KR20100119104A - Fast maturating red fluorescent protein, fmred, as a novel reporter and molecular probe - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A red fluorescent protein FmRed(fast maturating red fluorescent protein) is provided to use in continuous reaction system such as fluorescence resonance energy transfer(FRET). CONSTITUTION: A red fluorescent protein FmRed is formed by elongation of MGS amino acids at N-terminal and CGSPG amino acids at C-terminal. The FmRed has an amino acid sequence of sequence number 2. A FmRed gene contains nucleotide sequence of sequence number 1. A method for preparing FmRed using elongation mutagenesis PCR comprises: a step of performing PCR of defective gene of wild type DsRed to construct a mutant gene library; a step of introducing the library into each cell to express mutant protein; and a step of selecting mutant protein having quick fluorescence and dark red.

Description

새로운 리포터와 분자 탐침자로서 빠르고 강한 형광이 유도되는 적색 형광 단백질 FmRed{Fast maturating red fluorescent protein, FmRed, as a novel reporter and molecular probe}Fast maturating red fluorescent protein, FmRed, as a novel reporter and molecular probe, as a new reporter and molecular probe

본 발명은 새로운 리포터와 분자 탐침자로서 빠르고 강한 형광이 유도되는 적색 형광 단백질에 관한 것으로, 보다 상세하게는 야생형 DsRed(Red Fluorescence Protein) 유전자의 N-말단에 3개의 아미노산인 MGS 및 C-말단에 5개의 아미노산인 CGSPG이 연장되어 이루어지는 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein)에 관한 것이다.The present invention relates to a red fluorescent protein inducing fast and strong fluorescence as a new reporter and a molecular probe, and more particularly to the three amino acids MGS and C-terminal at the N-terminus of the wild type Red Fluorescence Protein (DsRed) gene. The red fluorescent protein FmRed (fast maturating red fluorescent protein) consisting of five amino acids CGSPG is extended.

형광단백질은 일정한 파장의 빛을 받을 경우 이를 흡수하여 활성화된 뒤 다시 정상상태로 되돌아가는 과정에서 특정 파장의 빛을 발산하여 형광을 띄는 단백질들을 말한다. 이러한 형광단백질은 특히 생명공학 연구에서 중요하게 이용되는데 특성분석이 필요한 단백질의 N- 혹은 C- 말단 부위에 결합시켜 목표로 하는 단백질의 발현과정이나 세포내 위치 등을 쉽게 파악할 수 있다. 뿐만 아니라 세포내에서의 안정성이나 발현 양을 결정하는 과정에서도 일반적으로 이용되어지며, 의학적인 관점에서는 암세포나 종양의 위치를 파악하는데 사용되기도 한다.Fluorescent proteins are proteins that fluoresce by emitting light of a specific wavelength in the process of absorbing and activating when receiving light of a certain wavelength and then returning to a normal state again. The fluorescent protein is particularly important in biotechnology research, and can be easily identified by the expression process or intracellular location of the target protein by binding to the N- or C-terminus of the protein to be characterized. In addition, it is generally used in the process of determining the stability or expression in the cell, and from the medical point of view it is also used to locate cancer cells or tumors.

상기 형광단백질을 사용하는 경우처럼, 세포내-외의 생리-생태학적 변화를 쉽게 확인 할 수 있는 방법으로는 형광색소와 같은 화학물질이나 전구물질을 세포에 주입한 후 효소활성에 의존하는 방법도 있다. 상기 방법은 쉽고 정확하게 생리변화를 관찰할 수 있지만, 주입된 화학물질이나 전구체가 지닌 독성으로 인해 즉, 예를 들면 DNA가 복제되는 과정에서 돌연변이를 일으키거나 세포사멸을 유도하는, 많은 위험을 내포하고 있다.As in the case of using the fluorescent protein, there is a method of easily identifying the intra- and physiological-ecological changes in the cell, and the method of relying on enzyme activity after injecting a chemical or precursor such as a fluorescent pigment into the cell. . The method can easily and accurately observe physiological changes, but poses many risks due to the toxicity of the injected chemicals or precursors, ie mutating or inducing apoptosis during DNA replication, for example. have.

그러나 형광 단백질은 기질이나 보조인자 없이 단백질 자체가 형광을 나타내기 때문에 대사체에 관한 영향이나 세포생리학적 인자들에 대한 간섭이 극히 드물다. 따라서 정상생리를 유지하는 살아있는 세포 상태에서도 특정 단백질의 이동과 활성 경로, 세포분열 및 분화과정 등을 관찰 할 수 있다. 이러한 특성으로 생체내의 생리현상을 시간차 없이 모니터링 하는 것에 있어 현존하는 어떤 방법보다도 우수한 리포터나 탐침자로 인정받고 있다. 다양한 탐침조건하에서 단백질 고유의 특정 파장의 빛에 의한 형광을 통해 세포나 생물체를 파괴하지 않고 내부에서 일어나는 복잡한 변화를 직접 관찰 할 수 있는 획기적인 기술이기 때문이다.However, since fluorescent proteins fluoresce themselves without substrates or cofactors, they have very few effects on metabolites or interference with cytophysiological factors. Therefore, even in the state of living cells that maintain normal physiology, it is possible to observe the movement of specific proteins, active pathways, cell division and differentiation. These characteristics make it a better reporter or probe than any existing method for monitoring physiological phenomena in vivo without time lag. This is because it is a breakthrough technology that can directly observe the complex changes occurring inside the protein without destroying cells or organisms through fluorescence caused by light of a specific wavelength inherent under various probe conditions.

현재 일반적으로 사용되는 대표적인 형광단백질로는 녹색형광을 나타내는 GFP(green fluorescence protein)를 비롯해 적색의 RFP(red fluorescent protein), 청록색의 CFP(cyan fluorescent protein), 청색의 BFP(blue fluorescent protein), 황색의 YFP(yellow fluorescent protein) 등 많은 종류의 형광 단백질들이 개발되거나 개량되어져 연구목적에는 물론, 상업적인 용도로도 이용되고 있다.Typical fluorescent proteins currently used include green fluorescence protein (GFP), which represents green fluorescence, red fluorescent protein (RFP), cyan fluorescent protein (CFP), blue blue fluorescent protein (BFP), and yellow Many types of fluorescent proteins, such as YFP (yellow fluorescent protein), have been developed or improved and are used for research and commercial purposes.

현재 개발되어 사용되고 있는 형광단백질의 형광유도과정은 매우 다양해 자 외선에서부터 가시광선에 이르는 거의 모든 영역의 파장을 여기에 사용할 수 있다. 이들 중 특히 사용하는 광원이 맨눈으로 직접 관찰이 가능하고 세포독성이 적은 적외선 근처의 파장을 이용하는 적색 형광 단백질(DsRed)에 대한 관심이 점차로 증가되고 있다.The fluorescence induction process of the fluorescent protein currently being developed and used is so diverse that almost all wavelengths from ultraviolet to visible light can be used here. Among them, the interest in red fluorescent protein (DsRed) using a wavelength near infrared light, which can be directly observed by the naked eye and has low cytotoxicity, is gradually increasing.

상기 적색 형광단백질(DsRed)은 산호에서 유래된 적색 형광을 나타내는 것으로 기존에 알려진 형광단백질들과 비슷한 구조를 갖는다. 일반적으로 형광단백질은 접힌 β-sheet의 원통형 구조 내부에 형광 발색단이 있는 견고한 3차 구조를 갖는다. 그러나 적색 형광단백질(DsRed)의 경우 이러한 원통형 구조 4개가 모여 하나의 단백질로 조립되어 적색 형광을 나타낸다. 상기와 같은 특성 때문에 매우 안정적이며 다른 형광단백질에 비해 높은 파장의 여기와 방출 값을 지니므로 육안으로 쉽게 확인할 수 있다. 따라서 다른 형광단백질의 여기 파장이 주로 낮은 영역대의 자외선에 의존해 발생되는 문제, 즉 생체 내 주요 분자인 핵산이나 지방산, 또는 아미노산 잔기의 손상을 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.The red fluorescent protein (DsRed) has a structure similar to the fluorescent proteins known in the art to exhibit red fluorescence derived from coral. Fluorescent proteins generally have a solid tertiary structure with fluorophores inside the cylindrical structure of the folded β-sheet. However, in the case of red fluorescent protein (DsRed), four such cylindrical structures are gathered and assembled into one protein to show red fluorescence. Because of the above characteristics, it is very stable and has a high wavelength excitation and emission value compared to other fluorescent proteins, so it can be easily identified with the naked eye. Therefore, there is an advantage that the damage caused by the excitation wavelength of the other fluorescent protein mainly depends on the ultraviolet rays of the low region, that is, the damage of nucleic acids, fatty acids, or amino acid residues, which are the main molecules in vivo, can be minimized.

또한 광표백(photobleaching) 현상에 비교적 강한 저항성을 지녀 발색시간이 길며 반복실험에서도 재현성이 있고, pH 조건에도 우수한 특성을 지녀 pH 5 내지 12 인 환경에서도 형광을 낼 수 있다. 따라서 물리 및 화학적으로 매우 안정적이고 변성제나 유기용매에도 강한 내성을 지닌 것으로 알려져 있다. 이러한 장점들로 인해 적색 형광단백질(DsRed)의 이용이 선호되지만, 4개의 단량체들이 모여 하나의 단백질을 형성하므로 다른 형광단백질보다 활성(4차)구조 형성에 오랜 시간(slow maturation time)이 걸리는 단점을 지닌다. 이러한 4차 구조 형성과 활성구조 형성 시간이 느린 단점을 보완하기 위해 하기 표 1에 예시 하는 것과 같이 많은 변이체들이 보고되었다. In addition, since it has a relatively strong resistance to photobleaching phenomenon, the color development time is long, reproducible in repeated experiments, and excellent in pH conditions, it can fluoresce in an environment of pH 5-12. Therefore, it is known to be very stable physically and chemically and to have strong resistance to denaturing agents and organic solvents. Because of these advantages, the use of red fluorescent protein (DsRed) is preferred, but since four monomers gather together to form one protein, it takes longer maturation time to form an active (quaternary) structure than other fluorescent proteins. Has Many variants have been reported to exemplify the slowness of the quaternary structure formation and active structure formation time as illustrated in Table 1 below.

