RU2493260C2 - Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, expression cassette, cell that produces biosensor, isolated fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, isolated nucleic acid that codes fluorescent biosensor, efficiently fused with nucleic acid that codes signal of intracellular localisation - Google Patents

Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, expression cassette, cell that produces biosensor, isolated fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, isolated nucleic acid that codes fluorescent biosensor, efficiently fused with nucleic acid that codes signal of intracellular localisation Download PDF

Info

Publication number
RU2493260C2
RU2493260C2 RU2011148840/10A RU2011148840A RU2493260C2 RU 2493260 C2 RU2493260 C2 RU 2493260C2 RU 2011148840/10 A RU2011148840/10 A RU 2011148840/10A RU 2011148840 A RU2011148840 A RU 2011148840A RU 2493260 C2 RU2493260 C2 RU 2493260C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biosensor
nucleic acid
hydrogen peroxide
fluorescent
cell
Prior art date
Application number
RU2011148840/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011148840A (en
Inventor
Дмитрий Сергеевич Билан
Всеволод Вадимович Белоусов
Сергей Анатольевич Лукьянов
Original Assignee
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ" МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ГБОУ ВПО "НижГМА" МИНЗДРАВСОЦРАЗВИТИЯ РОССИИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ" МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ГБОУ ВПО "НижГМА" МИНЗДРАВСОЦРАЗВИТИЯ РОССИИ) filed Critical ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ" МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ГБОУ ВПО "НижГМА" МИНЗДРАВСОЦРАЗВИТИЯ РОССИИ)
Priority to RU2011148840/10A priority Critical patent/RU2493260C2/en
Publication of RU2011148840A publication Critical patent/RU2011148840A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2493260C2 publication Critical patent/RU2493260C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnologies.
SUBSTANCE: isolated nucleic acid is proposed, which codes a fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, and also an appropriate expression cassette, a biosensor producent cell and an isolated fluorescent biosensor.
EFFECT: group of inventions may be used to detect hydrogen peroxide in live cells having increased recovery half-life.
5 cl, 1 tbl, 3 dwg, 4 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится в основном к области биологии и химии. В частности, изобретение направлено на биосенсоры для детекции пероксида водорода, сконструированные на основе флуоресцентных белков.The present invention relates mainly to the field of biology and chemistry. In particular, the invention is directed to biosensors for the detection of hydrogen peroxide, constructed on the basis of fluorescent proteins.

Флуоресцентные белки семейства GFP (Green Fluorescent Protein, GFP), включая собственно GFP из медузы Aequorea victoria (avGFP), его мутанты и гомологи, сегодня широко известны благодаря их интенсивному использованию в качестве флуоресцентных маркеров in vivo в биомедицинских исследованиях, что детально рассмотрено Lippincott-Schwartz и Patterson в Science (2003) 300(5616):87-91 и Chudakov et al. (Physiol Rev 2010 Jul; 90(3):1103-63).Fluorescent proteins of the GFP family (Green Fluorescent Protein, GFP), including the actual GFP from the jellyfish Aequorea victoria (avGFP), its mutants and homologs, are widely known today due to their intensive use as in vivo fluorescent markers in biomedical research, which was examined in detail by Lippincott Schwartz and Patterson in Science (2003) 300 (5616): 87-91 and Chudakov et al. (Physiol Rev 2010 Jul; 90 (3): 1103-63).

Флуоресцентные белки способны к флуоресценции при облучением светом подходящей длины волны. Флуоресцентные свойства этих белков обусловлены взаимодействием двух или более аминокислотных остатков, формирующих хромофор, а не флуоресценцией какого-либо одного аминокислотного остатка.Fluorescent proteins are capable of fluorescence when irradiated with light of a suitable wavelength. The fluorescence properties of these proteins are due to the interaction of two or more amino acid residues that form the chromophore, and not the fluorescence of any one amino acid residue.

GFP гидромедузы Aequorea aequorea (синоним A. victoria), был описан Johnson et al. в J Cell Comp Physiol.(1962), 60:85-104, как часть биолюминесцентной системы медузы, где GFP играет роль вторичного эммитера, преобразовывающего синий свет от фотобелка экворина в зеленый свет, аGFP hydromedusa Aequorea aequorea (synonym for A. victoria), has been described by Johnson et al. in J Cell Comp Physiol. (1962), 60: 85-104, as part of a bioluminescent jellyfish system, where GFP plays the role of a secondary emitter that converts blue light from an equorin photo protein to green light, and

кДНК, кодирующая A. victoria GFP была клонирована Prasher et al. (Gene (1992), 111(2):229-33). Оказалось, что этот ген может быть гетерологично экспрессирован в практически любом организме благодаря уникальной способности GFP автокаталитически образовывать хромофор (Chalfie et al., Science 263 (1994), 802-805). Эти сведения открыли широкие перспективы для использования GFP в клеточной биологи, в качестве генетически кодируемой флуоресцирующей метки.cDNA encoding A. victoria GFP was cloned by Prasher et al. (Gene (1992), 111 (2): 229-33). It turned out that this gene can be heterologically expressed in almost any organism due to the unique ability of GFP to autocatalytically form a chromophore (Chalfie et al., Science 263 (1994), 802-805). This information has opened up broad prospects for the use of GFP in cell biology as a genetically encoded fluorescent label.

GFP был использован в широком спектре приложений, включая исследование экспрессии генов и локализацию белков (Chalfie et al.. Science 263 (1994), 802-805, and Heim et al. in Proc. Nat. Acad. Sci. (1994), 91: 12501-12504), как инструмент для визуализации внутриклеточного распределения органелл (Rizzuto et al., Curr. Biology (1995), 5: 635-642), для визуализации транспорта белков по секреторному пути (Kaether and Gerdes, FEBS Letters (1995), 369: 267-271).GFP has been used in a wide range of applications, including gene expression studies and protein localization (Chalfie et al. Science 263 (1994), 802-805, and Heim et al. In Proc. Nat. Acad. Sci. (1994), 91 : 12501-12504), as a tool for visualizing the intracellular distribution of organelles (Rizzuto et al., Curr. Biology (1995), 5: 635-642), for visualizing protein transport along the secretory pathway (Kaether and Gerdes, FEBS Letters (1995) 369: 267-271).

Были проведены многочисленные, исследования для улучшения свойств avGFP (Aequorea victoria GFP) и для получения вариантов GFP, пригодных и оптимизированных для различных исследовательских целей. Была проведена оптимизация генетического кода avGFP (codon usage) для повышения уровня экспрессии в клетках млекопитающих ("гуманизированный" GFP, Haas, et al.. Current Biology (1996), 6: 315-324; Yang, et al., Nucleic Acids Research (1996), 24: 4592-4593). Были получены различные мутанты GFP, в том числе "усиленный зеленый флуоресцентный белок" (EGFP), имеющий две аминокислотные замены: F64L и S65T (Heim et al., Nature 373 (1995), 663-664). Другие мутанты являются синим, голубым и желто-зеленым спектральными вариантами avGFP и содержат замены аминокислотных остатков, формирующих хромофор, и/или остатков, формирующих окружение хромофора.Numerous studies have been conducted to improve the properties of avGFP (Aequorea victoria GFP) and to obtain GFP variants suitable and optimized for various research purposes. Genetic code avGFP (codon usage) was optimized to increase expression in mammalian cells (“humanized” GFP, Haas, et al. Current Biology (1996), 6: 315-324; Yang, et al., Nucleic Acids Research (1996), 24: 4592-4593). Various GFP mutants have been prepared, including the Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP) having two amino acid substitutions: F64L and S65T (Heim et al., Nature 373 (1995), 663-664). Other mutants are blue, blue, and yellow-green spectral variants of avGFP and contain substitutions of amino acid residues that form the chromophore and / or residues that form the environment of the chromophore.

В 1999 г., гомологи GFP были клонированы из небиолюминесцентных видов Anthozoa (Matz et al., Nature Biotechnol. (1999), 17: 969-973). Это открытие продемонстрировало, что эти белки не являются обязательно компонентом биолюминесцентной системы.СРР-подобные белки из Anthozoa обладали большим спектральным разнообразием и включали циановые, зеленые, желтые, красные флуоресцентные белки и фиолетово-синие не-флуоресцентные хромопротеины (CPs) (Matz et al., Bioessays (2002), 24(10):953-959). В дальнейшем кДНК GFP-подобных белков были клонированы из ряда гидроидных медуз и из копепод (Shagin et al., Mol Biol Evol. (2004), 21(5):841-850). Сегодня семейство GFP-подобных белков включает сотни флуоресцентных и окрашенных гомологов GFP. Сходство этих белков с GFP варьирует от 80-90% до менее, чем 25% идентичности аминокислотной последовательности.In 1999, GFP homologues were cloned from non-bioluminescent species of Anthozoa (Matz et al., Nature Biotechnol. (1999), 17: 969-973). This discovery demonstrated that these proteins are not necessarily a component of the bioluminescent system. Anthozoa CPP-like proteins had a great spectral diversity and included cyanic, green, yellow, red fluorescent proteins and purple-blue non-fluorescent chromoproteins (CPs) (Matz et al ., Bioessays (2002), 24 (10): 953-959). Subsequently, cDNAs of GFP-like proteins were cloned from a number of hydroid jellyfish and from copepods (Shagin et al., Mol Biol Evol. (2004), 21 (5): 841-850). Today, the family of GFP-like proteins includes hundreds of fluorescent and stained GFP homologues. The similarity of these proteins to GFP varies from 80-90% to less than 25% amino acid sequence identity.

Были получены кристаллические структура avGFP дикого типа, GFP S65T мутанта и ряда гомологов GFP (Ormo et al. Science (1996) 273: 1392-1395; Wall et al. Nat Stmct Biol (2000), 7: 1133-1138; Yarbrough et al. Proc Nati Acad Sci U S A (2001) 98: 462-467; Prescott et al. Structure (Camb) (2003), 11: 275-284; Petersen et al. J Biol Chem (2003), 278: 44626-44631; Wilmann et al. J Biol Chem (2005), 280: 2401-2404; Remington et al. Biochemistry (2005), 44, 202-212; Quillin et al. Biochemistry (2005), 44: 5774-5787). Было постулировано, что все члены семейства обладают общей 3D структурой (GFP-подобным доменом), представляющей собой так называемый "бочонок" из 11 бета-слоев, образующих компактную встречно-параллельную структуру, внутри которой располагается альфа-спираль, содержащая хромофор. Хромофор формируется внутри GFP-подобного домена путем окислительной циклизации трех консервативных аминокислотных остатков в центральном регионе альфа-спирали (Cody et al., Biochemistry (1993) 32, 1212-1218). Положения аминокислотных остатков, формирующих хромофор, соответствует Ser65-Tyr66-Gly67 региону avGFP. Эти аминокислотные остатки легко могут быть идентифицированы у любого GFP-подобного белка путем выравнивания его последовательности с последовательностью avGFP.The crystal structures of wild-type avGFP, GFP S65T mutant, and a number of GFP homologues were obtained (Ormo et al. Science (1996) 273: 1392-1395; Wall et al. Nat Stmct Biol (2000), 7: 1133-1138; Yarbrough et al . Proc Nati Acad Sci USA (2001) 98: 462-467; Prescott et al. Structure (Camb) (2003), 11: 275-284; Petersen et al. J Biol Chem (2003), 278: 44626-44631; Wilmann et al. J Biol Chem (2005), 280: 2401-2404; Remington et al. Biochemistry (2005), 44, 202-212; Quillin et al. Biochemistry (2005), 44: 5774-5787). It was postulated that all members of the family have a common 3D structure (GFP-like domain), which is the so-called “barrel” of 11 beta layers, forming a compact antiparallel structure, inside which there is an alpha helix containing a chromophore. A chromophore is formed within a GFP-like domain by oxidative cyclization of three conserved amino acid residues in the central region of the alpha helix (Cody et al., Biochemistry (1993) 32, 1212-1218). The position of the amino acid residues forming the chromophore corresponds to the Ser65-Tyr66-Gly67 region of avGFP. These amino acid residues can easily be identified in any GFP-like protein by aligning its sequence with the avGFP sequence.

Флуоресцентные белки представляют собой уникальное семейство структурно родственных белков, которые способны формировать хромофор автокаталитически без привлечения внешних субстратов или кофакторов. Под действием индуцирующего света, хромофор производит флуоресценцию, легко детектируемую с помощью современного лабораторного оборудования (спектрофлуориметр, флуоресцентный микроскоп, флуорес-центно-активируемый клеточный сортер, планшетный флуориметр).Fluorescent proteins are a unique family of structurally related proteins that are able to form the chromophore autocatalytically without the use of external substrates or cofactors. Under the influence of inducing light, the chromophore produces fluorescence that can be easily detected using modern laboratory equipment (spectrofluorimeter, fluorescence microscope, fluorescent-activated cell sorter, plate fluorimeter).

Процесс автокаталитического формирования хромофора белков с различными спектральными свойствами подробно описан в ряде статей и включает несколько химических реакций (Heim et al. Proc Nati Acad Sci USA. 1994; 91: 12501-12504; Ormo et al. Science. 1996;273:1392-1395; Yang et al. Nat Biotechnol. 1996; 14:1246-1251; Brejc et al. J. Proc Nati Acad Sci USA. 1997; 94: 2306-2311; Palm et al. Nat Struct Biol. 1997;4:361-365; Gurskaya et al., BMC Biochem. 2001; 2:6; Gross et al. Proc Nati Acad Sci USA. 2000; 97:11990-11995; Wall et al. Nat Struct Biol. 2000; 7:1133-1138; Yarbrough et al., J. Proc Nati Acad Sci USA. 2001;98:462-467; Pakhomov, A. A. and Mar-tynov, V. I. Chem. Biol. 2008, 15, 755- 764; Quillinet al. (2005) Biochemistry 44, 5774-5787; Yampolsky et al. (2005) Biochemistry 44, 5788- 5793; Shu et al. (2006) Biochemistry 45, 9639- 9647; Kikuchi et al. (2008) Biochemistry 47, 11573-11580; Yampolsky et al., Biochemistry, 2009, 48 (33), pp 8077-8082).The process of autocatalytic formation of a chromophore of proteins with different spectral properties is described in detail in several articles and includes several chemical reactions (Heim et al. Proc Nati Acad Sci USA. 1994; 91: 12501-12504; Ormo et al. Science. 1996; 273: 1392- 1395; Yang et al. Nat Biotechnol. 1996; 14: 1246-1251; Brejc et al. J. Proc Nati Acad Sci USA. 1997; 94: 2306-2311; Palm et al. Nat Struct Biol. 1997; 4: 361 -365; Gurskaya et al., BMC Biochem. 2001; 2: 6; Gross et al. Proc Nati Acad Sci USA. 2000; 97: 11990-11995; Wall et al. Nat Struct Biol. 2000; 7: 1133-1138 ; Yarbrough et al., J. Proc Nati Acad Sci USA. 2001; 98: 462-467; Pakhomov, AA and Marynov, VI Chem. Biol. 2008, 15, 755-764; Quillinet al. (2005) Biochemistry 44, 5774-5787; Yampolsky et al. (2005) Biochemistry 44, 5788-5793; Shu et al. (2006) Biochemistry 45, 9639-9647; Kiku chi et al. (2008) Biochemistry 47, 11573-11580; Yampolsky et al., Biochemistry, 2009, 48 (33), pp 8077-8082).

GFP-подобные белки широко используют для создания генетически-кодируемых биосенсоров. Исследование внутриклеточных процессов с помощью таких генетически кодируемых биосенсоров становятся все более популярным, так как только такие сенсоры могут дать информацию об изменении исследуемого параметра.непосредственно в живой системе. Такие биосенсоры востребованы как в фундаментальных исследованиях сигнальных путей организма, так и при тестировании токсических и лекарственных препаратов на модельных клеточных линиях или организмах. В сравнении с химическими и физическими методами регистрации биологически активных субстанций биосенсорами, требующими экзогенно добавляемых красителей, субстратов или кофакторов, генетически кодируемые нанобиосенсоры относятся к классу;, безреагентных и многоразовых сенсоров. Использование флуоресцентных белков в качестве передатчиков информации стало наиболее эффективным подходом к разработке генетически-кодируемых сенсоров.GFP-like proteins are widely used to create genetically encoded biosensors. The study of intracellular processes using such genetically encoded biosensors is becoming increasingly popular, since only such sensors can provide information about changes in the studied parameter directly in a living system. Such biosensors are in demand both in basic research of the body's signaling pathways, and in testing toxic and drug preparations on model cell lines or organisms. Compared with chemical and physical methods for recording biologically active substances with biosensors requiring exogenously added dyes, substrates or cofactors, genetically encoded nanobiosensors belong to the class of ;, reagentless and reusable sensors. The use of fluorescent proteins as transmitters of information has become the most effective approach to the development of genetically encoded sensors.

