修飾
上記実験例1にて作製した各種アルカリホスファターゼ変異体のうち、E219K、W220K、Q221K、AP(91−93)−K1、AP(91−93)−K2、AP(219−221)−K1、及びAP(219−221)−K2をFITC−β−Ala−QG(Org.Biomol.Chem.,2009,7,3407−3412参照)にて修飾した。これは、Ala−Gln−GlyのトリペプチドのN末端にFITCが共有結合した化合物であり、トランスグルタミナーゼの基質として知られる。
Experimental Example 3: FITC modification of various alkaline phosphatase mutants Among the various alkaline phosphatase mutants prepared in Experimental Example 1, E219K, W220K, Q221K, AP (91-93) -K1, AP (91-93)- K2, AP (219-221) -K1, and AP (219-221) -K2 were modified with FITC-β-Ala-QG (Org. Biomol. Chem., 2009, 7, 3407-3412). This is a compound in which FITC is covalently bonded to the N-terminus of an Ala-Gln-Gly tripeptide, and is known as a substrate for transglutaminase.

25mM Tris−HCl(pH8.0)、137mM NaCl、2.68mM KClのTBSバッファー中に、最終濃度がそれぞれ200μM、0.5mg/ml(10μM)、及び0.5U/mlとなるようにFITC−β−Ala−QG、上記3種類のアルカリホスファターゼ変異体、及びMTG(Org.Biomol.Chem.,2009,7,3407−3412参照)を加えて良く攪拌し、25°Cで3時間静置させることで行った。また、MTGを加えない比較実験も行った。   FITC- in a 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), 137 mM NaCl, 2.68 mM KCl TBS buffer with final concentrations of 200 μM, 0.5 mg / ml (10 μM), and 0.5 U / ml, respectively. Add β-Ala-QG, the above three types of alkaline phosphatase mutants, and MTG (Org. Biomol. Chem., 2009, 7, 3407-3412), stir well, and let stand at 25 ° C for 3 hours. I went there. In addition, a comparative experiment in which MTG was not added was also performed.

その後、反応開始後0、60、180分後のサンプルについてSDS−PAGEを行った。電気泳動後のゲルについて蛍光イメージャーを用いて、FITC由来の蛍光を観察した。
さらに、観察後にCBB染色も行った。そして比較実験として、上記6種類のアルカリホスファターゼ変異体に代えて、配列番号10に示すアミノ酸配列からなるポリペプチド(NHis)を用いた。これらの結果を図1−1及び図1−2に示す。
Thereafter, SDS-PAGE was performed on samples at 0, 60, and 180 minutes after the start of the reaction. The fluorescence after FITC was observed for the gel after electrophoresis using a fluorescence imager.
Furthermore, CBB staining was also performed after observation. As a comparative experiment, a polypeptide (NHis) having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 was used in place of the six types of alkaline phosphatase mutants. These results are shown in FIGS. 1-1 and 1-2.

また、上記実験例1にて作製したアルカリホスファターゼ変異体であるAP(219−221)−Qは、一級アミンであるFluorescein cadaverine([5−((5−Aminopentyl)thioureidyl)fluorescein]:AnaSpec社)にて修飾した。これは、トランスグルタミナーゼの基質として知られる。   In addition, the alkaline phosphatase mutant AP (219-221) -Q produced in Experimental Example 1 is a primary amine, Fluorescein cadaverine ([5-((5-Aminopentyl) thioureidyl) fluorescein]: AnaSpec) Modified with This is known as a substrate for transglutaminase.

25mM Tris−HCl(pH8.0)、137mM NaCl、2.68mM KClのTBSバッファー中に、最終濃度がそれぞれ200μM、0.5mg/ml(10μM)、及び0.5U/mlとなるようにFluorescein cadaverine、AP(219−221)−Q、及びMTGを加えて良く攪拌し、25°Cで3時間静置させることで行った。また、MTGを加えない比較実験も行った。   Fluorescein cadaverine in 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), 137 mM NaCl, 2.68 mM KCl TBS buffer to final concentrations of 200 μM, 0.5 mg / ml (10 μM), and 0.5 U / ml, respectively. , AP (219-221) -Q and MTG were added, and the mixture was stirred well and allowed to stand at 25 ° C. for 3 hours. In addition, a comparative experiment in which MTG was not added was also performed.

その後、反応開始後0、10、30、60、120、及び180分後のサンプルについてSDS−PAGEを行った。電気泳動後のゲルについて蛍光イメージャーを用いて、FITC由来の蛍光を観察した。さらに、観察後にCBB染色も行った。これらの結果を図1−3に示す。   Then, SDS-PAGE was performed on the samples after 0, 10, 30, 60, 120, and 180 minutes after the start of the reaction. The fluorescence after FITC was observed for the gel after electrophoresis using a fluorescence imager. Furthermore, CBB staining was also performed after observation. These results are shown in FIGS. 1-3.

さらに、上記7種類のFITC修飾が施されたアルカリホスファターゼ変異体の活性測定を行った。FITCによる修飾を完追させるため、上記の全ての変異体に対する反応の時間を24時間として得られたFITC化アルカリホスファターゼ変異体を活性測定実験に供した。具体的なアルカリホスファターゼ活性測定は、上記実験例2と同の方法にて行った。この結果は表5にて示す。   Furthermore, the activity of alkaline phosphatase mutants to which the above seven types of FITC modifications were applied was measured. In order to complete the modification by FITC, the FITC-modified alkaline phosphatase mutant obtained by setting the reaction time for all the mutants to 24 hours was subjected to an activity measurement experiment. A specific measurement of alkaline phosphatase activity was performed by the same method as in Experimental Example 2 above. The results are shown in Table 5.

Figure 2013084526
Figure 2013084526

図1−1及び図1−2から、約50kDaに各種アルカリホスファターゼ変異体が、そして約38kDaにMTGのバンドが観察された。   From FIGS. 1-1 and 1-2, various alkaline phosphatase mutants were observed at about 50 kDa, and an MTG band was observed at about 38 kDa.

特に、図1−1からは、W220K、つまりアルカリホスファターゼの220番目のトリプトファン残基をリジンに変異させた変異体で、且つMTGが存在するもののみについて、若干のバンドの上昇が見られた。また、CBBによる染色位置と同じ位置にFITCに由来する蛍光が観察された。これより、一残基変異を行うだけでも、MTGによって認識されうるという事が分かった。   In particular, from FIG. 1-1, a slight increase in the band was observed for only W220K, that is, a mutant in which the 220th tryptophan residue of alkaline phosphatase was mutated to lysine and MTG was present. In addition, fluorescence derived from FITC was observed at the same position as the staining position with CBB. From this, it was found that even single residue mutation can be recognized by MTG.

しかしながら、反応性がかなり低く殆ど未反応のアルカリホスファターゼが残っており、同じように一残基変異を行ったE219K、Q221KについてはMTGに認識されず、バンドの上昇並びにFITC由来の蛍光を観察する事は出来なかった。   However, the reactivity is very low and almost unreacted alkaline phosphatase remains. Similarly, E219K and Q221K in which single residue mutations were made were not recognized by MTG, and an increase in the band and fluorescence derived from FITC were observed. I couldn't do it.

この結果から、W220KがMTGによって上手く認識されたが、本来MTGの認識にはリジン残基前後のアミノ酸残基の性質に依存するため、一残基変異によって新たなMTG認識サイトを構築するというのは、タンパク質本来の機能活性の低下は少ないが、認識されるか否かはやってみないと分からないといった、博打的要素が含まれるため、汎用性の観点から好ましくない。   From this result, W220K was successfully recognized by MTG, but since MTG recognition depends on the nature of amino acid residues before and after lysine residues, a new MTG recognition site is constructed by single residue mutation. Is not preferable from the viewpoint of versatility because it contains a flaky element that it is difficult to know whether it is recognized or not, although the decrease in the original functional activity of the protein is small.

また、図1−2からは、13アミノ酸残基からなるK−loopを挿入した各種アルカリホスファターゼ変異体において、MTGが存在する場合において若干のバンドシフトと、FITC由来の蛍光が観察された。   Also, from FIG. 1-2, in various alkaline phosphatase mutants into which K-loop consisting of 13 amino acid residues was inserted, a slight band shift and FITC-derived fluorescence were observed in the presence of MTG.