Figure 112009026344181-PAT00001
Figure 112009026344181-PAT00001

특히, 적색 형광단백질(DsRed)의 빠른 발현을 위해 다른 형광단백질과 유사하게 단량체(monomer)로만으로 형광을 나타내는 변이체에 대한 결과가 보고되어 있으나 양자 수율(quantum yield)이 낮고, 야생형 DsRed의 장점이었던 광표백(photobleaching) 현상에 안정적인 특성이 소실된다는 문제점이 있는 것으로 분석되었다. In particular, for the rapid expression of red fluorescent protein (DsRed), similar to other fluorescent proteins, results have been reported for the fluorescence variant using only monomer, but the quantum yield (low quantum yield), which was the advantage of wild type DsRed It has been analyzed that there is a problem that stable characteristics are lost in photobleaching phenomenon.

지금까지 알려진 야생형 DsRed를 주형으로 변형을 유도한 변이단백질의 대부분은 형광단(fluorophore) 형성에 관여하거나, 주변의 아미노산을 일부 치환하여 모든 형광단백질의 원형으로 추정되는 녹색 형광단백질(Green Fluorescent Protein, GFP)과의 차이를 이용한 방법, 즉 진화과정에서 짧아진 말단의 아미노산 결핍을 보완하는 임의 연장으로 신장(elongation)을 이용한 방법이다.Most of the mutant proteins that have been induced to transform wild-type DsRed into templates are involved in the formation of fluorophores, or by replacing some of the surrounding amino acids, which is assumed to be the prototype of all fluoroproteins (Green Fluorescent Protein, GFP) is a method that uses elongation as an arbitrary extension to compensate for amino acid deficiency of shortened terminal during evolution.

상기 방법으로 얻어진 변이단백질들은 빛을 받아들이는 형광단자의 구조가 미묘하게 달라져 다른 파장의 빛을 흡수하고 방출하여 다른 색의 형광능을 나타내기도 하나 근본적으로는 적색계열의 파장을 갖는다. 하지만 단량체로의 유도과정을 위해 녹색 형광단백질(Green Fluorescent Protein, GFP)과 같은 dimension(아미노산 길이와 유사한 서열)을 도입함으로써 4차 구조가 지닌 구조적 안정성 특히, 광표백(photobleaching) 현상에 대한 내성의 소실 및 양자 수율의 저하를 야기하는 문제점을 가지고 있다.The mutated proteins obtained by the above method have a slightly different structure of the fluorescent terminal that receives light, absorbing and emitting light of different wavelengths, and exhibiting fluorescence of different colors, but essentially have red wavelengths. However, the introduction of the same dimensions (amino acid length-like sequences) as the Green Fluorescent Protein (GFP) for the induction into the monomer results in the loss of structural stability of the quaternary structure, especially the resistance to photobleaching. And causing a decrease in quantum yield.

따라서 본 발명에서는 DsRed가 지닌 구조적 특성, 즉 4차 구조를 파괴하지 않고 빠르게 성숙되며 양자 수율 및 광표백 현상에 우수한 내성을 가지는 새로운 적색 형광 변이단백질을 제조하고 그 효과를 확인하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, in the present invention, a novel red fluorescent mutant protein which has matured without destroying the structural characteristics of DsRed, that is, quaternary structure, and has excellent resistance to quantum yield and photobleaching, was prepared and confirmed its effect, thereby completing the present invention.

본 발명의 목적은 4차 구조가 지닌 구조적 안정성으로 양자 수율 및 광표백현상에 우수한 내성을 가진 새로운 적색 형광 변이단백질 및 상기 새로운 적색 형광 변이단백질의 유전자를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a novel red fluorescent mutant protein and a gene of the new red fluorescence mutant protein, which have excellent resistance to quantum yield and photobleaching due to the structural stability of the quaternary structure.

또한, 본 발명의 목적은 상기 새로운 적색 형광 단백질 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터 및 상기 재조합 발현 벡터로 형질전환된 형질전환 미생물을 제공하고자 한다.It is also an object of the present invention to provide a recombinant expression vector comprising the new red fluorescent protein gene and a transformed microorganism transformed with the recombinant expression vector.

또한, 본 발명의 목적은 리포터(reporter) 또는 융합 태그(fusion tag)로서 상기 새로운 적색 형광 변이단백질을 포함한 융합단백질을 제공하고자 한다.It is also an object of the present invention to provide a fusion protein comprising the novel red fluorescent mutant protein as a reporter or fusion tag.

또한, 본 발명의 목적은 리포터(reporter) 또는 융합 태그(fusion tag)로서 상기 새로운 적색 형광 단백질 유전자를 포함하는 바이오센서 및 오페론 트랩 벡터(trap vector)를 제공하고자 한다.It is also an object of the present invention to provide a biosensor and operon trap vector comprising the new red fluorescent protein gene as a reporter or fusion tag.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 야생형 DsRed(Red Fluorescence Protein) 유전자의 N-말단에 3개의 아미노산인 MGS 및 C-말단에 5개의 아미노산인 CGSPG이 연장되어 이루어지는 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein)를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a red fluorescent protein FmRed (fast maturating red) in which three amino acids MGS at the N-terminus of the wild type DsRed (Red Fluorescence Protein) gene and CGSPG which are five amino acids at the C-terminus are extended. fluorescent protein).

본 발명은 서열번호 2에 기재된 아미노산 서열로 이루어지는 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein)을 제공하며, 상기 서열번호 2 에 기재된 아미노산 서열을 코딩하는 서열번호 1에 기재된 염기서열로 이루어지는 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein) 유전자를 제공한다.The present invention provides a red fluorescent protein FmRed (fast maturating red fluorescent protein) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the red fluorescent protein consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 FmRed (fast maturating red fluorescent protein) gene.

본 발명은The present invention

a) 야생형 DsRed의 결함 유전자에 대해, 결함 유전자 중 3 내지 10개의 아미노산이 추가된 무작위 조합 프라이머로 중합효소연쇄반응을 수행하여 변이 유전자 라이브러리를 구축하는 단계;a) for a defective gene of wild type DsRed, performing a polymerase chain reaction with a random combination primer added with 3 to 10 amino acids in the defective gene to construct a variant gene library;

b) 구축된 라이브러리를 각각 세포 내로 도입하여 개별 변이단백질을 선별 후 발현하는 단계; 및b) introducing each of the constructed libraries into cells to select and express individual variant proteins; And

c) 상기 발현된 변이단백질에서 야생형 DsRed에 비해 빠른 형광 및 진한 적색을 보여주는 목적하는 변이단백질을 선발하는 단계; 를 포함하는, 신장 돌연변이(elongation mutagenesis) 중합효소연쇄반응을 이용한 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein)의 제조 방법을 제공한다.c) selecting the desired variant protein from the expressed variant protein, which exhibits faster fluorescence and darker red color than the wild type DsRed; It provides a method of producing a red fluorescent protein FmRed (fast maturating red fluorescent protein) using an elongation mutagenesis polymerase chain reaction, including.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.

본 발명의 주형으로 이용한 DsRed는 적색 형광을 나타내는 해양생물 유래 단백질이며 약 28 KDa의 단량체 네 개가 모인 테트라머(tetramer) 구조를 이룬다. 상기 DsRed의 본질적인 문제점으로써 느린 발현시간을 개선하고, 상대적으로 빠른 형광을 보이나 양자 수율이 낮고 광표백 현상에 민감한 DsRed 변이체(주로 monomer)들이 지닌 단점을 보완하기 위하여, 기본적으로 4차 구조를 유지시키되 빠른 성숙과정과 높은 형광율을 유도하기 위해 양쪽 말단 부위를 무작위적으로 늘리는 과정 으로 제작된 돌연변이 라이브러리를 이용한다.DsRed used as a template of the present invention is a marine-derived protein that exhibits red fluorescence and forms a tetramer structure of four monomers of about 28 KDa. As a fundamental problem of the DsRed, in order to improve the slow expression time and to compensate for the shortcomings of the DsRed variants (mainly monomers) which exhibit relatively fast fluorescence but have low quantum yield and are sensitive to photobleaching, the quaternary structure is basically maintained but fast. In order to induce the maturation process and high fluorescence rate, a mutation library designed by randomly increasing both ends is used.

보다 구체적으로 상기 돌연변이 라이브러리는 야생형 DsRed 유전자의 양쪽 말단에 개시코돈(ATG) 및 종결코돈(TAG)이 제거되고, 상기 개시코돈 다음의 염기가 프래임 쉬프트(frame shift)가 된 야생형 DsRed 결함 유전자에 대해, 3 내자 10개의 아미노산이 추가된 프라이머로 중합효소연쇄반응을 수행하여 돌연변이 유전자 라이브러리를 제작한 것으로, 도 2를 참조한다.More specifically, the mutant library includes a start codon (ATG) and a stop codon (TAG) at both ends of the wild-type DsRed gene, and a wild type DsRed defective gene in which the base following the start codon is frame shifted. , Mutant gene libraries were prepared by polymerase chain reaction with primers added with 3 amino acids and 10 amino acids, see FIG. 2.

상기 3 내자 10개의 아미노산이 추가된 프라이머는 상기 야생형 DsRed의 결함 유전자의 양쪽 말단에 개시코돈(ATG)과 종결코돈(TAA)을 포함하고 각각 NNN으로 치환된 염기서열을 갖는 것으로 보다 구체적으로 랜덤 프라이머(N-말단 프라이머, 5'-ATG NNN (NNN)n A GCC TCC TCC G-3'; C-말단 프라이머, 5'-TAA (NNN)n CAG GAA CAG G-3')를 이용하여 중합효소연쇄반응을 수행하였다.The primers added with 3 to 10 amino acids include a start codon (ATG) and a stop codon (TAA) at both ends of the defective gene of the wild-type DsRed, each having a base sequence substituted with NNN. Polymerase using (N-terminal primer, 5'-ATG NNN (NNN) n A GCC TCC TCC G-3 '; C-terminal primer, 5'-TAA (NNN) n CAG GAA CAG G-3') A chain reaction was performed.

상기 구축된 라이브러리를 각각 세포 내로 도입하여 개별 변이단백질을 선별 하여 발현 시킨 후, 발현된 변이단백질에서 야생형 DsRed에 비해 형광 발현시간이 10 내지 12 시간으로 빠른 형광 및 진한 적색을 보여주는 목적하는 변이단백질을 선발하였다.After introducing the constructed libraries into cells, the individual mutant proteins were selected and expressed, and then the mutant protein expressed in the expressed mutant protein was 10 to 12 hours faster than the wild type DsRed. Selected.