Биосенсоры на основе флуоресцентных белков представляют собой химерные белки, в состав которых входит сенсорный домен - белковый домен, чувствительный к изменению определенного параметра клетки, например, изменению концентрации какого-либо иона или молекулы (ионов кальция, перекиси водорода, ионов водорода и т.д.). В качестве сигнальной части биосенсора используют GFP-подобные белки или их варианты, подвергнутые круговой пермутации (Suslova and Chudakov, Trends Biotechnol. 23(12) (2005), 605-13; Griesbeck, Curr Opin NeurobioL, 2004, v.14(5), pp.636-641; Bunt and Wouters, Int Rev CytoL, 2004, v.237, pp.205-277).Biosensors based on fluorescent proteins are chimeric proteins, which include a sensory domain - a protein domain that is sensitive to a change in a specific cell parameter, for example, a change in the concentration of any ion or molecule (calcium ions, hydrogen peroxide, hydrogen ions, etc. .). GFP-like proteins or their variants subjected to circular permutation are used as a signal part of the biosensor (Suslova and Chudakov, Trends Biotechnol. 23 (12) (2005), 605-13; Griesbeck, Curr Opin NeurobioL, 2004, v.14 (5 ), pp. 636-641; Bunt and Wouters, Int Rev CytoL, 2004, v. 237, pp. 205-277).

Создание пермутированных GFP-подобных белков необходимо для увеличения подвижности хромофорного окружения и, следовательно, для большей лабильности спектральных свойств белка. Круговая пермутация флуоресцентных белков описана Topell S. и Glockshuber R. (Methods in Molecular Biology. 183, 31-48; 2002). Например, для круговой пермутации avGFP в его первичную структуру вносится разрыв в область между 144 и 149 аминокислотами, нативные N- и С - концы совмещаются при помощи полипептидного линкера. Новые N- и С - концы находятся в непосредственной близости от хромофора и могут влиять на его микроокружение. Круговая пермутация производится.на уровне нуклеиновой кислоты путем оперативного сшивания 3'- и 5'- концов нуклеотидной последовательности, кодирующей флуоресцентный белок, и внесения разрыва в последовательность между кодонами, кодирующими новые N и С - концевые аминокислоты. Методы для получения таких конструкций хорошо известны специалистам в данной области.The creation of permuted GFP-like proteins is necessary to increase the mobility of the chromophore environment and, therefore, for greater lability of the spectral properties of the protein. Circular permutation of fluorescent proteins is described by Topell S. and Glockshuber R. (Methods in Molecular Biology. 183, 31-48; 2002). For example, for circular permutation of avGFP, a gap is introduced into its primary structure between 144 and 149 amino acids, the native N- and C-ends are combined using a polypeptide linker. The new N- and C-ends are in close proximity to the chromophore and can affect its microenvironment. Circular permutation is performed at the nucleic acid level by operatively stitching the 3 ′ and 5 ′ ends of the nucleotide sequence encoding the fluorescent protein and introducing a gap in the sequence between the codons encoding the new N and C terminal amino acids. Methods for obtaining such structures are well known to specialists in this field.

В результате круговой пермутации кпфб приобретает способность реагировать на конформационные перестройки в области новых N и С - концов изменением спектра флуоресценции (сенсоры с использованием обычных флуоресцентных белков оказались малочувствительными). Эффективность биосенсоров на основе кпфб, полученных из avGFP была продемонстрирована на примере сенсора на ионы кальция (Nagai et al, Proc Nati Acad Sci USA. 98(6) (2001), 197-202). кпфб был так же использован для изготовления сенсора на пероксид водорода HyPer (Belousov et al., Nature Method.4, 281-286; 2006).As a result of circular permutation, cpfb acquires the ability to respond to conformational rearrangements in the region of new N and C - ends by changing the fluorescence spectrum (sensors using conventional fluorescent proteins turned out to be insensitive). The efficacy of cfpb biosensors derived from avGFP has been demonstrated using a calcium ion sensor (Nagai et al, Proc Nati Acad Sci USA. 98 (6) (2001), 197-202). cfb was also used to fabricate the HyPer hydrogen peroxide sensor (Belousov et al., Nature Method. 4, 281-286; 2006).

HyPer представляет собой химерный белок, состоящий из регуляторного домена белка OxyR E.coli, реагирующего с пероксидом водорода и интегрированного в пептидную цепь OxyR пермутированного желтого флуорес-центного белка cpYFP (рис.1). HyPer представляет собой конструкцию, в которой cpYFP соединен с двумя: фрагментами чувствительного к H2O2 домена OxyR посредством коротких пептидных линкеров. Нуклеотидные последовательности, кодирующие фрагменты белка OxyR и cpYFP оперативно сшиты между собой с использованием линкерных последовательностей. Линкерные последовательности - нуклеотидные последовательности, кодирующие одну или несколько аминокислот, используются для повышения подвижности частей химерного белка относительно друг друга и способствуют его лучшему фолдированию (формированию правильной 3D-структуры).HyPer is a chimeric protein consisting of the regulatory domain of E. coli OxyR protein reacting with hydrogen peroxide and integrating the permuted yellow fluorescent protein cpYFP into the OxyR peptide chain (Fig. 1). HyPer is a construct in which cpYFP is coupled to two : fragments of the H 2 O 2 sensitive OxyR domain via short peptide linkers. Nucleotide sequences encoding fragments of the OxyR protein and cpYFP are quickly crosslinked using linker sequences. Linker sequences - nucleotide sequences encoding one or more amino acids, are used to increase the mobility of parts of the chimeric protein relative to each other and contribute to its better folding (formation of the correct 3D structure).

Транскрипционный фактор Е.coli OxyR активирует экспрессию ряда генов в ответ на увеличение концентрации H2O2. OxyR состоит из двух доменов, различающихся функционально. N-концевой домен (первые 80 аминокислот) образует ДНК-связывающий участок, в то время как С-концевой домен (81 - 305 аминокислот) выполняет регуляторную функцию и способствует олигомеризации белка (Choi et al., Cell. 105, 103 - 113;2001). В присутствии Нг02 происходит образование дисульфидной связи между цис-теиновыми остатками Cys-199 и Cys-208 OxyR белка, что приводит к кон-формационным изменениям всего регуляторного домена OxyR (Belousov et al., Nature Method.4, 281 - 286; 2006).The transcription factor E. coli OxyR activates the expression of a number of genes in response to an increase in the concentration of H 2 O 2 . OxyR consists of two domains that differ functionally. The N-terminal domain (the first 80 amino acids) forms a DNA-binding site, while the C-terminal domain (81 - 305 amino acids) has a regulatory function and promotes protein oligomerization (Choi et al., Cell. 105, 103 - 113; 2001). In the presence of HgO2, a disulfide bond forms between the cysteine residues of Cys-199 and Cys-208 OxyR protein, which leads to conformational changes in the entire regulatory domain of OxyR (Belousov et al., Nature Method.4, 281 - 286; 2006) .

HyPer является уникальным инструментом, позволяющим анализировать изменение концентрации перекиси водорода внутри живых клеток. Перекись водорода (H2O2) - важная сигнальная молекуля, ответственная за включение ряда внутриклеточных каскадов (Yoshizumi et al, J Biol Chem. 2000, V. 275(16), pp.11706-11712; Abe et al, J Biol Chem. 1996, V. 271(28), pp.16586-16590; Schreck et al, EMBO J. 1991, V. 10(8), pp.2247-2258; Meyer et al, EMBO J. 1993, V. 12(5), pp.2005-2015). Многие внешние стимулы вызывают внутриклеточную продукцию H2O2, которая в свою очередь приводит к активации белковых каскадов. При появлении перекиси водорода в окружающей HyPer среде, происходит окисление домена OxyR и изменение его конформации, которое в свою очередь вызывает изменение спектральных характеристик флуоресцентного белка. Эти изменения могут быть зарегистрированы с помощью визуального скрининга, спектрофото-метрии, спектрофлуориметрии, флуоресцентной микроскопии, с помощью FACS или другим общепринятым способом для регистрации спектральных характеристик флуоресценции. Через некоторое время происходит восстановление биосенсора за счет работы клеточных системам, восстанавливающих дисульфидные связи в домене OxyR. Восстановление OxyR in vitro глуторедоксином-1 и тиоредоксином было показано Aslund et al. (Biochemistry. 96, 6161 - 6165;1999).HyPer is a unique tool for analyzing changes in the concentration of hydrogen peroxide inside living cells. Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is an important signaling molecule responsible for the incorporation of a number of intracellular cascades (Yoshizumi et al, J Biol Chem. 2000, V. 275 (16), pp. 11706-11712; Abe et al, J Biol Chem . 1996, V. 271 (28), pp. 16586-16590; Schreck et al, EMBO J. 1991, V. 10 (8), pp. 2247-2258; Meyer et al, EMBO J. 1993, V. 12 (5), pp. 2005-2015). Many external stimuli cause intracellular production of H 2 O 2 , which in turn leads to the activation of protein cascades. When hydrogen peroxide appears in the environment of HyPer, the OxyR domain is oxidized and its conformation changes, which in turn causes a change in the spectral characteristics of the fluorescent protein. These changes can be detected by visual screening, spectrophotometry, spectrofluorimetry, fluorescence microscopy, using FACS or other conventional method for recording the spectral characteristics of fluorescence. After some time, the biosensor is restored due to the work of cell systems that restore disulfide bonds in the OxyR domain. In vitro reduction of OxyR with glutoredoxin-1 and thioredoxin has been shown by Aslund et al. (Biochemistry. 96, 6161-6165; 1999).

Был разработан вариант HyPer, названный HyPer2 с увеличенным динамическим диапазоном (Markvicheva et al., Bioorg Med Chem. 2011; 19(3):1079-84). HyPer2 был получен внесением; мутации A406V в последовательность HyPer. HyPer2 имеет улучшенный примерно в 2-раза динамический диапазон, нежели HyPer.A HyPer variant has been developed called HyPer2 with an increased dynamic range (Markvicheva et al., Bioorg Med Chem. 2011; 19 (3): 1079-84). HyPer2 was obtained by incorporation; A406V mutations in the HyPer sequence. HyPer2 has an approximately 2-fold improved dynamic range than HyPer.

HyPer и HyPer2 позволяют отслеживать динамические изменения концентрации Нз02 в режиме реального времени, однако вследствие относительно высоких скоростей восстановления OxyR домена, невозможно выявлять и продолжительное время отслеживать клетки, которые прореагировали на стимуляцию производством пероксида водорода. Иными словами, биосенсоры HyPer и HyPer2 работают как «динамические» сенсоры, но не могут быть использованы как «накопительные». Это ограничивает область применения HyPer и HyPer2 для мониторинга изменений концентрации НзОз, например, в системах in vivo, или при сортировке клеток активированной флюоресценцией (FACS). То есть, когда нужно, чтобы сигнал биосенсора сохранялся в течение времени, необходимого для обработки биологических образцов (например, когда необходимо фиксировать ткани и изготовлять срезы тканей для дальнейшего'изучения или когда нужно время для нанесения образцов на FACS-машину).HyPer and HyPer2 allow real-time monitoring of dynamic changes in H3O2 concentration, however, due to the relatively high recovery rates of the OxyR domain, it is not possible to detect cells that have responded to stimulation by the production of hydrogen peroxide for a long time. In other words, the HyPer and HyPer2 biosensors work as “dynamic” sensors, but cannot be used as “storage” ones. This limits the scope of HyPer and HyPer2 for monitoring changes in the concentration of НзОз, for example, in in vivo systems, or when sorting cells by activated fluorescence (FACS). That is, when it is necessary that the biosensor signal is maintained for the time necessary for processing biological samples (for example, when it is necessary to fix tissues and make tissue sections for further study or when time is needed for applying samples to a FACS machine).

Настоящее изобретение обеспечивает выделенные молекулы нуклеиновых кислот, кодирующих флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, обладающий уменьшенной скоростью восстановления после реакции с пероксидом водорода по сравнению с HyPer и HyPer2. В некоторых воплощениях, нуклеиновая кислота настоящего изобретения кодирует флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, аминокислотная последовательность которого отличается от последовательности HyPer2 (SEQ ID NO:1) по крайней мере, одной аминокислотной заменой. В некоторых воплощениях, это замена в регуляторном домене OxyR. В некоторых воплощениях, это замена по положению 34 в аминокислотной последовательности, представленной в (SEQ ID NO:1). В некоторых воплощениях, это замена H34Y.The present invention provides isolated nucleic acid molecules encoding a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide, having a reduced recovery rate after reaction with hydrogen peroxide compared to HyPer and HyPer2. In some embodiments, the nucleic acid of the present invention encodes a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide, the amino acid sequence of which differs from the HyPer2 sequence (SEQ ID NO: 1) by at least one amino acid substitution. In some embodiments, this is a replacement in the OxyR regulatory domain. In some embodiments, this is a substitution at position 34 in the amino acid sequence shown in (SEQ ID NO: 1). In some embodiments, this is a replacement for H34Y.

В некоторых воплощениях, нуклеиновая кислота настоящего изобретения кодирует флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, имеющий аминокислотную последовательность, показанную в SEQ ID NO:4. В некоторых воплощениях, нуклеиновая кислота настоящего изобретения имеет нук-леотидную последовательность, показанную в SEQ ID NO:03. В некоторых воплощениях, нуклеиновая кислота настоящего изобретения кодирует флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, слитый с сигналом внутриклеточной локализации.In some embodiments, the nucleic acid of the present invention encodes a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. In some embodiments, the nucleic acid of the present invention has the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 03. In some embodiments, the nucleic acid of the present invention encodes a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide fused to an intracellular localization signal.

В некоторых воплощениях, нуклеиновая кислота настоящего изобретения кодирует флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, который обладает меньшей скоростью восстановления после окисления, происходящего в процессе взаимодействия сенсора с пероксидом водорода, чем с HyPer и HyPer2.In some embodiments, the nucleic acid of the present invention encodes a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide, which has a lower recovery rate after oxidation during the interaction of the sensor with hydrogen peroxide than with HyPer and HyPer2.

Молекулы нуклеиновых кислот, которые отличаются от представленных нуклеотидных последовательностей вследствие вырожденности генетического кода так же входят в рамки настоящего изобретения. В других воплощениях также обеспечиваются векторы, включающие нуклеиновую кислоту настоящего изобретения. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает кассеты экспрессии, включающие нуклеиновую кислоту настоящего изобретения и регуляторные элементы, необходимые для экспрессии нуклеиновой кислоты в выбранной клетке-хозяине. Кроме того, также обеспечиваются клетки, стабильные клеточные линии, трансгенные животные и трансгенные растения, включающие нуклеиновые кислоты, векторы или экспрессионные кассеты настоящего изобретения. В других воплощениях обеспечиваются функциональные флуоресцентные биосенсоры настоящего изобретения, которые кодируются нуклеиновыми кислотами указанными выше. Кроме того, обеспечиваются набор, содержащий нуклеиновые кислоты и/или векторы и/или экспрессионные кассеты, включающие указанные нуклеиновые кислоты настоящего изобретения.Nucleic acid molecules that differ from the presented nucleotide sequences due to the degeneracy of the genetic code are also included in the scope of the present invention. In other embodiments, vectors comprising the nucleic acid of the present invention are also provided. In addition, the present invention provides expression cassettes comprising the nucleic acid of the present invention and the regulatory elements necessary for expression of the nucleic acid in a selected host cell. In addition, cells, stable cell lines, transgenic animals and transgenic plants including nucleic acids, vectors or expression cassettes of the present invention are also provided. In other embodiments, the functional fluorescent biosensors of the present invention are provided, which are encoded by the nucleic acids indicated above. In addition, a kit is provided comprising nucleic acids and / or vectors and / or expression cassettes comprising said nucleic acids of the present invention.

Краткое описание рисунковBrief Description of Drawings

Рисунок 1 илюстрирует принципиальную схему строения биосенсора для детекции пероксида водорода.Figure 1 illustrates a schematic diagram of the structure of a biosensor for the detection of hydrogen peroxide.

Рисунок 2 иллюстрирует динамику изменения сигнала вариантов биосенсора HyPer во времени после добавления пероксида водорода.Figure 2 illustrates the dynamics of the signal variation of the HyPer biosensor over time after addition of hydrogen peroxide.

