JPWO2016163337A1 - 極性溶媒溶液及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)粘度: 京都電子工業株式会社製のEMS粘度計(EMS−01S)を使用して測定した。
(2)相対湿度:実験環境の温度と露点温度を測定し、公知の計算式にて算出した。
(3)ドープ液中の水分率:京都電子工業株式会社製のハイブリッドカールフィッシャー水分計(MKH−700)を使用して測定した。
1.クモ糸タンパク質の準備
<遺伝子合成>
(1)ADF3Kaiの遺伝子の合成
ニワオニグモの2つの主要なしおり糸タンパク質の一つであるADF3(GI:1263287)の部分的なアミノ酸配列をNCBIのウェブデータベースより取得し、同配列のN末端に開始コドン、His10タグ及びHRV3Cプロテアーゼ(Human rhinovirus3Cプロテアーゼ)認識サイトからなるアミノ酸配列(配列番号4)を付加したアミノ酸配列(配列番号2)をコードする遺伝子を、GenScript社に合成委託した。その結果、配列番号5で示す塩基配列からなるADF3Kaiの遺伝子が導入されたpUC57ベクター(遺伝子の5’末端直上流にNde Iサイト、及び5’末端直下流にXba Iサイトあり)を取得した。その後、同遺伝子をNde I及びEcoR Iで制限酵素処理し、pET22b(+)発現ベクターに組み換えた。
ADF3Kaiを鋳型にT7プロモータープライマー(配列番号8)とRep Xba Iプライマー(配列番号9)を用いてPCR反応を行い、ADF3Kaiの遺伝子配列における5’側半分の配列(以下、配列Aと記す。)を増幅し、同断片をMighty Cloning Kit(タカラバイオ株式会社製)を使用して、予めNde I及びXba Iで制限酵素処理をしておいたpUC118ベクターに組み換えた。同様に、ADF3Kaiを鋳型にXba I Repプライマー(配列番号10)とT7ターミネータープライマー(配列番号11)を用いてPCR反応を行い、ADF3Kaiの遺伝子配列における3’側半分の配列(以下、配列Bと記す。)を増幅し、同断片をMighty Cloning Kit(タカラバイオ株式会社製)を使用して、予めXba I、EcoR Iで制限酵素処理をしておいたpUC118ベクターに組み換えた。配列Aの導入されたpUC118ベクターをNde I、Xba Iで、配列Bの導入されたpUC118ベクターをXba I、EcoR Iでそれぞれ制限酵素処理し、ゲルの切り出しによって配列A及び配列Bの目的DNA断片を精製した。DNA断片A、B及び予めNde I及びEcoR Iで制限酵素処理をしておいたpET22b(+)をライゲーション反応させ、大腸菌DH5αに形質転換した。T7プロモータープライマー及びT7ターミネータープライマーを用いたコロニーPCRにより、目的DNA断片の挿入を確認した後、目的サイズ(3.6 kbp)のバンドが得られたコロニーからプラスミドを抽出し、3130xl Genetic Analyzer(Applied Biosystems)を用いたシーケンス反応により全塩基配列を確認した。その結果、配列番号6に示すADF3Kai−Largeの遺伝子の構築が確認された。なお、ADF3Kai−Largeのアミノ酸配列は配列番号3で示すとおりである。
前記で得られたADF3Kai−Largeの遺伝子が導入されたpET22b(+)ベクターを鋳型に、PrimeStar Mutagenesis Basal Kit(タカラバイオ株式会社製)を用いた部位特異的変異導入により、ADF3Kai−Largeのアミノ酸配列(配列番号3)における1155番目のアミノ酸残基グリシン(Gly)に対応するコドンGGCを終止コドンTAAに変異させ、配列番号7に示すADF3Kai−Large−NRSH1の遺伝子をpET22b(+)上に構築した。変異の導入の正確性については、3130xl Genetic Analyzer(Applied Biosystems)を用いたシーケンス反応により確認した。なお、ADF3Kai−Large−NRSH1のアミノ酸配列は配列番号1で示すとおりである。
前記で得られたADF3Kai−Large−NRSH1の遺伝子配列を含むpET22b(+)発現ベクターを、大腸菌Rosetta(DE3)に形質転換した。得られたシングルコロニーを、アンピシリンを含む2mlのLB培地で15時間培養後、同培養液1.4mlを、アンピシリンを含む140mlのLB培地に添加し、37℃、200rpmの条件下で、培養液のOD600が3.5になるまで培養した。次に、OD600が3.5の培養液を、アンピシリンを含む7Lの2×YT培地に50%グルコース140mlと共に加え、OD600が4.0になるまで更に培養した。その後、得られたOD600が4.0の培養液に、終濃度が0.5mMになるようにイソプロピル−β−チオガラクトピラノシド(IPTG)を添加してタンパク質発現を誘導した。IPTG添加後2時間経過した時点で、培養液を遠心分離し、菌体を回収した。IPTG添加前とIPTG添加後の培養液から調製したタンパク質溶液をポリアクリルアミドゲルに泳動させたところ、IPTG添加に依存して目的サイズ(約101.1kDa)のバンドが観察され、目的とするタンパク質が発現していることを確認した。