また斯かる反応はアルカリホスファターゼに対して、基質20等量で反応時間60は60分程度でほぼ反応が飽和していると予測された。これより、挿入したK−loopが狙い通りMTGによって認識されることを確認した。また、FITC由来の蛍光のバンド強度から考えて、K−loopのKR(IRINKGPGRAFVT)よりもRK(IRINRGPGKAFVT)の配列が、そして挿入部位は91−93番目よりも219−221番目の方が、反応性が高いことも明らかである。   Such reaction was predicted to be almost saturated with alkaline phosphatase at 20 equivalents of substrate and a reaction time of about 60 minutes. From this, it was confirmed that the inserted K-loop was recognized by the MTG as intended. Furthermore, considering the intensity of the FITC-derived fluorescence band, the RK (IRINRGPGRAFVT) sequence is more responsive than the K-loop KR (IRINRGPGRAFVT), and the insertion site 219-221 is more reactive than 91-93. It is also clear that the nature is high.

前者についてはMTG認識においてリジン残基前後の配列が、RK配列の方が適していたからであると考える。挿入部位については、91−93番目の位置よりも219−221番目の位置の方が、立体障害が低く、MTGが接近し易いためであると考える。   The former is considered to be because the RK sequence was more suitable for the sequence around the lysine residue in MTG recognition. Regarding the insertion site, it is considered that the positions 219 to 221 are lower in steric hindrance than the positions 91 to 93, and the MTG is easy to approach.

以上の2点から、今回調製した各種アルカリホスファターゼ変異体の中でも、RKの並びのK−loopを219−221番目の位置に挿入したAP(219−221)−K2が最もMTGに対する反応性が高いと言える。   From the above two points, among the various alkaline phosphatase mutants prepared this time, AP (219-221) -K2 in which K-loop of the RK sequence is inserted at positions 219 to 221 has the highest reactivity with MTG. It can be said.

この結果から考えて、今までMTGに対して認識される配列の挿入はタンパク質のN又はC末端への挿入が主であったが、上記RK並びのK−loopを使えば、MTGに対して認識される配列の導入部位の選択肢が大きく広がったと言える。   Considering this result, until now, the insertion of sequences recognized by MTG has been mainly at the N- or C-terminal of proteins, but if K-loop of the above RK sequence is used, It can be said that the choice of the introduction site of the recognized sequence has greatly expanded.

また図1−3から、上記K−loopを挿入した変異体と同様に、アミノ酸番号219−221に挿入したQ−loop挿入AP変異体であるAP(219−221)−Qも、MTGによって高効率にラベル化されることも明らかである。   In addition, from FIG. 1-3, similarly to the mutant with the above K-loop inserted, AP (219-221) -Q, which is a Q-loop inserted AP mutant inserted at amino acid numbers 219-221, is also increased by MTG. It is also clear that it is labeled with efficiency.

そして、表5に記載の結果から、AP(91−93)−K1及びAP(91−93)−K2の活性が著しく低下していることが明らかである。これはAP(91−93)−K1及びAP(91−93)−K2に対するFITCの修飾位置がアルカリホスファターゼの活性中心近傍に存在していた為であると予想される。一方で、AP(219−221)−K1、AP(219−221)−K2、及びAP(219−221)−RはFITCによる修飾後も高い活性を維持していたため、219−221はアルカリホスファターゼ活性中心から遠隔に位置するといえる。   And from the result of Table 5, it is clear that the activity of AP (91-93) -K1 and AP (91-93) -K2 is remarkably reduced. This is presumably because the modification position of FITC for AP (91-93) -K1 and AP (91-93) -K2 was present near the active center of alkaline phosphatase. On the other hand, since AP (219-221) -K1, AP (219-221) -K2, and AP (219-221) -R maintained high activity even after modification with FITC, 219-221 was alkaline phosphatase. It can be said that it is located far from the active center.

実験例4:各種アルカリホスファターゼ変異体のビオチン修飾
〔AP(219−221)−K2変異体について〕
MTGのビオチン化基質であるbiotin−QG、biotin−GGG−GGLQG並びにbis(biotin−GGG)−KGLQGを用いて、AP(219−221)−K2のビオチン化を行った。
Experimental Example 4: Biotin modification of various alkaline phosphatase mutants [AP (219-221) -K2 mutant]
Biotinylation of AP (219-221) -K2 was carried out using biotin-QG, biotin-GGG-GGLQG and bis (biotin-GGG) -KGLQG, which are biotinylated substrates of MTG.

酵素反応はTBS buffer中に、最終濃度が0.5mg/ml(10μM)、200μM、0.5U/mlとなるようにAP(219−221)−K2、ビオチン化基質、及びMTGを加え、それらを良く攪拌し、25°Cで静置させることで行った。   The enzyme reaction was carried out by adding AP (219-221) -K2, biotinylated substrate, and MTG to TBS buffer so that the final concentrations were 0.5 mg / ml (10 μM), 200 μM, and 0.5 U / ml. Was stirred well and allowed to stand at 25 ° C.

その後、Ni−NTAカラムを用いたHis−tag精製により、過剰の未反応のビオチン化基質とビオチン化アルカリホスファターゼ変異体を単離し反応を終了させた。反応後のサンプルについてSDS−PAGEを行い、CBB染色した。   Thereafter, the excess unreacted biotinylated substrate and biotinylated alkaline phosphatase mutant were isolated by His-tag purification using a Ni-NTA column, and the reaction was terminated. The sample after the reaction was subjected to SDS-PAGE and stained with CBB.

また、ビオチン化の程度を確認するために、HABAアッセイを行った。24.2mgの4−hydroxy−azobenzene−2’−carboxylic acid(HABA)を9.9mlのMilli−Q水に溶かし、個々に100mlの1N NaOHを入れて激しく攪拌した。20mlの卵白由来アビジン溶液(10mg)をメスフラスコにいれ、次いでHABA溶液を600ml入れた後、PBSでメスアップしてHABA−Avidin溶液を調整した。   Moreover, in order to confirm the degree of biotinylation, HABA assay was performed. 24.2 mg of 4-hydroxy-azobenzene-2'-carboxylic acid (HABA) was dissolved in 9.9 ml of Milli-Q water and individually stirred with 100 ml of 1N NaOH. 20 ml of egg white-derived avidin solution (10 mg) was placed in a volumetric flask, and then 600 ml of HABA solution was added. Then, the volume was adjusted with PBS to prepare a HABA-Avidin solution.

1mlセルに上記HABA−Avidin溶液を900μlとり、500nmの吸光度を測定し、この値をAbs.Aとした。次いで、セルの中に上記10μMのビオチン化アルカリホスファターゼ変異体を100μl入れ、よくピペッティングし、吸光度が安定したら値を測定し、この値をAbs.Bとした。吸光度を下記の式1に当てはめ、サンプル中のビオチン濃度をからビオチンのラベル化率を算出した。   Take 900 μl of the HABA-Avidin solution in a 1 ml cell, measure the absorbance at 500 nm, and calculate this value as Abs. A. Next, 100 μl of the above 10 μM biotinylated alkaline phosphatase mutant was placed in the cell, pipetted well, and when the absorbance was stable, the value was measured. B. The absorbance was applied to the following formula 1, and the labeling rate of biotin was calculated from the biotin concentration in the sample.

[ビオチン化率]=10−3×(0.9×Abs.A−Abs.B)/34
(式1)
[Biotinylation rate] = 10−3 × (0.9 × Abs.A-Abs.B) / 34
(Formula 1)

最後に、上記ビオチン化アルカリホスファターゼの測定を2種類の方法にて実施した。   Finally, the biotinylated alkaline phosphatase was measured by two methods.

(活性測定A)…上記実験例1〜3と同様の方法。   (Activity measurement A): The same method as in Experimental Examples 1 to 3 above.

(活性測定B)…0.1μMの上記ビオチン化アルカリホスファターゼ変異体を25mMのTris−HCl(pH8.0)で調製し、予め96穴マイクロプレート固層化されたストレプトアビジンにそれぞれ100μL/wellずつとなるように添加し、4°Cで一時間固定化させた。その後各ウェルを、TBST(25mM TBS+0.05%Tween20)により洗浄した。固定化されたアルカリホスファターゼ変異体の活性測定は、各ウェルに上記のp−NPP溶液を添加し、同様の反応条件で反応させた後、同様の方法にて測定した。これらの結果を図2−1及び表6に示す。   (Activity measurement B): 0.1 μM of the above biotinylated alkaline phosphatase mutant was prepared with 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), and 100 μL / well each of streptavidin previously layered in a 96-well microplate. And fixed at 4 ° C for 1 hour. Each well was then washed with TBST (25 mM TBS + 0.05% Tween 20). The activity of the immobilized alkaline phosphatase mutant was measured by the same method after adding the p-NPP solution to each well and reacting under the same reaction conditions. These results are shown in FIG.

