KR20180070985A - Fret sensor for detecting l-glutamine and detecting method of l-glutamine using the same - Google Patents

Fret sensor for detecting l-glutamine and detecting method of l-glutamine using the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a FRET sensor for detecting L-glutamine, an L-glutamine detection method using the FRET sensor for detecting L-glutamine, and a composition for detecting L-glutamine including the FRET sensor for detecting L-glutamine. The FRET sensor for detecting L-glutamine comprises: an L-glutamine-binding protein into which a fluorescent donor is introduced; and a fluorescent receptor protein.

Description

L-글루타민 검출용 FRET 센서 및 이를 이용하는 L-글루타민 검출 방법{FRET SENSOR FOR DETECTING L-GLUTAMINE AND DETECTING METHOD OF L-GLUTAMINE USING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a FRET sensor for detecting L-glutamine and a method for detecting L-glutamine using the same,

본원은, L-글루타민 검출용 FRET 센서, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 이용한 L-글루타민 검출 방법, 및 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 포함하는 L-글루타민 검출용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a L-glutamine detecting FRET sensor, a L-glutamine detecting FRET sensor, an L-glutamine detecting method, and a L-glutamine detecting FRET sensor.

형광 공명 에너지 전달 (fluorescence resonance energy transfer, FRET)은 그들의 거리에 대한 특유한 의존성으로 인하여 형광-기반 어플리케이션에 널리 사용되어 왔다. FRET은 하나의 형광단 (fluorophore)의 방출 스펙트럼과 다른 하나의 흡수 스펙트럼 사이에 상당한 중첩 (overlap)이 존재하는 경우, 그리고 상기 형광단 사이의 거리가 일반적으로 10 nm 미만일 때 두 형광단 사이에서 발생한다. FRET 효율성이 이격 거리 (separation distance)의 여섯 번째 파워 (power)에 반비례하는 것을 감안하면, 상기 FRET은 분자의 상호 작용 및 공간적 변화를 검출하기에 매우 적절하다. FRET-기반 센서는 다양한 색상의 형광 단백질의 개발에 따라 더욱 대중적으로 사용되고 있다. 재조합 형광 단백질 FRET 쌍은 서로 독립적으로 발현되거나, 또는 융합된 형태가 될 수 있다. 이러한 FRET 쌍은 다양한 생체분자 및 이온을 감지하고, 또한 효소의 활성을 측정하는 데에 사용되어 왔다. 형광 단백질에 기반한 다양한 FRET 센서가 개발되었고, 또한 다양한 어플리케이션에 성공적으로 적용되었음에도 불구하고, FRET 센서 방법은 본질적인 한계로서 형광 단백질들의 큰 크기, 및 통상 N- 또는 C-말단 융합의 필요성을 포함한다. 이러한 제약으로 인하여, 많은 FRET 센서는 FRET 신호에 있어서 노이즈를 간신히 넘는 정도의 변화를 나타낼 뿐이다.Fluorescence resonance energy transfer (FRET) has been widely used in fluorescence-based applications due to the peculiar dependence of their distance. FRET occurs between two fluorophores when there is a significant overlap between the emission spectrum of one fluorophore and the other absorption spectrum and when the distance between the fluorophores is generally less than 10 nm do. Given that FRET efficiency is inversely proportional to the sixth power of the separation distance, the FRET is very suitable for detecting molecular interactions and spatial changes. FRET-based sensors are becoming increasingly popular due to the development of fluorescent protein of various colors. Recombinant fluorescent protein FRET pairs may be expressed independently of each other, or may be in a fused form. These FRET pairs have been used to detect various biomolecules and ions and to measure the activity of enzymes. Although a variety of FRET sensors based on fluorescent proteins have been developed and successfully applied to a variety of applications, the FRET sensor method has inherent limitations, including the large size of fluorescent proteins and the need for N- or C-terminal fusion in general. Due to these constraints, many FRET sensors only show a degree of change in the FRET signal that is barely above the noise.

지난 10 년 동안, 직각의 (orthogonal) 아미노아실-tRNA/아미노아실-tRNA 합성효소 [aminoacyl-tRNA (aatRNA)/aminoacyl-tRNA synthetase, aaRS]를 이용하여 여러가지 형광 아미노산을 세포의 단백질에 유전적으로 혼입하였다. 이러한 아미노산은 단백질-폴딩 (protein-folding) 상태, 단백질 및 리간드 사이의 상호 작용, 다양한 단백질의 세포 지역화 (cellular localization), 및 단백질 융합을 조사하기 위해 사용되어왔다. 최근, 형광 아미노산 중 하나를 FRET에 의한 단백질-핵산 상호작용을 분석하기 위해 사용하였으며, 해리 상수 (dissociation constant)는 전기영동 이동성 변화 분석 (electrophoretic mobility shift assay)과 같은, 다른 방법을 이용하여 수득된 것과 일치하도록 결정하였다.Over the past decade, several fluorescent amino acids have been genetically incorporated into cellular proteins using orthogonal aminoacyl-tRNA / aminoacyl-tRNA synthetase (aatRNA) / aminoacyl-tRNA synthetase, aaRS] Respectively. These amino acids have been used to investigate protein-folding conditions, interactions between proteins and ligands, cellular localization of various proteins, and protein fusion. Recently, one of the fluorescent amino acids was used for analyzing protein-nucleic acid interactions by FRET, and the dissociation constant was determined by using a method known as electrophoretic mobility shift assay, such as electrophoretic mobility shift assay .

형광 아미노산의 유전적 도입은 FRET-기반 생화학적 연구에 비하여 두 가지 중요한 장점을 가지고 있다:The genetic introduction of fluorescent amino acids has two important advantages over FRET-based biochemical studies:

(1) 상기 형광 단백질의 도입이 N-말단 또는 C-말단에 한정되는 반면, 상기 아미노산은 단백질의 어떠한 자리에도 혼입될 수 있다.(1) the introduction of the fluorescent protein is limited to the N-terminal or C-terminal, while the amino acid can be incorporated at any position of the protein.

(2) 이러한 아미노산의 혼입은 아미노산 돌연변이로 달성되며, 따라서 단백질에 최소 섭동 (minimal perturbation)을 일으킨다. (2) The incorporation of these amino acids is achieved with amino acid mutations, thus causing minimal perturbation to the protein.

대한민국 공개특허 제2010-0117877호는, FRET 바이오센서를 이용한 리간드의 검출방법에 대해 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 2010-0117877 discloses a method of detecting a ligand using a FRET biosensor.

본원은, L-글루타민 검출용 FRET 센서, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 이용한 L-글루타민 검출 방법, 및 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 포함하는 L-글루타민 검출용 조성물을 제공하고자 한다.The present invention provides a composition for detecting L-glutamine comprising a FRET sensor for detecting L-glutamine, an L-glutamine detecting method using the FRET sensor for detecting L-glutamine, and a FRET sensor for detecting L-glutamine.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 형광 공여체가 도입된 L-글루타민-결합 단백질; 및 형광 수용체 단백질을 포함하는, L-글루타민 검출용 FRET 센서를 제공한다.The first aspect of the present application relates to a L-glutamine-binding protein into which a fluorescent donor is introduced; And a FRET sensor for detecting L-glutamine, which comprises a fluorescent receptor protein.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른-글루타민 검출용 FRET 센서를 이용하는, L-글루타민의 검출 방법을 제공한다.A second aspect of the present invention provides a method for detecting L-glutamine using a FRET sensor for detecting glutamine according to the first aspect of the present invention.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른-글루타민 검출용 FRET 센서를 포함하는, L-글루타민의 검출용 조성물을 제공한다.A third aspect of the present invention provides a composition for detecting L-glutamine, comprising a FRET sensor for detecting glutamine according to the first aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 따르면, 형광 비천연 아미노산을 L-글루타민-결합 단백질에 유전자 도입하고, 상기 L-글루타민-결합 단백질을 녹색 형광 단백질과 함께 융합하여 FRET 쌍 (FRET pair)을 형성함으로써, L-글루타민을 선택적으로 검출할 수 있는 FRET 센서를 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a FRET pair is formed by introducing a fluorescent unnatural amino acid into an L-glutamine-binding protein and fusing the L-glutamine-binding protein together with a green fluorescent protein to form L - A FRET sensor capable of selectively detecting glutamine can be produced.

본원의 일 구현예에 따른 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는, L-글루타민을 제외한 나머지 19 개의 천연 아미노산 또는 D-글루타민에 대해서는 변화를 나타내지 않으며, L-글루타민에 대해서 선택적으로 작용한다.The FRET sensor for detecting L-glutamine according to an embodiment of the present invention shows no change to the remaining 19 natural amino acids except for L-glutamine or D-glutamine, and selectively acts on L-glutamine.

본원의 일 구현예에 따른 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는, 형광 비천연 아미노산이 상기 표적 단백질의 임의의 자리에 위치될 수 있으며, FRET 수용체로서 하나의 형광 단백질이 사용된다는 장점을 갖는다. 이는 두 개의 형광 단백질을 요구하는 기존의 FRET 센서가 가지는 단점인, 큰 크기와 융합에 대한 제한적 위치를 개선하는 것이다.The FRET sensor for detecting L-glutamine according to an embodiment of the present invention has an advantage that a fluorescent unnatural amino acid can be located at any position of the target protein and a single fluorescent protein is used as a FRET receptor. This is to improve the limited size of large size and fusion, which is a disadvantage of conventional FRET sensors requiring two fluorescent proteins.

본원의 일 구현예에 따르면, 단백질 생합성을 위한 빌딩 블록 및 TCA 사이클에 대한 기재를 공급하기 위한 탄소 공급원으로서 사용되며, 당뇨병 및 암을 포함하는 인간 질병과 관련이 있는 조절 장애인 라파마이신 복합체 1 (mTORC1)의 조절에 관련된 L-글루타민을 선택적으로 검출함으로써, 생체분자 또는 살아있는 세포에서의 세포 이미징을 가능하게 할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the use of rapamycin complex 1 (mTORC1), which is used as a carbon source to supply building blocks for protein biosynthesis and substrates for the TCA cycle, and which is associated with human disease, including diabetes and cancer Glutamine < / RTI > associated with the regulation of L-glutamine, thereby enabling cell imaging in biomolecules or living cells.

도 1은, 본원의 일 실시예에 있어서, L-글루타민 검출용 FRET 센서의 개략도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, CouA 및 EGFP의 정규화된 흡수 및 방출 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3a는, 본원의 일 실시예에 있어서, L-글루타민 검출용 FRET 센서의 SDS-PAGE 결과를 나타낸 이미지이다.
도 3b는, 본원의 일 실시예에 있어서, L-글루타민 검출용 FRET 센서 EGFP-GlnBP-F136CouA 의 형광 스펙트럼이다.
도 3c는, 본원의 일 실시예에 있어서, L-글루타민 검출용 FRET 센서 EGFP-GlnBP-N138CouA 의 형광 스펙트럼이다.
도 4의 (a) 내지 (f)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 트립신-분해된 EGFP-GlnBP-WT, 및 CouA를 포함하는 EGFP-GlnBP 돌연변이 단백질의 MALDI-TOF MS 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, L-글루타민 검출용 FRET 센서의 SDS-PAGE 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, L-Gln 결합에 따른 L-글루타민 검출용 FRET 센서의 FRET 비율 (IEGFP/ICouA) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, pH 및 염 농도에 대한 L-글루타민 검출용 FRET 센서의 FRET 비율 변화의 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 8의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 최적의 조건 하에서 L-글루타민 검출용 FRET 센서 EGFP-10-GlnBP-N138CouA의 형광 스펙트럼 (a) 및 FRET 비율 변화 (b)를 나타낸 그래프이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서, L-글루타민 검출용 FRET 센서 EGFP-10-GlnBP-N138CouA 의 천연 아미노산 및 D-Gln에 대한 선택성 분석을 나타낸 그래프이다.
도 10의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, FBS로 적정된 L-글루타민 검출용 FRET 센서 EGFP-10-GlnBP-N138CouA 의 형광 스펙트럼 (a) 및 FRET 비율 변화 (b)를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a FRET sensor for L-glutamine detection in one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the normalized absorption and emission spectra of CouA and EGFP in one embodiment of the invention.
3A is an image showing SDS-PAGE results of a FRET sensor for detecting L-glutamine in one embodiment of the present invention.
3B is a fluorescence spectrum of a FRET sensor EGFP-GlnBP-F136CouA for L-glutamine detection in one embodiment of the present invention.
3C is a fluorescence spectrum of a FRET sensor EGFP-GlnBP-N138CouA for L-glutamine detection in one embodiment of the present invention.
4A to 4F are graphs showing MALDI-TOF MS analysis results of trypsin-degraded EGFP-GlnBP-WT and EGFP-GlnBP mutant proteins containing CouA in one embodiment of the present invention to be.
5 (a) and 5 (b) are graphs showing SDS-PAGE analysis results of a FRET sensor for detecting L-glutamine in one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing changes in FRET ratio (I EGFP / I CouA ) of the FRET sensor for detecting L-glutamine according to L-Gln binding in one embodiment of the present invention .
7A and 7B are graphs showing the dependency of the FRET ratio change of the FRET sensor for L-glutamine detection on the pH and salt concentration in one embodiment of the present invention.
8 (a) and 8 (b) are graphs showing changes in fluorescence spectrum (a) and FRET ratio (b) of L-glutamine detecting FRET sensor EGFP- 10- GlnBP-N138CouA under the optimum condition FIG.
FIG. 9 is a graph showing selectivity analysis of the natural amino acid and D-Gln of the FRET sensor for detecting L-glutamine EGFP- 10- GlnBP-N138CouA in one embodiment of the present invention.
10 (a) and 10 (b) are graphs showing changes in fluorescence spectrum (a) and FRET ratio (b) of L-glutamine detecting FRET sensor EGFP-10-GlnBP-N138CouA titrated with FBS FIG.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

본원 명세서 전체에서, "비천연 아미노산" 은 20 가지 통상의 아미노산, 파이로리신 또는 셀레노시스테인이 아닌 아미노산을 지칭하며; 용어 "비천연 아미노산" 과 유사한 의미로 사용될 수 있는 다른 용어는 "비천연적으로 코딩된 아미노산", "자연적으로 존재하지 않는 아미노산" 등이 있다. "비천연 아미노산" 은 천연적으로 코딩된 아미노산의 변형에 의해 자연적으로 발생하나, 그 자체가 번역 복합체에 의해 성장하는 폴리펩티드 내로 도입되지는 않는 아미노산을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 상기 천연적으로 코딩된 아미노산이란, 20 가지 통상의 아미노산 또는 파이로리신 또는 셀레노시스테인을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.Throughout this specification, " unnatural amino acid " refers to 20 common amino acids, non-pyrocidin or amino acids that are not selenocysteine; Other terms that can be used in a similar sense to the term " unnatural amino acid " include " non-cirrhically coded amino acid ", " naturally occurring amino acid ", and the like. An "unnatural amino acid" includes, but is not limited to, an amino acid that occurs naturally by modification of a naturally encoded amino acid, but which is not itself introduced into a polypeptide grown by a translation complex. Such naturally encoded amino acids include, but are not limited to, 20 common amino acids or pyriocin or selenocysteine.