Рисунок 3 показывает сравнение среднего значения для полупериода окисления и восстановления вариантов биосенсора HyPer (n=20, Р<0.05).Figure 3 shows a comparison of the average value for the half-period of oxidation and reduction of variants of the HyPer biosensor (n = 20, P <0.05).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Для более полного раскрытия вышеперечисленных характеристик настоящего изобретения ниже предлагается детальное описание изобретения, кратко сформулированного выше, в виде ссылок на воплощения, некоторые из которых проиллюстрированы дополнительными фигурами. При этом следует отметить, что прилагаемые фигуры иллюстрируют лишь типичные воплощения настоящего изобретения и, следовательно, не должны быть восприняты в качестве ограничения объема изобретения, которое может допускать другие в равной степени эффективные воплощения.To more fully disclose the above characteristics of the present invention, a detailed description of the invention, summarized above, in the form of links to embodiments, some of which are illustrated by additional figures, is provided below. It should be noted that the accompanying figures illustrate only typical embodiments of the present invention and, therefore, should not be construed as limiting the scope of the invention, which may allow other equally effective embodiments.

Как указано выше, настоящее изобретение направлено на молекулы нуклеиновых кислот, которые кодируют мутантный вариант биосенсора HyPer, обладающие уменьшенной скоростью восстановления после реакции с пероксидом водорода. Нуклеиновые кислоты настоящего изобретения получены с помощью рекомбинантных технологий. В предпочтительных воплощениях, нуклеиновые кислоты настоящего изобретения кодируют белок, имеющий аминокислотную последовательность, показанную в SEQ ID NO:4. В некоторых воплощениях, нуклеиновые кислоты, кодируют белок, имеющий аминокислотную последовательность, показанную в SEQ ID NO:4, слитый с сигналом определенной внутриклеточной локализации. Также обеспечиваются векторы и кассеты экспрессии, включающие нуклеиновую кислоту настоящего изобретения. Кроме того, обеспечиваются клетки, стабильные клеточные линии, трансгенные животные и трансгенные растения, включающие нуклеиновые кислоты, векторы или экспрессионные кассеты настоящего изобретения.As indicated above, the present invention is directed to nucleic acid molecules that encode a mutant version of the HyPer biosensor, having a reduced recovery rate after reaction with hydrogen peroxide. Nucleic acids of the present invention obtained using recombinant technologies. In preferred embodiments, the nucleic acids of the present invention encode a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. In some embodiments, the nucleic acids encode a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 fused to a specific intracellular localization signal. Also provided are vectors and expression cassettes comprising the nucleic acid of the present invention. In addition, provided are cells, stable cell lines, transgenic animals and transgenic plants, including nucleic acids, vectors or expression cassettes of the present invention.

Указанные нуклеиновые кислоты применяются во многих различных приложениях и методах, в частности, для мониторинга изменений концентрации пероксида водорода внутри живых клеток и выявления клеток, в которых произошла активация продукции переоксида водорода. Наконец, обеспечиваются наборы для их использования в таких методах и приложениях.These nucleic acids are used in many different applications and methods, in particular, to monitor changes in the concentration of hydrogen peroxide inside living cells and to identify cells in which the production of hydrogen peroxide has been activated. Finally, kits are provided for their use in such methods and applications.

ОпределенияDefinitions

Различные термины, относящиеся к биологическим молекулам настоящего изобретения, используются выше и также в описании и в формуле изобретения.Various terms relating to the biological molecules of the present invention are used above and also in the description and in the claims.

Как здесь используется, термин "флуоресцентный белок" означает белок, относящийся к семейству GFP-подобных белков, который обладает способностью к флуоресценции; например, он может проявлять низкую, среднюю или интенсивную флуоресценцию при облучении светом с подходящей для возбуждения длиной волны. Флуоресцентное свойство флуоресцентного белка представляет собой такое свойство, которое является результатом работы хромофора, образующегося путем автокаталитической циклизации трех или более аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Как таковые флуоресцентные белки настоящего изобретения не включают белки, которые обладают флуоресценцией за счет отдельных флуоресцирующих остатков, таких как триптофан, тирозин и фенилаланин. Термин «флуоресцентный белок» относится так же к флуоресцентным белкам GFP-семейства, подвергнутым круговой пермутации.As used here, the term "fluorescent protein" means a protein belonging to the family of GFP-like proteins, which has the ability to fluorescence; for example, it may exhibit low, medium, or intense fluorescence when irradiated with light at a suitable wavelength for excitation. The fluorescent property of a fluorescent protein is such a property, which is the result of the work of a chromophore formed by autocatalytic cyclization of three or more amino acid residues in a polypeptide chain. As such, the fluorescent proteins of the present invention do not include proteins that exhibit fluorescence due to individual fluorescent residues such as tryptophan, tyrosine and phenylalanine. The term “fluorescent protein” also refers to fluorescent proteins of the GFP family subjected to circular permutation.

Как здесь используется, термин "avGFP" относится к зеленому флуоресцентному белку из медузы Aequorea victoria, включая варианты avGFP, известные из уровня техники, сконструированные для обеспечения большей интенсивности флуоресценции или флуоресценции в других цветовых областях. Последовательность дикого типа avGFP была раскрыта в Prasher et al. (1992, Gene 111: 229-33).As used here, the term "avGFP" refers to a green fluorescent protein from Aequorea victoria jellyfish, including avGFP variants known in the art, designed to provide greater fluorescence or fluorescence intensity in other color areas. The wild-type avGFP sequence has been disclosed in Prasher et al. (1992, Gene 111: 229-33).

Как здесь используется, термин "флуоресцентный белок, подвергнутый круговой пермутации" или "кпфб" относится к белку, полученному из флуоресцентного белка (например из avGFP) с помощью генно-инженерной модификации нуклеиновой кислоты, в результате которой С- и N- концы исходного флуоресцентного белка оказываются оперативно слиты, а новые С- и N- концы формируются вблизи хромофора. Круговая пермутация не влияет на формирование «бочонка» GFP-подобного домена и формирование активного (способного к флуоресценции) хромофора. Круговая пермутация приводит к тому, что кпФБ приобретает способность менять спектральные характеристики при конформационных изменениях белковых доменов или полипептидов, оперативно слитых с его С- и N-концами.As used herein, the term “circularly permuted fluorescent protein” or “cfpb” refers to a protein derived from a fluorescent protein (eg, avGFP) using genetic engineering modification of a nucleic acid, resulting in the C- and N- ends of the original fluorescent the protein is quickly fused, and new C- and N-ends are formed near the chromophore. Circular permutation does not affect the formation of a “barrel” of a GFP-like domain and the formation of an active (capable of fluorescence) chromophore. Circular permutation leads to the fact that cpFB acquires the ability to change spectral characteristics upon conformational changes in protein domains or polypeptides operatively fused to its C- and N-ends.

Термин "гуманизированный" относится к изменению нуклеотидной последовательности флуоресцентного белка, сделанной для оптимизации генетического кода кодонов для экспрессии в клетках млекопитающих (Yang et al„ 1996, Nucleic Acids Research 24:4592-4593).The term “humanized” refers to a change in the nucleotide sequence of a fluorescent protein made to optimize the genetic code of codons for expression in mammalian cells (Yang et al 1996, Nucleic Acids Research 24: 4592-4593).

Как здесь используется, термин "выделенный" означает молекулу или клетку, которые находятся в среде, отличной от среды, в которой молекула или клетка находятся в естественных условиях.As used here, the term "isolated" means a molecule or cell that is in an environment other than the environment in which the molecule or cell is in vivo.

Как здесь используется, термин "мутант" или "производное" относятся к белку, раскрытому в настоящем изобретении, в котором одна или более аминокислот добавлены и/или замещены и/или удалены (делегированы) и/или вставлены (инсертированы) в N-конец и/или С-конец, и/или в пределах нативных аминокислотных последовательностей белков настоящего изобретения. Как здесь используется, термин "мутант" относится к молекуле нуклеиновой кислоты, которая кодирует мутантный белок. Кроме того, термин "мутант" здесь относится к любому варианту, который короче или длиннее белка или нуклеиновой кислоты.As used herein, the term “mutant” or “derivative” refers to a protein disclosed in the present invention in which one or more amino acids are added and / or substituted and / or deleted (delegated) and / or inserted (inserted) at the N-terminus and / or C-terminus and / or within the native amino acid sequences of the proteins of the present invention. As used here, the term "mutant" refers to a nucleic acid molecule that encodes a mutant protein. In addition, the term “mutant” refers to any variant that is shorter or longer than a protein or nucleic acid.

Как здесь используется, "гомология" - это термин, использующийся для описания взаимосвязи последовательностей нуклеотидов или аминокислот с другими последовательностями нуклеотидов или аминокислот, которая определена степенью идентичности и/или сходства между указанными сравниваемыми последовательностями.As used herein, “homology” is a term used to describe the relationship of nucleotide or amino acid sequences to other nucleotide or amino acid sequences, which is determined by the degree of identity and / or similarity between said compared sequences.

Как здесь используется, аминокислотная или нуклеотидная последовательности "по существу сходны" или "по существу такие же как референсная последовательность, если аминокислотная или нуклеотидная последовательности имеют по крайней мере 85% идентичности с указанной последовательностью внутри выбранного для сравнения региона. Таким образом, по существу сходные последовательности включают те, которые имеют, например, по крайней мере, 85% идентичности, по крайней мере, 90% идентичности, по крайней мере, 95% идентичности или по крайней мере, 96%б 97%б 98% или 99% идентичности. Две последовательности, которые идентичны одна другой, так же по существу сходны.As used herein, an amino acid or nucleotide sequence is “substantially similar” or “substantially the same as a reference sequence if the amino acid or nucleotide sequence has at least 85% identity with the indicated sequence within the region selected for comparison. Thus, substantially similar sequences include those that have, for example, at least 85% identity, at least 90% identity, at least 95% identity, or at least 96% and 97% b 98% or 99% identity Two sequences that are identical to one another are also essentially similar.

Процент идентичности последовательностей определяется на основании референсной последовательности. Алгоритмы для анализа последовательности известны в данной области, такие как BLAST, описанный в Altschul et al., J. Mol. BioL, 215, pp.403-10 (1990). Для целей настоящего изобретения сравнение нуклеотидных и аминокислотных последовательностей производимое с помощью пакета программ Blast, предоставляемого National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast) с использованием содержащего разрывы выравнивания со стандартными параметрами, может быть использовано для определения уровня идентичности и сходства между нуклеотидными последовательностями и аминокислотными последовательностями.The percentage of sequence identity is determined based on the reference sequence. Algorithms for sequence analysis are known in the art, such as BLAST described in Altschul et al., J. Mol. BioL, 215, pp. 403-10 (1990). For the purposes of the present invention, nucleotide and amino acid sequence comparisons performed using the Blast software package provided by the National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast) using alignment breaks with standard parameters can be used to determine the level of identity and similarity between nucleotide sequences and amino acid sequences.

Как здесь используется, термин "подобные белки" или "по существу сходные белки" относится к белкам, которые имеют аминокислотные последовательности, идентичные по крайней мере на 85%, как правило идентичные на 90% или более, чаще всего идентичные по крайней мере на 95% или более (например на 96% и более, 97% и более, 98% и более, 99% и более, 100%). Длина гомологичных аминокислотных последовательностей у «подобных белков» при этом может составлять, по крайней мере, 100 аминокислотных остатков, чаще, по крайней мере, 200 аминокислотных остатков, или 300 аминокислотных остатков.As used herein, the term “similar proteins” or “substantially similar proteins” refers to proteins that have amino acid sequences that are at least 85% identical, typically 90% or more identical, most often at least 95 identical % or more (for example, 96% or more, 97% or more, 98% or more, 99% or more, 100%). In this case, the length of homologous amino acid sequences of “similar proteins” can be at least 100 amino acid residues, more often at least 200 amino acid residues, or 300 amino acid residues.

В некоторых воплощениях, термин "подобные белки" или "по существу сходные белки" относится к белкам, которые имеют аминокислотные последовательности целого белка идентичные по крайней мере на 85%, как правило идентичные на 90% или более, чаще всего идентичные по крайней мере на 95% или более (например на 96% и более, 97% и более, 98% и более, 99% и более, 100%).In some embodiments, the term “similar proteins” or “substantially similar proteins” refers to proteins that have the amino acid sequences of a whole protein at least 85% identical, typically 90% or more identical, most often identical at least 95% or more (for example, 96% or more, 97% or more, 98% or more, 99% or more, 100%).

Как здесь используется, термин "функциональный" означает, что нуклеотидная или аминокислотная последовательность может функционировать для указанного испытания или задачи. Термин "функциональный", используемый для описания биосенсора для детекции пероксида водорода настоящего изобретения, означает, что он меняет спектральные характеристики при увеличении концентрации пероксида водорода в среде.As used here, the term "functional" means that the nucleotide or amino acid sequence can function for the specified test or task. The term "functional" used to describe the biosensor for detecting hydrogen peroxide of the present invention means that it changes spectral characteristics with increasing concentration of hydrogen peroxide in the medium.

Как здесь используется, термин «среда» по отношению к биосенсору для детекции пероксида водорода означает любую среду, в которой этот биосенсор может функционировать. Для выделенного белка это может быть любой буферный раствор, в котором этот сенсор сохраняет функциональность. Для белка, экспрессированного в клетке, это цитоплазма или внутриклеточный компартмент, в котором биосенсор локализован.As used here, the term "medium" in relation to a biosensor for the detection of hydrogen peroxide means any medium in which this biosensor can function. For an isolated protein, this can be any buffer solution in which this sensor retains functionality. For a protein expressed in a cell, it is the cytoplasm or intracellular compartment in which the biosensor is localized.

Как здесь используется, "биохимические свойства" относятся к белковому фолдингу (сворачиванию) и скорости созревания, полупериоду окисления, полупериоду восстановления после реакции с пероксидом водорода, времени полужизни, способности к агрегации, способности к олигомеризации, рН и температурной стабильности, и другим подобным свойствам.As used herein, “biochemical properties” refer to protein folding (folding) and maturation rate, half-life of oxidation, half-life of recovery after reaction with hydrogen peroxide, half-life, ability to aggregate, ability to oligomerize, pH and temperature stability, and other similar properties .

Как здесь используется, "флуоресцентные свойства" или "спектральные свойства" относятся к коэффициенту молярной экстинкции при подходящей длине волны, к квантовому выходу флуоресцентции, форме спектра возбуждения флуоресценции или спектра испускания, длине волны, соответствующей максимуму возбуждения флуоресценции, и длине волны, соответствующей максимуму испускания, отношению амплитуды возбуждения флуоресценции при двух разных длинах волн, отношению амплитуды испускания при двух разных длинах волн, времени жизни возбужденного состояния, и анизотропии оптических свойств. Измеряемая разница может быть определена как количество любого количественного флуоресцентного свойства, например, интенсивность флуоресцентции при определенной длине волны, или интегральная флуоресценция на всем спектре испускания.As used herein, “fluorescence properties” or “spectral properties” refer to the molar extinction coefficient at a suitable wavelength, the quantum yield of fluorescence, the shape of the fluorescence excitation spectrum or emission spectrum, the wavelength corresponding to the maximum fluorescence excitation, and the wavelength corresponding to the maximum emission, the ratio of the amplitude of the excitation of fluorescence at two different wavelengths, the ratio of the amplitude of the emission at two different wavelengths, the lifetime of the excited state effects, and anisotropy of optical properties. The measured difference can be defined as the amount of any quantitative fluorescence property, for example, the fluorescence intensity at a specific wavelength, or the integral fluorescence over the entire emission spectrum.

Как здесь используется, "агрегация" относится к склонности или способности экспрессированного белка формировать нерастворимый осадок (агрегаты). "Агрегация" должна быть отличаема от "олигомеризации". В частности, мутанты с уменьшенной способностью к агрегации, например, с увеличенной растворимостью, не обязательно имеют уменьшенную способность к олигомеризации.As used herein, “aggregation” refers to the tendency or ability of an expressed protein to form an insoluble precipitate (aggregates). "Aggregation" should be distinguishable from "oligomerization". In particular, mutants with reduced ability to aggregate, for example, with increased solubility, do not necessarily have a reduced ability to oligomerization.