Figure 2013084526
Figure 2013084526

biotin−QG、biotin−GGG−GGLQG、bis(biotin−GGG)−KGLQGにてビオチン化した全てのアルカリホスファターゼ変異体において、1時間の反応時間の後、高分子量側へのわずかなバンドシフトが見られた。修飾前後のバンドが重なって見えるために正確ではないが、かなり高効率にビオチン化されていることが分かる。このようなビオチン化は、HABAアッセイを用いて測定されるビオチン化率にて定量的な評価ができる。   In all alkaline phosphatase mutants biotinylated with biotin-QG, biotin-GGG-GGLQG, bis (biotin-GGG) -KGLQG, a slight band shift toward high molecular weight was observed after 1 hour reaction time. It was. It is not accurate because the bands before and after modification appear to overlap, but it can be seen that the biotinylation is quite efficient. Such biotinylation can be quantitatively evaluated by the biotinylation rate measured using the HABA assay.

biotin−QG、biotin−GGG−GGLQGは100%の反応率でビオチン化率1.00、bis(biotin−GGG)−KGLQGはビオチン化率2.00となる。測定の結果、全てのビオチン化アルカリホスファターゼ変異体において、ほぼ定量的なビオチン化反応を達成した。よって今回の新規合成ビオチン化基質は確かにMTGによって認識され、かつ定量的なビオチン化反応が可能な基質であることが確認された。   Biotin-QG and biotin-GGG-GGLQG have a 100% reaction rate and a biotinylation rate of 1.00, and bis (biotin-GGG) -KGLQG has a biotinylation rate of 2.00. As a result of the measurement, almost quantitative biotinylation reaction was achieved in all the biotinylated alkaline phosphatase mutants. Therefore, it was confirmed that the newly synthesized biotinylated substrate of this time is a substrate that can be recognized by MTG and capable of quantitative biotinylation.

また、ビオチン化アルカリホスファターゼ変異体の活性測定(活性測定A)の結果から、ビオチン修飾によるアルカリホスファターゼ変異体の活性の低下はほぼ見られなかった。   Moreover, from the result of the activity measurement (activity measurement A) of the biotinylated alkaline phosphatase mutant, almost no decrease in the activity of the alkaline phosphatase mutant due to biotin modification was observed.

最後に、アルカリホスファターゼ変異体に修飾したビオチン基がストレプトアビジンとの結合能を維持しているかを確認するために、アビジンコートプレート上に添加し固定化し、更にその場合の活性測定も行った(活性測定B)。   Finally, in order to confirm whether the biotin group modified to the alkaline phosphatase mutant maintains the ability to bind to streptavidin, it was added and immobilized on an avidin-coated plate, and the activity in that case was also measured ( Activity measurement B).

その結果、プレート上でアルカリホスファターゼの活性が確かに見られたことからアルカリホスファターゼに修飾されたビオチンのストレプトアビジンへの結合能を確認し、同時にストレプトアビジンに結合した場合でもアルカリホスファターゼ変異体は活性を維持していることを確認した。   As a result, it was confirmed that alkaline phosphatase activity was observed on the plate, so the ability of biotin modified with alkaline phosphatase to bind to streptavidin was confirmed. At the same time, alkaline phosphatase mutants were active even when bound to streptavidin. It was confirmed that it was maintained.

〔AP(219−221)−R変異体について〕
ビオチン化基質としてbiotin−(PEO)4−amineを用いて、AP(219−221)−QのMTGによるビオチン化を行った。酵素反応はTBS buffer中に、最終濃度がそれぞれ、0.5mg/ml(10μM)、200μM、及び0.5U/mlとなるようにAP(219−221)−Q、biotin−(PEO)4−amine、及びMTGを加え、それらを良く攪拌し、25°Cで静置させることで行った。
[About AP (219-221) -R mutant]
Biotinylation of AP (219-221) -Q with MTG was performed using biotin- (PEO) 4-amine as a biotinylated substrate. The enzyme reaction was performed in TBS buffer so that the final concentrations were 0.5 mg / ml (10 μM), 200 μM, and 0.5 U / ml, respectively, AP (219-221) -Q, biotin- (PEO) 4− Amine and MTG were added, and they were stirred well and allowed to stand at 25 ° C.

次いで、Ni−NTAカラムを用いたHis−tag精製により、過剰の未反応のビオチン化基質とビオチン化アルカリホスファターゼ変異体を単離し、反応を終了させた。反応後のサンプルについてSDS−PAGEを行い、CBB染色した。また、ビオチン化率測定と活性測定は〔AP(219−221)−K2変異体について〕に記載の方法と同様にして行った。結果を図2−2に示す。   Subsequently, excess unreacted biotinylated substrate and biotinylated alkaline phosphatase mutant were isolated by His-tag purification using a Ni-NTA column, and the reaction was terminated. The sample after the reaction was subjected to SDS-PAGE and stained with CBB. Moreover, the biotinylation rate measurement and activity measurement were performed in the same manner as the method described in [AP (219-221) -K2 mutant]. The results are shown in Fig. 2-2.

SDS−PAGE後のCBB染色の結果から、MTGとbiotin−(PEO)4−amine存在化のサンプルにおいて僅かにバンドの上昇が確認された。活性測定の結果から、ビオチン化前のAP(219−221)−Qの酵素活性を1.00とした場合、ビオチン化AP(219−221)−Qの比活性は0.96±0.01であり、ほぼ元の活性を維持したままのビオチン化に成功した。   From the results of CBB staining after SDS-PAGE, a slight increase in the band was confirmed in the samples in the presence of MTG and biotin- (PEO) 4-amine. From the results of the activity measurement, when the enzyme activity of AP (219-221) -Q before biotinylation is 1.00, the specific activity of biotinylated AP (219-221) -Q is 0.96 ± 0.01. And succeeded in biotinylation while maintaining almost the original activity.

また、HABAアッセイを用いたビオチン化率の測定結果からAP(219−221)−Qのビオチン化率は0.97±0.04であり、ほぼ定量的なビオチン化が達成されたと言える。また、AP(219−221)−Qのストレプトアビジンプレート上への固定化を試みた結果(活性測定B)から、プレート上でも問題なくアルカリホスファターゼの活性が維持されていることが明らかとなった。   Moreover, from the measurement result of the biotinylation rate using the HABA assay, the biotinylation rate of AP (219-221) -Q is 0.97 ± 0.04, and it can be said that almost quantitative biotinylation was achieved. In addition, the result of the attempt to immobilize AP (219-221) -Q on the streptavidin plate (activity measurement B) revealed that the activity of alkaline phosphatase was maintained without any problem on the plate. .

実験例5:ビオチン修飾各種アルカリホスファターゼ変異体の複合体形成
各種ビオチン化アルカリホスファターゼ変異体を0.2μmのフィルター濾過処理後のTBSにより2μMに調製した。ストレプトアビジン溶液を(ストレプトアビジンのビオチン結合サイト)/(APのbiotin基)(以下、[mSA]/[mAP]と表記する。)[mSA]/[mAP]=1/4、1/2、1となるように加え、30分間静置した後、動的光散乱(DLS)を用いて酵素集合体の粒子径測定を行った。
Experimental Example 5: Complex formation of biotin-modified various alkaline phosphatase mutants Various biotinylated alkaline phosphatase mutants were prepared to 2 μM by TBS after 0.2 μm filter treatment. Streptavidin solution (streptavidin biotin binding site) / (AP biotin group) (hereinafter referred to as [mSA] / [mAP]) [mSA] / [mAP] = 1/4, 1/2, In addition, the particle size of the enzyme assembly was measured using dynamic light scattering (DLS).

使用したストレプトアビジンの最終濃度を、biotin−QG並びにbiotin−GGG−GGLQGにてビオチン化したAP(219−221)−K2及びbiotin−PEO4−amineにてビオチン化したAP(219−221)−Qの場合は2μMとし、bis(biotin−GGG)−KGLQGにてビオチン化したAP(219−221)−K2の場合は4μMとした。   The final concentration of streptavidin used was biotinylated with biotin-QG and biotin-GGG-GGLQG (219-221) -K2 and biotinylated with biotin-PEO4-amine (219-221) -Q. In the case of AP (219-221) -K2 biotinylated with bis (biotin-GGG) -KGLQG, the concentration was 4 μM.