본원 명세서 전체에서, "핵산" 은 단일-또는 이중-가닥 형태의 데옥시리보뉴클레오시드, 데옥시리보뉴클레오티드, 리보뉴클레오시드, 리보뉴클레오티드 및 그의 중합체를 지칭한다. 달리 구체적으로 제한하지 않는 한, 상기 용어는 참고 핵산과 유사한 결합 특성을 갖고, 천연 발생의 뉴클레오티드와 유사한 방식으로 대사되는 천연 뉴클레오티드의 공지된 유사체를 함유하는 핵산을 포함한다. 달리 구체적으로 제한하지 않는 한, 상기 용어는 또한 PNA(펩티도핵산), 안티센스 기술에 사용되는 DNA 유사체(포스포로티오에이트, 포르포로아미데이트 등)를 비롯한 올리고뉴클레오티드도 지칭한다. 달리 명시하지 않는 한, 특정 핵산 서열은 또한 그의 보존적으로 변형된 변이체 및 상보적 서열뿐만 아니라, 명확히 특정된 서열을 포함한다.Throughout this specification, "nucleic acid" refers to deoxyribonucleosides, deoxyribonucleotides, ribonucleosides, ribonucleotides, and polymers thereof in single- or double-stranded form. Unless specifically limited otherwise, the term encompasses nucleic acids containing known analogs of natural nucleotides that have similar binding properties to reference nucleic acids and are metabolized in a manner similar to that of naturally occurring nucleotides. Unless otherwise specifically limited, the term also refers to oligonucleotides, including PNA (peptidic nucleic acid), DNA analogs used in antisense technology (phosphorothioate, porphloamidate, etc.). Unless otherwise specified, a particular nucleic acid sequence also includes its conservatively modified variants and complementary sequences, as well as clearly specified sequences.

본원 명세서 전체에서, "폴리펩티드", "펩티드", 및 "단백질" 은 본원에서 상호교환적으로 사용되며, 아미노산 잔기의 중합체를 지칭한다. 즉, 단백질에 대한 기술 사항은 동등하게 펩티드의 기술 사항 및 폴리펩티드의 기술 사항에도 적용되며, 반대의 경우도 마찬가지이다. 상기 용어는 자연적으로 존재하는 아미노산 중합체뿐만 아니라, 하나 이상의 아미노산 잔기가 비천연 아미노산인 아미노산 중합체에도 적용된다. 본원에서 사용되는 바, 상기 용어는 전체 길이의 단백질을 비롯한, 아미노산 잔기가 공유 펩티드 결합에 의해 연결되어 있는 임의 길이의 아미노산 쇄를 포함한다.Throughout this specification, "polypeptide", "peptide", and "protein" are used interchangeably herein and refer to a polymer of amino acid residues. That is, the description of the protein equally applies to the description of the peptide and the description of the polypeptide, and vice versa. The term applies to naturally occurring amino acid polymers as well as to amino acid polymers wherein one or more amino acid residues are unnatural amino acids. As used herein, the term includes amino acid chains of any length, in which the amino acid residues are joined by a covalent peptide bond, including full length proteins.

본원 명세서 전체에서, FRET (형광공명에너지전이, fluorescence resonance energy transfer)의 기재는, 단파장 형광 단백질인 공여체 (donor)가 외부에서 에너지를 흡수하면, 상기 공여체의 여기 에너지가 빛 에너지로 방출되는 대신, 소정의 거리 안에 위치한 장파장 형광 단백질인 수용체 (acceptor)가 발광 없이 전달되어, 수용체의 장파장 형광만이 방출되는 현상을 의미한다. FRET에 의한 수용체 형광의 발생 또는 공여체 방출광의 소멸현상 (photobleaching)이 나타나려면 상기 공여체와 수용체가 매우 짧은 거리 (10 nm 미만)에 위치해야한다. 특정 파장의 빛을 내는 형광 단백질인 상기 공여체와 이 발광 에너지와 공명을 일으켜 에너지를 흡수할 수 있는 형광 단백질인 상기 수용체가 소정의 거리 이내로 가까워지면, 외부에서 상기 공여체를 여기시키기 위해 조사된 빛 에너지가 상기 공여체로부터 상기 수용체로 발광 없이 전달되어 공여체의 고유한 파장의 발광이 감소하고, 공여체로부터 에너지를 전달받은 수용체가 자신의 고유한 파장대의 빛을 발광하는 FRET 현상이 일어난다.Throughout the present specification, the description of FRET (fluorescence resonance energy transfer) is based on the assumption that, when a donor which is a short wavelength fluorescent protein absorbs energy from the outside, the excitation energy of the donor is released as light energy, Refers to a phenomenon that an acceptor, which is a long wavelength fluorescent protein positioned within a predetermined distance, is transmitted without luminescence and only long wavelength fluorescent light of the receptor is emitted. The donor and acceptor should be located at a very short distance (less than 10 nm) in order to generate receptor fluorescence by FRET or photobleaching of donor emitting light. When the receptor, which is a fluorescent protein capable of absorbing energy by causing resonance with the donor and a fluorescent protein that emits light of a specific wavelength, comes close to a predetermined distance, light energy irradiated to excite the donor from the outside Is transmitted from the donor to the receptor without luminescence to decrease the emission of the specific wavelength of the donor and FRET phenomenon occurs in which the receptor that receives energy from the donor emits light in its own wavelength band.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원의 제 1 측면은, 형광 공여체가 도입된 L-글루타민-결합 단백질; 및 형광 수용체 단백질을 포함하는, L-글루타민 검출용 FRET 센서를 제공한다.The first aspect of the present application relates to a L-glutamine-binding protein into which a fluorescent donor is introduced; And a FRET sensor for detecting L-glutamine, which comprises a fluorescent receptor protein.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는, 상기 형광 수용체 단백질과 상기 L-글루타민-결합 단백질의 융합 단백질을 발현하는 발현 벡터를 준비하는 단계; 상기 발현 벡터의 핵산 서열 중 일부를 종결 코돈으로 치환하는 단계; 상기 발현 벡터에 상기 형광 공여체를 도입하는 단계; 상기 발현 벡터를 숙주세포에 의해 공동-형질전환시켜 FRET 센서를 수득하는 단계에 의해 제조되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the FRET sensor for detecting L-glutamine comprises the steps of: preparing an expression vector that expresses a fusion protein of the fluorescent receptor protein and the L-glutamine-binding protein; Replacing part of the nucleic acid sequence of the expression vector with a termination codon; Introducing the fluorescent donor into the expression vector; And co-transforming the expression vector with a host cell to obtain a FRET sensor.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는 L-글루타민을 제외한 나머지 19 개의 천연 아미노산 또는 D-글루타민에 대해서는 변화를 나타내지 않으며, L-글루타민에 대해서만 선택적으로 작용하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는 L-글루타민에 의해 구조적 변화가 야기됨과 동시에 FRET 비율이 증가함으로써, L-글루타민과 구조적으로 유사한 아미노산인 L-아스파라긴산 (L-Asn), D-글루타민을 포함하는 다른 아미노산에 대해서 L-글루타민만을 선택적으로 검출할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the FRET sensor for detecting L-glutamine shows no change with respect to the remaining 19 natural amino acids except for L-glutamine or D-glutamine, and may selectively act on L-glutamine . For example, the FRET sensor for detecting L-glutamine is structurally changed by L-glutamine and at the same time FRET ratio is increased. Thus, L-aspartic acid (L-Asn), D- Only L-glutamine can be selectively detected with respect to other amino acids including glutamine.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 핵산 서열은 당업계에서 공지된 방법에 따라 선택적으로 또는 비선택적으로 변형될 수 있으며, 예를 들어, TAG, TGA, TAA, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 종결 코돈에 의하여 치환되는 것일 수 있다.In one embodiment herein, the nucleic acid sequence may be optionally or nonselectively modified in accordance with methods known in the art, for example from the group consisting of TAG, TGA, TAA, and combinations thereof May be substituted by the termination codon selected.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 핵산 서열의 치환은 위치-특이적 돌연변이에 의해 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the substitution of the nucleic acid sequence may be performed by a site-specific mutation.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 숙주세포는 대장균일 수 있다. 예를 들어, 상기 종결 코돈으로 치환된 코돈을 가지는 단백질의 유전자를 포함하는 플라스미드, 적합한 tRNA 유전자를 포함하는 플라스미드, 및 적합한 아미노아실 tRNA 합성효소 유전자를 포함하는 플라스미드를 숙주세포, 예를 들어, 대장균 내로 도입하여 형질전환 대장균을 제조하고, 상기 형질전환 대장균을 상기 형광 공여체가 포함된 배지에서 배양하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the host cell may be E. coli. For example, a plasmid containing a gene of a protein having a codon substituted with the termination codon, a plasmid containing a suitable tRNA gene, and a plasmid containing a suitable aminoacyl tRNA synthetase gene can be used as a host cell, To prepare a transformed E. coli, and culturing the transformed E. coli in a medium containing the fluorescent donor, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 공여체는 비천연 아미노산일 수 있으며, 예를 들어, 상기 비천연 아미노산은 L-(7-하이드록시쿠마린-4-yl)에틸글리신 [L-(7-hydroxycoumarin-4-yl)ethylglycine], 3-(6-아세틸나프탈렌-2-yl아미노)-2-아미노프로피온산 [3-(6-acetylnaphthalen-2-ylamino)-2-aminopropanoic acid], 아리코돈-2-yl알라닌 [acridon-2-ylalanine], 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 아미노산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the fluorescent donor may be an unnatural amino acid, for example, the unnatural amino acid is L- (7-hydroxycoumarin-4-yl) ethylglycine [L- (7-hydroxycoumarin -4-yl) ethylglycine], 3- (6-acetylnaphthalen-2-ylamino) -2-aminopropanoic acid, yl alanine [acridon-2-ylalanine], and combinations thereof. The term " amino acid "

예를 들어, 상기 비천연 아미노산은 상기 아미노아실 tRNA 합성효소에 의하여 tRNA에 결합할 수 있고, 상기 비천연 아미노산과 결합된 상기 tRNA는 상기 치환된 핵산 서열을 인식하여 코딩되는 단백질에 상기 비천연 아미노산을 코딩하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비천연 아미노산은 단백질의 임의 말단 위치 또는 임의의 내부 위치를 비롯한, 단백질 상의 임의의 위치에 존재할 수 있다. 상기 비천연 아미노산이 도입된 단백질은 생합성적으로 생산될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 "생합성적으로" 라는 기재는 폴리뉴클레오티드, 코돈, tRNA, 및 리보솜 중 1 개 이상을 사용하는 것을 포함하여, 세포성 번역 시스템을 사용한 방법을 의미하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the unnatural amino acid can bind to tRNA by the aminoacyl tRNA synthetase, and the tRNA bound to the unnatural amino acid recognizes the substituted nucleic acid sequence, But is not limited to, coding. The unnatural amino acid may be at any position on the protein, including any terminal position or any internal position of the protein. The non-natural amino acid-introduced protein may be produced biosynthetically, but is not limited thereto. The term " biosynthetically " means a method using a cellular translation system, including, but not limited to, using one or more of polynucleotides, codons, tRNAs, and ribosomes.

