KR20050084210A - 수생 종 유래의 형광 단백질 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 네가지 신규 형광 단백질을 개시한다. 이 단백질들은 두가지 야생형 형광 단백질, 즉 악티노디스쿠스(Actinodiscus) 또는 디스코소마(Discosoma) 종(sp.) 1로부터 단리된 적색 형광 단백질(RFP) 및 몬타스트래아 카베르노사(Montastraea cavernosa)로부터 단리된 녹색 형광 단백질(GFP)로부터 유래하였다. 각 야생형 단백질로부터 두가지 돌연변이체 형태를 생성시켰다. 돌연변이된 각각의 형태는 각 야생형 형태보다 더 높은 형광 강도를 갖는다. 형광 단백질의 돌연변이체 형태는 단백질에 의해 방출된 형광이 더 민감하게 검출될 수 있도록 한다. 추가로, 돌연변이체 단백질들 중 하나는 광표백(photobleaching)에 대하여 그의 야생형 단백질보다 더 내성이 있다. 또한, 본 발명은 야생형 RFP 및 GFP의 돌연변이체 형태를 코딩하는 단리된 핵산을 포함한다.
Description
본 발명은 생화학 분석 및 시약 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 형광 단백질 및 그의 사용 방법에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
연구자들이 점점 늘어나는 다양한 생물로부터 형광 단백질 코딩 유전자를 단리하여 이 유전자를 클로닝 카세트에 포함시킴에 따라, 이용가능한 형광 리포터 유전자의 수가 증가해 왔다. 예를 들어, 클로닝 카세트를 통해 DNA에 통합될 수 있는 리포터 유전자로서 해양 생물 유래의 형광 단백질을 사용해 왔다. 이들 유전자의 생성물은 특정 광 파장 하에 형광을 발생시킴으로써, 예를 들어 개 및 원숭이 세포와 같은 이종 세포에서 단백질의 추적이 가능해진다. 이러한 특성을 갖는 가장 일반적으로 사용되는 단백질은 녹색 형광을 발생시키며, 해파리인 애쿠오레아 빅토리아(Aequorea victoria) 및 바다 팬지(sea pansy)인 레닐라 레니포르미스(Renilla reniformis)로부터 얻었다. 또한, drFP583으로서 공지된 적색 형광 단백질(RFP) 및 dsFP483으로서 공지된 청록색 형광 단백질은 인도태평양 해역(IndoPacific)의 버섯 산호들(각각, 디스코소마 종(Discosoma sp .) "레드(red)" 및 디스코소마 스트리아타(Discosoma striata))로부터 단리하였다. 디스코소마 및 악티노디스쿠스(Actinodiscus)는 둘 다 외부 골격을 생성시키지 않는 연체 화충류(anthozoan)인 버섯 산호이다. 디스코소마 속(genus)과 악티노디스쿠스 속 사이의 관계는 충분히 이해되지 않았음을 유의해야 한다. 악티노디스쿠스와 디스코소마는 둘 다 코랄림포르파리아(Corallimporpharia)(버섯) 목(order)의 구성원인 악티노디스시대(Actinodiscidae) 과(family)의 구성원들이다. 코랄림포르파리아의 분류는 불완전하게 정의되어 있으며, 따라서 악티노디스쿠스와 디스코소마의 관계의 특성은 확실하지 않다. 디스코소마와 악티노디스쿠스는 동일한 과의 상이한 속인 것으로 생각되지만, 이들은 보다 밀접한 관계에 있을 수도 있고 보다 먼 관계에 있을 수도 있다.
다양한 형광 단백질 및 시약을 이용할 수 있게 됨으로써 연구자들이 그들의 연구에서 리포터 단백질을 사용할 수 있는 기회가 증가되었다. 형광 단백질을 코딩하는 단리된 DNA를 돌연변이시켜 그의 광학 특성을 변경시켜 왔다. 예를 들어, 애쿠오레아 녹색 형광 단백질(GFP)의 아미노산 조성에서 아미노산 66의 티로신을 히스티딘으로 돌연변이시키면 이 단백질은 청색 형광을 발생시키는 단백질로 변경된다. 아미노산 64의 페닐알라닌을 류신으로 변경하는 것, 아미노산 65의 세린을 트레오닌으로 변경하는 것, 및 아미노산 145의 티로신을 페닐알라닌으로 변경하는 것은, 모 분자보다 더 밝은 강도의 형광을 발생시키고 변화된 최적 여기 조건을 갖는 GFP를 생성시킨다. 또한, 연구자들은 GFP의 아미노산 조성을 유전적으로 변경함으로써 GFP의 광 흡수/방출 특징을 변화시켜 황색 형광 단백질을 생성시킬 수 있었다.
형광 단백질은 다수의 분석법에서 사용될 수 있다. 한 예로서, 형광 공명 에너지 전달(FRET) 분석에서 형광 단백질을 사용할 수 있다. 하나의 방출 스펙트럼이 다른 것의 여기 스펙트럼과 중복되는 형광단을 사용하는 경우에 FRET가 일어난다. 형광단을 가까이 근접하여 위치시키는 경우, "공여자"가 여기되면 "수용자"로부터 방출된다. 따라서, 이러한 형광단의 쌍은 분자 상호작용을 모니터링하는데 유용하다. 형광 단백질, 예를 들어 GFP는, 그의 형광 방출 및 여기 스펙트럼이 중복되어 FRET를 허용한다면, 생체내 또는 시험관내에서 단백질:단백질 상호작용을 분석하는데 유용하다. 공여자 및 수용자 형광 단백질을 융합 단백질로서 제조할 수 있으며, 이 단백질의 상호작용을 분석한다. 이러한 유형의 GFP 사용은 고 처리량 분석에서 특히 관심의 대상이 되는데, 그 이유는 판독 결과가 직접적이고 세포내 위치결정과 독립적이기 때문이다.
애쿠오레아 유래의 GFP는 쉽게 검출가능한 녹색 형광으로 인해 유전자 발현 및 단백질 위치결정의 연구에서 널리 사용되어 왔다. 또한, 다른 형광 단백질과 유사하게 GFP는 형광을 발생시키는데 기질 또는 보조인자를 필요로 하지 않으며, 따라서 다수의 종 및 매우 다양한 세포에서 GFP를 직접 발현시키고 리포터로서 사용할 수 있다. 그러나, 연구에서는 형광색 및 강도 이외의 인자가 단백질의 유용성에 영향을 준다. 다수의 형광 단백질은 안정하기 때문에 단기간 또는 반복 반응을 측정하고자 한다면 리포터로 사용하기에 바람직하지 않다. 게다가, 축적된 단백질은 일부 포유동물 세포에 독성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 애쿠오레아 유래의 GFP의 어떤 형태는 아폽토시스를 유도하는 것으로 입증되었다 (Liu, et al. ). 본 발명자들이 애쿠오레아 유래의 GFP의 독성 하나만을 설명하는 것으로 한정하려는 아니지만, 이는 GFP 생성과 함께 1:1 화학량론으로 일어나는 자유 라디칼(H2O2) 형성으로 인한 것일 수 있으며, GFP가 더 높은 수준으로 발현되어 특히 독성을 나타내는 것으로 생각된다. 이러한 현상은 발색단 성숙의 직접적인 결과인 것으로 생각되며, 공지된 모든 GFP에서 일어나는 것으로 생각된다.