(1)遠沈管(1000ml)にADF3Kai−Large−NRSH1のタンパク質を発現している大腸菌の菌体約50gと、緩衝液AI(20mM Tris−HCl、pH7.4)300mlを添加し、ミキサー(IKA社製「T18ベーシック ウルトラタラックス」、レベル2)で菌体を分散させた後、遠心分離機(クボタ製の「Model 7000」)で遠心分離(11,000g、10分、室温)し、上清を捨てた。
(2)遠心分離で得られた沈殿物(菌体)に緩衝液AIを300mlと、0.1MのPMSF(イソプロパノールで溶解)を3ml添加し、前記IKA社製のミキサー(レベル2)で3分間分散させた。その後、高圧ホモジナイザー(GEA Niro Saovi社製の「Panda Plus 2000」)を用いて菌体を繰り返し3回破砕した。
(3)破砕された菌体に、3w/v%のSDSを含む緩衝液B(50mM TrisーHCL、100mM NaCl、pH7.0)300mlを加え、前記IKA社製のミキサー(レベル2)で良く分散させた後、シェイカー(タイテック社製、200rpm、37℃)で60分間攪拌した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離(11,000g、30分、室温)し、上清を捨て、SDS洗浄顆粒(沈殿物)を得た。
(4)SDS洗浄顆粒を100mg/mlの濃度になるよう1Mの塩化リチウムを含むDMSO溶液で懸濁し、80℃で1時間熱処理した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離(11,000g、30分、室温)し、上清を回収した。
(5)回収した上清に対して3倍量のエタノールを準備し、エタノールに回収した上清を加え、室温で1時間静置した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離(11,000g、30分、室温)し、凝集タンパク質を回収した。次に純水を用いて凝集タンパク質を洗浄し、遠心分離により凝集タンパク質を回収するという工程を3回繰り返した後、凍結乾燥機で水分を除き、凍結乾燥粉末を回収した。得られた凍結乾燥粉末における目的タンパク質ADF3Kai−Large−NRSH1(約56.1kDa)の精製度は、粉末のポリアクリルアミドゲル電気泳動(CBB染色)の結果をTotallab(nonlinear dynamics ltd.)を用いて画像解析することにより確認した。その結果、ADF3Kai−Large−NRSH1の精製度は約85%であった。
前記で得られたクモ糸タンパク質(粉体)を真空乾燥(絶乾)した後、この絶乾状態のクモ糸タンパク質を、予め所定量ずつ準備しておいた4つのDMSO溶媒に、それぞれ濃度15質量%の割合で溶かす一方、それら4つのクモ糸タンパク質が溶解したDMSO溶媒に、下記表1に示すように、LiCl(無機塩)を濃度4.0w/v%(質量/体積%)となるように溶かすと共に、純水を互いに異なる量で添加(1つにはLiClのみを溶かして純水は添加しなかった)して、LiClを含有しかつ水分含有量(添加量)が互いに異なる4種類のドープ液(実施例1〜4)を作製した。なお、ここでいうLiCl濃度4.0w/v%とは、溶液100mL中にLiClが4g含まれていることを意味する。また、それら実施例1〜4のドープ液とは別に、前記で得られた絶乾状態のクモ糸タンパク質(粉体)を、予め所定量ずつ準備しておいた4つのDMSO溶媒に、それぞれ濃度15質量%の割合で溶かす一方、それら4つのクモ糸タンパク質が溶解したDMSO溶媒のうちの3つに、下記表1に示すように純水のみを互いに異なる量で添加して、LiClを含有せずに水分含有量(添加量)が互いに異なる3種類のドープ液(比較例2〜4)と水分もLiClも含有しないドープ液(比較例1)を作製した。なお、それら実施例1〜4及び比較例1〜4の8種類のドープ液を作製する際には、シェイカーを使用して、クモ糸タンパク質を5時間掛けてDMSO溶媒に溶解させた後、ゴミと泡を取り除いた。この処理はすべて相対湿度1.3%RH以下のドライルームで行った。保存も相対湿度1.3%RH以下のドライルームで行った。そして、それら実施例1〜4のドープ液と比較例1〜4のドープ液のそれぞれの粘度を、温度25℃、で測定した。それらの結果を下記表1と図1に示した。
この実験は、水分の有無及びLiCl含有量の違いと粘度との関係を調べた。前述のようにして得られた絶乾状態のクモ糸タンパク質(粉体)を、予め所定量ずつ準備しておいた3つのDMSO溶媒に濃度15質量%の割合で溶かす一方、それら3つのクモ糸タンパク質を溶解したDMSO溶媒に、下記表2に示すようにLiCl(無機塩)を添加して、水分含有量がゼロでかつLiCl含有量が互いに異なる3種類のドープ液(実施例5〜7)を作製した。それら3種類のドープ液(実施例5〜7)の作製は、相対湿度1.3%RH以下のドライルームで行った。保存も相対湿度1.3%RH以下のドライルームで行った。また、それらとは別に、前述のようにして得られた絶乾状態のクモ糸タンパク質(粉体)を、予め所定量ずつ準備しておいた3つのDMSO溶媒に濃度15質量%の割合で溶かす一方、それら3つのクモ糸タンパク質を溶解したDMSO溶媒に、下記表2に示すように水分とLiCl(無機塩)を添加して、水分含有量が3質量%でかつLiCl含有量が互いに異なる3種類のドープ液(比較例5、実施例8及び9)を製造した。その後、作製された実施例5〜9と比較例5の6種類のドープ液のそれぞれの粘度を、温度25℃で測定した。それらの結果を下記表2と図2に示した。