종래의 FRET 센서의 경우 형광 단백질의 도입이 N-말단 또는 C-말단에 한정되는 것인 반면, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 공여체로서 형광 비천연 아미노산은 상기 L-글루타민-결합 단백질의 어떠한 자리에도 혼입될 수 있다. 예를 들어, 상기 형광 공여체로서 형광 비천연 아미노산은 상기 L-글루타민-결합 단백질의 F136 또는 N138 위치에 유전자 융합을 통해 도입될 수 있다.In a conventional FRET sensor, the introduction of a fluorescent protein is limited to the N-terminus or the C-terminus, whereas in one embodiment of the present invention, the fluorescent unnatural amino acid as the fluorescent donor is the L- Any place can be incorporated. For example, the fluorescent unnatural amino acid as the fluorescent donor can be introduced through gene fusion at the F136 or N138 position of the L-glutamine-binding protein.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민-결합 단백질은 서열번호 2를 포함하는 것이고, 상기 형광 공여체는 상기 서열번호 2의 L-글루타민-결합 단백질 내 F136 또는 N138 위치에 도입된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the L-glutamine-binding protein comprises SEQ ID NO: 2 and the fluorescent donor is introduced at the F136 or N138 position in the L-glutamine-binding protein of SEQ ID NO: .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 공여체의 도입은 아미노산 돌연변이에 의해 달성되는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the introduction of the fluorescent donor may be accomplished by amino acid mutagenesis.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 수용체 단백질은 녹색 형광체 단백질 (GFP), 변형된 녹색 형광체 단백질 (mGFP), 증강된 녹색 형광체 단백질 (eGFP), 적색 형광체 단백질 (RFP), 변형된 적색 형광체 단백질 (mRFP), 증강된 적색 형광체 단백질 (eRFP), 청색 형광체 단백질 (BFP), 변형된 청색 형광체 단백질 (mBFP), 증강된 청색 형광체 단백질 (eBFP), 황색 형광체 단백질 (YFP), 변형된 황색 형광체 단백질 (mYFP), 증강된 황색 형광체 단백질 (eYFP), 남색 형광체 단백질 (CFP), 변형된 남색 형광체 단백질 (mCFP), 증강된 남색 형광체 단백질 (eCFP), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fluorescent receptor protein is selected from the group consisting of a green phosphor protein (GFP), a modified green phosphor protein (mGFP), an enhanced green phosphor protein (eGFP), a red phosphor protein (RFP) (mRFP), Enhanced Red Phosphor Protein (eRFP), Blue Phosphor Protein (BFP), Modified Blue Phosphor Protein (mBFP), Enhanced Blue Phosphor Protein (eBFP), Yellow Phosphor Protein (mYFP), enhanced yellow fluorescent protein (eYFP), blue fluorescent protein (CFP), modified blue fluorescent protein (mCFP), enhanced blue fluorescent protein (eCFP), and combinations thereof May include.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 수용체 단백질은 상기 L-글루타민-결합 단백질의 N-말단에 연결된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 형광 수용체 단백질은 구체적으로 증강된 녹색 형광체 단백질일 수 있으며, 상기 증강된 녹색 형광체 단백질이 상기 L-글루타민-결합 단백질의 N-말단에 융합되어 FRET 쌍 (FRET pair)를 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the fluorescent receptor protein may be linked to the N-terminus of the L-glutamine-binding protein. For example, the fluorescent receptor protein may specifically be an enhanced green fluorescent protein, and the enhanced green fluorescent protein is fused to the N-terminus of the L-glutamine-binding protein to form a FRET pair Lt; / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민용 검출용 FRET 센서는 pH 및/또는 염 농도에 의하여 영향을 받을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 L-글루타민용 검출용 FRET 센서는 pH 및/또는 염 농도에 따라 의존성을 나타내어 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서의 FRET 비율이 변화하는 것일 수 있다. 예를 들어, pH가 약 9까지 증가함에 따라 상기 FRET 비율이 증가하며, pH가 약 9를 초과할 경우 상기 L-글루타민의 α-아미노 그룹의 탈양성자화에 따라 상기 FRET 비율의 변화가 감소하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the FRET sensor for L-glutamine detection may be affected by pH and / or salt concentration, but may not be limited thereto. For example, the FRET sensor for L-glutamine detection may depend on the pH and / or the salt concentration, and the FRET ratio of the FRET sensor for detecting L-glutamine may vary. For example, the FRET ratio increases as the pH increases to about 9, and when the pH is above about 9, the change in FRET ratio decreases with deprotonation of the a-amino group of L-glutamine But may not be limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 이용하는, L-글루타민의 검출 방법을 제공한다. 본원의 제 2 측면에 따른 L-글루타민의 검출 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.The second aspect of the present invention provides a method for detecting L-glutamine using the FRET sensor for detecting L-glutamine according to the first aspect of the present invention. The detailed description of the method for detecting L-glutamine according to the second aspect of the present application is omitted for the sake of simplicity of description of the first aspect of the present application. However, The same can be applied to the second aspect.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는, 형광 공여체가 도입된 L-글루타민-결합 단백질; 및 형광 수용체 단백질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the FRET sensor for detecting L-glutamine comprises an L-glutamine-binding protein into which a fluorescent donor is introduced; And a fluorescent receptor protein.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 이용하여 L-글루타민을 검출하는 방법은, 상기 형광 수용체 단백질과 상기 L-글루타민-결합 단백질의 융합 단백질을 발현하는 발현 벡터를 준비하는 단계; 상기 발현 벡터의 핵산 서열 중 일부를 종결 코돈으로 치환하는 단계; 상기 발현 벡터에 상기 형광 공여체를 도입하는 단계; 상기 발현 벡터를 숙주세포에 의해 공동-형질전환시켜 FRET 센서를 수득하는 단계; 및 상기 수득된 FRET 센서와 L-글루타민과의 반응을 통하여 L-글루타민을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method for detecting L-glutamine using the FRET sensor for detecting L-glutamine comprises the steps of preparing an expression vector expressing the fusion protein of the fluorescent receptor protein and the L-glutamine-binding protein ; Replacing part of the nucleic acid sequence of the expression vector with a termination codon; Introducing the fluorescent donor into the expression vector; Co-transforming said expression vector with a host cell to obtain a FRET sensor; And detecting L-glutamine through the reaction of the obtained FRET sensor and L-glutamine.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민을 검출하는 것은, L-글루타민의 농도에 따른 상기 FRET 센서의 FRET 비율의 변화를 측정함으로써 수행되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 FRET 비율의 변화는, L-글루타민의 농도가 0 일 때의 FRET 비율 (R0)에 대한 L-글루타민의 농도가 x일 때의 FRET 비율 (Rx)을 측정함으로써 다음과 같은 식에 의하여 계산되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:In one embodiment of the present invention, the detection of L-glutamine may be performed by measuring a change in the FRET ratio of the FRET sensor according to the concentration of L-glutamine. For example, the change of the FRET ratio is determined by measuring the FRET ratio (R x ) when the concentration of L-glutamine is x with respect to the FRET ratio (R 0 ) when the concentration of L-glutamine is 0 But may be, but not limited to:

Figure pat00001
Figure pat00001

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는 L-글루타민을 제외한 나머지 19 개의 천연 아미노산 또는 D-글루타민에 대해서는 변화를 나타내지 않으며, L-글루타민에 대해서만 선택적으로 작용하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서는 L-글루타민에 의해 구조적 변화가 야기됨과 동시에 FRET 비율이 증가함으로써, L-글루타민과 구조적으로 유사한 아미노산인 L-아스파라긴산 (L-Asn), D-글루타민을 포함하는 다른 아미노산에 대해서 L-글루타민만을 선택적으로 검출할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the FRET sensor for detecting L-glutamine shows no change with respect to the remaining 19 natural amino acids except for L-glutamine or D-glutamine, and may selectively act on L-glutamine . For example, the FRET sensor for detecting L-glutamine is structurally changed by L-glutamine and at the same time FRET ratio is increased. Thus, L-aspartic acid (L-Asn), D- Only L-glutamine can be selectively detected with respect to other amino acids including glutamine.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 핵산 서열은 당업계에서 공지된 방법에 따라 선택적으로 또는 비선택적으로 변형될 수 있으며, 예를 들어, TAG, TGA, TAA, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 종결 코돈에 의하여 치환되는 것일 수 있다.In one embodiment herein, the nucleic acid sequence may be optionally or nonselectively modified in accordance with methods known in the art, for example from the group consisting of TAG, TGA, TAA, and combinations thereof May be substituted by the termination codon selected.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 핵산 서열의 치환은 위치-특이적 돌연변이에 의해 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the substitution of the nucleic acid sequence may be performed by a site-specific mutation.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 숙주세포는 대장균일 수 있다. 예를 들어, 상기 종결 코돈으로 치환된 코돈을 가지는 단백질의 유전자를 포함하는 플라스미드, 적합한 tRNA 유전자를 포함하는 플라스미드, 및 적합한 아미노아실 tRNA 합성효소 유전자를 포함하는 플라스미드를 숙주세포, 예를 들어, 대장균 내로 도입하여 형질전환 대장균을 제조하고, 상기 형질전환 대장균을 상기 형광 공여체가 포함된 배지에서 배양하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the host cell may be E. coli. For example, a plasmid containing a gene of a protein having a codon substituted with the termination codon, a plasmid containing a suitable tRNA gene, and a plasmid containing a suitable aminoacyl tRNA synthetase gene can be used as a host cell, To prepare a transformed E. coli, and culturing the transformed E. coli in a medium containing the fluorescent donor, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 공여체는 비천연 아미노산일 수 있으며, 예를 들어, 상기 비천연 아미노산은 L-(7-하이드록시쿠마린-4-yl)에틸글리신 [L-(7-hydroxycoumarin-4-yl)ethylglycine], 3-(6-아세틸나프탈렌-2-yl아미노)-2-아미노프로피온산 [3-(6-acetylnaphthalen-2-ylamino)-2-aminopropanoic acid], 아리코돈-2-yl알라닌[acridon-2-ylalanine], 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 아미노산을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the fluorescent donor may be an unnatural amino acid, for example, the unnatural amino acid is L- (7-hydroxycoumarin-4-yl) ethylglycine [L- (7-hydroxycoumarin -4-yl) ethylglycine], 3- (6-acetylnaphthalen-2-ylamino) -2-aminopropanoic acid, yl alanine [acridon-2-ylalanine], and combinations thereof. The term " amino acid "

예를 들어, 상기 비천연 아미노산은 상기 아미노아실 tRNA 합성효소에 의하여 tRNA에 결합할 수 있고, 상기 비천연 아미노산과 결합된 상기 tRNA는 상기 치환된 핵산 서열을 인식하여 코딩되는 단백질에 상기 비천연 아미노산을 코딩하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비천연 아미노산은 단백질의 임의 말단 위치 또는 임의의 내부 위치를 비롯한, 단백질 상의 임의의 위치에 존재할 수 있다. 상기 비천연 아미노산이 도입된 단백질은 생합성적으로 생산될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 "생합성적으로" 라는 기재는 폴리뉴클레오티드, 코돈, tRNA, 및 리보솜 중 1 개 이상을 사용하는 것을 포함하여, 세포성 번역 시스템을 사용한 방법을 의미하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the unnatural amino acid can bind to tRNA by the aminoacyl tRNA synthetase, and the tRNA bound to the unnatural amino acid recognizes the substituted nucleic acid sequence, But is not limited to, coding. The unnatural amino acid may be at any position on the protein, including any terminal position or any internal position of the protein. The non-natural amino acid-introduced protein may be produced biosynthetically, but is not limited thereto. The term " biosynthetically " means a method using a cellular translation system, including, but not limited to, using one or more of polynucleotides, codons, tRNAs, and ribosomes.

종래의 FRET 센서의 경우 형광 단백질의 도입이 N-말단 또는 C-말단에 한정되는 것인 반면, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 공여체로서 형광 비천연 아미노산은 상기 L-글루타민-결합 단백질의 어떠한 자리에도 혼입될 수 있다. 예를 들어, 상기 형광 공여체로서 형광 비천연 아미노산은 상기 L-글루타민-결합 단백질의 F136 또는 N138 위치에 유전자 융합을 통해 도입될 수 있다.In a conventional FRET sensor, the introduction of a fluorescent protein is limited to the N-terminus or the C-terminus, whereas in one embodiment of the present invention, the fluorescent unnatural amino acid as the fluorescent donor is the L- Any place can be incorporated. For example, the fluorescent unnatural amino acid as the fluorescent donor can be introduced through gene fusion at the F136 or N138 position of the L-glutamine-binding protein.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민-결합 단백질은 서열번호 2를 포함하는 것이고, 상기 형광 공여체는 상기 서열번호 2의 L-글루타민-결합 단백질 내 F136 또는 N138 위치에 도입된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the L-glutamine-binding protein comprises SEQ ID NO: 2 and the fluorescent donor is introduced at the F136 or N138 position in the L-glutamine-binding protein of SEQ ID NO: .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 공여체의 도입은 아미노산 돌연변이에 의해 달성되는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the introduction of the fluorescent donor may be accomplished by amino acid mutagenesis.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 수용체 단백질은 녹색 형광체 단백질 (GFP), 변형된 녹색 형광체 단백질 (mGFP), 증강된 녹색 형광체 단백질(eGFP), 적색 형광체 단백질 (RFP), 변형된 적색 형광체 단백질 (mRFP), 증강된 적색 형광체 단백질 (eRFP), 청색 형광체 단백질 (BFP), 변형된 청색 형광체 단백질 (mBFP), 증강된 청색 형광체 단백질 (eBFP), 황색 형광체 단백질 (YFP), 변형된 황색 형광체 단백질(mYFP), 증강된 황색 형광체 단백질 (eYFP), 남색 형광체 단백질 (CFP), 변형된 남색 형광체 단백질 (mCFP), 증강된 남색 형광체 단백질 (eCFP), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fluorescent receptor protein is selected from the group consisting of a green phosphor protein (GFP), a modified green phosphor protein (mGFP), an enhanced green phosphor protein (eGFP), a red phosphor protein (RFP) (mRFP), Enhanced Red Phosphor Protein (eRFP), Blue Phosphor Protein (BFP), Modified Blue Phosphor Protein (mBFP), Enhanced Blue Phosphor Protein (eBFP), Yellow Phosphor Protein (mYFP), enhanced yellow fluorescent protein (eYFP), blue fluorescent protein (CFP), modified blue fluorescent protein (mCFP), enhanced blue fluorescent protein (eCFP), and combinations thereof May include.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형광 수용체 단백질은 상기 L-글루타민-결합 단백질의 N-말단에 연결된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 형광 수용체 단백질은 구체적으로 증강된 녹색 형광체 단백질일 수 있으며, 상기 증강된 녹색 형광체 단백질이 상기 L-글루타민-결합 단백질의 N-말단에 융합되어 FRET 쌍 (FRET pair)를 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the fluorescent receptor protein may be linked to the N-terminus of the L-glutamine-binding protein. For example, the fluorescent receptor protein may specifically be an enhanced green fluorescent protein, and the enhanced green fluorescent protein is fused to the N-terminus of the L-glutamine-binding protein to form a FRET pair Lt; / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 L-글루타민의 검출은, pH 및/또는 염 농도에 의하여 영향을 받을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 L-글루타민용 검출용 FRET 센서는 pH 및/또는 염 농도에 따라 의존성을 나타내어 상기 L-글루타민 검출용 FRET 센서의 FRET 비율이 변화하는 것일 수 있으며, 예를 들어, pH가 약 9까지 증가함에 따라 상기 FRET 비율이 증가하며, pH가 약 9를 초과할 경우 상기 L-글루타민의 α-아미노 그룹의 탈양성자화에 따라 상기 FRET 비율의 변화가 감소하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the detection of L-glutamine may be affected by, but not limited to, pH and / or salt concentration. For example, the FRET sensor for L-glutamine detection may be dependent on the pH and / or salt concentration, and the FRET ratio of the FRET sensor for detecting L-glutamine may be changed. For example, 9, the FRET ratio is increased. When the pH is more than about 9, the change in the FRET ratio may be reduced by deprotonation of the? -Amino group of L-glutamine, .

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른-글루타민 검출용 FRET 센서를 포함하는, L-글루타민의 검출용 조성물을 제공한다.A third aspect of the present invention provides a composition for detecting L-glutamine, comprising a FRET sensor for detecting glutamine according to the first aspect of the present invention.

본원의 제 3 측면에 따른 L-글루타민의 검출용 조성물에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.The detailed description of the composition for the detection of L-glutamine according to the third aspect of the present application will be omitted from the description of the first aspect of the present application. However, The same applies to the third aspect of FIG.