보다 구체적으로 상기 선별된 변이단백질과 야생형 DsRed과의 특성 차이를 비교하기 위해 LB 고체배지에서 연속작업으로 활성화 시킨 후 같은 조건에서 배양하며 맨눈과 핸드 UV 램프를 이용하여 발현 정도를 분석한 결과, 변이단백질이 대략 12시간 내외에서 형광을 띄는 반면에 야생형 DsRed는 불균일한 편차를 보이는 동시에 적어도 20 내지 24시간 이상의 시간이 경과한 후 형광이 나타나는 것으로 확인되었다. 도 3을 참조한다.More specifically, in order to compare the characteristic difference between the selected mutated protein and wild-type DsRed, it was activated in a continuous operation in an LB solid medium and cultured under the same conditions and analyzed for expression level using a naked eye and a hand UV lamp. While the protein fluoresces around 12 hours, wild-type DsRed has been shown to exhibit non-uniform variation and fluorescence after at least 20 to 24 hours. See FIG. 3.

또한, 각각을 LB 액체 배지에서 배양하며 시간별로 시료를 취해 형광을 분석한 결과에서도 편차는 있지만 야생형 DsRed와 변이단백질이 동일한 발현 양은 동일 하였으나 선별된 변이단백질이 야생형 DsRed에 비해 월등이 향상된 형광능을 확인하였다. 즉, 동일 양을 로딩한 네이티브-겔에서 변이 단백질의 경우, 붉은 색 단백질 밴드가 뚜렷이 관찰되나 야생형 DsRed의 경우 육안은 물론 UV 램프를 이용하여도 불분명한 밴드 형태를 보여, 성숙과정이 촉진되었을 뿐만 아니라 양자 수율도 크게 향상되었음을 확인하였다. 이를 다시 시간대별로 배양하며, IPTG로 단백질 발현을 유도한 경우와 그렇지 않은 경우로 구분해 유세포 분석기로 성숙되는 시간을 측정한 결과 고체배지의 결과와 같이 본 발명에 따른 변이단백질의 향상된 성숙과정이 확인되었다. In addition, the fluorescence was analyzed by culturing each sample in LB liquid medium, and the fluorescence was analyzed. However, although the expression levels of wild-type DsRed and the mutant protein were the same, the selected mutant protein showed superior fluorescence than wild-type DsRed. Confirmed. In other words, in the native-gel loaded with the same amount, the red protein band was clearly observed, but the wild type DsRed showed unclear band morphology not only by the naked eye but also by using a UV lamp. In addition, it was confirmed that the quantum yield was greatly improved. This was again incubated by time zone, and when the protein expression was induced by IPTG and when it was not, the time of maturation was measured by flow cytometry. As a result of the solid medium, the improved maturation process of the mutant protein was confirmed. It became.

따라서 본 발명에 따른 변이단백질의 경우, 돌연변이 효과가 발현율 증가가 아닌 성숙과정이 촉진되어 빠른 형광을 보이는 것으로, 야생형 DsRed로 측정할 수 없는 적은 양의 시료로도 빠른 시간 내에 단백질의 발현 여부를 확인할 수 있는 것이 검증되었다. 도 4를 참조한다.Therefore, in the case of the mutant protein according to the present invention, the mutant effect is accelerated in the maturation process rather than the increased expression rate and shows rapid fluorescence. It can be verified. See FIG. 4.

상기 선별된 빠른 성숙과정을 보이는 클론에서 발현되는 단백질을 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescence protein)로 명명한 후, 전체 염기서열 분석을 통해 N-말단과 C-말단에 각각 3개와 5개의 아미노산이 추가된 변이체임을 확인하였다. 보다 구체적으로 본 발명에 따른 선별된 변이단백질은 야생형 DsRed(Red Fluorescence Protein) 유전자의 N-말단에 3개의 아미노산인 MGS 및 C- 말단에 5개의 아미노산인 CGSPG이 연장되어 이루어지는 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein)인 것을 특징으로 한다. 도 1을 참조한다.The protein expressed in the clone showing the rapid maturation process was named as the red fluorescent protein FmRed (fast maturating red fluorescence protein), and then 3 and 5 amino acids at the N-terminus and C-terminus, respectively, through full sequencing. It was confirmed that this added variant. More specifically, the selected mutated protein according to the present invention is a red fluorescent protein FmRed (fast) formed by extending three amino acids MGS at the N-terminus of the wild type DsRed (Red Fluorescence Protein) gene and five amino acids CGSPG at the C-terminus. maturating red fluorescent protein). Please refer to Fig.

본 발명에 따른 적색 형광 단백질 FmRed 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터 및 상기 재조합 발현 벡터로 형질전환된, 수탁번호 KCTC11464BP로 기탁된 것인 형질전환 미생물을 제공한다.Provided is a recombinant expression vector comprising a red fluorescent protein FmRed gene according to the present invention and a transformed microorganism which is deposited with accession number KCTC11464BP, which is transformed with the recombinant expression vector.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 선별된 적색 형광 단백질 FmRed을 다시 pTrc99A 플라스미드에 재도입하는 과정을 반복하여 선별에 기준이 된 우수한 특성및 활성이 유지되는 재조합 플라스미드(pFmRed)를 E. coli XL1-Blue에 도입한 형질전환 된 균주(E. coli XL1-Blue[pFmRed])를 대전광역시 유성구 어은동 52번지 생명공학연구원 유전자 자원센터에 소재하는 국제기탁기관인 유전자은행에 2009년 2월 10일자로 수탁하여 수탁번호 KCTC11464BP를 부여받았다.More specifically, the red fluorescence protein FmRed selected according to the present invention is reintroduced back into the pTrc99A plasmid, thereby recombining the recombinant plasmid (pFmRed), which maintains excellent characteristics and activity as a reference for selection, to E. coli XL1-Blue. The transformed strain ( E. coli XL1-Blue [pFmRed]) was deposited on February 10, 2009 with Genebank, an international depository institution located at the Biotechnology Research Institute, Eue-dong, Yuseong-gu, Daejeon, Korea. KCTC11464BP was given.

본 발명은 리포터(reporter) 또는 융합 태그(fusion tag)로서 본 발명에 따른 적색 형광 단백질 FmRed 유전자를 포함하는 융합단백질을 제공한다.The present invention provides a fusion protein comprising the red fluorescent protein FmRed gene according to the present invention as a reporter or a fusion tag.

보다 구체적으로, 야생형 DsRed 및 본 발명에 따른 변이단백질 모두를 동일한 조건에서 융합 태그나 활성이 있는 프로모터 뒤에 리포터로 장착해 시험한 결과, DsRed의 융합 태그로서의 특성은 변이단백질 FmRed에서도 동일하게 관찰되었으며, 리포터로서도 야생형 DsRed에서 관찰이 불가능한 시간과 세포 양으로도 10 내지 12시간 내에 탐침이 가능한 것으로 확인되었다. More specifically, the wild type DsRed and the mutant protein according to the present invention were tested by mounting the reporter behind a fusion tag or an active promoter under the same conditions, and as a result, the characteristics of the DsRed fusion tag were observed in the mutant protein FmRed. It was confirmed that the probe can be detected within 10 to 12 hours at a time and a cell amount that cannot be observed in the wild type DsRed as a reporter.

또한, 본 발명은 리포터(reporter) 또는 융합 태그(fusion tag)로서 본 발명 에 따른 적색 형광 단백질 FmRed 유전자를 포함하는 바이오센서 및 오페론 트랩 벡터(trap vector)를 제공한다.The present invention also provides a biosensor and operon trap vector comprising the red fluorescent protein FmRed gene according to the invention as a reporter or fusion tag.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 오페론 트랩 벡터(trap vector)인 pBGR1 프로모터 트랩 벡터(pBGR1 promoter trap vector)의 경우, 서로 마주보도록 두 개의 형광단백질 리포터를 위치시키는데 녹색 형광단백질의 리포터 방향에 트랩 된 프로모터나 조절인자들에 의한 기능의 발현은 10시간 내외에서 모니터링이 가능할 뿐만 아니라, 반대편에 트랩 되어 기능을 가진 조절인자나 프로모터를 리포터인 FmRed를 장착해 확인한 결과 10시간 내외에서 녹색 형광단백질과 같은 시간대에 맨눈으로 확인이 가능한 정도의 형광을 확인하였다. 상기 결과, 이중 리포터(dual reporter) 시스템이나 형광공명에너지전달(fluorescence resonance energy transfer, FRET)과 같은 형광단백질 연동 혹은 연속반응 시스템에 실제 적용이 가능한 새로운 변이 단백질임을 최종 확인하였다.More specifically, in the case of the pBGR1 promoter trap vector, which is an operon trap vector according to the present invention, two fluoroprotein reporters are positioned to face each other, and a promoter trapped in the reporter direction of the green fluorescence protein or Function expression by regulators can be monitored within about 10 hours, and the regulator or promoter that has been trapped on the other side can be identified by attaching FmRed as a reporter. Fluorescence was confirmed to the extent that it can be confirmed by naked eyes. As a result, it was finally confirmed that the new mutant protein is actually applicable to fluorescence protein linkage or continuous reaction system such as dual reporter system or fluorescence resonance energy transfer (FRET).

본 발명에 따른 적색 형광 단백질 FmRed은 야생형 DsRed 보다 빠른 시간 내에 강한 형광을 지닌 것으로, 기존의 야생형 DsRed의 용도범위 뿐만 아니라 새로운 감도와 신속도를 지닌 특성으로 인해 유전자 클로닝, 프로모터 트랩, 융합단백질 제작, 세포내 단백질 이동, 단백질 상호작용, 산소존재 여부의 측정은 물론 이스트 투 하이브리드(yeast two hybrid), 형광공명에너지전달 시스템을 포함한 다양한 바이오센싱 분야에 폭넓게 이용할 수 있다. The red fluorescent protein FmRed according to the present invention has a stronger fluorescence in a faster time than wild type DsRed, and due to the characteristics of the existing wild type DsRed, as well as new sensitivity and rapid characteristics, gene cloning, promoter trap, fusion protein production, In addition to measuring intracellular protein transport, protein interactions and the presence of oxygen, it is widely used in a variety of biosensing applications including yeast two hybrids and fluorescence resonance energy transfer systems.

본 발명에 따른 적색 형광 단백질 FmRed은 DsRed의 치명적인 단점을 보완했 을 뿐만 아니라 그동안 개량되어 보고된 변이체들의 단점까지 보완되어진 것으로, 다양한 세포생리, 면역, 공학, 의학 분야에 적용함으로써 보다 높은 효율과 신뢰도를 빠른 시간 내에 얻을 수 있을 수 있어 생명공학-생명과학 연구에 기여할 것이다.The red fluorescent protein FmRed according to the present invention not only compensates for the fatal shortcomings of DsRed, but has also been supplemented to the shortcomings of the reported variants, and has been applied to various cell physiology, immunity, engineering, and medicine fields for higher efficiency and reliability. Can be obtained quickly, contributing to biotechnology-life science research.