광표백(photobleaching)은 전술한 형광 단백질의 다른 관심사이다. 광표백은 광 유도에 의한 형광단에서의 변화이며, 형광단에 의한 특정 파장의 광 흡수를 감소시킨다. 광표백은 형광단의 형광을 감소시킨다. 다수의 형광 단백질은 여기 상태에서 급속하게 광표백을 수행한다. 이 과정은 일반적으로 가역적이지만, 예를 들어 검체 사진촬영에 이용할 수 있는 시간을 감소시킴으로써 GFP 발현의 유용성을 제한할 수 있다. 그러나, 광표백이 급속하게 가역적인 경우, 이러한 특성에 의해 특정 용도에 유용한 형광 단백질을 제조한다.
따라서, 연구 능력을 최대화하기 위해서는 일정 범위의 스펙트럼 결과 및 낮은 독성을 가지며 쉽게 발현시킬 수 있는 형광 단백질이 필요한 실정이다. 이러한 연구 분야로는 일시적 활성을 모니터링할 수 있는 유전자 리포터와 같은 일시적 형광 단백질을 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 추가로, 상기 연구 분야로는 세포 또는 생물의 장기간 모니터링 또는 안정한 형질감염을 허용하는 낮은 독성의 형광 단백질을 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 신규 방출 스펙트럼을 갖는 형광 단백질이 요구되고 있다. 이러한 단백질에 의해 여러 과정을 동시에 모니터링할 수 있으며 배경 형광을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 단백질은 FRET 분석 시스템에 대해 이용가능한 선택성을 증가시킨다. 게다가, 낮은 수준으로 발현되는 형광 단백질을 검출하기 위해서는 더 밝은 상대적 형광을 갖는 형광 단백질이 필요하다.
<발명의 개요>
본원의 종결부에 기재된 특허 청구의 범위에 의해 정의되는 본 발명은 상기 언급된 문제들 중 적어도 몇몇 문제들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 증강된 특성, 예를 들어 실질적으로 증강된 형광 및 감소된 독성을 갖는 개선된 형광 단백질을 제공한다. 개선된 형광 단백질은 연구에서 유용하며, 예를 들어 유전자 발현의 측정 또는 검출, 예컨대 상향조절 또는 하향조절, 프로모터 활성의 모니터링, 장기간 모니터링 및 단백질 위치결정을 위해 사용될 수 있다.
악티노디스쿠스 또는 디스코소마 종인 것으로 생각되는 수생 종으로부터 신규 야생형 적색 형광 단백질(RFP)을 단리하였다. 이 단백질을 본원에서 Ac/DsRFP라 언급한다. 본 발명은 Ac/DsRFP로부터 유도된 두가지 단백질 돌연변이체를 제공한다. 본원에서는 본 발명의 돌연변이체 RFP를 레드 I 및 레드 II라 언급한다. 또한, 이들 아미노산 서열 및 이들의 관련 아미노산 서열의 각각을 코딩하는 단리된 핵산이 포함된다.
또한, 몬타스트래아 카베르노사(Montastraea cavernosa)로부터 신규 녹색 형광 단백질(GFP)을 단리하였다. 이 단백질을 본원에서 McGFP라 언급한다. 본 발명은 McGFP로부터 유도된 두가지 신규 단백질을 제공한다. 본원에서는 바람직한 신규 단백질을 그린 I 및 그린 II라 언급한다. 또한, McGFP의 여러 돌연변이체가 매우 빠르게 광표백을 수행하는 것으로 밝혀졌다.
또한, 본 발명은 선택된 폴리펩티드를 코딩하는 제1 코딩 서열 및 본 발명의 형광 단백질을 코딩하는 제2 코딩 서열을 포함하는 핵산 구조물을 제공한다. 제1 코딩 서열과 제2 코딩 서열이 융합되어, 융합된 서열이 발현됨으로써 제1 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드와 제2 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드가 융합된 형광 하이브리드 단백질이 생성되도록 제1 코딩 서열과 제2 코딩 서열을 융합한다.
본 발명의 각종 단리된 핵산을 포함하는 벡터가 또한 제공된다. 다양한 능력의 벡터가 분자 생물학자에게 잘 알려져 있으며, 상기 벡터를 사용하여 진핵 또는 원핵 세포를 형질전환시킬 수 있다. 이러한 벡터를 생체내 및 시험관내 발현 시스템과 함께 사용할 수도 있다.
또한, 형광 단백질을 코딩하는 핵산의 발현을 검출하는 방법이 제공된다. 이 방법은 본 발명의 핵산을 세포 또는 생물에 도입하는 것을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 프로모터는 핵산 발현을 조절한다. 핵산 발현을 형광 방출에 의해 검출하여 핵산 발현을 검출할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 세포는 진핵 세포이다. 다른 바람직한 실시양태에서, 세포는 원핵 세포이다. 핵산 발현은 생체내에서 검출할 수 있다. 핵산 발현은 시험관내에서 검출할 수 있고, 고정 세포, 예를 들어 포르말린 고정 세포에서 검출할 수도 있다.
핵산 발현을 검출하는 본 발명의 방법의 바람직한 실시양태에서, 형광 단백질을 코딩하는 핵산에 대상 유전자를 융합시킨다. 융합 단백질은 세포내 특정 로케이터(locator) 신호를 포함할 수 있으며, 프로모터로부터의 발현 및(또는) 세포내 위치결정을 측정할 수 있다. 형광 방출에 의해 대상 유전자의 발현을 검출한다.
본 발명의 핵산을 포함하는 세포가 또한 제공된다. 바람직한 실시양태에서, 세포의 게놈에 핵산을 통합시킨다. 다른 바람직한 실시양태에서, 세포의 게놈에 핵산을 통합시키지 않는다. 예를 들어, 핵산은 염색체 외부에 존재할 수 있다.
추가로, 본 발명의 단리된 핵산을 갖는 동물이 제공된다. 바람직한 실시양태에서, 동물은 제브라피쉬(zebrafish)이다.
이하 첨부된 도면의 설명에서는 본 발명의 바람직한 전형적인 실시양태를 예시한다:
도 1A 및 1B는 본래 악티노디스쿠스/디스코소마 종으로부터 단리된 단백질로부터 각각 생성된 두가지 돌연변이체 적색 형광 단백질인 레드 I(서열 1) 및 레드 II(서열 3)를 코딩하는 DNA의 서열 정렬을 나타낸다. 이러한 정렬 및 다른 모든 정렬에서, 정렬된 서열 사이의 차이는 "컨센서스(consensus)" 라인에서 결여된 모노머에 의해 표시한다.
도 2는 레드 I(서열 2) 및 레드 II(서열 4)의 DNA 서열에 의해 코딩된 아미노산의 정렬을 나타낸다.
도 3은 레드 I의 스펙트럼 분석에 대한 그래프이다.
도 4는 레드 II의 스펙트럼 분석에 대한 그래프이다.
도 5는 레드 I 및 레드 II의 스펙트럼 분석에 대한 그래프이다.
도 6A 및 6B는 본래 엠. 카베르노사(M. cavernosa)로부터 단리된 단백질로부터 각각 생성된 두가지 돌연변이체 녹색 형광 단백질인 그린 I(서열 5) 및 그린 II(서열 7)를 코딩하는 DNA의 서열 정렬을 나타낸다.
도 7은 그린 I(서열 6) 및 그린 II(서열 8)의 DNA 서열에 의해 코딩된 아미노산의 아미노산 정렬을 나타낸다.
도 8은 그린 I의 스펙트럼 분석에 대한 그래프이다.
도 9는 그린 II의 스펙트럼 분석에 대한 그래프이다.
도 10은 그린 I 및 그린 II의 스펙트럼 분석에 대한 그래프이다.
