KR100825290B1 - System of Biomolecular Fluorescence Complementation Containing a Cell Inserted a Part of Fluorescence Protein Gene In Chromosome and Methods of Biomolecular Fluorescence Complementation By Using It - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포내 단백질 상호작용의 실시간 분석을 위한 이분자 형광 상보(bimolecular fluorescence complementation) 기법 및 이를 적용하기 위한 플라스미드 벡터에 관한 것이다. 본 발명의 이분자 형광 상보 기법은 기존의 세포외 분석 혹은 인위적인 단백질 발현을 통한 단백질 상호작용 분석 방법과 달리, 세포내에서 자신의 고유한 프로모터로부터 자연 상태로 발현되는 단백질들 간에 일어나는 상호작용을 실시간으로 분석할 수 있을 뿐만 아니라 단백질 상호작용이 일어나는 세포내 위치까지 분석할 수 있다는 장점이 있다.The present invention relates to a bimolecular fluorescence complementation technique for real-time analysis of intracellular protein interactions and a plasmid vector for applying the same. Unlike the conventional extracellular analysis or protein interaction analysis method through artificial protein expression, the bimolecular fluorescence complementation technique of the present invention provides a real-time interaction between the proteins expressed in their natural state from their own promoters in the cell in real time. Not only can it be analyzed, it can also analyze the intracellular locations where protein interactions occur.

효모, 이분자 형광 상보 기법, 형광단백질, 단백질 상호작용, 세포내 위치Yeast, Bimolecular Fluorescence Complementary Technique, Fluorescent Protein, Protein Interaction, Intracellular Location

Description

염색체내 형광단백질 유전자 일부가 삽입된 세포를 포함하는 이분자 형광 상보 시스템 및 이를 이용한 이분자 형광 상보 기법{System of Biomolecular Fluorescence Complementation Containing a Cell Inserted a Part of Fluorescence Protein Gene In Chromosome and Methods of Biomolecular Fluorescence Complementation By Using It}System of Biomolecular Fluorescence Complementation Containing a Cell Inserted a Part of Fluorescence Protein Gene In Chromosome and Methods of Biomolecular Fluorescence Complementation By Using It}

도 1은 이분자 형광 상보 기법의 모식도; 1 is a schematic diagram of a bimolecular fluorescence complementary technique;

도 2는 본 발명의 형광단백질 절편 제작과 형광단백질 절편 부착용 벡터의 제작 과정; 2 is a process for preparing a fluorescent protein fragment of the present invention and a vector for attaching the fluorescent protein fragment;

도 3은 본 발명의 pFA6a-VN173-HIS3MX6 벡터의 유전자 지도; 3 is a genetic map of the pFA6a-VN173-HIS3MX6 vector of the present invention;

도 4은 본 발명의 pFA6a-VC155-HIS3MX6 벡터의 유전자 지도; 4 is a genetic map of the pFA6a-VC155-HIS3MX6 vector of the present invention;

도 5는 형광단백질 절편을 특정 유전자 말단에 부착시키는 과정; 5 is a process for attaching a fluorescent protein fragment to a specific gene terminus;

도 6는 이분자 형광 상보 기법을 이용하여 세포내 단백질의 상호작용과 작용 위치를 실시간으로 분석한 결과이다. 6 is a result of real-time analysis of the interaction and location of the protein within the cell using a bi-molecule fluorescence complementary technique.

본 발명은 세포에서 단백질 상호작용을 실시간으로 분석하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이분자 형광 상보(bimolecular fluorescence complementation) 기법을 이용하여 세포내 단백질 상호작용을 분석하는 시스템의 개발과 분석 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for analyzing protein interactions in a cell in real time, and more particularly, to the development and analysis of a system for analyzing intracellular protein interactions using a bimolecular fluorescence complementation technique. will be.

세포내에서 일어나는 모든 현상들은 단백질들에 의해 일어나는데, 이 때 단백질들은 주로 복합체(complex)를 이루어 기능을 하게 되며 또한 복합체를 구성하는 단백질의 조합을 바꾸어가면서 세포내에서 한 단백질은 여러 가지 역할을 수행할 수 있게 된다. 따라서 세포를 비롯한 생명체에 대한 연구를 하기 위해서는 단백질 상호작용(protein-protein interaction)분석이 필수적이라 할 수 있으며, 최근에 이에 대한 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다.All the phenomena happening in the cell are caused by proteins, in which the proteins function mainly as complexes, and one protein in the cell plays several roles by changing the combination of proteins that make up the complex. You can do it. Therefore, in order to study cells and other organisms, analysis of protein-protein interaction (protein-protein interaction) can be said to be indispensable.

단백질 상호작용의 이해에 대한 중요도가 증가함에 따라 이를 분석하기 위한 실험적 기법들도 이와 함께 개발이 되었다. 현재까지 개발된 단백질 상호작용 분석 방법을 간단히 살펴보면, 일단 실험실에서 일반적으로 단백질 상호작용을 알아보기 위해 수행하는 실험으로 면역침강법(immunoprecipitation)을 들 수 있다. 생체내에서 단백질은 다른 단백질과 결합을 통해 기능을 수행하기 때문에 특정 단백질을 정제하면 그와 결합하는 다른 단백질들도 같이 정제가 된다. X와 결합하는 다른 단백질을 Y라 하면 X에 대한 항체를 넣어주었을 때 X/Y/X-항체의 복합침전물을 얻을 수 있는데 이 침전물을 전기영동 분석한 후 Y를 검출하면 X와 Y의 상호작용을 생화학적으로 분석할 수 있다. 요즘은 면역침강법을 통해 같이 정제된 미지의 단백질을 질량 분석 기법을 이용하여 단백질 상호작용을 분석하는 방법이 많이 사용되고 있다. 근래 들어서 질량 분석 기술의 급격한 발전으로 극소량(100 fmol 이하 수준)의 단백질만으로도 단백질 확인이 가능해졌고, 이러한 기법을 이용하여 최근에는 개체 수준에서의 단백질 상호작용 분석이 이루어지고 있다. 그 예로 Gavin 등(Gavin et al., Nature 2002, 415:141-147)과 Ho 등(Ho et al., Nature 415:180-183)은 수백 개의 효모 단백질에 친화 표지(affinity tag)를 부착하고 같이 면역침강되는 단백질들을 질량 분석기로 동정했었고, 최근에는 전체 6000여개 효모 단백질 중 4000여개 단백질의 상호작용을 분석해냈다(Gavin et al., Nature 2006, 440:631-636; Krogan et al., Nature 2006, 440:637-643). As the importance of understanding protein interactions increases, experimental techniques for analyzing them have also been developed. A brief review of the protein interaction analysis methods developed to date includes immunoprecipitation as an experiment that is generally performed in the laboratory to examine protein interactions. Proteins in vivo perform their functions by binding to other proteins, so when one protein is purified, other proteins that bind to it are also purified. If Y is the other protein that binds X, then a compound precipitate of X / Y / X-antibody can be obtained when the antibody against X is added. If Y is detected after electrophoresis analysis of this precipitate, X-Y interaction Can be analyzed biochemically. Nowadays, a lot of methods for analyzing protein interactions using mass spectrometry on unknown proteins purified through immunoprecipitation are used. In recent years, rapid advances in mass spectrometry have made it possible to identify proteins with only a small amount of protein (up to 100 fmol or less). Recently, protein interaction analysis has been performed at the individual level. For example, Gavin et al . (Gavin et al ., Nature 2002, 415: 141-147) and Ho et al . (Ho et al ., Nature 415: 180-183) attach an affinity tag to hundreds of yeast proteins. The immunoprecipitated proteins were identified by mass spectrometry and recently analyzed the interaction of over 4000 proteins out of a total of 6000 yeast proteins (Gavin et al ., Nature 2006, 440: 631-636; Krogan et al ., Nature 2006, 440: 637-643).