Как здесь используется, "олигомеризация" относится к склонности или способности экпрессированного белка формировать комплексы (олигоме-ры) в результате специфического взаимодействия двух или более полипептидов. Указанное специфическое взаимодействие наблюдается в специальных условиях, например, в физиологических условиях, и относительно стабильно в этих условиях. Ссылка на "способность" белков олигомеризоваться означает, что белки могут формировать димеры, триммеры, тетрамеры или подобные комплексы в специальных условиях. Как правило, флуоресцентные белки обладают способностью к олигомеризации в физиологических условиях. Флуоресцентные белки могут также олигомеризоваться при других, например, рН, нежели рН при физиологических условиях. Условия, при которых флуоресцентные белки формируют олигомеры или проявляют склонность к олигомеризации могут быть определены с помощью хорошо известных методов, таких как гель-фильтрация или иным способом известным в данной области.As used herein, “oligomerization” refers to the tendency or ability of an expressed protein to form complexes (oligomers) as a result of the specific interaction of two or more polypeptides. The specified specific interaction is observed under special conditions, for example, in physiological conditions, and is relatively stable under these conditions. A reference to the “ability” of proteins to oligomerize means that proteins can form dimers, trimmers, tetramers, or similar complexes under special conditions. As a rule, fluorescent proteins are capable of oligomerization under physiological conditions. Fluorescent proteins can also oligomerize under conditions other than, for example, pH than pH under physiological conditions. The conditions under which fluorescent proteins form oligomers or show a tendency to oligomerization can be determined using well-known methods such as gel filtration or otherwise known in the art.

Ссылка на нуклеотидную последовательность "кодирующую" полипептид означает, что с нуклеотидной последовательности в ходе трансляции и транскрипции мРНК продуцируется этот полипептид. При этом может быть указана как кодирующая цепь, идентичная мРНК и обычно используемая в списке последовательностей, так и комплементарная цепь, которая используется как матрица при транскрипции. Как очевидно для любого специалиста в данной области техники, термин так же включает любые вырожденные нуклеотидные последовательности кодирующие одинаковую аминокислотную последовательность. Нуклеотидная последовательности кодирующие полипептид включают последовательности, содержащие интроны.Reference to the nucleotide sequence of the "coding" polypeptide means that the polypeptide is produced from the nucleotide sequence during translation and transcription of mRNA. In this case, both a coding chain identical to mRNA and usually used in the list of sequences can be indicated, as well as a complementary chain that is used as a template for transcription. As is obvious to any person skilled in the art, the term also includes any degenerate nucleotide sequences encoding the same amino acid sequence. Nucleotide sequences encoding a polypeptide include sequences containing introns.

Термин "оперативно связанный", «оперативно слитый» или ему подобный при описании структуры биосенсора или химерных белков на его основе относится к полипептидным последовательностям, которые находятся в физической и функциональной связи одна с другой. В наиболее предпочтительных воплощениях, основные функции полипептидных компонентов химерной молекулы не изменены по сравнению с функциональными свойствами выделенных полипептидных компонентов. Например, OxyR домен, входящий в состав биосенсора настоящего изобретения, сохраняет способность связывать пероксид водорода, а кпБФ - способность к флуоресценции. В случае, когда биосенсор настоящего изобретения сшит с представляющим интерес сигналом внутриклеточной локализации, химерный белок сохраняет способность реагировать на появление пероксида водорода, но локализуется в определенном клеточном компартменте. Как очевидно для любого специалиста в данной области техники, нуклеотидные последовательности, кодирующие химерный белок, включающий "оперативно связанные" компоненты (белки, полипептиды, линкерные последовательности, белковые домены и т.д.), состоят из фрагментов, кодирующих указанные компоненты, где эти фрагменты ковалентно связаны таким образом, что в ходе трансляции и транскрипции нуклеотидной последовательности продуцируется полноразмерный химерный белок. Иными словами, фрагменты соединены таким образом, что в местах их соединения отсутствуют 'сбойки' рамки считывания и стоп-кодоны.The term “operatively linked”, “operatively fused” or the like when describing the structure of a biosensor or chimeric proteins based on it refers to polypeptide sequences that are in physical and functional connection with each other. In the most preferred embodiments, the basic functions of the polypeptide components of the chimeric molecule are not changed compared with the functional properties of the isolated polypeptide components. For example, the OxyR domain, which is part of the biosensor of the present invention, retains the ability to bind hydrogen peroxide, and cpBP - the ability to fluorescence. In the case where the biosensor of the present invention is crosslinked with an intracellular localization signal of interest, the chimeric protein retains the ability to respond to the appearance of hydrogen peroxide, but is localized in a specific cellular compartment. As is obvious to any person skilled in the art, nucleotide sequences encoding a chimeric protein including “operably linked” components (proteins, polypeptides, linker sequences, protein domains, etc.) consist of fragments encoding these components, where these the fragments are covalently linked in such a way that a full-sized chimeric protein is produced during translation and transcription of the nucleotide sequence. In other words, the fragments are connected in such a way that there are no “failures” in the reading frame and stop codons at their junctions.

Как здесь используется, термины «перекись водорода» и «пероксид водорода» относятся к молекуле, имеющей формулу H2O2.As used here, the terms "hydrogen peroxide" and "hydrogen peroxide" refer to a molecule having the formula H 2 O 2 .

Как здесь используется, термин «сигнал биосенсора» означает детектируемое изменение спектральной характеристики биосенсора в ответ на перок-сид водорода.As used here, the term "biosensor signal" means a detectable change in the spectral characteristics of the biosensor in response to hydrogen peroxide.

Как здесь используется, термин «динамический диапазон» означает отношение максимального уровня сигнала биосенсора (в полностью окисленном состоянии) к уровню исходного сигнала (в полностью восстановленном состоянии).As used here, the term "dynamic range" means the ratio of the maximum signal level of the biosensor (in a fully oxidized state) to the level of the original signal (in a fully restored state).

Как здесь используется, термин «скорость ответа» или «скорость окисления» в отношении биосенсора настоящего изобретения относится к скорости, с которой молекула биосенсора реагирует на увеличение концентрации или появление перекиси водорода в среде. Для нужд настоящего изобретения скорость ответа может быть охарактеризована «полупериодом окисления» (Т1/20Х) биосенсора - половиной времени, за который биосенсор достигает максимального значения сигнала, считая от момента добавления пероксида водорода в среду.As used here, the term "response rate" or "oxidation rate" in relation to the biosensor of the present invention refers to the rate at which the biosensor molecule reacts to an increase in the concentration or appearance of hydrogen peroxide in the medium. For the needs of the present invention, the response rate can be characterized by the “oxidation half-period” (T1 / 20X) of the biosensor — half the time during which the biosensor reaches its maximum signal value, counting from the moment hydrogen peroxide is added to the medium.

Как здесь используется, термин «скорость восстановления» в отношении биосенсора настоящего изобретения, относится к скорости, с которой молекула окисленного биосенсора восстанавливает способность реагировать на появление в среде пероксида водорода за счет взаимодействия с клеточными системами, восстанавливающими дисульфидные связи. Для нужд настоящего изобретения скорость восстановления может быть охарактеризована «полу периодом восстановления» (Т 1/2 RED) - половина времени, за которое биосенсор достигает минимального (первоначального, характекр-ного для восстановленной формы) значения сигнала, считая от момента достижения максимума сигнала при окислении.As used here, the term "recovery rate" in relation to the biosensor of the present invention, refers to the speed at which the molecule of the oxidized biosensor restores the ability to respond to the appearance of hydrogen peroxide in the environment through interaction with cellular systems that restore disulfide bonds. For the needs of the present invention, the recovery rate can be characterized by a “half recovery period” (T 1/2 RED) - half the time during which the biosensor reaches the minimum (initial, characteristic for the restored form) signal value, counting from the moment the signal reaches its maximum at oxidation.

Молекулы нуклеиновых кислотNucleic acid molecules

Настоящее изобретение обеспечивает молекулы нуклеиновых кислот кодирующие флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, имеющий аминокислотную последовательность SEQ ID NO:4.The present invention provides nucleic acid molecules encoding a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4.

Как здесь используется, молекула нуклеиновой кислоты это молекула ДИК, такая как геномная ДИК или кДНК молекула, или молекула РНК, такая как молекула мРНК. Как здесь используется, термин "кДНК" относится к нуклеиновым кислотам, которые обладают размещением элементов последовательности найденным в нативных зрелых видах мРНК, где элементы последовательности - это экзоныи 5' и 3' некодирующие области. Структура биосенсора схематически изображена на рисунке 1. Методы получения таких слитых белков хорошо известны в данной области. Например, части нуклеиновой кислоты, кодирующие различные элементы, могут быть встроены в полилинкер вектора, таким образом, что эти части окажутся оперативно связаны и между ними не будет стоп-кодонов в рамке считывания и не будет сбоек рамки считывания. Альтернативно, желательная нуклеотидная последовательность может быть собрана из фрагментов с помощью ДНК-лигазы или ПЦР с праймерами, содержащими части, комплементарные концевым последовательностям соединяемых фрагментов.As used herein, a nucleic acid molecule is a DIC molecule, such as a genomic DIC or cDNA molecule, or an RNA molecule, such as an mRNA molecule. As used here, the term "cDNA" refers to nucleic acids that possess the arrangement of sequence elements found in native mature types of mRNA, where sequence elements are exons and 5 'and 3' non-coding regions. The biosensor structure is shown schematically in Figure 1. Methods for producing such fusion proteins are well known in the art. For example, parts of a nucleic acid encoding various elements can be embedded in the polylinker of the vector so that these parts are quickly linked and there will be no stop codons in the reading frame and there will be no reading frame failures. Alternatively, the desired nucleotide sequence may be assembled from fragments using DNA ligase or PCR with primers containing parts complementary to the terminal sequences of the fragments to be joined.

Молекула нуклеиновой кислоты, кодирующая флуоресцентный биосенсор, может быть синтезирована из подходящих нуклеозидтрифосфатов или выделена из биологических источников. Оба метода основаны на хорошо известных в данной области протоколах. Например, доступность информации о последовательности аминокислот или информации о нуклеотидной последовательности дает возможность изготовить выделенные молекулы нуклеиновых кислот настоящего изобретении с помощью олигонуклео-тидного синтеза. В случае информации о последовательности аминокислот может быть синтезировано несколько нуклеиновых кислот отличающихся друг от друга вследствие вырожденности генетического кода. Методы выбора вариантов кодонов для требуемого хозяина хорошо известны в данной области. Синтетические олигонуклеотиды могут быть приготовлены с помощью фосфорамидитного метода, и полученные конструкты могут быть очищены с помощью методов хорошо известных в данной области, таких как высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) или других методов как описано, например, в Sambrook et al.. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Ed., (1989) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY, и по инструкции, описанной в, например. United States Dept. of HHS, National Institute of Health (NIH) Guidelines for Recombinant DNA Research. Длинные двухцепочечные молекулы ДНК настоящего изобретения могут быть синтезированы за следующие стадии: несколько меньших фрагментов с необходимой комплементарностью, которые содержат подходящие концы способные к когезии с соседним фрагментом, могут быть. Соседние фрагменты могут быть сшиты с помощью ДНК-лигазы или метода, основанного на ПЦР. Нуклеиновая кислота, кодирующая биосенсор или его фрагмент, может быть выделена любым из многих известных методов.A nucleic acid molecule encoding a fluorescent biosensor can be synthesized from suitable nucleoside triphosphates or isolated from biological sources. Both methods are based on protocols well known in the art. For example, the availability of amino acid sequence information or nucleotide sequence information enables the production of the isolated nucleic acid molecules of the present invention using oligonucleotide synthesis. In the case of amino acid sequence information, several nucleic acids that differ from each other due to the degeneracy of the genetic code can be synthesized. Methods for selecting codon variants for a desired host are well known in the art. Synthetic oligonucleotides can be prepared using the phosphoramidite method, and the resulting constructs can be purified using methods well known in the art, such as high performance liquid chromatography (HPLC) or other methods as described, for example, in Sambrook et al .. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2 nd Ed., (1989) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY, and according to the instructions described in, for example. United States Dept. of HHS, National Institute of Health (NIH) Guidelines for Recombinant DNA Research. The long double-stranded DNA molecules of the present invention can be synthesized in the following stages: several smaller fragments with the necessary complementarity, which contain suitable ends capable of cohesion with the neighboring fragment, can be. Neighboring fragments can be crosslinked using a DNA ligase or PCR based method. A nucleic acid encoding a biosensor or fragment thereof can be isolated by any of many known methods.

Кроме того, также обеспечиваются вырожденные варианты нуклеиновых кислот, которые кодируют биосенсор настоящего изобретения. Вырожденные варианты нуклеиновых кислот включают замены кодонов нуклеиновой кислоты на другие кодоны, кодирующие те же самые аминокислоты. В частности вырожденные варианты нуклеиновых кислот создаются, чтобы увеличить экспрессию в клетке-хозяине. В этом воплощении, кодоны нуклеиновой кислоты, которые не являются предпочтительными или являются менее предпочтительными в генах клетки-хозяина, заменены кодонами, которые обильно представлены в кодирующих последовательностях генов в клетке-хозяине, где указанные замененные кодоны кодируют ту же самую аминокислоту.In addition, degenerate nucleic acid variants that encode the biosensor of the present invention are also provided. Degenerate nucleic acid variants include substitutions of nucleic acid codons with other codons encoding the same amino acids. In particular, degenerate nucleic acid variants are created to increase expression in the host cell. In this embodiment, nucleic acid codons that are not preferred or less preferred in the genes of the host cell are replaced by codons that are abundantly represented in the coding sequences of the genes in the host cell, where said replaced codons encode the same amino acid.

Особенный интерес представляют гуманизированные версии нуклеиновых кислот настоящего изобретения. Как здесь используется, термин "гумани-зированный" относится к заменам, сделанным в последовательности нуклеиновой кислоты для оптимизации кодонов для экспрессии белка в клетках млекопитающих (человека) (Yang et al., Nucleic Acids Research (1996) 24: 4592-4593). См. также Патент США №5795737, который описывает гуманизацию белков, раскрытие которого здесь включено ссылкой. В некоторых воплощениях, молекула нуклеиновой кислоты настоящего изобретения - это ДНК (или кДНК) молекула, содержащая открытую рамку считывания, которая кодирует биосенсор настоящего изобретения и способна в подходящих условиях (например, физиологические внутриклеточные условия) быть использована для экспрессии белка в клетке-хозяине. Настоящее изобретение так же охватывает нуклеиновые кислоты, которые гомологичны, по существу сходны, идентичны, или получены из нуклеиновых кислот, кодирующих белки настоящего изобретения. Указанные нуклеиновые кислоты находятся в среде, отличной от среды, в которой они находятся в естественных условиях, например, они выделены, представлены в увеличенном количестве, находятся или экспрессированы в системах in vitro или в клетках или организмах, отличных от тех, в которых они находятся в естественных условиях.Of particular interest are humanized versions of the nucleic acids of the present invention. As used herein, the term “humanized” refers to substitutions made in a nucleic acid sequence to optimize codons for protein expression in mammalian (human) cells (Yang et al., Nucleic Acids Research (1996) 24: 4592-4593). See also US Patent No. 5,795,737, which describes the humanization of proteins, the disclosure of which is incorporated herein by reference. In some embodiments, the nucleic acid molecule of the present invention is a DNA (or cDNA) molecule containing an open reading frame that encodes a biosensor of the present invention and is capable of being used under suitable conditions (e.g., physiological intracellular conditions) for expression of the protein in the host cell. The present invention also encompasses nucleic acids that are homologous, substantially similar, identical, or derived from nucleic acids encoding the proteins of the present invention. These nucleic acids are located in a medium different from the environment in which they are found in vivo, for example, they are isolated, present in an increased amount, are or are expressed in vitro systems or in cells or organisms other than those in which they are located in vivo.

Заявленные нуклеиновые кислоты могут быть выделены и получены по существу в очищенной форме. По, существу очищенная форма означает, что нуклеиновые кислоты являются, по меньшей мере, на 50% чистыми, обычно, по меньшей мере, на 90% чистыми и обычно являются "рекомбинантными", то есть, фланкированы одним или более нуклеотидов, - с которыми она обычно не связана в хромосоме, встречающейся в природе в ее естественном организме-хозяине.The claimed nucleic acids can be isolated and obtained essentially in purified form. A substantially purified form means that the nucleic acids are at least 50% pure, usually at least 90% pure and usually are “recombinant”, that is, flanked by one or more nucleotides, with which it is usually not linked on the chromosome found naturally in its natural host organism.