본 발명의 실시양태를 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 적용이 이하의 설명에 기재되거나 도면에 예시된 성분들의 구성 및 정렬에 대한 세부사항으로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시양태들이 가능하며 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본원에 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것이며 한정을 위한 것으로 고려해서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
정의:
본 발명에서, 다음과 같은 정의들이 사용된다:
본원에서 표준 1-문자 코드인 "A," "C," "G," "T" 및 "U"는 각각 뉴클레오티드인 아데닌, 시토신, 구아닌, 티미딘 및 우라실에 대하여 사용된다. "N"은 임의의 뉴클레오티드를 나타낸다. 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드 서열은 5'-말단에서 3'-말단 방향으로 기재한다.
본원에 사용된 바와 같이, "아미노산"은 표준 폴리펩티드 명명법에 따라 기술된다 [J. Biol. Chem., 243:3557-59, (1969)]. 본원에서 확인된 모든 아미노산 잔기는 천연 L-형태이다. 표준 폴리펩티드 명명법에 따라, 아미노산 잔기에 대한 약어를 하기 대응표에 나타낸다.
대응표 | ||
1-문자 | 3-문자 | 아미노산 |
Y | Tyr | L-티로신 |
G | Gly | 글리신 |
F | Phe | L-페닐알라닌 |
M | Met | L-메티오닌 |
A | Ala | L-알라닌 |
S | Ser | L-세린 |
I | Ile | L-이소류신 |
L | Leu | L-류신 |
T | Thr | L-트레오닌 |
V | Val | L-발린 |
R | Pro | L-프롤린 |
K | Lys | L-리신 |
H | His | L-히스티딘 |
Q | Gln | L-글루타민 |
E | Glu | L-글루탐산 |
W | Trp | L-트립토판 |
R | Arg | L-아르기닌 |
D | Asp | L-아스파르트산 |
N | Asn | L-아스파라긴 |
C | Cys | L-시스테인 |
"단백질" 및 "폴리펩티드"는 길이 또는 번역 후 변형, 예를 들어 글리코실화 또는 인산화에 상관없이 임의의 아미노산 쇄를 의미한다. 본 발명의 합성 유전자는 자연 발생적인 단백질 또는 그의 폴리펩티드 단편의 변이체를 코딩할 수도 있다. 바람직하게는, 이러한 단백질 폴리펩티드는 그가 유도되는 자연 발생적인 (천연) 단백질의 아미노산 서열과 85% 이상, 바람직하게는 90%, 가장 바람직하게는 95% 또는 99%의 동일성을 갖는다.
"단리된 핵산" 또는 "단리된 폴리뉴클레오티드"에서와 같이 핵산과 관련하여 사용되는 경우 용어 "단리된"은 핵산 서열이 그의 공급원에서 통상적으로 결합하는 하나 이상의 오염물로부터 동정 및 분리된 핵산 서열을 의미한다. 따라서, 단리된 핵산은 그가 본래 발견되는 형태 또는 환경과 상이한 형태 또는 환경에서 존재한다. 대조적으로, 단리되지 않은 핵산, 예를 들어 DNA 및 RNA는 이들이 본래 존재하는 상태로 발견된다. 예를 들어, 주어진 DNA 서열, 예를 들어 유전자는 숙주 세포 염색체 상에서 인접하는 유전자 가까이에 존재하며, RNA 서열, 예를 들어 특정 단백질을 코딩하는 특정 mRNA 서열은 세포내에서 다수의 단백질을 코딩하는 다른 수많은 mRNA와의 혼합물로서 발견된다. 그러나, 단리된 핵산은 예를 들어 천연 세포의 염색체 위치와 상이한 염색체 위치에 있거나 또는 본래 발견되는 핵산 서열과 상이한 핵산 서열에 의해 플랭킹된(flanked) 핵산을 통상적으로 발현하는 세포내의 그러한 핵산을 포함한다. 단리된 핵산은 단일 가닥 또는 이중 가닥 형태로 존재할 수 있다. 단리된 핵산을 사용해서 단백질을 발현시키는 경우, 올리고뉴클레오티드는 최소의 센스 또는 코딩 가닥을 함유할 수 있고(즉, 올리고뉴클레오티드는 단일 가닥일 수 있음), 센스 및 안티센스 가닥을 모두 함유할 수도 있다(즉, 올리고뉴클레오티드는 이중 가닥일 수 있음).
"단리된 단백질" 또는 "단리된 폴리펩티드"에서와 같이 폴리펩티드와 관련하여 사용되는 경우 용어 "단리된"은 폴리펩티드가 그의 공급원에서 통상적으로 결합하는 하나 이상의 오염물로부터 동정 및 분리된 폴리펩티드를 의미한다. 따라서, 단리된 폴리펩티드는 그가 본래 발견되는 형태 또는 환경과 상이한 형태 또는 환경에서 존재한다. 대조적으로, 단리되지 않은 폴리펩티드, 예를 들어 단백질 및 효소는 이들이 본래 존재하는 상태로 발견된다.
용어 "정제된" 또는 "정제하다"는 대상 성분, 예를 들어 단백질 또는 핵산으로부터 어떤 오염물을 제거하는 임의의 과정에 대한 결과를 의미한다. 그에 따라, 샘플에서 정제된 성분의 비율(%)이 증가한다.
본 발명의 핵산에 관하여, 용어 "핵산"은 DNA, 게놈 DNA, cDNA, RNA, mRNA, 및 상기 다양한 핵산의 하이브리드를 의미한다. 핵산은 합성 기원 또는 천연 기원의 것일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 핵산은 하나의 뉴클레오티드의 펜토스의 3' 위치가 포스포디에스테르기에 의해 다음 뉴클레오티드의 펜토스의 5' 위치로 연결되며 뉴클레오티드 잔기(염기)가 특정 순서, 즉 뉴클레오티드의 선형 순서로 연결된 뉴클레오티드의 공유 결합 서열이다.
본원에 사용된 바와 같이 용어 "야생형"은 자연 발생적인 공급원으로부터 단리된 유전자 또는 유전자 생성물의 특징을 갖는 유전자 또는 유전자 생성물을 의미한다. 야생형 유전자는 집단내에서 가장 빈번하게 관찰되며, 따라서 임의적으로 유전자의 "야생형" 형태로 명명된 유전자이다. 대조적으로, 용어 "돌연변이체"는 서열 및(또는) 기능적 특성에서의 변형, 즉 야생형 유전자 또는 유전자 생성물에 비해 변화된 특징을 나타내는 유전자 또는 유전자 생성물을 의미한다. 자연 발생적인 돌연변이체는 단리할 수 있으며 야생형 유전자 또는 유전자 생성물에 비해 변화된 특징을 갖는다는 사실에 의해 상기 돌연변이체가 확인된다는 것을 유의한다.
본원에 사용된 바와 같이, "더 높은 상대적 형광 강도" 또는 "증가된 밝기"는 주어진 일련의 조건하에 야생형 형광 단백질에 의해 나타난 것보다 더 큰 형광 강도 또는 밝기를 의미한다. 일반적으로, 형광 강도 또는 밝기의 증가는 변이체의 형광이 주어진 일련의 조건하에 야생형 형광 단백질보다 적어도 25% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 100% 이상 강하거나 밝은 것을 의미한다.
용어 "핵산 구조물"은 상이한 공급원으로부터 유래하며 당업계에 공지된 방법을 사용하여 함께 라이게이션한 둘 이상의 핵산 서열로 이루어진 핵산을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이 용어 "숙주 세포"는 임의의 생물 유래의 세포를 의미한다. 바람직한 숙주 세포는 식물, 박테리아, 효모, 진균, 곤충 또는 다른 동물로부터 유래한다. 폴리뉴클레오티드 서열을 다양한 유형의 숙주 세포로 도입하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 숙주 세포는 상기 기재된 것들의 자손 또는 잠재적인 자손을 포함한다.