이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are given to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

[실시예] [Example]

모든 화학물질 및 DNA 올리고머로는 상업적인으로 입수 가능한 것을 추가적인 정제 없이 사용하였다. MALDI-TOF MS는 Bruker Autoflex 스피드 시리즈 질량분석계 (Bruker Daltonics, Leipzig, Germany)를 이용하여 수득하였다.All chemicals and DNA oligomers commercially available were used without further purification. MALDI-TOF MS was obtained using a Bruker Autoflex Speed Series mass spectrometer (Bruker Daltonics, Leipzig, Germany).

모든 UV-가시 흡수 스펙트럼은 Jasco V-660 분광광도계에 의해 측정되었으며, 형광 스펙트럼은 Hitachi F-7000 형광 분광광도계에 의해 촬영되었다.All UV-visible absorption spectra were measured with a Jasco V-660 spectrophotometer, and fluorescence spectra were taken with a Hitachi F-7000 fluorescence spectrophotometer.

FRET 센서의 발현 및 정제Expression and purification of FRET sensor

GlnBP 유전자는 E. coli 게놈 DNA로부터 증폭되었으며, EGFP 유전자는 유전자 합성에 의하여 상업적으로 입수 가능한 것으로 수득되었다. 상이한 링커 길이를 갖는 EGFP-GlnBP 융합 유전자는 중첩 확장 PCR에 의해 합성되었으며, pBAD-EGFP-GlnBP-WT를 생성하기 위해 pBAD/Myc-His (Invitrogen)로 삽입되었다. 앰버 코돈 (amber codon, TAG)은 위치-특이적 변이에 의하여 GlnBP의 136 또는 138 위치에 도입되었다. CouA를 포함하는 EGFP-GlnBP 융합 단백질을 발현하기 위해, 앰버 코돈을 갖는 pBAD-EGFP-GlnBP를 pEvol-CouRS26과 함께 E. coli C321.A 균주 (Addgene)로 공동-형질전환 (cotransform) 시켰다. 세포는 암피실린 (100 μg/mL) 및 클로람페니콜 (35 μg/mL)이 보충된 LB 배지 (lysogeny broth)에서 증폭되었으며, 종균 배양 (2 mL)은 암피실린 (100 μg/mL), 클로람페니콜 (35 μg/mL), 및 1 mM CouA이 보충된 100 mL LB 배지로 이동되었다. 단백질 발현은 광학 밀도가 0.8에 도달할 때 0.2% L-아라비노스를 첨가함으로써 유도되었으며, 상기 배양은 37℃에서 밤새 성장되었다. 세포는 원심분리에 의해 수확되었으며, 용해 버퍼 (50 mM NaH2PO4, 300 mM NaCl, 10 mM 이미다졸 및 pH 8.0)에서 재현탁 되었으며, 초음파 처리 되었다. 표적 단백질은 제조사의 프로토콜 (Qiagen)에 따른 자연적 조건 하에서 Ni-NTA 친화성 크로마토그래피에 의해 정제되었다. 정제된 FRET 센서는 추가적인 실험을 위하여 인산염 버퍼 (50 mM NaH2PO4, pH 8.0)에 대해 투석되었다.The GlnBP gene was amplified from E. coli genomic DNA, and the EGFP gene was obtained commercially by gene synthesis. EGFP-GlnBP fusion genes with different linker lengths were synthesized by overlap extension PCR and inserted into pBAD / Myc-His (Invitrogen) to generate pBAD-EGFP-GlnBP-WT. The amber codon (TAG) was introduced at position 136 or 138 of GlnBP by a site-specific mutation. In order to express EGFP-GlnBP fusion protein containing CouA, pBAD-EGFP-GlnBP with an amber codon was cotransformed with E. coli C321.A strain (Addgene) together with pEvol-CouRS26. Cells were amplified in LB medium (lysogeny broth) supplemented with ampicillin (100 μg / mL) and chloramphenicol (35 μg / mL). Seed culture (2 mL) was amplified with either ampicillin (100 μg / mL), chloramphenicol mL), and 100 mL LB medium supplemented with 1 mM CouA. Protein expression was induced by adding 0.2% L-arabinose when the optical density reached 0.8, and the cultures were grown overnight at 37 ° C. Cells were harvested by centrifugation, and were re-suspended in lysis buffer (50 mM NaH 2 PO 4, 300 mM NaCl, 10 mM imidazole, and pH 8.0), it was sonicated. The target protein was purified by Ni-NTA affinity chromatography under natural conditions according to the manufacturer's protocol (Qiagen). Purified FRET sensors was dialyzed against phosphate buffer (50 mM NaH 2 PO 4, pH 8.0) for further experiments.

FRET 센서의 설계FRET sensor design

본원에서 사용된 FRET 센서는 에머랄드 GFP (emerald GFP, EGFP)을 유전자 혼입으로 L-글루타민-결합 단백질에 도입하고, 형광 아미노산을 유전자 융합으로 도입함으로써 설계되었다 (도 1). 도 1 은 상기 설계된 FRET 센서를 나타낸 개략도로서, EGFP는 GlnBP의 N-말단에 융합되며, CouA는 리간드 결합에 따라 가장 큰 CouA 및 EGFP 사이의 거리 차이가 발생하는 위치에 혼입되었다. 상기 유전자 혼입에 의하여 단백질로 성공적으로 혼입된 상기 형광 아미노산 중에서, L-(7-하이드록시쿠마린-4-yl)에틸글리신 [L-(7-hydroxycoumarin-4-yl)ethylglycine, CouA]은 이러한 아미노산의 방출 스펙트럼이 EGFP의 흡수 스펙트럼과 함께 상당한 중첩을 나타냈기 때문에, 본원에 대해 선택되었다 (도 2). 도 2 는 상기 CouA와 EGFP에 대한 정구화된 흡수 및 방출 스펙트럼을 나타낸다. The FRET sensor used here was designed by introducing emerald GFP (emerald GFP, EGFP) into the L-glutamine-binding protein by gene incorporation and introducing the fluorescent amino acid into the gene fusion (Fig. 1). FIG. 1 is a schematic view of the designed FRET sensor, wherein EGFP is fused to the N-terminal of GlnBP and CouA is incorporated at a position where the largest difference between CouA and EGFP occurs due to ligand binding. Among the above-mentioned fluorescent amino acids that have been successfully incorporated into the protein by the gene introduction, L- (7-hydroxycoumarin-4-yl) ethylglycine [L- (7-hydroxycoumarin- Were chosen for the present application (Fig. 2), since the emission spectrum of EGFP exhibited significant overlap with the absorption spectrum of EGFP. Figure 2 shows the canonical absorption and emission spectra for CouA and EGFP.

또한, CouA에 대한 상기 aatRNA/aaRS 쌍은 박테리아 세포에서 단백질 발현과 일치하며, 또한 상기 아미노산은 두 합성 단계에서 용이하게 제조될 수 있었다. 센서 단백질로서, 대장균 (E. coli)으로부터의 상기 L-글루타민 결합 단백질 (GlnBP)은 이러한 단백질이 구조적으로 잘 특성화되어 있으며, L-Gln에 대해 형광 센서로서 사용되어 왔기 때문에 선택되었다. GlnBP는 226 개의 아미노산 잔기를 갖는 작은 세포질 결합 단백질 (small periplasmic binding protein)이며, 1:1 몰 비율에서 서브-마이크로몰의 해리 상수를 가지며 L-Gln과 결합한다. L-Gln는 단백질 생합성을 위한 빌딩 블록으로서 그리고 TCA 사이클에 대한 기재를 공급하기 위한 탄소 공급원으로서 사용된다. 또한, 상기 L-Gln는 당뇨병 및 암을 포함하는, 인간 질병과 관련이 있는 조절 장애인, 라파마이신 복합체 1 (mTORC1)의 조절에 관련된다. 그러므로, 상기 L-Gln의 검출은 상기 L-Gln의 생화학적 기능을 연구하는 것에 있어 중요하다.In addition, the aatRNA / aaRS pair for CouA is consistent with protein expression in bacterial cells, and the amino acid could be easily prepared in both synthetic steps. As a sensor protein, the L-glutamine binding protein (GlnBP) from E. coli was selected because these proteins are structurally well characterized and have been used as fluorescence sensors for L-Gln. GlnBP is a small periplasmic binding protein with 226 amino acid residues and has a dissociation constant of sub-micromolar at a 1: 1 molar ratio and binds to L-Gln. L-Gln is used as a building block for protein biosynthesis and as a carbon source to supply substrates for the TCA cycle. In addition, the L-Gln is involved in the modulation of rapamycin complex 1 (mTORC1), a regulatory disorder associated with human disease, including diabetes and cancer. Therefore, the detection of L-Gln is important in studying the biochemical function of L-Gln.

GlnBP의 결정 구조는 리간드-프리 및 리간드-결합의 두 가지 형태로 보고되어 있으며, 이는 상기 L-Gln가 리간드 결합에 따라 상당한 구조적 변화를 일으키는 것을 나타낸다. 이러한 상기 L-Gln의 구조에 기반하여, GFP 융합 및 CouA의 혼입을 위한 상기 최적의 위치는, 상기 리간드의 결합에 따라 상기 FRET 변화를 극대화하기 위하여 조사되었다. GlnBP는 두 개의 힌지 (hinge)에 의해 연결된 두 개의 도메인을 포함한다. 상기 힌지의 위치는 Y86, K87 및 Q183, Q184이다. 상기 N- 및 C-말단은 동일한 도메인 상에 있으며, 이것은 독특한 형광 단백질이 FRET 쌍으로써, 각 말단으로의 융합이 상당한 FRET 변화를 야기할 가능성이 낮음을 시사한다 (도 1). 상기 N-말단은 전체 단백질 구조의 가장자리 한 군데에 위치하며, 상기 C-말단은 상기 힌지 영역의 근처에 위치한다. 상기 C-말단이 상기 두 도메인의 경계에 위치되기 때문에, 이러한 상기 C-말단의 위치는 구조적인 변화에 민감하지 않으므로 GFP 융합에 대해 부적절한 위치가 될 것이다. 따라서, 상기 GFP는 상기 FRET 변화를 최대화하기 위해 N-말단에 융합하였다.The crystal structure of GlnBP is reported in two forms, ligand-free and ligand-binding, indicating that the L-Gln causes significant structural changes with ligand binding. Based on the structure of L-Gln as described above, the optimal position for incorporation of GFP fusion and CouA was investigated in order to maximize the FRET change according to the binding of the ligand. GlnBP contains two domains linked by two hinges. The positions of the hinge are Y86, K87 and Q183 and Q184. The N- and C-termini are on the same domain, suggesting that the unique fluorescent protein is a FRET pair and that fusion to each terminus is unlikely to cause significant FRET changes (Fig. 1). The N-terminal is located at one edge of the entire protein structure, and the C-terminal is located near the hinge region. Because the C-terminus is located at the border of the two domains, such a C-terminus position will be inadequate for GFP fusion as it is not sensitive to structural changes. Thus, the GFP fused at the N-terminus to maximize the FRET change.

그 다음으로, CouA 혼입을 위한 위치를 GlnBP의 두 구조적 형태를 비교함으로써 탐색하였다. 상기 구조의 합성 (superimposition)은 리간드 결합에 의하여 발생한 상기 구조적 변화가 V104 내지 L155 잔기의 움직임에 의한 것임이 드러났다. 리간드 결합에 따라 상기 N-말단으로부터 가장 큰 변위을 나타내는 이러한 잔기를 확인하기 위해, 상기 구조에서 가시적인 첫 번째 N-말단 잔기인, Leu5의 α-탄소와, 상기 아포-형태 (apo-form) 및 상기 리간드-결합 (ligand-bound) 형태 두 가지 중 104 내지 155 잔기의 α-탄소 사이의 거리를 측정하였다. 상기 두 가지 형태 사이에서의 상기 거리 차이를 계산하였다 (표 1). 하기 표 1은, GlnBP 중 Leu5로부터 V104 및 L155의 거리의 측정, 및 리간드 결합에 따른 상기 거리에서 % 변화 계산을 나타낸 것이다. 상기 α-탄소 사이의 거리는 PyMOL을 이용하여 측정되었으며, 가장 큰 거리 변화를 나타내는 5 개의 잔기 (S116, G117, F136, P137, 및 N138)는 굵게 표시되었다. 상기 측정에 사용된 PDB ID는 1GGG (아포-형태) 및 1WDN (리간드-결합 형태)이다.Next, the location for CouA incorporation was explored by comparing the two structural forms of GlnBP. The superimposition of the structure revealed that the structural change caused by ligand binding is due to the movement of V104 to L155 residues. To identify such residues that exhibit the greatest displacement from the N-terminus according to ligand binding, the alpha-carbon of Leu5, which is the first N-terminal residue visible in the structure, and the apo-form, The distance between the alpha-carbon of 104 to 155 residues of the two ligand-bound forms was measured. The distance difference between the two forms was calculated (Table 1). Table 1 below shows the measurement of the distance of V104 and L155 from Leu5 in GlnBP and the% change calculation at the above distance due to ligand binding. The distance between the α- carbon was measured using the PyMOL, 5 residues (S116, G117, F136, P137 , and N138) represents the largest change in distance was indicated in bold. The PDB ID used in the measurements is 1GGG (apo-form) and 1WDN (ligand-conjugated form).

가장 두드러진 거리 변화를 나타내는 5 개의 잔기 (S116, G117, F136, P137, 및 N138)가 잠재적 couA 혼입 위치로서 간주되었다. 상기 잔기 중에서, S116 및 G117은 상기 리간드-결합된 형태 중 상기 리간드 위치 근처의 두 도메인의 계면에 위치되었으며, 이것은 그들이 CouA에 의해 대체될 때 상기 단백질의 결합 친화도에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있었다; 따라서, 그들은 더욱 고려되지 않았다. 상기 나머지 세 개의 잔기들은 β-스트랜드 (β-strand) 및 α-헬릭스 (α-helix) 사이의 루프에 위치되었다. Pro137가 상기 루프에서 구조적으로 중요한 것으로 예상되었기 때문에 배제된 반면에, F136 및 N138는 CouA 혼입을 위한 위치로서 선택되었다.Five residues (S116, G117, F136, P137, and N138) representing the most prominent distance change were considered as potential couA incorporation sites. Among these residues, S116 and G117 were located at the interface of the two domains near the ligand position in the ligand-bound form, which could potentially affect the binding affinity of the protein when they were replaced by CouA ; Therefore, they were not even considered. The remaining three residues were located in a loop between? -Strand and? -Helix. While Pro137 was excluded because it was expected to be structurally important in the loop, F136 and N138 were selected as sites for CouA incorporation.