이하, 본 발명을 구체적인 실시 예에 의해 보다 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 아이디어와 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에 종사하는 업자에게는 명백한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and it is apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be made within the idea and scope of the present invention.

이 때, 사용되는 기술용어 및 과학용어에 있어 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미를 지닌다.At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, it has a meaning generally understood by those of ordinary skill in the art.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.Repeated descriptions of the same technical constitution and operation as those of the conventional art will be omitted.

[[ 실시예Example 1] 돌연변이 라이브러리 제작 및 빠른 형광을 보이는 클론 선별 1] Mutation Library Construction and Clonal Screening with Fast Fluorescence

빠르게 형광이 유도되고 감도가 높은 변이원의 선별을 위한 돌연변이 라이브러리의 제작은 주문 제작된 프라이머들을 이용한 신장 돌연변이(elongation mutagenesis) 중합효소연장반응 방법으로 수행하였다. 이를 위해 우선 야생형 DsRed(Red Fluorescence Protein) 유전자를 pDsRed-N1(Clontech)으로부터 중합효소연장반응으로 증폭한 후 pTrc99A(pharmacia) 플라스미드의 NcoI과 HindIII 사이트 에 클로닝하였다. 상기 클로닝된 완전한 유전자의 구조물과 발현되는 단백질의 형광을 확인한 후 신장 돌연변이의 유발여부를 쉽게 확인하기 위해 기능이 복원 된 효소의 변이주를 선별하는 방법(Protein Eng. 2001, 14: 647-654)에 기초한 기능적인 결함(defeat)을 말단 부위의 베이스(base) 제거과정으로 유도하였다. 이는 DsRed 유전자를 pTrc99A 벡터에 재클로닝하는 과정에서 양쪽말단의 개시코돈(ATG)과 종결코돈(TAG)을 제거하는 동시에, 추가적으로 개시코돈 다음의 염기를 누락시키는 방법으로 프래임 쉬프트(frame shift)를 유발시킴으로써 구현할 수 있었다. 제작된 결함유전자의 경우, 적색형광 단백질의 기능이 소실된 것을 확인한 후 염기서열을 분석해 검증하였다. The construction of mutation libraries for the selection of fast fluorescence-induced high sensitivity mutagenesis was performed by elongation mutagenesis polymerase extension using custom primers. To this end, wild-type DsRed (Red Fluorescence Protein) gene was first amplified by polymerase extension from pDsRed-N1 (Clontech) and cloned into Nco I and Hind III sites of pTrc99A (pharmacia) plasmid. After confirming the structure of the cloned complete gene and the fluorescence of the expressed protein, the method of selecting the mutant strain of the restored function to easily determine whether the kidney mutation is induced (Protein Eng. 2001, 14: 647-654) Based functional defeats were induced by base removal of the distal sites. This causes frame shift by removing the start codon (ATG) and the end codon (TAG) at both ends while recloning the DsRed gene into the pTrc99A vector, and additionally missing the base following the start codon. Could be implemented. In the case of the produced defective gene, after confirming that the function of the red fluorescent protein was lost, the sequence was analyzed and verified.

제작된 결함 유전자 주형에 신장이 유도됨과 동시에 정상적인 오픈 리딩 플래임(open reading frame, ORF)을 회복할 수 있도록 다음과 같은 합성 프라이머(N-말단 프라이머, 5'-ATG (NNN)n AGCCTCCTCCG-3'; C-말단 프라이머, 5'-TAA (NNN)n CAGGAACAGG-3')를 도입해 중합효소연장반응을 수행한 후 서브 클로닝하는 방법으로 라이브러리를 제작하였다(도 2). Synthetic primers (N-terminal primers, 5'-ATG (NNN) n AGCCTCCTCCG-3) to restore the normal open reading frame (ORF) at the same time as the kidney is induced in the resulting defective gene template C-terminal primer, 5'-TAA (NNN) n CAGGAACAGG-3 ') was introduced to perform the polymerase extension reaction and then the library was prepared by subcloning (Fig. 2).

상기 제조된 변이 라이브러리 단백질의 경우 양 말단에 3 내지 10개의 펩티드가 연장되며 인위적으로 유도된 프래임 쉬프트가 교정되는 효과를 보여 형광을 띄는 클론을 선별하는 방법으로 쉽게 신장 돌연변이를 유도할 수 있었다. 제조된 변이 유전자를 포함한 재조합 플라스미드를 대장균 XL1-Blue에 형질전환한 후 준비된 라이브러리를 LB 고체배지에서 24시간 동안 배양하며 기능이 회복된 변이 효소를 일차 선별(4000 여개)한 후, 야생형 DsRed에 비해 빠른 형광을 나타내며 진한 적색을 보여주는 클론들을 최종 후보군으로 선별하였다. 그 중 10 내지 12시간 내외의 가장 빠른 발현시간을 보이며 DsRed에 비해 밝은 형광을 나타내는 클론을 최종 선별하였다. In the case of the prepared mutant library protein, 3 to 10 peptides were extended at both ends, and artificially induced frame shifts were corrected, and thus, kidney mutations could be easily induced by selecting fluorescent clones. After transforming the recombinant plasmid containing the mutated gene into Escherichia coli XL1-Blue, the prepared library was incubated for 24 hours in an LB solid medium, and the primary mutated enzymes with restored function were selected (about 4000), compared to wild-type DsRed. Clones showing rapid fluorescence and showing deep red were selected as final candidates. Among them, clones showing the fastest expression time of about 10 to 12 hours and showing bright fluorescence compared to DsRed were finally selected.

상기 선별된 클론이 지닌 플라스미드를 분리한 후 포함된 유전자를 분리해 다른 플라스미드에 재도입하는 과정을 반복하여도 같은 결과를 보여주는 것이 확인되었다.After separating the plasmids of the selected clones, it was confirmed that the same results were obtained by repeating the process of separating the included genes and re-introducing them into another plasmid.

최종 선별된 클론을 37℃ 배양기에서 암피실린 50 ul/ml이 포함된 LB 고체 배지와 액체배지에서 배양하며 형광을 나타내는 시간을 측정한 결과, 도 3의 결과에서 확인 할 수 있듯이. 야생형 DsRed가 24시간 정도 배양해야 형광을 나타내는 반면에 최종 선별된 변이 단백질의 경우, 최소 12시간 최대 15시간 정도면 배양하는 콜로니에서 선명한 적색 형광을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 상기 선별된 클론의 유전자 염기서열을 분석한 결과 도 1의 염기서열 및 아미노산 서열에서도 확인 할 수 있듯이, 주형인 DsRed 서열 양쪽말단, 즉 N-말단과 C-말단에 각각 3개와 5개의 아미노산이 연장된 변이체임을 확인하였다. 이를 FmRed(fast maturating red fluorescence protein) 으로 명명하고 특성분석 실험을 진행하였다.The final selected clones were cultured in LB solid medium and liquid medium containing 50 ul / ml of ampicillin in a 37 ° C. incubator and measured for fluorescence time, as can be seen from the results in FIG. 3. Wild-type DsRed showed fluorescence when cultured for 24 hours, whereas the final selected mutant protein showed vivid red fluorescence in cultured colonies for at least 12 hours and up to 15 hours. As a result of analyzing the gene sequences of the selected clones, as can be seen from the nucleotide sequence and amino acid sequence of FIG. 1, three and five amino acids are extended at both ends of the DsRed sequence, that is, the N-terminal and the C-terminal, respectively. Confirmed variants. This was named FmRed (fast maturating red fluorescence protein) and the characterization experiment was conducted.

[[ 실시예Example 2] 간섭물질과  2] with interfering substances 대사물이Metabolites 존재하는  Present 조효소액(crude extract)에서의In crude extract 형광특성 Fluorescence

상기 실시예 1에서 선별된 변이 단백질인 FmRed의 특성을 일반적으로 형광단백질을 탐침자로 작동시키는 조건, 즉 간섭물질과 대사물, 다양한 단백질 가수분해 효소가 존재하는 조효소액(crude extract)에서의 성능을 야생형인 DsRed와 비교하 였다. 동일한 조건에서 비교하기 위해 야생형 DsRed과 변이단백질 FmRed의 완전한 오픈 리딩 플래임(open reading frame, ORF)만을 pTrc-99A 플라스미드에 NcoI과 HindIII 제한효소를 이용하여 pTrc-DsRed, pTrc-FmRed를 제작하였다. The characteristics of FmRed, the mutant protein selected in Example 1, are generally characterized by the ability to operate fluorescent proteins as probes, ie, in crude extracts containing interferences, metabolites, and various proteolytic enzymes. Compared to wild type DsRed. For comparison under the same conditions, pTrc-DsRed and pTrc-FmRed were constructed using Nco I and Hind III restriction enzymes in the pTrc-99A plasmid only for the full open reading frame (ORF) of wild type DsRed and the mutant protein FmRed. It was.

다양한 배양조건에서 고체배지 상의 DsRed와 FmRed를 비교하였을 때 형광이 검출되기까지 DsRed가 발현의 편차를 보이며 FmRed에 비해 1.5 내지 2배 정도의 시간이 더 필요함을 확인하였다. 고체배지에 단백질 발현유도제로 IPTG를 첨가한 경우, 발현유도시간 차이는 줄어들었으나 3시간 정도의 차이는 여전히 존재함을 확인하였다. Comparing DsRed and FmRed on solid medium under various culture conditions, it was confirmed that DsRed exhibited a deviation of expression until fluorescence was detected and that 1.5 to 2 times more time was required than FmRed. When IPTG was added as a protein expression inducing agent to the solid medium, the difference in expression induction time was reduced, but it was confirmed that the difference of about 3 hours was still present.

상기 결과는 적색 형광단백질의 일반적인 검출방법, 즉 맨눈이나 UV 램프를 사용하는 경우에 모두 비슷하게 관찰되었다. 실제 용액에서의 단백질의 특성과 구조적 특성변화여부를 확인하기 위해 조효소액을 제조한 후 SDS-PAGE 와 네이티브 겔(Native-gel)로 분석한 후 겔 상에서의 형광특성을 비교하는 실험을 진행하였다. The results were similarly observed in the general detection method of red fluorescent protein, i.e., when using the naked eye or UV lamp. In order to confirm the change of protein and structural characteristics in the actual solution, the crude enzyme solution was prepared and analyzed by SDS-PAGE and native gel (Native-gel), and then experiments were performed to compare the fluorescence characteristics on the gel.