용어 "벡터"는 DNA의 단편들이 삽입 또는 클로닝될 수 있으며 상기 DNA 단편들을 사용하여 DNA 절편을 세포로 전달하고 세포에서 복제될 수 있는 핵산 분자와 관련하여 사용된다. 벡터는 플라스미드, 박테리오파지, 바이러스 및 코스미드 등으로부터 유래할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이 용어 "발현 벡터"는 특정 숙주 생물에서 목적하는 코딩 서열 및 작동가능하게 연결된 코딩 서열의 발현에 필요한 적절한 DNA 또는 RNA 서열을 함유하는 DNA 또는 RNA 서열을 의미한다. 원핵생물 발현 벡터는 전형적으로 프로모터, 리보좀 결합 부위, 숙주 세포에서의 자율 복제를 위한 복제 기점, 및 가능하게는 기타의 서열, 예를 들어 임의의 오퍼레이터 서열, 임의의 제한 효소 부위를 포함한다. 프로모터는 RNA 폴리머라제가 DNA와 결합하여 RNA 합성을 개시하도록 지시하는 DNA 서열로서 정의된다. 진핵생물 발현 벡터는 전형적으로 프로모터, 임의로는 폴리아데닐화 신호 및 임의로는 인핸서 서열을 포함한다.
용어 "작동가능하게 연결된"은 코딩 서열의 발현에 필요한 조절 서열이 DNA 분자에서 코딩 서열에 대해 적절한 위치에 위치하여 코딩 서열의 발현을 수행하도록 하는 것을 의미한다. 때때로, 이와 동일한 정의가 발현 벡터에서 코딩 서열 및 전사 조절 요소, 예를 들어 프로모터, 인핸서 및 종결 요소의 정렬에 적용된다.
본 발명에서, 당업계의 기술 범위내에서 통상의 분자 생물학 및 미생물학이 이용될 수 있다. 이러한 기술들은 문헌에 충분히 설명되어 있다. 예를 들어, 문헌 [Sambrook, Fritsch & Maniatis, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Third Edition (2001) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N. Y.]을 참조한다.
본 발명에 따라, 신규 야생형 형광 단백질을 단리하였다. 이 야생형 형광 단백질을 돌연변이시켜, 예를 들어 각 야생형 형광 단백질보다 더 높은 상대적 형광 강도 또는 더 큰 광표백 내성을 갖는 형광 단백질의 돌연변이체 형태를 생성시켰다.
I. 야생형 형광 단백질의 단리
요컨대, 대상 생물 유래의 조직을 수획하고, 하기 상세히 설명된 방법에 의해 균질화하였다. RNA를 단리하고, RT-PCR을 수행하였다. 아가로스 겔로부터 크기별로 선별된 DNA를 회수한 다음, 박테리아 선별에 적합한 벡터에 라이게이션하였다. 벡터는 유도가능하거나 또는 구성적인 프로모터를 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 플라스미드를 벡터로 사용하였다. 수용능력이 있는(competent) 박테리아를 전기천공하여 플라스미드를 도입하였다. LB-앰피실린 플레이트(100 ㎍/ml)상에서 박테리아를 인큐베이션하였다. 형광 강도 및(또는) 색상 품질의 정량적 측정치를 기준으로 대상 클론을 단리하였다.
하기 실시예에 상세히 설명된 이러한 방법을 이용하여, 악티노디스쿠스 또는 디스코소마인 것으로 생각되는 수생 종으로부터 야생형 적색 형광 단백질 코딩 cDNA를 단리하였다. 앞서 관련 기술의 설명 부분에 논의된 악티노디스쿠스 또는 디스코소마 속의 관계에 있어서의 불확실성으로 인해, 상기 단백질을 이하에서 Ac/DsRFP라 언급한다. Ac/DsRFP를 코딩하는 단리된 cDNA를 추가로 돌연변이시키고, 하기 상술한 바와 같은 대상 특성을 기준으로 단리물을 선별하였다. 추가로, 본원에 기술된 방법을 이용하여, 야생형 녹색 형광 단백질(GFP) 코딩 cDNA를 몬타스트래아 카베르노사(Montastraea cavernosa)로부터 단리하였으며, 본원에서 McGFP로 언급한다. 하기 기술한 바와 같이, McGFP를 코딩하는 단리된 cDNA를 추가로 돌연변이시키고, 대상 특성을 기준으로 선별하였다.
II.
돌연변이된
형광 단백질의 생성
단리된 각 야생형 유전자에 대해, 중합 동안 돌연변이를 유발하는 저 엄격 조건(하기 기술된 바와 같은 낮은 어닐링 온도, 과도하게 긴 연장 시간, 초과 사이클)하에 수행된 PCR을 통해 코딩 서열내 랜덤 돌연변이를 유도하였다. 생성된 PCR 생성물을 박테리아 발현 벡터에 클로닝하였다. 상응하는 야생형 형광 단백질과 비교했을 때의 상대적 형광 증가, 대상 색상 및 광표백 감소에 대하여 클론을 스크리닝하였다. 이어서, 선택된 클론으로부터 벡터 DNA를 정제하고 서열화하여 관련 PCR-유도된 돌연변이 변화를 결정하였다. 이후, 상기 과정을 수회 반복하였다.
a.
레드
I 및
레드
II
상기 나타낸 바와 같이 저 엄격 PCR을 수회 수행하여 디스코소마 유래의 야생형 RFP인 Ac/DsRFP를 코딩하는 DNA를 돌연변이시켰다. 벡터에 클로닝하고 형질전환된 박테리아를 형광 특성에 대하여 시각적으로 스크리닝한 다음, 모체 Ac/DsRFP 야생형과 비교했을 때의 더 높은 상대적 형광 강도를 기준으로 레드 I 및 레드 II에 의해 코딩된 단백질을 선별하였다. 정량적으로 결정된 바로는, 레드 II는 레드 I의 강도보다 적어도 50% 초과의 형광 강도를 갖는다.
레드 I(서열 1) 및 레드 II(서열 2)의 DNA 서열을 도 1A 및 1B에 나타낸다. 레드 I을 코딩하는 DNA에 비해 레드 II를 코딩하는 DNA는 하나의 뉴클레오티드 차이를 나타내는데, 위치 694에서 레드 I은 G이지만 레드 II는 A이다. 레드 I(서열 2) 및 레드 II(서열 4)의 아미노산 서열을 도 2에 나타낸다. 이 도면은 위치 232에서 레드 I은 D이지만 레드 II는 N임을 나타낸다.
도 3 내지 5는 레드 I 및 레드 II, 및 레드 I 및 레드 II의 둘 다에 대한 스펙트럼 분석을 나타낸다.
b. 그린 I 및 그린 II
본원에 기술된 바와 같이 저 엄격 조건하의 PCR을 이용하여 엠. 카베르노사 유래의 야생형 GFP인 McGFP를 코딩하는 DNA 서열을 돌연변이시켰다. 더 밝은 형광을 나타내는 돌연변이체 GFP를 단리하였으며, 그린 I로 나타낸다. 그린 I에 대하여 저 엄격 PCR의 제2 라운드를 수행하여 높은 광표백 내성을 갖는 제2 돌연변이체 GFP를 얻고, 이를 그린 II로 나타낸다. 그린 I을 코딩하는 DNA 서열과 비교했을 때, 그린 II를 코딩하는 DNA는 하나의 뉴클레오티드 변화를 함유하는데, 서열 5 및 서열 7로서 도 6A 및 6B에 나타낸 바와 같이, 뉴클레오티드 527의 시토신이 티민으로 돌연변이되었다. 아미노산 서열을 서열 6 및 서열 8로서 도 7에 나타낸다. 이 도면은 그린 I의 위치 176을 S로 나타내고, 그린 II에서는 동일한 위치를 F로 나타낸다.