Zhu와 Snyder(Zhu & Snyder, Curr. Opin. Chem. Biol. 2003 7:55-63)는 단백질 칩이 단백질 상호작용 분석에 큰 도움을 줄 수 있음을 보고하였다. 단백질 칩은 슬라이드글라스에 단백질을 고정화시킨 후 광학 형상 분석, 질량 분석, 형광 분석, 전기화학적 분석 등을 통해 단백질 상호작용을 분석할 수 있다. 특히 이온강도나 pH 등의 다양한 조건에서 단백질간의 결합친화력 측정이 가능하므로 여러 매개변수 변화에 따른 상호작용의 변화 등 상호작용 기전을 이해하는데 필수적 기술로 인정되고 있다. Ptacek 등(Ptacek et al., Nature 2005, 438:679-684)은 출아 효모인 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)에서 단백질 칩을 이용하여 전체 단백질에 대한 단백질 상호작용을 보고하였다. Zhu and Snyder (Zhu & Snyder, Curr. Opin. Chem. Biol. 2003 7: 55-63) reported that protein chips can be of great help in analyzing protein interactions. After the protein chip is immobilized on the slide glass, the protein interaction can be analyzed through optical shape analysis, mass spectrometry, fluorescence analysis, and electrochemical analysis. In particular, since binding affinity between proteins can be measured under various conditions such as ionic strength and pH, it is recognized as an essential technique for understanding interaction mechanisms such as changes in interactions due to various parameter changes. Ptacek et al ., Nature 2005, 438: 679-684, reported protein interactions on whole proteins using protein chips in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae .

하지만 상기의 단백질 상호작용 분석 방법은 모두 생체외 조건에서 실험을 하기 때문에 실제 생체내 상호작용과 상이한 경우가 많을 뿐만 아니라, 면역 침강법의 경우에는 단백질을 정제하는 과정에서 손실이 일어날 가능성이 많기 때문에 아주 강한 결합의 단백질 상호작용이 아니면 탐지하기 어려우며, 단백질 칩은 한 번에 다양한 단백질 상호작용의 분석이 용이하다는 장점에도 불구하고 양성 오류(false positive) 결과를 많이 보이는 단점이 있다. 이러한 생체외 조건 실험의 한계를 극복하고 보다 정확한 생체내 단백질 상호작용 분석을 위해 여러 가지 시스템이 개발되었다. However, all of the above-described methods for analyzing protein interactions are different from actual in vivo interactions because they are conducted under in vitro conditions, and in the case of immunoprecipitation, there is a high possibility of loss in the purification of proteins. It is difficult to detect without protein interactions with very strong binding, and protein chips have many false positive results despite the advantage of easy analysis of various protein interactions at once. Several systems have been developed to overcome the limitations of these in vitro experiments and to more accurately analyze protein interactions in vivo.

최근에 많이 사용되고 있는 방법인 효모 2-하이브리드 시스템(yeast two-hybrid system)은 단백질 상호작용을 세포외가 아닌 살아있는 효모 세포내에서 리포터 유전자의 전사 활성을 통해 분석할 수 있는 방법으로서 cDNA 라이브러리와 게놈 융합 라이브러리에서 단백질 상호작용을 탐색하는 방법으로 많이 이용되고 있다(MATCHMAKER Two-Hybrid System User Manual, Clontech). 효모 2-하이브리드 시스템은 단백질의 상호작용을 생체내에서 볼 수 있다는 장점이 있어 고등 동물의 세포 내에서 일어나는 단백질 상호작용을 연구하는 데에도 크게 기여하고 있다. GAL4를 이용한 효모-2 하이브리드의 경우에는 효모의 GAL4 전사 인자의 DNA 결합 영역과 전사 활성 영역을 분리하여 발현되도록 하고 리포터 유전자(예: lacZ) 프로모터의 상부에 GAL4 상부 활성 서열(upstream activating sequence)이 존재하도록 제작된 시스템이 많이 사용되고 있다. 상기 시스템을 이용하여 상호작용하는 두 단백질을 각각 GAL4의 DNA 결합 영역 및 전사 활성 영역과 함께 발현시키게 되면 GAL4의 DNA 결합 영역과 하나의 형태로 발현된 단백질은 GAL4 상부 활성 서열에 결합하는 동시에 GAL4 전사 활성 영역과 함께 발현된 단백질과 결합하게 되며, 이 GAL4 전사 활성 영역은 RNA 중합효소 II와 상호작용하여 최종적으로 리포터 유전자인 lacZ를 발현시키게 된다. 하지만 효모 2-하이브리드 시스템은 전사 인자들의 상보적 결합에 의한 시스템이기 때문에 핵 내부에 존재하는 단백질 상호작용 분석에는 유용하지만 핵 외부에 존재하는 단백질 상호작용 분석시에는 양성 오류 결과를 많이 보이는 단점이 있다. The yeast two-hybrid system, a recently used method, is a method that can analyze protein interactions through transcriptional activity of reporter genes in living yeast cells rather than extracellularly. It is widely used as a way to explore protein interactions in libraries (MATCHMAKER Two-Hybrid System User Manual, Clontech). The yeast two-hybrid system has the advantage of being able to see protein interactions in vivo, contributing to the study of protein interactions in cells of higher animals. In case of yeast-2 hybrid using GAL4, DNA binding region and transcriptional activation region of GAL4 transcription factor of yeast are separated and expressed, and GAL4 upstream activating sequence is located on the reporter gene (e.g. lacZ ) promoter. Many systems are built to exist. When the two proteins interacting with the system are expressed together with the DNA binding region and the transcriptional active region of GAL4, respectively, the protein expressed in one form with the DNA binding region of GAL4 binds to the GAL4 upper active sequence and simultaneously GAL4 transcription. The GAL4 transcriptional active region interacts with the expressed protein along with the active region, and finally interacts with RNA polymerase II to express the reporter gene lacZ . However, the yeast 2-hybrid system is useful for analyzing protein interactions inside the nucleus because it is a system of complementary binding of transcription factors. However, the yeast 2-hybrid system shows a positive error result when analyzing protein interactions outside the nucleus. .

Miyawaki 등(Miyawaki et al., Nature, 1997, 388:882-887)은 형광 공명에너지 전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 원리를 이용하여 칼모둘린(calmodulin)과 칼모둘린 결합 펩티드(calmodulin-binding peptide)간의 상호작용을 분석하면서, 새로운 개념의 단백질 상호작용 분석 시스템을 개발하였다. 형광단백질은 서로 다른 고유한 파장 영역의 빛을 흡수하여 흥분(excitation)되며, 그 에너지가 빛 혹은 열로 발산되고 나면 기저 상태로 회복되면서 형광단백질 마다 독특한 파장대의 빛을 발산(emission)하게 된다. 형광 공명에너지 전이 원리는 서로 다른 두 형광단백질이 10~100 Å 내에 있을 경우, 단파장 형광단백질이 흥분된 후 방출하는 빛이 장파장 형광단백질의 흥분을 유도하여 형광을 발산하는 현상이다. 즉 상호작용을 알아보고자 하는 두 단백질 뒤에 서로 다른 두 형광단백질을 각각 부착시킨 후, 단백질 상호작용에 의해 두 형광단백질이 10~100 Å 이내로 가까워졌을 때 일어나는 형광 공명에너지 전이 현상에 의한 형광을 탐지함으로써 단백질 상호작용을 분석할 수 있는 것이다. 예를 들면, 488 nm 파장의 빛으로 흥분되는 형광단백질은 520 nm 파장대의 형광을 발산하게 되며, 이는 다시 짝을 이룬 다른 형광단백질을 자극하는 파장으로 작용하게 되고 630 nm 파장대의 형광을 발산하게 된다. 따라서 488 nm로 흥분시키고 630 nm 파장대의 형광을 탐지함으로써 두 단백질의 상호작용을 분석할 수 있다. 이 시스템은 살아있는 세포내에서 단백질의 동적인 상호작용 분석이 가능한 장점이 있지만, 두 형광단백질의 거리가 매우 가까이 있어야만 탐지가 가능하고 미묘한 형광 파장의 변화를 감지하기 위해서는 단백질의 과량발현이 필요한 경우가 있으며 형광 공명에너지 전이 분석을 위해 고가의 장비가 필요한 단점이 있다. Miyawaki et al . (Miyawaki et al ., Nature , 1997, 388: 882-887) use calmodulin and calmodulin-binding peptides using the fluorescence resonance energy transfer (FRET) principle. By analyzing the interactions between binding peptides, a new concept of protein interaction analysis system was developed. Fluorescent proteins are excited by absorbing light in different unique wavelength ranges, and their energy is restored to the ground state after the energy is emitted by light or heat, and each fluorescent protein emits a unique wavelength band of light. The fluorescence resonance energy transfer principle is that when two different fluorescent proteins are within 10 to 100 Hz, the light emitted after excitation of the short wavelength fluorescent protein induces the excitation of the long wavelength fluorescent protein to emit fluorescence. That is, by attaching two different fluorescent proteins to each of the two proteins to examine the interaction, and then detecting the fluorescence due to the fluorescence resonance energy transfer phenomenon that occurs when the two proteins are within 10 to 100 에 by protein interaction. It is possible to analyze protein interactions. For example, a fluorescent protein excited by light of 488 nm wavelength emits fluorescence in the 520 nm wavelength range, which acts as a wavelength for stimulating another paired fluorescence protein and emits fluorescence in the 630 nm wavelength band. . Thus, the interaction between the two proteins can be analyzed by excitation at 488 nm and detection of fluorescence at the 630 nm wavelength. This system has the advantage of being able to analyze the dynamic interaction of proteins in living cells, but only when the distance between two fluoroproteins is very close to detect them, and overexpression of proteins is necessary to detect subtle changes in fluorescence wavelength. In addition, expensive equipment is required for fluorescence resonance energy transfer analysis.