DLS測定後の溶液を、サイズ排除カラムクロマトグラフィー(SEC)にて分画し、ストレプトアビジンとアルカリホスファターゼ変異体の比による、形成された集合体形成の挙動を行った。SECは20mM TBS buffer(pH7.4)、流速0.5ml/minにて分析を行った。   The solution after DLS measurement was fractionated by size exclusion column chromatography (SEC), and the behavior of the formed aggregate formation was performed according to the ratio of streptavidin and alkaline phosphatase mutant. SEC was analyzed with 20 mM TBS buffer (pH 7.4) and a flow rate of 0.5 ml / min.

各種ビオチン修飾AP(219−221)−K2変異体について結果を図3−1、図3−2、及び表7に示す。   The results for various biotin-modified AP (219-221) -K2 mutants are shown in FIG. 3-1, FIG. 3-2, and Table 7.

Figure 2013084526
Figure 2013084526

〔biotin−QG修飾AP(219−221)−K2について〕
biotin−QGは今回調製したビオチン化基質の中で一番短いため立体障害が大きく、これにより集合体の自己環化反応を防ぎ、集合体の成長が期待された。DLSの測定の結果、ストレプトアビジンの添加に伴い粒子径が増大し、[mSA]/[mAP]=1の時点で直径50.3nmの集合体が観察された。図5(A)の模式図にて示されるような、集合体の成長が起きたことが期待される。
[About biotin-QG-modified AP (219-221) -K2]
Since biotin-QG is the shortest biotinylated substrate prepared this time, it has a large steric hindrance, which prevented the self-cyclization reaction of the aggregate and expected the growth of the aggregate. As a result of DLS measurement, the particle diameter increased with the addition of streptavidin, and aggregates having a diameter of 50.3 nm were observed when [mSA] / [mAP] = 1. It is expected that the growth of the aggregate occurred as shown in the schematic diagram of FIG.

以前調製した両末端のNQ−AP−CQの場合、直径が最大31.9nmであったの(Y.Mori,K.Minamihata,H.Abe,M.Goto,N.Kamiya,2011,Org.Biomol.Chem.,9,5641.)で、今
回はそれを上回る大きさの集合体の形成に成功した。
In the case of NQ-AP-CQ prepared at both ends, the maximum diameter was 31.9 nm (Y. Mori, K. Minamihata, H. Abe, M. Goto, N. Kamiya, 2011, Org. Biomol. Chem., 9, 5641.), this time, we succeeded in forming an assembly larger than that.

よって(i)アルカリホスファターゼの対角線上に架橋点であるビオチン基を調製すること、更に(ii)短いリンカー長により自己環化反応を抑えたことの二点によって、大きな集合体の形成に成功した。   Thus, (i) preparation of a biotin group as a cross-linking point on the diagonal of alkaline phosphatase, and (ii) suppression of the self-cyclization reaction with a short linker length succeeded in forming a large aggregate. .

次にDLS測定後のサンプルについてSECにより検討したところ、溶出体積12.3 mLでbiotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体由来のピークが見られた。このピークはストレプトアビジンの添加に伴って減少し、代わりにそれ以上の分子量の集合体を形成した。   Next, when the sample after DLS measurement was examined by SEC, a peak derived from biotin-QG-modified AP (219-221) -K2 mutant was observed at an elution volume of 12.3 mL. This peak decreased with the addition of streptavidin and instead formed higher molecular weight aggregates.

溶出体積9.8mLのピークは分子量が440kDaと見積もられ、系中に存在するbiotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体とストレプトアビジンの比から、ストレプトアビジンの4つの結合サイトに対して、biotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体がそれぞれ結合したものと思われる。   The peak with an elution volume of 9.8 mL is estimated to have a molecular weight of 440 kDa. From the ratio of biotin-QG-modified AP (219-221) -K2 mutant and streptavidin present in the system, there are four binding sites for streptavidin. On the other hand, biotin-QG modified AP (219-221) -K2 mutant seems to be bound respectively.

更に高分子両側の8.4mLのピークは先ほどの集合体に更にストレプトアビジン1つとbiotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体3つが結合したものが考えられた。また、[mSA]/[mAP]=1においては今回用いたカラムのサイズ排除体積で出るほどの大きな集合体を形成しており、DLSで測定した通り、今回巨大な集合体の形成に成功している。   Further, the 8.4 mL peak on both sides of the polymer was considered to be one in which one streptavidin and three biotin-QG-modified AP (219-221) -K2 mutants were further bound to the previous assembly. In addition, when [mSA] / [mAP] = 1, a large aggregate was formed so as to come out with the size exclusion volume of the column used this time. As measured by DLS, a huge aggregate was successfully formed this time. ing.

これより、立体障害/モノマーの剛直性により、集合体の粒子径は大きいが、フレキシビリティが乏しく、密に詰まることが出来ず、密度が低くなっているのではないかと予想された。   From this, it was expected that due to the steric hindrance / stiffness of the monomer, the aggregate particle size was large, but the flexibility was poor, it could not be packed tightly, and the density was low.

〔biotin−GGG−GGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体〕
次にビオチン化基質として検討したbiotin−GGG−GGLQGはbiotin−QGと同じく直鎖型ビオチン化基質であるが、リンカー長がbiotin−QGの約2倍である。リンカーが長くなることによって、自己環化反応がbiotin−QGに比べて起こり易くなることが予想された。DLSで粒子径を測定した所、ストレプトアビジンの添加によって粒子径は増大したものの、[mSA]/[mAP]=1/2と1の粒子径はほとんど変わらず、直径29.2nm程度の集合体が形成されるに留まった。
[Biotin-GGG-GGLQG modified AP (219-221) -K2 mutant]
Next, biotin-GGG-GGLQG examined as a biotinylated substrate is a linear biotinylated substrate similar to biotin-QG, but the linker length is about twice that of biotin-QG. It was expected that the longer the linker, the easier the self-cyclization reaction occurs compared to biotin-QG. When the particle size was measured by DLS, the particle size increased with the addition of streptavidin, but the particle size of [mSA] / [mAP] = 1/2 was almost unchanged, and an aggregate having a diameter of about 29.2 nm Stayed formed.

即ち、biotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体の結果と比較して、リンカー長の増加によって集合体の粒子径の減少が見られた。   That is, as compared with the result of the biotin-QG modified AP (219-221) -K2 mutant, a decrease in the particle size of the aggregate was observed with an increase in the linker length.

次にSECによる分析を行った所、[mSA]/[mAP]=1/2まではほとんどbiotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体と同じ挙動を示し、形成する集合体も溶出体積が同じことから、同じ集合体を形成していることが示唆された。しかし、[mSA]/[mAP]=1において見られた大きい集合体の形成は確認されず、先述の二つの集合体が比を変えて存在しているだけであった。これよりSECによる解析においても、リンカー長によって自己環化反応が促進される挙動を確認した。   Next, when the analysis by SEC was performed, until [mSA] / [mAP] = 1/2, almost the same behavior as the biotin-QG modified AP (219-221) -K2 mutant was exhibited, and the formed aggregate was also eluted. The same volume suggested that the same aggregate was formed. However, the formation of large aggregates observed in [mSA] / [mAP] = 1 was not confirmed, and the above-mentioned two aggregates were only present in different ratios. From this, also in the analysis by SEC, the behavior that the self-cyclization reaction was promoted by the linker length was confirmed.

〔bis(biotin−GGG)−KGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体〕
最後にbis(biotin−GGG)−KGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体とストレプトアビジンを組み合せることで集合体を形成した。集合体の粒子径は、ストレプトアビジンの添加によって段階的に増加し、最終的に直径34.8nmの集合体となった。ストレプトアビジンの添加による粒子径の増加の様子が明らかに前者2つと異なり、段階的に成長している様子が予想された。これは二股構造を有するビオチン基質のため、ストレプトアビジンのペアになっているビオチン結合部位を2つ同時に捕まえている為に、ワイヤー状にストレプトアビジン−bis(biotin−GGG)−KGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体の集合体が成長していることが考えられた。
[Bis (biotin-GGG) -KGLQG-modified AP (219-221) -K2 mutant]
Finally, a bis (biotin-GGG) -KGLQG modified AP (219-221) -K2 mutant was combined with streptavidin to form an aggregate. The particle diameter of the aggregate increased stepwise by the addition of streptavidin, and finally became an aggregate with a diameter of 34.8 nm. The state of particle size increase due to the addition of streptavidin was clearly different from the former two, and it was expected to grow in stages. Since this is a biotin substrate having a bifurcated structure, it captures two biotin binding sites that are paired with streptavidin at the same time. -221) It was considered that the aggregate of the -K2 mutant was growing.