그린 I은 McGFP와 비교했을 때 더 높은 상대적 형광 강도를 나타냈다. 또한, 그린 II는 더 높은 상대적 형광을 나타낼 뿐만 아니라 높은 광표백 내성을 갖는데, 이는 그린 I 단백질에서는 분명하지 않은 특성이다. 애토아크(Attoarc; 등록상표) HBO 100W 가변 전원에 의해 조작되는 형광 현미경에 통상적으로 사용되는 수은 아크 레이저를 사용한 경우, 그린 I은 적절한 조건하에 광표백을 수행하는 것으로 나타났다. 이 장치에서, 낮은 레이저 강도는 25% 미만의 강도인 것으로 고려되며 높은 레이저 강도는 75% 초과의 강도인 것으로 고려된다. 제이스 액시오버트(Zeiss Axiovert) S100 현미경을 사용하여 세포를 시각화하였다. 낮은 레이저 강도, 예를 들어 10% 강도하에, 두 유도체 단백질은 동일한 것으로 나타났다. 그러나, 높은 레이저 강도, 예를 들어 80% 강도하의 수초 후, 그린 I 광은 보이지 않았다. 암조건하의 몇분에 이어서 재조명한 후, 그린 I의 형광이 다시 분명해졌다. 또한, 420 nm 광을 사용하는 여기는 광표백을 급속하게 반전시킨다는 점에서 그린 I은 특이적이었다. 그린 II는 이러한 광표백 반응을 수행하지 않는다.
도 8 내지 10은 그린 I(도 8) 및 그린 II(도 9), 및 그린 I 및 그린 II의 둘 다(도 10)에 대한 스펙트럼 분석을 나타낸다.
IV. 형광 단백질의
사용예
본원에 기재된 모든 형광 단백질은, 예를 들어 대상 유전자 및 형광 단백질을 코딩하는 DNA를 벡터에 삽입함으로써 대상 유전자의 발현을 검출하는 마커로서 사용할 수 있다. 벡터는 진핵 또는 원핵 숙주 세포, 예를 들어 박테리아 세포, 곤충 세포, 효모 세포 및 포유동물 세포를 형질전환시킬 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 숙주 세포는 수용능력이 있거나, 또는 칼슘 인산 침전법, 수용자 세포와 DNA 함유 박테리아 원형질체(protoplast)를 융합하는 방법, DNA 함유 리포좀으로 수용자 세포를 처리하는 방법, DEAE 덱스트란, 수용체-매개 세포내이입법, 전기천공법, 및 DNA를 세포에 직접 미세주입하는 방법을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 기술에 의해 수용능력을 갖게끔 만들 수 있다. DNA는 숙주 세포의 염색체 DNA내로 통합될 수 있거나 또는 예를 들어 플라스미드를 통해 염색체 외부에 존재할 수 있다.
본 발명의 형광 단백질은 생화학 분석에서 시약으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 형광 단백질을 리포터로 사용하여 발효 과정을 모니터링하고 유전자 발현을 정량할 수 있다.
또한, 본 발명의 형광 단백질은 다중 표지 시스템에서 사용될 수 있는 추가의 형광 단백질을 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 GFP의 하나를 사용하여 제1 세포 집단을 표지할 수 있고 본 발명의 RFP의 하나를 사용하여 제2 세포 집단을 표지할 수 있으며, 예를 들어 형광 활성화 세포 분류 동안 두가지 상이한 세포 집단을 추적할 수 있다. 유사하게, 레드 I 및 II는 상이한 파장에서 형광을 방출시키기 때문에, 레드 I 및 레드 II을 사용하여, 예를 들어 상이한 세포 집단을 표지하여 추적할 수 있다.
추가로, 본 발명의 형광 단백질은 원핵 및 진핵 발현 시스템에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 형광 단백질에 대한 코딩 서열 및 다른 유전자를 함유하는 융합 단백질을 생성시킬 수 있다. 본 발명의 전형적인 융합 단백질은 선택된 폴리펩티드를 코딩하는 제1 코딩 서열 및 본 발명의 형광 단백질을 코딩하는 제2 코딩 서열을 포함한다. 제1 코딩 서열과 제2 코딩 서열이 융합되어, 융합된 서열이 발현됨으로써 제1 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드와 제2 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드가 융합된 형광 하이브리드 단백질이 생성되도록 제1 코딩 서열과 제2 코딩 서열을 융합한다. 본 발명의 형광 단백질은 코딩 서열의 3' 또는 5' 말단에서 융합될 수 있는 것으로 생각된다. 또한, β-갈락토시다제와 같은 단백질에 대한 코딩 서열을 갖는 융합 단백질과 달리, 형광 단백질에 대한 코딩 서열을 함유하는 융합 단백질은 외부 첨가된 기질 또는 보조인자를 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 형광 단백질을 살아있는 세포에서 유용하게 사용할 수 있다.
본원에 제공된 형광 단백질을, 예를 들어 mRNA 미세주입 분석에서 생체내 마커로서 사용할 수도 있다. 형광 단백질은 다른 예로서 트랜스제닉 마우스, 캐노르뱁디티스 엘레간스(Caenhorbabditis elegans), 드로소필라 멜라노가스터(Drosophila melanogaster) 및 제브라피쉬에서 생체내 마커로 사용된다.
또한, 본 발명의 형광 단백질을 크니다리언(cnidarian) 유전학의 연구를 위한 분류 마커, 진단 키트에서 색 표시자, 착색용 식품 첨가제 및 화장품 성분으로 사용할 수 있다.
하기 실시예는 단지 예시를 위해 제공된다. 이 실시예는 오로지 본원에 기술된 발명을 보다 완전하게 이해하는데 도움을 주고자 본원에 포함된다. 이러한 실시예는 본원에 개시 또는 청구된 본 발명의 범위를 어떠한 식으로든지 제한하지 않는다.
실시예
1. 종 선택 및 동물 관리:
산호 콜로니를 두가지 공급원으로부터 얻었다. 첫째, 여러 악티노디스쿠스/디스코소마 종 폴립(polyp)으로 이루어진 고상의 붉은-벽돌색의 콜로니를 지역 수족관 상점으로부터 얻었다. 둘째, 몬타스트래아 카베르노사 콜로니를 플로리다 남부 지역의 암초지대로부터 수집하였다. 관통하여 흐르는 여과된 해수가 채워진 작은 수족관에서 상기 두 종을 유지하였다.
실시예
2. 전체 RNA의 단리,
역전사
, cDNA의 증폭 및 회수:
토털리(Totally) RNA 키트(카탈로그 번호 1902, 텍사스주 오스틴 소재의 앰비온, 인크.(Ambion, Inc.))를 사용하여 단일 폴립(악티노디스쿠스/디스코소마 종) 또는 기초 골격을 에어브러시(airbrush)로 가볍게 처리하여 얻은 세포 덩어리(엠. 카베르노사)로부터 RNA를 단리하였다. 요약하면, 조직을 균질화하고, 튜브를 뒤집어 약 10배 부피의 변성 용액과 함께 혼합하고, 1배 부피의 페놀/클로로포름으로 추출하였다. 수성 상등액을 깨끗한 용기로 전달하였다. 1/10 부피의 3 M 아세트산나트륨을 상등액에 가한 다음, 이를 1배 부피의 산-페놀/클로로포름으로 한번 더 추출하였다. 다시, 수성 상등액을 깨끗한 용기로 전달하였다. 1배 부피의 이소프로판올을 상등액에 가하고, 원심분리하여 전체 RNA를 침전시켰다. 펠릿을 75% 에탄올로 세척하고, RNAse-무함유 물 50 ㎕에 재현탁시켰다. 분광광도계로 수율을 측정하고, 겔 전기영동에 의해 품질을 평가하였다.