Hu 등(Hu et al., Mol. Cell 2002, 9:789-798)은 고등 동물 세포에서 이분자 형광 상보 기법(bimolecular fluorescence complementation)을 이용한 단백질 상호작용 분석이 가능함을 보고하였다. 이분자 형광 상보 기법은 기존에 보고되었던 단백질 절편의 상보작용(protein fragment complementation)을 형광단백질에 적용시켜 형광단백질을 N 말단 및 C 말단 절편으로 나눈 후 상호작용을 알아보고자 하는 두 단백질과 함께 각각 발현되게 한 다음, 두 단백질이 상호작용을 하기 위해 가까워질 경우 형광단백질의 두 절편이 합쳐져 온전한 형광단백질이 형성될 때 나타나는 형광을 분석하는 방법이다(도 1). Hu 등은 상기 시스템을 이용하여 황색 형광단백질(yellow fluorescent protein)을 N 말단과 C 말단으로 나눈 후 각각을 전사 인자인 Fos와 Jun 단백질 뒤에 부착시킨 후 고등 동물 세포에서 발현되게 하여 두 전사 인자 사이에 단백질 상호작용이 이루어지고 있으며 그 결합에 ZIP 도메인이 중요한 역할을 함을 보고하였다. 또한 Hu 등(Hu & Kerppola, Nat. Biotechnol. 2003, 21:539-545)은 상기 시스템을 이용하여 고등 동물 세포에서 다양한 색의 형광단백질을 이용한 복합적인 단백질 상호작용 분석을 하였다. Bracha 등(Bracha et al., Plant J. 2004, 40:419-427)과 Walter 등(Walter et al., Plant J. 2004, 40:428-438)은 비슷한 시기에 고등 식물 세포에서도 이분자 형광 상보 기법이 적용될 수 있음을 보고하였으며, Hoff 등(Hoff et al., Curr. Genet. 2005, 47:132-138)은 사상균(filamentous fungus)의 일종인 아크레모니움 크리소게눔(Acremonium chrysogenum)에서도 이분자 형광 상보 기법이 적용될 수 있음을 보고하였다. 이 밖에도 최근에 이분자 형광 상보 기법을 이용한 단백질 상호작용 분석 결과들이 많이 보고 되고 있으며, 살아있는 세포내에서 단백질 상호작용의 분석과 상호작용의 세포내 위치 분석이 가능하다는 장점을 인정받고 있는 상황이다. Hu et al . ( Mol. Cell 2002, 9: 789-798) reported the possibility of protein interaction analysis using bimolecular fluorescence complementation in higher animal cells. The two-molecule fluorescence complementation technique applies a previously reported protein fragment complementation to a fluorescent protein, divides the fluorescent protein into N- and C-terminal fragments, and then expresses them together with the two proteins to be examined. Then, when two proteins are closer to each other for interaction, a method of analyzing the fluorescence that appears when two fragments of the fluorescent protein are combined to form an intact fluorescent protein ( FIG. 1 ). Hu et al. Divided the yellow fluorescent protein into the N- and C-terminals using the above system, and then attached them to the Fos and Jun proteins, which are transcription factors, to express them in higher animal cells. It has been reported that protein interactions are taking place and that the ZIP domain plays an important role in its binding. In addition, Hu et al. (Hu & Kerppola, Nat. Biotechnol. 2003, 21: 539-545) used the system to analyze complex protein interactions using fluorescent proteins of various colors in higher animal cells. Bracha et al . (Bracha et al ., Plant J. 2004, 40: 419-427) and Walter et al . (Walter et al ., Plant J. 2004, 40: 428-438) complied with bimolecular fluorescence in higher plant cells at similar times. Hoff et al . ( Curr. Genet. 2005, 47: 132-138) reported that the technique could be applied to the Acremonium chrysogenum , a kind of filamentous fungus. It has been reported that fluorescence complementation techniques can be applied. In addition, many recent results of protein interaction analysis using bi-molecule fluorescence complementation techniques have been reported, and the advantages of the analysis of protein interactions and the intracellular location of interactions in living cells are recognized.

그러나, 위에 언급된 이분자 형광 상보 시스템은 목표 단백질의 상호작용을 보기 위해 플라스미드에 단백질을 코딩하는 유전자 서열과 형광단백질의 절편을 코딩하는 서열을 클로닝한 다음 인위적으로 발현시키는 것이기 때문에 실제 세포내에서 일어나는 상황과는 다소 차이가 날 가능성이 있으며 세포내 단백질 상호작용을 자연 그대로 정확히 보여준다고 하기는 어렵다. 이에 본 발명의 목적은 이분자 형광 상보 시스템을 플라스미드가 아닌 염색체 상에서 구현하여 목표 단백질-형광단백질 절편이 세포내에서 자신의 고유한 프로모터로부터 발현되게 함으로써 세포내 단백질 상호작용을 자연 상태에서 실시간으로 관찰할 수 있는 시스템을 개발하는 것이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명자들은 효모 세포에서 PCR을 통해 형광단백질의 절편 유전자를 염색체상의 목표 단백질 유전자의 C 말단에 직접 부착하여 목표 단백질 고유의 프로모터를 통해 발현되게 할 수 있는 플라스미드 벡터를 개발하고, 이를 적용하여 살아있는 세포내에서 일어나는 단백질 상호작용의 실시간 분석이 가능함을 확인하였다.However, the bi-molecular fluorescence complementation system mentioned above actually occurs in cells because it clones the gene sequence encoding the protein and the sequence encoding the fragment of the fluorescent protein in the plasmid and then artificially expresses to see the interaction of the target protein. There is a possibility that it may be a little different from the situation, and it is difficult to say that the protein interactions in the cell are exactly as they are. Accordingly, an object of the present invention is to implement a two-molecule fluorescence complementary system on a chromosome rather than a plasmid so that the target protein-fluorescent protein fragment is expressed from its own promoter in the cell, thereby real-time monitoring of intracellular protein interactions in a natural state. Is to develop a system that can In order to achieve the object of the present invention, the present inventors have identified a plasmid vector which can be directly attached to the C terminus of a target protein gene on a chromosome by PCR in a yeast cell to be expressed through a promoter specific to the target protein. It was developed and applied to confirm that real-time analysis of protein interactions in living cells is possible.