[mSA]/[mAP]=1において、DLS測定結果は粒子径大方向にブロードしたようなものが得られたので、ピークが伸びた部分はワイヤー状集合体の形成を示唆している。   When [mSA] / [mAP] = 1, the DLS measurement result was broadened in the direction of large particle diameter, so the portion where the peak was extended suggested the formation of a wire-like aggregate.

SECにより更なる分析を行った所、明らかに前者2つとは異なる集合体を形成していた。まず、[mSA]/[mAP]=1/2の時点で溶出体積10.5mLと11.1mLに新たなピークが見られた。これらはそれぞれ分子量260kDaと320kDaであり、例えば、図5(B)の模式図にて示されるような、bis(biotin−GGG)−KGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体−ストレプトアビジン−bis(biotin−GGG)−KGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体の集合体(AP−SA−AP集合体)と、リング状に自己環化した(bis(biotin−GGG)−KGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体−ストレプトアビジン)2集合体((AP−SA)2集合体)と予想された。   When further analysis was performed by SEC, it was apparent that an aggregate different from the former two was formed. First, new peaks were observed at elution volumes of 10.5 mL and 11.1 mL when [mSA] / [mAP] = 1/2. These have molecular weights of 260 kDa and 320 kDa, respectively. For example, bis (biotin-GGG) -KGLQG modified AP (219-221) -K2 mutant-streptavidin- as shown in the schematic diagram of FIG. Bis (biotin-GGG) -KGLQG modified AP (219-221) -K2 mutant aggregate (AP-SA-AP aggregate) and ring self-cyclized (bis (biotin-GGG) -KGLQG modification AP (219-221) -K2 mutant-streptavidin) 2 aggregate ((AP-SA) 2 aggregate) was expected.

[mSA]/[mAP]=1においては、上記のAP−SA−AP集合体がメインとして形成され、上記の(AP−SA)2集合体に加え新たに溶出体積9.7mL、推定分子量419kDaのピークが確認された。分子量から考えると、(AP−SA)2集合体に更にbis(biotin−GGG)−KGLQG修飾AP(219−221)−K2変異体を含む集合体であると思われた。   In [mSA] / [mAP] = 1, the above AP-SA-AP aggregate is formed as the main, and in addition to the above (AP-SA) 2 aggregate, a new elution volume of 9.7 mL and an estimated molecular weight of 419 kDa The peak of was confirmed. Considering the molecular weight, it was considered that the (AP-SA) 2 aggregate further contained a bis (biotin-GGG) -KGLQG-modified AP (219-221) -K2 mutant.

最後に、[mSA]/[mAP]=2においては、溶出時間9.7mLと11.1mLのものに加え、新たに8.2mLにピークが観察された。推定分子量は691kDaであり、(AP−SA)4−AP集合体と予想された。以上の結果より、推定分子量から考えるとワイヤー状の集合体の形成が示唆される結果となった。   Finally, in [mSA] / [mAP] = 2, in addition to the elution times of 9.7 mL and 11.1 mL, a new peak was observed at 8.2 mL. The estimated molecular weight was 691 kDa and was expected to be an (AP-SA) 4-AP aggregate. From the above results, the formation of a wire-like aggregate was suggested in view of the estimated molecular weight.

次に、biotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体について結果を図4及び表8に示す   Next, the results for biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q mutant are shown in FIG. 4 and Table 8.

Figure 2013084526
Figure 2013084526

biotin−PEO4−amine 修飾AP(219−221)−Q変異体に対して、[mSA]/[mAP]=1/4、1/2並びに1となるように加え、ストレプトアビジン− biotin−PEO4−amine 修飾AP(219−221)−Q変異体の集合体を形成した。その結果、ストレプトアビジンの添加によって確かに粒子径の増大が観察された。   In addition to biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q mutant, [mSA] / [mAP] = 1/4, 1/2 and 1 are added, and streptavidin-biotin-PEO4- An aggregate of amine modified AP (219-221) -Q mutants was formed. As a result, an increase in particle diameter was observed with the addition of streptavidin.

しかし集合体の粒子径は、[mSA]/[mAP]=1/2で34.9nmと最大となり、更にストレプトアビジンを添加して[mSA]/[mAP]=1の条件では、26.0nmと粒子径は減少してしまった。   However, the particle diameter of the aggregate is maximum at 34.9 nm when [mSA] / [mAP] = 1/2, and 26.0 nm under the condition of [mSA] / [mAP] = 1 by further adding streptavidin. And the particle size has decreased.

ストレプトアビジンの添加による粒子径の減少挙動についてより深い検討を行う為に、DLS測定後のサンプルをSECで流し、ストレプトアビジンとbiotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体の比による集合体の形成挙動を追跡した。   In order to conduct a deeper study on the particle size reduction behavior due to the addition of streptavidin, the sample after DLS measurement was run on SEC, and the ratio of streptavidin to biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q mutant The formation behavior of the aggregates was traced.

得られたチャートより、溶出体積14.2mLと16.2mLにそれぞれbiotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体とストレプトアビジンのピークが観察された。biotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体に対してストレプトアビジンを添加するに伴い、biotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体のピークが減少し、より溶出時間の早い=分子量の大きな集合体の形成が確認された。[mSA]/[mAP]=1/2の時点で集合体のほぼ全てが排除体積で溶出される様な大きな集合体が観察されたが、[mSA]/[mAP]=1の条件においては集合体一個当りの分子量が減少し、DLSの測定結果を補完する形となった。   From the obtained chart, peaks of biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q mutant and streptavidin were observed at elution volumes of 14.2 mL and 16.2 mL, respectively. As streptavidin was added to biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q mutant, the peak of biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q mutant decreased, and more Fast elution time = formation of aggregates with large molecular weight was confirmed. When [mSA] / [mAP] = 1/2, large aggregates were observed in which almost all of the aggregates were eluted in the excluded volume. Under the conditions of [mSA] / [mAP] = 1, The molecular weight per aggregate decreased to complement the DLS measurement results.

[mSA]/[mAP]=1/4から1/2の順に1で粒子径が増加、減少、増加という挙動より、ストレプトアビジンとbiotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体を用いた集合体の形成は、ストレプトアビジンの添加によって際限なく成長していくのではなく、ある安定化状態(安定な直径・分子量の粒子)が存在するのではないかと考察された。AP(219−221)−K2変異体における結果と合わせて、ビオチン化基質のリンカー長による立体障害が粒子径に大きく影響しているこが推察された。   Streptavidin and biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q variant due to the behavior of increasing, decreasing and increasing the particle size in the order of [mSA] / [mAP] = 1/4 to 1/2 It was considered that the formation of aggregates using slag does not grow endlessly by the addition of streptavidin, but that there exists a certain stabilized state (particles with a stable diameter and molecular weight). In combination with the results for the AP (219-221) -K2 mutant, it was speculated that steric hindrance due to the linker length of the biotinylated substrate greatly affected the particle size.

実験例6:各種アルカリホスファターゼ変異体の複合体の機能解析
上記実験例5にて作製したbiotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体並びにbiotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体と、ストレプトアビジンとの複合体の機能解析を行った。
Experimental Example 6: Functional analysis of complex of various alkaline phosphatase mutants Biotin-QG modified AP (219-221) -K2 mutant and biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) prepared in Experimental Example 5 above Functional analysis of the complex of -Q mutant and streptavidin was performed.

両変異体とストレプトアビジンとの混合量を、それぞれ上述したような[mSA]/[mAP]=1/4、1/2並びに1として得られた複合体について機能解析を行った。コントロールとして、ストレプトアビジンを含まない、単にbiotin−QG修飾AP(219−221)−K2変異体並びにbiotin−PEO4−amine修飾AP(219−221)−Q変異体を用いた。   Functional analysis was performed on the complexes obtained by setting the mixed amounts of both mutants and streptavidin as described above [mSA] / [mAP] = 1/4, 1/2, and 1, respectively. As controls, only biotin-QG modified AP (219-221) -K2 mutant and biotin-PEO4-amine modified AP (219-221) -Q mutant, which do not contain streptavidin, were used.

また、更なる比較実験として、アルカリホスファターゼに対してビオチンを化学的に修飾した化学修飾アルカリホスファターゼを用いた。具体的な製造方法は以下の通りである。   As a further comparative experiment, a chemically modified alkaline phosphatase obtained by chemically modifying biotin with respect to alkaline phosphatase was used. A specific manufacturing method is as follows.