실험에 이용한 세포는 IPTG로 단백질 발현을 유도하거나, 발현유도제를 첨가하지 않고 37℃에서 30시간 배양한 것을 각각 이용하였다. 세포를 파쇄하기 전에 전체 단백질내의 DsRed와 FmRed의 발현양을 전세포(whole cell) 상태에서 SDS-PAGE 로 비교하였을 때 뚜렷한 차이가 관찰되지 않았다. 따라서 형광증가나 빠른 성숙시간이 유도된 결과가 변이 단백질의 발현양의 차이에 의한 것이 아님을 검증할 수 있었다.The cells used in the experiment were used to induce protein expression by IPTG or incubated at 37 ° C. for 30 hours without adding an expression inducing agent. No significant difference was observed when the amount of expression of DsRed and FmRed in the whole protein was compared by SDS-PAGE in the whole cell state before cell disruption. Therefore, it could be verified that the result of increased fluorescence or rapid maturation time was not due to the difference in expression level of the mutant protein.

조효소액(crude extract)에서의 형광특성을 조사하기 위하여 조효소액을 다음 과정에 따라 준비하였다.To investigate the fluorescence characteristics of crude extract, crude enzyme solution was prepared according to the following procedure.

발현유도제를 첨가하지 않고 배양된 세포를 흡광도 값이 2.0이 되도록 희석하거나 농축하여 50 mM Tris-HCl 300 ul 로 3회 반복해 세척하였다. 10초 간격으로 펄스를 주고 50초 방치하는 과정으로 초음파를 처리해 세포를 파쇄한 후 13,000 rpm 4℃ 원심분리기를 이용하여 10분 동안 침전시켰다. 상기 원심 분리된 시료의 상층액만 회수하고 단백질의 총량을 측정하여 각 시료가 동일한 흡광도를 지니도록 보정한 후 50 mM Tris-HCl 용액으로 희석하였다. 각각의 샘플 14 ul 와 5X SDS 로딩 염료(loading dye) 4 ul, 1M DTT 2 ul를 섞고 100℃에서 10 분간 끓여 단백질의 변성을 유도한 후 SDS-PAGE에 100V 전압으로 2시간 동안 전기영동 하였다.Cells cultured without the expression inducing agent were diluted or concentrated to have an absorbance value of 2.0 and washed three times with 300 mM of 50 mM Tris-HCl. The cells were pulverized by sonication with pulses at 10 second intervals and left for 50 seconds, and then precipitated for 10 minutes using a 13,000 rpm 4 ° C centrifuge. Only the supernatant of the centrifuged sample was recovered, the total amount of protein was measured, and each sample was calibrated to have the same absorbance and diluted with 50 mM Tris-HCl solution. 14 ul of each sample, 4 ul of 5X SDS loading dye, and 2 ul of 1M DTT were mixed and boiled at 100 ° C. for 10 minutes to induce protein denaturation, followed by electrophoresis at 100 V voltage on SDS-PAGE for 2 hours.

상기 로딩한 샘플시료를 겔 상에서 완전히 분리시킨 후 PAGE를 분리하여 4 시간동안 염색시키고 30% 메탄올, 10% 아세트산이 포함된 용액(destaining buffer) 에 담구어 탈색시켰다. After the loaded sample was completely separated on the gel, the PAGE was separated, stained for 4 hours, and bleached by soaking in a solution containing 30% methanol and 10% acetic acid.

그 결과, 염기서열의 분석결과와 일치하게 야생형 DsRed의 크기인 28 KDa 근처에서 FmRed 의 뚜렷한 밴드를 확인 할 수 있었다. As a result, the consensus band of FmRed was confirmed near 28 KDa, the size of wild type DsRed.

안정적으로 발현된 FmRed의 형광세기를 동일한 조건의 DsRed 와 비교하기 위해 각각의 시료 16 ul 와 5X 네이티브 로딩 염료를 혼합한 후 SDS가 포함되어 있지 않은 비변성 겔에 100V의 전압으로 2시간 동안 전기 영동하였다. 전개정도를 확인하기 위해 로딩한 염료의 위치를 확인하여 전기영동 시간을 조절하여 전개 시킨 후 겔을 분리하여 3차 증류수에 세척하였다. 세척한 겔에 핸드 UV 램프를 조사하여 단백질 밴드의 위치를 확인하였다. 예상대로 4량체(tetramer)인 DsRed와 같은 위치에서 FmRed의 밴드를 확인 할 수 있었고, 같은 양의 단백질을 포함하고 있음에도 FmRed가 DsRed 보다 선명하고 밝은 형광을 보이는 것을 확인하였다. 따라서 변이 단백질 FmRed는 야생형과 같은 구조를 지니며 형광의 세기와 관련된 양자 수율이(quantum yield) 향상되었음을 확인하였다.In order to compare the fluorescence intensity of stably expressed FmRed with DsRed under the same conditions, 16 ul of each sample and 5X native loading dye were mixed, followed by electrophoresis for 2 hours at a voltage of 100 V on an unmodified gel without SDS. It was. In order to confirm the degree of development, the location of the loaded dye was checked and developed by adjusting the electrophoresis time, and then the gel was separated and washed with distilled water. The washed gel was irradiated with a hand UV lamp to confirm the position of the protein band. As expected, the band of FmRed could be confirmed at the same position as tetramer DsRed, and it was confirmed that FmRed showed brighter and brighter fluorescence than DsRed even though it contained the same amount of protein. Therefore, the mutant protein FmRed has a wild-type structure and the quantum yield related to the intensity of fluorescence is improved.

[[ 실시예Example 3]  3] FACSFACS 를 이용한 Using DsRedDsRed Wow FmRedFmRed 의 생체 내 발현 시간 비교In vivo expression time

보다 정확하게 클론내의 단백질 발현시간을 확인하기 위해 단일 콜로니를 암피실린 50 ul/ml가 포함된 LB 고체 배지에 접종하여 37℃에서 배양하며 DsRed와 FmRed의 시간에 따른 형광 발현정도를 확인하였다. 도 3의 결과에서 확인 할 수 있듯이, DsRed의 경우 21시간이 지나야 단일 콜로니에서 형광을 확인 할 수 있지만, FmRed는 15시간이 되기 전부터 단일 콜로니에서 형광을 확인 할 수 있었다. 따라서 FmRed의 발현시간이 DsRed에 비해 생체 내에서는 약 7시간 정도 빠른 것을 확인하였다. In order to more accurately identify the protein expression time in the clone, a single colony was inoculated in LB solid medium containing 50 ul / ml of ampicillin and incubated at 37 ° C., and the fluorescence expression levels of DsRed and FmRed were confirmed. As can be seen from the results of Figure 3, in the case of DsRed 21 hours after the fluorescence can be confirmed in a single colony, FmRed was able to confirm the fluorescence in a single colony before 15 hours. Therefore, it was confirmed that the expression time of FmRed is about 7 hours faster in vivo than DsRed.

고체 배지에서와 같은 조건으로 암피실린 50 ul/ml가 포함된 LB 액체 배지에 DsRed와 FmRed를 접종하여 37℃, 200 rpm 으로 진탕 배양하면서 2시간 간격으로 시료를 취해 네이티브 겔(Native-gel)에 로딩하여 형광이 나타나는 시간을 비교하였다. 회수된 각각의 시료의 세포 양을 같게 보정한 후 온화한 조건에서 파쇄하여 동일한 양의 단백질을 전기영동하였다. DsRed and FmRed were inoculated in LB liquid medium containing 50 ul / ml of ampicillin under the same conditions as in the solid medium, and the samples were taken at intervals of 2 hours while shaking culture at 37 ° C. and 200 rpm, and loaded onto native-gel. By comparing the time the fluorescence appeared. The cell amounts of each sample recovered were equally corrected and then crushed under mild conditions to electrophores the same amount of protein.

그 결과, DsRed의 경우 배양 시작시간부터 8시간이 지나도록 형광 단백질을 확인 할 수 없었지만, FmRed의 경우는 미약하지만 2시간부터 형광을 확인 할 수 있고 시간이 지날수록 형광발현 정도가 급격히 증가하는 것을 확인하였다. As a result, in the case of DsRed, the fluorescent protein could not be identified after 8 hours from the start of the incubation time, but in the case of FmRed, the fluorescence could be confirmed from 2 hours, and the degree of fluorescence rapidly increased over time. Confirmed.

보다 정확한 결과를 얻기 위해 유세포 분석기(Fluorescence Activated Cell Sorter, FACS)를 이용해 최소의 세포를 접종한 후 시간별로 회수된 세포의 형광을 측정하였다. 그 결과, 도 4의 A에서 확인할 수 있듯이, 단백질 발현을 유도하지 않은 FmRed는 배양시간 20시간이 되었을 때부터 형광이 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 반면 같은 조건에서 DsRed는 42시간 동안 배양하여도 분명한 형광을 지닌 클론이 나타나지 않는 것으로 확인되었다. In order to obtain more accurate results, the fluorescence of the recovered cells was measured by time after inoculating the minimum cells using a Fluorescence Activated Cell Sorter (FACS). As a result, as can be seen in Figure 4A, FmRed did not induce protein expression was confirmed that the fluorescence appeared from the culture time of 20 hours. On the other hand, DsRed did not show a clear fluorescent clone even after 42 hours of incubation under the same conditions.

또한, IPTG 첨가 없이 기본 레벨로 발현을 유도하는 경우, 세포생리나 배양조건에 따라 편차가 거의 없는 FmRed와 다르게 야생형인 DsRed의 형광 단백질 발현을 확인하기 어려운 경우가 발생해 발현을 유도한 후 단백질의 특성을 비교하였다. 단백질의 발현유도는 암피실린 50 ul/ml가 포함된 LB 액체 배지에 배양하며 세포의 흡광도가 0.4가 되었을 때 IPTG 1 mM을 첨가해 유도하였다. 이 후에 37℃, 200rpm 으로 진탕 배양하며 1시간 간격으로 시료를 취해 FACS 를 이용해 형광 발현이 나타나는 시간을 비교하였다. 그 결과, 도 4의 B에서도 확인 할 수 있듯이, DsRed는 배양시간이 8시간이 되었을 때부터, FmRed는 배양시간이 7시간이 되었을 때부터 형광이 나타나는 것을 확인 할 수 있었다. 과도한 유도체의 사용으로 과발현 된 단백질로 인해 발현시간의 편차는 없어졌지만 FACS의 결과와 같이 FmRed의 형광 피크(peak)가 DsRed에 비해 급격히 뒤로 밀린 것으로 보아 DsRed 보다 강한 형광을 발하는 것을 확인 할 수 있었다. 상기된 결과에서 세포배양시의 형광발현 시간은 접종한 세포의 상태, 접종양, 단백질 발현 유도의 유무에 따라 편차는 있었으나 보편적인 결과로서 빠른 성숙시간과 우수한 형광능을 지닌 FmRed의 특성은 분명하게 유지되는 것으로 확인되었다. In addition, when inducing expression at the basic level without addition of IPTG, it is difficult to confirm fluorescent protein expression of wild-type DsRed unlike FmRed, which shows little variation depending on cell physiology or culture conditions. The characteristics were compared. Expression of the protein was induced in LB liquid medium containing 50 ul / ml of ampicillin and induced by adding 1 mM of IPTG when the cell absorbance reached 0.4. After that, samples were shaken at 37 ° C. and 200 rpm, and sampled at 1 hour intervals, and the time of fluorescence expression using FACS was compared. As a result, as can be seen in Figure 4 B, it was confirmed that the fluorescence appeared from the time when the culture time of DsRed is 8 hours, the time of FmRed is 7 hours. Overexpression of the protein overexpressed the variation of expression time, but the fluorescence peak of FmRed was pushed backward compared to that of DsRed. In the above results, the fluorescence expression time during cell culture was varied depending on the inoculated cells, inoculation amount, and whether protein expression was induced. However, as a general result, the characteristics of FmRed with fast maturation time and excellent fluorescence are obvious. It was confirmed to be maintained.