본 발명의 목적은 이분자 형광 상보 기법을 이용하여 세포내 단백질 상호작용을 실시간으로 분석하기 위해 필요한 플라스미드 벡터를 제공하고, 이를 적용하여 세포내 단백질 상호작용을 실시간으로 분석하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a plasmid vector necessary for analyzing intracellular protein interactions in real time using a bimolecular fluorescence complementary technique, and to provide a method for analyzing intracellular protein interactions in real time by applying the same.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플라스미드에 있는 유전자가 아닌 염색체의 특정유전자들의 C-말단에 형광 단백질의 각각 일부를 포함하고 있는 인간을 제외한 이배체 세포를 제공한다. 상기 이배체(diploid; 2N) 세포는 두 개의 반수체(haploid; N) 재조합 세포의 교배에 의하여 형성되어진다. 하나의 반수체 재조합 세포내의 특정염색체의 특정유전자 A의 C-말단에는 형광단백질의 N-말단부 일부가 연결되어져 있으며, 다른 반수체 재조합 세포내의 특정염색체의 특정유전자 B의 C-말단에는 형광단백질 C-말단부 일부가 포함되어져 있다. 상기 반수체 세포의 특정유전자에 연결되어진 형광단백질의 일부만으로는 형광을 나타내지 못하지만, 반수체 세포의 교배로 만들어진 이배체 세포는 특정유전자 A 및 특정유전자 B가 발현되고 융합되어질 경우에는, 이들 단백질에 연결된 형광단백질의 각각 일부가 융합되어져 형광을 일으킨다(도 1 참조). 상기 형광단백질은 녹색형광단백질(Green Fluorescence Protein; GFP), 노랑형광단백질(Yellow Fluorescence Protein; YFP) 등이 사용될 수 있다. In order to achieve the above object, the present invention provides diploid cells other than humans, each of which contains a part of the fluorescent protein at the C-terminus of specific genes of the chromosome rather than the gene in the plasmid. The diploid (2N) cells are formed by the crossing of two haploid (N) recombinant cells. The C-terminus of the specific gene A of a specific chromosome in one haploid recombinant cell is linked to the N-terminal part of the fluorescent protein, and the C-terminus of the fluorescent gene C-terminus of the specific gene B of the specific chromosome in another haploid recombinant cell. Some are included. Although only a part of the fluorescent protein linked to the specific gene of the haploid cell does not fluoresce, the diploid cell made by the hybridization of the haploid cell is the fluorescent protein linked to these proteins when the specific gene A and the specific gene B are expressed and fused. Each part is fused to fluoresce (see FIG. 1 ). As the fluorescent protein, Green Fluorescence Protein ( GFP ), Yellow Fluorescence Protein ( YFP ), etc. may be used.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 이배체를 형성하는 반수체 세포를 제조하기 위한 벡터에 관한 것이다. 상기 벡터는 특정 유전자의 C 말단에 황색 형광단백질 절편을 부착할 때 유연성을 제공하는 연결 펩타이드 서열, 황색 형광단백질 N 말단 혹은 C 말단 절편을 코딩하는 서열, 영양요구성 선별 유전자로서 특정 아미노산 합성에 관여하는 효소를 코딩하는 서열을 포함하는 벡터이다. 보다 바람직하게는 도면 3 에 기재된 유전자 지도를 갖는 황색 형광단백질 N 말단 절편 부착용 플라스미드 벡터 또는 도면 4에 기재된 유전자 지도를 갖는 황색 형광단백질 C 말단 절편 부착용 플라스미드 벡터이고 보다 더 바람직하게는 서열번호 1의 pFA6a-VN173-HIS3MX6 벡터 또는 서열번호 2의 pFA6a-VC155-HIS3MX6 벡터 이다.Another aspect of the invention relates to a vector for preparing haploid cells forming the diploid. The vector is a linking peptide sequence that provides flexibility when attaching a yellow fluorescent protein fragment to the C terminus of a specific gene, a sequence encoding a yellow fluorescent protein N terminus or a C terminus fragment, and is involved in specific amino acid synthesis as a trophogenic selection gene. It is a vector containing a sequence encoding an enzyme. More preferably, the plasmid vector for attaching the yellow fluorescent protein N-terminal fragment having the gene map shown in FIG. 3 or the plasmid vector for attaching the yellow fluorescent protein C-terminal fragment having the genetic map shown in FIG. 4 is even more preferably the pFA6a of SEQ ID NO: 1. -VN173-HIS3MX6 vector or pFA6a-VC155-HIS3MX6 vector of SEQ ID NO: 2.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 형광 단백질 부착용 플라스미드 벡터에 의해 형질전환된 반수체 세포를 제공한다. 상기 반수체 세포의 기원은 동물세포, 식물세포, 진균세포를 포함하는 진핵세포에서 기원될 수 있다. 바람직한 것은 진균세포이고, 더욱 바람직한 것은 효모이다. 상세하게는 상기 반수체 세포는 도면 3 에 기재된 유전자 지도를 갖는 황색 형광단백질 N 말단 절편 부착용 플라스미드 벡터에 의해 형질전환된 반수체 사카로마이세스 세레비지에 또는 도면 4에 기재된 유전자 지도를 갖는 황색 형광단백질 C 말단 절편 부착용 플라스미드 벡터에 의해 형질전환된 반수체 사카로마이세스 세레비지에이다. 보다 더 상세하게는 서열번호 1의 pFA6a-VN173-HIS3MX6 벡터에 의해 형질전환된 반수체 사카로마이세스 세레비지에 또는 서열번호 2의 pFA6a-VC155-HIS3MX6 벡터에 의해 형질전환된 사카로마이세스 세레비지에이다.Another embodiment of the present invention provides a haploid cell transformed by the plasmid vector for fluorescent protein attachment. The origin of the haploid cells may be from eukaryotic cells, including animal cells, plant cells, and fungal cells. Preferred are fungal cells, more preferred yeast. Specifically, the haploid cells are yellow fluorescent protein with a genetic map according to yellow fluorescent protein N-terminal fragment mounting plasmid vector transformed by the haploid Saccharomyces as MY access celebrity on busy or figure 4 has a gene map as described in figure 3 C Haploid Saccharomyces cerevisiae transformed with a terminal fragment plasmid vector. More specifically, Saccharomyces cerevisiae transformed by a haploid Saccharomyces cerevisiae transformed by a pFA6a-VN173-HIS3MX6 vector of SEQ ID NO: 1 or by a pFA6a-VC155-HIS3MX6 vector of SEQ ID NO: 2 Ada.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 반수체 세포의 교배에 의해 형성되어진 이배체 세포이다. 상기 이배체 세포는 진균세포일 수 있고, 바람직한 것은 효모이다. Another embodiment of the present invention is a diploid cell formed by the crossing of said haploid cells. The diploid cell may be a fungal cell, preferably yeast.

본 발명의 또 다른 양태는 다음과 같은 단계를 포함하는 이분자 형광 상보 기법을 이용한 세포내 단백질 상호작용의 실시간 분석 방법을 제공한다.Another aspect of the invention provides a method for real-time analysis of intracellular protein interactions using bimolecular fluorescence complementation techniques comprising the following steps.

(가) 반수체 상태의 세포내 염색체의 특정 단백질 유전자 끝에 형광단백질 N 말단 일부를 형질전환시키고, 상기 반수체 상태의 세포와 교배하는 또 다른 반수체 상태의 세포내 염색체의 특정 유전자 끝에 상기 N 말단 일부를 제외한 형광단백질 C 말단 일부를 형질전환시키는 단계;(A) Transform a portion of the fluorescent protein N terminus at the end of a specific protein gene of the intracellular chromosome in the haploid state and exclude the portion of the N terminus at the end of a specific gene of the intracellular chromosome in another haploid state that crosses the cell in the haploid state Transforming a portion of the fluorescent protein C terminus;

(나) 상기 형질전환된 두 세포를 각각 증식하는 단계;(B) propagating the two transformed cells, respectively;

(다) 상기 증식된 세포들을 교배시켜 형성된 이배체만을 선택하는 단계; 및(C) selecting only diploids formed by crossing the proliferated cells; And

(라) 상기 형성된 이배체를 형광현미경으로 관찰하는 단계(D) observing the formed diploid with a fluorescence microscope

보다 더 상세하게는 이분자 형광 상보 기법을 이용한 사카로마이세스 세레비지에 세포내 단백질 상호작용의 실시간 분석 방법을 제공한다.More specifically, the present invention provides a method for real-time analysis of intracellular protein interactions in Saccharomyces cerevisiae using two-molecule fluorescence complementation technique.