Изменения или различия в нуклеотидной последовательности между высоко сходными нуклеотидными последовательностями могут представлять нуклеотидные замены в последовательности, которые возникают в процессе нормальной репликации или дупликации. Другие замены могут быть специально рассчитаны и вставлены в последовательность для определенных целей таких, как изменение кодонов определенных аминокислот или нуклеотидной последовательности регуляторного региона. Такие специальные замены могут быть произведены in vitro с помощью различных технологий мутагенеза или получены в организмах-хозяевах, находящихся в специфических селекционных условиях, которые индуцируют или отбирают эти изменения. Такие специально полученные варианты последовательности могут быть названы "мутантами" или "производными" исходной последовательности.Changes or differences in the nucleotide sequence between highly similar nucleotide sequences can represent nucleotide substitutions in the sequence that occur during normal replication or duplication. Other substitutions can be specifically calculated and inserted into the sequence for specific purposes, such as changing the codons of certain amino acids or the nucleotide sequence of a regulatory region. Such special substitutions can be made in vitro using various mutagenesis technologies or obtained in host organisms under specific breeding conditions that induce or select these changes. Such specially prepared sequence variants may be called “mutants” or “derivatives” of the original sequence.

Мутантные или производные нуклеиновые кислоты могут быть получены на матричной нуклеиновой кислоте, выбранной из вышеописанных нуклеиновых кислот, путем модификации, делеции или добавления одного или более нуклеотидов в матричной последовательности или их комбинации, для получения варианта матричной нуклеиновой кислоты. Модификации, добавления или делеции могут быть выполнены любым способом, известным в данной области (см. например Gustin et al., Biotechniques (1993) 14: 22; Barany, Gene (1985) 37: 111-123; и Colicelli et al., Mol. Gen. Genet. (1985) 199:537-539, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, (1989), CSH Press, pp.15.3-15.108), включая подверженный ошибкам ПЦР (error-prone PCR), shuffling, олигонуклеотид-направленный мута-генез, ПЦР со сборкой, парный ПЦР мутагенез, мутагенез in vivo, кассетный мутагенез, рекурсивный множественный мутагенез, экспоненциальный множественный мутагенез, сайт-специфический мутагенез, случайный мутагенез, генная реассемблирование (gene reassembly), генный сайт-насыщающий мутагенез (GSSM), искусственное перестройку с лигирова-нием (SLR) или их комбинации. Модификации, добавления или делеции могут быть также выполнены методом, включающим рекомбинацию, рекурсивную рекомбинацию последовательностей, фосфотиоат-модифицированный мутагенез ДНК, мутагенез на урацил-содержащей матрице, мутагенез с двойным пропуском, точечный восстановительный по рассогласованию мутагенез, мутагенез штамма, дефицитного по восстановлениям, химический мутагенез, радиоактивный мутагенез, делетацион-ный мутагенез, рестрикционно-избирательный мутагенез, рестрикционный мутагенез с очисткой, синтез искусственных генов, множественный мутагенез, создание химерных множественных нуклеиновых кислот и их комбинации.Mutant or derivative nucleic acids can be obtained on a matrix nucleic acid selected from the above nucleic acids, by modifying, deleting or adding one or more nucleotides in a matrix sequence or a combination thereof, to obtain a variant of the matrix nucleic acid. Modifications, additions or deletions can be performed by any method known in the art (see, for example, Gustin et al., Biotechniques (1993) 14: 22; Barany, Gene (1985) 37: 111-123; and Colicelli et al., Mol. Gen. Genet. (1985) 199: 537-539, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, (1989), CSH Press, pp. 15.3-15.108), including error prone PCR ), shuffling, oligonucleotide-directed mutagenesis, assembly PCR, paired PCR mutagenesis, in vivo mutagenesis, cassette mutagenesis, recursive multiple mutagenesis, exponential multiple mutagenesis, site-specific mutagenesis, random mutagenesis, gene p disassemble (gene reassembly), gene site-saturation mutagenesis (GSSM), artificial restructuring with ligirova-Niemi (SLR), or a combination thereof. Modifications, additions or deletions can also be carried out by a method including recombination, recursive recombination of sequences, phosphothioate-modified DNA mutagenesis, mutagenesis on a uracil-containing matrix, double-pass mutagenesis, mismatched reductive mutagenesis, strain mutagenesis, recovery-deficient mutagenesis, radioactive mutagenesis, deletion mutagenesis, restriction-selective mutagenesis, restriction mutagenesis with purification, synthesis of artificial genes, multiple mutagenesis, the creation of chimeric multiple nucleic acids and combinations thereof.

Также обеспечиваются нуклеиновые кислоты, кодирующие химерные белки, состоящие из биосенсора настоящего изобретения и сигнала определенной внутриклеточной локализации. Такие химерные белки могут быть получены путем оперативного соединения нуклеиновой кислоты настоящего изобретения, кодирующей биосенсор, и нуклеиновой кислоты, кодирующей сигнал внутриклеточной локализации. Методы получения таких нуклеиновых кислот хорошо известны специалистам в данной области.Also provided are nucleic acids encoding chimeric proteins consisting of a biosensor of the present invention and a signal of a specific intracellular localization. Such chimeric proteins can be obtained by operatively combining a nucleic acid of the present invention encoding a biosensor and a nucleic acid encoding a signal of intracellular localization. Methods for producing such nucleic acids are well known to those skilled in the art.

Также обеспечиваются вектор и другие конструкции нуклеиновой кислоты, содержащие заявленные нуклеиновые кислоты. Подходящие векторы включают вирусные и невирусные векторы, плазмиды, космиды, фаги и т.д., предпочтительно плазмиды, и используются для клонирования, амплификации, экспрессии, переноса и т.д., последовательности нуклеиновой кислоты настоящего изобретения в подходящего хозяина. Выбор подходящего вектора является понятным для квалифицированного специалиста в данной области, и известно много таких доступны коммерчески векторов. Для приготовления конструкции, полноразмерная нуклеиновая кислота или ее часть обычно встраивается в вектор посредством прикрепления ДНК-лигазой к расщепленному ферментами рестрикции сайту в векторе. Альтернативно, желательная нуклеотидная последовательность может быть вставлена гомологичной рекомбинацией in vivo, обычно, присоединением гомологичных участков к вектору на флангах желательной нуклео-тидной последовательности. Гомологичные участки добавляют лигирова-нием олигонуклеотидов или полимеразной цепной реакцией, с использованием праймеров, включающих, например, как гомологичные участки, так и часть желательной нуклеотидной последовательности.Also provided are a vector and other nucleic acid constructs containing the claimed nucleic acids. Suitable vectors include viral and non-viral vectors, plasmids, cosmids, phages, etc., preferably plasmids, and are used for cloning, amplification, expression, transfer, etc., of the nucleic acid sequence of the present invention in a suitable host. The selection of a suitable vector is readily apparent to those skilled in the art, and many such commercially available vectors are known. To prepare the construct, a full-length nucleic acid or part thereof is usually inserted into the vector by attaching a DNA ligase to a restriction enzyme-cleaved site in a vector. Alternatively, the desired nucleotide sequence can be inserted by in vivo homologous recombination, usually by attaching homologous regions to a vector on the flanks of the desired nucleotide sequence. Homologous regions are added by ligation of oligonucleotides or by polymerase chain reaction using primers including, for example, both homologous regions and part of the desired nucleotide sequence.

Также обеспечиваются кассеты экспрессии или системы, использованные inter alia для получения заявленных^ бйосенсоров или химерных белков на их основе или для репликации заявленных молекул нуклеиновой кислоты.Also provided are expression cassettes or systems used inter alia to obtain the claimed biosensors or chimeric proteins based on them or to replicate the claimed nucleic acid molecules.

Кассета экспрессии может существовать как внехромосомный элемент или может быть включена в геном клетки в результате введения указанной кассеты экспрессии в клетку.The expression cassette may exist as an extrachromosomal element or may be incorporated into the genome of a cell by introducing said expression cassette into the cell.

В экспрессионном векторе или кассете экспрессии указанная нуклеиновая кислота является функционально связанной с регуляторной последовательностью, которая может включать промоторы, энхансеры, терминаторы, операторы, репрессоры и индукторы и обеспечивает инициацию считывания РНК (транскрипции) в клетке-хозяине. В экспрессионном векторе или кассете экспрессии нуклеиновая кислота настоящего изобретения может быть также связана с сигналами терминации транскрипции, функциональным в клетке-хозяине. Методы изготовления кассет экспрессии или систем для экспрессии желаемого продукта известны специалистом, квалифицированным в данной области.In the expression vector or expression cassette, said nucleic acid is operably linked to a regulatory sequence, which may include promoters, enhancers, terminators, operators, repressors and inducers, and provides the initiation of RNA (transcription) reading in the host cell. In the expression vector or expression cassette, the nucleic acid of the present invention may also be associated with transcription termination signals functional in the host cell. Methods for making expression cassettes or systems for expressing a desired product are known to those skilled in the art.

Вышеописанные системы экспрессии могут использоваться в прокариоти-ческих или эукариотических хозяевах. Клеточные линии, которые устойчиво экспрессируют белки настоящего изобретения, могут быть выбраны способами, известными в данной области (например, котрансфекция с селектируемым маркером, таким как dhfr, gpt, неомицин, гигромицин, что делает возможным выявление и выделение транфецированных клеток, которые содержат ген, включенный в геном).The above expression systems can be used in prokaryotic or eukaryotic hosts. Cell lines that stably express the proteins of the present invention can be selected by methods known in the art (e.g., cotransfection with a selectable marker such as dhfr, gpt, neomycin, hygromycin, which makes it possible to identify and isolate transfected cells that contain the gene, included in the genome).

Белковый продукт, кодируемый нуклеиновой кислотой изобретения, может быть получен путем экспрессии в любой удобной системе экспрессии, включая, например, бактериальные системы, дрожжевые системы, клетки насекомых, земноводных или клетки млекопитающих. Например, для получения белка могут использоваться клетки-хозяева, такие как Е.coli, В.subtilis, S.cerevisiae, клетки насекомого в комбинации с бакуловирусными векторами, или клетки высшего организма, такого как позвоночные, например, COS 7 клетки, НЕК 293, СНО, ооциты Xenopus и т.д.The protein product encoded by the nucleic acid of the invention can be obtained by expression in any convenient expression system, including, for example, bacterial systems, yeast systems, insect cells, amphibians, or mammalian cells. For example, host cells such as E. coli, B. subtilis, S. cerevisiae, insect cells in combination with baculovirus vectors, or cells of a higher organism such as vertebrates such as COS 7 cells, HEK 293 can be used to produce protein , CHO, Xenopus oocytes, etc.

Если используется любая вышеупомянутая клетка-хозяин или другие подходящие клетки-хозяева или организмы для репликации и/или экспрессии нуклеиновых кислот изобретения, то полученная реплицированная нуклеиновая кислота, экспрессированный белок или полипептид находятся в рамках притязания изобретения как продукт клетки-хозяина или организма. Продукт может быть выделен подходящим способом, известным в данной области.If any of the aforementioned host cells or other suitable host cells or organisms are used to replicate and / or express the nucleic acids of the invention, the resulting replicated nucleic acid, expressed protein or polypeptide is within the scope of the invention as a product of the host cell or organism. The product may be isolated by a suitable method known in the art.

Белки Нуклеиновые кислоты по настоящему изобретению кодируют флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода. Аминокислотная последовательность биосенсора настоящего изобретения отличается от аминокислотной последовательности HyPer (SEQ ID NO:2) наличием аминокислотных замен A406V и H34Y. Аминокислотная последовательность биосенсора настоящего изобретения отличается от аминокислотной последовательности HyPer2 (SEQ ID NO:1) наличием аминокислотной замены H34Y. Специфические биосенсоры, представляющие интерес, включают биосенсор, имеющий аминокислотную последовательность SEQ ID No:04.Proteins The nucleic acids of the present invention encode a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide. The amino acid sequence of the biosensor of the present invention differs from the HyPer amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) by the presence of amino acid substitutions A406V and H34Y. The amino acid sequence of the biosensor of the present invention differs from the amino acid sequence of HyPer2 (SEQ ID NO: 1) by the presence of the amino acid substitution H34Y. Specific biosensors of interest include a biosensor having the amino acid sequence of SEQ ID No: 04.

Заявленный биосенсор обладает способностью к детектируемой флуоресценции, которая может быть зарегистрирована с помощью визуального скрининга, спектрофотометрии, спектрофлуориметрии, флуоресцентной микроскопии, с помощью FACS или другим общепринятым способом для регистрации флуоресценции. В отсутствие пероксида водорода, заявленный биосенсор имеет максимум (пик) эмиссии в диапазоне от 500 нм до 550 нм, например, 520 нм, и два пика возбуждения флуоресценции; первый в диапазоне 400-450 нм (например, 420 нм) и второй в диапазоне 470-510 нм (например, 500 нм).The claimed biosensor has the ability to detect fluorescence, which can be detected using visual screening, spectrophotometry, spectrofluorimetry, fluorescence microscopy, using FACS or other generally accepted method for recording fluorescence. In the absence of hydrogen peroxide, the claimed biosensor has a maximum (peak) emission in the range from 500 nm to 550 nm, for example, 520 nm, and two peaks of fluorescence excitation; the first in the range of 400-450 nm (e.g., 420 nm) and the second in the range of 470-510 nm (e.g., 500 nm).

При появлении пероксида водорода заявленный биосенсор переходит в окисленное состояние. При окислении биосенсора меняется интенсивность флуоресценции при возбуждении светом с длиной волны 500 нм (F500), к интенсивности флуоресценции при возбуждении светом с длиной волны 420 нм (F420). Для нужд настоящего изобретения соотношение «F500/F420» является сигналом биосенсора. Заявленный биосенсор обладает широким динамическим диапазоном. Заявленный биосенсор имеет динамический диапазон от 3 до 10, чаще от 5 до 8.When hydrogen peroxide appears, the claimed biosensor goes into an oxidized state. During biosensor oxidation, the fluorescence intensity changes upon excitation by light with a wavelength of 500 nm (F500), to the fluorescence intensity upon excitation by light with a wavelength of 420 nm (F420). For the needs of the present invention, the “F500 / F420” ratio is a biosensor signal. The claimed biosensor has a wide dynamic range. The claimed biosensor has a dynamic range from 3 to 10, more often from 5 to 8.

Заявленный биосенсор обладает полупериодом окисления (Т1/20Х) находящимся в пределах от 15 до 80 сек, чаще от 40 до 75 сек, как правило, от 50 до 70 сек.The claimed biosensor has a half-cycle of oxidation (T1 / 20X) ranging from 15 to 80 seconds, more often from 40 to 75 seconds, usually from 50 to 70 seconds.

Заявленный биосенсор обладает скоростью восстановления, которая ниже, чем скорость восстановления биосенсоров HyPer и HyPer2. Это означает, что указанный биосенсор демонстрирует больший полупериод восстановления (T1/2RED), чем HyPer и HyPer2. Полупериод восстановления биосенсора по настоящему изобретению более 11 мин, чаще более 13 мин и находится в пределах от 11 до 25 мин, чаще от 13 до 21 мин.The claimed biosensor has a recovery rate that is lower than the recovery rate of the HyPer and HyPer2 biosensors. This means that the biosensor indicated exhibits a longer half-recovery period (T1 / 2RED) than HyPer and HyPer2. The half-recovery period of the biosensor of the present invention is more than 11 minutes, more often more than 13 minutes and is in the range from 11 to 25 minutes, more often from 13 to 21 minutes.

Для определения Т1/20Х и T1/2RED для биосенсоров на пероксид водорода можно использовать биосенсор, экспрессированный в гетерологической системе экспрессии. Например, можно использовать клетки линии HeLaTo determine T1 / 20X and T1 / 2RED for hydrogen peroxide biosensors, a biosensor expressed in a heterologous expression system can be used. For example, HeLa cells can be used.

Kyoto. Для определения Т1/20Х и T1/2RED после трансфекции клеток конструкцией для экспрессии биосенсора в клетках-хозяевах (вектором, кассетой экспрессии и т.д.) и культивацией в подходящих условиях в течение времени, необходимого для наращивания клеток и наработки в них биосенсора в среду культивации добавляют пероксид водорода в определенной концентрации и фиксируют зависимость интенсивности флуоресценции при возбуждении светом с длиной волны 420 нм и 500 нм от времени. На основании полученных данных определяют Т1/20Х и T1/2RED. Также обеспечиваются функциональные биосенсоры, которые по существу сходны с указанным выше биосенсором, где по существу сходны означает, что эти белки имеют аминокислотную последовательность, идентичную последовательности SEQ ID No:04, по крайней мере, на 85% идентичности, обычно, по крайней мере, 90% и чаще, по крайней мере, 95%, (например 95% и выше; 96% и выше, 97% и выше; 98% и выше: 99% и выше или 100% идентичности последовательности).Kyoto. To determine T1 / 20X and T1 / 2RED after transfection of cells with a construct for expression of the biosensor in host cells (vector, expression cassette, etc.) and cultivation under suitable conditions for the time required for cell growth and production of the biosensor in them cultivation medium add hydrogen peroxide in a certain concentration and record the dependence of the fluorescence intensity upon excitation with light with a wavelength of 420 nm and 500 nm from time to time. Based on the data obtained, T1 / 20X and T1 / 2RED are determined. Functional biosensors are also provided that are substantially similar to the above biosensor, where substantially similar means that these proteins have an amino acid sequence identical to the sequence of SEQ ID No: 04, at least 85% identity, usually at least 90% and more often, at least 95%, (for example 95% and more; 96% and more, 97% and more; 98% and more: 99% and more, or 100% sequence identity).