[[ 실시예Example 4] 친화성  4] Affinity 크로마토그래프를Chromatograph 이용한  Used DsRedDsRed Wow FmRedFmRed 분리정제 Separation tablet

상기 실시예 1의 FmRed의 도입된 임의의 아미노산 잔기에 의한 단백질의 특성과 기능의 변화 여부를 확인하고 정확한 구조와 형광의 세기, 빛 안정성 등을 확인하기 위해 순수분리 정제를 시도하였다. 알려진 가장 일반적인 DsRed 정제방법은 N- 또는 C-말단에 히스-태그(His-tag)을 붙여 발현시킨 단백질을 Ni-NTA 컬럼으로 분리하는 방법이 주로 이용된다. 하지만 DsRed에 히스-태그(His-tag)을 연결할 경우 단백질 본연의 구조에 영향을 주게 되어 기능상으로 온전한 단백질의 활성을 확인하기 어렵다. 더구나 변이 단백질 FmRed의 경우, 양 말단이 연장된 단백질로서 이들의 효과가 부수적으로 붙인 태그에 의해서 상쇄되거나 다른 영향을 나타날 수가 있다. 따라서 온전한 구조의 단백질만을 선택적으로 분리하는 것이 매우 중요하다. In order to confirm the change in the properties and functions of the protein by any amino acid residues of the FmRed introduced in Example 1 and to determine the exact structure, fluorescence intensity, light stability and the like was purified purification. The most common DsRed purification method known is a method of separating a protein expressed with a His-tag at the N- or C-terminus into a Ni-NTA column. However, if the his-tag is linked to DsRed, it affects the protein's natural structure, making it difficult to identify functionally intact protein activity. Moreover, in the case of the mutant protein FmRed, the protein is extended at both ends, and their effects may be canceled by the tag attached additionally or may have other effects. Therefore, it is very important to selectively separate only intact proteins.

또한, 변이 단백질 FmRed의 원형인 야생형 DsRed는 구리와 약한 이온결합을 할 수 있는 것으로 알려져 있어 생체 혹은 시료내의 구리측정이 가능한 구리-바이오마커(Cu-Biomarker)로 이용된다. 이러한 특성은 단백질 구조내의 8개의 히스티딘(histidine) 과 1개의 시스테인(cysteine)이 구리와 결합 할 수 있기 때문인 것으로 알려졌으며 대부분의 히스티딘(histidine)과 시스테인(cysteine)이 4개의 단량체가 결합하여 만들어지는 4차 구조표면에 노출되어 있어 가능한 것으로 알려져 있다. In addition, wild type DsRed, which is a prototype of the mutant protein FmRed, is known to be capable of weak ionic bonds with copper, and is used as a copper-biomarker capable of measuring copper in vivo or in samples. This characteristic is known because eight histidines and one cysteine in the protein structure can bind to copper, and most histidines and cysteines are made by combining four monomers. It is known to be possible because it is exposed to the quaternary structure surface.

본 발명의 FmRed의 경우 기본적인 아미노산 서열은 DsRed와 같고 새로이 연장된 아미노산 서열 중 N-말단에 1개의 시스테인(cysteine)이 추가적으로 삽입된 형태이므로 DsRed와 기본적인 구조적 특성은 유사할 것으로 예상되었다. 이를 근거로 DsRed의 경우와 같이 구리가 부착된 금속 친화성 컬럼(metal affinity column) 을 이용해 분리정제를 시도하였다. In the case of the FmRed of the present invention, since the basic amino acid sequence is the same as that of DsRed and one cysteine is additionally inserted at the N-terminus of the newly extended amino acid sequence, the basic structural characteristics of the FmRed are expected to be similar. Based on this, separation and purification were attempted using a metal affinity column with copper as in the case of DsRed.

우선 금속이온이 부착되어 있지 않은 베어 레진(bare resin)(chelating sepharose, GE Healthcare)을 멸균된 3차 증류수를 이용하여 세척한 후 0.1 mM 황산구리(CuSO4) 0.5 ml을 흘려보내 레진에 구리이온을 부착하였다. 이 후 하기 표 2의 조성을 가지는 약산성의 버퍼 5 ml을 이용해 결합되지 않은 구리와 염 성분을 제거하였다. 준비된 컬럼을 바인딩 버퍼(binding buffer) 5 ml을 흘려보내 평형에 도달시키고 같은 완충용액에 혼합된 FmRed 조효소액을 로딩하여 단백질의 부착을 유도하여 37℃에서 30분간 정치시켜 단백질의 결합을 유도한 후에 세척 완충액I 10ml을 흘려보냈다. 다음으로 세척 완충액II 10 ml을 추가로 흘려보내 결합하지 않은 단백질과 비특이적으로 약하게 결합된 불순물과 단백질을 제거한 후, 4 mM 이미다졸(immidazole)이 포함된 일루션(elution) 버퍼를 첨가하여 선택적으로 결합된 단백질을 회수하였다. 모든 과정의 유속(flow rate)은 1 ml/min 으로 고정하였고, 비교대상으로 야생형인 DsRed 단백질도 같은 과정으로 정제하였다. 정제 후에 분석 결과 도 5에서도 확인 할 수 있듯이, 단일과정으로 90% 이상의 순도를 지닌 단백질을 분리할 수 있었다.First, the bare resin (chelating sepharose, GE Healthcare) without metal ions was washed with sterile tertiary distilled water, and then 0.5 ml of 0.1 mM copper sulfate (CuSO 4 ) was flowed into the resin. Attached. Thereafter, unbound copper and salt components were removed using 5 ml of weakly acidic buffer having the composition shown in Table 2 below. After 5 ml of binding buffer was flowed to the prepared column, the equilibrium was reached, and the FmRed coenzyme solution mixed with the same buffer was loaded to induce protein adhesion. 10 ml of Wash Buffer I was flowed. Next, additional 10 ml of Wash Buffer II was added to remove the non-binding proteins and nonspecific weakly bound impurities and proteins, followed by selective binding by addition of an elution buffer containing 4 mM immidazole. Recovered protein was recovered. The flow rate of all processes was fixed at 1 ml / min, and the wild type DsRed protein was also purified by the same process. As a result of analysis after purification, as shown in FIG. 5, a protein having more than 90% purity could be separated by a single process.

Figure 112009026344181-PAT00002
Figure 112009026344181-PAT00002

[실시예 5] 순수분리 된 DsRed 와 FmRed 의 단백질 특성 비교[Example 5] Comparison of protein properties of purely isolated DsRed and FmRed

(1) DsRed와 FmRed의 양자수율 비교(1) Comparison of quantum yield between DsRed and FmRed

일반적으로 밝혀진 야생형 DsRed는 558 nm 에서 최대 여기파장을 583 nm에서 방출파장을 갖는다. 야생형 DsRed에 비해 밝은 형광을 보이는 FmRed의 특성으로 다른 여기와 방출 파장을 갖는지 확인하기 위해 형광측정기(spectrofluorometer, LS55)를 이용하여 스캐닝을 하였다. In general, wild type DsRed has a maximum excitation wavelength at 558 nm and an emission wavelength at 583 nm. FmRed showed brighter fluorescence than wild-type DsRed, and was scanned using a fluorometer (LS55) to determine whether it had different excitation and emission wavelengths.

그 결과, 도 6에서 확인 할 수 있듯이, FmRed는 DsRed와 같은 패턴의 스팩트럼과 최대 형광 파장을 지님을 확인할 수 있었으며 동일한 단백질 농도에서 1.7-2배 정도의 형광 값을 보여 양자수율이 높게 향상되었음이 확인하였다. 따라서 상기 실시예 1에서 분리된 FmRed는 광표백(photobleaching)에 중요한 4차 구조는 유지되며 형광능과 성숙과정이 빨라진 변이 단백질임이 확인되었다.As a result, as can be seen in Figure 6, it was confirmed that the FmRed has a spectrum and the maximum fluorescence wavelength of the same pattern as DsRed, showing a fluorescence value of 1.7-2 times at the same protein concentration improved the quantum yield is high. Confirmed. Therefore, it was confirmed that FmRed isolated in Example 1 is a mutant protein that maintains the quaternary structure important for photobleaching and accelerates fluorescence and maturation.

(2) FmRed의 저장안정성(2) Storage stability of FmRed

일반적으로 세포막이 파쇄 되어 용액이나 용매에 노출된 조효소액에서의 대부분의 단백질은 프로테아제(protease)에 의해 분해되고, 퀄리티 컨트롤에 의한 고유의 반감기를 갖기 때문에 단백질 본연의 기능을 잃는다. 본 실험을 진행하는 과정에서 형광이 유도된 전세포(whole cell enzyme)의 경우 고체배지 상에서 한 달 이상 본연의 색을 유지하고 있음이 확인되었고, 조효소액내의 단백질의 경우, 4℃ 에서 3 주가 지난 후에도 초기 형광능의 대부분이 유지되는 것으로 확인하였다. In general, most proteins in coenzyme fluids that are exposed to solutions or solvents due to cell membrane breakdown are degraded by protease, and have inherent half-life by quality control, and thus lose their natural function. In the course of this experiment, it was confirmed that the fluorescence-induced whole cell enzyme retained its original color for more than one month on solid media, and in the case of the protein in the crude enzyme solution, three weeks passed at 4 ° C. Afterwards, it was confirmed that most of the initial fluorescence was maintained.