Figure pat00002
Figure pat00002

CouA를CouA 포함하는 FRET 센서의 발현 및 정제 Expression and purification of the included FRET sensor

설계된 FRET 센서 단백질을 제조하기 위해, C-말단 His6-tag된 GlnBP을 인코딩하는 유전자와 EGFP을 인코딩하는 유전자를, 수득된 단백질이 EGFP에 C-말단 융합될 수 있도록 연결하였다. 또한, GlnBP 중 F136 또는 N138 중 하나에 대한 코돈은 앰버 종결 코돈 (TAG)에 의해 대체되었다. CouA는 N-Cbz-L-글루탐산 벤질 에스테르 (N-Cbz-L-glutamic acid benzyl ester)로부터 보고된 방법 [J. Wang, J. Xie and P. G. Schultz, J. Am. Chem . Soc ., 2006, 128, 8738-8739.]으로 합성하였다. CouA을 포함하는 상기 EGFP-GlnBP 구조체는 CouA 및 상기 발달된 aatRNA/aaRS (CouRS) 쌍의 존재 하에서 발현되었다. 상기 발현을 위해, E. coli MG1655으로부터 유래된, E. coli 균주 C321.A를 사용하였다. 상기 돌연변이 단백질인 EGFP-GlnBP-F136CouA 및 EGFP-GlnBP-N138CouA은 상응하는 발달된 tRNA/aaRS 쌍 및 1 mM CouA의 존재 하에 발현되었으며, Ni-NTA 친화성 크로마토그래피에 의해 정제되었고, 두 단백질 모두에 대한 수율은 각각 8 내지 10 mg/L이었다. 비교를 위해, 야생형 GlnBP 서열 (CouA 제외)을 갖는 상기 EGFP-GlnBP 융합 단백질의 수율은 15 내지 20 mg/L이었다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 소듐 도데실 설페이트 폴리아크릴 젤 전기영동 (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, SDS-PAGE) 분석은 총-길이 (full-length) 단백질에 상응하는 크기를 갖는 밴드를 나타냈다. 쿠마시-염색 (도 3a의 좌측) 및 형광 (도 3a의 우측)에 의해 가시화된 형광 이미지로 상기 형광 아미노산의 도입을 확인하였다. EGFP GlnBP WT 는 대조군으로서 또한 분석되었다. To prepare the designed FRET sensor protein, a gene encoding C-terminal His 6 -tagged GlnBP and a gene encoding EGFP were ligated so that the obtained protein could be C-terminally fused to EGFP. In addition, the codon for either F136 or N138 in GlnBP was replaced by the amber termination codon (TAG). CouA is N-Cbz-L- glutamic acid benzyl ester The method of reporting from the (N -Cbz-L-glutamic acid benzyl ester) [J. Wang, J. Xie and PG Schultz, J. Am. Chem . Soc . , 2006, 128 , 8738-8739. The EGFP-GlnBP construct containing CouA was expressed in the presence of CouA and the aaRNA / aaRS (CouRS) pair developed above. For this expression, E. coli strain C321.A derived from E. coli MG1655 was used. The mutant proteins EGFP-GlnBP-F136CouA and EGFP-GlnBP-N138CouA were expressed in the presence of the corresponding developed tRNA / aaRS pair and 1 mM CouA and purified by Ni-NTA affinity chromatography, The yields were 8 to 10 mg / L, respectively. For comparison, the yield of the EGFP-GlnBP fusion protein with the wild-type GlnBP sequence (except CouA) was 15-20 mg / L. As shown in FIG. 3A, analysis by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) showed a band with a size corresponding to the full-length protein. The introduction of the fluorescent amino acid was confirmed by fluorescence images visualized by Coomassie-staining (left side in Fig. 3A) and fluorescence (right side in Fig. 3A). EGFP GlnBP WT was also analyzed as a control.

정제된 FRET 센서의 MALDI-TOF MS 분석MALDI-TOF MS analysis of refined FRET sensor

트립신 분해 이후에, MALDI-TOF MS (matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometric) 분석으로 CouA의 혼입을 확인하였다. FRET 센서 (200 μg, 최종 농도 0.5 mg/mL)는 37℃에서 12 시간 동안 50 mM Tris 및 0.1% SDS을 포함하는 반응 버퍼에서 트립신 (20 μM) 에 의하여 분해되었으며, 상기 분해된 펩타이드는 C-18 스핀 컬럼을 이용하여 탈염되었다. 상기 탈염된 트립신 분해물 (tryptic digests)은 1:1 (v/v)로 α-시아노-4-하이드록시신남산 (α-cyano-4-hydroxycinnamic acid, CHCA) 매트릭스 (50% 아세토니트릴 및 1% 트리플루오로 아세트산을 함유하는 물 중 10 mg/mL)에서 혼합되었으며 MALDI-TOF MS 분석을 위해 실험되었다. 펩티드 X (QFPNIDNAYMELGTNR)는 F136 및 N138를 포함한다; 각 잔기는 Peptide X-136CouA 또는 X-138CouA에서 CouA에 의해 치환되었다. 도 4의 (a) 내지 (f)는, 각각 EGFP-GlnBP-WT (a), EGFP GlnBP F136CouA (b), EGFP-GlnBP-N138CouA (c), EGFP-4-GlnBP-N138CouA (d), EGFP-7GlnBP-N138CouA (e), 및 EGFP-10-GlnBP-N138CouA (f) 의 펩티드 생성물에 대한 MALDI TOF MS 분석 데이터를 나타내는 것으로, 분석 결과 CouA의 혼입을 확인하였으며, 이러한 위치에 도입된 아미노산이 없었다는 것을 입증하였다.After trypsin digestion, the incorporation of CouA was confirmed by MALDI-TOF MS (matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometric) analysis. The FRET sensor (200 μg, final concentration 0.5 mg / mL) was digested with trypsin (20 μM) in a reaction buffer containing 50 mM Tris and 0.1% SDS for 12 hours at 37 ° C, 18 < / RTI > spin column. The desaturated tryptic digests were incubated with α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA) matrix (50% acetonitrile and 1 (v / v) 10 mg / mL in water containing 10% trifluoroacetic acid) and tested for MALDI-TOF MS analysis. Peptide X (QFPNIDNAYMELGTNR) includes F136 and N138; Each residue was replaced by CouA in Peptide X-136CouA or X-138CouA. (A), EGFP-GlnBP-N138CouA (c), EGFP-GlnBP-N138CouA (d), EGFP-GlnBP- -7GlnBP-N138CouA (e), and EGFP-10-GlnBP-N138CouA (f), and the analysis confirmed the incorporation of CouA and found that there was no amino acid introduced at this position .

L-Gln 적정 실험 및 아미노산 선택성 테스트L-Gln titration and amino acid selectivity test

FRET 센서 단백질 샘플 (100 nM)은 상응하는 인산염 버퍼 (50 mM NaH2PO4, 0-500 mM NaCl, pH 7.5-10.5)에서 L-Gln (0, 50, 100, 200, 500, 1000, 5000, 10000, 50000 및 100000 nM)으로 적정되었다. 형광은 360 nm에서의 여기와 함께 각각의 농도에서 420 nm 내지 580 nm에서 스캔되었다. FRET 비율 (R, I468 nm/I518 nm)은 각각의 형광 스펙트럼으로부터 계산되었으며, FRET 비율 변화는 다음과 같은 식 1에 의해 계산되었다:FRET sensors protein samples (100 nM) is the corresponding phosphate buffer (50 mM NaH 2 PO 4, 0-500 mM NaCl, pH 7.5-10.5) L-Gln (0, 50, 100, 200, 500, 1000, 5000 in , 10000, 50000 and 100000 nM). Fluorescence was scanned at 420 nm to 580 nm at each concentration with excitation at 360 nm. The FRET ratio (R, I 468 nm / I 518 nm ) was calculated from the respective fluorescence spectra and the FRET ratio change was calculated by the following equation 1:

Figure pat00003
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여기서 R0는 [L-Gln] = 0에서의 FRET 비율이며, Rx는 [L-Gln] = x에서의 FRET 비율이다. 최적화 실험에서, 형광은 상이한 pH 또는 염 농도에서 L-Gln (0 또는 50 μM)의 고정된 농도로 360 nm에서의 여기와 함께 측정되었으며, FRET 비율 변화가 계산되었다. 아미노산 선택성 테스트에 관하여, FRET 센로서 EGFP-10-GlnBP-N138CouA (100 nM)에 대한 FRET 비율 변화가 50 mM NaCl을 포함하는 50 mM NaH2PO4 (pH 9.0) 에서 각각의 아미노산의 존재 (50 μM) 및 부재 하에 360 nm에서의 여기와 함께 측정되었다. 모든 측정은 독립적으로 3 회 수행되었으며, 데이터는 평균화되었다. 상기 FRET 센서의 해리 상수는 DynaFit을 이용하여 계산되었다.Where R 0 is the FRET ratio at [L-Gln] = 0 and R x is the FRET ratio at [L-Gln] = x. In the optimization experiments, fluorescence was measured with excitation at 360 nm at a fixed concentration of L-Gln (0 or 50 μM) at different pH or salt concentrations and the change in FRET ratio was calculated. For the amino acid selectivity test, the FRET ratio change to EGFP- 10- GlnBP-N138CouA (100 nM) as a FRET sen in the presence of 50 mM NaH 2 PO 4 (pH 9.0) containing 50 mM NaCl mu] M) and excitation at 360 nm. All measurements were performed independently 3 times, and the data were averaged. The dissociation constant of the FRET sensor was calculated using DynaFit.

FRET 센서의 평가Evaluation of FRET sensor

CouA를 포함하는 상기 FRET 센서는 리간드 결합에 따른 그들의 FRET 변화에 대해 조사되었다. 도 3b 및 도 3c는 각각 EGFP-GlnBP-F136CouA (b) 및 EGFP-GlnBP-N138CouA (c)에 대한 형광 스펙트럼을 나타내는 것으로, 상기 단백질 (100 nM)은 L-Gln로 적정되었으며, 상기 형광 강도는 400 nm 내지 580 nm로부터, 360 nm에서의 여기와 함께 측정되었다 [분석 조건: 100 nM EGFP-GlnBP 돌연변이 단백질, 50 mM 인산염 버퍼 (pH 8.0), 300 mM NaCl, 및 L-Gln (제시된 농도)]. 도 3b 및 도 3c에 나타낸 바와 같이, FRET에 의한 EGFP 방출이 두 돌연변이 모두에 대해 관찰되었다. 그러나, L-Gln의 증가하는 농도와 함께, EGFP-GlnBP-N138CouA의 상기 FRET 비율 (IEGFP, 518 nm/ICouA , 468 nm) 만이 증가하였다. 상기 비율은 상기 단백질이 L-Gln로 포화되었을 때 1.4 배 증가하였다. 상기 F136 돌연변이의 경우, CouA의 형광 최댓값은 450 nm 내지 420 nm로부터 시프트되었으며, 이러한 시프트는 EGFP의 흡수 스펙트럼과의 스펙트럼 중첩을 감소시켰으며, 감소된 FRET 신호를 야기하였다. 8 하이드록시쿠마린 (8-hydroxycoumarin)의 상기 형광 스펙트럼은 상기 형광단이 단백질에서 극성 잔기 (수소 결합 공여체 또는 수용체)와 상호 작용할 때 청색-시트프되었음이 보고되었다. 따라서, EGFP-GlnBP-F136CouA 중 CouA는 F136 근처의 잔기와 복합체를 형성하며, 상기 복합체는 L-Gln의 결합에 의해 안정화될 것으로 본원의 연구자들은 예상한다. 이러한 복합화는 더 짧은 파장으로 CouA의 형광 스펙트럼을 시프트시켰으며 EGFP의 상기 흡수 스펙트럼과의 스펙트럼 중첩을 감소시켰다.The FRET sensor containing CouA was investigated for their FRET changes with ligand binding. 3b and 3c show fluorescence spectra for EGFP-GlnBP-F136CouA (b) and EGFP-GlnBP-N138CouA (c), respectively. The protein (100 nM) was titrated with L- (Assay conditions: 100 nM EGFP-GlnBP mutant protein, 50 mM phosphate buffer (pH 8.0), 300 mM NaCl, and L-Gln (indicated concentrations)] at 400 nm to 580 nm, . As shown in Figures 3b and 3c, EGFP release by FRET was observed for both mutants. However, with the increasing concentration of L-Gln, only the above FRET ratio of EGFP-GlnBP-N138CouA (I EGFP, 518 nm / I CouA , 468 nm ) increased. The ratio increased 1.4-fold when the protein was saturated with L-Gln. In the case of the F136 mutation, the fluorescence maxima of CouA were shifted from 450 nm to 420 nm, which reduced spectral overlap with the absorption spectrum of EGFP and resulted in a reduced FRET signal. The fluorescence spectrum of 8-hydroxycoumarin has been reported to be blue-citrated when the fluorophore interacts with polar residues (hydrogen bond donor or acceptor) in the protein. Thus, CouA in EGFP-GlnBP-F136CouA forms a complex with residues near F136, and the inventors expect that the complex will be stabilized by binding of L-Gln. This hybridization shifted the fluorescence spectrum of CouA to shorter wavelengths and reduced the spectral overlap of EGFP with the absorption spectrum.