(가) 반수체 상태의 효모 염색체속 특정 단백질 유전자 끝에 형광단백질 N 말단 일부를 형질전환시키고, 상기 반수체 상태의 효모와 교배하는 또다른 반수체 상태의 효모 염색체의 특정 유전자 끝에 상기 N 말단 일부를 제외한 형광단백질 C 말단 일부를 형질전환시키는 단계;(A) Fluorescent protein at the end of a specific protein gene in the haploid yeast chromosome transforms a portion of the fluorescent protein N terminal, and a fluorescent protein excluding the portion of the N terminal at the end of a specific gene of another haploid yeast chromosome that crosses the yeast in the haploid state Transforming a portion of the C terminus;

(나) 형질전환된 사카로마이세스 세레비지에를 배양하는 단계;(B) culturing the transformed Saccharomyces cerevisiae;

(다) 형질전환된 사카로마이세스 세레비지에를 교배시켜 이배체를 선택하는 단계; 및(C) crossing the transformed Saccharomyces cerevisiae to select a diploid; And

(라) 형질전환된 이배체 사카로마이세스 세레비지에를 형광현미경으로 관찰하는 단계(D) observing the transformed diploid Saccharomyces cerevisiae with a fluorescence microscope

상기 방법에 있어서, 이배체를 선택하는 방법은 여러 선택마커를 사용할 수 있으나, 가장 바람직한 것은 영양요구성 선택마커를 이용하여 선별하는 것이 좋다. 그러나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 당업자는 다양한 선택마커를 이용하여 이배체를 선택할 수 있다.In the above method, a diploid selection method may use a plurality of selection markers, but most preferably, it is selected using a nutritional selection marker. However, it is not limited thereto. Those skilled in the art can select diploids using various selection markers.

본 발명은 염색체상의 목표 단백질 유전자의 C 말단에 형광단백질 절편을 부착시킬 수 있는 플라스미드 벡터의 제작 단계, 형광단백질 절편 부착용 벡터와 PCR을 이용한 효모 세포의 형질전환(transformation) 단계, 형광단백질 N 말단 및 C 말단이 각각 형질전환된 효모 세포의 교배 단계, 형광단백질 N 말단 및 C 말단을 함께 발현하는 이배체(diploid) 세포에 대한 형광현미경 분석 단계로 구성된다.The present invention provides a step of preparing a plasmid vector capable of attaching a fluorescent protein fragment to the C terminus of a target protein gene on a chromosome, transforming a yeast cell using a vector and PCR for attaching the fluorescent protein fragment, a fluorescent protein N terminal, and Comprising a step of mating the yeast cells transformed at the C terminus, and fluorescence microscopic analysis of diploid cells expressing the fluorescent protein N terminus and the C terminus together.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 실시예를 들어 설명한다. 그러나 다음의 실시예로써 본 발명의 취지를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, examples will be described so that the present invention can be understood in more detail. However, the following examples are not intended to limit the gist of the present invention.

실시예 1: 형광단백질 N 말단 및 C 말단 절편 유전자의 증폭Example 1 Amplification of the N- and C-terminal Fragment Genes

PCR 증폭시 이용된 반응액의 조성은 DNA 주형(pBiFC-VN173 또는 pBiFC-VC155, 미국 퍼듀대학교 Hu 교수 제공), 500 nM 프라이머, 2mM 각 dNTP, 10X Pfu PCR 완충액, Pfu DNA 중합효소이었고 전체 부피는 50 ㎕로 조정하였다. 또한 PCR 증폭 조건은 94℃에서 2분 30초(1사이클), 94℃에서 30초, 55℃에서 30초 및 72℃에서 2분(36사이클), 그리고 72℃에서 10분(1사이클)이었다. 그 다음 PCR 생성물을 1.5% 아가로스 젤에서 100 V로 30분간 전기 영동하여 700 bp의 형광단백질 N 말단 절편 및 500 bp의 형광단백질 C 말단 절편이 증폭되었음을 확인하였다. The composition of the reaction solution used for PCR amplification was a DNA template (pBiFC-VN173 or pBiFC-VC155, provided by Professor Purdue University Hu), 500 nM primer, 2 mM dNTP, 10X Pfu PCR buffer, Pfu DNA polymerase, and the total volume was Adjust to 50 μl. PCR amplification conditions were 2 minutes 30 seconds (1 cycle) at 94 ° C, 30 seconds at 94 ° C, 30 seconds at 55 ° C and 2 minutes (36 cycles) at 72 ° C, and 10 minutes (1 cycle) at 72 ° C. . The PCR product was then electrophoresed at 100 V on a 1.5% agarose gel for 30 minutes to confirm that the 700 bp N protein fragment and the 500 bp C protein fragment were amplified.

실시예 2: 형광단백질 절편 부착용 벡터의 제작Example 2 Preparation of Fluorescent Protein Fragment Attachment Vector

상기 실시예 1에서 증폭된 각각의 PCR 증폭물을 제한효소로 처리하기 위해 총 90 ㎕의 PCR 증폭물을 PCR purification kit(바이오니아, 대한민국)를 이용하여 정제한 후 H2O 30 ㎕에 용리(elution)하였다. 그 다음 도면 2와 같은 방법으로 벡터를 제작하였다. 순수한 형광단백질 N 말단 및 C 말단의 PCR 증폭물을 PacI/AscI으로 이중 절단하고, 뼈대(backbone)를 만들기 위해 녹색형광단백질 유전자 C 말단 부착용 벡터인 pFA6a-GFP-HIS3MX6 (GenBank accession no. AJ002683) 플라스미드도 형광단백질 절편 유전자와 같이 PacI/AscI으로 처리하였다. 이렇게 처리된 PCR 증폭물 및 벡터 뼈대를 T4 DNA 연결 효소를 사용하여 4℃에서 12시간 동안 연결하여 이분자 형광 상보 부착용 벡터인 pFA6a-VN173-HIS3MX6 및 pFA6a-VC155-HIS3MX6을 제조하였다. 첨부한 도면 3도면 4는 상기의 방법으로 제작된 형광단백질 절편 부착용 벡터의 유전자 지도와 염기 서열을 나타낸다. 도면 3은 pFA6a-VN173-HIS3MX6 벡터로서, 암피실린(ampicillin) 저항성 서열을 나타내는 amp 서열, 히스티딘 아미노산 생합성 유전자인 HIS3 서열과 형광단백질 N말단 서열을 포함한다. 도면 4는 pFA6a-VC155-HIS3MX6 벡터로서, 암피실린 저항성 서열을 나타내는 amp 서열, 히스티딘 아미노산 생합성 유전자인 HIS3 서열과 형광단백질 C말단 서열을 포함한다. 상기 재조합 벡터를 대장균(TG1)에 형질전환 후 암피실린 선택배지에서 배양한 다음, 성장한 콜로니들로부터 플라스미드 DNA를 얻고 제한 효소 처리를 통해 벡터가 제대로 제작되었는지 확인하였다. In order to process each PCR amplification amplified in Example 1 with restriction enzymes, a total of 90 μl of PCR amplification was purified using a PCR purification kit (Bionia, Korea) and eluted in 30 μl of H 2 O. ). Then, a vector was produced in the same manner as in FIG. 2 . The PFA6a-GFP-HIS3MX6 (GenBank accession no. Also treated with PacI / AscI as in the fluorescent protein fragment gene. The PCR amplification and vector skeletons thus treated were linked at 4 ° C. for 12 hours using T4 DNA ligase to prepare pFA6a-VN173-HIS3MX6 and pFA6a-VC155-HIS3MX6, which are two-molecule fluorescent complementary attachment vectors. 3 and 4 show a gene map and a nucleotide sequence of a vector for attaching a fluorescent protein fragment prepared by the above method. 3 is a pFA6a-VN173-HIS3MX6 vector, which includes an amp sequence representing an ampicillin resistance sequence, an HIS3 sequence that is a histidine amino acid biosynthesis gene, and a fluorescent protein N-terminal sequence. 4 is a pFA6a-VC155-HIS3MX6 vector, which includes an amp sequence representing an ampicillin resistance sequence, a HIS3 sequence that is a histidine amino acid biosynthesis gene, and a fluorescent protein C-terminal sequence. The recombinant vector was transformed into E. coli (TG1), cultured in ampicillin selection medium, and then plasmid DNA was obtained from the grown colonies to confirm that the vector was properly constructed by restriction enzyme treatment.