Например, мутанты биосенсора могут быть получены с использованием стандартных методов молекулярной биологии, как подробно описано в разделе "молекулы нуклеиновых кислот" выше. Примеры обеспечивают общие приемы, и использование стандартных способов, так что специалисты, квалифицированные в данной области, могут легко получить ряд дополнительных мутантов и проверить, было ли изменено биологическое (например, биохимическое, спектральное, и т.д.) свойство. Например, интенсивность флуоресценции может быть измерена с использованием спектрофлуориметра при различных длинах волн возбуждения. Биосенсоры настоящего изобретения присутствуют в среде, отличной от их естественной среды; например, они рекомбинантны. Белки настоящего изобретения могут находиться в выделенном состоянии, что означает, что белки по существу свободны от других белков и других биологических молекул, присутствующих в естественной среде, таких как олигосахариды,For example, biosensor mutants can be obtained using standard molecular biology methods, as described in detail in the section "nucleic acid molecules" above. The examples provide general techniques and the use of standard methods, so that those skilled in the art can easily obtain a number of additional mutants and check whether the biological (e.g., biochemical, spectral, etc.) property has been changed. For example, fluorescence intensity can be measured using a spectrofluorimeter at various excitation wavelengths. The biosensors of the present invention are present in an environment different from their natural environment; for example, they are recombinant. The proteins of the present invention can be in an isolated state, which means that the proteins are essentially free of other proteins and other biological molecules present in the natural environment, such as oligosaccharides,

нуклеиновые кислоты и их фрагменты и т.п., где термин "по существу свободны" в этом случае означает, что меньше чем 70%, обычно меньше чем 60% и чаще меньше чем 50% композиции, содержащей выделенный белок, представляет собой некоторые другие биологические молекулы, чем встречающиеся в природе. В некоторых воплощениях, белки присутствуют в по существу очищенной форме, где "по существу очищенная форма" означает очищенная, по меньшей мере, на 95%, обычно, по меньшей мере, на 97% и чаще, по меньшей мере, на 99%.nucleic acids and fragments thereof and the like, where the term "substantially free" in this case means that less than 70%, usually less than 60% and more often less than 50% of the composition containing the isolated protein, are some other biological molecules than those found in nature. In some embodiments, the proteins are present in a substantially purified form, where “substantially purified form” means at least 95% purified, usually at least 97%, and more often at least 99%.

Заявленные биосенсоры могут быть получены искусственным путем, например, экспрессией рекомбинантной нуклеиновой кислоты, кодирующей последовательность, белка, представляющего интерес, в соответствующем хозяине, как описано выше. Для очистки белка могут применяться любые обычные методики, где подходящие методы очистки белка описаны в Guide to Protein Purification, (Deuthser ed., Academic Press, 1990). Например, лизат может быть приготовлен из исходного источника и очищен с использованием ВЭЖХ, вытеснительной хроматографии, гель-электрофореза, аффинной хроматографии и т.п.The claimed biosensors can be obtained artificially, for example, by expression of a recombinant nucleic acid encoding a sequence of a protein of interest in an appropriate host, as described above. For protein purification, any conventional methodology may be employed where suitable protein purification methods are described in Guide to Protein Purification, (Deuthser ed., Academic Press, 1990). For example, a lysate can be prepared from a source and purified using HPLC, size exclusion chromatography, gel electrophoresis, affinity chromatography, and the like.

Также обеспечиваются белки слияния, включающие биосенсор настоящего изобретения, слитые с последовательностью внутриклеточной локализации (например, с сигналом локализации в ядре, в пероксисомах, аппарате Гольджи, митохондрии и т.д.). Полипептид, обеспечивающий определенную внутриклеточную локализацию, может быть оперативно присоединен к N-концу и/или С-концу биосенсора. Сигналы внутриклеточной локализации хорошо известны специалистам в данной области и описаны, например, Nakai К. (Advances in Protein Chemistry, Vol.54,2000, p.277-344).Also provided are fusion proteins comprising the biosensor of the present invention, fused to a sequence of intracellular localization (for example, with a localization signal in the nucleus, in peroxisomes, Golgi apparatus, mitochondria, etc.). A polypeptide providing a certain intracellular localization can be operatively attached to the N-terminus and / or C-terminus of the biosensor. Signals of intracellular localization are well known to those skilled in the art and are described, for example, by K. Nakai (Advances in Protein Chemistry, Vol. 54,2000, p. 277-344).

ТрансформантыTransformants

Нуклеиновые кислоты настоящего изобретения используют для получения трансформантов, включая трансгенных организмов или сайт-специфичных генных изменений в клеточных линиях. Трансгенные клетки, заявленные в изобретении, содержат одну или более нуклеиновых кислот, заявленных по настоящему изобретению, в качестве трансгена. Для целей изобретения любая приемлемая клетка-хозяин может быть использована, включая про-кариотические (например, Escherichia coli, Streptomyces sp., Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus, и т.д.) или эукариотические клетки-хозяева. Трансгенный организм, заявленный по изобретению, может быть прокариотическим или эукариотическим организмом, включая бактерии, цианобактирии, грибы, растения и животные, в которых одна или больше клеток организма содержат гетерогенную нуклеиновую кислоту, заявленную по изобретению, введенную посредством вмешательства человека, такими способами как технологии трансгеноза, которые известны в данной области.The nucleic acids of the present invention are used to obtain transformants, including transgenic organisms or site-specific gene changes in cell lines. The transgenic cells of the invention comprise one or more nucleic acids of the invention as a transgene. For the purposes of the invention, any suitable host cell can be used, including pro-karyotic (e.g., Escherichia coli, Streptomyces sp., Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus, etc.) or eukaryotic host cells. A transgenic organism of the invention may be a prokaryotic or eukaryotic organism, including bacteria, cyanobacteria, fungi, plants, and animals in which one or more cells of the body contain a heterogeneous nucleic acid of the invention, introduced by human intervention, by methods such as technologies transgenosis, which are known in the art.

Выделенная нуклеиновая кислота настоящего изобретения может быть введена в хозяина способами, известными в данной области, например инфицированием, трансфекцией, трансформацией или трансконъюгацией. Заменяющий листThe isolated nucleic acid of the present invention can be introduced into the host by methods known in the art, for example, infection, transfection, transformation or trans-conjugation. Replacement sheet

Способы переноса молекулы нуклеиновой кислоты (то есть. ДНК) в такие организмы широко известны и обеспечивается в ссылках, таких как Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3nd Ed., (2001) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY).Methods for transferring a nucleic acid molecule (i.e., DNA) into such organisms are widely known and provided in references such as Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3nd Ed., (2001) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY).

В одном воплощении, трансгенный организм может быть прокариотическим организмом. Способы трансформации прокариотических хозяев хорошо описаны в данной области (например, см. Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press и Ausubel et al.. Current Protocols in Molecular Biology (1995) John Wiley & Sons, Inc).In one embodiment, the transgenic organism may be a prokaryotic organism. Methods for transforming prokaryotic hosts are well described in the art (for example, see Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press and Ausubel et al. Current Protocols in Molecular Biology (1995) John Wiley & Sons, Inc).

В другом воплощении, трансгенными организмами могут быть грибы, например дрожжами. Дрожжи широко используются как носители для экспрессии гетерогенного гена (например, см. Goodey et al Yeast biotechnology, D R Berry et al, eds, (1987) Alien and Unwin, London, pp 401-429) и King et al Molecular and Cell Biology of Yeasts, E F Walton and G Т Yarronton, eds, Blackie, Glasgow (1989) pp 107-133). Несколько типов дрожжевых векторов доступны, включая интегративные векторы, которые требуют рекомбинации с геномом хозяина для их поддержки, и автономно реплицирующиеся плазмидные векторы.In another embodiment, the transgenic organisms may be fungi, for example, yeast. Yeast is widely used as a carrier for heterogeneous gene expression (e.g. see Goodey et al Yeast biotechnology, DR Berry et al, eds, (1987) Alien and Unwin, London, pp 401-429) and King et al Molecular and Cell Biology of Yeasts, EF Walton and G.T. Yarronton, eds, Blackie, Glasgow (1989) pp 107-133). Several types of yeast vectors are available, including integrative vectors that require recombination with the host genome to support them, and autonomously replicating plasmid vectors.

В другом воплощении, трансгенными организмами могут быть животные. Трансгенные животные могут быть получены трансгенными способами, известными в данной области и обеспечиваются в ссылках, таких как Pinkert, Transgenic Animal Technology: a Laboratory Handbook, 2nd edition (2203) San Diego: Academic Press; Gersenstein and Vintersten, Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual, 3rd ed, (2002) Nagy A. (Ed), Cold Spring Harbor Laboratory; Blau et al., Laboratory Animal Medicine, 2nd Ed., (2002) Fox J.G., Anderson L.C., Loew F.M., Quimby F.W. (Eds), American Medical Association, American Psychological Association; Gene Targeting: A Practical Approach by Alexandra L. Joyner (Ed.) Oxford University Press; 2nd edition (2000). Например, трансгенные животные могут быть получены гомологичной рекомбинацией, где изменяется эндогенный локус. Альтернативно, конструкция нуклеиновой кислоты включается случайным образом в геном. Векторы для устойчивого включения включают плазмиды, ретро-вирусы и другие животные вирусы, YAC, и т.п. Нуклеиновые кислоты могут быть введены в клетку непосредственно или опосредованно, введением в прекурсор клетки, путем намеренной генетической манипуляции, такой как микроинъекция или инфицирование рекомбинантным вирусом или рекомбинантным вирусным вектором и т.п. Термин «генетическая манипуляция» не включает классическое скрещивание или оплодотворение in vitro, а предпочтительно является направленным на введение рекомбинантных молекул нуклеиновых кислот. Эти молекулы нуклеиновой кислоты могут быть включены в хромосому или они являться внехромосомными реплицирующими ДНК. Конструкции ДНК для гомологичной рекомбинации будут содержать, по меньшей мере, часть нуклеиновой кислоты настоящего изобретения, где ген имеет желательную генетическую модификацию (ции) и включает области гомологии с целевым локусом. Конструкциям ДНК для произвольного включения не обязательно содержать область гомологии с медиатором рекомбинации. Легко могут быть включены маркеры для положительной и отрицательной селекции. Способы получения клеток, имеющих целевые генные модификации, через гомологическую комбинацию известны в данной области. Для различных способов трансфекции клеток млекопитающих, см. Keown et al., Meth. Enzymol. (1990) 185:527-537.In another embodiment, the transgenic organisms may be animals. Transgenic animals can be obtained by transgenic methods known in the art and provided in references such as Pinkert, Transgenic Animal Technology: a Laboratory Handbook, 2nd edition (2203) San Diego: Academic Press; Gersenstein and Vintersten, Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual, 3rd ed, (2002) Nagy A. (Ed), Cold Spring Harbor Laboratory; Blau et al., Laboratory Animal Medicine, 2nd Ed., (2002) Fox J.G., Anderson L.C., Loew F.M., Quimby F.W. (Eds), American Medical Association, American Psychological Association; Gene Targeting: A Practical Approach by Alexandra L. Joyner (Ed.) Oxford University Press; 2nd edition (2000). For example, transgenic animals can be obtained by homologous recombination, where the endogenous locus changes. Alternatively, the nucleic acid construct is randomly incorporated into the genome. Vectors for sustainable incorporation include plasmids, retro viruses and other animal viruses, YAC, and the like. Nucleic acids can be introduced into a cell directly or indirectly, by introducing into a cell precursor, by intentional genetic manipulation, such as microinjection or infection with a recombinant virus or recombinant viral vector and the like. The term “genetic manipulation” does not include classical cross-fertilization or in vitro fertilization, but is preferably directed to the introduction of recombinant nucleic acid molecules. These nucleic acid molecules can be included in the chromosome or they can be extrachromosomal replicating DNA. DNA constructs for homologous recombination will contain at least a portion of the nucleic acid of the present invention, where the gene has the desired genetic modification (s) and includes homology regions with a target locus. DNA constructs for arbitrary incorporation do not necessarily contain a region of homology with a recombination mediator. Markers for positive and negative selection can easily be included. Methods for producing cells having targeted gene modifications through a homologous combination are known in the art. For various methods for transfecting mammalian cells, see Keown et al., Meth. Enzymol. (1990) 185: 527-537.

Трансгенные животные могут быть любыми животными, не относящимися к человеку, включая млекопитающее, не относящееся к человеку, (например мышь, крыса), птица или амфибия и т.д., и использованы в функциональном исследовании, скрининге лекарственного средства и т.п."Transgenic animals can be any non-human animals, including a non-human mammal (e.g., mouse, rat), bird or amphibian, etc., and are used in functional research, drug screening, and the like. "

Также могут быть получены трансгенные растения. Способы получения трансгенных растительных клеток и растений описаны в патентах США №№5767367; 5750870; 5739409; 5689049; 5689045; 5674731; 5656466; 5633155; 5629470; 5595896; 5576198; 5538879; 5484956; раскрытия которых включены сюда ссылкой. Способы получения трансгенных растений также рассмотрены в Plant Biochemistry and Molecular Biology (eds. Lea and Leegood, John Wiley & Sons) (1993) pp.275-295 и в Plant Biotechnology and Transgenic Plants (eds. Oksman-Caldentey and Barz), (2002) 719 p.Например, эмбриогенные эксплантаты, содержащие соматические клетки, могут использоваться для получения трансгенного хозяина. После сбора клеток или тканей, экзогенная ДНК, представляющая интерес, вводится в растительные клетки, при этом известен для такого введения ряд различных способов. При наличии выделенных протопластов, возникает возможность для введения ДНК через опосредованные протоколы передачи гена, включая инкубацию протопластов с очищенной ДНК, такой как плазмида, содержащая целевую экзогенную последовательность, в присутствии поливалентных катионов (например, PEG или PLO); или электропорацию протопластов в присутствии выделенной ДНК, включающей целевую экзогенную последовательность. Протопласты, которые успешно включили экзогенную ДНК, затем отбирают, выращивают в каллус, и, в конечном счете, в трансгенное растение при контакте с подходящими количествами стимулирующих факторов, таких как ауксины и цитокины. Могут использоваться другие подходящие способы получения растения, которые доступны для квалифицированных специалистов в, данной области, такие, как применение "генной пушки", или Agrobacterium-опосредованная трансформация.Transgenic plants can also be obtained. Methods for producing transgenic plant cells and plants are described in US patent No. 5767367; 5,750,870; 5,739,409; 5,689,049; 5,689,045; 5,674,731; 5656466; 5,633,155; 5,629,470; 5,595,896; 5,576,198; 5,538,879; 5,484,956; disclosures of which are incorporated herein by reference. Methods for producing transgenic plants are also discussed in Plant Biochemistry and Molecular Biology (eds. Lea and Leegood, John Wiley & Sons) (1993) pp. 275-295 and Plant Biotechnology and Transgenic Plants (eds. Oksman-Caldentey and Barz), ( 2002) 719 p. For example, embryogenic explants containing somatic cells can be used to obtain a transgenic host. After collecting cells or tissues, exogenous DNA of interest is introduced into the plant cells, and a number of different methods are known for such introduction. With isolated protoplasts, it is possible to introduce DNA through indirect gene transfer protocols, including incubating protoplasts with purified DNA, such as a plasmid containing the desired exogenous sequence, in the presence of polyvalent cations (for example, PEG or PLO); or electroporation of protoplasts in the presence of isolated DNA, including the target exogenous sequence. Protoplasts that successfully incorporate exogenous DNA are then selected, grown in callus, and ultimately in a transgenic plant in contact with suitable amounts of stimulatory factors such as auxins and cytokines. Other suitable plant production methods that are available to those skilled in the art may be used, such as the use of a "gene gun" or Agrobacterium-mediated transformation.