この実験は、ドープ液のH2O/LiClのモル比と粘度の関係を温度別に調べた。前述のようにして得られた実施例8及び9と比較例5の3種類のドープ液を用い、それら3種類のドープ液の粘度を25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃の温度でそれぞれ測定した。結果は図3に示すとおりである。
この実験は、ドープ液のH2O/CaCl2のモル比と粘度の関係を温度別に調べた。LiClの代わりにCaCl2を無機塩として用いる以外は、前記実施例8、9、及び比較例5の3種類のドープ液を作製する際と同様な方法により3種類のドープ液(実施例10、比較例6、比較例7)を作製し、その後、3.0質量%の水分と1.0w/v%のCaCl2を含むドープ液(比較例6)と、3.0質量%の水分と4.0w/v%のCaCl2を含むドープ液(比較例7)と、3.0質量%の水分と8.0w/v%のCaCl2を含むドープ液(実施例10)の3種類のドープ液の粘度を25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃の温度でそれぞれ測定した。結果は図4に示すとおりである。比較例6、比較例7及び実施例10のドープ液のH2O/CaCl2のモル比を下記表3に示した。
配列番号5〜7 塩基配列
配列番号8〜11 プライマーシーケンス
Claims (17)
- ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液であって、
前記溶液中に無機塩が添加され、かつ前記溶液中の水分と無機塩のモル比の値が2.5×m×n(mは無機塩を形成する陽イオンの数であり、nは該陽イオンの電荷数である。)以下であることを特徴とする極性溶媒溶液。 - 前記ポリアミノ酸が、ポリペプチドである請求項1に記載の極性溶媒溶液。
- 前記溶液を100質量%としたときの前記溶液中の水分含有量が0.6質量%以上、9.1質量%以下である請求項1又は2に記載の極性溶媒溶液。
- 前記極性溶媒は、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)及びN−メチル−2−ピロリドン(NMP)からなる群から選ばれる少なくとも一つを含むものである請求項1〜3の何れか1項に記載の極性溶媒溶液。
- 前記ポリペプチドは、構造タンパク質である請求項2〜4の何れか1項に記載の極性溶媒溶液。
- 前記構造タンパク質は、結晶領域を含むものである請求項5に記載の極性溶媒溶液。
- 前記ポリペプチドは、クモ糸タンパク質である請求項2〜6の何れか1項に記載の極性溶媒溶液。
- 前記無機塩は、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属硝酸塩及びチオシアン酸塩から選ばれる少なくとも一つである請求項1〜7の何れか1項に記載の極性溶媒溶液。
- 前記溶液を100体積%としたときの前記溶液中の前記無機塩含有量が1w/v%以上、15w/v%以下である請求項1〜8の何れか1項に記載の極性溶媒溶液。
- ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液の製造方法であって、
前記溶液中に無機塩を添加し、かつ前記溶液中の水分の含有量と前記無機塩の含有量のうちの少なくとも何れか一方を変えることにより、前記溶液の粘度を調節することを特徴とする極性溶媒溶液の製造方法。 - ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液の製造方法であって、
前記溶液中に無機塩を添加し、かつ前記溶液中の水分の含有量を減らすことにより、前記溶液の粘度を増加させることを特徴とする極性溶媒溶液の製造方法。 - 前記ポリアミノ酸は、ポリペプチドである請求項10又は11に記載の極性溶媒の製造方法。
- 前記溶液中の水分と無機塩のモル比の値が2.5×m×n(mは無機塩を形成する陽イオンの数であり、nは該陽イオンの電荷数である。)以下となるようにした請求項10〜12の何れか1項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
- 前記溶液を100質量%としたときの前記溶液中の水分含有量を0.6質量%以上、9.1質量%以下とするようにした請求項10〜13の何れか1項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
- 前記ポリアミノ酸を含む溶質を乾燥させた後、前記極性溶媒に溶解させることによって、前記溶液中の水分含有量を変えるようにした請求項10〜14の何れか1項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
- 前記溶液の製造及び/又は貯蔵の際に雰囲気の相対湿度を調整することによって、前記溶液中の水分含有量を変えるようにした請求項10〜15の何れか1項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
- 前記溶液の製造及び貯蔵の際に雰囲気の相対湿度を1.3%RH以下に調整する請求項16に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
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