FRET 센서의 재설계Redesign of FRET sensor

EGFP-GlnBP-N138CouA가 리간드 결합에 따른 상기 FRET 비율에서 상당한 증가를 나타냄에도 불구하고, 상기 센서는 상기 FRET 비율 변화를 더욱 증가시키도록 설계될 수 있는 것으로 예상되었다. 상기 GlnBP의 결정 구조에 기반하여, N138은 상기 기재된 바와 같이, CouA와의 교체를 위한 최적의 잔기가 될 수 있을 것으로 예상되었다. 따라서, 본원의 연구자들은 EGFP 및 GlnBP 사이의 상기 아미노산 서열을 조작하였다. 상기 GFP의 결정 구조에서, 아마도 C-말단 잔기가 유연하기 때문에, 일부 C-말단 잔기가 부재하며, 이것은 그들의 모델링을 배제한다. 이러한 잔기를 제거하는 것은 상기 링커 영역을 견고하게 하며/또는 CouA 및 EGFP 사이의 상기 거리를 감소시키며, 이것은 상기 FRET 비율 변화를 증가시키는 것으로 예상되었다. 상기 FRET 센서 단백질은 이러한 구조적 고려에 기반하여 재설계되었다; 4 개의 돌연변이 유전자는 상이한 링커 길이를 갖도록 하기 표 2와 같이 구축하였으며, N138에 대한 상기 코돈은 CouA의 혼입을 가능하게 하는 앰머 코돈으로 대체하였다.Although the EGFP-GlnBP-N138CouA shows a significant increase in the FRET ratio with ligand binding, the sensor was expected to be designed to further increase the FRET rate change. Based on the crystal structure of GlnBP, N138 was expected to be the optimal moiety for replacement with CouA, as described above. Thus, the authors of the present invention engineered the amino acid sequence between EGFP and GlnBP. In the crystal structure of the GFP, some C-terminal residues are absent, presumably because the C-terminal residues are flexible, which precludes their modeling. Elimination of such residues would solidify the linker region and / or reduce the distance between CouA and EGFP, which was expected to increase the FRET rate change. The FRET sensor protein has been redesigned based on this structural consideration; The four mutant genes were constructed as shown in Table 2 below to have different linker lengths and the codon for N138 was replaced by an Ammerm codon to enable incorporation of CouA.

Figure pat00004
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도 5는 상기 기재된 바와 같이 발현되었으며 정제된 FRET 센서 단백질의 SDS-PAGE 분석 결과를 나타낸 것으로서, 상이한 길이의 링커를 갖는 EGFP-GlnBP 돌연변이 단백질은 1 mM CouA 및 상기 요구된 발달된 tRNA/aaRS 쌍의 존재 하에서 발현된 후, Ni-NTA 친화성 크로마토그래피에 의해 정제되었다. 상기 정제된 FRET 센서 단백질은 SDS-PAGE에 의해 분석되었으며, 쿠마시-염색 [도 5의 (a)] 및 형광 [도 5의 (b)]에 의해 시각화되었다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 그들의 수율 및 순도는 초기에 설계된 FRET 센서 단백질의 수율 및 순도와 일치하였다.Figure 5 shows the results of an SDS-PAGE analysis of purified FRET sensor proteins expressed as described above, wherein EGFP-GlnBP mutant proteins with different lengths of linker were incubated with 1 mM CouA and the required developed tRNA / aaRS pair , And then purified by Ni-NTA affinity chromatography. The purified FRET sensor protein was analyzed by SDS-PAGE and visualized by Coomassie-staining (Fig. 5 (a)) and fluorescence (Fig. 5 (b)). As shown in Figure 5, their yield and purity were consistent with the yield and purity of FRET sensor proteins initially designed.

트립신 분해 후, CouA의 혼입은 MALDI-TOF MS에 의하여 입증되었다 (도 4). 상기 재설계된 FRET 센서 단백질은 상이한 농도의 L-Gln에서 형광을 측정함으로써 평가되었다. 상기 형광 스펙트럼으로부터, FRET 비율 (IEGFP/ICouA) 변화 (ΔR/R0)가 계산되었으며 L-Gln 농도에 대해 플롯되었다 (도 6). ICouA 및 IEGFP는 360 nm에서의 여기 후에, 468 nm 및 518 nm에서 측정되었으며, 각각의 데이터-포인트는 3 개의 독립적인 실험의 평균을 나타낸다 [분석 조건: 100 nM EGFP-GlnBP 돌연변이 단백질, 50 mM 인산염 버퍼 (pH 8.0), 300 mM NaCl, 및 L-Gln (제시된 농도)]. 상기 FRET 비율은 재설계된 모든 FRET 센서 단백질에 대하여 L-Gln의 증가하는 농도에 따라 증가하였으며, 상기 증가는 상기 링커 길이가 감소함에 따라 상승되었다. 최상의 FRET 센서 단백질은 EGFP-10-GlnBP-N138CouA였다; 이것의 FRET 비율은 L-Gln 결합에 따라 1.8 배 증가하였다. 본원의 연구자들은 EGFP중 상기 A226, A227, 및 G228 잔기가 정의된 구조 내에 있었기 때문에 상기 링커 길이를 더 짧게 하지 않았으며, 이러한 잔기를 제거하는 것은 상기 FRET 센서 단백질의 구조 및 기능에 영향을 미칠 것으로 예상되었다.After trypsin digestion, incorporation of CouA was evidenced by MALDI-TOF MS (FIG. 4). The redesigned FRET sensor protein was evaluated by measuring fluorescence at different concentrations of L-Gln. From this fluorescence spectrum, the change in FRET ratio (I EGFP / I CouA ) (ΔR / R 0 ) was calculated and plotted against L-Gln concentration (FIG. I CouA and I EGFP were measured at 468 nm and 518 nm after excitation at 360 nm and each data point represents the average of three independent experiments [Analysis conditions: 100 nM EGFP-GlnBP mutant protein, 50 mM phosphate buffer (pH 8.0), 300 mM NaCl, and L-Gln (indicated concentrations). The FRET ratio increased with increasing concentrations of L-Gln for all redesigned FRET sensor proteins, and the increase was increased as the linker length decreased. The best FRET sensor protein was EGFP- 10- GlnBP-N138CouA; Its FRET ratio increased 1.8-fold with L-Gln binding. The authors of the present application did not make the linker length shorter because the A226, A227, and G228 residues in EGFP were within the defined structure, and removal of such residues would affect the structure and function of the FRET sensor protein It was expected.

염 농도 및 pH에서 FRET 센서의 의존성Dependence of FRET sensor on salt concentration and pH

상기 FRET 센서가 염 농도 또는 pH에 대한 의존성을 가지고 있는지를 테스트하기 위해, L-Gln의 존재 (50 μM) 및 부재 하에서 상이한 pH [도 7의 (a)] 및 염 농도 [도 7의 (b)] 값에서 형광을 측정하였으며, 수득된 FRET 비율 변화를 산출하였다. FRET 비율은 360 nm에서의 여기에 따라, L-Gln의 존재 (50 μM) 또는 부재에서, ICouA , 468 nm 및 IEGFP , 518 nm로부터 계산되었다. 도 7의 (a)의 조건은 100 nM EGFP-10-GlnBP-N138CouA, 50 mM 인산염 버퍼 (제시된 pH에서), 300 mM NaCl이며, 도 7의 (b)의 조건은 100 nM EGFP-10-GlnBP-N138CouA, 50 mM 인산염 버퍼 (pH 9.0), 제시된 농도에서의 NaCl이다. 각각의 데이터-포인트는 3 개의 독립적인 실험의 평균을 나타내었다.In order to test whether the FRET sensor has dependency on salt concentration or pH, the presence of L-Gln (50 μM) and the pH in the absence (FIG. 7 (a)) and the salt concentration )] Value, and the change in FRET ratio obtained was calculated. FRET ratios were calculated from I CouA , 468 nm and I EGFP , 518 nm in the presence (50 μM) or absence of L-Gln according to excitation at 360 nm. 7 (a) conditions were 100 nM EGFP- 10 -GlnBP-N138CouA, 50 mM phosphate buffer (at the indicated pH), 300 mM NaCl and conditions of Figure 7 (b) were 100 nM EGFP- 10- GlnBP -N138CouA, 50 mM phosphate buffer (pH 9.0), NaCl at the indicated concentration. Each data-point averaged three independent experiments.

0 mM 내지 50 mM로 증가하는 농도에 따라 미미한 증가가 관찰되었음에도 불구하고, 0 내지 500 mM의 범위에서 소듐 클로라이드 농도는 FRET 비율 변화에 상당한 영향을 미치지 않았다. 그러나, 상기 pH 의존성은 상당하였다: pH 9까지 pH 증가에 따라, 상기 FRET 비율 변화가 증가하였다. 이것은 7-하이드록시쿠마린에서 상기 하이드록시 그룹이 대략 8의 pka를 갖고, 상기 하이드록시 그룹의 탈양성자화가 460 nm에서 형광 강도를 증가시키기 때문이다. 더 높은 pH (9.5 초과)에서 상기 FRET 비율 변화에서의 감소는 L-Gln 의 α-아미노 그룹 (pKa = 9.1)의 탈양성자화 및 상기 센서 단백질에 대한 그들의 결합 친화도에서 수득된 감소에 의한 것이다.Although a slight increase was observed with increasing concentrations from 0 mM to 50 mM, the sodium chloride concentration in the range of 0 to 500 mM did not significantly affect the FRET ratio change. However, the pH dependency was significant: as the pH was increased to pH 9, the FRET ratio change was increased. This is because in the 7-hydroxy coumarin the hydroxy group has a pk a of about 8 and deprotonation of the hydroxy group increases fluorescence intensity at 460 nm. The decrease in the FRET rate change at higher pH (above 9.5) was due to the deprotonation of the a -amino group of L-Gln (pKa = 9.1) and the reduction obtained in their binding affinity for the sensor protein will be.

최적의 조건 하에서의 FRET 센서의 평가Evaluation of FRET sensors under optimal conditions

최적의 조건 (pH 9 및 50 mM 소듐 클로라이드) 하에서, EGFP-10-GlnBP-N138CouA 가 L-Gln으로 적정되었으며, 이것의 형광 스펙트럼이 360 nm에서의 여기 후에 L-Gln의 증가하는 농도에서 수득되었다 [도 8의 (a)].Under optimal conditions (pH 9 and 50 mM sodium chloride), EGFP- 10- GlnBP-N138CouA was titrated to L-Gln and its fluorescence spectrum was obtained at increasing concentrations of L-Gln after excitation at 360 nm (Fig. 8 (a)).

도 8의 (b)는 FRET 비율 변화를 나타낸 것으로, FRET 비율 변화는 360 nm에서의 여기 후에 ICouA , 468 nm 및 IEGFP , 518 nm로부터 계산되었다. 분석 조건: 100 nM EGFP-10-GlnBP-N138CouA, 50 mM 인산염 버퍼 (pH 9.0), 50 mM NaCl, 및 L-Gln (제시된 농도). 각각의 데이터-포인트는 3 개의 독립적인 실험의 평균을 나타낸다. 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 최대 FRET 비율 변화는 0.9였으며, 상기 센서 단백질로부터 L-Gln의 상기 해리 상수는 396 ± 77 nM이었고, 이것은 보고된 값 (300 nM)과 비슷하였다. Figure 8 (b) shows the change in FRET ratio , which was calculated from I CouA , 468 nm and I EGFP , 518 nm after excitation at 360 nm. Analysis conditions: 100 nM EGFP- 10- GlnBP-N138CouA, 50 mM phosphate buffer (pH 9.0), 50 mM NaCl, and L-Gln at the indicated concentrations. Each data-point represents the average of three independent experiments. As shown in Figure 8 (b), the maximum FRET ratio change was 0.9, and the dissociation constant of L-Gln from the sensor protein was 396 +/- 77 nM, which was similar to the reported value (300 nM).

그 후, 다른 아미노산에 대한 상기 센서 단백질의 선택성을 평가하였다. 모든 20 개의 아미노산, 및 D-Gln에 대해, 각각의 아미노산 50 μM을 첨가함으로써 FRET 비율을 측정하였다. FRET 비율은 360 nm에서의 여기 후에 L-Gln의 존재 (50 μM) 또는 부재 하에서, ICouA , 468 nm 및 IEGFP , 518 nm로부터 계산되었다 [분석 조건: 100 nM EGFP-10-GlnBP-N138CouA, 50 mM 인산염 버퍼 (pH 9.0), 50 mM NaCl, 및 각 아미노산의 50 μM]. 각각의 데이터-포인트는 3 개의 독립적인 실험의 평균을 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, L-Gln을 제외하고는 모든 아미노산에 대해 상기 FRET 비율에서 변화가 관찰되지 않거나, 또는 최소한의 변화만이 관찰되었다. 이러한 결과는 상기 설계된 센서인 EGFP-10-GlnBP-N138CouA이, 1.9 배 FRET 비율 증가와 함께 L-Gln에 의해 야기되는 구조적 변화에 대응하며, 구조적으로 유사한 아미노산 (L-Asn, L-Glu, 및 D-Gln)을 포함하는 다른 아미노산에 대해 우수한 선택성을 가진다는 것을 입증한다.The selectivity of the sensor protein to other amino acids was then assessed. For all 20 amino acids, and D-Gln, the FRET ratio was determined by adding 50 [mu] M of each amino acid. Under the FRET ratio after excitation of 360 nm in the presence of L-Gln (50 μM) or absence, I CouA, 468 nm, and I EGFP, was calculated from the 518 nm [Analysis conditions: 100 nM EGFP -10 -GlnBP-N138CouA , 50 mM phosphate buffer (pH 9.0), 50 mM NaCl, and 50 [mu] M of each amino acid. Each data-point represents the average of three independent experiments. As shown in Fig. 9, no or only minimal change in the FRET ratio was observed for all amino acids except L-Gln. These results indicate that the designed sensor, EGFP- 10- GlnBP-N138CouA, responds to structural changes caused by L-Gln with an increase in FRET ratio of 1.9-fold and is similar to that of structurally similar amino acids (L-Asn, L- D-Gln). ≪ / RTI >

다음으로, 본원의 연구자들은 생물학적 샘플에서 L-Gln 농도를 측정하기 위해 상기 센서 단백질 (EGFP-10-GlnBP-N138CouA)을 적용하였다. 도 10의 (a) 및 (b)는 각각 EGFP-10-GlnBP-N138CouA의 형광 스펙트럼 및 FRET 비율 변화를 나타낸다. 형광 스펙트럼은 360 nm에서 여기 후에, FBS의 증가하는 농도에서 측정되었으며, FRET 비율 변화는 360 nm에서의 여기 후에, ICouA , 468 nm 및 IEGFP , 518 nm로부터 계산되었다. FBS 농도는 로그 스케일에 대해 표준화되었다 [분석 조건: 100 nM EGFP-10-GlnBP-N138CouA, 50 mM 인산염 버퍼 (pH 9.0), 50 mM NaCl, 및 FBS (제시된 농도, 상업용 FBS에 대한 상대적인 농도)]. 각각의 데이터-포인트는 3 개의 독립적인 실험의 평균을 나타낸다. 소태아혈청 (FBS)은 진핵 세포 배양을 위해 널리 사용되는 보충제이다. L-Gln은 혈청에서 가장 풍부한 아미노산이며 상기 농도는 500 μM 내지 1200 μM의 범위 내에 있는 것으로 알려졌다. 상기 FRET 센서 단백질의 이러한 적정 실험으로부터 상기 형광 스펙트럼은 L-Gln으로 적정된 것과 유사하였다. 이러한 측정으로부터, FBS 중 L-Gln의 농도가 추정되었으며, 이것은 대략 500 μM이었다. 이러한 결과는 상기 설계된 FRET 센서 단백질이 생물학적 샘플 복합체에서 L-Gln 농도를 측정하는 데에 사용될 수 있음을 나타냈다.Next, the present inventors applied the sensor protein (EGFP- 10- GlnBP-N138CouA) to measure L-Gln concentration in a biological sample. 10 (a) and 10 (b) show fluorescence spectra and FRET ratio changes of EGFP- 10- GlnBP-N138CouA, respectively. Fluorescence spectra were measured at increasing concentrations of FBS after excitation at 360 nm and FRET ratio changes were calculated from I CouA , 468 nm and I EGFP , 518 nm after excitation at 360 nm. FBS concentration was normalized to logarithmic scale (assay conditions: 100 nM EGFP- 10- GlnBP-N138CouA, 50 mM phosphate buffer, pH 9.0, 50 mM NaCl, and FBS . Each data-point represents the average of three independent experiments. Fetal serum (FBS) is a widely used supplement for eukaryotic cell culture. L-Gln is the most abundant amino acid in serum and the concentration is known to be in the range of 500 μM to 1200 μM. From this titration experiment of the FRET sensor protein, the fluorescence spectrum was similar to that titrated with L-Gln. From these measurements, the concentration of L-Gln in FBS was estimated, which was approximately 500 [mu] M. These results indicate that the designed FRET sensor protein can be used to measure L-Gln concentration in biological sample complexes.