실시예 3: 효모 세포(ATCC 201388 및 ATCC 201389)의 형질 전환Example 3: Transformation of yeast cells (ATCC 201388 and ATCC 201389)

형질전환에 사용된 효모는 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae) ATCC 201388(MATa his3 leu2 met15 ura3)과 ATCC 201389(MATα his3 leu2 lys2 ura3)이었다. ATCC 201388과 ATCC 201389 균주에 각각 형광단백질 N 말단과 C 말단을 부착하기 위해 도면 5와 같은 효모 형질전환기법을 사용하였다. 일단 상기 형광단백질 절편 부착용 플라스미드(pFA6a-VN173-HIS3MX6 및 pFA6a-VC155-HIS3MX6)를 주형으로 PCR 증폭을 수행하였다. PCR 증폭시 이용된 반응액의 조성은 DNA 주형 5 ㎕, 5 μM의 두 프라이머 5 ㎕, 2 mM 각각의 dNTP 5 ㎕, 10X Pfu PCR 완충액 5 ㎕, Pfu DNA 중합효소 0.5 ㎕이었고 전체 부피는 50 ㎕로 조정하였다. 또한 PCR 증폭의 사이클 조건은 94℃에서 2분 30초(1사이클), 94℃에서 30초, 55℃에서 30초 및 72℃에서 2분(36사이클), 그리고 72℃에서 10분(1사이클)이었다. 그런 다음, PCR 생성물을 1.5% 아가로스 젤에서 100 V로 20분 전기 영동하여 HIS3 유전자를 포함하는 약 2 kb의 형광단백질 N 말단 절편 및 형광단백질 C 말단 절편이 증폭되었음을 확인하였다. 한편 YPD 배지(효모 추출물 1%, 펩톤 2%, 포도당 2%)에서 OD600 = 1.0이 되도록 키운 효모 세포를 3000 rpm에서 5분간 원심분리를 하여 회수한 다음 0.1 M 리티움 아세테이트(lithium acetate) 3 ml을 첨가하고 세척한 후, 다시 0.1 M 리티움 아세테이트(lithium acetate) 300 ㎕에 세포를 현탁하였다. 이어 100 ㎕ 50% (w/v) PEG 3350, 15 ㎕ 1 M 리티움 아세테이트(lithium acetate), 20 ㎕ 4 mg/ml 캐리어 DNA 및 위에서 제조한 형광단백질 절편 PCR 증폭물 15 ㎕를 첨가하고 잘 혼합한 다음 PCR 기계를 이용하여 30℃에서 30분, 42℃에서 15분간 배양시켰다. 배양된 세포를 6000 rpm에서 30초간 원심분리를 하여 세포를 회수한 다음 H2O 100 ㎕에 현탁하고 선별 배지인 히스티딘 결핍 배지(SC-His; SC는 synthetic complete, His는 히스티딘)에 분주하여 30℃에서 3일 정도 배양하였다. 선별 배지에서 자라난 콜로니를 히스티딘 결핍 배지에 다시 한 번 옮겨 배양한 후, 목표 유전자의 끝에서 500 bp 상부 서열과 형광단백질 부착용 벡터의 시작부위 서열을 프라이머로 사용하여 효모 콜로니 PCR 방법으로 목표 유전자에 제대로 형광단백질 절편이 부착되었는지 확인하였다. 효모 콜로니 PCR 방법은 다음과 같다. H2O 20 ㎕에 히스티딘 결핍 배지에서 자란 세포를 팁으로 일정량을 긁어서 현탁한 후 PCR 기계를 이용하여 100℃에서 15분간 끓여준 다음, 이렇게 끓인 세포 5 ㎕, 5 μM의 두 프라이머 2.5 ㎕, 2 mM 각각의 dNTP 1.5 ㎕, 10X Taq PCR 완충액 2.5 ㎕, Taq DNA 중합효소 0.5 ㎕, 전체 부피 25 ㎕로 PCR을 수행하였다. PCR 증폭의 사이클 조건은 94℃에서 3분(1사이클), 94℃에서 30초, 55℃에서 30초 및 72℃에서 1분(36사이클), 그리고 72℃에서 10분(1사이클)이었다. 그 다음, PCR 생성물을 1.5% 아가로스 젤에서 100 V로 25분간 전기영동하여 500 bp정도의 DNA가 증폭되었는지 여부를 확인하였다. Yeasts used for transformation were Saccharomyces cerevisiae ATCC 201388 ( MAT a his3 leu2 met15 ura3 ) and ATCC 201389 ( MAT α his3 leu2 lys2 ura3 ). In order to attach the fluorescent protein N- and C-terminals to the ATCC 201388 and ATCC 201389 strains, a yeast transformation method as shown in FIG. 5 was used. Once the fluorescent protein fragment attachment plasmids (pFA6a-VN173-HIS3MX6 and pFA6a-VC155-HIS3MX6) were PCR amplified with a template. The composition of the reaction solution used for PCR amplification was 5 μl of DNA template, 5 μl of two primers of 5 μM, 5 μl of dNTP of 2 mM, 5 μl of 10X Pfu PCR buffer, 0.5 μl of Pfu DNA polymerase, and 50 μl of total volume. Adjusted to. The cycle conditions for PCR amplification were 2 minutes 30 seconds (1 cycle) at 94 ° C, 30 seconds at 94 ° C, 30 seconds at 55 ° C and 2 minutes (36 cycles) at 72 ° C, and 10 minutes (1 cycle) at 72 ° C. Was. The PCR product was then electrophoresed at 100 V for 20 minutes on a 1.5% agarose gel to confirm that about 2 kb of the fluorescent protein N and the fluorescent protein C terminal fragments containing the HIS3 gene were amplified. Meanwhile, the yeast cells grown to OD 600 = 1.0 in YPD medium (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose) were recovered by centrifugation at 3000 rpm for 5 minutes, and then 0.1M lithium acetate 3 After the addition of ml and washing, the cells were again suspended in 300 [mu] L of 0.1 M lithium acetate. Then add 100 μl 50% (w / v) PEG 3350, 15 μl 1 M lithium acetate, 20 μl 4 mg / ml carrier DNA and 15 μl of the fluorescent protein fragment PCR amplification prepared above and mix well Then, incubated for 30 minutes at 30 ℃, 15 minutes at 42 ℃ using a PCR machine. The cells were recovered by centrifuging the cultured cells at 6000 rpm for 30 seconds, and then suspended in 100 μl of H 2 O, and then divided into histidine deficient medium (SC-His; synthetic complete His and histidine 30). Incubated at about 3 days. The colonies grown on the selection medium were transferred to histidine deficient medium once again and cultured, and then the yeast colony PCR method was applied to the target genes by using the 500 bp upper sequence and the starting sequence of the fluorescent protein attachment vector at the end of the target gene as primers. It was confirmed that the fluorescent protein fragments were properly attached. Yeast colony PCR method is as follows. 20 μl of H 2 O was scraped and suspended with a tip of cells grown in histidine deficient medium, and boiled at 100 ° C. for 15 minutes using a PCR machine. Then, 5 μl of the boiled cells, 2.5 μl of two primers of 5 μM and 2 mM PCR was performed with 1.5 μl of each dNTP, 2.5 μl of 10 × Taq PCR buffer, 0.5 μl of Taq DNA polymerase, and 25 μl total volume. Cycle conditions for PCR amplification were 3 minutes (1 cycle) at 94 ° C, 30 seconds at 94 ° C, 30 seconds at 55 ° C and 1 minute (36 cycles) at 72 ° C, and 10 minutes (1 cycle) at 72 ° C. Then, the PCR product was electrophoresed for 25 minutes at 100 V on a 1.5% agarose gel to confirm whether the DNA of about 500 bp was amplified.