이와 같이 단리된 RNA를 퍼스트 초이스(First Choice; 등록상표) RLM-RACE 키트(카탈로그 번호 1700, 앰비온, 인크.)에서 사용하여 cDNA를 생성 및 증폭시켰다. 이후, RLM-RACE 프로토콜 버전 0010에 따른 "소 반응(small reaction)" 프로토콜을 행하였다. 요약하면, 전체 RNA를 송아지 장관 포스파타제(CIP)로 처리하여 분해 및 비-캡핑된(non-capped) RNA로부터 5' 포스페이트를 제거한 다음, 페놀:클로로포름으로 추출하였다. 이어서, 담배 산 피로포스파타제(TAP)를 사용하여 전장 mRNA로부터 캡을 제거하였다. T4 RNA 리가제를 사용해서 포함된 5' RACE 어댑터(adaptor)(5'-GCUGAUGGCGAUGAAUGAACACUGCGUUUGCUGGCUUUGAUGAAA-3')(서열 9)를 전체 디캡핑된(decapped) mRNA에 라이게이션하였다. MMLV 역전사효소 및 폴리T 프라이머(5'-CTCGAGAAGCTTGAATTCGGATCCTTTTTTTTTTTTTTTTT-3')(서열 10)를 사용해서 역전사를 달성하였다.
생성된 cDNA의 증폭은 동일한 폴리T 프라이머, 5' RACE 아우터(Outer) 프라이머(5'-GCTGATGGCGATGAATGAACACTG-3')(서열 11) 및 슈퍼태크(SuperTaq) 폴리머라제(앰비온, 인크., 카탈로그 2050)를 사용해서 수행하였다.
PCR을 다음과 같이 수행하였다: 94 ℃/5분, 80℃ 유지, 폴리머라제 첨가, 94℃/30초, 60℃/1분, 72℃/1분 및 마지막으로 72℃/10분의 34 사이클. 증폭된 cDNA를 겔 정제하였다. 약 500개 내지 1200개 염기쌍(bp)으로부터 일부를 수획하고, 실리콘처리된 유리솜을 통한 저속 원심분리에 이어서 이소프로판올 침전에 의해 회수하였다.
실시예
3. 박테리아 클론의 형질전환 및 선별, 플라스미드 제조, 및 야생형 형광 단백질의 DNA 서열분석:
겔 정제된 cDNA 일부를 pCR II 클로닝 벡터(Invitrogen, Carlsbad, CA)에 라이게이션하고, 생성된 플라스미드로 탑(Top) 10 이. 콜라이(E. coli)(Invitrogen)를 전기형질전환(electrotransformation)시켰다. 형질전환된 박테이라를 LB-앰피실린(100 ㎍/ml) 플레이트 상에 배양하고, 레이카(Leica) MZFLIII 형광 입체 해부 현미경을 사용해서 형광에 대해 콜로니를 스크리닝하였다. 단일 형광 콜로니를 채집하고, 수회 리스트리킹(restreaking)하여 모자이크교잡(mosaicism)을 해소하고, 액체 배양으로 배양하였다. 퀴아젠 미디 키트(Qiagen Midi kit)(Qiagen, Valencia, CA)를 사용해서 플라스미드 DNA를 제조하였다.
야생형 적색 형광 단백질(RFP)을 발현시키는 콜로니를 악티노디스쿠스/디스코소마 종 1 RNA로부터 생성된 박테리아 콜로니로부터 단리하였다. 이를 본원에서 Ac/DsRFP로서 언급한다.
또한, 야생형 녹색 형광 단백질(GFP)을 발현시키는 콜로니를 엠. 카베르노사 RNA로부터 생성된 박테리아 콜로니로부터 단리하고, McGFP로 명명하였다.
실시예
4. 형광 단백질의 돌연변이 생성:
야생형 단백질을 코딩하는 각 유전자를 오류-빈발성(error-prone) PCR 처리하였다. PCR 생성물을 클로닝하고, PCR 생성물에 의해 코딩된 단백질의 발현을 기준으로 정량적으로 선별하였다.
구체적으로, Kpn I 제한 부위, 샤인-달가노(Shine-Dalgarno) 및 코작(Kozak) 컨센서스 상위번역(uptranslation) 서열, 코딩 영역의 출발 ATG, 및 약 10 bp의 하류 상동성을 함유하는 5' "상부(upper)" 프라이머를 Ac/DsRFP 및 McGFP 둘 다에 대하여 설계하였다. Ac/DsRFP에 대한 상부 프라이머는 5'-CCGGTACCTAAGGAGGCCACCATGAGTTGTTCC-3'(서열 12)이었으며, McGFP에 대한 상부 프라이머는 5'-CCGGTACCTAAGGAGGCCACCATGAGTGTGATAAAAC-3'(서열 13)이었다.
또한, Xba I 제한 부위, 코딩 영역의 종결 코돈, 및 약 10 bp의 상류 상동성을 함유하는 "하부(lower)" 프라이머를 형광 단백질 단리물 각각에 대하여 설계하였다. Ac/DsRFP에 대한 하부 프라이머는 5'-CCACTAGTCTAGATCATTACCGCTC-3'(서열 14)이었으며, McGFP에 대한 하부 프라이머는 5'-GGTCTAGATTACTTGGCCTGCCTC-3'(서열 15)이었다.
상기 프라이머를 사용하여 형광 단백질 플라스미드 DNA에 대해 저 엄격 PCR 프로토콜을 수행하였다. 조건은 다음과 같았다: 94℃/5분, 80℃/유지, 폴리머라제 첨가, 94℃/1분, 42℃/2분, 72℃/3분의 10 사이클, 94℃/30초, 55℃/1분, 72℃/1분의 30 사이클 및 마지막으로 72℃/10분. PCR 생성물을 페놀/클로로포름 추출 및 이소프로판올 침전으로 정제하고, Kpn I/Xba I로 절단하고, 겔 정제하고, Kpn I/Xba I 절단된 pBS II KS+ 플라스미드(Stratagene, La Jolla, CA)에 라이게이션하였다. 라이게이션 혼합물로 탑 10 세포(Invitrogen)를 전기형질전환시켰으며, 콜로니를 1) 모체보다 더 밝은지의 여부, 2) 색상 발현 속도, 3) 크기 및 4) 색상에 대하여 스크리닝하였다.
상기 기재된 바와 같이 수회의 저 엄격 PCR에 의해 야생형 적색 형광 단백질인 Ac/DsRFP로부터 두가지 돌연변이체를 생성시켰다. 벡터에 클로닝하고 형광 특성에 대하여 형질전환된 박테리아를 시각적으로 스크리닝한 다음, 레드 I 및 레드 II에 의해 코딩된 단백질을 모체 Ac/DsRFP 야생형과 비교했을 때의 더 높은 상대적 형광 강도를 기준으로 선별하였다. 생성된 돌연변이체 클론을 레드 I 및 레드 II라 명명하였다.
또한, 야생형 녹색 형광 단백질인 McGFP로부터 그린 I 돌연변이체를 생성시켰다. 그린 I을 코딩하는 DNA에 대하여 제2의 저 엄격 PCR을 수행하고, 상기 네가지 기준을 충족시키는 콜로니를 단리하였다. 그린 I로부터 생성된 돌연변이 클론을 그린 II로 명명하였다. 정제된 플라스미드 제제를 사용해서 유니버시티 오브 아이오와(University of Iowa) DNA 퍼셜리티(Facility)(Iowa City, IA)에 의해 서열분석을 수행하였다. 레드 I 및 레드 II의 DNA 서열을 도 1A 및 1B에 나타내고, 그의 아미노산 서열을 도 2에 나타낸다. 그린 I 및 그린 II의 DNA 서열을 도 6A 및 6B에 나타내고, 그의 아미노산 서열을 도 7에 나타낸다.