5μMのアルカリホスファターゼに対し、biotin−(AC)2−OSuをそれぞれ500若しくは50μM(100mMのホウ酸緩衝液 pH9.0)になるように調製し、25°Cで5時間、化学修飾ビオチン化反応を行った。反応後のサンプルを10kDaのフィルターを用いて、遠心ろ過並びにTBS緩衝液の添加を繰り返し、未反応の試薬を取り除くと共に反応を終了させた。   Biotin- (AC) 2-OSu was prepared to 500 or 50 μM (100 mM borate buffer pH 9.0) for 5 μM alkaline phosphatase, and chemically modified biotinylation reaction at 25 ° C. for 5 hours. Went. The sample after the reaction was subjected to centrifugal filtration and addition of TBS buffer using a 10 kDa filter to remove unreacted reagents and complete the reaction.

次に、ELISA測定用のプレートを作製した。0、0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000μg/mlとなるように調製した抗原であるオブアルブミン(OVA)を100μl/wellとなるように各ウェルに加え、4°Cで12時間静置することで固相化を行った。次いで、TBSTで5回洗浄後、2%BSA/TBSを200μl/well加え、37°Cで2時間静置することでブロッキングを行った。洗浄後、一次抗体である抗OVA mouse抗体の10000倍希釈溶液を100μl/well加え、37°Cで2時間静置した。洗浄後、二次抗体であるビオチン化した抗mouseIgG rabbit抗体の10000倍希釈溶液を100μl/well加え、37°Cで2時間静置した。洗浄後、上述した各種アルカリホスファターゼ集合体、並びに化学修飾アルカリホスファターゼ溶液を100μl/well加え、37°Cで2時間静置した。   Next, a plate for ELISA measurement was prepared. Ovalbumin (OVA), an antigen prepared to be 0, 0.001, 0.01, 0.1, 1, 10, 100, 1000 μg / ml, is added to each well so as to be 100 μl / well, Solid-phase formation was performed by leaving still at 4 degreeC for 12 hours. Next, after washing 5 times with TBST, 200 μl / well of 2% BSA / TBS was added and blocking was performed by allowing to stand at 37 ° C. for 2 hours. After washing, a 10000-fold diluted solution of the primary antibody anti-OVA mouse antibody, 100 μl / well, was added and allowed to stand at 37 ° C. for 2 hours. After washing, a 10000-fold diluted solution of biotinylated anti-mouse IgG rabbit antibody as a secondary antibody was added at 100 μl / well and allowed to stand at 37 ° C. for 2 hours. After washing, the above-mentioned various alkaline phosphatase aggregates and chemically modified alkaline phosphatase solution were added at 100 μl / well and allowed to stand at 37 ° C. for 2 hours.

最後に、上記作成したプレートを洗浄後、p−ニトロフェニルリン酸(p−NPP)を基質として用いた活性測定を行った。活性測定は、5mMのp−NPPを含む1MのTris−HCl(pH8)の条件下、37°Cで行い、410nmの吸収を追跡する上述の方法に従って活性測定を行った。なお、本実験では、ストレプトアビジンなしの条件の吸光度をNoiseとし、各吸光度からS/N比を算出している。結果を図6に示す。   Finally, after the prepared plate was washed, the activity was measured using p-nitrophenyl phosphate (p-NPP) as a substrate. The activity was measured under the conditions of 1 M Tris-HCl (pH 8) containing 5 mM p-NPP at 37 ° C., and the activity was measured according to the above-described method for tracking the absorption at 410 nm. In this experiment, the absorbance under the conditions without streptavidin is set to Noise, and the S / N ratio is calculated from each absorbance. The results are shown in FIG.

先ず、2つのビオチン修飾化アルカリホスファターゼ変異体を用いた場合について、[mSA]/[mAP]=1/4においてはシグナルが見られなかったが、これらはアルカリホスファターゼ集合体を形成する溶液中にビオチン基が過剰に存在するサンプルであるからである。ストレプトアビジンのビオチン結合サイトが全て占有されていたため、ビオチン化抗体と結合出来なかったものと予想された。   First, in the case of using two biotin-modified alkaline phosphatase mutants, no signal was observed at [mSA] / [mAP] = 1/4, but these were in solution that formed an alkaline phosphatase aggregate. This is because the sample has an excessive amount of biotin groups. Since all the biotin binding sites of streptavidin were occupied, it was predicted that they could not bind to the biotinylated antibody.

しかしながら[mSA]/[mAP]=1/2ではどちらにおいてもシグナルが観察され、サンプル条件的には先ほどと同様ビオチン基過剰であるにも関わらず結合していることになる。ここでもう一度[SA]/[AP]=1/4のS/N比を見ると、2には至らないものの、確かに[mSA]/[mAP]=0μg/mlと比較してシグナル強度の増強が見て取れた。   However, when [mSA] / [mAP] = 1/2, a signal is observed in either case, and the sample condition is that the biotin group is bound in spite of the excessive biotin group as before. Here, when the S / N ratio of [SA] / [AP] = 1/4 is seen again, it does not reach 2, but the signal intensity is certainly compared with [mSA] / [mAP] = 0 μg / ml. I could see the enhancement.

よって、アルカリホスファターゼ集合体はアビジン―ビオチン間の平衡反応によって抗mouse IgG抗体と結合するのではないかと推察された。[mSA]/[mAP]=1/4のシグナルが弱いのは、系中に存在するビオチンと相互作用可能な集合体量が少ないことが示唆される。   Therefore, it was speculated that the alkaline phosphatase aggregate may bind to the anti-mouse IgG antibody by an equilibrium reaction between avidin and biotin. The weak signal of [mSA] / [mAP] = 1/4 suggests that the amount of aggregate that can interact with biotin present in the system is small.

一方、[mSA]/[mAP]=1においては強いシグナルが観察され、確かにビオチン化抗体へのAP集合体の結合を確認した。以上の結果は、上記表に示した[mSA]/[mAP]の比を変えることによる集合体の成長と相関していると考えられる。即ち、より大きな集合体の形成が、ELISAにおけるシグナル強度の増大に寄与していることが示唆された。   On the other hand, when [mSA] / [mAP] = 1, a strong signal was observed, and it was confirmed that the AP assembly bound to the biotinylated antibody. The above results are considered to correlate with the growth of aggregates by changing the ratio of [mSA] / [mAP] shown in the above table. That is, it was suggested that the formation of larger aggregates contributed to the increase in signal intensity in ELISA.

また、[mSA]/[mAP]=2のシグナルが弱いのは、今度は逆に系中にストレプトアビジンが
過剰に存在しているため、フリーなストレプアビジンの結合が増えた為と思われる。また粒子径にはある最適な値が存在し、それ以上のストレプトアビジンを添加すると集合体1つ当りの粒子径が減少するという仮説が正しいとすれば、ストレプトアビジン過剰によりOVA1つ当りに結合しているアルカリホスファターゼの量が減ってしまったことも原因であると考えられた。
In addition, the signal of [mSA] / [mAP] = 2 is weak. This is probably due to the increase in the binding of free streptavidin due to the excessive presence of streptavidin in the system. If there is a certain optimal value for the particle size and the hypothesis that adding more streptavidin will reduce the particle size per aggregate is correct, the excess of streptavidin will bind to each OVA. It was thought that this was also caused by a decrease in the amount of alkaline phosphatase.

AP(219−221)−K(b)とAP(219−221)−Q(b)で[mSA]/[mAP]=1/2,1間のシグナル強度の傾向が違うのもそれが要因となっていると考えられた。   This is also due to the difference in signal strength between [mSA] / [mAP] = 1/2, 1 between AP (219-221) -K (b) and AP (219-221) -Q (b). It was thought that it became.

化学修飾アルカリホスファターゼについては全ての場合において微弱なシグナルの上昇が観測されるだけであった。これは化学修飾のためにビオチン化率が高くなってしまい、系中に酵素修飾ビオチン化アルカリホスファターゼと比べてビオチン基が過剰量存在したためであると考えられる。また、化学修飾によるアルカリホスファターゼの活性自体の低下も懸念された。   For the chemically modified alkaline phosphatase, only a weak signal increase was observed in all cases. This is presumably because the biotinylation rate increased due to chemical modification, and an excessive amount of biotin groups were present in the system as compared with enzyme-modified biotinylated alkaline phosphatase. In addition, there was a concern that the activity of alkaline phosphatase itself was reduced by chemical modification.