(3) DsRed와 FmRed의 광표백 현상의 비교(3) Comparison of photobleaching phenomena of DsRed and FmRed

리포터와 탐침자로서의 형광단백질은 반복된 실험에서나 특정한 파장의 일정한 빛을 장시간 조사하는 경우에 초기 형광능이 줄어드는 광표백 현상이 존재하며, 특히 단량체 혹은 이량체로 제작된 DsRed 변이체(표 1 참고)의 경우 야생형 DsRed가 지닌 우수한 광안전성이 대부분 소실되어 시간이 지남에 따라 급격히 형광이 감소되는 문제가 있는 것으로 알려져 있다. 상기 실시예 1에서 분리된 FmRed의 경우 야생형 단백질의 광안전성에 중요한 인자인 4차 구조가 유지되고 있어 광표백 현상은 나타나지 않았고, 같은 양의 단백질에 540 내지 560 nm의 빛을 조사하는 경우에, 환경에 따라 야생형 단백질에 비해 향상된 광안전성을 보여주는 것으로 최종 확인되었다.Fluorescent proteins as reporters and probes have a photobleaching effect that reduces initial fluorescence in repeated experiments or when irradiated with a constant wavelength of a certain wavelength for a long time, especially in the case of DsRed variants (see Table 1) made of monomers or dimers. It is known that there is a problem that the fluorescence decreases rapidly over time because most of the excellent light safety of DsRed is lost. In case of FmRed isolated in Example 1, the quaternary structure, which is an important factor for photosafety of the wild-type protein, is maintained, and thus no photobleaching phenomenon occurs, and when the same amount of protein is irradiated with light of 540 to 560 nm, It was finally confirmed to show improved photosafety compared to wild type protein.

[실시예 6] FmRed의 융합 태그와 리포터로서의 기능 평가Example 6 Functional Evaluation of FmRed as a Fusion Tag and Reporter

(1) 융합 태그로서의 기능성 (1) Functionality as a fusion tag

형광 단백질은 주로 폴딩(folding), 위치(localization), 상호작 용(interaction) 리포터로 추적 혹은 특성을 알고자 하는 다른 단백질과 융합(fusion)된 상태에서 발현시키는 경우가 많다. 따라서 FmRed가 다른 단백질과 융합된 상태에서 발현되었을 경우 리포터로서 기능에 반드시 필요한 융합 능력과 안정성을 지녔는지를 확인하기 위해 여러 종류의 단백질과 융합을 시도하였다. Fluorescent proteins are often expressed in the form of folds, localizations, and interaction reporters, fused with other proteins to be traced or characterized. Therefore, when FmRed is expressed in the state of fusion with other proteins, fusion with various kinds of proteins was attempted to confirm whether the FmRed has the fusion ability and stability necessary for the function as a reporter.

그 결과, 도 7의 A에서와 같이 플라스미드 pMAL-c2X에 EcoRI과 HindIII의 제한효소를 처리 후 클로닝을 하여 MBP 융합 단백질 형태로 발현시킨 경우, PAGE 결과에서 안정한 융합 단백질이 가용성으로 발현되고 있음을 확인하였고, 도 7의 B에서는 융합된 상태에서 동일한 양의 DsRed 융합 단백질과 유사하거나 약간 강한 형광세기를 보여주고 있어 대부분의 경우에서 야생형 DsRed와 같거나 우수한 융합능력을 지녔음이 확인되었다. 따라서 FmRed의 경우, 다른 단백질과 융합시킨 환경에서 필요한 리포터와 탐침자로의 기능에 전혀 문제가 없음을 확인하였다.As a result, when the plasmid pMAL-c2X was cloned after processing the restriction enzymes of EcoR I and Hind III as shown in FIG. 7A, the fusion protein was soluble in the PAGE results. In B of FIG. 7, the same amount of DsRed fusion protein as in the fused state shows a similar or slightly stronger fluorescence intensity, and in most cases, the same or superior fusion ability as the wild type DsRed was confirmed. Therefore, in the case of FmRed, it was confirmed that there is no problem in the function of the reporter and the probe required in the environment fused with other proteins.

(2) 발현 인자 트랩 및 작동 리포터로의 이용(2) expression factor traps and use as operational reporters

일반적으로 DsRed는 기능에 필요한 4차 구조를 만드는데 필요한 시간 때문에 다른 형광단백질(GFP나 YFP)들과 비교해 확연하게 차이나는 형광 발현시간을 지녀 같은 리포터 시스템에 함께 사용하기 어렵다는 단점을 갖는다. 즉, 녹색 형광단백질(Green Fluorescent Protein, GFP)이 생체조건에서 걸리는 숙성시간에 비해 상대적으로 긴 DsRed의 특성상 실시간으로 동시에 모니터링하려면 느린 DsRed의 발현시간이 전체모니터링시간을 결정하는 결과를 낳는다. 실제로 본 발명자들이 고안한 pBGR1 프로모터 트랩 벡터(pBGR1 promoter trap vector)의 경우 서로 마주보도록 두 개의 형광단백질 리포터를 위치시키는데 녹색형광단백질의 리포터 방향에 트랩 된 프로모터나 조절인자들에 의한 기능의 발현은 10시간 내외에서 모니터링이 가능하나, 반대편에 트랩 되어 기능을 가진 조절인자들이 경우 리포터인 DsRed가 발현되어 모니터링 되기까지는 24시간 이상을 필요로 한다. 즉, 라이브러리 내의 균주수가 많거나 콜로니가 작은 경우, 트랩 된 인자의 기능이 약한 경우에는 36 내지 48시간 이상이 지나서야 리포터로서의 동작여부를 확인할 수 있었다. 이들 트랩 벡터 시스템(trap vector system)에 새로이 제작된 FmRed를 장착해 동작여부를 확인한 결과 10시간 내외에서 녹색 형광단백질과 같은 시간대에 맨눈으로 확인이 가능한 정도의 형광을 냄으로써 이중 리포터(dual reporter) 시스템이나 형광공명에너지전달(fluorescence resonance energy transfer, FRET)과 같은 형광단백질 연동 혹은 연속반응 시스템에 실제 적용이 가능한 새로운 변이 단백질임을 최종 확인하였다. In general, DsRed has a disadvantage in that it is difficult to be used in the same reporter system because it has a significantly different fluorescence expression time compared to other fluorescent proteins (GFP or YFP) because of the time required to make the quaternary structure required for the function. In other words, if the Green Fluorescent Protein (GFP) is monitored in real time simultaneously due to the characteristics of DsRed, which is relatively longer than the aging time in vivo, the expression time of slow DsRed determines the overall monitoring time. In fact, in the case of the pBGR1 promoter trap vector designed by the present inventors, two fluoroprotein reporters are positioned to face each other, and the expression of the function by promoters or regulators trapped in the reporter direction of the green fluorescent protein is 10. It can be monitored within hours, but regulators with functions trapped on the other side require more than 24 hours before the reporter DsRed is expressed and monitored. In other words, when the number of strains in the library or the colonies were small, when the function of the trapped factor was weak, it could be confirmed whether or not it was a reporter after 36 to 48 hours or more. The new FmRed was attached to these trap vector systems to confirm the operation, and as a result, the dual reporter system emits fluorescence that can be seen with the naked eye at the same time as the green fluorescent protein within 10 hours. In addition, it was finally confirmed that it is a novel mutant protein that can be actually applied to fluorescence protein linkage or continuous reaction system such as fluorescence resonance energy transfer (FRET).

도 1은 본 발명에 따른 적색 형광단백질 FmRed의 염기서열(A) 및 아미노산 서열(B)를 나타낸 것이고,Figure 1 shows the nucleotide sequence (A) and amino acid sequence (B) of the red fluorescent protein FmRed according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 적색 형광단백질 FmRed의 클로닝을 위한 신장 돌연변이를 유도를 위한 무작위 말단 연장법을 모식화한 것이고,2 is a schematic of a random terminal extension method for inducing a renal mutation for cloning the red fluorescent protein FmRed according to the present invention,

(A: DsRed 유전자의 기능결함 유도, B: 기능이 회복된 라이브러리 제작) (A: DsRed gene induction of defects, B: function restored library)

도 3은 본 발명에 따른 적색 형광단백질 FmRed 클론의 형광발현 시간을 고체배지에서 확인한 결과이고,Figure 3 is a result of confirming the fluorescence time of the red fluorescent protein FmRed clone according to the present invention in a solid medium,

도 4는 본 발명에 따른 적색 형광단백질 FmRed의 적색형광의 발현시간을 유세포 분석기를 이용하여 확인한 결과이고,4 is a result of confirming the expression time of the red fluorescence of the red fluorescent protein FmRed according to the present invention using a flow cytometer,

(A: 발현 유도제 없이 비교한 경우, B: IPTG 를 첨가한 후 비교한 경우)(A: when comparing without expression inducer, B: comparing after adding IPTG)

도 5는 분리 후 정제된 본 발명에 따른 적색 형광단백질 FmRed를 SDS-PAGE(A) 및 네이티브-겔(B)에서 확인한 결과이고,5 is a result of confirming the red fluorescent protein FmRed according to the present invention purified after separation in SDS-PAGE (A) and native-gel (B),

(1: pTrc-DsRed, 2: pTrc-FmRed)(1: pTrc-DsRed, 2: pTrc-FmRed)

도 6은 본 발명에 따른 적색 형광단백질 FmRed의 양자 수율을 확인한 결과이고,6 is a result of confirming the quantum yield of the red fluorescent protein FmRed according to the present invention,

(A: 여기 파장, B: 방출 파장)(A: excitation wavelength, B: emission wavelength)

도 7은 본 발명에 따른 적색 형광단백질 FmRed의 융합 안정성을 SDS-PAGE(A) 및 네이티브 겔(B)에서 발현을 확인한 결과이다.7 shows the results of fusion stability of red fluorescent protein FmRed according to the present invention in SDS-PAGE (A) and native gel (B).