실시예 4: 형광단백질 N 말단 및 C 말단이 형질전환된 효모의 교배Example 4: Cross-linking Yeasts Transfected with N- and C-Terminal Fluorescent Proteins

실험에 사용된 효모인 사카로마이세스 세레비지에 ATCC 201388 (MATa his3 leu2 met15 ura3)은 히스티딘(histidine), 류신(leucine), 메티오닌(methionine), 우라실(uracil) 영양요구균주이고 ATCC 201389 (MATα his3 leu2 lys2 ura3)는 히스티딘, 류신, 라이신(lysine), 우라실 영양요구균주이며, 두 균주를 교배시켰을 경우에는 메티오닌과 라이신 영양요구균주가 되어 메티오닌과 라이신이 결핍되어 있는 배지에서 이배수체(diploid) 균주를 선별해낼 수 있다. 도면 5와 같이 ATCC 201388은 형광단백질 N말단을 HIS3 마커와 함께 형질전환시키고, ATCC 201389는 형광단백질 C말단을 HIS3 마커와 함께 형질전환시켰다. 상기 형광단백질의 N 말단과 C 말단이 형질전환된 두 숙주세포는 교배형(mating type)이 서로 다르기 때문에 교배가 가능하며, 메티오닌-라이신 결핍 배지(SC-Met-Lys; Met은 메티오닌, Lys는 라이신)에서 형광단백질 N 말단과 C말단이 모두 발현되는 이배체수의 효모 균주를 선별하였다. 교배 과정은 다음과 같다. 상기 방법으로 형광단백질의 N 말단과 C 말단 절편이 형질전환된 ATCC 201388과 ATCC 201389 균주를 YPD 배지 5 ml에서 30℃ 배양기를 이용하여 OD600 = 1.0이 되도록 배양하였다. 그 후 1.5 ml 튜브에 각 균주를 500 ㎕씩 넣고 섞은 후 상온에서 2시간 이상 배양시켜 교배가 이루어지게 하고, 교배된 이배수체 균주를 선별해내기 위해 메티오닌-라이신 결핍 배지에 분주하여 3일 정도 배양하였다. Saccharomyces cerevisiae yeast used in the experiment ATCC 201388 ( MAT a his3 leu2 met15 ura3 ) is histidine, leucine, methionine, uracil nutritional strain and ATCC 201389 ( MAT α his3 leu2 lys2 ura3 ) are histidine, leucine, lysine, and uracil nutrients strains.When two strains are crossed, methionine and lysine nutrients strains become diploids in methionine- and lysine-deficient media. diploid) strains can be screened. As shown in Figure 5 , ATCC 201388 transformed the fluorescence protein N terminus with the HIS3 marker, and ATCC 201389 transformed the fluorescent protein C terminus with the HIS3 marker. The two host cells transformed with the N- and C-terminus of the fluorescent protein can be crossed because they have different mating types, and methionine-lysine deficient medium (SC-Met-Lys; Met is methionine, Lys is lysine). ), Yeast strains with diploid numbers expressing both the N- and C-terminal fluorescent proteins were selected. The breeding process is as follows. In this manner, the ATCC 201388 and ATCC 201389 strains transformed with the N- and C-terminal fragments of the fluorescent protein were cultured in 5 ml of YPD medium using an incubator at 30 ° C. to OD 600 = 1.0. Thereafter, 500 µl of each strain was mixed in a 1.5 ml tube, mixed, incubated for 2 hours or more at room temperature, and allowed to cross, cultured in methionine-lysine deficient medium for selection of hybridized diploid strains, and cultured for 3 days. It was.

실시예 5: 현미경 관찰을 통한 단백질 상호작용 분석Example 5: Protein Interaction Analysis by Microscopy

형광현미경 관찰을 위한 균주의 준비는 두 가지 방법으로 하였다. 메티오닌-라이신 결핍 포도당 배지에서 30℃에서 15시간 정도 배양된 콜로니를 팁으로 긁어내어 멸균된 H2O 200 ㎕에 골고루 현탁한 후 일정량을 형광현미경으로 관찰하는 방법, 또는 SC (synthetic complete) 액체 배지에서 30℃에서 OD600 = 0.7이 되게 배양한 세포를 일정량 따서 형광현미경으로 관찰하는 방법을 사용하였다. 현미경 분석은 흑백 CCD카메라가 장착된 칼 자이스(Carl Zeiss) Axiovert 200M 형광도립현미경을 사용하였다. 단백질 상호작용에 의해 황색 형광단백질 N 말단 및 C 말단 절편이 상보적으로 결합하여 발하는 형광을 감지하기 위해 칼 자이스 B10 시프트프리 Blue 광역대 BP 필터를 사용하여 450~490 nm 파장의 빛을 쬐어준 후 515~565 nm 파장의 빛을 감지하였고, 노출 시간은 2000 ms로 설정하였다. Preparation of the strain for fluorescence microscopy was performed in two ways. Tip of the colonies incubated at 30 ° C. for 15 hours in methionine-lysine deficient glucose medium, and then suspended in 200 μl of sterile H 2 O, and then observing a certain amount by fluorescence microscopy, or SC (synthetic complete) liquid medium A method of observing a cell cultured at 30 ° C. at an OD 600 of 0.7 by fluorescence microscopy was performed. Microscopic analysis was performed using Carl Zeiss Axiovert 200M fluorescent inverted microscope equipped with a black and white CCD camera. In order to detect the fluorescence emitted by the complementary binding of the yellow fluorescent protein N- and C-terminal fragments by protein interaction, light of 450-490 nm wavelength was exposed using a Carl Zeiss B10 shift-free Blue broadband BP filter. Light of 515-565 nm wavelength was detected and the exposure time was set to 2000 ms.

실시예 6: 본 발명의 형질전환 효모를 이용한 단백질 상호작용 분석(Sis1 단백질 상호작용 분석)Example 6 Analysis of Protein Interaction Using Transformed Yeast of the Present Invention (Sis1 Protein Interaction Analysis)