実験例7:各種アルカリホスファターゼ変異体の複合体形成能について
上記実験例4にて作製したビオチン修飾されたアルカリホスファターゼの集合体形成能について実験した。具体的には、AP(219−221)−K2変異体に対して、biotin−QG、biotin−GGG−GGLQG並びにbis(biotin−GGG)−KGLQGを用い、更にMTGを用いてビオチン化したものである。
Experimental Example 7: Complex formation ability of various alkaline phosphatase mutants Experiments were conducted on the ability of the biotin-modified alkaline phosphatase produced in Experimental Example 4 to form an aggregate. Specifically, AP (219-221) -K2 mutant was biotinylated using biotin-QG, biotin-GGG-GGLQG and bis (biotin-GGG) -KGLQG, and further using MTG. is there.

これらのビオチン化アルカリホスファターゼを、ストレプトアビジンで被覆されたプレート上に添加し、これらのビオチン化アルカリホスファターゼのプレート上への固定化を試みた。   These biotinylated alkaline phosphatases were added on a streptavidin-coated plate to attempt to immobilize these biotinylated alkaline phosphatases on the plate.

固定化は、ストレプトアビジンによってコーティングされたプレートに、1μMに調製した各ビオチン化アルカリホスファターゼを100μLずつプレートに添加し、4℃で30分静置した後、200μlのTBS bufferにて洗浄した。次いで、アルカリホスファターゼの活性測定を上述の方法で行った。その結果を図7に示す。   For immobilization, 100 μL of each biotinylated alkaline phosphatase prepared to 1 μM was added to a plate coated with streptavidin, left to stand at 4 ° C. for 30 minutes, and then washed with 200 μl of TBS buffer. Next, alkaline phosphatase activity was measured by the method described above. The result is shown in FIG.

図7中、ビオチン化基質としてbiotin−QGを用いたものを(1)、biotin−GGG−GGLQGを用いたものを(2)、そしてbis(biotin−GGG)−KGLQGを用いたものを(3)とする。また、図7中のWTとは、AP(219−221)−K2変異体に代えて野生型のアルカリホスファターゼを用いたものである。   In FIG. 7, (1) using biotin-QG as a biotinylated substrate, (2) using biotin-GGG-GGLQG, and (3) using bis (biotin-GGG) -KGLQG. ). In addition, WT in FIG. 7 is obtained by using wild-type alkaline phosphatase in place of the AP (219-221) -K2 mutant.

以上より先ほどと同様に、今回合成した新規のビオチン化基質はMTGによって認識され、またアルカリホスファターゼがビオチン化された状態でもストレプトアビジンとの結合能を維持していることが明らかとなった。   As described above, it was revealed that the newly biotinylated substrate synthesized this time was recognized by MTG, and that the ability to bind to streptavidin was maintained even when alkaline phosphatase was biotinylated.

従って、プレート上にてアルカリホスファターゼ集合体が形成していることも明らかとなった。   Therefore, it became clear that alkaline phosphatase aggregates were formed on the plate.

実験例8:EGFP変異体の複合体形成能について
配列番号15に示すアミノ酸配列(MHHHHHH)のHisタグをN末端に有する、配列番号13に示すEGFP変異体を作製した。具体的な作製方法は、上述のアルカリホスファターゼ変異体と同様にして行った。配列番号13に示すEGFP変異体は、そのC末端に配列番号4に示すアミノ酸配列が含まれている。
Experimental Example 8: Complex formation ability of EGFP variant The EGFP variant shown in SEQ ID NO: 13 having the His tag of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 15 (MHHHHHH) at the N-terminus was prepared. The specific production method was performed in the same manner as the above-mentioned alkaline phosphatase mutant. The EGFP variant shown in SEQ ID NO: 13 contains the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 at its C-terminus.

次いで、ビオチン化合物としてbis(biotin−GGG)−KGLQGを用い、EGFP変異体をビオチン化した。ビオチン化の条件としては、10μMのEGFP変異体、200μMのビオチン化合物、0.5U/mLのMTGをTBS buffer中で混合して25℃で1時間反応させた。反応後にゲル濾過カラム(G−25)を用いてビオチン化EGFP変異体を精製した。   Subsequently, bis (biotin-GGG) -KGLQG was used as a biotin compound, and the EGFP mutant was biotinylated. As biotinylation conditions, 10 μM EGFP mutant, 200 μM biotin compound, and 0.5 U / mL MTG were mixed in TBS buffer and reacted at 25 ° C. for 1 hour. After the reaction, a biotinylated EGFP mutant was purified using a gel filtration column (G-25).

得られたビオチン化EGFPを、ストレプトアビジンで被覆されたプレート上に添加し、これらのビオチン化アルカリホスファターゼのプレート上への固定化を試みた。   The obtained biotinylated EGFP was added to a plate coated with streptavidin, and immobilization of these biotinylated alkaline phosphatases on the plate was attempted.

固定化は、上述の実施例7のアルカリホスファターゼのストレプトアビジンによってコーティングされたプレートへの固定化と同様にして行った。固定化の後、蛍光イメージング装置を用いてプレートを観察した。その結果を図8に示す。   The immobilization was performed in the same manner as the immobilization of alkaline phosphatase of Example 7 on a plate coated with streptavidin. After immobilization, the plate was observed using a fluorescence imaging apparatus. The result is shown in FIG.

図8(A)はイメージング像、(B)はイメージング像から得られた蛍光強度を算出したグラフである。図中のK tag EGFPが変異体を示し、WTがEGFP変異体に代えて野生型を用いたものである。   FIG. 8A is an imaging image, and FIG. 8B is a graph in which the fluorescence intensity obtained from the imaging image is calculated. In the figure, K tag EGFP indicates a mutant, and WT uses a wild type in place of the EGFP mutant.

図8の結果から、アルカリホスファターゼ変異体と同様に、今回合成した新規のビオチン化基質はMTGによって認識され、またEGFP変異体に対してビオチン化できることが明らかとなった。EGFPはビオチン化された状態でもストレプトアビジンとの結合能を維持していることが明らかとなった。   From the results shown in FIG. 8, it was revealed that the novel biotinylated substrate synthesized this time was recognized by MTG and biotinylated on the EGFP mutant, similarly to the alkaline phosphatase mutant. It was revealed that EGFP maintains the ability to bind to streptavidin even in a biotinylated state.

従って、プレート上にてEGFP集合体が形成していることも明らかとなった。   Therefore, it was also revealed that EGFP aggregates were formed on the plate.

Claims (26)