실시예
5. 다른 발현 벡터에
클로닝된
형광 단백질 및 그의 스펙트럼 분석:
포유동물 발현에서, 네가지 돌연변이체 형광 단백질(레드 I, 레드 II, 그린 I 및 그린 II)의 각각을 Kpn I/Xba I로 제한 절단한 다음, T4 DNA 폴리머라제로 처리하여 블런트 말단을 생성시키고, 블런트 말단 Sma I 제한 부위를 사용해서 pCI-네오(neo) 포유동물 발현 벡터(Promega, Madison, WI)에 클로닝하여 pCI-네오-레드 I, pCI-네오-레드 II, pCI-네오-그린 I 및 pCI-네오-그린 II를 생성시켰다.
포유동물 및 박테리아 세포 둘 다에서 발현된 형광 단백질에 대하여 스펙트럼 분석을 측정하였다. 트랜스-패스트 트렌스펙션 프로덕트(Trans-Fast Transfection Product)(Promega)를 사용하여 pCI-네오-레드 I, pCI-네오-레드 II, pCI-네오-그린 I 또는 pCI-네오-그린 II 플라스미드로 포유동물 CHO 세포를 형질감염시켰다. 스펙스 플루오로로그(Spex Fluorolog) 1680 0.22m 더블(double) 분광계를 사용해서, 형질감염된 CHO 세포의 세포 용해에 대한 스펙트럼 분석을 측정하였다. 또한, 원핵 세포에서 레드 II 및 그린 II 플라스미드를 발현시켰다. NcoI-NotI 제한 부위를 생성시키는 올리고뉴클레오티드를 사용해서 적절한 플라스미드의 단편을 PCR 증폭시켰다. PCR 앰플리콘을 NcoI 및 NotI으로 절단하고, 원핵생물 발현 벡터내 동일한 부위에 클로닝하고, 이를 사용해서 이. 콜라이 JM109 박테리아를 형질전환시켰다. 형광 단백질의 정제 후, 일부 단백질에 대한 여기 및 방출 스펙트럼을 수집하고, 제이스 현미경을 사용해서 다른 단백질을 시각적으로 평가하였다. 스펙트럼은 24 시간에 기록되었으나 레드 II에 대한 성숙 형광은 24 시간을 넘어 48 시간까지 나타났으며 방출 피크는 583 nm에서 나타났음을 유의한다.
실시예
6. 형광 단백질을 발현시키는
트랜스제닉
동물:
제브라피쉬 배아로의 미세주입을 위한 DNA를 문헌 [Gibbs et al., 1994]에 기재된 바와 같이 약 2 ㎍/ml 선형 DNA 및 0.05% 페놀 레드의 최종 농도로 제조하였다. 해부 현미경하에, 배아 배양 용액 (25 mg/L 네오마이신 술페이트, 0.5 mg/L 메틸렌 블루, 17.5 mg/L 소듐 티오술페이트, 및 125 ㎕/L 앰쿠엘(Amquel)[코르돈; Kordon]를 함유하는 ERS-수도물) 중의 새로 수정된 수백개의 난자를 1 내지 2 mm의 오목한 부위를 하나 함유하는 1% 아가의 35 mm 페트리 디쉬(petri dish)에 넣었다. 왼손으로, 5번 겸자(forcep)를 사용해서 원형 난막을 갖는 하나의 난자를 굴려서 상기 오목한 부위에 넣고, 동물극(animal pole)과 수직한 위치에 유지하였다. 오른손으로, 배출 주사기(5 내지 10 미크론의 바늘 팁을 갖는 질몬트(Gilmont) S-1100)를 사용해서 난자를 난황 세포질 경계 근처의 제1 세포의 중심 하부 영역에 미세주입하였다. 이러한 경계의 파괴 및 DNA 용액의 기저 난황으로의 누출은 대부분의 난자에서 일어나며, 생성된 배아에 해롭지 않았다. 미세주입 후, 왼손 겸자를 사용해서 난자를 ERS 함유 100 mm 페트리 디쉬로 이동시키고, 다음 난자를 굴려서 오목한 부위로 위치시켰다. 이러한 기술을 사용해서, 하루에 500개 이상의 난자에 미세주입을 행할 수 있었다. 서던 블롯 분석에 의해 확립된 바와 같이 배아 당 평균 투여량은 DNA 50 pg이었다. 이 투여량은 높은 비율의 유전자 전달을 나타냈기 때문에 실험적으로 선택되었다. 이 조건하에, 배아의 대략 절반이 처음 24 시간에 사망하였으며, 성적으로 성숙할 때까지의 생존율은 주입된 난자의 10% 내지 20%로 예상되었다. 그러나, 모의(mock) 주입된 (DNA를 수용하지 않음) 배아의 생존율은 치료를 받지 않은 대조군 생존율의 대략 90%였다.
카메라를 장착한 레이카(Leica) MZFL III 입체 형광 해부 현미경으로 생존 배아 및 어류로부터의 전체 표본 조직을 관찰하고 사진을 촬영했다. 사용된 필터 세트는 FITC 필터 세트(여기 470 nm; 방출 515 nm), 변형 FITC 필터 세트(Leica-GFP)(여기 425 nm; 방출 480 nm) 또는 로다민 필터 세트(여기 546 nm; 방출 590 nm)이었다. 배아들을 피펫에 의해 약 50 ㎕의 ERS 액적으로 뒤집어진 100 mm 페트리 디쉬 뚜껑에 개별적으로 전달하고, 약 50 개의 배아로 이루어진 군에서 관찰하였다. 사진촬영 또는 상세한 관찰 목적으로 배아를 고정하기 위해, 20x 원액 마취제 1 ml를 100 mm 페트리 디쉬 중 ERS 약 20 ml에 첨가하였다. 20x 원액 마취제는 ERS 중 3 g/L의 트리카인 메탄술포네이트(MS-222), 20 mM Tris (pH 8)이었다. 원형 난막이 있거나 없는 마취된 배아는 약 2분 후 고정되었으며, 이 용액에서 30분 이상 동안 생존 상태로 남아있었다. 관찰 후, 배아를 ERS의 신선한 디쉬로 이동시켰으며, 수분후에 배아의 움직임이 회복되었다.
레드 II 또는 그린 II를 함유하는 하나의 세포 단계에서 어류의 선형화된 발현 DNA 벡터를 미세주입한 배아는 24 시간 이내에 형광 단백질의 발현에 대하여 양성인 것으로 기록될 수 있었다. 전형적으로, 50% 초과의 배아가 성숙시 약 10%의 개체에서 보유된 형광 세포 또는 패치를 함유하였다. 레드 II 발현의 형광 패치를 함유하는 성체 어류의 하나로부터, 레드 II가 성체를 통해 배아로부터 보편적으로 발현되는 어류 라인이 유도되었다.
참고문헌
인용된 모든 간행물, 특허문헌 및 특허 출원서는 본원에 참고로 포함된다. 상기 상세한 설명에서, 특정의 바람직한 실시양태와 관련하여 본 발명을 기술하였으며 설명을 목적으로 많은 세부사항을 기재하였지만, 본 발명에 대한 추가의 실시양태가 가능하며 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않으면서 본원의 특정의 세부사항들을 상당히 변화시킬 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
참고문헌
제1 저자의 성(last name)을 괄호안에 표기하여 본원에 언급한 참고문헌의 완전한 문헌 기록은 본원의 특허 청구의 범위 바로 앞쪽에 있는 참고문헌 부분에서 찾을 수 있다.