Sis1은 세포내에서 단백질의 구조 형성에 관여하는 단백질로서, 동형이합체(homodimer)를 이룬다고 알려져 있다(Lu et al., J. Biol. Chem. 273:27824-27830). 상기 실시예 1부터 4까지의 과정을 거쳐 ATCC 201388 세포의 SIS1 유전자의 끝부분에 형광단백질 N 말단 절편을, ATCC 201389 세포의 SIS1 유전자의 끝부분에는 형광단백질 C 말단 절편을 부착시킨 균주를 만든 후, 실시예 4번 과정으로 두 균주를 교배한 이배수체 효모 균주를 제작하여 형광현미경을 관찰하였다. 도면 6(가) 그림은 양성 대조군(positive control)으로서 ATCC 201388 균주의 SIS1 유전자의 끝부분에 황색 형광단백질(YFP)을 부착시킨 후 ATCC 201389 균주와 교배하여 만든 이배수체 효모 균주이다. 칼 자이스 B10 시프트프리 Blue 광역대 BP 필터를 사용하여 관찰한 결과, Sis1 단백질의 세포내 위치는 세포 전반에 걸쳐 고루 존재하고 특히 핵에 집중되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 한편 도면 6(나) 그림은 이분자 형광 상보 기법을 적용한 균주를 상기 양성 대조군과 동일한 조건으로 형광현미경을 관찰한 결과이다. 이분자 형광 상보 기법용 균주를 양성 대조군과 비교해보았을 때 Sis1은 Sis1 단백질간의 상호작용에 의하여 이분자 형광 상보 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 또 그 세포내 위치도 양성 대조군과 마찬가지로 핵을 비롯해 세포 전반에 걸쳐 존재한다는 것을 알 수 있었다. 도면 6(다) 그림은 음성 대조군(negative control)으로 형광단백질 N 말단 혹은 C 말단 절편 중 한 가지 절편만 가지고 있는 이배수체 효모 균주를 제작하여 형광현미경을 관찰한 결과이다. 또한 이분자 형광 상보 현상이 Sis1 단백질간의 직접적인 상호작용에 의해서가 아니라 세포내에서 형광단백질 절편의 위치가 가까워서 생길 수 있는 우연한 결과인지를 살펴보기 위해 Sis1과 같은 세포내 위치에 있는 Cet1 단백질에 형광단백질 절편을 부착하여 Sis1과의 상호작용을 분석해 보았다. 음성 대조군 결과를 보면 형광단백질 절편 중 한 가지만 있을 경우 형광이 거의 나오지 않으며, 세포내 같은 위치에 존재하는 두 단백질간의 우연한 상호작용이 아닌 실제로 일어나는 단백질 상호작용에 의해서만 특이적으로 이분자 형광 상보 현상이 일어남을 알 수 있었다. Sis1 is a protein involved in the structure of proteins in cells and is known to form a homodimer (Lu et al ., J. Biol. Chem. 273: 27824-27830). The above embodiment the fluorescent protein N-terminal fragment at the end of the SIS1 gene of ATCC 201388 cells 1 from over the course of up to 4, the end of the SIS1 gene of ATCC 201389 cells after creating the strain was deposited with the fluorescent protein C-terminal fragment , Example 4 to prepare a diploid yeast strain that crossed the two strains to observe the fluorescence microscope. (A) of FIG. 6 is a diploid yeast strain made by attaching a yellow fluorescent protein (YFP) to the end of the SIS1 gene of the ATCC 201388 strain as a positive control and crossing it with the ATCC 201389 strain. As a result of using a Carl Zeiss B10 shift-free Blue wide band BP filter, the intracellular location of the Sis1 protein was found to be evenly distributed throughout the cell, especially in the nucleus. On the other hand (b) of Figure 6 is a result of observing the fluorescence microscope of the strain to which the two-molecule fluorescence complementary technique was applied under the same conditions as the positive control. When the strains for the two-molecule fluorescence complementation technique were compared with the positive control group, Sis1 showed two-molecule fluorescence complementation by the interaction between the Sis1 proteins. I knew it existed. Figure 6 ( c) is a negative control (negative control) the result of observing the fluorescence microscope by making a diploid yeast strain having only one segment of the fluorescent protein N- or C-terminal fragments. In addition, the fluorescent protein fragments in the Cet1 protein at the same intracellular location as Sis1 are used to examine whether the two-molecule fluorescence complementation is due to the close proximity of the location of the fluorescent protein fragments in the cell and not by direct interactions between the Sis1 proteins. We attached and analyzed the interaction with Sis1. Negative control results show that there is almost no fluorescence when only one of the fluoroprotein fragments is present, and that the two-molecular fluorescence complementation is specifically caused by the actual protein interactions, not by accidental interactions between two proteins in the same location in the cell. And it was found.

본 발명은 이분자 형광 상보 기법을 이용하여 세포내 단백질 상호작용을 실시간으로 분석하기 위한 플라스미드 벡터와 단백질 상호작용 분석 방법을 제공한다. 본 발명의 이분자 형광 상보 기법은 세포외 분석 방법이나 플라스미드를 이용한 인위적인 단백질 발현을 통한 방법과 달리, 세포내 자신의 고유한 프로모터에 의해 단백질이 발현되도록 함으로써 자연 상태에서 일어나는 단백질의 상호작용 및 세포내 위치를 실시간으로 분석할 수 있을 뿐만 아니라 형광현미경만으로도 용이하게 관찰할 수 있는 장점이 있기 때문에 세포내 단백질 상호작용 분석에 매우 유용하게 이용될 수 있다. The present invention provides a method for analyzing protein interactions with plasmid vectors for real time analysis of intracellular protein interactions using bimolecular fluorescence complementarity techniques. In contrast to the method of extracellular analysis or artificial protein expression using plasmids, the bimolecular fluorescence complementation technique of the present invention allows the protein to be expressed by its own promoter in the cell, thereby interacting with the protein in the natural state and intracellularly. Not only can the location be analyzed in real time, but also can be easily observed with a fluorescence microscope, so it can be very useful for intracellular protein interaction analysis.

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Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 서열번호 1을 갖는 pFA6a-VN173-HIS3MX6 벡터.PFA6a-VN173-HIS3MX6 vector having SEQ ID NO: 1. 삭제delete 서열번호 2를 갖는 pFA6a-VC155-HIS3MX6 벡터.PFA6a-VC155-HIS3MX6 vector having SEQ ID NO: 2. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 다음과 같은 단계를 포함하는 이분자 형광 상보 기법을 이용한 세포내 단백질 상호작용의 실시간 분석 방법.Real-time analysis method of intracellular protein interaction using bimolecular fluorescence complementary technique comprising the following steps. (가) 반수체 상태의 세포내 염색체의 특정 단백질 유전자 끝에 형광단백질 N 말단 일부를 형질전환시키고, 상기 반수체 상태의 세포와 교배하는 또 다른 반수체 상태의 세포내 염색체의 특정 유전자 끝에 상기 N 말단 일부를 제외한 형광단백질 C 말단 일부를 형질전환시키는 단계;(A) Transform a portion of the fluorescent protein N terminus at the end of a specific protein gene of the intracellular chromosome in the haploid state and exclude the portion of the N terminus at the end of a specific gene of the intracellular chromosome in another haploid state that crosses the cell in the haploid state Transforming a portion of the fluorescent protein C terminus; (나) 상기 형질전환된 두 세포를 각각 증식하는 단계;(B) propagating the two transformed cells, respectively; (다) 상기 증식된 세포들을 교배시켜 형성된 이배체만을 선택하는 단계; 및(C) selecting only diploids formed by crossing the proliferated cells; And (라) 상기 형성된 이배체를 형광현미경으로 관찰하는 단계(D) observing the formed diploid with a fluorescence microscope 다음과 같은 단계를 포함하는 이분자 형광 상보 기법을 이용한 사카로마이세스 세레비지에 세포내 단백질 상호작용의 실시간 분석 방법.A method for real-time analysis of intracellular protein interactions in Saccharomyces cerevisiae using two-molecule fluorescence complementation technique comprising the following steps. (가) 반수체 상태의 사카로마이세스 세레비지에 염색체 속 특정 단백질 유전자 끝에 형광단백질 N 말단 일부를 형질전환시키고, 상기 반수체 상태의 사카로마이세스 세레비지에와 교배하는 또다른 반수체 상태의 사카로마이세스 세레비지에 염색체의 특정 유전자 끝에 상기 N 말단 일부를 제외한 형광단백질 C 말단 일부를 형질전환시키는 단계;(A) Saccharomyces cerevisiae in a haploid state transforms a portion of the fluorescent protein N terminus at the end of a specific protein gene in the chromosome and crosses with the haploid Saccharomyces cerevisiae in another haploid state Transforming the mises cerevisiae with a portion of the fluorescent protein C terminus except for the portion of the N terminus at the end of a specific gene of the chromosome; (나) 형질전환된 사카로마이세스 세레비지에를 배양하는 단계;(B) culturing the transformed Saccharomyces cerevisiae; (다) 형질전환된 사카로마이세스 세레비지에를 교배시켜 이배체를 선택하는 단계; 및(C) crossing the transformed Saccharomyces cerevisiae to select a diploid; And (라) 형질전환된 이배체 사카로마이세스 세레비지에를 형광현미경으로 관찰하는 단계(D) observing the transformed diploid Saccharomyces cerevisiae with a fluorescence microscope
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