(A; 1: size marker, 2: pMal-c2X, 3: MBP-FmRed, 4: MBP-DsRed, B; 1: pMal-c2X, 2: MBP-FmRed, 3:MBP-DsRed)(A; 1: size marker, 2: pMal-c2X, 3: MBP-FmRed, 4: MBP-DsRed, B; 1: pMal-c2X, 2: MBP-FmRed, 3: MBP-DsRed)

<110> Industry Foundation of Chonnam National University <120> Fast maturating red fluorescent protein, FmRed, as a novel reporter and molecular probe <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 702 <212> DNA <213> Unknown <220> <223> FmRed <220> <221> gene <222> (1)..(702) <223> FmRed sequence <400> 1 atgggctcca cagcatcatc cgagaacgtc atcaccgagt tcatgcgctt caaggtgcgc 60 atggagggca ccgtgaacgg ccacgagttc gagatcgagg gcgagggcga gggccgcccc 120 tacgagggcc acaacaccgt gaagctgaag gtgaccaagg gcggccccct gcccttcgcc 180 tgggacatcc tgtcccccca gttccagtac ggctccaagg tgtacgtgaa gcaccccgcc 240 gacatccccg actacaagaa gctgtccttc cccgagggct tcaagtggga gcgcgtgatg 300 aacttcgagg acggcggcgt ggcgaccgtg acccaggact cctccctgca ggacggctgc 360 ttcatctaca aggtgaagtt catcggcgtg aacttcccct ccgacggccc cgtgatgcag 420 aagaagacca tgggctggga ggcctccacc gagcgcctgt acccccgcga cggcgtgctg 480 aagggcgaga cccacaaggc cctgaagctg aaggacggcg gccactacct ggtggagttc 540 aagtccatct acatggccaa gaagcccgtg cagctgcccg gctactacta cgtggacgcc 600 aagctggaca tcacctccca caacgaggac tacaccatcg tggagcagta cgagcgcacc 660 gagggccgcc accacctgtt cctgtgtgga tcccccgggt aa 702 <210> 2 <211> 233 <212> PRT <213> Unknown <220> <223> FmRed <400> 2 Met Gly Ser Thr Ala Ser Ser Glu Asn Val Ile Thr Glu Phe Met Arg 1 5 10 15 Phe Lys Val Arg Met Glu Gly Thr Val Asn Gly His Glu Phe Glu Ile 20 25 30 Glu Gly Glu Gly Glu Gly Arg Pro Tyr Glu Gly His Asn Thr Val Lys 35 40 45 Leu Lys Val Thr Lys Gly Gly Pro Leu Pro Phe Ala Trp Asp Ile Leu 50 55 60 Ser Pro Gln Phe Gln Tyr Gly Ser Lys Val Tyr Val Lys His Pro Ala 65 70 75 80 Asp Ile Pro Asp Tyr Lys Lys Leu Ser Phe Pro Glu Gly Phe Lys Trp 85 90 95 Glu Arg Val Met Asn Phe Glu Asp Gly Gly Val Ala Thr Val Thr Gln 100 105 110 Asp Ser Ser Leu Gln Asp Gly Cys Phe Ile Tyr Lys Val Lys Phe Ile 115 120 125 Gly Val Asn Phe Pro Ser Asp Gly Pro Val Met Gln Lys Lys Thr Met 130 135 140 Gly Trp Glu Ala Ser Thr Glu Arg Leu Tyr Pro Arg Asp Gly Val Leu 145 150 155 160 Lys Gly Glu Thr His Lys Ala Leu Lys Leu Lys Asp Gly Gly His Tyr 165 170 175 Leu Val Glu Phe Lys Ser Ile Tyr Met Ala Lys Lys Pro Val Gln Leu 180 185 190 Pro Gly Tyr Tyr Tyr Val Asp Ala Lys Leu Asp Ile Thr Ser His Asn 195 200 205 Glu Asp Tyr Thr Ile Val Glu Gln Tyr Glu Arg Thr Glu Gly Arg His 210 215 220 His Leu Phe Leu Cys Gly Ser Pro Gly 225 230 <110> Industry Foundation of Chonnam National University <120> Fast maturating red fluorescent protein, FmRed, as a novel          reporter and molecular probe <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 702 <212> DNA <213> Unknown <220> <223> FmRed <220> <221> gene (222) (1) .. (702) <223> FmRed sequence <400> 1 atgggctcca cagcatcatc cgagaacgtc atcaccgagt tcatgcgctt caaggtgcgc 60 atggagggca ccgtgaacgg ccacgagttc gagatcgagg gcgagggcga gggccgcccc 120 tacgagggcc acaacaccgt gaagctgaag gtgaccaagg gcggccccct gcccttcgcc 180 tgggacatcc tgtcccccca gttccagtac ggctccaagg tgtacgtgaa gcaccccgcc 240 gacatccccg actacaagaa gctgtccttc cccgagggct tcaagtggga gcgcgtgatg 300 aacttcgagg acggcggcgt ggcgaccgtg acccaggact cctccctgca ggacggctgc 360 ttcatctaca aggtgaagtt catcggcgtg aacttcccct ccgacggccc cgtgatgcag 420 aagaagacca tgggctggga ggcctccacc gagcgcctgt acccccgcga cggcgtgctg 480 aagggcgaga cccacaaggc cctgaagctg aaggacggcg gccactacct ggtggagttc 540 aagtccatct acatggccaa gaagcccgtg cagctgcccg gctactacta cgtggacgcc 600 aagctggaca tcacctccca caacgaggac tacaccatcg tggagcagta cgagcgcacc 660 gagggccgcc accacctgtt cctgtgtgga tcccccgggt aa 702 <210> 2 <211> 233 <212> PRT <213> Unknown <220> <223> FmRed <400> 2 Met Gly Ser Thr Ala Ser Ser Glu Asn Val Ile Thr Glu Phe Met Arg   1 5 10 15 Phe Lys Val Arg Met Glu Gly Thr Val Asn Gly His Glu Phe Glu Ile              20 25 30 Glu Gly Glu Gly Glu Gly Arg Pro Tyr Glu Gly His Asn Thr Val Lys          35 40 45 Leu Lys Val Thr Lys Gly Gly Pro Leu Pro Phe Ala Trp Asp Ile Leu      50 55 60 Ser Pro Gln Phe Gln Tyr Gly Ser Lys Val Tyr Val Lys His Pro Ala  65 70 75 80 Asp Ile Pro Asp Tyr Lys Lys Leu Ser Phe Pro Glu Gly Phe Lys Trp                  85 90 95 Glu Arg Val Met Asn Phe Glu Asp Gly Gly Val Ala Thr Val Thr Gln             100 105 110 Asp Ser Ser Leu Gln Asp Gly Cys Phe Ile Tyr Lys Val Lys Phe Ile         115 120 125 Gly Val Asn Phe Pro Ser Asp Gly Pro Val Met Gln Lys Lys Thr Met     130 135 140 Gly Trp Glu Ala Ser Thr Glu Arg Leu Tyr Pro Arg Asp Gly Val Leu 145 150 155 160 Lys Gly Glu Thr His Lys Ala Leu Lys Leu Lys Asp Gly Gly His Tyr                 165 170 175 Leu Val Glu Phe Lys Ser Ile Tyr Met Ala Lys Lys Pro Val Gln Leu             180 185 190 Pro Gly Tyr Tyr Tyr Val Asp Ala Lys Leu Asp Ile Thr Ser His Asn         195 200 205 Glu Asp Tyr Thr Ile Val Glu Gln Tyr Glu Arg Thr Glu Gly Arg His     210 215 220 His Leu Phe Leu Cys Gly Ser Pro Gly 225 230  

Claims (11)

야생형 DsRed(Red Fluorescence Protein) 유전자의 N-말단에 3개의 아미노산인 MGS 및 C-말단에 5개의 아미노산인 CGSPG이 연장되어 이루어지는 적색 형광단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein). FmRed (fast maturating red fluorescent protein), wherein the red fluorescent protein (FmRed) is a three-amino acid MGS at the N-terminus of the wild type DsRed (Red Fluorescence Protein) gene and a CGSPG of five amino acids at the C-terminus. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적색 형광단백질 FmRed은 서열번호 2에 기재된 아미노산 서열로 이루어지는 적색 형광 단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein).The red fluorescent protein FmRed is a fast fluorescent red fluorescent protein (FmRed) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. 서열번호 2에 기재된 아미노산 서열을 코딩하는, 적색 형광단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein) 유전자.A red fluorescent protein FmRed (fast maturating red fluorescent protein) gene, encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 서열번호 1에 기재된 염기서열로 이루어지는 적색 형광단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein) 유전자.A red fluorescent protein FmRed (fast maturating red fluorescent protein) gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 제 3항 또는 제 4항에 따른 적색 형광단백질 FmRed 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터.Recombinant expression vector comprising a red fluorescent protein FmRed gene according to claim 3 or 4. 제 5항에 따른 재조합 발현 벡터로 형질전환된, 형질전환 미생물.A transformed microorganism transformed with the recombinant expression vector according to claim 5. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 형질전환 미생물은 수탁번호 KCTC11464BP로 기탁된 것인 형질전환 미생물.The transforming microorganism will be deposited with the accession number KCTC11464BP. a) 야생형 DsRed의 결함 유전자에 대해, 결함 유전자 중 3 내자 10개의 아미노산이 추가된 프라이머로 중합효소연쇄반응을 수행하여 변이 유전자 라이브러리를 구축하는 단계;a) constructing a mutant gene library by performing a polymerase chain reaction on a defective gene of wild type DsRed with a primer added with 3 to 10 amino acids of the defective gene; b) 구축된 라이브러리를 각각 세포 내로 도입하여 개별 변이단백질을 선별 후 발현하는 단계; 및b) introducing each of the constructed libraries into cells to select and express individual variant proteins; And c) 상기 발현된 변이단백질에서 야생형 DsRed에 비해 빠른 형광 및 진한 적색을 보여주는 목적하는 변이단백질을 선발하는 단계; 를 포함하는, 신장 돌연변이(elongation mutagenesis) 중합효소연쇄반응을 이용한 적색 형광단백질 FmRed(fast maturating red fluorescent protein)의 제조 방법.c) selecting the desired variant protein from the expressed variant protein, which exhibits faster fluorescence and darker red color than the wild type DsRed; A method of producing a red fluorescent protein FmRed (fast maturating red fluorescent protein) using an elongation mutagenesis polymerase chain reaction comprising a. 리포터(reporter) 또는 융합 태그(fusion tag)로서 제 3항 또는 제 4항에 따른 적색 형광단백질 FmRed 유전자를 포함하는 융합단백질.A fusion protein comprising the red fluorescent protein FmRed gene according to claim 3 or 4 as a reporter or a fusion tag. 리포터(reporter) 또는 융합 태그(fusion tag)로서 제 3항 또는 제 4항에 따 른 적색 형광단백질 FmRed 유전자를 포함하는 바이오센서.A biosensor comprising a red fluorescent protein FmRed gene according to claim 3 or 4 as a reporter or a fusion tag. 제 3항 또는 제 4항에 따른 적색 형광단백질 FmRed 유전자를 포함하는 오페론 트랩 벡터(trap vector).An operon trap vector comprising the red fluorescent protein FmRed gene according to claim 3.
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