정부 지원에 대한 언급
본 발명은 미국 국립 환경 건강 과학 연구소(National Institute of Environmental Health Sciences)-MFBSC의 계약 번호 제ES05705호, NIH-미국 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소(NIH-National Institute of Neurological Disorders and Stroke)의 계약 번호 제NS36998호 및 미국 국립 일반 의학 연구소(National Institute of General Medicine)의 계약 번호 제GM 57505호로 후원된 미국 정부 지원을 받아 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대한 일정한 권리를 갖는다.
SEQUENCE LISTING
<110> Gibbs, Patrick D.L.
Carter, Robert W.
Schmale, Michael C.
<120> FLUORESCENT PROTEINS FROM AQUATIC SPECIES
<130> 638.008
<150> US 10/314,936
<151> 2002-12-09
<160> 15
<170> PatentIn version 3.3
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<213> Artificial
<220>
<223> primer
<400> 13
ccggtaccta aggaggccac catgagtgtg ataaaac 37
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<211> 25
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> primer
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ccactagtct agatcattac cgctc 25
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<211> 24
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> primer
<400> 15
ggtctagatt acttggcctg cctc 24
Claims (46)
- 하나 이상의 아미노산 치환에 의해 상응하는 야생형 적색 형광 단백질의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 야생형 적색 형광 단백질에 의해 생성된 상응하는 광학 특성에 비해 상이한 광학 특성을 갖는 제1 돌연변이체 형광 단백질.
- 제1항에 있어서, 상이한 광학 특성이 더 높은 상대적 형광 강도를 포함하는 것인 제1 돌연변이체 형광 단백질.
- 제2항에 있어서, 서열 1(레드 I)을 포함하는 DNA 서열에 의해 코딩되는 제1 돌연변이체 형광 단백질.
- 하나 이상의 아미노산 치환에 의해 제1항의 제1 돌연변이체 형광 단백질의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 제1 돌연변이체 형광 단백질에 의해 생성된 상응하는 광학 특성에 비해 상이한 광학 특성을 갖는 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 제4항에 있어서, 상이한 광학 특성이 더 높은 상대적 형광 강도를 포함하는 것인 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 제5항에 있어서, 서열 2의 레드 I의 위치 232에 상응하는 위치의 아미노산이 치환된 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 제5항에 있어서, 서열 4(레드 II)의 아미노산 서열을 포함하는 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 폴리뉴클레오티드 서열을 포함하며 돌연변이체 형광 단백질을 코딩하는 단리된 핵산 또는 그의 상보체.
- 제8항에 있어서, 서열 1(레드 I)을 포함하는 단리된 핵산.
- 제8항에 있어서, 서열 3(레드 II)을 포함하는 단리된 핵산.
- 제8항에 따른 단리된 핵산을 포함하는 벡터.
- 제11항에 있어서, 핵산에 작동가능하게 연결된 프로모터를 추가로 포함하는 벡터.
- (A) 선택된 폴리펩티드를 코딩하는 제1 코딩 서열 및 (B) 제8항의 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 코딩 서열을 포함하며, 여기서 제1 코딩 서열과 제2 코딩 서열이 융합되어, 융합된 서열이 발현됨으로써 제1 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드와 제2 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드가 융합된 형광 하이브리드 단백질이 생성되는 것인 핵산 구조물.
- 제8항의 핵산을 세포 또는 생물에 도입하는 단계, 세포의 복제를 허용하는 단계 및 형광 방출에 의해 핵산 발현을 검출하는 단계를 포함하는, 유전자 발현 검출 방법.
- 제14항에 있어서, 진핵 세포에 핵산을 도입하는 방법.
- 제14항에 있어서, 원핵 세포에 핵산을 도입하는 방법.
- 제14항에 있어서, 생체내에서 핵산 발현을 검출하는 방법.
- 제14항에 있어서, 시험관내에서 핵산 발현을 검출하는 방법.
- 제8항의 핵산을 포함하는 세포.
- 제19항에 있어서, 세포의 게놈에 핵산이 통합된 세포.
- 제19항에 있어서, 세포의 게놈에 핵산이 통합되지 않은 세포.
- 제8항의 단리된 핵산을 포함하는 동물.
- 제22항에 있어서, 제브라피쉬(zebrafish)인 동물.
- 하나 이상의 아미노산 치환에 의해 상응하는 야생형 녹색 형광 단백질의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 야생형 녹색 형광 단백질에 의해 생성된 상응하는 광학 특성에 비해 상이한 광학 특성을 갖는 제1 돌연변이체 형광 단백질.
- 제24항에 있어서, 상이한 광학 특성이 더 높은 상대적 형광 강도를 포함하는 것인 제1 돌연변이체 형광 단백질.
- 제25항에 있어서, 서열 5(그린 I)를 포함하는 DNA 서열에 의해 코딩되는 제1 돌연변이체 형광 단백질.
- 하나 이상의 아미노산 치환에 의해 제24항의 제1 돌연변이체 형광 단백질의 아미노산 서열과 상이한 아미노산 서열을 포함하며, 상기 제1 돌연변이체 형광 단백질에 의해 생성된 상응하는 광학 특성에 비해 상이한 광학 특성을 갖는 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 제27항에 있어서, 상이한 광학 특성이 더 높은 상대적 형광 강도를 포함하는 것인 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 제28항에 있어서, 서열 6의 그린 I의 위치 176에 상응하는 위치의 아미노산이 치환된 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 제28항에 있어서, 서열 8(그린 II)의 아미노산 서열을 포함하는 제2 돌연변이체 형광 단백질.
- 폴리뉴클레오티드 서열을 포함하며 돌연변이체 녹색 형광 단백질을 코딩하는 단리된 핵산 또는 그의 상보체.
- 제31항에 있어서, 서열 5(그린 I)를 포함하는 단리된 핵산.
- 서열 6(그린 II)을 포함하는 제31항의 핵산의 돌연변이체 형태.
- 제31항에 따른 단리된 핵산을 포함하는 벡터.
- 제34항에 있어서, 핵산에 작동가능하게 연결된 프로모터를 추가로 포함하는 벡터.
- (A) 선택된 폴리펩티드를 코딩하는 제1 코딩 서열 및 (B) 제31항의 핵산으로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 코딩 서열을 포함하며, 여기서 제1 코딩 서열과 제2 코딩 서열이 융합되어, 융합된 서열이 발현됨으로써 제1 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드와 제2 코딩 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드가 융합된 형광 하이브리드 단백질이 생성되는 것인 핵산 구조물.
- 제31항의 핵산을 세포 또는 생물에 도입하는 단계, 세포의 복제를 허용하는 단계 및 형광 방출에 의해 핵산 발현을 검출하는 단계를 포함하는, 핵산 발현 검출 방법.
- 제37항에 있어서, 진핵 세포에 핵산을 도입하는 방법.
- 제37항에 있어서, 원핵 세포에 핵산을 도입하는 방법.
- 제37항에 있어서, 생체내에서 핵산 발현을 검출하는 방법.
- 제37항에 있어서, 시험관내에서 핵산 발현을 검출하는 방법.
- 제31항의 핵산을 포함하는 세포.
- 제42항에 있어서, 세포의 게놈에 핵산이 통합된 세포.
- 제42항에 있어서, 세포의 게놈에 핵산이 통합되지 않은 세포.
- 제31항의 핵산을 포함하는 동물.
- 제45항에 있어서, 제브라피쉬인 동물.
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