Способы применения Биосенсоры настоящего изобретения являются генетически кодируемыми флуоресцентными белками, меняющими спектральные свойства в присутствии перекиси водорода. Они могут быть использованы для мониторинга продукции перекиси водорода внутри живых клеток при различных биологических процессах. Благодаря увеличенному периоду восстановления биосенсоры настоящего изобретения сохраняются в окисленной форме продолжительное время, что позволяет выявлять и отслеживать клетки, подвергшиеся стимулированию продукции перекиси водорода. Для осуществления мониторинга должна быть получена нуклеиновая кислота, кодирующая биосенсор. Получение таких конструкций очевидно для любого специалиста в данной области. Полученная конструкция должна быть встроена в кассету экспрессии (или вектор), обеспечивающую временную или постоянную экспрессию этой нуклеиновой кислоты в клетках-хозяевах. Вектор или кассета экспрессии может содержать элементы, обеспечивающие адресную доставку конструкции в интересующие клетки, или находится в составе частиц, обеспечивающих адресную доставку. После трансфекции клеток вектором и по истечении времени, необходимого для наработки в клетках продукта экспрессии, может быть осуществлен мониторинг продукции перекиси водорода в данных клетках.Methods of use The biosensors of the present invention are genetically encoded fluorescent proteins that change spectral properties in the presence of hydrogen peroxide. They can be used to monitor the production of hydrogen peroxide inside living cells in various biological processes. Due to the extended recovery period, the biosensors of the present invention are stored in an oxidized form for a long time, which makes it possible to identify and track cells that have been stimulated by the production of hydrogen peroxide. For monitoring, a nucleic acid encoding a biosensor must be obtained. Obtaining such designs is obvious to any person skilled in the art. The resulting construct should be integrated into the expression cassette (or vector), providing temporary or permanent expression of this nucleic acid in the host cells. The expression vector or cassette may contain elements that provide targeted delivery of the construct to cells of interest, or is part of particles that provide targeted delivery. After transfection of cells with a vector and after the time required for the expression product to develop in the cells, the production of hydrogen peroxide in these cells can be monitored.

Биосенсоры настоящего изобретения находят использование в скрининге препаратов, вызывающих активацию определенных белковых каскадов, например, активацию тирозинкиназ в клеточных линиях. Примером применения биосенсоров могут служить автоматизированные скрининги множества клеток, описанные, например, в патенте США №5989835.The biosensors of the present invention find use in the screening of drugs that cause the activation of certain protein cascades, for example, the activation of tyrosine kinases in cell lines. An example of the use of biosensors can serve as automated screening of multiple cells, described, for example, in US patent No. 5989835.

Заявленные биосенсоры также находят использование в применении при сортировке клеток, активированных флюоресценцией, (FACS). В таких применениях заявленный биосенсор, используется для мечения популяции клеток, стимулированных каким-либо фактором к продукции перекиси водорода, и полученная меченая популяция клеток затем подвергается сортировке в устройстве для сортировки клеток, активированных флуоресценцией, как известно в данной области. Способы FACS описаны в патентах США №№5968738 и 5804387.The claimed biosensors also find application in the sorting of fluorescence activated cells (FACS). In such applications, the inventive biosensor is used to label a population of cells stimulated by any factor to produce hydrogen peroxide, and the resulting labeled population of cells is then sorted in a fluorescence activated cell sorting device, as is known in the art. FACS methods are described in US patent No. 5968738 and 5804387.

Заявленные биосенсоры также находят применение как метки продукции перекиси водорода in vivo для трансгенных животных. Например, экспрессия заявленного белка может сопровождаться тканеспецифичными промоторами, где такие способы находят применение в исследованиях для генной терапии, таких как тестирование эффективности лекарственных препаратов на животных моделях. Типичное применение флуоресцентных биосенсоров у трансгенных животных, которое поясняет такие применения, описано в WO 00/02997.The claimed biosensors also find application as labels for the production of hydrogen peroxide in vivo for transgenic animals. For example, expression of the claimed protein may be accompanied by tissue-specific promoters, where such methods are used in studies for gene therapy, such as testing the effectiveness of drugs in animal models. A typical application of fluorescent biosensors in transgenic animals, which explains such applications, is described in WO 00/02997.

НаборыSets

Также обеспечиваются в соответствии с настоящим изобретением наборы для использования при осуществлении одного или более вышеописанных применений. В предпочтительных воплощениях наборы обычно включают нуклеиновую кислоту, кодирующую биосенсор, предпочтительно с элементами для экспрессии биосенсора в клетке-хозяине. Например, наборы могут включать вектор, включающий нуклеиновую кислоту, кодирующую заявленный белок. Компоненты наборов обычно присутствуют в соответствующей среде для хранения, такой как водный или буферный раствор, обычно в соответствующей емкости. В отдельных воплощениях набор включает множество различных векторов, каждый их которых кодирует заявленный белок, где векторы предназначены для экспрессии в различных средах и/или при различных условиях. Например, для конститутивной экспрессии, набор включает вектор, имеющий сильный промотор для экспрессии в клетках млекопитающих, и вектор с ослабленным промотором. Могут быть так же включены векторы с множественными клонированными сайтами для выборочной вставши промотора и/или векторы для экспрессии в различных организмах, и т.д.Kits are also provided in accordance with the present invention for use in carrying out one or more of the above applications. In preferred embodiments, the kits typically comprise a nucleic acid encoding a biosensor, preferably with elements for expressing the biosensor in the host cell. For example, the kits may include a vector comprising a nucleic acid encoding the claimed protein. The components of the kits are usually present in an appropriate storage medium, such as an aqueous or buffer solution, usually in an appropriate container. In separate embodiments, the kit includes many different vectors, each of which encodes the claimed protein, where the vectors are designed for expression in different environments and / or under different conditions. For example, for constitutive expression, the kit includes a vector having a strong promoter for expression in mammalian cells, and a vector with a weakened promoter. Multiple cloned site vectors for selectively inserted promoter and / or vectors for expression in various organisms may also be included.

В дополнение к описанным выше компонентам, заявленные наборы будут дополнительно включать инструкции для осуществления заявленных способов. Эти инструкции могут присутствовать в заявленных наборах в различных формах (например, в печатном варианте или на электроном носителе в виде текстового и/или графического файла) в количестве, одна или более.In addition to the components described above, the claimed kits will further include instructions for implementing the claimed methods. These instructions may be present in the claimed sets in various forms (for example, in print or on electronic media in the form of a text and / or graphic file) in an amount of one or more.

Следующие примеры предлагается в качестве иллюстративных, но не ограничивающих.The following examples are provided as illustrative but not limiting.

ПримерыExamples

Пример 1Example 1

Получение мутантных вариантов биосенсора Ну Per для детекции пероксида водорода.Obtaining mutant variants of Well Per biosensor for the detection of hydrogen peroxide.

Для направленного мутагенеза использовали нуклеиновую кислоту, кодирующую HyPer, из коммерчески доступного вектора pHyPer-cyto (Евроген, Россия). Для получения конструкций с содержанием нужных мутаций проводили сайт-направленный мутагенез с использованием "overlap extention" продуктов ПЦР как описано Wurch et all, Methods in Molecular Biology. 12 (9), 653 - 657 (2004). Для ПЦР использовали праймеры, структуры которых показаны в SEQ ID NOs: 5-10, и Tersus полимеразу (Евроген). Использовали следующий режим амплификации в 22 циклах ПЦР: денатурация 95°С - 12 сек; отжиг 55°С - 20 сек; элонгация 72°С - 1 мин. Амплификацию проводили на приборе РТС-100 Thermal Cycler (MJ Reserch). Каждая реакционная проба так же содержала праймеры (0,5 мкМ), эквимолярную смесь dNTP (0,5 мкМ), матричную ДНК (10-100 нг). Для доведения-смеси до нужного объема использовали воду степени очистки milliQ.For targeted mutagenesis, nucleic acid encoding HyPer was used from the commercially available pHyPer-cyto vector (Eurogen, Russia). To obtain constructs containing the desired mutations, site-directed mutagenesis was performed using "overlap extention" of PCR products as described by Wurch et all, Methods in Molecular Biology. 12 (9), 653 - 657 (2004). For PCR, primers were used, the structures of which are shown in SEQ ID NOs: 5-10, and Tersus polymerase (Eurogen). The following amplification mode was used in 22 PCR cycles: denaturation 95 ° С - 12 sec; annealing 55 ° С - 20 sec; elongation 72 ° C - 1 min. Amplification was performed on a RTS-100 Thermal Cycler (MJ Reserch). Each reaction sample also contained primers (0.5 μM), an equimolar mixture of dNTP (0.5 μM), template DNA (10-100 ng). To bring the mixture to the desired volume, milliQ purification water was used.

После амплификации полученные фрагменты очищали при помощи элек-тофореза в 1% агарозном геле и дальнейшей экстракцией. Выделенные из геля фрагменты ДНК, содержащие требуемую мутацию, объединяли в целую конструкцию, содержащую точечную замену методом «overlap extention» ПЦР (денатурация 95°С - 12 сек; отжиг 55°С - 2 мин; элонгация 72°С - 1 мин, 8 циклов ПЦР). Этот метод подразумевает, что в качестве матрицы и затравки применяют присутствующие в реакционной смеси фрагменты с комплементарными друг другу участками.After amplification, the obtained fragments were purified by electrophoresis in 1% agarose gel and further extraction. DNA fragments containing the desired mutation isolated from the gel were combined into a complete construct containing a point-wise substitution by overlap PCR method (denaturation 95 ° С - 12 sec; annealing 55 ° С - 2 min; elongation 72 ° С - 1 min, 8 PCR cycles). This method implies that, as a matrix and seed, the fragments present in the reaction mixture with complementary regions are used.

Далее амплификацию всей конструкции, полученной на предыдущем этапе, производили методом стандартной ПЦР с добавлением концевых праймеров, структуры которых показаны в SEQ ID NOs: 11, 12. Использовали следующий режим амплификации: 14 циклов ПЦР; денатурация 95°С - 12 сек; отжиг 55°С - 20 сек; элонгация 72°С - 1 мин. Полученные нуклеиновые кислоты клонировали в вектор pQE30 по стандартному протоколу, соответствие структуры вставки проверяли секвени-рованием с использованием стандартных плазмидных праймеров. Были получены следующие новые варианты HyPer, содержащие следующие мутации: H34Y и A406V (HyPer-H34Y-A406V), H34Y (HyPer-H34Y), I32D (HyPer-I32D), F392A (HyPer-F392A) и L46D (HyPer-L46D). Все указанные мутации находятся в области регуляторного домена OxyR, ответственного за димеризацию.Further, the amplification of the entire construct obtained in the previous step was performed by standard PCR with the addition of end primers, the structures of which are shown in SEQ ID NOs: 11, 12. The following amplification mode was used: 14 PCR cycles; denaturation 95 ° С - 12 sec; annealing 55 ° С - 20 sec; elongation 72 ° C - 1 min. The obtained nucleic acids were cloned into the pQE30 vector according to the standard protocol; the correspondence of the insert structure was checked by sequencing using standard plasmid primers. The following new HyPer variants were obtained containing the following mutations: H34Y and A406V (HyPer-H34Y-A406V), H34Y (HyPer-H34Y), I32D (HyPer-I32D), F392A (HyPer-F392A) and L46D (HyPer-L46D). All of these mutations are in the region of the regulatory domain of OxyR, responsible for dimerization.

Пример 2Example 2

Измерение динамического диапазона и полупериодов окисления и восстановления полученных мутантных вариантов HyPer.Measurement of the dynamic range and half-periods of oxidation and reduction of the obtained mutant HyPer variants.

Векторы на основе pQE-30 для экспрессии мутантных вариантов HyPer в Е.coli были получены, как описано в примере 1. Для осуществления пере-клонирования полученных конструктов из вектора pQE30 в вектор pCleGFP (Клонтех, США) фрагменты нуклеиновых кислот, содержащие кодирующую область биосенсора, амплифицировали с использованием праймеров (SEQ ID NO:13, 14), специфических к концам фрагментов и содержащих сайты рестрикции для переклонирования, и полимеразу Tersus (Евроген). Проводили 22 цикла ПЦР в режиме: денатурация 95°С - 12 сек; отжиг 55°С - 20 сек; элонгация 72°С - 1 мин. Полученные фрагменты очищали с помощью фенольно-хлороформной экстракции и лигировали в pCleGFP, предварительно подвергнутый рестрикции по аналогичным сай-там, на место EGFP.Vectors based on pQE-30 for expression of mutant HyPer variants in E. coli were obtained as described in Example 1. To carry out the re-cloning of the obtained constructs from the pQE30 vector into the pCleGFP vector (Clontech, USA), nucleic acid fragments containing the biosensor coding region were amplified using primers (SEQ ID NO: 13, 14) specific to the ends of the fragments and containing restriction sites for cloning, and Tersus polymerase (Eurogen). Conducted 22 cycles of PCR in the mode: denaturation 95 ° C - 12 sec; annealing 55 ° С - 20 sec; elongation 72 ° C - 1 min. The obtained fragments were purified by phenol-chloroform extraction and ligated into pCleGFP, which was previously subjected to restriction at similar sites to the EGFP site.

Клетки HeLa Kyoto рассаживали в слайды (p-Slide VI, Ibidi) в среде DMEM, содержащей 10% инактивированной эмбриональной сыворотки (РАА Laboratories) из расчета 5-7 тыс.клеток на одну дорожку, трансфецировали соответствующим вектором и культивировали по стандартному протоколу.HeLa Kyoto cells were plated on slides (p-Slide VI, Ibidi) in DMEM containing 10% inactivated fetal serum (PAA Laboratories) at the rate of 5-7 thousand cells per lane, transfected with the corresponding vector and cultured according to the standard protocol.

Перед микроскопией среду во всех слайдах заменяли на раствор Хэнкса без бикарбоната натрия. Для визуализации флуоресценции трансфецированных клеток использовали флуоресцентный микроскоп Leica DMI 6000 В. Микроскопию клеток проводили при температуре 37°С, детекцию флуоресценции проводили в двух каналах, соответствующих двум пикам возбуждения хромофора cpYFP (420 нм и 500 нм), эмиссия 510 нм. Для канала соответствующего протонированной форме хромофора cpYFP (420 нм) использовали фильтры EFW Excitation: 427/10 (CFP), Emission: BP 542/27 (YFP). Для депротонированной формы хромофора cpYFP(500 нм) - фильтры Excitation: BP 504/12 (YFP); Emission: BP 542/27 (YFP). Использовали объектив НСХ Р2 ApoLambda blue 63*1,4 Oil. Интервалы съемки составляли 5 секунд. К клеткам добавляли пероксид водорода до конечной концентрации 100 мкМ. Регистрировали сигнал биосенсора и рассчитывали полупериоды окисления и восстановления.Before microscopy, the medium in all slides was replaced with a Hanks solution without sodium bicarbonate. To visualize the fluorescence of transfected cells, a Leica DMI 6000 V fluorescence microscope was used. Cell microscopy was performed at 37 ° C, fluorescence was detected in two channels corresponding to two cpYFP chromophore excitation peaks (420 nm and 500 nm), emission 510 nm. For the channel corresponding to the protonated form of the cpYFP chromophore (420 nm), filters EFW Excitation: 427/10 (CFP), Emission: BP 542/27 (YFP) were used. For the deprotonated form of cpYFP chromophore (500 nm) - Excitation filters: BP 504/12 (YFP); Emission: BP 542/27 (YFP). Used the lens NX2 ApoLambda blue 63 * 1.4 Oil. The shooting intervals were 5 seconds. Hydrogen peroxide was added to the cells to a final concentration of 100 μM. The biosensor signal was recorded and half-periods of oxidation and reduction were calculated.

Были получены следующие результаты: сенсоры с мутациями 13 2D, L46D, F392A демонстрировали низкий динамический диапазон по сравнению с исходным HyPer. Амплитуды ответа HyPer-H34Y-A406V и HyPer-H34Y на добавление Н2О2 значительно превосходили таковую для HyPer, не уступая HyPer-2.The following results were obtained: sensors with mutations 13 2D, L46D, F392A showed a low dynamic range compared to the original HyPer. The response amplitudes of HyPer-H34Y-A406V and HyPer-H34Y to the addition of H 2 O 2 significantly exceeded that of HyPer, not inferior to HyPer-2.

HyPer-H34Y демонстрировал более высокие скорости окисления и восстановления по сравнению с HyPer и HyPer-2, тогда как HyPer-H34Y-A406V имел более длительные полупериоды окисления и восстановления, чем HyPer и HyPer-2.HyPer-H34Y showed higher oxidation and reduction rates compared to HyPer and HyPer-2, while HyPer-H34Y-A406V had longer oxidation and reduction half-periods than HyPer and HyPer-2.