상기 형광단 사이의 이격 거리The distance between the fluorescent ends

CouA와 상기 EGFP의 형광단 사이의 이격 거리를 EGFP-10-GlnBP-N138CouA에 대하여 계산하였다. CouA의 발광 스펙트럼 및 상기 EGFP의 흡수 스펙트럼에 기반하여, 상기 형광 거리를 계산하였다 (R0 = 49.2 Å). L-Gln의 존재 및 부재 하에 상기 FRET 센서 단백질의 FRET 효율성이 또한 계산되었으며, 각각 0.284 및 0.153로 나타났다. 이러한 값으로부터, 상기 형광단 사이의 이격 거리가 계산되었다; 아포-형태에 대해 65.5 Å 및 상기 리간드-결합Å에 대해 57.4 Å이며, 이것은 상기 아포-형태에서의 이격 거리와 비교하여 12.4% 변화이다. 상기 FRET 변화는 두 형광단 사이의 거리가 R0로 접근할 때 최대화 되는 것으로 알려져있다. 따라서, FRET 센서를 디자인 할 때 표적 물질에 결합하기 전 후의 거리의 변화가 R0 근처에서 일어나도록 CouA를 배치함으로써 FRET 비율의 변화를 최대화할 수 있다.The separation distance between CouA and the fluorescent end of EGFP was calculated for EGFP- 10- GlnBP-N138CouA. Based on the emission spectrum of CouA and the absorption spectrum of EGFP, the fluorescence distance was calculated (R 0 = 49.2 Å). The FRET efficiency of the FRET sensor protein in the presence and absence of L-Gln was also calculated and was 0.284 and 0.153, respectively. From these values, the separation distance between the fluorophores was calculated; 65.5 A for the apo-form and 57.4 A for the ligand-binding A, which is a 12.4% change compared to the separation in the apo-form. It is known that the FRET change is maximized when the distance between two fluorophores approaches R 0 . Therefore, when designing a FRET sensor, the change in FRET ratio can be maximized by placing CouA so that the change in distance before and after binding to the target material occurs near R 0 .

상기 기재한 바와 같이, 종래에 사용되던 두 형광 단백질을 기반으로 한 FRET 센서들은, 단백질-단백질 상호작용 및 단백질 내의 구조적 변화를 조사하는 데에 유용한 도구였음에도 불구하고, 상기 FRET 센서들은 고유의 단점으로 그들의 큰 크기와 융합에 대한 제한적 위치 (N- 또는 C-말단)를 포함한다. As described above, FRET sensors based on the two fluorescent proteins used in the past have been useful tools for examining protein-protein interactions and structural changes in proteins, but the FRET sensors are inherently disadvantages Their large size and limited location for fusion (N- or C-terminal).

본원의 FRET-기반 센서는 형광 비천연 아미노산을 GFP에 대한 FRET 파트너로서 GlnBP에 혼입시킴으로써 개발되었다. GFP는 GlnBP의 N-말단에 융합되었으며, 상기 형광 비천연 아미노산인 CouA는, GlnBP 중 N138에 대한 위치에 도입되었다. CouA 도입을 위한 최적의 위치는 구조적 정보, 거리 계산, 및 실험 평가를 이용하여 확인되었다. FRET 센서 단백질은 pH, 염 농도, 및 GFP와 GlnBP 사이의 상기 링커의 길이를 변화시킴으로써 더욱 최적화되었다. 최적의 조건 하에서, 상기 최상의 FRET 센서는 상기 다른 19 개의 천연 아미노산 또는 D-Gln에 대해 약간의 변화 또는 변화가 나타나지 않은 반면, L-Gln 결합에 따라 상기 FRET 비율에서 1.9 배의 증가를 나타내었다. 본원에 따른 신규한 FRET 센서는 두 형광 단백질에 의존하는 현재의 FRET 센서에서의 한계를 극복할 수 있다. 상기 신규한 FRET 센서에서 하나의 형광 단백질이 FRET 수용체로서 여전히 요구되며, 또한 이것이 표적 단백질의 N- 또는 C-말단 중 하나에 위치 되어야 함에도 불구하고, FRET 공여체로서 사용된 상기 형광 아미노산은 상기 FRET 변화를 극대화하는 상기 단백질에서 임의의 위치에 위치될 수 있다. 상기 CouA의 혼입은 기술적으로 간단하며, 또한 여러 위치가 상기 최적의 위치를 식별하기 위해 간단히 테스트 될 수 있다. 또한, 구조적 정보가 위치의 선택에 대해 안내될 수 있으며, 실험 평가에 대한 잠재적인 위치의 수를 상당히 감소시킨다. 그러므로, 이러한 방법은 FRET 센서 설계에 대해 도움이 될 것이며, 세포 이미징에 대한 이러한 방법의 어플리케이션은 중요한 생체분자 및 살아있는 세포에서의 생체분자적 상호작용을 조사하기 위한 방법으로 확장될 수 있다.The FRET-based sensor of the present invention was developed by incorporating fluorescent unnatural amino acids into GlnBP as a FRET partner for GFP. GFP was fused to the N-terminus of GlnBP and the fluorescent unnatural amino acid CouA was introduced at the position for N138 in GlnBP. Optimal locations for CouA adoption were identified using structural information, distance calculation, and experimental evaluation. The FRET sensor protein was further optimized by changing the pH, salt concentration, and length of the linker between GFP and GlnBP. Under optimal conditions, the best FRET sensor did not show any slight change or change to the other 19 naturally occurring amino acids or D-Gln, but showed an increase of 1.9-fold in the FRET ratio with L-Gln binding. The novel FRET sensor according to the present invention can overcome the limitations of current FRET sensors that rely on two fluorescent proteins. Although one fluorescent protein in the novel FRET sensor is still required as a FRET receptor and it should also be located at one of the N- or C-terminus of the target protein, the fluorescent amino acid used as the FRET donor is not capable of undergoing the FRET change Lt; RTI ID = 0.0 > protein. ≪ / RTI > The incorporation of CouA is technically simple, and several locations can be simply tested to identify the optimal location. In addition, the structural information can be guided over the selection of location, significantly reducing the number of potential locations for experimental evaluation. Therefore, this method will be helpful for FRET sensor design, and the application of this method to cell imaging can be extended to methods for investigating biomolecular interactions in important biomolecules and living cells.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