下記式(1)
Figure 2013084526
(式中、
nは、1又は2であり、
Xは、O又はNHであり、前記nが2である場合のXは、同一であっても異なっていてもよく、
は、直接結合またはアミノ酸残基であり、前記nが2である場合のRのアミノ酸残基は、同一であっても異なっていてもよく
は、nが1の場合、直接結合であり、前記nが2の場合のRのアミノ酸残基は、側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基を有し、且つ該アミノ残基とRのカルボン酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であり、
は、直接結合又はアミノ酸残基であり、
又はRのアミノ酸残基は、それぞれ1個のアミノ酸残基であるか、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である。)
で表わされるビオチン化合物。
Following formula (1)
Figure 2013084526
(Where
n is 1 or 2,
X is O or NH, and when n is 2, X may be the same or different;
R 1 is a direct bond or an amino acid residue, and the amino acid residue of R 1 when n is 2 may be the same or different. R 2 is a direct bond when n is 1. The amino acid residue of R 2 in the case where n is 2 has an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the terminal amino group of the side chain, and the amino residue and R 1 Is an amino acid residue having a peptide bond,
R 3 is a direct bond or an amino acid residue;
Each amino acid residue of R 1 or R 3 is one amino acid residue, or an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded. )
A biotin compound represented by
前記R又はRのアミノ酸残基が、グリシン残基及びロイシン残基からなる群より選択される少なくとも1つを含む、請求項1に記載のビオチン化合物。It said amino acid residues of R 1 or R 3 comprises at least one selected from the group consisting of glycine and leucine residue, a biotin compound as claimed in claim 1. 前記Rのアミノ酸残基が、リジン残基である請求項1又は2に記載のビオチン化合物。The biotin compound according to claim 1 or 2, wherein the amino acid residue of R 2 is a lysine residue. 前記Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、又はRのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である、請求項1〜3の何れか1項に記載のビオチン化合物。The R 1 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded, or the R 3 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded The biotin compound according to any one of claims 1 to 3, which is a group. 下記式(2)
Figure 2013084526
(式中、
nは、1又は2であり、
Xは、O又はNHであり、前記nが2である場合のXは、同一であっても異なっていてもよく、
は、直接結合またはアミノ酸残基であり、前記nが2である場合のRのアミノ酸残基は、同一であっても異なっていてもよく
は、前記nが1の場合、直接結合であり、前記nが2の場合のRのアミノ酸残基は、側鎖の末端のアミノ基から1つの水素原子が除かれたアミノ残基を有し、且つ該アミノ残基とRのカルボン酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基であり、
は、直接結合又はアミノ酸残基であり、
又はRのアミノ酸残基は、それぞれ1個のアミノ酸残基であるか、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である。)で表わされる請求項1〜4の何れか1項に記載のビオチン化合物。
Following formula (2)
Figure 2013084526
(Where
n is 1 or 2,
X is O or NH, and when n is 2, X may be the same or different;
R 1 is a direct bond or an amino acid residue, and when n is 2, the amino acid residue of R 1 may be the same or different. R 2 is when n is 1, In the case where n is 2 and the amino acid residue of R 2 is a direct bond, the amino acid residue of R 2 has an amino residue obtained by removing one hydrogen atom from the terminal amino group of the side chain, and the amino residue and R 1 carboxylic acid residue is an amino acid residue having a peptide bond,
R 4 is a direct bond or an amino acid residue;
Each amino acid residue of R 1 or R 4 is one amino acid residue, or an amino acid residue in which two or more amino acid residues are peptide-bonded. The biotin compound according to any one of claims 1 to 4, which is represented by:
前記R又はRのアミノ酸残基が、グリシン残基を少なくとも1つ含む、請求項5に記載のビオチン化合物。The biotin compound according to claim 5, wherein the amino acid residue of R 1 or R 4 includes at least one glycine residue. 前記Rのアミノ酸残基が、リジン残基である請求項5又は6に記載のビオチン化合物。It said amino acid residue of R 2 is, biotin compound as claimed in claim 5 or 6 lysine residues. 前記Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、又はRのアミノ酸残基が、5個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である、請求項5〜7の何れか1項に記載のビオチン化合物。The amino acid residue of R 1 is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded, or the amino acid residue of R 4 is an amino acid residue in which 5 or less amino acid residues are peptide-bonded The biotin compound according to any one of claims 5 to 7, which is a group. 下記式(3)
Figure 2013084526
(式中、
Xは同一又は異なってO又はNHであり、
、及びRは、それぞれ、同一又は異なって直接結合又はアミノ酸残基であり、
、及びRのアミノ酸残基は、それぞれ1個、又は2個以上のアミノ酸残基がペプチド結合したアミノ酸残基である。)
で表わされる請求項1〜8の何れか1項に記載のビオチン化合物。
Following formula (3)
Figure 2013084526
(Where
X is the same or different and is O or NH;
R 5 , R 6 , and R 7 are the same or different and each is a direct bond or an amino acid residue;
The amino acid residues of R 5 , R 6 , and R 7 are each an amino acid residue in which one or two or more amino acid residues are peptide-bonded. )
The biotin compound of any one of Claims 1-8 represented by these.
前記R、R、又はRのアミノ酸残基がグリシン残基を少なくとも1つ含む、請求項9に記載のビオチン化合物。The biotin compound according to claim 9, wherein the amino acid residue of R 5 , R 6 , or R 7 contains at least one glycine residue. 前記Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、Rのアミノ酸残基が、6個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基、又はRのアミノ酸残基が、5個以下のアミノ酸残基がペプチド結合しているアミノ酸残基である、請求項9又は10に記載のビオチン化合物。The R 5 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded, and the R 6 amino acid residue is an amino acid residue in which 6 or less amino acid residues are peptide-bonded The biotin compound according to claim 9 or 10, wherein the amino acid residue of R 7 is an amino acid residue in which 5 or less amino acid residues are peptide-bonded. 下記式(4)
Figure 2013084526
で表わされる、請求項1に記載のビオチン化合物。
Following formula (4)
Figure 2013084526
The biotin compound of Claim 1 represented by these.
下記式(5)
Figure 2013084526
で表わされる請求項5に記載のビオチン化合物。
Following formula (5)
Figure 2013084526
The biotin compound of Claim 5 represented by these.
下記式(6)
Figure 2013084526
で表わされる請求項9に記載のビオチン化合物。
Following formula (6)
Figure 2013084526
The biotin compound of Claim 9 represented by these.
請求項1〜14の何れか1項に記載のビオチン化合物を含む、タンパク質又はペプチドに対するビオチン標識化剤。 The biotin labeling agent with respect to protein or a peptide containing the biotin compound of any one of Claims 1-14. 前記タンパク質又はペプチドが、配列番号1〜4の何れかに示されるアミノ酸配列を1つ以上含む、請求項15に記載のビオチン標識化剤。 The biotin labeling agent according to claim 15, wherein the protein or peptide comprises one or more amino acid sequences represented by any of SEQ ID NOs: 1 to 4. 請求項15又は16に記載のビオチン標識化剤と、トランスグルタミナーゼを含む、タンパク質又はペプチドのビオチン標識化キット。 A biotin labeling kit for a protein or peptide comprising the biotin labeling agent according to claim 15 or 16 and transglutaminase. 前記トランスグルタミナーゼが微生物由来トランスグルタミナーゼである、請求項17に記載のビオチン標識化キット。 The biotin labeling kit according to claim 17, wherein the transglutaminase is a microorganism-derived transglutaminase. 以下の工程1〜3を含む、タンパク質又はペプチドのビオチン標識化方法;
(1)請求項1〜14の何れか1項に記載のビオチン化合物と前記タンパク質又はペプチドを、トランスグルタミナーゼの存在下で混合する工程1、
(2)工程1の混合物を、トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程2、
(3)工程2の後、前記混合物からビオチン標識化タンパク質又はビオチン標識化ペプチドを回収する工程3。
A protein or peptide biotin labeling method comprising the following steps 1 to 3;
(1) Step 1 of mixing the biotin compound according to any one of claims 1 to 14 with the protein or peptide in the presence of transglutaminase,
(2) Step 2 where the mixture of Step 1 is subjected to transglutaminase optimal activity conditions,
(3) Step 3 of recovering biotin-labeled protein or biotin-labeled peptide from the mixture after Step 2.
前記タンパク質又はペプチドが、配列番号1〜4の何れかに示されるアミノ酸配列を1つ以上含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。 The method according to claim 19, wherein the protein or peptide comprises one or more amino acid sequences represented by any of SEQ ID NOs: 1 to 4. 前記トランスグルタミナーゼが微生物由来トランスグルタミナーゼである、請求項19又は20に記載の方法。 The method according to claim 19 or 20, wherein the transglutaminase is a microorganism-derived transglutaminase. 配列番号1〜4の何れかに示されるアミノ酸配列の1つ以上が挿入又は置換されたタンパク質又はペプチド集合体。 A protein or peptide aggregate into which one or more of the amino acid sequences shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 4 are inserted or substituted. 配列番号8〜13の何れかに示されるアミノ酸配列を含む請求項22に記載のタンパク質又はペプチド集合体。 The protein or peptide assembly according to claim 22, comprising the amino acid sequence represented by any of SEQ ID NOs: 8 to 13. 以下の、工程1〜3を含む、タンパク質又はペプチド集合体の製造方法;
(1)請求項22又は23に示すタンパク質又はペプチド変異体、請求項1〜14の何れか1項に記載のビオチン化合物、アビジン化合物、及びトランスグルタミナーゼを混合する工程1、
(2)工程1の混合物を、前記トランスグルタミナーゼの至適活性条件下におく工程2、
(3)工程2の後、前記混合物からタンパク質又はペプチド集合体を回収する工程3。
The following method for producing a protein or peptide aggregate, comprising steps 1 to 3;
(1) Step 1 of mixing the protein or peptide variant according to claim 22 or 23, the biotin compound according to any one of claims 1 to 14, the avidin compound, and transglutaminase,
(2) Step 2 where the mixture of Step 1 is subjected to the optimal activity condition of the transglutaminase,
(3) Step 3 of recovering a protein or peptide aggregate from the mixture after Step 2.
前記トランスグルタミナーゼが、微生物由来トランスグルタミナーゼである、請求項24に記載の方法。 The method according to claim 24, wherein the transglutaminase is a microorganism-derived transglutaminase. 請求項24又は25に記載の方法によって得られるタンパク質又はペプチド集合体。 A protein or peptide aggregate obtained by the method according to claim 24 or 25.
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