Результаты эксперимента суммированы в Таблице 1. Графики, демонстрирующие динамику сигнала для вариантов биосенсора, показаны на рис.2. Сравнение средних полупериодов окисления и восстановления вариантов биосенсора показаны на рис.3.The experimental results are summarized in Table 1. Graphs showing the dynamics of the signal for the biosensor options are shown in Fig. 2. A comparison of the average half-periods of oxidation and reduction of biosensor variants is shown in Fig. 3.

Вариант HyPer-H34Y-A406V (SEQ ID NOs:3, 4) был отобран для дальнейших исследований как обладающий наибольшим полупериодом восстановления и широким динамическим диапазоном.Variant HyPer-H34Y-A406V (SEQ ID NOs: 3, 4) was selected for further studies as having the longest half-recovery period and wide dynamic range.

Таблица 1.Table 1.

Основные характеристики вариантов биосенсора.The main characteristics of the biosensor options.

БиосенсорBiosensor Дин.диапазонRange Т1/20ХT1 / 20X T1/2REDT1 / 2RED HyPerHyPer 2-2,52-2.5 17±2 сек17 ± 2 sec 3,2±1 мин3.2 ± 1 min HyPer2 (HyPer-A406V)HyPer2 (HyPer-A406V) 5-85-8 39±2 сек39 ± 2 sec 5±0,8 мин5 ± 0.8 min HyPer-H34YHyPer-H34Y 5-85-8 21±2 сек21 ± 2 sec 1,8±1 мин1.8 ± 1 min HyPer-H34Y-A406VHyPer-H34Y-A406V 5-85-8 60±10 сек60 ± 10 sec 17±4 мин17 ± 4 min Hyper-I32DHyper-I32D Не более 1,4No more than 1.4 -- -- HyPer-F392AHyPer-F392A Не более 1,2No more than 1,2 -- -- HyPer-L46DHyPer-L46D Не более 1,2No more than 1,2 -- --

Пример 3Example 3

Тестирование варианта биосенсора HyPer-H34Y-A406V в стабильно трансфецированных клеточных линияхTesting the HyPer-H34Y-A406V biosensor variant in stably transfected cell lines

Линия клеток HeLa Kyoto, стабильно экспрессирующая белок HyPer-H34Y-A406V, была получена с помощью лентивирусной трансдукции. Для этого открытая рамка считывания HyPer-H34Y-A406V, полученная как описано в примере 1 была клонирована в лентивирусный вектор pRRLSIN.EFl.WPRE. Трансдукция была проведена согласно стандартным протоколам. Популяция клеток с наибольшей интенсивностью флуоресценции была отобрана с помощью проточного флуоресцентного клеточного сортера MoFlo (Dako). Полученная линия стабильно экспрессировала HyPer-H34Y-A406V. Добавление в среду H2O2 в различных концентрациях вызывало ожидаемое изменение спектральных характеристик биосенсора, подтверждая его функциональность. Тестирование проводили, как описано в примере 2. Окисленная форма биосенсора детектировалась в клетках по истечении 20-30 мин после добавления пероксида, тогда как в клеточной линии, экспрессирующей HyPer и приготовленной по тому же протоколу, окисленную форму биосенсора не удавалось обнаружить позднее, чем через 5 мин после добавления пероксида водорода.The HeLa Kyoto cell line stably expressing HyPer-H34Y-A406V protein was obtained by lentiviral transduction. For this, the open reading frame HyPer-H34Y-A406V obtained as described in Example 1 was cloned into the lentiviral vector pRRLSIN.EFl.WPRE. Transduction was performed according to standard protocols. The population of cells with the highest fluorescence intensity was selected using a flow-through fluorescence cell sorter MoFlo (Dako). The resulting line stably expressed HyPer-H34Y-A406V. The addition of H 2 O 2 in various concentrations to the medium caused the expected change in the spectral characteristics of the biosensor, confirming its functionality. Testing was carried out as described in Example 2. The oxidized form of the biosensor was detected in the cells 20-30 minutes after the addition of peroxide, while in the cell line expressing HyPer and prepared according to the same protocol, the oxidized form of the biosensor could not be detected later than after 5 min after addition of hydrogen peroxide.

Пример 4Example 4

Получение и тестирование биосенсора HyPer-H34Y-A406V с различной плокализацией в клетках млекопитающих.Obtaining and testing of the HyPer-H34Y-A406V biosensor with different location in mammalian cells.

Нуклеиновую кислоту, кодирующую HyPer-H34Y-A406V, полученную как описано в примере 1, оперативно встраивали в следующие коммерчески доступные векторы на место флуоресцентных маркеров TagRFP и mKate2:The nucleic acid encoding HyPer-H34Y-A406V, obtained as described in example 1, was quickly inserted into the following commercially available vectors in place of the fluorescent markers TagRFP and mKate2:

1. pTagRFP-Golgi (Евроген), содержащий последовательность из бета-1,4-галактозилтрансферазы человека, обеспечивающую локализацию белка в аппарате Гольджи;1. pTagRFP-Golgi (Eurogen) containing a sequence of beta-1,4-galactosyltransferase of a person, providing localization of the protein in the Golgi apparatus;

2. pTagRFP-mito (Евроген), содержащий последовательность из VIII субъединицы цитохром-С-оксидазы (Rizzuto et al., J Biol Chem. 1989;264(18):10595-600.; Rizzuto et al., Curr Biol. 1995;5(6):635-42), обеспечивающую локализацию белка в митохондриях;2. pTagRFP-mito (Eurogen) containing a sequence of the VIII subunit of cytochrome C oxidase (Rizzuto et al., J Biol Chem. 1989; 264 (18): 10595-600 .; Rizzuto et al., Curr Biol. 1995 ; 5 (6): 635-42), providing localization of the protein in the mitochondria;

3. pmKate2-peroxi (Евроген), содержащий трипептид SKL, обеспечивающий локализацию белка в пероксисомах. Полученные векторы использовали для трансфекции почечных эпителиальных клеток человека 293 Т. Трансфекция приводила к возникновению флуоресцентного сигнала в ожидаемых компартментах клетки. Тестирование экспрессированных слитых белков на способность реагировать на добавление перекиси водорода было подтверждено, как описано в примере 2.3. pmKate2-peroxi (Eurogen) containing SKL tripeptide, which provides protein localization in peroxisomes. The obtained vectors were used to transfect 293 T human renal epithelial cells. Transfection led to the appearance of a fluorescent signal in the expected cell compartments. Testing of the expressed fusion proteins for their ability to respond to the addition of hydrogen peroxide was confirmed as described in Example 2.

Все публикации и патентные заявки, цитируемые в настоящем описании, вводятся в настоящее описание посредством ссылки, как если бы каждая отдельная публикация или патентная заявка была конкретно и отдельно введена посредством ссылки. Цитирование любой публикации приводится в соответствии с контекстом и интерпретацией по настоящему изобретению и не должно истолковываться как признание любой такой публикации прототипом данного изобретения.All publications and patent applications cited in the present description, are introduced into the present description by reference, as if each individual publication or patent application was specifically and separately introduced by reference. The citation of any publication is in accordance with the context and interpretation of the present invention and should not be construed as recognition of any such publication as a prototype of the present invention.

Claims (5)

1. Выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, аминокислотная последовательность которого показана в SEQ ID NO:4.1. The selected nucleic acid encoding a fluorescent biosensor for the detection of hydrogen peroxide, the amino acid sequence of which is shown in SEQ ID NO: 4. 2. Кассета экспрессии, которая, будучи интегрированной в геном клетки или при введении в клетку в составе внехромосомного элемента, способна обеспечить экспрессию флуоресцентного биосенсора для детекции пероксида водорода и содержит нуклеиновую кислоту по п.1 под контролем регуляторных элементов, необходимых для экспрессии нуклеиновой кислоты в клетке-хозяине.2. The expression cassette, which, being integrated into the genome of the cell or when introduced into the cell as part of an extrachromosomal element, is capable of expressing a fluorescent biosensor for detecting hydrogen peroxide and contains the nucleic acid according to claim 1 under the control of regulatory elements necessary for expression of nucleic acid in host cell. 3. Клетка, продуцирующая биосенсор, кодируемый нуклеиновой кислотой по п.1, содержащая кассету экспрессии по п.2 в составе внехромосомного элемента или элемента, интегрированного в геном этой клетки.3. A cell producing a biosensor encoded by a nucleic acid according to claim 1, containing an expression cassette according to claim 2 as part of an extrachromosomal element or an element integrated into the genome of this cell. 4. Выделенный флуоресцентный биосенсор для детекции пероксида водорода, кодируемый нуклеиновой кислотой по п.1.4. The selected fluorescent biosensor for the detection of hydrogen peroxide encoded by the nucleic acid according to claim 1. 5. Выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая флуоресцентный биосенсор, аминокислотная последовательность которого показана в SEQ ID NO:4, оперативно слитая с нуклеиновой кислотой, кодирующей сигнал внутриклеточной локализации, обеспечивающий локализацию биосенсора в определенном компартменте клетки, где указанная нуклеиновая кислота способна обеспечить экспрессию флуоресцентного биосенсора для детекции пероксида водорода в этом компартменте клетки. 5. An isolated nucleic acid encoding a fluorescent biosensor, the amino acid sequence of which is shown in SEQ ID NO: 4, operatively fused to a nucleic acid encoding an intracellular localization signal, which allows the biosensor to be localized in a particular compartment of the cell, where the specified nucleic acid is capable of expressing the fluorescent biosensor hydrogen peroxide detection in this cell compartment.
RU2011148840/10A 2011-11-30 2011-11-30 Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, expression cassette, cell that produces biosensor, isolated fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, isolated nucleic acid that codes fluorescent biosensor, efficiently fused with nucleic acid that codes signal of intracellular localisation RU2493260C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011148840/10A RU2493260C2 (en) 2011-11-30 2011-11-30 Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, expression cassette, cell that produces biosensor, isolated fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, isolated nucleic acid that codes fluorescent biosensor, efficiently fused with nucleic acid that codes signal of intracellular localisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011148840/10A RU2493260C2 (en) 2011-11-30 2011-11-30 Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, expression cassette, cell that produces biosensor, isolated fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, isolated nucleic acid that codes fluorescent biosensor, efficiently fused with nucleic acid that codes signal of intracellular localisation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011148840A RU2011148840A (en) 2013-06-10
RU2493260C2 true RU2493260C2 (en) 2013-09-20

Family

ID=48784421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011148840/10A RU2493260C2 (en) 2011-11-30 2011-11-30 Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, expression cassette, cell that produces biosensor, isolated fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, isolated nucleic acid that codes fluorescent biosensor, efficiently fused with nucleic acid that codes signal of intracellular localisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2493260C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2603060C2 (en) * 2014-12-25 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НижГМА Минздрава России) Modified biosensor for detecting intracellular ph
WO2018094020A1 (en) 2016-11-16 2018-05-24 The Johns Hopkins University Anastasis biosensor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007007199A2 (en) * 2005-03-25 2007-01-18 Evrogen, Jsc Fluorescent indicators of hydrogen peroxide and methods for using same
RU2297450C2 (en) * 2005-07-11 2007-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "ГенТех" (ООО "ГенТех") Kit of lux-biosensors for heptyl detection in medium

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007007199A2 (en) * 2005-03-25 2007-01-18 Evrogen, Jsc Fluorescent indicators of hydrogen peroxide and methods for using same
RU2297450C2 (en) * 2005-07-11 2007-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "ГенТех" (ООО "ГенТех") Kit of lux-biosensors for heptyl detection in medium

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Belousov VV et al. Genetically encoded fluorescent indicator for intracellular hydrogen peroxide // Nat Methods. - 2006 Apr; 3(4):281-6. *
INES KULLIK et al. Mutational Analysis of the Redox-Sensitive TranscriptionalRegulator OxyR: Regions Important for Oxidationand Transcriptional Activation // JOURNAL OF BACTERIOLOGY. - Mar. 1995, p.1275-1284 Vol.177, No.5. *
INES KULLIK et al. Mutational Analysis of the Redox-Sensitive TranscriptionalRegulator OxyR: Regions Important for Oxidationand Transcriptional Activation // JOURNAL OF BACTERIOLOGY. - Mar. 1995, p.1275-1284 Vol.177, No.5. Meyer AJ et al. Fluorescent protein-based redox probes // Antioxid Redox Signal. - 2010 Sep 1; 13(5):621-50. Schwarzlander M et al. The circularly permuted yellow fluorescent protein cpYFP that has been used as a superoxide probe is highly responsive to pH but not superoxide in mitochondria: implications for the existence of superoxide 'flashes // Biochem J. - 2011 Aug 1; 437(3):381-7. *
Kseniya N. Markvicheva et al. A genetically encoded sensor for H202 with expanded dynamic range // Bioorganic & Medicinal Chemistry. - 19 (2011) 1079-1084. *
Kseniya N. Markvicheva et al. A genetically encoded sensor for H202 with expanded dynamic range // Bioorganic & Medicinal Chemistry. - 19 (2011) 1079-1084. Belousov VV et al. Genetically encoded fluorescent indicator for intracellular hydrogen peroxide // Nat Methods. - 2006 Apr; 3(4):281-6. *
Meyer AJ et al. Fluorescent protein-based redox probes // Antioxid Redox Signal. - 2010 Sep 1; 13(5):621-50. *
Schwarzlander M et al. The circularly permuted yellow fluorescent protein cpYFP that has been used as a superoxide probe is highly responsive to pH but not superoxide in mitochondria: implications for the existence of superoxide 'flashes // Biochem J. - 2011 Aug 1; 437(3):381-7. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2603060C2 (en) * 2014-12-25 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НижГМА Минздрава России) Modified biosensor for detecting intracellular ph
WO2018094020A1 (en) 2016-11-16 2018-05-24 The Johns Hopkins University Anastasis biosensor
US11650201B2 (en) * 2016-11-16 2023-05-16 The Johns Hopkins University Anastasis biosensor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011148840A (en) 2013-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2395581C2 (en) Novel fluorescent proteins from entacmaea quadricolor and method of obtaining said proteins
JP5221308B2 (en) Non-aggregating fluorescent protein and method of use thereof
RU2412250C2 (en) Modified green fluorescent proteins and methods of their application
US20130344591A1 (en) Modified Fluorescent Proteins and Methods for Using Same
JP5570803B2 (en) Fluorescent protein and pH measurement method
JP2005509420A (en) Novel chromophores / fluorescent chromophores and their use
JP4330338B2 (en) Fluorescent protein greatly shifted to the red side
CN109134644A (en) Far-red light fluorescin and its fusion protein
US9102750B2 (en) Branchiostoma derived fluorescent proteins
RU2493260C2 (en) Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, expression cassette, cell that produces biosensor, isolated fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide, isolated nucleic acid that codes fluorescent biosensor, efficiently fused with nucleic acid that codes signal of intracellular localisation
CA2505974A1 (en) Fluorescent proteins and chromoproteins from non-aequorea hydrozoa species and methods for using same
US7972834B2 (en) Modified fluorescent proteins and methods for using same
CA2447690A1 (en) Kindling fluorescent proteins and methods for their use
AU2008256452A1 (en) Fluorescent proteins and methods of use thereof
US20180044383A1 (en) Monomeric near-infrared fluorescent proteins engineered from bacterial phytochromes and methods for making same
JP6051438B2 (en) Calcium sensor protein using red fluorescent protein
JP2010017186A (en) Nucleic acid encoding linked chromo/fluorescent domain and method for using the same
RU2515903C2 (en) Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor, expression cassette, cell, producing fluorescent biosensor, isolated fluorescent biosensor
RU2458129C1 (en) ISOLATED KillerRed PROTEIN-CODING NUCLEIC ACID (VERSIONS), ISOLATED PROTEIN (VERSIONS), EXPRESSION CASSETTE, CELL CONTAINING EXPRESSION CASSETTE
RU2535336C1 (en) Red fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide in living cells
RU2535981C1 (en) Nucleic acid encoding fret-based far-red biosensor for intracellular caspase 3 activity measurement
RU2603060C2 (en) Modified biosensor for detecting intracellular ph
RU2599443C2 (en) Modified genetically coded photosensitizer
RU2330067C2 (en) Polynucleotide, coding chromo- or fluorescent mutant polypeptide, expression vector, cell, method of obtaining chromo- or fluorescent polypeptide, use of polypeptide and use of polynucleotide
RU2491342C1 (en) ISOLATED NUCLEIC ACID, ENCODING OPERATIVELY FUSED INTRAMOLECULAR DIMER OF KillerRed PROTEIN, EXPRESSION CASSETTE, CELL, WHICH PRODUCES CHIMERIC PROTEIN AND CONTAINS EXPRESSION CASSETTE, ISOLATED CHIMERIC PROTEIN

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171201