<110> Industry-University Cooperation Foundation Sogang University <120> FRET SENSOR FOR DETECTING L-GLUTAMINE AND DETECTING METHOD OF L-GLUTAMINE USING THE SAME <130> DP20160518KR <160> 12 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 678 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial GlnBP DNA seqeunce <400> 1 gcggataaaa aattagttgt cgcgacggat accgccttcg ttccgtttga atttaaacag 60 ggcgataaat atgtgggctt tgacgttgat ctgtgggctg ccatcgctaa agagctgaag 120 ctggattacg aactgaagcc gatggatttc agtgggatca ttccggcact gcaaaccaaa 180 aacgtcgatc tggcgctggc gggcattacc atcaccgacg agcgtaaaaa agcgatcgat 240 ttctctgacg gctactacaa aagcggcctg ttagtgatgg tgaaagctaa caataacgat 300 gtgaaaagcg tgaaagatct cgacgggaaa gtggttgctg tgaagagcgg tactggctcc 360 gttgattacg cgaaagcaaa catcaaaact aaagatctgc gtcagttccc gaacatcgat 420 aacgcctata tggaactggg caccaaccgc gcagacgccg ttctgcacga tacgccaaac 480 attctgtact tcatcaaaac cgccggtaac ggtcagttca aagcggtagg tgactctctg 540 gaagcgcagc aatacggtat tgcgttcccg aaaggtagcg acgagctgcg tgacaaagtc 600 aacggcgcgt tgaaaaccct gcgcgagaac ggaacttaca acgaaatcta caaaaaatgg 660 ttcggtactg aaccgaaa 678 <210> 2 <211> 226 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial GlnBP Protein seqeunce <400> 2 Ala Asp Lys Lys Leu Val Val Ala Thr Asp Thr Ala Phe Val Pro Phe 1 5 10 15 Glu Phe Lys Gln Gly Asp Lys Tyr Val Gly Phe Asp Val Asp Leu Trp 20 25 30 Ala Ala Ile Ala Lys Glu Leu Lys Leu Asp Tyr Glu Leu Lys Pro Met 35 40 45 Asp Phe Ser Gly Ile Ile Pro Ala Leu Gln Thr Lys Asn Val Asp Leu 50 55 60 Ala Leu Ala Gly Ile Thr Ile Thr Asp Glu Arg Lys Lys Ala Ile Asp 65 70 75 80 Phe Ser Asp Gly Tyr Tyr Lys Ser Gly Leu Leu Val Met Val Lys Ala 85 90 95 Asn Asn Asn Asp Val Lys Ser Val Lys Asp Leu Asp Gly Lys Val Val 100 105 110 Ala Val Lys Ser Gly Thr Gly Ser Val Asp Tyr Ala Lys Ala Asn Ile 115 120 125 Lys Thr Lys Asp Leu Arg Gln Phe Pro Asn Ile Asp Asn Ala Tyr Met 130 135 140 Glu Leu Gly Thr Asn Arg Ala Asp Ala Val Leu His Asp Thr Pro Asn 145 150 155 160 Ile Leu Tyr Phe Ile Lys Thr Ala Gly Asn Gly Gln Phe Lys Ala Val 165 170 175 Gly Asp Ser Leu Glu Ala Gln Gln Tyr Gly Ile Ala Phe Pro Lys Gly 180 185 190 Ser Asp Glu Leu Arg Asp Lys Val Asn Gly Ala Leu Lys Thr Leu Arg 195 200 205 Glu Asn Gly Thr Tyr Asn Glu Ile Tyr Lys Lys Trp Phe Gly Thr Glu 210 215 220 Pro Lys 225 <210> 3 <211> 714 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP DNA seqeunce <400> 3 atgagtaaag gagaagaact tttcactgga gttgtcccaa ttcttgttga attagatggt 60 gatgttaatg ggcacaaatt ttctgtcagt ggagagggtg aaggtgatgc aacatacgga 120 aaacttaccc ttaaatttat ttgcactact ggaaaactac ctgttccatg gccaacactt 180 gtcactactt tcacctatgg tgttcaatgc tttgcgcgtt atccggatca catgaaacgg 240 catgactttt tcaagagtgc catgcccgaa ggttatgtac aggaacgcac tatatctttc 300 aaagatgacg ggaactacaa gacgcgtgct gaagtcaagt ttgaaggtga tacccttgtt 360 aatcgtatcg agttaaaagg tattgatttt aaagaagatg gaaacattct cggccataag 420 ctggaatata actacaacag ccacaaggtg tatatcaccg cggataagca gaagaatggc 480 atcaaggcca acttcaaaac ccgccacaac attgaagatg gatccgttca actagcagac 540 cattatcaac aaaatactcc aattggcgat ggccctgtcc ttttaccaga caaccattac 600 ctgtcgacac aatctgccct ttcgaaagat cccaacgaaa agcgtgacca catggtcctt 660 cttgagtttg taactgctgc tgggattaca catggcatgg atgagctcta caaa 714 <210> 4 <211> 238 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP Protein seqeunce <400> 4 Met Ser Lys Gly Glu Glu Leu Phe Thr Gly Val Val Pro Ile Leu Val 1 5 10 15 Glu Leu Asp Gly Asp Val Asn Gly His Lys Phe Ser Val Ser Gly Glu 20 25 30 Gly Glu Gly Asp Ala Thr Tyr Gly Lys Leu Thr Leu Lys Phe Ile Cys 35 40 45 Thr Thr Gly Lys Leu Pro Val Pro Trp Pro Thr Leu Val Thr Thr Phe 50 55 60 Thr Tyr Gly Val Gln Cys Phe Ala Arg Tyr Pro Asp His Met Lys Arg 65 70 75 80 His Asp Phe Phe Lys Ser Ala Met Pro Glu Gly Tyr Val Gln Glu Arg 85 90 95 Thr Ile Ser Phe Lys Asp Asp Gly Asn Tyr Lys Thr Arg Ala Glu Val 100 105 110 Lys Phe Glu Gly Asp Thr Leu Val Asn Arg Ile Glu Leu Lys Gly Ile 115 120 125 Asp Phe Lys Glu Asp Gly Asn Ile Leu Gly His Lys Leu Glu Tyr Asn 130 135 140 Tyr Asn Ser His Lys Val Tyr Ile Thr Ala Asp Lys Gln Lys Asn Gly 145 150 155 160 Ile Lys Ala Asn Phe Lys Thr Arg His Asn Ile Glu Asp Gly Ser Val 165 170 175 Gln Leu Ala Asp His Tyr Gln Gln Asn Thr Pro Ile Gly Asp Gly Pro 180 185 190 Val Leu Leu Pro Asp Asn His Tyr Leu Ser Thr Gln Ser Ala Leu Ser 195 200 205 Lys Asp Pro Asn Glu Lys Arg Asp His Met Val Leu Leu Glu Phe Val 210 215 220 Thr Ala Ala Gly Ile Thr His Gly Met Asp Glu Leu Tyr Lys 225 230 235 <210> 5 <211> 43 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 5 ggcatggatg agctctacaa aggtaaatta gttgtcgcga cgg 43 <210> 6 <211> 43 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 6 ccgtcgcgac aactaattta cctttgtaga gctcatccat gcc 43 <210> 7 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-4-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 7 gctgggatta cacatggcat ggatggtaaa ttagttgtcg cgacgg 46 <210> 8 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-4-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 8 ccgtcgcgac aactaattta ccatccatgc catgtgtaat cccagc 46 <210> 9 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-7-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 9 gtaactgctg ctgggattac acatggtaaa ttagttgtcg cgacgg 46 <210> 10 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-7-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 10 ccgtcgcgac aactaattta ccatgtgtaa tcccagcagc agttac 46 <210> 11 <211> 50 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-10-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 11 ccttcttgag tttgtaactg ctgctggggg taaattagtt gtcgcgacgg 50 <210> 12 <211> 50 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-10-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 12 ccgtcgcgac aactaattta cccccagcag cagttacaaa ctcaagaagg 50 <110> Industry-University Cooperation Foundation Sogang University <120> FRET SENSOR FOR DETECTING L-GLUTAMINE AND DETECTING METHOD OF          L-GLUTAMINE USING THE SAME <130> DP20160518KR <160> 12 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 678 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial GlnBP DNA seqeunce <400> 1 gcggataaaa aattagttgt cgcgacggat accgccttcg ttccgtttga atttaaacag 60 ggcgataaat atgtgggctt tgacgttgat ctgtgggctg ccatcgctaa agagctgaag 120 ctggattacg aactgaagcc gatggatttc agtgggatca ttccggcact gcaaaccaaa 180 aacgtcgatc tggcgctggc gggcattacc atcaccgacg agcgtaaaaa agcgatcgat 240 ttctctgacg gctactacaa aagcggcctg ttagtgatgg tgaaagctaa caataacgat 300 gtgaaaagcg tgaaagatct cgacgggaaa gtggttgctg tgaagagcgg tactggctcc 360 gttgattacg cgaaagcaaa catcaaaact aaagatctgc gtcagttccc gaacatcgat 420 aacgcctata tggaactggg caccaaccgc gcagacgccg ttctgcacga tacgccaaac 480 attctgtact tcatcaaaac cgccggtaac ggtcagttca aagcggtagg tgactctctg 540 gaagcgcagc aatacggtat tgcgttcccg aaaggtagcg acgagctgcg tgacaaagtc 600 aacggcgcgt tgaaaaccct gcgcgagaac ggaacttaca acgaaatcta caaaaaatgg 660 ttcggtactg aaccgaaa 678 <210> 2 <211> 226 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial GlnBP Protein seqeunce <400> 2 Ala Asp Lys Lys Leu Val Val Ala Thr Asp Thr Ala Phe Val Phe   1 5 10 15 Glu Phe Lys Gln Gly Asp Lys Tyr Val Gly Phe Asp Val Asp Leu Trp              20 25 30 Ala Ala Ile Ala Lys Glu Leu Lys Leu Asp Tyr Glu Leu Lys Pro Met          35 40 45 Asp Phe Ser Gly Ile Pro Ala Leu Gln Thr Lys Asn Val Asp Leu      50 55 60 Ala Leu Ala Gly Ile Thr Ile Thr Asp Glu Arg Lys Lys Ala Ile Asp  65 70 75 80 Phe Ser Asp Gly Tyr Tyr Lys Ser Gly Leu Leu Val Met Val Lys Ala                  85 90 95 Asn Asn Asn Val Lys Ser Val Lys Asp Leu Asp Gly Lys Val Val             100 105 110 Ala Val Lys Ser Gly Thr Gly Ser Val Asp Tyr Ala Lys Ala Asn Ile         115 120 125 Lys Thr Lys Asp Leu Arg Gln Phe Pro Asn Ile Asp Asn Ala Tyr Met     130 135 140 Glu Leu Gly Thr Asn Arg Asa Asp Ala Val Leu His Asp Thr Pro Asn 145 150 155 160 Ile Leu Tyr Phe Ile Lys Thr Ala Gly Asn Gly Gln Phe Lys Ala Val                 165 170 175 Gly Asp Ser Leu Glu Ala Gln Gln Tyr Gly Ile Ala Phe Pro Lys Gly             180 185 190 Ser Asp Glu Leu Arg Asp Lys Val Asn Gly Ala Leu Lys Thr Leu Arg         195 200 205 Glu Asn Gly Thr Tyr Asn Glu Ile Tyr Lys Lys Trp Phe Gly Thr Glu     210 215 220 Pro Lys 225 <210> 3 <211> 714 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP DNA seqeunce <400> 3 atgagtaaag gagaagaact tttcactgga gttgtcccaa ttcttgttga attagatggt 60 gatgttaatg ggcacaaatt ttctgtcagt ggagagggtg aaggtgatgc aacatacgga 120 aaacttaccc ttaaatttat ttgcactact ggaaaactac ctgttccatg gccaacactt 180 gtcactactt tcacctatgg tgttcaatgc tttgcgcgtt atccggatca catgaaacgg 240 catgactttt tcaagagtgc catgcccgaa ggttatgtac aggaacgcac tatatctttc 300 aaagatgacg ggaactacaa gacgcgtgct gaagtcaagt ttgaaggtga tacccttgtt 360 aatcgtatcg agttaaaagg tattgatttt aaagaagatg gaaacattct cggccataag 420 ctggaatata actacaacag ccacaaggtg tatatcaccg cggataagca gaagaatggc 480 atcaaggcca acttcaaaac ccgccacaac attgaagatg gatccgttca actagcagac 540 cattatcaac aaaatactcc aattggcgat ggccctgtcc ttttaccaga caaccattac 600 ctgtcgacac aatctgccct ttcgaaagat cccaacgaaa agcgtgacca catggtcctt 660 cttgagtttg taactgctgc tgggattaca catggcatgg atgagctcta caaa 714 <210> 4 <211> 238 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP Protein seqeunce <400> 4 Met Ser Lys Gly Glu Glu Leu Phe Thr Gly Val Val Pro Ile Leu Val   1 5 10 15 Glu Leu Asp Gly Asp Val Asn Gly His Lys Phe Ser Val Ser Gly Glu              20 25 30 Gly Glu Gly Asp Ala Thr Tyr Gly Lys Leu Thr Leu Lys Phe Ile Cys          35 40 45 Thr Thr Gly Lys Leu Pro Val Pro Trp Pro Thr Leu Val Thr Thr Phe      50 55 60 Thr Tyr Gly Val Gln Cys Phe Ala Arg Tyr Pro Asp His Met Lys Arg  65 70 75 80 His Asp Phe Phe Lys Ser Ala Met Pro Glu Gly Tyr Val Gln Glu Arg                  85 90 95 Thr Ile Ser Phe Lys Asp Asp Gly Asn Tyr Lys Thr Arg Ala Glu Val             100 105 110 Lys Phe Glu Gly Asp Thr Leu Val Asn Arg Ile Glu Leu Lys Gly Ile         115 120 125 Asp Phe Lys Glu Asp Gly Asn Ile Leu Gly His Lys Leu Glu Tyr Asn     130 135 140 Tyr Asn Ser His Lys Val Tyr Ile Thr Ala Asp Lys Gln Lys Asn Gly 145 150 155 160 Ile Lys Ala Asn Phe Lys Thr Arg His Asn Ile Glu Asp Gly Ser Val                 165 170 175 Gln Leu Ala Asp His Tyr Gln Gln Asn Thr Pro Ile Gly Asp Gly Pro             180 185 190 Val Leu Leu Pro Asp Asn His Tyr Leu Ser Thr Gln Ser Ala Leu Ser         195 200 205 Lys Asp Pro Asn Glu Lys Arg Asp His Met Val Leu Leu Glu Phe Val     210 215 220 Thr Ala Gly Ily Thr Gly Met Asp Glu Leu Tyr Lys 225 230 235 <210> 5 <211> 43 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 5 ggcatggatg agctctacaa aggtaaatta gttgtcgcga cgg 43 <210> 6 <211> 43 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 6 ccgtcgcgac aactaattta cctttgtaga gctcatccat gcc 43 <210> 7 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-4-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 7 gctgggatta cacatggcat ggatggtaaa ttagttgtcg cgacgg 46 <210> 8 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-4-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 8 ccgtcgcgac aactaattta ccatccatgc catgtgtaat cccagc 46 <210> 9 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-7-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 9 gtaactgctg ctgggattac acatggtaaa ttagttgtcg cgacgg 46 <210> 10 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-7-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 10 ccgtcgcgac aactaattta ccatgtgtaa tcccagcagc agttac 46 <210> 11 <211> 50 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-10-GlnBP overlap Forward primer seqeunce <400> 11 ccttcttgag tttgtaactg ctgctggggg taaattagtt gtcgcgacgg 50 <210> 12 <211> 50 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Artificial EGFP-10-GlnBP overlap Reverse primer seqeunce <400> 12 ccgtcgcgac aactaattta cccccagcag cagttacaaa ctcaagaagg 50

Claims (9)

형광 공여체가 도입된 L-글루타민-결합 단백질; 및 형광 수용체 단백질을 포함하는, L-글루타민 검출용 FRET 센서.
An L-glutamine-binding protein into which a fluorescent donor is introduced; And a FRET sensor for detecting L-glutamine.
제 1 항에 있어서,
상기 형광 공여체는 비천연 아미노산인 것인, L-글루타민 검출용 FRET 센서.
The method according to claim 1,
Wherein said fluorescent donor is an unnatural amino acid.
제 2 항에 있어서,
상기 비천연 아미노산은 L-(7-하이드록시쿠마린-4-yl)에틸글리신, 3-(6-아세틸나프탈렌-2-yl아미노)-2-아미노프로피온산, 아리코돈-2-yl알라닌, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 아미노산을 포함하는 것인, L-글루타민 검출용 FRET 센서.
3. The method of claim 2,
The non-natural amino acid may be selected from the group consisting of L- (7-hydroxycoumarin-4-yl) ethylglycine, 3- (6-acetylnaphthalen-2-ylamino) -2-aminopropionic acid, Wherein the FRET sensor for detecting L-glutamine comprises an amino acid selected from the group consisting of combinations of &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
제 1 항에 있어서,
상기 형광 수용체 단백질은 녹색 형광체 단백질 (GFP), 변형된 녹색 형광체 단백질 (mGFP), 증강된 녹색 형광체 단백질 (eGFP), 적색 형광체 단백질 (RFP), 변형된 적색 형광체 단백질 (mRFP), 증강된 적색 형광체 단백질 (eRFP), 청색 형광체 단백질 (BFP), 변형된 청색 형광체 단백질 (mBFP), 증강된 청색 형광체 단백질 (eBFP), 황색 형광체 단백질 (YFP), 변형된 황색 형광체 단백질 (mYFP), 증강된 황색 형광체 단백질 (eYFP), 남색 형광체 단백질 (CFP), 변형된 남색 형광체 단백질 (mCFP), 증강된 남색 형광체 단백질 (eCFP), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, L-글루타민 검출용 FRET 센서.
The method according to claim 1,
The fluorescent receptor protein may be selected from the group consisting of green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (mGFP), enhanced green fluorescent protein (eGFP), red fluorescent protein (RFP), modified red fluorescent protein (mRFP) A modified fluorescent substance (eIF), a fluorescent protein (eRFP), a blue fluorescent protein (BFP), a modified blue fluorescent protein (mBFP), an enhanced blue fluorescent protein (eBFP), a yellow fluorescent protein (YFP), a modified yellow fluorescent protein Wherein the protein is selected from the group consisting of protein (eYFP), blue fluorescent protein (CFP), modified blue fluorescent protein (mCFP), enhanced blue fluorescent protein (eCFP), and combinations thereof. FRET sensor for detection.
제 1 항에 있어서,
상기 L-글루타민-결합 단백질은 서열번호 2를 포함하는 것이고, 상기 형광 공여체는 상기 서열번호 2의 L-글루타민-결합 단백질 내 F136 또는 N138 위치에 도입된 것인, L-글루타민 검출용 FRET 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the L-glutamine-binding protein comprises SEQ ID NO: 2 and the fluorescent donor is introduced at the F136 or N138 position in the L-glutamine-binding protein of SEQ ID NO: 2.
제 1 항에 있어서,
상기 형광 수용체 단백질은 상기 L-글루타민-결합 단백질의 N-말단에 연결된 것인, L-글루타민 검출용 FRET 센서.
The method according to claim 1,
Wherein said fluorescent receptor protein is linked to the N-terminus of said L-glutamine-binding protein.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 이용하는, L-글루타민의 검출 방법.
A method for detecting L-glutamine using the FRET sensor for detecting L-glutamine according to any one of claims 1 to 6.
제 7 항에 있어서,
L-글루타민의 농도에 따른 상기 FRET 센서의 FRET 비율의 변화를 측정함으로써 L-글루타민을 검출하는 것인, L-글루타민의 검출 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the L-glutamine is detected by measuring the change in the FRET ratio of the FRET sensor according to the concentration of L-glutamine.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 L-글루타민 검출용 FRET 센서를 포함하는, L-글루타민 검출용 조성물.
A composition for detecting L-glutamine, comprising a FRET sensor for detecting L-glutamine according to any one of claims 1 to 6.
KR1020160173637A 2016-12-19 2016-12-19 Fret sensor for detecting l-glutamine and detecting method of l-glutamine using the same KR101929222B1 (en)

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KR20210021683A (en) * 2019-08-19 2021-03-02 서강대학교산학협력단 Sensor for detecting l-methionine and detecting method of l-methionine using the same
WO2023234513A1 (en) * 2022-05-31 2023-12-07 한국과학기술연구원 Sensor for detecting glutamine by using split glutamine-binding protein and use thereof

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